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Die Erfindung betrifft einen elektrischen Energiespeicher für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Kraftwagen, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit wenigstens einem solchen elektrischen Energiespeicher.
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US 2016 / 0 336 575 A1 beschreibt elektrische Steckverbinder zum elektrischen Verbinden einzelner tragbarer Speicherzellen für elektrische Energie, die eine Vielzahl tragbarer Speicherzellen für elektrische Energie bilden, die Teil einer tragbaren Speichervorrichtung für elektrische Energie zum Betreiben tragbarer Geräte wie Fahrzeuge oder Unterhaltungselektronik sind. Die elektrischen Steckverbinder umfassen Bänder mit verringerter Querschnittsfläche. Dazu gehören leitfähige Bänder, die eine zuverlässige Verbindung zwischen dem elektrischen Steckverbinder und tragbaren elektrischen Energiespeicherzellen ermöglichen und die Möglichkeit bieten, ausgefallene oder beschädigte Zellen elektrisch zu isolieren.
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In
US 2019 / 0 296 407 A1 wird ein Batteriemodul-Temperaturüberwachungssystem mit mehreren Zonen-Thermoelementen bereitgestellt, das so konfiguriert ist, dass es mehrere Temperaturen entlang einer Tiefe des Batteriemoduls an verschiedenen Stellen ermittelt. Das System kann eine Reihe von Temperatursonden umfassen, von denen jede einen ersten Temperatursensor umfasst, der an der Basis einer Gruppe von Zellen im Modul ausgerichtet ist, und einen zweiten Temperatursensor, der an einem oberen Teil der Gruppe von Zellen im Modul ausgerichtet ist. Durch die Bereitstellung von oberen und unteren Temperatursensoren für Batteriezellen in jeder Sonde des Systems kann ein Batteriemanagementsystem einen Temperaturgradienten der Batteriezellen im Modul an verschiedenen Stellen erkennen und aufzeichnen. Diese Aufzeichnungen können einen Gradienten und einen Temperaturunterschied zwischen dem oberen und dem unteren Batteriezellenabschnitt über einem betriebsfähigen Schwellenwertunterschied bestimmen und einem Wärmemanagementsystem befehlen, das Batteriemodul wieder auf Grenzwerte innerhalb des betriebsfähigen Schwellenwerts zu bringen.
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WO 2019/ 092 037 A1 betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Kontaktplatte für einen Batteriestapel zur elektrischen Parallelschaltung von Batteriezellen des Batteriestapels, wobei im Batteriestapel die Batteriezellen in einer oberen Batterieebene und einer unteren Batterieebene angeordnet sind und die Kontaktplatte im Batteriestapel zwischen der oberen Batterieebene und der unteren Batterieebene angeordnet ist. Außerdem ist eine Kontaktplatte für einen Batteriestapel zur elektrischen Parallelschaltung von Batteriezellen des Batteriestapels gezeigt, wobei im Batteriestapel die Batteriezellen in einer oberen Batterieebene und einer unteren Batterieebene angeordnet sind und die Kontaktplatte im Batteriestapel zwischen der oberen Batterieebene und der unteren Batterieebene angeordnet sind. Weiterhin ist ein Batteriestapel beschrieben, umfassend mindestens eine obere Batterieebene, eine untere Batterieebene und eine Kontaktplatte, wobei in der oberen Batterie jeweils eine Mehrzahl von Batteriezellen zwischen der oberen Batterieebene und der unteren Batterieebene angeordnet ist und die Kontaktplatte zwischen der oberen Batterieebene und der unteren Batterieebene angeordnet ist.
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Die
DE 10 2021 112 889 A1 offenbart einen Zellverbinder zur Verbindung von Zellterminals. Vorgesehen ist mindestens ein aus einem elektrisch leitenden Material gebildetes Verbindungselement, welches zwei Anschlussbereiche und einen zwischen den Anschlussbereichen angeordneten Sicherungsbereich aufweist, der einen Bereich mit einem reduzieren Querschnitt aufweist und hierdurch insbesondere als eine Schmelzsicherung ausgebildet ist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen elektrischen Energiespeicher für ein Kraftfahrzeug sowie ein Kraftfahrzeug mit wenigstens einem solchen elektrischen Energiespeicher zu schaffen, sodass ein besonders sicherer Betrieb realisiert werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen elektrischen Energiespeicher für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft einen einfach auch als Energiespeicher bezeichneten, elektrischen Energiespeicher für ein einfach auch als Fahrzeug bezeichnetes Kraftfahrzeug. Dies bedeutet, dass das vorzugsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgebildete Kraftfahrzeug in seinem vollständig hergestellten Zustand den elektrischen Energiespeicher aufweist, mittels oder in welchem elektrische Energie, insbesondere elektrochemisch, zu speichern oder gespeichert ist. Vorzugsweise ist der elektrische Energiespeicher eine Hochvolt-Komponente, deren elektrische Spannung, insbesondere elektrische Betriebs- oder Nennspannung, vorzugsweise größer als 50 Volt, insbesondere größer als 60 Volt, ist und ganz vorzugsweise mehrere Hundert Volt beträgt. Der elektrische Energiespeicher wird auch als Batterie bezeichnet und ist insbesondere eine Sekundärbatterie, wobei insbesondere dann, wenn der elektrische Energiespeicher eine Hochvolt-Komponente ist, der elektrische Energiespeicher auch als Hochvolt-Batterie (HV-Batterie) bezeichnet wird. Eine jeweilige, dem jeweiligen Verbindungselement zugewandte Seite des jeweiligen, der jeweiligen Schmelzsicherung des jeweiligen Verbindungselements zugeordneten Begrenzungselements direkt mit dem jeweiligen Verbindungselement verbunden, insbesondere verklebt, ist.
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Der elektrische Energiespeicher weist ein Speichergehäuse auf, welches einen Aufnahmeraum, insbesondere direkt, begrenzt. Insbesondere ist der Aufnahmeraum, insbesondere direkt, durch eine innenumfangsseitige Mantelfläche des Speichergehäuses begrenzt. Der elektrische Energiespeicher weist außerdem mehrere, in dem Aufnahmeraum und somit in dem Speichergehäuse angeordnete Speicherzellen auf, mittels oder in welchen die zuvor genannte, elektrische Energie, insbesondere elektrochemisch, zu speichern oder gespeichert ist. Die Speicherzellen werden auch einfach als Zellen bezeichnet und sind separat voneinander und separat von dem Speichergehäuse ausgebildete Zellen, welche auch als Einzelzellen bezeichnet werden. Die jeweilige Speicherzelle weist ein jeweiliges Zellgehäuse und wenigstens ein jeweiliges Anschlusselement auf, welches auch als Terminal bezeichnet wird. Das jeweilige Anschlusselement wird auch als jeweiliges erstes Anschlusselement bezeichnet. Wenn zuvor und im Folgenden die Rede von dem jeweiligen Anschlusselement ist, so ist darunter, falls nichts anderes angegeben ist, das jeweilige, erste Anschlusselement der jeweiligen Speicherzelle zu verstehen. Beispielsweise weist die jeweilige Speicherzelle wenigstens oder genau zwei auch als Terminals bezeichnete Anschlusselemente auf, nämlich das zuvor genannte, erste Anschlusselement und ein zweites Anschlusselement. Über das jeweilige Anschlusselement kann die jeweilige Speicherzelle die mittels der jeweiligen Speicherzelle gespeicherte, elektrische Energie bereitstellen. Ferner kann über das jeweilige Anschlusselement elektrische Energie, die beispielsweise von einer elektrischen Maschine des Kraftfahrzeugs bereitgestellt wird oder bereitstellbar ist, der jeweiligen Speicherzelle zugeführt und in der jeweiligen Speicherzelle gespeichert, mithin in die jeweilige Speicherzelle eingespeichert werden.
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Der elektrische Energiespeicher weist außerdem eine in dem Aufnahmeraum angeordnete Verbindungseinrichtung auf, welche insbesondere separat von dem Speichergehäuse und separat von den Speicherzellen und somit separat von den Anschlusselementen ausgebildet ist. Dabei ist dem jeweiligen Anschlusselement ein jeweiliges Verbindungelement der Verbindungseinrichtung zugeordnet. Die Verbindungseinrichtung wird auch als Zellkontaktiersystem, Zellkontaktierungssystem oder ZKS bezeichnet. Beispielsweise ist das jeweilige Anschlusselement auf einer jeweiligen Gehäuseseite des jeweiligen Zellgehäuses der jeweiligen Speicherzelle angeordnet, wobei es insbesondere denkbar ist, dass das jeweilige Anschlusselement von dem jeweiligen Zellgehäuse der jeweiligen Speicherzelle, insbesondere entlang einer oder in eine Erstreckungsrichtung, absteht, sodass beispielsweise das jeweilige Anschlusselement gegenüber dem jeweiligen Zellgehäuse, mithin gegenüber jeweiligen, sich insbesondere direkt an das jeweilige Anschlusselement anschließenden Teilbereichen des jeweiligen Zellgehäuses, erhaben ist.
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Das jeweilige, dem jeweiligen Anschlusselement zugeordnete Verbindungselement der Verbindungseinrichtung ist elektrisch und vorzugsweise auch mechanisch mit dem jeweiligen Anschlusselement, welchem das jeweilige Verbindungselement zugeordnet ist, verbunden. Da das jeweilige, dem jeweiligen Anschlusselement zugeordnete Verbindungselement dem jeweiligen Anschlusselement zugeordnet ist, ist umgekehrt das jeweilige Anschlusselement, welchem das jeweilige Verbindungselement zugeordnet ist, dem jeweiligen Verbindungselement, welches dem jeweiligen Anschlusselement zugeordnet ist, zugeordnet. Dadurch, dass das jeweilige Verbindungselement mit dem jeweiligen, zugeordneten Anschlusselement elektrisch verbunden ist, sind die Anschlusselemente und somit die Speicherzellen über die Verbindungseinrichtung elektrisch miteinander verbunden, wodurch beispielsweise die Speicherzellen beziehungsweise die Anschlusselemente seriell oder aber parallel zueinander geschaltet sind. Beispielsweise ist das jeweilige Verbindungselement derart elektrisch und vorzugsweise auch mechanisch mit dem jeweiligen, zugeordneten Anschlusselement verbunden, dass das jeweilige Verbindungselement stoffschlüssig mit dem jeweiligen, zugeordneten Anschlusselement verbunden ist. Hierfür ist beispielsweise das jeweilige Verbindungselement mit dem jeweiligen, zugeordneten Anschlusselement verschweißt, insbesondere durch Laserschweißen.
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Das jeweilige, dem jeweiligen Anschlusselement zugeordnete Verbindungselement weist eine jeweilige Schmelzsicherung auf. Da das jeweilige Verbindungselement dem jeweiligen Anschlusselement zugeordnet ist, und das das jeweilige, dem jeweiligen Anschlusselement zugeordnete Verbindungselement die jeweilige Schmelzsicherung aufweist, ist die jeweilige Schmelzsicherung des jeweiligen Verbindungselements, welches dem jeweiligen Anschlusselement zugeordnet ist, dem jeweiligen Anschlusselement zugeordnet, welchem das jeweilige Verbindungselement zugeordnet ist und umgekehrt. Die jeweilige Schmelzsicherung ist ein jeweiliger Sicherungsbereich des jeweiligen Verbindungselements. Wie es beispielsweise in der
DE 10 2021 112 889 A1 beschrieben ist, ist die jeweilige Schmelzsicherung beispielsweise durch eine insbesondere lokale Querschnittsverjüngung oder Querschnittsreduzierung des jeweiligen Verbindungselements gebildet, sodass beispielsweise die jeweilige Schmelzsicherung des jeweiligen Verbindungselements einen geringeren Querschnitt aufweist als sich beidseitig und direkt an die jeweilige Schmelzsicherung des jeweiligen Verbindungselements anschließende Teilbereiche des jeweiligen Verbindungselements. Insbesondere sind das jeweilige Verbindungselement und somit die jeweilige Schmelzsicherung und die jeweiligen Teilbereiche des jeweiligen Verbindungselements aus einem elektrisch leitenden und beispielsweise metallischen Werkstoff wie beispielsweise Kupfer oder Aluminium gebildet. Durch die beschriebene, insbesondere lokale, Querschnittsreduzierung oder Querschnittsverjüngung der Schmelzsicherung, mithin dadurch, dass die Schmelzsicherung einen geringeren Querschnitt als die genannten Teilbereiche des jeweiligen Verbindungselements aufweist, kann Folgendes geschehen: Kommt es beispielsweise insbesondere infolge eines thermischen Ereignisses einer der Speicherzellen dazu, dass ein auch als Fehlerstrom bezeichneter elektrischer Strom durch das Verbindungselement hindurch fließt, welches dem Anschlusselement der einen Speicherzelle zugeordnet ist, die das thermische Ereignis aufweist, wobei der elektrische Strom einen insbesondere vorgebbaren oder vorgegebenen Grenzwert überschreitet, so kommt es zu einer solch starken Erwärmung des Verbindungselements, welches dem Anschlusselement der einen Speicherzelle, die das thermische Ereignis aufweist, zugeordnet ist, dass die Schmelzsicherung des Verbindungselements, welches dem Anschlusselement der einen Speicherzelle zugeordnet ist, schmilzt und somit versagt. Dies wird auch als Auslösen der Schmelzsicherung bezeichnet. Mit anderen Worten löst die Schmelzsicherung des Verbindungselements aus, welches dem Anschlusselement der einen Speicherzelle, an oder in der es zu dem thermischen Ereignis gekommen ist, zugeordnet ist. Durch das Auslösen der Schmelzsicherung wird die eine Speicherzelle von den anderen, übrigen Speicherzellen elektrisch beziehungsweise galvanisch getrennt, sodass beispielsweise ein Übergreifen des thermischen Ereignisses der einen Speicherzelle auf die anderen Speicherzellen und somit eine sogenannte, thermische Propagation vermieden werden können. Der zuvor genannte Grenzwert kann beispielsweise durch konstruktive Gestaltung der jeweiligen Schmelzsicherung insbesondere im Hinblick auf den Werkstoff, aus welchem das jeweilige Verbindungselement gebildet ist, und/oder auf den jeweiligen Querschnitt der jeweiligen Schmelzsicherung gestaltet, das heißt definiert werden.
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Um nun einen besonders vorteilhaften, insbesondere einen besonders sicheren, Betrieb des elektrischen Energiespeichers realisieren zu können, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass in den Aufnahmeraum ein insbesondere separat von dem Speichergehäuse, separat von den Speicherzellen und separat von der Verbindungseinrichtung ausgebildeter Schaum angeordnet ist, welcher insbesondere als ein Strukturschaum ausgebildet ist. Der Schaum wird auch als erster Schaum bezeichnet. Wenn zuvor und im Folgenden die Rede von dem Schaum ist, so ist darunter, falls nichts anderes angegeben ist, der erste Schaum zu verstehen. Beispielsweise ist der erste Schaum ein Polyurethan-Schaum (PU-Schaum). Mittels des Schaums sind die Speicherzellen miteinander und/oder mit dem Speichergehäuse verbunden, insbesondere verklebt. Ferner ist Folgendes denkbar: Das Speichergehäuse kann wenigstens oder genau zwei separat voneinander ausgebildete und miteinander verbundene Gehäuseteile aufweisen. Ein erstes der Gehäuseteile ist beispielsweise ein Gehäuseoberteil, wobei beispielsweise ein zweites der Gehäuseteile ein Gehäuseunterteil ist. Dabei ist es denkbar, dass in Einbaulage des elektrischen Energiespeichers die Gehäuseteile in Fahrzeughochrichtung des Kraftfahrzeugs aufeinanderfolgend und somit übereinander angeordnet sind, wobei der elektrische Energiespeicher seine Einbaulage in vollständig hergestelltem Zustand des den elektrischen Energiespeicher aufweisenden Kraftfahrzeugs einnimmt. Dabei ist es denkbar, dass die Gehäuseteile mittels des Schaums miteinander verbunden, insbesondere miteinander verklebt, sind. Dies erfolgt beispielsweise derart, dass der Schaum an beiden Gehäuseteilen, insbesondere jeweils direkt, anliegt. Ferner ist es denkbar, dass der Schaum an dem jeweiligen Zellgehäuse, insbesondere an einer jeweiligen, außenumfangsseitigen Mantelfläche des jeweiligen Zellgehäuses, insbesondere direkt, anliegt, wodurch beispielsweise die Zellgehäuse und somit die Speicherzellen mittels des Schaums miteinander verbunden, insbesondere miteinander verklebt, sind. Ferner ist es denkbar, dass der Schaum, insbesondere direkt, an dem Speichergehäuse und, insbesondere direkt, an dem jeweiligen Zellgehäuse, insbesondere an der jeweiligen, außenumfangsseitigen Mantelfläche des jeweiligen Zellgehäuses, anliegt, wodurch beispielsweise die jeweilige Speicherzelle mit dem Speichergehäuse verbunden, insbesondere verklebt, ist. Mittels des Schaums können unerwünschte, übermäßige Relativbewegungen zwischen den Speicherzellen und/oder zwischen der jeweiligen Speicherzelle und dem Speichergehäuse vermieden werden. Außerdem können mittels des Schaums Belastungen wie beispielsweise Kräfte besonders vorteilhaft zwischen den Speicherzellen und/oder zwischen der jeweiligen Speicherzelle und dem Speichergehäuse und/oder zwischen den Gehäuseteilen übertragen werden, wodurch eine besonders hohe Robustheit und somit eine besonders hohe Sicherheit des elektrischen Energiespeichers dargestellt werden können.
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Des Weiteren ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass der jeweiligen Schmelzsicherung des jeweiligen, dem jeweiligen Anschlusselement zugeordneten Verbindungselements ein jeweiliges, vorzugsweise separat von den Speicherzellen, separat von der Verbindungseinrichtung und separat von dem Speichergehäuse und auch separat von dem Schaum ausgebildetes und zusätzlich zu dem Schaum vorgesehenes Begrenzungselement zugeordnet ist, welches ganz vorzugsweise als ein Festkörper ausgebildet ist. Das jeweilige Begrenzungselement kann aus einem metallischen Werkstoff oder aus einem Kunststoff gebildet sein. Durch das der jeweiligen Schmelzsicherung zugeordnete, jeweilige Begrenzungselement ist ein jeweiliges Volumen, insbesondere direkt und/oder zumindest teilweise, begrenzt, wobei durch das jeweilige Volumen die jeweilige Schmelzsicherung, der das jeweilige Begrenzungselement zugeordnet ist, auf einer jeweiligen, von dem jeweiligen Zellgehäuse der jeweiligen Speicherzelle, welche das jeweilige Anschlusselement aufweist, welchem das jeweilige Verbindungselement zugeordnet ist, das die jeweilige Schmelzsicherung aufweist, dem das jeweilige Begrenzungselement zugeordnet ist, abgewandten, auch als Sicherungsseite bezeichneten Seite und dabei insbesondere zu dem Speichergehäuse, insbesondere zu einem der Gehäuseteile, hin überlappt ist. Wenn zuvor und im Folgenden die Rede von der Seite ist, so ist darunter, falls nichts anderes angegeben ist, die jeweilige Sicherungsseite zu verstehen. Dabei ist das jeweilige Volumen frei von dem Schaum. Dies bedeutet, dass das Begrenzungselement das Volumen frei von dem Schaum hält, insbesondere dann, wenn beispielsweise der Schaum, insbesondere in flüssigem Zustand des Schaums, oder ein Ausgangsmaterial, aus welchem der Schaum gebildet wird oder entsteht, insbesondere in flüssigem Zustand des Ausgangsmaterials, in den Aufnahmeraum eingebracht wird. Dadurch ist in vollständig hergestelltem Zustand das jeweilige Volumen frei von dem Schaum, mithin ist in vollständig hergestelltem Zustand des elektrischen Energiespeichers der Schaum nicht in dem jeweiligen Volumen angeordnet. Dadurch, dass das jeweilige Volumen frei von dem Schaum ist, kann eine übermäßige, unerwünschte Wärmeableitung von der jeweiligen Schmelzsicherung vermieden werden, und beispielsweise kann eine besonders vorteilhafte, thermische Isolation der jeweiligen Schmelzsicherung realisiert werden, sodass eine übermäßige, unerwünschte Wärmeableitung von der jeweiligen Schmelzsicherung vermieden werden kann. Mit anderen Worten, würde beispielsweise dadurch, dass die Begrenzungselemente nicht verwendet und somit die Volumen nicht frei von dem Schaum halten würden, der Schaum direkt an der jeweiligen Schmelzsicherung anliegen, so könnte beispielsweise eine übermäßige Wärmeableitung von der jeweiligen Schmelzsicherung in den Schaum erfolgen. Der Schaum kann zwar besonders vorteilhafte mechanische Eigenschaften aufweisen und somit für besonders vorteilhafte mechanische Eigenschaften des Energiespeichers sorgen, jedoch können diese vorteilhaften mechanischen Eigenschaften des Schaums mit einer unerwünscht hohen Wärmeleitfähigkeit und/oder einer unerwünscht hohen Wärmekapazität des Schaums einhergehen, sodass über den Schaum übermäßig viel Wärme von der jeweiligen Speicherzelle abgeleitet würde, wenn der Schaum direkt an der jeweiligen Schmelzsicherung anliegen würde. Die Erfindung ermöglicht es nun, einerseits mittels des Schaums eine vorteilhaft hohe, insbesondere mechanische, Robustheit des Energiespeichers zu schaffen. Andererseits kann durch Verwendung der Begrenzungselemente und dadurch, dass die Begrenzungselemente die Volumen frei von dem Schaum halten, eine übermäßige Wärmeableitung von den Schmelzsicherungen vermieden werden, da beispielsweise mittels des jeweiligen, zugeordneten Begrenzungselements und mittels des jeweiligen, durch das jeweilige Begrenzungselement begrenzten Volumens die jeweilige Schmelzsicherung vorteilhaft von dem Schaum thermisch isoliert sein kann. Der Erfindung liegen dabei insbesondere die folgenden Erkenntnisse und Überlegungen zugrunde: Aufgrund von Effekten, auf die hier nicht näher eingegangen wird, kann es in der jeweiligen, auch als Batteriezelle bezeichneten und beispielsweise als Lithium-Ionen-Zelle ausgebildeten Speicherzelle zu einer exothermen Reaktion kommen. Dabei können Zustände auftreten, in denen die jeweilige Speicherzelle nicht mehr als eine Spannungsquelle ausgebildet ist oder fungiert, sondern in einen Leiter mit einem definierten elektrischen Widerstand übergeht, mithin von einer Spannungsquelle zu einem Leiter mit einem definierten Widerstand wird. Beispielsweise ist oder umfasst wenigstens einer der Effekte ein thermisches Ereignis. Sind die Speicherzellen beispielsweise in einem P-Verbund verschaltet, mithin parallel zueinander geschaltet, so kann es zu einer elektrischen Entladung der anderen, übrigen und noch nicht intakten Speicherzellen in diesem P-Verbund über die nun leitende, mithin als Leiter mit definiertem Widerstand ausgebildete Speicherzelle kommen. Ist keine Gegenmaßnahme getroffen, so laufen die übrigen, noch intakten Speicherzellen Gefahr, zu überhitzen und selbst in ein thermisches Ereignis zu gehen, sodass es zu einer thermischen Propagation kommen kann. Die Erfindung ermöglicht es nun, die zuvor genannten Probleme und Nachteile zu vermeiden. Mithin sind die Begrenzungselemente und die dadurch begrenzten Volumen, die frei von dem Schaum sind, eine Gegenmaßnahme, um eine thermische Propagation zu vermeiden oder zumindest zeitlich vorteilhaft hinauszuzögern.
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Kommt es beispielsweise zu einem mittelohmigen Ausfall einer der Speicherzellen, so reicht üblicherweise eine rein durch einen aus dem mittelohmigen Ausfall resultierenden, auch als Fehlerstrom bezeichneten, elektrischen Strom ausgelöste Auslösung der der einen Speicherzelle zugeordneten Schmelzsicherung nicht aus, da der bei einem solchen mittelohmigen Ausfall auftretende Fehlerstrom, der durch das dem Anschlusselement der einen, den mittelohmigen Ausfall aufweisenden Speicherzelle zugeordnete Verbindungselement fließt, im Bereich eines elektrischen Betriebsstroms liegen kann, zu dem es während eines Normalbetriebs des Energiespeichers kommen kann, in dessen Normalbetrieb kein mittelohmiger Ausfall einer Speicherzelle vorliegt. Um nun auch bei einem solchen mittelohmigen Ausfall einer der Speicherzellen diese eine, defekte Speicherzelle von den übrigen, anderen und noch intakten Speicherzellen elektrisch trennen zu können, derart, dass die Schmelzsicherung des dem Anschlusselement der einen Speicherzelle zugeordneten Verbindungselements schmilzt, mithin auslöst, ist auch eine temperaturbedingte, das heißt eine temperaturgetriggerte, Auslösung der Schmelzsicherung des dem Anschlusselement der einen Speicherzelle zugeordneten Verbindungselements vorteilhaft, sodass die Schmelzsicherung durch eine Kombination aus einer aus dem mittelohmigen Ausfall resultierenden, hohen Temperatur der Schmelzsicherung und aus einem aus dem mittelohmigen Ausfall resultierendem Fehlerstrom ausgelöst, mithin geschmolzen wird. Ein weiterer Hintergrund ist insbesondere, dass es bei einem Defekt wie beispielsweise einem mittelohmigen Ausfall der jeweiligen Speicherzelle beispielsweise oder gegebenenfalls zwar nur zu einem geringen elektrischen Fehlerstrom kommt, der durch die jeweilige Schmelzsicherung des jeweiligen Verbindungselements strömt oder fließt und alleine nicht ausreicht, um die Schmelzsicherung zu schmelzen, das heißt auszulösen, jedoch kommt es, insbesondere auch, zu einer Erwärmung der Schmelzsicherung, sodass es zu einer Temperaturerhöhung der Schmelzsicherung kommt, wobei diese Erwärmung und somit diese Temperaturerhöhung nicht oder nicht nur durch den Fehlerstrom, sondern, insbesondere auch, durch einen anderweitigen Erwärmungseffekt wie beispielsweise Konduktion bewirkt wird, und wobei dieser anderweitige Erwärmungseffekt aus dem genannten Defekt und/oder aus einem durch den Defekt bewirkten oder mit dem Defekt einhergehenden, thermischen Ereignis der jeweiligen Speicherzelle resultiert. Der Fehlerstrom, das heißt eine durch den Fehlerstrom bewirkte Erwärmung der Schmelzsicherung in Kombination mit dem anderweitigen Erwärmungseffekt führen nun zu einem Schmelzen und somit zu einem Auslösen der Schmelzsicherung, dadurch, dass durch Verwendung des jeweiligen Begrenzungselements und dadurch, dass das jeweilige Begrenzungselement das Volumen frei von dem Schaum hält, die jeweilige Schmelzsicherung besonders vorteilhaft von dem Schaum thermisch isoliert ist.
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Beispielsweise ist die Verbindungseinrichtung und/oder sind die Speicherzellen in den Schaum eingebettet, welcher, wie zuvor beschrieben, zwar eine vorteilhafte strukturelle Robustheit des Energiespeichers gewährleisten kann, jedoch eine übermäßig hohe Wärmeleitfähigkeit und/oder eine übermäßig hohe Wärmekapazität aufweisen kann. Somit könnte es bei einem mittelohmigen Ausfall einer der Speicherzellen zu einer übermäßigen, unerwünschten Wärmeabfuhr von der Schmelzsicherung des dem Anschlusselement der einen Speicherzelle zugeordneten Verbindungselements kommen, sodass dann zwar die eine Speicherzelle defekt ist, jedoch die Schmelzsicherung des dem Anschlusselement der einen Speicherzelle zugeordneten Verbindungselements nicht schmilzt. Durch die Erfindung ist es nun jedoch möglich, dass es auch bei einem niederohmigen oder mittelohmigen Ausfall der jeweiligen Speicherzelle zu einem Schmelzen, mithin zu einem Auslösen der jeweiligen Schmelzsicherung des jeweiligen Verbindungselements, welches dem jeweiligen Anschlusselement der jeweiligen Speicherzelle zugeordnet ist, kommt, da dadurch, dass die jeweilige Schmelzsicherung mittels des jeweiligen, zugeordneten Begrenzungselements und des dadurch begrenzten Volumens von dem oder gegen den Schaum vorteilhaft thermisch isoliert ist, ein mittelohmiger Ausfall der jeweiligen Speicherzelle zu einer solch vorteilhaften Kombination aus durch die Schmelzsicherung fließendem Fehlerstrom und Erwärmung der Schmelzsicherung kommt, dass die jeweilige Schmelzsicherung aufgrund dieser Kombination schmilzt und somit versagt, mithin ausgelöst wird. In der Folge wird die jeweilige Speicherzelle auch bei einem mittelohmigen Ausfall vorteilhaft von den übrigen, anderen und noch intakten Speicherzellen getrennt. Mit anderen Worten reicht dadurch, dass die jeweilige Schmelzsicherung mittels des jeweiligen Begrenzungselements und des dadurch begrenzten Volumens thermisch von dem Schaum isoliert ist, die Kombination aus Fehlerstrom und Erwärmung der jeweiligen Schmelzsicherung aus, um die jeweilige Schmelzsicherung auszulösen, mithin zum Schmelzen und somit zum Versagen zu bringen, wodurch die jeweilige Speicherzelle von den jeweiligen, anderen, übrigen und noch intakten Speicherzellen getrennt wird.
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Um mittels des jeweiligen Begrenzungselements und des dadurch begrenzten Volumens die jeweilige Schmelzsicherung besonders vorteilhaft thermisch von dem jeweiligen Schaum isolieren zu können, ist es bei einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass das jeweilige Volumen mit einem jeweiligen Medium, insbesondere vollständig, gefüllt ist, welches gegenüber dem Schaum eine geringere Wärmeleitfähigkeit und/oder eine geringere Wärmekapazität aufweist. Dies bedeutet, dass der Schaum eine erste Wärmeleitfähigkeit und eine erste Wärmekapazität aufweist, wobei das Medium eine zweite Wärmeleitfähigkeit und eine zweite Wärmekapazität aufweist. Vorzugsweise ist die zweite Wärmeleitfähigkeit geringer als die erste Wärmeleitfähigkeit. Alternativ oder zusätzlich ist die zweite Wärmekapazität geringer als die erste Wärmekapazität.
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Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass das jeweilige Medium ein Gas ist, wodurch sich eine besonders vorteilhafte thermische Isolation realisieren lässt.
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Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn das Gas Luft ist, wodurch sich auf besonders gewichtsgünstige und kostengünstige Weise eine besonders vorteilhafte thermische Isolation der jeweiligen Schmelzsicherung realisieren lässt.
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Bei einer weiteren, besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Begrenzungselemente separat von dem Speichergehäuse ausgebildet und, insbesondere direkt, mit dem Speichergehäuse verbunden sind. Hierdurch können unerwünschte Relativbewegungen zwischen dem jeweiligen Begrenzungselement und dem Speichergehäuse vermieden werden, sodass eine definierte und präzise Positionierung des jeweiligen Begrenzungselements und somit des jeweiligen Volumens insbesondere relativ zu der jeweiligen Schmelzsicherung darstellbar ist. Dadurch kann eine besonders vorteilhaft thermische Isolation gewährleistet werden. Beispielsweise ist es denkbar, dass das jeweilige Begrenzungselement, insbesondere direkt, mit dem Speichergehäuse verklebt ist. Insbesondere ist es denkbar, dass das jeweilige Volumen teilweise durch das jeweilige Begrenzungselement und teilweise durch das Speichergehäuse, das heißt durch einen jeweiligen Wandungsbereich des jeweiligen Speichergehäuses, insbesondere jeweils direkt, begrenzt ist, wodurch eine besonders vorteilhafte thermische Isolation dargestellt werden kann.
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Um die Begrenzungselemente und somit die Volumen relativ zu den Schmelzsicherungen präzise positionieren und somit eine vorteilhafte thermische Isolation der jeweiligen Schmelzsicherung realisieren zu können, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Begrenzungselemente separat voneinander ausgebildet und miteinander verbunden sind, oder die Begrenzungselemente sind einstückig miteinander ausgebildet, mithin aus einem einzigen Stück gebildet, sodass beispielsweise die Begrenzungselemente durch einen einstückigen, mithin aus einem einzigen Stück gebildeten und somit integral hergestellten Körper gebildet sind, welcher somit als ein Monoblock ausgebildet ist. Sind die Begrenzungselemente separat voneinander ausgebildet und miteinander verbunden, oder sind die Begrenzungselemente einstückig miteinander ausgebildet, so sind die Begrenzungselemente durch eine Baueinheit gebildet, welche einfach und zeit- und kostengünstig gehandhabt und verbaut und präzise relativ zu den Schmelzsicherungen ausgerichtet werden kann, sodass eine besonders vorteilhafte thermische Isolation der jeweiligen Schmelzsicherung darstellbar ist. Beispielsweise sind die Begrenzungselemente durch eine auch als Lastverteilerplatte gebildete Platte gebildet, sodass es sich beispielsweise bei der Baueinheit, insbesondere bei dem Körper, um die genannte Platte handelt.
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Bei einer weiteren, besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist auch das jeweilige Anschlusselement, welchem das die jeweilige Schmelzsicherung aufweisende Verbindungselement zugeordnet ist, auf einer von dem jeweiligen Zellgehäuse abgewandten und der jeweiligen Schmelzsicherung des jeweiligen, dem jeweiligen Anschlusselement zugeordneten Verbindungselements zugewandten, auch als Elementseite bezeichneten Seite zumindest teilweise, insbesondere zu dem Speichergehäuse hin, überlappt, sodass auch bei einem niederohmigen oder mittelohmigen Ausfall der jeweiligen Speicherzelle ein sicheres Auslösen der jeweiligen Schmelzsicherung gewährleistet werden kann. Die jeweilige Sicherungsseite und/oder die jeweilige Elementseite ist insbesondere in die zuvor genannte Erstreckungsrichtung, in die das jeweilige Anschlusselement gegenüber dem jeweiligen Zellgehäuse erhaben ist, durch das jeweilige Volumen überlappt, sodass eine besonders vorteilhafte thermische Isolation realisiert werden kann.
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Bei einer weiteren, besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass eine jeweilige, dem jeweiligen Verbindungselement zugewandte, auch als Begrenzungsseite bezeichnete Seite des jeweiligen, der jeweiligen Schmelzsicherung des jeweiligen Verbindungselements zugeordneten Begrenzungselements direkt mit dem jeweiligen Verbindungselement verbunden, insbesondere verklebt, ist. Somit ist vorzugsweise insbesondere entlang der Erstreckungsrichtung betrachtet zwischen dem jeweiligen Verbindungselement und dem jeweiligen Begrenzungselement, insbesondere der jeweiligen Begrenzungsseite, insbesondere mit Ausnahme eines Klebstoffs, mittels welchem die Begrenzungsseite, insbesondere direkt, mit dem jeweiligen Verbindungselement verklebt ist, kein anderes, weiteres Bauelement oder Medium angeordnet, sodass eine besonders vorteilhafte thermische Isolation darstellbar ist.
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Schließlich hat es sich zur Realisierung einer besonders vorteilhaften thermischen Isolation der jeweiligen Schmelzsicherung als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn die jeweilige Begrenzungsseite des jeweiligen Begrenzungselements mittels eines von dem Schaum unterschiedlichen Klebstoffes direkt mit dem jeweiligen Verbindungselement verklebt ist.
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Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein einfach auch als Fahrzeug bezeichnetes und vorzugsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgebildetes Kraftfahrzeug, welches wenigstens einen elektrischen Energiespeicher gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung aufweist. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts der Erfindung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.
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Der Erfindung liegen insbesondere auch die Erkenntnisse zugrunde, dass bei herkömmlichen Lösungen eine vollständige Verschäumung aller Speicherzellen inklusive der Anschlusselemente und des Zellkontaktiersystems vorgesehen ist, sodass alle Speicherzellen, die Anschlusselemente und das Zellkontaktiersystem in den Schaum eingebettet sind. Um beispielsweise den Schaum in dem Aufnahmeraum anzuordnen, insbesondere in den Aufnahmeraum einzubringen, wird beispielsweise das zuvor genannte Ausgangsmaterial insbesondere in flüssigem Zustand des Ausgangsmaterials in den Aufnahmeraum eingebracht, woraufhin beispielsweise das Ausgangsmaterial aufquillt oder aufschäumt und somit zu dem Schaum wird. Wie zuvor beschrieben, wird der Schaum genutzt, um vorteilhafte, insbesondere mechanische, Eigenschaften des Energiespeichers zu schaffen, jedoch kann der Schaum durch seine thermischen Eigenschaften zu unerwünschten Beeinflussungen der Schmelzsicherungen führen, was nun jedoch vermieden werden kann. Insbesondere können die Schmelzsicherungen durch die Begrenzungselemente und die dadurch begrenzten Volumen thermisch von dem Schaum und auch beispielsweise von dem Speichergehäuse entkoppelt werden, sodass eine sichere Ausführung der jeweiligen Schmelzsicherung gewährleistet werden kann. Die zuvor genannte Baueinheit ist beispielsweise ein zusätzliches Bauteil, welches separat von den Speicherzellen, separat von dem Speichergehäuse, separat von dem Schaum und separat von dem Zellkontaktiersystem ausgebildet ist. Die Begrenzungselemente beziehungsweise das Bauteil sind beziehungsweise ist beispielsweise zwischen dem jeweiligen Anschlusselement, insbesondere zwischen der jeweiligen Schmelzsicherung, und einem der Gehäuseteile, insbesondere dem Gehäuseoberteil, angeordnet. Das Bauteil ist beispielsweise schaumdicht an das eine Gehäuseteil angebunden, insbesondere geklebt, sodass beispielsweise der Schaum nicht zwischen dem einen Gehäuseteil und dem Bauteil hindurchdringen und in das jeweilige Volumen eindringen kann. Somit ist durch die Verbindung des Bauteils mit dem einen Gehäuseteil ein Eindringen von Schaum in die Volumen unterbunden.
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Das jeweilige Begrenzungselement ist beispielsweise eine auch als Auswölbung bezeichnete Ausbuchtung, die beispielsweise von jeweiligen, sich insbesondere direkt an das jeweilige Begrenzungselement anschließenden Teilbereichen der Baueinheit ganz insbesondere hin zu der jeweiligen, zugeordneten Schmelzsicherung beziehungsweise dem jeweiligen Verbindungselement und dabei auch beispielsweise von dem einen Gehäuseteil absteht.
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Kommt es beispielsweise zu einem Defekt wie einem thermischen Ereignis einer der Speicherzellen, sodass es hieraus resultierend zu einer Erwärmung der Schmelzsicherung des dem Anschlusselement der einen Speicherzelle zugeordneten Verbindungselements kommt, so wird beispielsweise Wärme von der Schmelzsicherung der einen Speicherzelle auf das dieser Schmelzsicherung zugeordnete Begrenzungselement übertragen, wodurch beispielsweise das Begrenzungselement zumindest teilweise geschmolzen oder aufgeschmolzen wird. Da beispielsweise in dem durch das Begrenzungselement begrenzten Volumen das genannte Medium, insbesondere Luft, ist, ist in der Folge die Schmelzsicherung, dem das geschmolzene Begrenzungselement zugeordnet ist, nicht oder nur sehr schlecht thermisch an das Speichergehäuse und auch an den Schaum angebunden, mithin ist durch das Medium die Schmelzsicherung besonders vorteilhaft von dem Speichergehäuse und von dem Schaum isoliert, sodass eine übermäßige Wärmeabfuhr von der Schmelzsicherung vermieden werden kann. In der Folge schmilzt aufgrund des Defekts die Schmelzsicherung, wodurch die zugehörige, eine Speicherzelle von den anderen, immer noch intakten Speicherzellen elektrisch beziehungsweise galvanisch getrennt sind. Dadurch kann eine besonders hohe Sicherheit gewährleistet werden.
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Es ist denkbar, dass das jeweilige Begrenzungselement direkt an der jeweiligen Schmelzsicherung, der das jeweilige Begrenzungselement zugeordnet ist, anliegt. Ferner ist es denkbar, dass das jeweilige Begrenzungselement die jeweilige Schmelzsicherung, der das jeweilige Begrenzungselement zugeordnet ist, insbesondere das jeweilige Anschlusselement, welches die jeweilige Schmelzsicherung aufweist, der das jeweilige Begrenzungselement zugeordnet ist, vollständig oder vollumfänglich umgibt oder umschließt, wodurch eine besonders vorteilhafte thermische Isolation darstellbar ist.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels mit den zugehörigen Zeichnungen. Dabei zeigt:
- 1 ausschnittsweise eine schematische und geschnittene Seitenansicht eines elektrischen Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs; und
- 2 ausschnittsweise eine schematische und geschnittene Draufsicht des elektrischen Energiespeichers.
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In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt ausschnittsweise in einer schematischen und geschnittenen Seitenansicht einen elektrischen Energiespeicher 1 für ein einfach auch als Fahrzeug bezeichnetes Kraftfahrzeug. Der elektrische Energiespeicher 1 weist ein in 1 ausschnittsweise und besonders schematisch dargestelltes Speichergehäuse 2 auf, durch welches ein Aufnahmeraum 3, insbesondere direkt, begrenzt ist. In dem Aufnahmeraum 3 sind mehrere Speicherzellen 4 des elektrischen Energiespeichers 1 angeordnet, wobei mittels der Speicherzellen 4 elektrische Energie, insbesondere elektrochemisch, zu speichern oder gespeichert ist. Die jeweilige Speicherzelle 4 weist ein jeweiliges Zellgehäuse 5 und wenigstens ein jeweiliges, auch als Terminal bezeichnetes Anschlusselement 6 auf. Aus 1 ist erkennbar, dass bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel das jeweilige Anschlusselement 6 auf einer jeweiligen, auch als Zellseite oder Zellgehäuseseite bezeichneten Seite S1 des jeweiligen Zellgehäuses 5 angeordnet ist und entlang einer Erstreckungsrichtung von dem jeweiligen Zellgehäuse 5 absteht, mithin gegenüber dem jeweiligen Zellgehäuse 5 erhaben ist. Die Erstreckungsrichtung ist in 1 durch einen Pfeil 7 veranschaulicht. In Einbaulage des elektrischen Energiespeichers 1 verläuft beispielsweise die Erstreckungsrichtung in Fahrzeughochrichtung des Kraftfahrzeugs nach oben hin. Über das jeweilige Anschlusselement 6 kann die jeweilige Speicherzelle 4 die jeweilige, in der jeweiligen Speicherzelle 4 gespeicherte elektrische Energie bereitstellen. Außerdem kann beispielsweise über das jeweilige Anschlusselement 6 elektrische Energie, die beispielsweise von einer elektrischen Maschine des Kraftfahrzeugs bereitstellbar ist oder bereitgestellt wird, der jeweiligen Speicherzelle 4 zugeführt und somit in die jeweilige Speicherzelle 4 eingespeichert, mithin in der jeweiligen Speicherzelle 4 gespeichert werden. Insbesondere ist es denkbar, dass das Kraftfahrzeug mittels der elektrischen Maschine, insbesondere rein, elektrisch antreibbar ist. Stellen beispielsweise die Speicherzellen 4 über ihre Anschlusselemente 6 die elektrische Energie bereit, so kann die elektrische Maschine mit der bereitgestellten, elektrischen Energie versorgt werden, wodurch die elektrische Maschine in einem Motorbetrieb und somit als Elektromotor betreibbar ist. Mittels des Elektromotors kann das Kraftfahrzeug, insbesondere rein, elektrisch angetrieben werden. Vorzugsweise ist die elektrische Maschine eine Hochvolt-Komponente, deren elektrische Spannung, insbesondere elektrische Betriebs- oder Nennspannung, vorzugsweise größer als 50 Volt, insbesondere größer als 60 Volt, ist und ganz vorzugsweise mehrere Hundert Volt beträgt.
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Der Energiespeicher 1 weist außerdem eine in dem Aufnahmeraum 3 angeordnete, separat von den Speicherzellen 4 und separat von dem Speichergehäuse 2 ausgebildete Verbindungseinrichtung 8 auf, welche auch als Zellkontaktiersystem, Zellkontaktierungssystem oder ZKS bezeichnet wird. Dem jeweiligen Anschlusselement 6 ist, wie insbesondere in Zusammenschau mit 2 erkennbar ist, ein jeweiliges Verbindungselement 9 der Verbindungseinrichtung 8 zugeordnet, wobei das jeweilige Verbindungselement 9 auch als Zellverbinder bezeichnet wird. Beispielsweise bildet das jeweilige Anschlusselement 6 einen jeweiligen, elektrischen Pluspol der jeweiligen Speicherzelle 4. Das jeweilige, dem jeweiligen Anschlusselement 6 zugeordnete Verbindungselement 9 ist elektrisch und vorzugsweise auch mechanisch mit dem jeweiligen Anschlusselement 6, welchem das jeweilige Verbindungselement 9 zugeordnet ist, verbunden, wodurch die Anschlusselemente 6 über die Verbindungseinrichtung 8 elektrisch miteinander verbunden sind. Hierdurch sind die Speicherzellen 4 über die Verbindungseinrichtung 8 elektrisch miteinander verbunden, wodurch beispielsweise die Speicherzellen 4 seriell oder parallel zueinander geschaltet sind. Hierdurch bilden die Speicherzellen 4 beispielsweise einen Verbund, welcher insbesondere dann, wenn die Speicherzellen 4 parallel zueinander geschaltet sind, als ein P-Verbund ausgebildet ist oder auch als P-Verbund bezeichnet wird.
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Beispielsweise weist das Speichergehäuse 2 wenigstens oder genau zwei Gehäuseteile auf, welche separat voneinander ausgebildet und miteinander verbunden sein können. Eines der Gehäuseteile ist in 1 erkennbar und mit 10 bezeichnet. Beispielsweise ist das Gehäuseteil 10 ein auch als Oberteil bezeichnetes Gehäuseoberteil, wobei sich das in den Fig. nicht gezeigte, andere Gehäuseteil in Einbaulage des elektrischen Energiespeichers 1 in Fahrzeughochrichtung nach unten hin an das Gehäuseoberteil anschließt.
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Um nun einen besonders vorteilhaften, insbesondere einen besonders sicheren, Betrieb des elektrischen Energiespeichers 1 realisieren zu können, ist in dem Aufnahmeraum 3 ein Schaum 11 angeordnet, welcher beispielsweise als ein Polyurethan-Schaum ausgebildet ist. Mittels des Schaums 11 sind die Speicherzellen 4, insbesondere die Zellgehäuse 5, miteinander verbunden, insbesondere miteinander verklebt. Hierfür liegt beispielsweise der Schaum 11, insbesondere direkt, an einer jeweiligen außenumfangsseitigen Mantelfläche 12 des jeweiligen Zellgehäuses 5 an. Bei dem in den Fig. gezeigten Ausführungsbeispiel ist die jeweilige Speicherzelle 4 als eine jeweilige Rundzelle ausgebildet, welche außenumfangsseitig zylindrisch ausgebildet ist. Dies bedeutet, dass die jeweilige außenumfangsseitige Mantelfläche 12 insbesondere zumindest überwiegend in einem überwiegenden Teilbereich außenumfangsseitig zylindrisch ist. Außerdem kann vorgesehen sein, dass die jeweilige Speicherzelle 4, insbesondere das jeweilige Zellgehäuse 5, mittels des Schaums 11 mit dem Speichergehäuse 2 verbunden, insbesondere verklebt, ist. Bei einem Verfahren zum Herstellen des Energiespeichers 1 wird beispielsweise der Schaum 11, insbesondere in flüssigem Zustand des Schaums 11, in den Aufnahmeraum 3 eingebracht. Der Schaum 11 kann, während und/oder nachdem er in den Aufnahmeraum 3 eingebracht wurde, aufschäumen und hierdurch die Zellgehäuse 5 miteinander verbinden und/oder das jeweilige Zellgehäuse 5 mit dem Speichergehäuse 2 verbinden.
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Das jeweilige Verbindungselement 9 weist eine jeweilige Schmelzsicherung 13 auf. Kommt es beispielsweise zu einer Fehlfunktion einer der Speicherzellen 4, wobei die Fehlfunktion beispielsweise ein thermisches Ereignis der einen Speicherzelle 4 ist oder umfasst, so kommt es beispielsweise dazu, dass durch das dem Anschlusselement 6 der einen Speicherzelle 4 zugeordnete Verbindungelement 9 und somit durch die Schmelzsicherung 13 des Verbindungselements 9, welches dem Anschlusselement 6 der Speicherzelle 4 zugeordnet ist, die die Fehlfunktion aufweist, ein solch hoher, auch als Fehlerstrom bezeichneter, elektrischer Strom fließt, dass die Schmelzsicherung 13 schmilzt und somit versagt, das heißt auslöst. Hierdurch wird die eine Speicherzelle 4 von den anderen, übrigen und noch intakten Speicherzellen 4, insbesondere elektrisch beziehungsweise galvanisch, getrennt, sodass beispielsweise ein Übergriff des thermischen Ereignisses von der einen Speicherzelle 4 auf die anderen, übrigen, noch intakten Speicherzellen 4 und somit eine thermische Propagation vermieden werden können.
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Um beispielsweise auch dann die jeweilige Speicherzelle 4 von den jeweiligen, übrigen Speicherzellen 4 trennen zu können, wenn es zu einem solchen Defekt der jeweiligen Speicherzelle 4 kommt, dass der Defekt der Speicherzelle 4 ein mittelohmiger Ausfall ist oder einen mittelohmigen Ausfall umfasst, wobei beispielsweise der mittelohmige Ausfall zu einem thermischen Ereignis führt oder ein thermisches Ereignis umfasst, ist der jeweiligen Schmelzsicherung 13 ein jeweiliges, separat von den Speicherzellen 4, separat von der Verbindungseinrichtung 8 und separat von dem Speichergehäuse 2 ausgebildetes Begrenzungselement 14 zugeordnet. Die Begrenzungselemente 14 sind Bestandteile eines Bauteils oder sind durch ein Bauteil gebildet, welches auch als Baueinheit bezeichnet wird und in 1 mit 15 bezeichnet ist. Beispielsweise sind die Begrenzungselemente 14 separat voneinander ausgebildet und miteinander verbunden, wodurch die Begrenzungselemente 14 das Bauteil 15 bilden, oder die Begrenzungselemente 14 sind einstückig miteinander ausgebildet, mithin aus einem einzigen Stück gebildet, wodurch die Begrenzungselemente 14 das Bauteil 15 bilden. Beispielsweise ist das Bauteil 15 eine Platte, welche auch als Lastverteilerplatte bezeichnet wird.
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Durch das jeweilige, der jeweiligen Schmelzsicherung 13 zugeordnete Begrenzungselement 14 ist ein jeweiliges Volumen V, insbesondere direkt, begrenzt, wobei das jeweilige Volumen V vorliegend teilweise durch das jeweilige Begrenzungselement 14 und teilweise durch das Speichergehäuse 2, insbesondere durch das Gehäuseteil 10 und ganz insbesondere durch eine innenumfangsseitige Mantelfläche 16 des Gehäuseteils 10, jeweils direkt, begrenzt ist. Da das jeweilige Begrenzungselement 14 der jeweiligen Schmelzsicherung 13 zugeordnet ist, ist das jeweilige, durch das jeweilige Begrenzungselement 14 begrenzte Volumen V der jeweiligen Schmelzsicherung 13 zugeordnet. Aus 1 ist erkennbar, dass die jeweilige Schmelzsicherung 13 durch das der jeweiligen Schmelzsicherung 13 zugeordnete Volumen V auf einer jeweiligen, von dem jeweiligen Zellgehäuse 5 abgewandten und auch als Sicherungsseite bezeichneten Seite S2 und dabei in die Erstreckungsrichtung (Pfeil 7) zu dem Speichergehäuse 2, insbesondere zu dem Gehäuseteil 10, hin, insbesondere vollständig, überlappt ist, wobei das jeweilige Volumen V frei von dem Schaum 11 ist. Hierdurch ist die jeweilige Schmelzsicherung 13 besonders vorteilhaft von dem Schaum 11 und von dem Speichergehäuse 2, insbesondere von dem Gehäuseteil 10, thermisch entkoppelt oder isoliert, sodass eine übermäßige Wärmeabfuhr von der jeweiligen Schmelzsicherung 13 vermieden werden kann. Außerdem ist aus 1 erkennbar, dass das jeweilige Anschlusselement 6 auf einer jeweiligen von dem jeweiligen Zellgehäuse 5 abgewandten und der jeweiligen Schmelzsicherung 13 zugewandten, auch als Anschlussseite oder Elementseite bezeichneten Seite S3 und dabei insbesondere in die Erstreckungsrichtung hin zu dem Speichergehäuse 2, insbesondere hin zu dem Gehäuseteil 10, zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend und somit zumindest zu mehr als zur Hälfte oder aber vollständig, durch das jeweilige Volumen V überlappt ist, sodass eine besonders vorteilhafte thermische Isolation realisiert werden kann. Beispielsweise ist das jeweilige Volumen V, insbesondere vollständig, mit Luft gefüllt.
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Es ist erkennbar, dass das jeweilige Begrenzungselement 14 ein jeweiliger, auch als Auswölbung oder Ausbuchtung bezeichneter Vorsprung ist, der von dem Gehäuseteil 10 und von sich insbesondere direkt an das jeweilige Begrenzungselement 14 anschließenden Teilbereichen TB des Bauteils 15 in eine durch einen Pfeil 16 veranschaulichte und der Erstreckungsrichtung entgegengesetzte Richtung und insbesondere hin zu der jeweiligen, zugeordneten Schmelzsicherung 13 absteht. Dabei sind insbesondere die Teilbereiche TB, insbesondere direkt, mit dem Gehäuseteil 10 verbunden, insbesondere verklebt, wodurch das Bauteil 15 beziehungsweise das jeweilige Begrenzungselement 14 besonders vorteilhaft an das Gehäuseteil 10 angebunden ist. Aus 1 ist erkennbar, dass das jeweilige Begrenzungselement 14 mittels eines ersten Klebstoffs 17, insbesondere direkt, mit dem Gehäuseteil 10 verklebt ist, insbesondere dadurch, dass der jeweilige Teilbereich TB mittels des Klebstoffs 17 mit dem Gehäuseteil 10, insbesondere direkt, verklebt ist. Durch den Klebstoff 17 ist eine jeweilige Klebeverbindung zwischen dem Gehäuseteil 10 und dem jeweiligen Begrenzungselement 14 gebildet, wobei diese Klebeverbindung schaumdicht ist, sodass der Schaum 11 dann, wenn er in den Aufnahmeraum 3 eingebracht wird, nicht zwischen dem Gehäuseteil 10 und dem jeweiligen Begrenzungselement 14 hindurchdringen und in das Volumen V eindringen kann.
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Das jeweilige Begrenzungselement 14 weist eine jeweilige, der jeweiligen Schmelzsicherung 13, dem jeweiligen Verbindungselement 9 und dem jeweiligen Anschlusselement 6 zugewandte, auch als Begrenzungsseite bezeichnete Seite S4 auf, welche vorliegend mittels eines zweiten Klebstoffs 18 direkt mit dem Verbindungselement 9 und dabei insbesondere mit der Schmelzsicherung 13 verklebt ist. Vorzugsweise ist der Klebstoff 18 der gleiche Klebstoff wie der Klebstoff 17. Es ist erkennbar, dass zwischen dem Verbindungselement 9 und dem Anschlusselement 6 kein anderes, weites Bauteil angeordnet ist, und mit Ausnahme des Klebstoffs 18 ist zwischen der Seite S4 und dem Verbindungselement 9 beziehungsweise der Schmelzsicherung 13 kein anderes, weiteres Bauteil angeordnet. Dadurch kann eine besonders vorteilhafte thermische Isolation gewährleistet werden.
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Beispielsweise weist die jeweilige Speicherzelle 4 ein jeweiliges, zweites Anschlusselement auf, welches beispielsweise das jeweilige Zellgehäuse 5 ist. Beispielsweise bildet das jeweilige, zweite Anschlusselement einen elektrischen Minuspol.
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Dem jeweiligen, zweiten Anschlusselement ist ein jeweiliges, zweites Verbindungselement 19 zugeordnet, welches elektrisch und vorzugsweise auch mechanisch mit dem jeweiligen, zweiten Anschlusselement verbunden ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- elektrischer Energiespeicher
- 2
- Speichergehäuse
- 3
- Aufnahmeraum
- 4
- Speicherzelle
- 5
- Zellgehäuse
- 6
- Anschlusselement
- 7
- Pfeil
- 8
- Verbindungseinrichtung
- 9
- Verbindungselement
- 10
- Gehäuseteil
- 11
- Schaum
- 12
- außenumfangsseitige Mantelfläche
- 13
- Schmelzsicherung
- 14
- Begrenzungselement
- 15
- Bauteil
- 16
- Pfeil
- 17
- Klebstoff
- 18
- Klebstoff
- 19
- Verbindungselement
- S1
- Seite
- S2
- Seite
- S3
- Seite
- S4
- Seite
- TB
- Teilbereich
- V
- Volumen
