DE102022119606A1

DE102022119606A1 - Energiespeichervorrichtung und Verfahren zur Herstellung einer Energiespeichervorrichtung

Info

Publication number: DE102022119606A1
Application number: DE102022119606.2A
Authority: DE
Inventors: Florian WILKE; Sebastian Kratzer
Original assignee: MAN Truck and Bus SE
Current assignee: MAN Truck and Bus SE
Priority date: 2022-08-04
Filing date: 2022-08-04
Publication date: 2024-02-15

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Energiespeichervorrichtung (10) für ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung einer Energiespeichervorrichtung (10) und ein Kraftahrzeug, vorzugsweise ein Nutzfahrzeug, aufweisend eine solche Energiespeichervorrichtung (10). Die Energiespeichervorrichtung (10) weist einen Batteriezellenstapel (12) und ein Batteriegehäuse (16) auf. Das Batteriegehäuse (16) nimmt den Batteriezellenstapel (12) auf. Die Energiespeichervorrichtung (10) weist ferner ein Federelement (18) auf. Das Federelement (18) ist zwischen einer Batteriezellenstapel-Endseite (14) und dem Batteriegehäuse (16) angeordnet. Das Federelement (18) verklemmt den Batteriezellenstapel (12) im Batteriegehäuse (16). Die Energiespeichervorrichtung (10) weist ferner ein thermisches Isolierelement (22) auf, das in einem durch das Federelement (18) begrenzten Innenvolumen (20) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Energiespeichervorrichtung für ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung einer Energiespeichervorrichtung.
Aus der Praxis bekannte Fahrzeugbatterien, wie sie z. B. als Energiespeicher bzw. als Traktionsbatterie in Hybridfahrzeugen oder Elektrofahrzeugen zum Einsatz kommen, verfügen typischerweise über einen modularen Aufbau, werden also durch mehrere verbundene Batteriemodule gebildet. Jedes Batteriemodul umfasst dabei mehrere stapelartig angeordnete Batterie-Speicherzellen. Die verbundenen Batteriemodule werden, bspw. zum Schutz vor äußeren Beschädigungen, mit einem Gehäuse umgeben.
Zur Erhöhung der Energiedichte sowie zur Verringerung der Teileanzahl und des Gewichts der Fahrzeugbatterie kann die sogenannte „Cell-to-Pack“-Technologie in der Praxis Anwendung finden. Dabei werden die einzelnen Batteriezellen ohne vorherige Zusammenfassung zu Batteriemodulen direkt in das Batteriegehäuse integriert.
Alterungsbedingt können sich die einzelnen Batteriezellen des Batteriezellenstapels über die Lebensdauer ausdehnen (sog. „Zell-Swelling“), was sich nachteilig auf deren Lebensdauer auswirken kann. Um die Batteriezellen in das Batteriegehäuse zu integrieren und um dieser alterungsbedingten Ausdehnung durch Aufnahme der sich aufgrund der Ausdehnung der Batteriezellen im Batteriezellenstapel einstellenden Kräfte entgegenwirken zu können, werden in bekannten Lösungen Spann- oder Klemmelemente verwendet.
Das Dokument EP 3 893 319 A1 offenbart in diesem Zusammenhang ein Batteriemodul mit einem Zellstapel, wobei eine Blattfeder zwischen einer Endseite des Zellstapels und einem Modulgehäuse angeordnet ist.
Das Dokument KR 10 2018 721 B1 offenbart ein Batteriemodul mit einer Vielzahl an Batteriezellen und einer zwischen Batteriezellen und einer Modulabdeckung angeordneten Blattfeder.
Bei diesen bekannten Lösungen ergibt sich innerhalb des Batteriemoduls (oder im Falle von Cell-to-Pack-Anordnungen innerhalb des Batteriegehäuses) im Bereich der Blattfedern ein freies, ungenutztes Volumen. Dies wirkt sich nachteilig auf das Gewicht, das Packaging und die Energiedichte aus.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Technik zur Aufnahme eines Batteriezellenstapels im Batteriegehäuse bereitzustellen, mit der Nachteile bekannter Ansätze vermieden werden können. Die Aufgabe der Erfindung ist es insbesondere, bekannte Energiespeichervorrichtungen hinsichtlich der Energiedichte (bezogen auf ein Gesamtvolumen der Energiespeichervorrichtung) sowie des Gewichts und des Packagings zu verbessern.
Diese Aufgaben werden durch Vorrichtungen und Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung angegeben.
Ein Grundgedanke der Erfindung besteht darin, das bisher ungenutzte Volumen im Bereich der Federelemente für die thermische Isolierung einer Energiespeichervorrichtung zu nutzen.
Ein Aspekt betrifft eine Energiespeichervorrichtung zur Speicherung elektrischer Energie für ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug.
Die Energiespeichervorrichtung weist einen Batteriezellenstapel und ein Batteriegehäuse auf. Das Batteriegehäuse nimmt den Batteriezellenstapel auf. Die Energiespeichervorrichtung weist ferner ein Federelement auf. Das Federelement ist zwischen einer Batteriezellenstapel-Endseite und dem Batteriegehäuse angeordnet ist. Das Federelement verklemmt den Batteriezellenstapel im Batteriegehäuse. Die Energiespeichervorrichtung weist ferner ein thermisches Isolierelement auf. Das thermische Isolierelement ist in einem durch das Federelement begrenzten Innenvolumen angeordnet.
Ein Vorteil der Erfindung kann darin liegen, dass der bisher ungenutzte Bauraum des durch das Federelement begrenzten Innenvolumens nun vorteilhaft zur Isolierung der Energiespeichervorrichtung genutzt wird. Dies kann Vorteile in Bezug auf die Abmessungen, das Gewicht, das Packaging und die Energiedichte der Energiespeichervorrichtung bergen. Das durch das Federelement begrenzte Innenvolumen kann sich in besonders vorteilhafter Weise zur Unterbringung des thermischen Isolierelements eignen, da aufgrund der Materialeigenschaften üblicher Isolierelemente auch weiterhin eine Einfederbewegung des Federelements realisierbar ist.
Die Energiespeichervorrichtung kann in an sich bekannter Weise dazu ausgebildet sein, elektrische Energie zu speichern, die in entsprechenden Antriebskomponenten des Kraftfahrzeugs, z. B. in einer E-Maschine, in Antriebsenergie gewandelt werden kann. Anders ausgedrückt kann die Energiespeichervorrichtung zur temporären Aufnahme von Traktionsenergie ausgebildet sein. Die Energiespeichervorrichtung kann auch als Traktionsbatterie bezeichnet werden.
Der Batteriezellenstapel kann eine Mehrzahl von in einer Stapelrichtung stapelartig hintereinander angeordneten Speicherzellen (z. B. Pouch-Speicherzellen oder prismatische Speicherzellen) umfassen. Die Batteriezellenstapel-Endseite kann beispielsweise eine Stirnfläche des Batteriezellenstapels, vorzugsweise in Stapelrichtung gesehen, sein. Das thermische Isolierelement kann vollständig oder nur teilweise im Innenvolumen angeordnet sein. Das thermische Isolierelement kann in das Innenvolumen ragen.
In einem Ausführungsbeispiel kann das Federelement eine Blattfeder und/oder ein Federblech sein. Bevorzugt ist die Blattfeder oder das Federblech aus Federstahl gefertigt. Vorteilhaft kann sich eine Reduzierung der Kosten und des technischen Aufwands sowie eine besonders lange Lebensdauer ergeben.
Alternativ oder zusätzlich kann das Federelement einen gekrümmten Abschnitt aufweisen und das Innenvolumen durch den gekrümmten Abschnitt begrenzt sein. Alternativ oder zusätzlich kann das thermische Isolierelement durch den gekrümmten Abschnitt umgeben sein. Es ist denkbar, dass das Innenvolumen nur teilweise oder vollständig durch den gekrümmten Abschnitt begrenzt ist. Ferner ist denkbar, dass das thermische Isolierelement nur teilweise oder vollständig durch den gekrümmten Abschnitt umgeben ist. Der vorhandene Bauraum kann so besonders effizient genutzt werden.
Alternativ oder zusätzlich kann das Federelement eine konkave Außenfläche aufweisen, die dem thermischen Isolierelement gegenüberliegt. Das Federelement kann ferner eine konvexe Außenfläche aufweisen, die der konkaven Außenfläche entgegengesetzt angeordnet ist. Das Innenvolumen kann durch die konkave Außenfläche begrenzt sein. Alternativ oder zusätzlich kann das thermische Isolierelement durch die konkave Außenfläche umgeben sein.
Alternativ oder zusätzlich kann das Federelement im Wesentlichen u-förmig und/oder wannenförmig sein.
In einem Ausführungsbeispiel kann sich eine Höhe des Federelements über mindestens 50 % einer Höhe der Batteriezellenstapel-Endseite erstrecken. Vorzugsweise erstreckt sich die Höhe des Federelements über eine Gesamthöhe der Batteriezellenstapel-Endseite. Auf diese Weise kann die auf den Batteriezellenstapel wirkende Klemmkraft so über eine größere Fläche verteilt werden, was die Beanspruchung der Komponenten insgesamt senkt.
Alternativ oder zusätzlich kann sich eine Breite des Federelements über mindestens 50 % einer Breite der Batteriezellenstapel-Endseite erstrecken. Vorzugsweise erstreckt sich die Breite des Federelements über eine Gesamtbreite der Batteriezellenstapel-Endseite. Auf diese Weise kann die auf den Batteriezellenstapel wirkende Klemmkraft über eine größere Fläche verteilt werden, was die Beanspruchung der Komponenten insgesamt senkt.
In einem Ausführungsbeispiel kann das Federelement eine Federsprengung aufweisen, die einer Ausdehnung des durch das Federelement begrenzten Innenvolumens entspricht. Alternativ oder zusätzlich kann das Federelement einen Federhub aufweisen, der einer Ausdehnung des durch das Federelement begrenzten Innenvolumens entspricht. Die Ausdehnung erstreckt sich vorzugsweise in einer Stapelrichtung des Batteriezellenstapels. Die Federsprengung kann dabei einen Abstand zwischen einer gedachten Verbindungslinie zweier freier Enden des Federelements und dem in Stapelrichtung von dieser Verbindungslinie am weitesten beabstandeten Punkts des Federelements angeben.
In einem Ausführungsbeispiel kann das thermische Isolierelement zwischen dem Federelement und dem Batteriegehäuse angeordnet sein.
Alternativ oder zusätzlich kann das thermische Isolierelement an einer dem Batteriegehäuse gegenüberliegenden Außenfläche des Federelements angeordnet sein. Alternativ oder zusätzlich kann das thermische Isolierelement an einer dem Batteriezellenstapel abgewandten Außenfläche des Federelements angeordnet sein. Im Crashfall kann das thermische Isolierelement so als Knautschzone und/oder Intrusionsvolumen fungieren. Dies kann also eine besonders vorteilhafte Positionierung des thermischen Isolierelements darstellen.
In einem Ausführungsbeispiel kann die Energiespeichervorrichtung eine Verteilerplatte aufweisen, die zwischen der Batteriezellenstapel-Endseite und dem Federelement angeordnet ist. Vorzugsweise ist die Verteilerplatte ein Lastverteilerblech. Optional ist die Leiterplatte direkt zwischen der Batteriezellenstapel-Endseite und dem Federelement angeordnet. Bevorzugt liegt die Verteilerplatte vollflächig an der Batteriezellenstapel-Endseite an. Alternativ oder zusätzlich liegt optional lediglich ein Mittelabschnitt des Federelements an der Verteilerplatte an. Bevorzugt ist der Mittelabschnitt gekrümmt. Dadurch können die durch das Federelement auf den Batteriezellenstapel aufgebrachten Klemmkräfte verteilt sowie die Flächenpressung und die Beanspruchung des Batteriezellenstapels reduziert werden.
In einem Ausführungsbeispiel kann die Energiespeichervorrichtung eine mit dem Batteriegehäuse verbundene Befestigungseinrichtung aufweisen, mittels der das Federelement am Batteriegehäuse befestigt ist. Vorzugsweise ist das Federelement mittels der Befestigungseinrichtung am Batteriegehäuse vorgespannt. Denkbar ist, dass die Befestigungseinrichtung einteilig mit Batteriegehäuse verbunden ist. Die Befestigungseinrichtung kann integraler Bestandteil des Batteriegehäuses sein. Die Befestigungseinrichtung kann aber auch als separates Bauteil vorgesehen sein und lösbar (z. B. mittels einer Verschraubung) oder nicht lösbar (z. B. mittels einer Schweißverbindung) mit dem Batteriegehäuse verbunden sein.
In einem Ausführungsbeispiel kann die Befestigungseinrichtung einen ersten Montagesockel und einen zweiten Montagesockel aufweisen. Ein erstes freies Ende des Federelements kann am ersten Montagsockel und ein zweites freies Ende des Federelements am zweiten Montagesockel derart befestigt sein, dass das Federelement zwischen dem ersten Montagsockel und zweiten Montagesockel vorgespannt ist. Die auf den Batteriezellenstapel wirkende Klemmkraft kann so über die Lebensdauer besser gesteuert werden.
In einem Ausführungsbeispiel kann der erste Montagesockel eine Nut aufweisen, in der das erste freie Ende formschlüssig befestigt aufgenommen ist. Alternativ oder zusätzlich kann der zweite Montagesockel eine Nut aufweisen, in der das zweite freie Ende formschlüssig befestigt aufgenommen ist. Es ist denkbar, dass sich eine oder beide der Nuten über mindestens 50 %, vorzugsweise 100 %, einer Höhe und/oder Breite der Batteriezellenstapel-Endseite erstreckt oder erstrecken. Mit geringem technischen Aufwand kann das Federelement so am Batteriegehäuse befestigt werden.
Alternativ oder zusätzlich kann das erste freie Ende ein Federauge und/oder eine Schlaufe aufweisen, das oder die in dem ersten Montagesockel aufgenommen und mittels einer Verschraubung an dem ersten Montagesockel befestigt ist. Alternativ oder zusätzlich kann das zweite freie Ende ein Federauge und/oder eine Schlaufe aufweisen, das oder die in dem zweiten Montagesockel aufgenommen und mittels einer Verschraubung an dem zweiten Montagesockel befestigt ist.
In einem Ausführungsbeispiel kann das thermische Isolierelement ein Schaummaterial, ein Vliesmaterial, ein Naturfasermaterial oder ein Kunststofffasermaterial umfassen. Derartige Materialien können sich zur thermischen Isolierung besonders eignen.
Alternativ oder zusätzlich kann das thermische Isolierelement zum Energieabbau bei einer crashbedingten Energieeinwirkung auf die Energiespeichervorrichtung ein weicheres Material und/oder eine größere (z. B. plastische oder elastische) Verformbarkeit aufweisen als das Federelement und/oder das Batteriegehäuse. So ist denkbar, dass das thermische Isolierelement sich im Crashfall sehr leicht verformen kann, sodass keine großen Zusatzkräfte in den Batteriezellenstapel eingeleitet werden. Somit kann das Innenvolumen in einer Art Doppelfunktion zusätzlich zur thermischen Isolierung auch als Knautschzone und/oder Intrusionsvolumen im Crashfall dienen. Durch das zur Verfügung stehende Intrusionsvolumen, in dem das Batteriegehäuse sich verformen kann, ohne dass diese Verformung an den Batteriezellenstapel weitergegeben wird, kann die Crashsicherheit erhöht werden. Eine Beschädigung des Batteriezellenstapels im Crashfall kann so vermieden oder gemindert werden. Dadurch kann der Batteriezellenstapel möglichst steif abgestützt werden und dennoch Crash-Intrusionen von den Speicherzellen ferngehalten werden.
Alternativ oder zusätzlich kann das thermische Isolierelement elastisch verformbar sein.
Alternativ oder zusätzlich kann das thermische Isolierelement zwischen das Federelement und das Batteriegehäuse geklemmt sein.
In einem Ausführungsbeispiel kann die Energiespeichervorrichtung mindestens einen weiteren Batteriezellenstapel aufweisen, der durch das Batteriegehäuse aufgenommen. Es ist denkbar, dass der weitere Batteriezellenstapel mittels des Federelements im Batteriegehäuse verklemmt ist, wobei das Federelement zwischen einer Endseite des mindestens einen weiteren Batteriezellenstapels und dem Batteriegehäuse angeordnet ist.
In einem Ausführungsbeispiel kann die Energiespeichervorrichtung ein weiteres Federelement aufweisen, das zwischen einer der Batteriezellenstapel-Endseite entgegengesetzten weiteren Batteriezellenstapel-Endseite und dem Batteriegehäuse angeordnet ist. In diesem Ausführungsbeispiel verklemmt das weitere Federelement den Batteriezellenstapel im Batteriegehäuse (z. B zusammen mit dem Federelement). Es kann ein weiteres thermisches Isolierelement vorgesehen sein, das in einem durch das weitere Federelement begrenzten Innenvolumen angeordnet ist. Dadurch kann der Batteriezellenstapel zwischen zwei gegenüberliegenden Batteriegehäusewänden verklemmt sein. In vorteilhafter Weise kann sich eine symmetrische Spannungsverteilung im Batteriezellenstapel ergeben.
In einem Ausführungsbeispiel kann das weitere Federelement eine Blattfeder und/oder ein Federblech sein.
Alternativ oder zusätzlich kann das weitere Federelement einen gekrümmten Abschnitt aufweisen und das durch das weitere Federelement begrenzte Innenvolumen durch den gekrümmten Abschnitt begrenzt sein. Alternativ oder zusätzlich kann das weitere thermische Isolierelement durch den gekrümmten Abschnitt umgeben sein.
Alternativ oder zusätzlich kann das weitere Federelement eine konkave Außenfläche aufweisen, die dem weiteren thermischen Isolierelement gegenüberliegt. Das weitere Federelement kann eine konvexe Außenfläche aufweisen, die der konkaven Außenfläche entgegengesetzt angeordnet ist, wobei das durch das weitere Federelement begrenzte Innenvolumen durch die konkave Außenfläche begrenzt und/oder das weitere thermische Isolierelement durch die konkave Außenfläche umgeben ist.
Alternativ oder zusätzlich kann das weitere Federelement im Wesentlichen u-förmig und/oder wannenförmig sein.
Es ist möglich, dass das Federelement und das weitere Federelement Gleichteile sind.
Alternativ oder zusätzlich kann eine Höhe des weiteren Federelements sich über mindestens 50 % einer Höhe der weiteren Batteriezellenstapel-Endseite erstrecken, vorzugsweise über eine Gesamthöhe der weiteren Batteriezellenstapel-Endseite.
Alternativ oder zusätzlich kann eine Breite des weiteren Federelements sich über mindestens 50 % einer Breite der weiteren Batteriezellenstapel-Endseite erstrecken, vorzugsweise über eine Gesamtbreite der weiteren Batteriezellenstapel-Endseite.
Alternativ oder zusätzlich kann das weitere Federelement eine Federsprengung und/oder einen Federhub aufweisen, die oder der einer Ausdehnung (z. B. in einer Stapelrichtung des Batteriezellenstapels) des durch das weitere Federelement begrenzten Innenvolumens entspricht. Die Federsprengung kann dabei einen Abstand zwischen einer gedachten Verbindungslinie zweier freier Enden des weiteren Federelements und dem in Stapelrichtung von dieser Verbindungslinie am weitesten beabstandeten Punkts des weiteren Federelements angeben.
Alternativ oder zusätzlich kann das weitere thermische Isolierelement zwischen dem weiteren Federelement und dem Batteriegehäuse angeordnet sein und/oder an einer dem Batteriegehäuse gegenüberliegenden Außenfläche des weiteren Federelements angeordnet sein und/oder an einer dem Batteriezellenstapel abgewandten Außenfläche des weiteren Federelements angeordnet sein.
Alternativ oder zusätzlich die Energiespeichervorrichtung eine weitere Verteilerplatte aufweisen, vorzugsweise ein weiteres Lastverteilerblech, die, vorzugsweise direkt, zwischen der weiteren Batteriezellenstapel-Endseite und dem weiteren Federelement angeordnet ist. Vorzugsweise liegt die weitere Verteilerplatte vollflächig an der weiteren Batteriezellenstapel-Endseite an. Alternativ oder zusätzlich kann lediglich ein (z. B. gekrümmter) Mittelabschnitt des weiteren Federelements an der weiteren Verteilerplatte anliegen.
Alternativ oder zusätzlich kann die Energiespeichervorrichtung ferner eine mit dem Batteriegehäuse verbundene weitere Befestigungseinrichtung aufweisen, mittels der das weitere Federelement am Batteriegehäuse befestigt und vorzugsweise vorgespannt ist. Vorzugsweise weist die weitere Befestigungseinrichtung einen ersten Montagesockel und einen zweiten Montagesockel auf, wobei ein erstes freies Ende des weiteren Federelements am ersten Montagsockel und ein zweites freies Ende des weiteren Federelements am zweiten Montagesockel derart befestigt ist, dass das weitere Federelement zwischen dem ersten Montagsockel und zweiten Montagesockel vorgespannt ist. Vorzugsweise weist der erste Montagesockel eine Nut auf, in der das erste freie Ende formschlüssig befestigt aufgenommen ist. Alternativ oder zusätzlich kann der zweite Montagesockel eine Nut aufweisen, in der das zweite freie Ende formschlüssig befestigt aufgenommen ist. Optional weist das erste freie Ende ein Federauge und/oder eine Schlaufe auf, das oder die in dem ersten Montagesockel aufgenommen und mittels einer Verschraubung an dem ersten Montagesockel befestigt ist. Optional weist das zweite freie Ende ein Federauge und/oder eine Schlaufe auf, das oder die in dem zweiten Montagesockel aufgenommen und mittels einer Verschraubung an dem zweiten Montagesockel befestigt ist.
Alternativ oder zusätzlich kann das weitere thermische Isolierelement ein Schaummaterial, ein Vliesmaterial, ein Naturfasermaterial oder ein Kunststofffasermaterial umfassen. Alternativ oder zusätzlich kann das weitere thermische Isolierelement zum Energieabbau bei einer crashbedingten Energieeinwirkung auf die Energiespeichervorrichtung ein weicheres Material und/oder eine größere (z. B. plastische oder elastische) Verformbarkeit aufweisen als das weitere Federelement und/oder das Batteriegehäuse. Optional kann das weitere thermische Isolierelement elastisch verformbar sein und/oder das weitere thermische Isolierelement zwischen das weitere Federelement und das Batteriegehäuse geklemmt sein.
Ein weiterer Aspekt betrifft ein Kraftfahrzeug aufweisend die Energiespeichervorrichtung wie hierin offenbart. Vorzugsweise ist das Kraftfahrzeug ein Nutzfahrzeug. Bei dem Nutzfahrzeug kann es sich mit anderen Worten um ein Kraftfahrzeug handeln, das durch seine Bauart und Einrichtung zur Beförderung von Personen, zum Transport von Gütern oder zum Ziehen von Anhängerfahrzeugen ausgelegt ist. Beispielsweise kann es sich bei dem Kraftfahrzeug um einen Lastkraftwagen, einen Omnibus und oder einen Sattelzug handeln, der zumindest teilweise elektrisch angetrieben ist.
Ein weiterer Aspekt betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Energiespeichervorrichtung. Vorzugsweise handelt es sich dabei um eine Energiespeichervorrichtung wie hierin beschrieben. Das Verfahren weist ein Einsetzen, vorzugsweise Einhängen, eines Batteriezellenstapels in ein Batteriegehäuse auf. Ferner weist das Verfahren ein Komprimieren eines Federelements auf. Ferner weist das Verfahren ein Einsetzen des komprimierten Federelements zwischen einer Batteriezellenstapel-Endseite des Batteriezellenstapels und dem Batteriegehäuse auf. Ferner weist das Verfahren ein Verklemmen des Batteriezellenstapels im Batteriegehäuse durch Dekomprimieren des komprimierten Federelements auf. Ferner weist das Verfahren ein Positionieren eines thermischen Isolierelements in ein durch das Federelement begrenztes Innenvolumen auf. Vorteilhaft lassen sich mit dem Verfahren die gleichen Vorteile erzielen, die bereits unter Bezugnahme auf die Energiespeichervorrichtung beschrieben wurden.
In einem Ausführungsbeispiel kann das Einsetzen des komprimierten Federelements ein Befestigen, vorzugsweise Vorspannen, des komprimierten Federelements an einer mit dem Batteriegehäuse verbundenen Befestigungseinrichtung umfassen (z. B. an einem ersten Montagesockel und/oder an einem zweiten Montagesockel der Befestigungseinrichtung).
In einem Ausführungsbeispiel kann das Verfahren ein Komprimieren eines weiteren Federelements aufweisen.
In diesem Ausführungsbeispiel weist das Verfahren ein Einsetzen des komprimierten, weiteren Federelements zwischen einer der Batteriezellenstapel-Endseite entgegengesetzten weiteren Batteriezellenstapel-Endseite und dem Batteriegehäuse auf. Ferner kann das Verfahren ein Positionieren eines weiteren thermischen Isolierelements in ein durch das weitere Federelement begrenztes Innenvolumen aufweisen. Das Verklemmen des Batteriezellenstapels im Batteriegehäuse kann zusätzlich ein Dekomprimieren des komprimierten, weiteren Federelements umfassen.
Die zuvor beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen und Merkmale der Erfindung sind beliebig miteinander kombinierbar.
Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden im Folgenden unter Bezug auf die beigefügte Zeichnung beschrieben. Es zeigen:

1 eine Energiespeichervorrichtung gemäß einer Ausführungsform in der Draufsicht;
2a eine Befestigungseinrichtung einer Energiespeichervorrichtung (ausschnittsweise) gemäß einer Ausführungsform in der Draufsicht (Detailansicht);
2b eine Befestigungseinrichtung einer Energiespeichervorrichtung (ausschnittsweise) gemäß einer weiteren Ausführungsform in der Draufsicht (Detailansicht);
2c eine Befestigungseinrichtung einer Energiespeichervorrichtung (ausschnittsweise) gemäß einer weiteren Ausführungsform in der Draufsicht (Detailansicht).

Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und sind zum Teil nicht gesondert beschrieben.
1 zeigt einen Abschnitt einer Energiespeichervorrichtung 10 für ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug (nicht dargestellt) gemäß einer Ausführungsform in der Draufsicht. Die 2a, 2b und 2c zeigen verschiedene Ausführungsformen einer Befestigungseinrichtung wie nachfolgend beschreiben.
Die Energiespeichervorrichtung 10 weist einen Batteriezellenstapel 12 auf. Der Batteriezellenstapel 12 kann mehrere in Stapelrichtung S stapelartig hintereinander angeordnete Speicherzellen umfassen. Dabei kann es sich z. B. um Pouch-Speicherzellen oder prismatische Speicherzellen handeln. Der Batteriezellenstapel 12 weist eine Batteriezellenstapel-Endseite 14 auf. Die Batteriezellenstapel-Endseite 14 kann z. B. - in Stapelrichtung S gesehen - an einer Stirnseite oder Stirnfläche des Batteriezellenstapels 12 angeordnet sein. Grundsätzlich ist aber auch denkbar, dass die Batteriezellenstapel-Endseite an einer parallel zur Stapelrichtung S verlaufenden Seitenfläche des Batteriezellenstapels 12 angeordnet ist (hier nicht dargestellt). Es ist denkbar, dass zwischen einzelnen oder allen Speicherzellen weitere Komponenten, bspw. Kompressionspads, angeordnet sind.
Die Energiespeichervorrichtung 10 weist ferner ein Batteriegehäuse 16 (in den 1 und 2a-2c nur abschnittsweise dargestellt) auf. Das Batteriegehäuse 16 nimmt den Batteriezellenstapel 12 auf. Beispielsweise kann der Batteriezellenstapel 12 in das Batteriegehäuse 16 eingehängt sein. Das Batteriegehäuse 16 kann bspw. ein Druckgussbauteil, vorzugsweise Aluminiumdruckgussbauteil, sein. Bevorzugt kann das Batteriegehäuse 16 den Batteriezellenstapel 12 vollständig umgeben.
Die Energiespeichervorrichtung 10 weist ferner ein Federelement 18 auf. Das Federelement 18 ist zwischen der Batteriezellenstapel-Endseite 14 und dem Batteriegehäuse 16 (in 1: linker Wandabschnitt des Batteriegehäuses 16) angeordnet. Denkbar ist, dass das Federelement 18 direkt an der Batterizellenstapel-Endseite 14 anliegt. Denkbar ist aber auch, dass zwischen Federelement 18 und der Batterizellenstapel-Endseite 14 weitere Komponenten angeordnet sind.
Das Federelement 18 verklemmt den Batteriezellenstapel 12 im Batteriegehäuse 16. In anderen Worten kann das Federelement 18 eine Klemmkraft auf den Batteriezellenstapel 12 ausüben. Die Abmessungen des Federelements 18 in Stapelrichtung S kann kleiner sein, als ein Abstand zwischen Batterizellenstapel-Endseite 14 und Batteriegehäuse 16. Das Federelement 18 kann dadurch verformt sein.
Das Federelement 18 kann beispielsweise eine Blattfeder sein. Das Federelement 18 kann ein Federblech sein. Beispielsweise kann das Federelement 18 ein Federstahl-Material aufweisen. Denkbar ist ferner, dass das Federelement 18 aufgrund seiner Formgebung oder seines Materials elastisch verformbar ist.
Das Federelement 18 begrenzt ein Innenvolumen 20. In anderen Worten kann aufgrund der Formgebung des Federelements 18 ein Hohlraum in der Energiespeichervorrichtung 10 vorhanden sein. Das Innenvolumen 20 kann auf der dem Batteriegehäuse 16 gegenüberliegenden Seite angeordnet sein. Es ist jedoch auch denkbar, dass das Innenvolumen 20 auf der dem Batteriezellenstapel 12 gegenüberliegenden Seite angeordnet ist. Das Innenvolumen 20 kann bspw. im Wesentlichen blockförmig sein.
Es ist denkbar, dass sich eine Höhe des Federelements 18 über mindestens 50 % einer Höhe der Batteriezellenstapel-Endseite 14, vorzugsweise über eine Gesamthöhe der Batteriezellenstapel-Endseite 14, erstreckt. Vorzugsweise erstreckt sich eine Höhe des Federelements 18 über eine Gesamthöhe der Batteriezellenstapel-Endseite 14. Alternativ oder zusätzlich kann sich eine Breite des Federelements 18 über mindestens 50 % einer Breite der Batteriezellenstapel-Endseite 14 erstrecken. Vorzugsweise erstreckt sich eine Breite des Federelements 18 über eine Gesamtbreite der Batteriezellenstapel-Endseite 14.
Die Energiespeichervorrichtung 10 weist ferner ein thermisches Isolierelement 22 auf. Das thermische Isolierelement 22 ist in dem durch das Federelement 18 begrenzten Innenvolumen 20 angeordnet. Dadurch kann das durch das Federelement 18 begrenzte Innenvolumen 20 in vorteilhafter Weise zur Isolierung der Energiespeichervorrichtung 10 genutzt werden. Denkbar ist, dass das thermische Isolierelement 22 vollständig in dem durch das Federelement 18 begrenzten Innenvolumen 20 angeordnet oder sich nur teilweise in das durch das Federelement 18 begrenzte Innenvolumen 20 erstreckt.
Beispielsweise kann das Federelement 18 einen gekrümmten Abschnitt 24 aufweisen (siehe 2a, 2b, 2c). In anderen Worten kann das Federelement 18 beispielsweise zumindest abschnittsweise gebogen sein. Das Innenvolumen 20 kann durch den gekrümmten Abschnitt 24 zumindest abschnittsweise begrenzt sein. Das thermische Isolierelement 22 kann durch den gekrümmten Abschnitt 24 umgeben sein. Das Federelement 18 kann eine konkave Außenfläche 26 aufweisen, die dem thermischen Isolierelement 22 gegenüberliegt. Das Federelement 18 kann eine konvexe Außenfläche 28 aufweisen. Die konvexe Außenfläche 28 kann der konkaven Außenfläche 26 entgegengesetzt angeordnet sein. Das Innenvolumen 20 kann durch die konkave Außenfläche 26 begrenzt sein. Das thermische Isolierelement 22 kann durch die konkave Außenfläche 26 umgeben sein. Das Federelement 18 kann im Wesentlichen u-förmig und/oder wannenförmig sein.
Das thermische Isolierelement 22 kann zwischen dem Federelement 18 und dem Batteriegehäuse 16 angeordnet sein. Das thermische Isolierelement 22 kann an einer dem Batteriegehäuse 16 gegenüberliegenden Außenfläche des Federelements 18 angeordnet sein. Das thermische Isolierelement 22 kann an einer dem Batteriezellenstapel 12 abgewandten Außenfläche des Federelements 18 angeordnet sein.
Ferner kann das thermische Isolierelement 22 ein Schaummaterial, ein Vliesmaterial, ein Naturfasermaterial oder ein Kunststofffasermaterial umfassen. Es ist aber auch jeder andere zur Wärmedämmung geeignete Dämmstoff denkbar. Das thermische Isolierelement 22 kann zur Wärmedämmung ausgebildet sein. Das thermische Isolierelement 22 kann einen niedrigeren Wärmeleitkoeffizienten aufweisen als das Federelement 18 und/oder das Batteriegehäuse 16.
Das thermische Isolierelement 22 kann zum Energieabbau bei einer crashbedingten Energieeinwirkung auf die Energiespeichervorrichtung 10 ein weicheres Material und/oder eine größere Verformbarkeit aufweisen als das Federelement 18 und/oder das Batteriegehäuse 16. Das thermische Isolierelement 22 kann elastisch verformbar sein. Das thermische Isolierelement 22 kann zwischen das Federelement 18 und das Batteriegehäuse 16 geklemmt sein. Es ist denkbar, dass das thermische Isolierelement 22 im Crashfall leichter verformbar ist als das Batteriegehäuse 16 und/oder das Federelement 18. Es ist denkbar, dass das thermische Isolierelement 22 in einer Art Doppelfunktion einerseits der thermischen Isolierung der Energiespeichervorrichtung 10 und andererseits im Crashfall als eine Art Knautschzone und/oder Intrusionsvolumen fungiert. Dies ist vorteilhaft insbesondere gegenüber bekannten Lösungen, bei denen ein Crash-Intrusionsraum realisiert wird durch einen erhöhten Wandabstand des Batteriezellenstapels oder -moduls vom Batteriegehäuse, was sich negativ auf die Abmessungen, das Gewicht, die Energiedichte und das Packaging der Energiespeichervorrichtung auswirken würde.
Das Federelement 18 kann eine Federsprengung 30 und/oder einen Federhub aufweisen (siehe 2a, 2b, 2c). Die Federsprengung 30 kann z. B. als maximaler Abstand des Federelements 18 in Stapelrichtung S von einer gedachten Verbindungslinie zwischen zwei freien Enden des Federelements 18 definiert werden. Die Federsprengung 30 und/oder der Federhub kann einer Ausdehnung (z. B in einer Stapelrichtung S des Batteriezellenstapels 12) des durch das Federelement 18 begrenzten Innenvolumens 20 entsprechen.
Die Energiespeichervorrichtung 10 kann eine Verteilerplatte 32 aufweisen. Die Verteilerplatte 32 kann (z. b. direkt) zwischen der Batteriezellenstapel-Endseite 14 und dem Federelement 18 angeordnet sein. Vorzugsweise ist die Verteilerplatte 32 ein Lastverteilerblech. Weiter Vorzugsweise liegt die Verteilerplatte 32 vollflächig an der Batteriezellenstapel-Endseite 14 an. Bevorzugt lediglich ein, bevorzugt gekrümmter, Mittelabschnitt des Federelements 18 an der Verteilerplatte 32 an. Die Verteilerplatte 32 kann zur Reduzierung der auf den Batteriezellenstapel 12 wirkenden Flächenpressung ausgebildet sein. Es ist denkbar, dass die Energiespeichervorrichtung 10 einen Spannrahmen (nicht dargestellt) zur Verspannung des Batteriezellenstapels 12 aufweist. Dieser Spannrahmen kann vorzugsweise an der Verteilerplatte 32 befestigt sein.
Wie in 1 ersichtlich, kann die Energiespeichervorrichtung 10 bevorzugt ein weiteres Federelement 34 aufweisen. Das weitere Federelement 34 kann zwischen einer der Batteriezellenstapel-Endseite 14 entgegengesetzten weiteren Batteriezellenstapel-Endseite 36 und dem Batteriegehäuse 16 angeordnet sein. Das weitere Federelement 34 kann den Batteriezellenstapel 12 im Batteriegehäuse 16 verklemmen. Ferner kann die Energiespeichervorrichtung 10 ein weiteres thermisches Isolierelement 38 aufweisen. Das thermisches Isolierelement 38 kann in einem durch das weitere Federelement 34 begrenzten Innenvolumen 40 angeordnet sein. Es ist denkbar, dass die Energiespeichervorrichtung 10 symmetrisch oder spiegelsymmetrisch aufgebaut ist. Innerhalb der Energiespeichervorrichtung 10 kann eine homogene Spannungsverteilung gegeben sein.
Das weitere Federelement 34 und das weitere thermische Isolierelement 38 können im Wesentlichen wie das Federelement 18 und das thermische Isolierelement 22 ausgebildet sein.
Das weitere Federelement 34 kann eine Blattfeder und/oder ein Federblech sein. Das weitere Federelement 34 kann einen gekrümmten Abschnitt aufweisen. Das Innenvolumen 40 kann durch den gekrümmten Abschnitt begrenzt sein. Das weitere thermische Isolierelement 38 kann durch den gekrümmten Abschnitt umgeben sein.
Das weitere Federelement 34 kann eine konkave Außenfläche aufweisen. Die konkave Außenfläche kann dem weiteren thermischen Isolierelement 38 gegenüberliegen. Das weitere Federelement 34 kann eine konvexe Außenfläche aufweisen. Die konvexe Außenfläche kann der konkaven Außenfläche entgegengesetzt angeordnet sein. Das Innenvolumen 40 kann durch die konkave Außenfläche begrenzt sein. Das weitere thermische Isolierelement 38 kann durch die konkave Außenfläche umgeben sein.
Das weitere Federelement 34 kann beispielsweise im Wesentlichen u-förmig und/oder wannenförmig sein.
Eine Höhe des weiteren Federelements 34 kann sich beispielsweise über mindestens 50 % einer Höhe der weiteren Batteriezellenstapel-Endseite 36 erstrecken. Vorzugsweise kann eine Höhe des weiteren Federelements 34 sich über eine Gesamthöhe der weiteren Batteriezellenstapel-Endseite 36 erstrecken.
Eine Breite des weiteren Federelements 34 kann sich über mindestens 50 % einer Breite der weiteren Batteriezellenstapel-Endseite 36 erstrecken. Vorzugsweise kann eine Breite des weiteren Federelements 34 sich über eine Gesamtbreite der weiteren Batteriezellenstapel-Endseite 36 erstrecken.
Das weitere Federelement 34 kann eine Federsprengung und/oder einen Federhub aufweisen. Die Federsprengung und/oder der Federhub kann einer Ausdehnung (z. B. in einer Stapelrichtung S des Batteriezellenstapels 12) des durch das weitere Federelement 34 begrenzten Innenvolumens 40 entsprechen.
Das weitere thermische Isolierelement 38 kann zwischen dem weiteren Federelement 34 und dem Batteriegehäuse 16 (in 1: rechter Wandabschnitt des Batteriegehäuses 16) angeordnet sein. Das weitere thermische Isolierelement 38 kann an einer dem Batteriegehäuse 16 gegenüberliegenden Außenfläche des weiteren Federelements 34 angeordnet sein. Das weitere thermische Isolierelement 38 kann an einer dem Batteriezellenstapel 12 abgewandten Außenfläche des weiteren Federelements 34 angeordnet sein.
Die Energiespeichervorrichtung 10 kann eine weitere Verteilerplatte 42 aufweisen. Die weitere Verteilerplatte 42 ist vorzugsweise ein weiteres Lastverteilerblech. Die weitere Verteilerplatte 42 kann (z. B. direkt) zwischen der weiteren Batteriezellenstapel-Endseite 36 und dem weiteren Federelement 34 angeordnet sein. Vorzugsweise liegt die weitere Verteilerplatte 42 vollflächig an der weiteren Batteriezellenstapel-Endseite 36 an. Vorzugsweise kann lediglich ein, bevorzugt gekrümmter, Mittelabschnitt des weiteren Federelements 34 an der weiteren Verteilerplatte 42 anliegen.
Das weitere thermische Isolierelement 38 kann ein Schaummaterial, ein Vliesmaterial, ein Naturfasermaterial oder ein Kunststofffasermaterial umfassen. Das weitere thermische Isolierelement 38 kann zum Energieabbau bei einer crashbedingten Energieeinwirkung auf die Energiespeichervorrichtung 10 ein weicheres Material und/oder eine größere Verformbarkeit aufweisen als das weitere Federelement 34 und/oder das Batteriegehäuse 16. Das weitere thermische Isolierelement 38 kann elastisch verformbar sein. Das weitere thermische Isolierelement 38 kann zwischen das weitere Federelement 34 und das Batteriegehäuse 16 geklemmt sein.
Die Energiespeichervorrichtung 10 kann eine mit dem Batteriegehäuse 16 verbundene Befestigungseinrichtung aufweisen. Die Befestigungseinrichtung kann integraler Bestandteil des Batteriegehäuses 16 sein. Die Befestigungseinrichtung kann aber auch als separates Bauteil vorgesehen sein und lösbar (z. B. mittels einer Verschraubung) oder nicht lösbar (z. B. mittels einer Schweißverbindung) mit dem Batteriegehäuse 16 verbunden sein.
Mittels der Befestigungseinrichtung kann das Federelement 18 am Batteriegehäuse 16 befestigt sein. Vorzugsweise ist das Federelement 18 mittels der Befestigungseinrichtung am Batteriegehäuse 16 vorgespannt.
Die Befestigungseinrichtung kann einen ersten Montagesockel 44 und einen zweiten Montagesockel 46 aufweisen. Ein erstes freies Ende des Federelements 18 kann am ersten Montagsockel 44 und ein zweites freies Ende des Federelements 18 am zweiten Montagesockel 46 befestigt sein. Die Befestigung kann derart vorgesehen sein, dass das Federelement 18 zwischen dem ersten Montagsockel 44 und zweiten Montagesockel 46 vorgespannt ist. Denkbar ist beispielsweise, dass ein Abstand zwischen dem ersten Montagesockel 44 und dem zweiten Montagesockel 46 kleiner ist als ein Abstand zwischen dem ersten freien Ende und dem zweiten freien Ende des Federelements 18.
Die Ausgestaltung der Befestigungseinrichtung ist auf mehrere Arten denkbar, von denen drei in den 2a, 2b, 2c gezeigt sind. Die Energiespeichervorrichtung 10 ist hier nur ausschnittsweise dargestellt. Zudem wurde auf Darstellung des thermischen Isolierelements zugunsten der besseren Übersichtlichkeit verzichtet.
Wie in 2a gezeigt, kann die Befestigungseinrichtung eine Verschraubung 56 aufweisen. Eine Schraube der Verschraubung 56 kann bspw. durch ein Durchgangsloch des Federelements 18 geführt sein. Die Schraube der Verschraubung 56 kann bspw. in ein Gewinde des Batteriegehäuses 16 eingeschraubt sein. Die Schraube der Verschraubung 56 kann das Federelement 18 damit kraftschlüssig am Batteriegehäuse 16 festlegen.
Wie in 2b dargestellt, kann der erste Montagesockel 44 auch eine Nut 48 aufweisen. In der Nut 48 kann das erste freie Ende formschlüssig befestigt aufgenommen sein. Denkbar ist, dass die Nut 48 eine Hinterschneidung aufweist, in die ein formkorrespondierendes freies Ende des Federelements 18 greift. Das Federelement 18 kann beispielsweise in einer Richtung senkrecht zur Zeichenebene der 2b in die Nut 48 eingeschoben sein. Alternativ oder zusätzlich kann der zweite Montagesockel 46 eine Nut aufweisen (hier nicht dargestellt). In der Nut kann das zweite freie Ende formschlüssig befestigt aufgenommen sein. Es ist denkbar, dass die Nuten sich über mindestens 50 %, vorzugsweise 100 %, einer Höhe und/oder Breite der Batteriezellenstapel-Endseite 14 erstrecken.
Wie in 2c dargestellt, kann das erste freie Ende ein Federauge 50 und/oder eine Schlaufe aufweisen. In anderen Worten kann das erste freie Ende also eine Umbördelung und/oder Umbiegung und/oder Krümmung aufweisen. Das Federauge 50 und/oder die Schlaufe kann in dem ersten Montagesockel 44 aufgenommen sein. Denkbar ist beispielsweise, dass der erste Montagesockel 44 zwei gegenüberliegende Stege aufweist. Die Stege können zueinander fluchtende Durchgangsbohrungen 58 aufweisen. Das Federauge 50 und/oder die Schlaufe kann zwischen die Stege positioniert sein. Das Federauge 50 und/oder die Schlaufe kann fluchtend zu den Durchgangsbohrungen 58 positioniert sein. Das Federauge 50 und/oder die Schlaufe kann mittels einer Verschraubung an dem ersten Montagesockel 44 befestigt sein. Eine Schraube der Verschraubung kann z. B. durch die Durchgangsbohrungen 58 und das Federauge 50 und/oder die Schlaufe geführt sein. Die Schraube kann mittels einer auf einem Steg anliegenden Mutter an den Stegen befestigt sein. Alternativ oder zusätzlich kann das zweite freie Ende ein Federauge und/oder eine Schlaufe aufweisen, das oder die in dem zweiten Montagesockel 46 aufgenommen und mittels einer Verschraubung an dem zweiten Montagesockel 46 befestigt sein (hier nicht dargestellt).
Denkbar ist, dass die Energiespeichervorrichtung 10 an dem ersten freien Ende des Federelements 18 eine Befestigungseinrichtung aufweist, die nach einem der Ausführungsbeispiele der 2a, 2b oder 2c ausgeführt ist und an dem zweiten freien Ende des Federelements 18 eine Befestigungseinrichtung aufweist, die nach einem anderen der Ausführungsbeispiele der 2a, 2b oder 2c ausgeführt ist.
Die Energiespeichervorrichtung 10 kann ferner eine mit dem Batteriegehäuse 16 verbundene weitere Befestigungseinrichtung aufweisen. Die weitere Befestigungseinrichtung kann analog zur Befestigungseinrichtung ausgestaltet werden. Mittels der weiteren Befestigungseinrichtung kann das weitere Federelement 34 am Batteriegehäuse 16 befestigt (z. B. vorgespannt) sein.
Die Erfindung betrifft ferner Verfahren zur Herstellung einer Energiespeichervorrichtung 10. Vorzugsweise handelt es sich dabei um eine Energiespeichervorrichtung wie oben beschrieben.
Das Verfahren weist ein Einsetzen, vorzugsweise Einhängen, eines Batteriezellenstapels 12 in ein Batteriegehäuse 16 auf. Das Verfahren weist ferner ein Komprimieren eines Federelements 18 auf. Das Verfahren weist ferner ein Einsetzen des komprimierten Federelements 18 zwischen einer Batteriezellenstapel-Endseite 14 des Batteriezellenstapels 12 und dem Batteriegehäuse 16 auf. Das Verfahren weist ferner ein Verklemmen des Batteriezellenstapels 12 im Batteriegehäuse 16 durch Dekomprimieren des komprimierten Federelements 18. Das Verfahren weist ferner ein Positionieren eines thermischen Isolierelements 22 in ein durch das Federelement 18 begrenztes Innenvolumen 20 auf. Es ist denkbar, dass das thermische Isolierelement 22 komprimiert wird, eingesetzt wird und durch Dekompression im Innenvolumen 20 festgelegt wird.
Das Einsetzen des komprimierten Federelements 18 kann ein Befestigen, vorzugsweise Vorspannen, des komprimierten Federelements 18 an einer mit dem Batteriegehäuse 16 verbundenen Befestigungseinrichtung umfassen, vorzugsweise an einem ersten Montagesockeln 44 und einem zweiten Montagesockel 46 der Befestigungseinrichtung. Beispielsweise kann die Befestigungseinrichtung wie oben beschrieben ausgeführt sein (siehe 2a, 2b, 2c).
Das Verfahren kann ferner ein Komprimieren eines weiteren Federelements 34 aufweisen.
Das Verfahren kann ferner ein Einsetzen des komprimierten weiteren Federelements 34 zwischen einer der Batteriezellenstapel-Endseite 14 entgegengesetzten weiteren Batteriezellenstapel-Endseite 36 und dem Batteriegehäuse 16 aufweisen.
Das Verfahren kann ferner ein Positionieren eines weiteren thermischen Isolierelements 38 in ein durch das weitere Federelement 34 begrenztes Innenvolumen 40 aufweisen.
Das Verklemmen des Batteriezellenstapels 12 im Batteriegehäuse 16 kann zusätzlich ein Dekomprimieren des komprimierten weiteren Federelements 34 umfassen.
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. Alle Bereichsangaben hierin sind derart offenbart zu verstehen, dass gleichsam alle in den jeweiligen Bereich fallenden Werte einzeln offenbart sind, z. B. auch als jeweils bevorzugte engere Außengrenzen des jeweiligen Bereichs.
Bezugszeichenliste

10: Energiespeichervorrichtung
12: Batteriezellenstapel
14: Batteriezellenstapel-Endseite
16: Batteriegehäuse (Wandabschnitt)
18: Federelement
20: Innenvolumen
22: thermisches Isolierelement
24: gekrümmter Abschnitt
26: konkave Außenfläche
28: konvexe Außenfläche
30: Federsprengung
32: Verteilerplatte
34: weiteres Federelement
36: weitere Batteriezellenstapel-Endseite
38: weiteres thermisches Isolierelement
40: Innenvolumen
42: weitere Verteilerplatte
44: erster Montagesockel
46: zweiter Montagesockel
48: Nut
50: Federauge
52: erster Montagesockel
54: zweiter Montagesockel
56: Verschraubung
58: Durchgangsbohrungen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 3893319 A1 [0005]
KR 102018721 B1 [0006]

Claims

Energiespeichervorrichtung (10) für ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug, aufweisend: einen Batteriezellenstapel (12); ein Batteriegehäuse (16), das den Batteriezellenstapel (12) aufnimmt; ein Federelement (18), das zwischen einer Batteriezellenstapel-Endseite (14) und dem Batteriegehäuse (16) angeordnet ist und den Batteriezellenstapel (12) im Batteriegehäuse (16) verklemmt; und ein thermisches Isolierelement (22), das in einem durch das Federelement (18) begrenzten Innenvolumen (20) angeordnet ist.
Energiespeichervorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei das Federelement (18): eine Blattfeder und/oder ein Federblech ist; und/oder einen gekrümmten Abschnitt (24) aufweist und das Innenvolumen (20) durch den gekrümmten Abschnitt (24) begrenzt und/oder das thermische Isolierelement (22) durch den gekrümmten Abschnitt (24) umgeben ist; und/oder eine konkave Außenfläche (26), die dem thermischen Isolierelement (22) gegenüberliegt, und eine konvexe Außenfläche (28), die der konkaven Außenfläche (26) entgegengesetzt angeordnet ist, aufweist, wobei das Innenvolumen (20) durch die konkave Außenfläche (26) begrenzt und/oder das thermische Isolierelement (22) durch die konkave Außenfläche (26) umgeben ist; und/oder im Wesentlichen u-förmig und/oder wannenförmig ist.
Energiespeichervorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei: sich eine Höhe des Federelements (18) über mindestens 50 % einer Höhe der Batteriezellenstapel-Endseite (14), vorzugsweise über eine Gesamthöhe der Batteriezellenstapel-Endseite (14), erstreckt; und/oder sich eine Breite des Federelements (18) über mindestens 50 % einer Breite der Batteriezellenstapel-Endseite (14), vorzugsweise über eine Gesamtbreite der Batteriezellenstapel-Endseite (14), erstreckt.
Energiespeichervorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei: das Federelement (18) eine Federsprengung (30) und/oder einen Federhub aufweist, die oder der einer Ausdehnung, vorzugsweise in einer Stapelrichtung (S) des Batteriezellenstapels (12), des durch das Federelement (18) begrenzten Innenvolumens (20) entspricht.
Energiespeichervorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das thermische Isolierelement (22): zwischen dem Federelement (18) und dem Batteriegehäuse (16) angeordnet ist; und/oder an einer dem Batteriegehäuse (16) gegenüberliegenden Außenfläche des Federelements (18) angeordnet ist; und/oder an einer dem Batteriezellenstapel (12) abgewandten Außenfläche des Federelements (18) angeordnet ist.
Energiespeichervorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend: eine Verteilerplatte (32), vorzugsweise ein Lastverteilerblech, die, vorzugsweise direkt, zwischen der Batteriezellenstapel-Endseite (14) und dem Federelement (18) angeordnet ist, wobei vorzugsweise: die Verteilerplatte (32) vollflächig an der Batteriezellenstapel-Endseite (14) anliegt; und/oder lediglich ein, bevorzugt gekrümmter, Mittelabschnitt des Federelements (18) an der Verteilerplatte (32) anliegt.
Energiespeichervorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend: eine mit dem Batteriegehäuse (16) verbundene Befestigungseinrichtung, mittels der das Federelement (18) am Batteriegehäuse (16) befestigt und vorzugsweise vorgespannt ist.
Energiespeichervorrichtung (10) nach Anspruch 7, wobei die Befestigungseinrichtung einen ersten Montagesockel (44) und einen zweiten Montagesockel (46) aufweist, wobei ein erstes freies Ende des Federelements (18) am ersten Montagsockel (44) und ein zweites freies Ende des Federelements (18) am zweiten Montagesockel (46) derart befestigt ist, dass das Federelement (18) zwischen dem ersten Montagsockel (44) und zweiten Montagesockel (46) vorgespannt ist.
Energiespeichervorrichtung (10) nach Anspruch 8, wobei: der erste Montagesockel (44) eine Nut (48) aufweist, in der das erste freie Ende formschlüssig befestigt aufgenommen ist, und/oder der zweite Montagesockel (46) eine Nut aufweist, in der das zweite freie Ende formschlüssig befestigt aufgenommen ist; und/oder das erste freie Ende ein Federauge (50) und/oder eine Schlaufe aufweist, das oder die in dem ersten Montagesockel (44) aufgenommen und mittels einer Verschraubung an dem ersten Montagesockel (44) befestigt ist, und/oder das zweite freie Ende ein Federauge und/oder eine Schlaufe aufweist, das oder die in dem zweiten Montagesockel (46) aufgenommen und mittels einer Verschraubung an dem zweiten Montagesockel (46) befestigt ist.
Energiespeichervorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das thermische Isolierelement (22): ein Schaummaterial, ein Vliesmaterial, ein Naturfasermaterial oder ein Kunststofffasermaterial umfasst; und/oder zum Energieabbau bei einer crashbedingten Energieeinwirkung auf die Energiespeichervorrichtung (10) ein weicheres Material und/oder eine größere Verformbarkeit aufweist als das Federelement (18) und/oder das Batteriegehäuse (16); und/oder elastisch verformbar ist; und/oder zwischen das Federelement (18) und das Batteriegehäuse (16) geklemmt ist.
Energiespeichervorrichtung (10) nach einem der vorhegenden Ansprüche, aufweisend: ein weiteres Federelement (34), das zwischen einer der Batteriezellenstapel-Endseite (14) entgegengesetzten weiteren Batteriezellenstapel-Endseite (36) und dem Batteriegehäuse (16) angeordnet ist und den Batteriezellenstapel (12) im Batteriegehäuse (16) verklemmt; und ein weiteres thermisches Isolierelement (38), das in einem durch das weitere Federelement (34) begrenzten Innenvolumen (40) angeordnet ist.
Energiespeichervorrichtung (10) nach Anspruch 11, wobei mindestens eines der nachfolgenden Merkmale erfüllt ist: das weitere Federelement (34) ist eine Blattfeder und/oder ein Federblech; das weitere Federelement (34) weist einen gekrümmten Abschnitt auf und das durch das weitere Federelement (34) begrenzte Innenvolumen (40) ist durch den gekrümmten Abschnitt begrenzt und/oder das weitere thermische Isolierelement (38) ist durch den gekrümmten Abschnitt umgeben; das weitere Federelement (34) weist eine konkave Außenfläche auf, die dem weiteren thermischen Isolierelement (38) gegenüberliegt, und weist eine konvexe Außenfläche auf, die der konkaven Außenfläche entgegengesetzt angeordnet ist, wobei das durch das weitere Federelement (34) begrenzte Innenvolumen (40) durch die konkave Außenfläche begrenzt und/oder das weitere thermische Isolierelement (38) durch die konkave Außenfläche umgeben ist; das weitere Federelement (34) ist im Wesentlichen u-förmig und/oder wannenförmig; eine Höhe des weiteren Federelements (34) erstreckt sich über mindestens 50 % einer Höhe der weiteren Batteriezellenstapel-Endseite (36), vorzugsweise über eine Gesamthöhe der weiteren Batteriezellenstapel-Endseite (36); eine Breite des weiteren Federelements (34) erstreckt sich über mindestens 50 % einer Breite der weiteren Batteriezellenstapel-Endseite (36), vorzugsweise über eine Gesamtbreite der weiteren Batteriezellenstapel-Endseite (36); das weitere Federelement (34) weist eine Federsprengung und/oder einen Federhub auf, die oder der einer Ausdehnung, vorzugsweise in einer Stapelrichtung (S) des Batteriezellenstapels (12), des durch das weitere Federelement (34) begrenzten Innenvolumens (40) entspricht; das weitere thermische Isolierelement (38) ist zwischen dem weiteren Federelement (34) und dem Batteriegehäuse (16) angeordnet und/oder an einer dem Batteriegehäuse (16) gegenüberliegenden Außenfläche des weiteren Federelements (34) angeordnet und/oder an einer dem Batteriezellenstapel (12) abgewandten Außenfläche des weiteren Federelements (34) angeordnet; die Energiespeichervorrichtung (10) weist eine weitere Verteilerplatte (42) auf, vorzugsweise ein weiteres Lastverteilerblech, die, vorzugsweise direkt, zwischen der weiteren Batteriezellenstapel-Endseite (36) und dem weiteren Federelement (34) angeordnet ist, wobei vorzugsweise die weitere Verteilerplatte (42) vollflächig an der weiteren Batteriezellenstapel-Endseite (36) anliegt und/oder lediglich ein, bevorzugt gekrümmter, Mittelabschnitt des weiteren Federelements (34) an der weiteren Verteilerplatte (42) anliegt; die Energiespeichervorrichtung (10) weist ferner eine mit dem Batteriegehäuse (16) verbundene weitere Befestigungseinrichtung auf, mittels der das weitere Federelement (34) am Batteriegehäuse (16) befestigt und vorzugsweise vorgespannt ist, wobei vorzugsweise die weitere Befestigungseinrichtung einen ersten Montagesockel (52) und einen zweiten Montagesockel (54) aufweist, wobei ein erstes freies Ende des weiteren Federelements (34) am ersten Montagsockel (52) und ein zweites freies Ende des weiteren Federelements (34) am zweiten Montagesockel (54) derart befestigt ist, dass das weitere Federelement (34) zwischen dem ersten Montagsockel (52) und zweiten Montagesockel (54) vorgespannt ist; und das weitere thermische Isolierelement (38) umfasst ein Schaummaterial, ein Vliesmaterial, ein Naturfasermaterial oder ein Kunststofffasermaterial und/oder das weitere thermische Isolierelement (38) weist zum Energieabbau bei einer crashbedingten Energieeinwirkung auf die Energiespeichervorrichtung (10) ein weicheres Material und/oder eine größere Verformbarkeit auf als das weitere Federelement (34) und/oder das Batteriegehäuse (16) und/oder das weitere thermische Isolierelement (38) ist elastisch verformbar und/oder das weitere thermische Isolierelement ist (38) zwischen das weitere Federelement (34) und das Batteriegehäuse (16) geklemmt.
Verfahren zur Herstellung einer Energiespeichervorrichtung (10), vorzugsweise nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend: Einsetzen, vorzugsweise Einhängen, eines Batteriezellenstapels (12) in ein Batteriegehäuse (16); Komprimieren eines Federelements (18); Einsetzen des komprimierten Federelements (18) zwischen einer Batteriezellenstapel-Endseite (14) des Batteriezellenstapels (12) und dem Batteriegehäuse (16); Verklemmen des Batteriezellenstapels (12) im Batteriegehäuse (16) durch Dekomprimieren des komprimierten Federelements (18); und Positionieren eines thermischen Isolierelements (22) in ein durch das Federelement (18) begrenztes Innenvolumen (20).
Verfahren nach Anspruch 13, wobei: das Einsetzen des komprimierten Federelements (18) ein Befestigen, vorzugsweise Vorspannen, des komprimierten Federelements (18) an einer mit dem Batteriegehäuse (16) verbundenen Befestigungseinrichtung umfasst, vorzugsweise an einem ersten Montagesockel (44) und einem zweiten Montagesockel (46) der Befestigungseinrichtung.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, ferner aufweisend: Komprimieren eines weiteren Federelements (34); Einsetzen des komprimierten, weiteren Federelements (34) zwischen einer der Batteriezellenstapel-Endseite (14) entgegengesetzten weiteren Batteriezellenstapel-Endseite (36) und dem Batteriegehäuse (16); Positionieren eines weiteren thermischen Isolierelements (38) in ein durch das weitere Federelement (34) begrenztes Innenvolumen (40); wobei das Verklemmen des Batteriezellenstapels (12) im Batteriegehäuse (16) zusätzlich ein Dekomprimieren des komprimierten, weiteren Federelements (34) umfasst.