EP4500626A1 - Energiespeicher für kraftfahrzeug - Google Patents

Energiespeicher für kraftfahrzeug

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Publication number
EP4500626A1
EP4500626A1 EP23713885.4A EP23713885A EP4500626A1 EP 4500626 A1 EP4500626 A1 EP 4500626A1 EP 23713885 A EP23713885 A EP 23713885A EP 4500626 A1 EP4500626 A1 EP 4500626A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
container
containers
energy storage
electrical energy
fastening elements
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP23713885.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Martin Häupler
Martin Umbreit
Björn Aldiek
Michael Bernath
Adrian Fink
Mark Zimmermann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
MAN Truck and Bus SE
Original Assignee
MAN Truck and Bus SE
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by MAN Truck and Bus SE filed Critical MAN Truck and Bus SE
Publication of EP4500626A1 publication Critical patent/EP4500626A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the invention relates to an electrical energy storage device for a motor vehicle and a motor vehicle with an electrical energy storage device.
  • WO 2006/043163 A1 discloses a battery module that forms a unit for constructing a battery assembly that includes a cell unit with a plurality of cells as well as a housing and a cover for receiving the cell unit.
  • the battery module further includes a shaft member inserted into a through hole provided in the cell unit and into a through hole provided in the housing and into a through hole provided in the cover.
  • the shaft element has a length that allows it to protrude from both the housing and the cover.
  • the shaft member serves as a template for inserting the cover, the cell unit and the housing in the order mentioned for each of the modules within the battery assembly.
  • the invention is based on the object of creating an improved energy storage device for a motor vehicle.
  • the energy storage device has several (e.g. two, three or four) battery module groups, each of which has several battery modules made up of several battery cells (e.g. battery cell stacks) (e.g. clamped together).
  • the plurality of battery modules per battery module group can be arranged in one plane, particularly preferably in a row next to one another or in a grid.
  • the energy storage further has a plurality (e.g. two, three or four) containers that are stacked (e.g.
  • the energy storage device also has a plurality of fastening elements which are elongated (and e.g. are rod-shaped), each extend through the outer container walls of the several containers and fasten the containers to one another (e.g. gas-tight).
  • the long fastening elements that pass through all containers advantageously enable a modular, freely scalable structure of the electrical energy storage device with a free geometric design, low weight and costs as well as simple, quick assembly and disassembly.
  • the modular structure of the energy storage device consisting of any number of containers/battery module groups can enable a wide variety of possible uses in various vehicle and customer applications in the commercial vehicle sector (e.g. trucks or buses) or other areas of application. Special tools (e.g. angle screwdrivers) can be avoided.
  • the fasteners can easily be accessed linearly from above. Compared to alternate screwing of adjacent containers, the continuous fastening elements enable a comparatively small number of screwing cases, so that costs and weight can be reduced.
  • the long length of the fastening elements enables high robustness against component tolerances, thermal expansion and other loads during operation. Due to the large fastening element lengths and clamping lengths, screwing forces can be introduced more evenly into the outer container walls and, if necessary, sealing elements arranged between them. This means that the local stress on the components can be reduced, which increases the service life.
  • the multiple fastening elements can attach the multiple containers to one another without the multiple battery module groups being clamped together.
  • the container outer walls are each essentially polygonal frame-shaped or essentially rectangular frame-shaped, and/or the container outer walls are each completely circumferential.
  • the plurality of fastening elements are each secured within the electrical energy storage (e.g. in one of the containers or in one of the container outer walls).
  • the plurality of fastening elements are each in a blind hole or a through thread in a bottom of the electrical energy storage or the container outer wall of an outermost, preferably lowest, Container of the several containers screwed in.
  • a particularly secure and protected securing of the fastening elements can be achieved.
  • the plurality of fastening elements can each be secured outside the electrical energy storage, wherein preferably the plurality of fastening elements each extend through a through hole in a bottom of the electrical energy storage or the outer container wall of an outermost, preferably lowermost, container of the plurality of containers and/or each with a nut connection are secured.
  • the outer container walls each have corner wall regions and substantially straight wall regions arranged therebetween, and a plurality of fastening elements extend through each of the substantially straight wall regions.
  • the plurality of fastening elements are designed as screws, bolts or threaded rods.
  • a number of the plurality of fastening elements is >10, >15, >20, >25, >30, >35 or >40.
  • the plurality of fastening elements are arranged substantially equidistantly, and/or form the plurality of fastening elements together a lattice bar cage that protectively surrounds the battery module groups.
  • the plurality of fastening elements are arranged in a coordinated manner (e.g. equidistant or non-equidistant) for applying a fastening force that is uniform around a circumference of the frame-shaped container outer walls.
  • the plurality of fastening elements connect the outer container walls of the plurality of containers to one another in an electrically conductive manner for potential equalization.
  • the electrical energy storage further has at least one frame-shaped sealing element, which is preferably arranged between opposite end faces of two adjacent containers of the plurality of containers.
  • the plurality of fastening elements can each extend through the at least one frame-shaped sealing element (e.g. through through holes in the sealing element).
  • the frame-shaped sealing element can have a metal seal, an elastomer seal, a plastic seal, a sealing cord and/or a sealing paste or sealing liquid.
  • the electrical energy storage further has a plurality of, preferably pin-shaped, centering elements which align the containers with one another, preferably in alignment.
  • the plurality of centering elements can be arranged on end faces of the container outer walls of the containers.
  • the plurality of containers each have at least one, preferably strut-shaped or wall-shaped, stiffening element, which preferably extends between opposing inner sides of the outer container wall of the respective container and/or is arranged between the plurality of battery modules of the respective battery module group.
  • additional structurally stiffening components struts, support plates, crash pads
  • the energy storage can therefore be designed to be particularly safe, so that a safe high-voltage battery system is present even in the event of a fault and during and/or after an accident situation and a risk to people and the environment is minimized.
  • the plurality of containers each have a degassing valve for degassing the respective container when a predetermined pressure is exceeded.
  • the container outer walls can each have a passage in which the degassing valve of the respective container is arranged.
  • the plurality of containers each have a temperature control device, preferably on the bottom, preferably a cooling and/or heating plate, for controlling the temperature of the battery module group arranged in the respective container.
  • the plurality of containers each have a bottom support plate which supports the battery module group arranged in the respective container and/or stiffens the respective container.
  • the plurality of containers each have a heat insulating element which is essentially frame-shaped and is arranged between the container outer wall of the respective container and the battery module group arranged in the respective container.
  • the electrical energy storage further has a, preferably plate-shaped, cover that covers a topmost one of the plurality of containers from above, and optionally an upper thermal insulating layer that is arranged between the cover and the topmost container.
  • the electrical energy storage can additionally have an upper frame-shaped sealing element, which is preferably arranged between the uppermost container and the upper heat insulating layer or the cover.
  • the electrical energy storage further has a, preferably plate-shaped, base which covers a lowermost one of the plurality of containers from below, and optionally a lower heat insulating layer which is arranged between the base and the lowermost container.
  • the electrical energy storage can additionally have a lower frame-shaped sealing element, which is preferably arranged between the lowest container and the lower heat insulating layer or the floor.
  • a further aspect of the present disclosure relates to a motor vehicle, preferably a commercial vehicle, particularly preferably a truck or bus, having an electrical energy storage device as disclosed herein.
  • the electrical energy storage is arranged on, on or between a lead frame of the motor vehicle or on a roof of the motor vehicle.
  • Figure 1 shows an exploded view of an energy storage device according to an exemplary embodiment of the present disclosure
  • Figure 2 shows a perspective view of an energy storage device in assembly according to an exemplary embodiment of the present disclosure.
  • Figures 1 and 2 show an electrical energy storage device 10 (also called a battery pack) for a motor vehicle (not shown separately).
  • the energy storage 10 can be arranged in any desired orientation in or on the motor vehicle.
  • the motor vehicle is preferably designed as a truck. It is also possible for the motor vehicle to be designed, for example, as a bus, a construction machine, an agricultural machine or a passenger car (car).
  • the energy storage 10 can provide electrical energy as a traction battery for at least one electric drive unit for driving the motor vehicle.
  • the motor vehicle can be driven by a central electric drive, by several electric wheel hub drives or by several electric drives close to the wheel.
  • the energy storage 10 can, for example, be charged externally via an electrical charging cable connected to a charging socket of the motor vehicle.
  • the energy storage 10 can be attached to a vehicle frame or roof of the motor vehicle.
  • the energy storage 10 can be attached to an outer longitudinal side of one of the main longitudinal members of a vehicle frame of the motor vehicle designed as a ladder frame.
  • the energy storage 10 can be mounted, for example, between the two main longitudinal members of a vehicle frame of the motor vehicle designed as a ladder frame.
  • the energy storage 10 has several containers 12, several battery module groups 14 and several fastening elements 16.
  • the containers 12 each have an outer container wall 18.
  • the outer container walls 18 are essentially frame-shaped, preferably essentially polygonal-frame-shaped, particularly preferably essentially rectangular-frame-shaped.
  • the outer container walls 18 are preferably completely circumferential or form a closed, multi-sided (e.g. four-sided) frame.
  • the outer container walls 18 can each have two opposing end faces, e.g. B. on a top and a bottom of the respective container outer wall 18 or the respective container 12.
  • the end faces can be circumferential or closed.
  • the end faces can be essentially frame-shaped, preferably essentially polygonal-frame-shaped, particularly preferably essentially rectangular-frame-shaped.
  • the outer container walls 18 can each have an inner circumferential surface or an inner circumferential surface and an outer circumferential surface or outer circumferential surface.
  • the inner lateral surfaces and the outer lateral surfaces can be circumferential or closed.
  • the inner lateral surfaces can be essentially frame-shaped, preferably essentially polygonal-frame-shaped, particularly preferably essentially rectangular-frame-shaped.
  • the inner lateral surface and the outer lateral surface can connect the respective opposite end faces of the container outer walls 18 to one another.
  • Each outer container wall 18 can be delimited by the respective two opposite end faces as well as the respective inner lateral surface and the respective outer lateral surface.
  • the container outer walls 18 can, for example, be cast, preferably made of a metal alloy.
  • the containers 12 are stacked, preferably aligned or aligned with one another.
  • the containers 12 are stacked by means of the container outer walls 18, particularly preferably on end faces of the container outer walls 18.
  • a stacking direction of the containers 12 is preferably vertical, i.e. the containers 12 are stacked on top of each other. Accordingly, there can be, for example, a top and a bottom container 12. However, any other stacking direction is also possible, e.g. B. horizontal etc.
  • the containers 12 each hold one of the battery module groups 14.
  • the battery module groups 14 can each be arranged or accommodated within the respective container outer wall 18 of the corresponding container 12.
  • the battery module groups 14 can be electrically connected to one another via the containers 12.
  • the battery module groups 14 each have several battery modules 20.
  • the battery modules 20 each have several battery cells, e.g. B. in the form of at least one battery cell stack. A stacking direction of the battery cells can be freely selected, e.g. B. vertically or horizontally.
  • the battery cells of a battery cell stack are preferably pressed together.
  • the battery cells of a battery cell stack are preferably connected in series with one another.
  • the battery modules 20 can preferably be connected in parallel.
  • the battery module groups 14 can preferably be connected in parallel.
  • the battery modules 20 of a battery module group 14 are preferably in one plane, e.g. B. horizontal plane.
  • the battery modules 20 of a battery module group 14 are preferably arranged in a row next to one another or in a grid.
  • a number of containers 12 and/or battery modules 20 per battery module group 14 can be freely adapted to the respective requirements.
  • two, three or four containers 12 may be included.
  • two, three, four, five or six battery modules 20 may be included per battery module group 14.
  • the following combinations have proven to be particularly preferred: four containers 12, each with a battery module group 14, each with three battery modules 20, the three battery modules 20 preferably being arranged in a row next to one another (see Figures 1 and 2); three containers 12, each with a battery module group 14, each with four battery modules 20, the four battery modules 20 preferably being arranged in a grid (not shown separately in the figures); and two containers 12, each with a battery module group 14, each with six battery modules 20, the six battery modules 20 preferably being arranged in a row next to each other or in a grid (not shown separately in the figures).
  • An electrical connecting line 22 can electrically connect the battery modules 20 of a battery module group 14 to one another.
  • the electrical connection line 22 may have an electrical connector 24.
  • the electrical connector 24 can be arranged on the container outer wall 18 of the respective container 12.
  • the electrical connector 24 can be arranged and held on the outer surface of the respective container outer wall 18, e.g. B. in a through opening to the inner surface of the respective container outer wall 18.
  • the containers 12 can also each have at least one stiffening element 26, a support plate 28, a temperature control device 30, a degassing valve 32 and / or a heat insulating element 34.
  • the at least stiffening element 26 can be designed, for example, as a stiffening wall or a stiffening strut.
  • the at least one stiffening element 26 can stiffen the respective container 12 or the respective container outer wall 18.
  • the at least one stiffening element 26 can be between opposite sides of a Extend the inner surface of the respective container outer wall 18 or connect them to one another.
  • One stiffening element 26 can be arranged between two adjacent battery modules 20 of a battery module group 14 or can spatially separate them from one another.
  • the battery modules 20 and the at least one stiffening element 26 can be arranged alternately.
  • the support plate 28 can be arranged on the bottom side in the respective container 12.
  • the support plate 28 can stiffen the respective container 12.
  • the support plate 28 can support the battery module group 14 of the respective container 12.
  • the support plate 28 can absorb and dissipate operating loads.
  • a top side of the support plate 28 can be shaped to accommodate the temperature control device 30.
  • the top of the support plate 28 can be shaped for positioning or inserting temperature control turns in the temperature control device 30.
  • the temperature control device 30 is preferably designed as a temperature control plate, preferably a cooling and/or heating plate.
  • the temperature control device 30 can, for example, be arranged above or below the battery module group 14 of the respective container 12. Temperature control device is preferably arranged between the support plate 28 and the battery module group 14.
  • the temperature control device 30 can cool and/or heat the respective battery module group 14 during operation.
  • a temperature control fluid can flow through the temperature control device 30 to effect heating or cooling. It is possible for a gap filler or gap filler, e.g. B. in the form of a thermal paste that connects battery modules 20 to the temperature control device 30.
  • Connections for supplying and discharging the temperature control fluid can be arranged in the container outer wall 18 of the respective container 12, e.g. B. in at least one passage between an inner lateral surface and an outer lateral surface of the respective container outer wall 18. It is possible for the temperature control device 30 to be elastically mounted or suspended in the respective container 12.
  • the temperature control devices 30 from the containers 12 can be connected to one another via a common temperature control fluid inflow line 36 and/or a common temperature control fluid outflow line 38.
  • the line 36 and/or 38 can be arranged outside the container 12. A screw connection of the line 36 and/or 38 can be advantageous be possible on the outside and/or manufacturing tolerances and thermal stresses can be compensated for.
  • the degassing valve 32 can degas the respective container 12 by opening it when a predetermined pressure is exceeded.
  • the degassing valve 32 is preferably arranged in a passage between the inner lateral surface and the outer lateral surface of the container outer wall 18 of the respective container 12.
  • the heat insulating element 34 can be essentially frame-shaped, preferably polygonal-frame-shaped, particularly preferably rectangular-frame-shaped.
  • the heat insulating element 34 can be arranged on an inner surface of the container outer wall 18 of the respective container 12.
  • the heat insulating element 34 can be arranged between the container outer wall 18 of the respective container 12 and the battery module group 14 arranged in the respective container 12.
  • the thermal insulation element 34 may surround the battery module group 14.
  • the energy storage 10 can have a (top) cover 40.
  • the cover 40 can cover the top container 12 from above.
  • the cover 40 can stiffen the top container 12.
  • An upper thermal insulation layer or layer 42 of the energy storage device 10 can be arranged between the cover 40 and the uppermost container 12.
  • the thermal insulation layer 42 may be made of a thermal insulation material.
  • the cover 40 and/or the thermal insulation layer 42 may be plate-shaped.
  • the cover 40 and/or the thermal insulation layer 42 can be polygonal, preferably rectangular.
  • the cover 40 can preferably be attached to the containers 12 together with the heat insulating layer 42 by means of the fastening elements 16.
  • the energy storage 10 can have a floor 44.
  • the bottom 44 can cover the lowest container 12 from below.
  • the bottom 44 can stiffen the lowest container 12.
  • a lower thermal insulation layer or layer 46 of the energy storage device 10 can be arranged between the bottom 44 and the lowest container 12.
  • the thermal insulation layer 46 may be made of a thermal insulation material.
  • Thermal insulation layer 46 may be plate-shaped. The floor 44 and/or the
  • Thermal insulation layer 46 can be polygonal, preferably rectangular.
  • the bottom 44 may be attached to the lowermost container 12 together with the thermal insulation layer 46 by means of a plurality of fasteners 48.
  • the fastening elements 16 can fasten the floor 44 together with the thermal insulation layer 46, e.g. B. through in the ground 44 recorded blind holes with threads or securing the base 44 at the ends of the fastening elements 16 using nuts.
  • the energy storage 10 can have at least one frame-shaped sealing element 50.
  • the frame-shaped sealing elements 50 can each rest on the end faces of the container outer walls 18.
  • a sealing element 50 can be arranged between two adjacent containers 12, preferably between opposite end faces of the container outer walls 18 of the two adjacent containers 12.
  • a frame-shaped sealing element 50 can be arranged between the cover 40 or the heat insulating layer 42 and the uppermost container 12.
  • a frame-shaped sealing element 50 can be arranged between the bottom 44 or the thermal insulation layer 46 and the lowest container 12.
  • the fastening elements 16 can extend through through holes in the sealing elements 50.
  • the energy storage 10 can be held together by the fastening elements 16, preferably gas-tight.
  • the fastening elements 16 each extend through the outer container walls 18 of the plurality of containers 12 and fasten all stacked containers 12 to one another in a force-fitting manner.
  • the fastening elements 16, together with the sealing elements 52, can ensure a sufficient sealing effect for sealing the high-voltage interior of the battery module groups 14 against external environmental influences.
  • the fastening elements 16 can connect all container outer walls 18 to one another in an electrically conductive manner in order to enable potential equalization between the containers 12.
  • the fastening elements 16 are elongated and preferably rod-shaped.
  • the fastening elements 16 can preferably be designed as screws, bolts or threaded rods.
  • At least the outer container walls 18 of all containers 12 except for one outermost (e.g. the lowest) container 12 can have through holes through which the fastening elements 16 can extend.
  • the through holes can be aligned or aligned with one another.
  • the outer container wall 18 of the outermost/lowermost container 12 can either have through holes for the fastening elements 16.
  • the fastening elements 16 extending through the through holes can then be used, for example, by means of nuts or the like, which are below the lowest Container 12, e.g. B. on the floor 44, can be positioned and secured.
  • the fastening elements 16 can, for example, extend through through holes in the lowest container 12 and be screwed into blind holes in the bottom 44.
  • the through holes of the containers 12 can extend between the opposite end faces of the container outer walls 18.
  • the fastening elements 16 can, for example, extend into blind holes in the container outer wall 18 of the outermost/lowermost container 12 and be screwed therein.
  • a number of fastening elements 16 can preferably be >10, >15, >20, >25, >30.
  • the fastening elements 16 can be arranged essentially equidistantly.
  • Several of the fastening elements 16 can extend through each of the essentially straight wall regions of the container outer walls 18.
  • the essentially straight wall areas each extend between the corner areas or corners of the container outer walls 18.
  • the fastening elements 16 can together form a lattice bar cage which protectively surrounds the battery module groups 14.
  • a length of the fasteners 16 can depend on a number of containers 12.
  • a length of the fastening elements 16 can, for example, be in a range between 170 mm and 500 mm.
  • the containers 12 can be centered or positioned relative to one another by means of several centering or positioning elements 52.
  • the centering elements 52 can be designed as pins.
  • the centering elements 52 can be arranged on the end faces of the container outer walls 18.
  • the opposite end wall of the outer container wall 18 of the adjacent container 12 can have corresponding blind holes for receiving the centering elements.
  • the invention is not limited to the preferred embodiments described above. Rather, a large number of variants and modifications are possible, which also make use of the inventive idea and therefore fall within the scope of protection.
  • the invention also claims protection for the subject matter and features of the subclaims, regardless of the claims referred to.
  • the individual features of independent claim 1 are each disclosed independently of one another.
  • the features of the subclaims are also independent of all features of independent claim 1 and, for example, independent of the features relating to the presence and / or configuration of the containers Battery module groups and / or the fastening elements of independent claim 1 disclosed. All range information herein is to be understood to be disclosed in such a way that all values falling within the respective range are disclosed individually, e.g. B. also as preferred narrower external boundaries of the respective area.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrischen Energiespeicher (10) für ein Kraftfahrzeug. Mehrere Batteriemodulgruppen (14) weisen jeweils mehrere Batteriemodule (20) aus jeweils mehreren Batteriezellen auf. Mehrere Behälter (12) sind gestapelt und weisen jeweils eine im Wesentlichen rahmenförmige Behälteraußenwand (18) auf, wobei jeweils eine der mehreren Batteriemodulgruppen (14) in einem der mehreren Behälter (12) angeordnet ist. Mehrere Befestigungselemente (16), die länglich sind, erstrecken sich jeweils durch die Behälteraußenwände (18) der mehreren Behälter (12) und befestigen die Behälter (12) aneinander. Vorteilhaft ermöglichen die langen, durch alle Behälter (12) gehenden Befestigungselemente (16) einen modularen, frei skalierbaren Aufbau des elektrischen Energiespeichers (10) bei freier geometrischer Ausprägung, geringem Gewicht und Kosten sowie einfacher, schneller Montage und Demontage.

Description

Energiespeicher für Kraftfahrzeug
Beschreibung
Die Erfindung betrifft einen elektrischen Energiespeicher für ein Kraftfahrzeug und ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Energiespeicher.
Aus dem Stand der Technik sind elektrische Energiespeicher für Kraftfahrzeuge hinlänglich bekannt. Beispielsweise offenbart die WO 2006/043163 A1 ein Batteriemodul, das eine Einheit für den Aufbau einer Batteriebaugruppe bildet, die eine Zelleneinheit mit einer Vielzahl von Zellen sowie ein Gehäuse und einen Deckel zur Aufnahme der Zelleneinheit umfasst. Das Batteriemodul umfasst ferner ein Schaftelement, das in ein in der Zelleneinheit vorgesehenes Durchgangsloch und in ein in dem Gehäuse vorgesehenes Durchgangsloch und in ein in der Abdeckung vorgesehenes Durchgangsloch eingesetzt ist. Das Schaftelement weist eine Länge auf, die ein Herausragen sowohl aus dem Gehäuse als auch aus der Abdeckung ermöglicht. Darüber hinaus dient das Schaftelement während der Konstruktion des Batteriemoduls als Schablone zum Einsetzen des Deckels, der Zelleneinheit und des Gehäuses in der genannten Reihenfolge für jedes der Module innerhalb der Batterieanordnung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen verbesserten Energiespeicher für ein Kraftfahrzeug zu schaffen.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung angegeben.
Ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft einen elektrischen Energiespeicher für ein Kraftfahrzeug, vorzugsweise Nutzfahrzeug (z. B. Lastkraftwagen oder Omnibus). Der Energiespeicher weist mehrere (z. B. zwei, drei oder vier) Batteriemodulgruppen auf, die jeweils mehrere Batteriemodule aus jeweils mehreren (z. B. miteinander verspannten) Batteriezellen (z. B. Batteriezellstapel) aufweisen. Vorzugsweise können die mehreren Batteriemodule je Batteriemodulgruppe in einer Ebene angeordnet sein, besonders bevorzugt in einer Reihe nebeneinander oder in einem Raster. Der Energiespeicher weist ferner mehrere (z. B. zwei, drei oder vier) Behälter auf, die (z. B. aufeinander) gestapelt sind und jeweils eine im Wesentlichen rahmenförmige Behälteraußenwand aufweisen, wobei jeweils eine der mehreren Batteriemodulgruppen in einem der mehreren Behälter angeordnet ist. Der Energiespeicher weist ferner mehrere Befestigungselemente auf, die länglich (und z. B. stabförmig) sind, sich jeweils durch die Behälteraußenwände der mehreren Behälter erstrecken und die Behälter aneinander befestigen (z. B. gasdicht).
Vorteilhaft ermöglichen die langen, durch alle Behälter gehenden Befestigungselemente einen modularen, frei skalierbaren Aufbau des elektrischen Energiespeichers bei freier geometrischer Ausprägung, geringem Gewicht und Kosten sowie einfacher, schneller Montage und Demontage. Der modulare Aufbau des Energiespeichers aus einer beliebigen Anzahl an Behältern / Batteriemodulgruppen kann unterschiedlichste Einsatzmöglichkeiten in verschiedenen Fahrzeug- und Kundenanwendungen im Nutzfahrzeugbereich (z. B. Lastkraftwagen oder Omnibus) oder anderen Anwendungsbereichen ermöglichen. Spezielle Werkzeuge (z. B. Winkelschrauber) können vermieden werden. Die Befestigungselemente können einfach linear von oben zugänglich sein. Gegenüber einer jeweils wechselseitigen Verschraubung benachbarter Behälter ermöglichen die durchgehenden Befestigungselemente eine vergleichsweise geringe Anzahl an Schraubfällen, sodass die Kosten und das Gewicht reduziert werden können. Die große Länge der Befestigungselemente ermöglicht eine hohe Robustheit gegenüber Bauteiltoleranzen, thermischen Dehnungen und anderen Belastungen während des Betriebs. Verschraubungskräfte können aufgrund der großen Befestigungselementlängen und Klemmlängen gleichmäßiger in die Behälteraußenwände und ggf. dazwischen angeordneten Dichtelementen eingebracht werden. Somit kann die lokale Beanspruchung der Bauteile verringert werden, was sich lebensdauersteigernd auswirkt.
Vorzugsweise können die mehreren Befestigungselemente die mehreren Behälter aneinander befestigen, ohne dass die mehreren Batteriemodulgruppen dabei miteinander verspannt werden.
In einem Ausführungsbeispiel sind die Behälteraußenwände jeweils im Wesentlichen mehreckrahmenförmig oder im Wesentlichen rechteckrahmenförmig, und/oder die Behälteraußenwände sind jeweils vollständig umlaufend.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel sind die mehreren Befestigungselemente jeweils innerhalb des elektrischen Energiespeichers (z. B. in einem der Behältern oder in einer der Behälteraußenwände) gesichert. Vorzugsweise sind die mehreren Befestigungselemente jeweils in ein Sackloch oder ein Durchgangsgewinde in einem Boden des elektrischen Energiespeichers oder der Behälteraußenwand eines äußersten, vorzugsweise untersten, Behälters der mehreren Behälter eingeschraubt. Vorteilhaft kann damit eine besonders sichere und geschützte Sicherung der Befestigungselemente erreicht werden.
Alternativ können die mehreren Befestigungselemente jeweils außerhalb des elektrischen Energiespeichers gesichert sein, wobei vorzugsweise die mehreren Befestigungselemente sich jeweils durch ein Durchgangsloch in einem Boden des elektrischen Energiespeichers oder der Behälteraußenwand eines äußersten, vorzugsweise untersten, Behälters der mehreren Behälter erstrecken und/oder jeweils mit einer Mutternverbindung gesichert sind.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel weisen die Behälteraußenwände jeweils Eckwandbereiche und dazwischen angeordnete, im Wesentlichen gerade Wandbereiche auf, und jeweils mehrere Befestigungselemente erstrecken sich durch jeden der im Wesentlichen geraden Wandbereiche.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel sind die mehreren Befestigungselemente als Schrauben, Bolzen oder Gewindestangen ausgeführt.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist eine Anzahl der mehreren Befestigungselemente > 10, > 15, > 20, > 25, > 30, > 35 oder > 40. Alternativ oder zusätzlich sind die mehreren Befestigungselemente im Wesentlichen äquidistant angeordnet, und/oder die mehreren Befestigungselemente bilden gemeinsam einen Gitterstabkäfig, der die Batteriemodulgruppen schützend umgibt. Alternativ oder zusätzlich sind die mehreren Befestigungselemente zum Aufbringen einer um einen Umfang der rahmenförmigen Behälteraußenwände gleichmäßigen Befestigungskraft aufeinander abgestimmt angeordnet (z. B. äquidistant oder nichtäquidistant).
In einem weiteren Ausführungsbeispiel verbinden die mehreren Befestigungselemente die Behälteraußenwände der mehreren Behälter zum Potentialausgleich elektrisch leitend miteinander.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel weist der elektrische Energiespeicher ferner mindestens ein rahmenförmiges Dichtelement auf, das vorzugsweise zwischen gegenüberliegenden Stirnflächen von zwei benachbarten Behältern der mehreren Behälter angeordnet ist. Vorzugsweise können sich die mehreren Befestigungselemente jeweils durch das mindestens eine rahmenförmige Dichtelement erstrecken (z. B. durch Durchgangslöcher im Dichtelement). Beispielsweise kann das rahmenförmige Dichtelement eine Metalldichtung, eine Elastomerdichtung, eine Kunststoffdichtung, eine Dichtschnur und/oder eine Dichtpaste bzw. Dichtflüssigkeit aufweisen.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel weist der elektrische Energiespeicher ferner mehrere, vorzugsweise stiftförmige, Zentrierelemente auf, die die Behälter zueinander, vorzugsweise fluchtend, ausrichten. Vorzugsweise können die mehreren Zentrierelemente an Stirnflächen der Behälteraußenwände der Behälter angeordnet sein.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel weisen die mehreren Behälter jeweils mindestens ein, vorzugsweise strebenförmiges oder wandförmiges, Versteifungselement auf, das sich vorzugsweise zwischen einander gegenüberliegenden Innenseiten der Behälteraußenwand des jeweiligen Behälters erstreckt und/oder zwischen den mehreren Batteriemodulen der jeweiligen Batteriemodulgruppe angeordnet ist. Vorteilhaft können damit zusätzliche strukturversteifende Bauteile (Streben, Stützplatte, Crashpads) im Falle einer Unfallsituation entstehende Kräfte abstützen und gefährdete Komponenten (z. B. Batteriemodule) vor einem Schaden schützen. Der Energiespeicher kann somit besonders sicher gestaltet sein, sodass auch im Fehlerfall und während und/oder nach einer Unfallsituation eine sicheres Hochvolt- Batteriesystem vorliegt und eine Gefährdung für Mensch und Umwelt minimiert wird.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel weisen die mehreren Behälter jeweils ein Entgasungsventil zum Entgasen des jeweiligen Behälters bei einem Überschreiten eines vorbestimmten Drucks auf. Vorzugsweise können die Behälteraußenwände jeweils einen Durchlass aufweisen, in dem das Entgasungsventil des jeweiligen Behälters angeordnet ist.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel weisen die mehreren Behälter jeweils eine, vorzugsweise bodenseitige, Temperiervorrichtung, vorzugsweise Kühl- und/oder Heizplatte, zum Temperieren der in dem jeweiligen Behälter angeordneten Batteriemodulgruppe auf.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel weisen die mehreren Behälter jeweils eine bodenseitige Stützplatte auf, die die in dem jeweiligen Behälter angeordneten Batteriemodulgruppe stützt und/oder den jeweiligen Behälter versteift.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel weisen die mehreren Behälter jeweils ein Wärmeisolierelement auf, das im Wesentlichen rahmenförmig und zwischen der Behälteraußenwand des jeweiligen Behälters und der in dem jeweiligen Behälter angeordneten Batteriemodulgruppe angeordnet ist. In einem weiteren Ausführungsbeispiel weist der elektrische Energiespeicher ferner eine, vorzugsweise plattenförmige, Abdeckung, die einen obersten der mehreren Behälter von oben abdeckt, und optional eine obere Wärmeisolierschicht, die zwischen der Abdeckung und dem obersten Behälter angeordnet ist, auf. Vorzugsweise kann der elektrische Energiespeicher zusätzlich ein oberes rahmenförmiges Dichtelement aufweisen, das bevorzugt zwischen dem obersten Behälter und der oberen Wärmeisolierschicht oder der Abdeckung angeordnet ist.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel weist der elektrische Energiespeicher ferner einen, vorzugsweise plattenförmigen, Boden auf, der einen untersten der mehreren Behälter von unten abdeckt, und optional eine untere Wärmeisolierschicht, die zwischen dem Boden und dem untersten Behälter angeordnet ist, auf. Vorzugsweise kann der elektrische Energiespeicher zusätzlich ein unteres rahmenförmiges Dichtelement aufweisen, das bevorzugt zwischen dem untersten Behälter und der unteren Wärmeisolierschicht oder dem Boden angeordnet ist.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft ein Kraftfahrzeug, vorzugsweise Nutzfahrzeug, besonders bevorzugt Lastkraftwagen oder Omnibus, aufweisend einen elektrischen Energiespeicher wie hierin offenbart. Vorzugsweise ist der elektrische Energiespeicher an, auf oder zwischen einem Leiterrahmen des Kraftfahrzeugs oder auf einem Dach des Kraftfahrzeugs angeordnet.
Die zuvor beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen und Merkmale der Erfindung sind beliebig miteinander kombinierbar. Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden im Folgenden unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
Figur 1 eine Explosionsdarstellung eines Energiespeichers gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung; und
Figur 2 eine perspektivische eines Energiespeichers im Zusammenbau gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung.
Die in den Figuren gezeigten Ausführungsformen stimmen zumindest teilweise überein, so dass ähnliche oder identische Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind und zu deren Erläuterung auch auf die Beschreibung der anderen Ausführungsformen bzw. Figuren verwiesen wird, um Wiederholungen zu vermeiden. Die Figuren 1 und 2 zeigen einen elektrischen Energiespeicher 10 (auch Batteriepack genannt) für ein Kraftfahrzeug (nicht gesondert dargestellt). Der Energiespeicher 10 kann in jeglicher gewünschten Orientierung im oder am Kraftfahrzeug angeordnet sein. Das Kraftfahrzeug ist vorzugsweise als ein Lastkraftwagen ausgeführt. Es ist auch möglich, dass das Kraftfahrzeug beispielsweise als ein Omnibus, eine Baumaschine, eine Landmaschine oder ein Personenkraftwagen ausgebildet (Pkw) ist.
Der Energiespeicher 10 kann als Traktionsbatterie elektrische Energie für mindestens eine elektrische Antriebseinheit zum Antreiben des Kraftfahrzeugs bereitstellen. Beispielsweise kann das Kraftfahrzeug mittels eines zentralen Elektroantriebs, mittels mehrerer Elektroradnabenantriebe oder mehrerer radnaher Elektroantriebe angetrieben sein. Der Energiespeicher 10 kann beispielsweise extern über ein an einer Ladesteckdose des Kraftfahrzeugs angeschlossenes elektrisches Ladekabel geladen werden.
Der Energiespeicher 10 kann an einem Fahrzeugrahmen oder Dach des Kraftfahrzeugs angebracht sein. Vorzugsweise kann der Energiespeicher 10 an einer Außenlängsseite eines der Hauptlängsträger eines als Leiterrahmen ausgeführten Fahrzeugrahmens des Kraftfahrzeugs angebracht sein. Alternativ kann der Energiespeicher 10 bspw. zwischen den beiden Hauptlängsträgern eines als Leiterrahmen ausgeführten Fahrzeugrahmens des Kraftfahrzeugs angebracht sein.
Der Energiespeicher 10 weist mehrere Behälter 12, mehrere Batteriemodulgruppen 14 und mehrere Befestigungselemente 16 auf.
Die Behälter 12 weisen jeweils eine Behälteraußenwand 18 auf. Die Behälteraußenwände 18 sind im Wesentlichen rahmenförmig, vorzugsweise im Wesentlichen mehreckrahmenförmig, besonders bevorzugt im Wesentlichen rechteckrahmenförmig. Bevorzugt sind die Behälteraußenwände 18 vollständig umlaufend bzw. bilden einen geschlossenen, mehrseitigen (z. B. vierseitigen) Rahmen.
Die Behälteraußenwände 18 können jeweils zwei einander entgegensetzte Stirnflächen aufweisen, z. B. an einer Oberseite und an einer Unterseite der jeweiligen Behälteraußenwand 18 bzw. des jeweiligen Behälters 12. Die Stirnflächen können umlaufend bzw. geschlossen sein. Die Stirnflächen können im Wesentlichen rahmenförmig, vorzugsweise im Wesentlichen mehreckrahmenförmig, besonders bevorzugt im Wesentlichen rechteckrahmenförmig, sein. Die Behälteraußenwände 18 können jeweils eine Innenmantelfläche bzw. eine Innenumfangsfläche und eine Außenmantelfläche bzw. Außenumfangsfläche aufweisen. Die Innenmantelflächen und die Außenmantelflächen können umlaufend bzw. geschlossen sein. Die Innenmantelflächen können im Wesentlichen rahmenförmig, vorzugsweise im Wesentlichen mehreckrahmenförmig, besonders bevorzugt im Wesentlichen rechteckrahmenförmig, sein. Die Innenmantelfläche und die Außenmantelfläche können die jeweiligen entgegengesetzten Stirnflächen der Behälteraußenwände 18 miteinander verbinden.
Jede Behälteraußenwand 18 kann durch die jeweiligen zwei entgegengesetzten Stirnflächen sowie die jeweilige Innenmantelfläche und die jeweilige Außenmantelfläche begrenzt sein.
Die Behälteraußenwände 18 können bspw. gegossen sein, bevorzugt aus einer Metalllegierung.
Die Behälter 12 sind gestapelt, vorzugsweise ausgerichtet bzw. fluchtend miteinander. Vorzugsweise sind die Behälter 12 mittels der Behälteraußenwände 18, besonders bevorzugt an Stirnflächen der Behälteraußenwände 18, gestapelt. Eine Stapelrichtung der Behälter 12 ist bevorzugt vertikal, d.h. die Behälter 12 sind aufeinandergestapelt. Dementsprechend kann es bspw. einen obersten und einen untersten Behälter 12 geben. Es ist jedoch auch jegliche andere Stapelrichtung möglich, z. B. horizontal usw.
Die Behälter 12 nehmen jeweils eine der Batteriemodulgruppen 14 auf. Die Batteriemodulgruppen 14 können jeweils innerhalb der jeweiligen Behälteraußenwand 18 des entsprechenden Behälters 12 angeordnet bzw. aufgenommen sein. Die Batteriemodulgruppen 14 können über die Behälter 12 hinweg miteinander elektrisch verbunden sein.
Die Batteriemodulgruppen 14 weisen jeweils mehrere Batteriemodule 20 auf. Die Batteriemodule 20 weisen jeweils mehrere Batteriezellen, z. B. in Form mindestens eines Batteriezellstapels auf. Eine Stapelrichtung der Batteriezellen kann frei wählbar sein, z. B. vertikal oder horizontal. Die Batteriezellen eines Batteriezellstapels sind bevorzugt miteinander verpresst. Die Batteriezellen eines Batteriezellstapels sind vorzugsweise in Reihe miteinander geschaltet. Die Batteriemodule 20 können bevorzugt parallel geschaltet sein. Die Batteriemodulgruppen 14 können bevorzugt parallel geschaltet sein. Die Batteriemodule 20 einer Batteriemodulgruppe 14 sind bevorzugt in einer Ebene, z. B. Horizontalebene, angeordnet. Die Batteriemodule 20 einer Batteriemodulgruppe 14 sind vorzugsweise in Reihe nebeneinander oder in einem Raster angeordnet.
Eine Anzahl der Behälter 12 und/oder der Batteriemodule 20 je Batteriemodulgruppe 14 kann frei wählbar an die jeweiligen Anforderungen angepasst sein. Beispielsweise können zwei, drei oder vier Behälter 12 umfasst sein. Beispielsweise können zwei, drei, vier, fünf oder sechs Batteriemodule 20 je Batteriemodulgruppe 14 umfasst sein. Als besonders bevorzugte Kombinationen haben sich herausgestellt: vier Behälter 12 mit je einer Batteriemodulgruppe 14 mit je drei Batteriemodulen 20, wobei die drei Batteriemodule 20 vorzugsweise in einer Reihe nebeneinander angeordnet sind (siehe Figuren 1 und 2); drei Behälter 12 mit je einer Batteriemodulgruppe 14 mit je vier Batteriemodulen 20, wobei die vier Batteriemodule 20 vorzugsweise in einem Raster angeordnet sind (nicht gesondert in den Figuren dargestellt); und zwei Behälter 12 mit je einer Batteriemodulgruppe 14 mit je sechs Batteriemodulen 20, wobei die sechs Batteriemodule 20 vorzugsweise in einer Reihe nebeneinander oder in einem Raster angeordnet sind (nicht gesondert in den Figuren dargestellt).
Eine elektrische Verbindungsleitung 22 kann die Batteriemodule 20 einer Batteriemodulgruppe 14 elektrisch miteinander verbinden. Die elektrische Verbindungsleitung 22 kann einen elektrischen Verbinder 24 aufweisen. Der elektrische Verbinder 24 kann an der Behälteraußenwand 18 des jeweiligen Behälters 12 angeordnet sein. Vorzugsweise kann der elektrische Verbinder 24 an der Außenmantelfläche der jeweilige Behälteraußenwand 18 angeordnet und gehalten sein, z. B. in einer Durchgangsöffnung zur Innenmantelfläche der jeweiligen Behälteraußenwand 18.
Die Behälter 12 können ferner jeweils mindestens ein Versteifungselement 26, eine Stützplatte 28, eine Temperiervorrichtung 30, ein Entgasungsventil 32 und/oder ein Wärmeisolierelement 34 aufweisen.
Das mindestens Versteifungselement 26 kann bspw. als eine Versteifungswand oder eine Versteifungsstrebe ausgeführt sein. Das mindestens eine Versteifungselement 26 kann den jeweiligen Behälter 12 bzw. die jeweilige Behälteraußenwand 18 versteifen. Das mindestens eine Versteifungselement 26 kann sich zwischen einander gegenüberliegenden Seiten einer Innenmantelfläche der jeweiligen Behälteraußenwand 18 erstrecken bzw. diese miteinander verbinden. Je ein Versteifungselement 26 kann zwischen zwei benachbarten Batteriemodulen 20 einer Batteriemodulgruppe 14 angeordnet sein bzw. diese voneinander räumlich trennen. Die Batteriemodule 20 und das mindestens eine Versteifungselement 26 können abwechselnd angeordnet sein.
Die Stützplatte 28 kann bodenseitig im jeweiligen Behälter 12 angeordnet sein. Die Stützplatte 28 kann den jeweiligen Behälter 12 versteifen. Die Stützplatte 28 kann die Batteriemodulgruppe 14 des jeweiligen Behälters 12 stützen. Die Stützplatte 28 kann Betriebslasten aufnehmen und ableiten. Eine Oberseite der Stützplatte 28 kann zum Aufnehmen der Temperiervorrichtung 30 geformt sein. Bspw. kann die Oberseite der Stützplatte 28 zum Positionieren bzw. Einlegen von Temperierwendei n der Temperiervorrichtung 30 geformt sein.
Die Temperiervorrichtung 30 ist bevorzugt als eine Temperierplatte, vorzugsweise Kühl- und/oder Heizplatte, ausgeführt. Die Temperiervorrichtung 30 kann bspw. oberhalb oder unterhalb von der Batteriemodulgruppe 14 des jeweiligen Behälters 12 angeordnet sein. Bevorzugt ist Temperiervorrichtung zwischen der Stützplatte 28 und der Batteriemodulgruppe 14 angeordnet. Die Temperiervorrichtung 30 kann die jeweilige Batteriemodulgruppe 14 im Betrieb kühlen und/oder heizen. Durch die Temperiervorrichtung 30 kann ein Temperierfluid zum Bewirken der Heizung oder Kühlung strömen. Es ist möglich, dass zum Überbrücken einer Lücke zwischen der Temperiervorrichtung 30 und den Batteriemodulen 20 ein Lückenfüller bzw. Gapfiller, z. B. in Form einer Wärmeleitpaste, die Batteriemodule 20 mit der Temperiervorrichtung 30 verbindet.
Anschlüsse zum Zuführen und Abführen des Temperierfluids können in der Behälteraußenwand 18 des jeweiligen Behälters 12 angeordnet sein, z. B. in mindestens einem Durchlass zwischen einen Innenmantelfläche und einer Außenmantelfläche der jeweiligen Behälteraußenwand 18. Es ist möglich, dass die Temperiervorrichtung 30 elastisch in dem jeweiligen Behälter 12 gelagert bzw. aufgehängt ist.
Die Temperiervorrichtungen 30 aus den Behältern 12 können über eine gemeinsame Temperierfluid-Zuflussleitung 36 und/oder eine gemeinsame Temperierfluid-Abflussleitung 38 miteinander verbunden sein. Die Leitung 36 und/oder 38 kann außerhalb der Behälter 12 angeordnet sein. Vorteilhaft kann damit eine Verschraubung der Leitung 36 und/oder 38 von außen möglich sein und/oder Fertigungstoleranzen und thermische Spannungen ausgeglichen werden.
Das Entgasungsventil 32 kann den jeweiligen Behälter 12 bei einem Überschreiten eines vorbestimmten Drucks durch Öffnen entgasen. Bevorzugt ist das Entgasungsventil 32 in einem Durchlass zwischen Innenmantelfläche und Außenmantelfläche der Behälteraußenwand 18 des jeweiligen Behälters 12 angeordnet.
Das Wärmeisolierelement 34 kann im Wesentlichen rahmenförmig, vorzugsweise mehreckrahmenförmig, besonders bevorzugt rechteckrahmenförmig sein. Das Wärmeisolierelement 34 kann an einer Innenmantelfläche der Behälteraußenwand 18 des jeweiligen Behälters 12 angeordnet sein. Das Wärmeisolierelement 34 kann zwischen der Behälteraußenwand 18 des jeweiligen Behälters 12 und der in dem jeweiligen Behälter 12 angeordneten Batteriemodulgruppe 14 angeordnet sein. Das Wärmeisolierelement 34 kann die Batteriemodulgruppe 14 umgeben.
Der Energiespeicher 10 kann eine (obere) Abdeckung 40 aufweisen. Die Abdeckung 40 kann den obersten Behälter 12 von oben abdecken. Die Abdeckung 40 kann den obersten Behälter 12 versteifen. Zwischen der Abdeckung 40 und dem obersten Behälter 12 kann eine obere Wärmeisolierschicht bzw. -läge 42 des Energiespeichers 10 angeordnet sein. Die Wärmeisolierschicht 42 kann aus einen Wärmeisoliermaterial hergestellt sein. Die Abdeckung 40 und/oder die Wärmeisolierschicht 42 kann plattenförmig sein. Die Abdeckung 40 und/oder die Wärmeisolierschicht 42 kann mehreckig, vorzugsweise rechteckig, sein. Die Abdeckung 40 kann bevorzugt mittels der Befestigungselemente 16 zusammen mit der Wärmeisolierschicht 42 an den Behältern 12 befestigt sein.
Der Energiespeicher 10 kann einen Boden 44 aufweisen. Der Boden 44 kann den untersten Behälter 12 von unten abdecken. Der Boden 44 kann den untersten Behälter 12 versteifen. Zwischen dem Boden 44 und dem untersten Behälter 12 kann eine untere Wärmeisolierschicht bzw. -läge 46 des Energiespeichers 10 angeordnet sein. Die Wärmeisolierschicht 46 kann aus einen Wärmeisoliermaterial hergestellt sein. Der Boden 44 und/oder die
Wärmeisolierschicht 46 kann plattenförmig sein. Der Boden 44 und/oder die
Wärmeisolierschicht 46 kann mehreckig, vorzugsweise rechteckig, sein. Der Boden 44 kann mittels mehrerer Befestigungselemente 48 zusammen mit der Wärmeisolierschicht 46 an dem untersten Behälter 12 befestigt sein. Alternativ können bspw. die Befestigungselemente 16 den Boden 44 zusammen mit der Wärmeisolierschicht 46 befestigen, z. B. durch in dem Boden 44 aufgenommene Sacklöcher mit Gewinde oder Sicherung des Bodens 44 an Enden der Befestigungselemente 16 mittels Muttern.
Der Energiespeicher 10 kann mindestens ein rahmenförmiges Dichtelement 50 aufweisen. Die rahmenförmigen Dichtelemente 50 können jeweils an den Stirnflächen der Behälteraußenwände 18 anliegen. Je ein Dichtelement 50 kann zwischen zwei benachbarten Behältern 12 angeordnet sein, vorzugsweise zwischen einander gegenüberliegenden Stirnflächen der Behälteraußenwände 18 der zwei benachbarten Behälter 12. Ebenso kann ein rahmenförmiges Dichtelement 50 zwischen der Abdeckung 40 oder der Wärmeisolierschicht 42 und dem obersten Behälter 12 angeordnet sein. Alternativ oder zusätzlich kann ein rahmenförmiges Dichtelement 50 zwischen dem Boden 44 oder der Wärmeisolierschicht 46 und dem untersten Behälter 12 angeordnet sein. Die Befestigungselemente 16 können sich durch Durchgangslöcher in den Dichtelementen 50 erstrecken.
Der Energiespeicher 10 kann durch die Befestigungselemente 16 zusammengehalten sein, vorzugsweise gasdicht. Die Befestigungselemente 16 erstrecken sich jeweils durch die Behälteraußenwände 18 der mehreren Behälter 12 und befestigen alle gestapelten Behälter 12 kraftschlüssig aneinander. Die Befestigungselemente 16 können zusammen mit den Dichtelementen 52 eine ausreichende Dichtwirkung zur Abdichtung des Hochvolt- Innenbereichs aus den Batteriemodulgruppen 14 gegenüber äußeren Umwelteinflüssen sicherstellen. Die Befestigungselemente 16 können alle Behälteraußenwände 18 elektrisch leitend miteinander verbinden, um einen Potentialausgleich zwischen den Behälter 12 zu ermöglichen.
Die Befestigungselemente 16 sind länglich und bevorzugt stabförmig. Die Befestigungselemente 16 können bevorzugt als Schrauben, Bolzen oder Gewindestangen ausgeführt sein.
Im Einzelnen können zumindest die Behälteraußenwände 18 aller Behälter 12 bis auf einen äußersten (z. B. den untersten) Behälter 12 Durchgangslöcher aufweisen, durch die sich die Befestigungselemente 16 hindurcherstrecken können. Die Durchgangslöcher können miteinander ausgerichtet sein bzw. fluchten. Die Behälteraußenwand 18 des äußersten/untersten Behälters 12 kann entweder Durchgangslöcher für die Befestigungselemente 16 aufweisen. Die sich durch die Durchgangslöcher erstreckenden Befestigungselemente 16 können dann bspw. mittels Muttern o.Ä., die unterhalb des untersten Behälters 12, z. B. am Boden 44, positioniert werden können, gesichert werden. Alternativ können die Befestigungselemente 16 sich bspw. durch Durchgangslöcher des untersten Behälters 12 hindurcherstrecken und in Sacklöchern im Boden 44 eingeschraubt sein. Die Durchgangslöcher der Behälter 12 können sich zwischen den entgegengesetzten Stirnflächen der Behälteraußenwände 18 erstrecken. Alternativ können die Befestigungselemente 16 sich bspw. in Sacklöcher in der Behälteraußenwand 18 des äußersten/untersten Behälters 12 hineinerstrecken und darin eingeschraubt sein.
Eine Anzahl der Befestigungselemente 16 kann bevorzugt > 10, > 15, > 20, > 25, > 30 sein. Die Befestigungselemente 16 können im Wesentlichen äquidistant angeordnet sein. Jeweils mehrere der Befestigungselemente 16 können sich durch jeden der im Wesentlichen geraden Wandbereiche der Behälteraußenwände 18 erstrecken. Die im Wesentlichen geraden Wandbereiche erstrecken sich jeweils zwischen den Eckbereichen bzw. Ecken der Behälteraußenwände 18. Die Befestigungselemente 16 können gemeinsam einen Gitterstabkäfig bilden, der die Batteriemodulgruppen 14 schützend umgibt.
Eine Länge der Befestigungselemente 16 kann von einer Anzahl der Behälter 12 abhängen. Ein Länge der Befestigungselemente 16 kann bspw. in einem Bereich zwischen 170 mm und 500 mm liegen.
Die Behälter 12 können relativ zueinander mittels mehrerer Zentrier- bzw. Positionierelemente 52 zentriert bzw. positioniert werden. Die Zentrierelemente 52 können als Stifte bzw. Pins ausgeführt sein. Die Zentrierelemente 52 können an den Stirnflächen der Behälteraußenwände 18 angeordnet sein. Die gegenüberliegende Stirnwand der Behälteraußenwand 18 des benachbarten Behälters 12 kann entsprechend Sacklöcher zur Aufnahme der Zentrierelemente aufweisen.
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen möglich, die ebenfalls von dem Erfindungsgedanken Gebrauch machen und deshalb in den Schutzbereich fallen. Insbesondere beansprucht die Erfindung auch Schutz für den Gegenstand und die Merkmale der Unteransprüche unabhängig von den in Bezug genommenen Ansprüchen. Insbesondere sind die einzelnen Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 jeweils unabhängig voneinander offenbart. Zusätzlich sind auch die Merkmale der Unteransprüche unabhängig von sämtlichen Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 und beispielsweise unabhängig von den Merkmalen bezüglich des Vorhandenseins und/oder der Konfiguration der Behälter, der Batteriemodulgruppen und/oder der Befestigungselemente des unabhängigen Anspruchs 1 offenbart. 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 Energiespeicher
12 Behälter
14 Batteriemodulgruppe
16 Befestigungselement
18 Behälteraußenwand
20 Batteriemodul
22 Elektrische Verbindungsleitung
24 Elektrischer Verbinder
26 Versteifungselement
28 Stützplatte
30 T emperiervorrichtung
32 Entgasungsventil
34 Wärmeisolierelement
36 T emperierfluid-Zuflussleitung
38 T emperierfluid-Abflussleitung
40 Abdeckung
42 Wärmeisolierschicht
44 Boden
46 Wärmeisolierschicht
48 Befestigungselement
50 Dichtelement
52 Zentrierelement

Claims

Patentansprüche
1. Elektrischer Energiespeicher (10) für ein Kraftfahrzeug, vorzugsweise Nutzfahrzeug, aufweisend: mehrere Batteriemodulgruppen (14), die jeweils mehrere Batteriemodule (20) aus jeweils mehreren Batteriezellen aufweisen, wobei vorzugsweise die mehreren Batteriemodule (20) je Batteriemodulgruppe (14) in einer Ebene angeordnet sind, besonders bevorzugt in einer Reihe nebeneinander oder in einem Raster; mehrere Behälter (12), die gestapelt sind und jeweils eine im Wesentlichen rahmenförmige Behälteraußenwand (18) aufweisen, wobei jeweils eine der mehreren Batteriemodulgruppen (14) in einem der mehreren Behälter (12) angeordnet ist, und mehrere Befestigungselemente (16), die länglich sind, sich jeweils durch die Behälteraußenwände (18) der mehreren Behälter (12) erstrecken und die Behälter (12) aneinander befestigen.
2. Elektrischer Energiespeicher (10) nach Anspruch 1 , wobei: die Behälteraußenwände (18) jeweils im Wesentlichen mehreckrahmenförmig oder im Wesentlichen rechteckrahmenförmig sind; und/oder die Behälteraußenwände (18) jeweils vollständig umlaufend sind.
3. Elektrischer Energiespeicher (10) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei: die mehreren Befestigungselemente (16) jeweils innerhalb des elektrischen Energiespeichers (10) gesichert sind, wobei vorzugsweise die mehreren Befestigungselemente (16) jeweils in ein Sackloch oder ein Durchgangsgewinde in einem Boden (44) des elektrischen Energiespeichers (10) oder der Behälteraußenwand (18) eines äußersten, vorzugsweise untersten, Behälters (12) der mehreren Behälter (12) eingeschraubt sind; oder die mehreren Befestigungselemente (16) jeweils außerhalb des elektrischen Energiespeichers (10) gesichert sind, wobei vorzugsweise die mehreren Befestigungselemente (16) sich jeweils durch ein Durchgangsloch in einem Boden (44) des elektrischen Energiespeichers (10) oder der Behälteraußenwand (18) eines äußersten, vorzugsweise untersten, Behälters (12) der mehreren Behälter (12) erstrecken und/oder jeweils mit einer Mutternverbindung gesichert sind.
4. Elektrischer Energiespeicher (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei: die Behälteraußenwände (18) jeweils Eckwandbereiche und dazwischen angeordnete, im Wesentlichen gerade Wandbereiche aufweisen, und sich jeweils mehrere Befestigungselemente (16) durch jeden der im Wesentlichen geraden Wandbereiche erstrecken.
5. Elektrischer Energiespeicher (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei mindestens eines der nachfolgenden Merkmale erfüllt ist: die mehreren Befestigungselemente (16) sind als Schrauben, Bolzen oder Gewindestangen ausgeführt; eine Anzahl der mehreren Befestigungselemente (16) ist > 10, > 15, > 20, > 25 oder > 30, > 35 oder > 40 ist; die mehreren Befestigungselemente (16) sind im Wesentlichen äquidistant angeordnet; die mehreren Befestigungselemente (16) sind zum Aufbringen einer um einen Umfang der rahmenförmigen Behälteraußenwände (18) gleichmäßigen Befestigungskraft aufeinander abgestimmt angeordnet; und die mehreren Befestigungselemente (16) bilden gemeinsam einen Gitterstabkäfig, der die Batteriemodulgruppen (14) schützend umgibt.
6. Elektrischer Energiespeicher (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei: die mehreren Befestigungselemente (16) die Behälteraußenwände (18) der mehreren Behälter (12) zum Potentialausgleich elektrisch leitend miteinander verbinden.
7. Elektrischer Energiespeicher (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, ferner aufweisend: mindestens ein rahmenförmiges Dichtelement (50), das zwischen gegenüberliegenden Stirnflächen von zwei benachbarten Behältern (12) der mehreren Behälter (12) angeordnet ist, wobei vorzugsweise die mehreren Befestigungselemente (16) sich jeweils durch das mindestens eine rahmenförmige Dichtelement (50) erstrecken.
8. Elektrischer Energiespeicher (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, ferner aufweisend: mehrere, vorzugsweise stiftförmige, Zentrierelemente (52), die die Behälter (12) zueinander, vorzugsweise fluchtend, ausrichten, wobei vorzugsweise die mehreren Zentrierelemente (52) an Stirnflächen der Behälteraußenwände (18) der Behälter (12) angeordnet sind. Elektrischer Energiespeicher (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei: die mehreren Behälter (12) jeweils mindestens ein, vorzugsweise strebenförmiges oder wandförmiges, Versteifungselement (26) aufweisen, das sich zwischen einander gegenüberliegenden Innenseiten der Behälteraußenwand (18) des jeweiligen Behälters (12) erstreckt und zwischen den mehreren Batteriemodulen (20) der jeweiligen Batteriemodulgruppe (14) angeordnet ist. Elektrischer Energiespeicher (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei: die mehreren Behälter (12) jeweils ein Entgasungsventil (32) zum Entgasen des jeweiligen Behälters (12) bei einem Überschreiten eines vorbestimmten Drucks aufweisen, wobei vorzugsweise die Behälteraußenwände (18) jeweils einen Durchlass aufweisen, in dem das Entgasungsventil (32) des jeweiligen Behälters (12) angeordnet ist. Elektrischer Energiespeicher (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei: die mehreren Behälter (12) jeweils eine, vorzugsweise bodenseitige, Temperiervorrichtung (30), vorzugsweise Kühl- und/oder Heizplatte, zum Temperieren der in dem jeweiligen Behälter (12) angeordneten Batteriemodulgruppe (14) aufweisen. Elektrischer Energiespeicher (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei: die mehreren Behälter (12) jeweils eine bodenseitige Stützplatte (28), die die in dem jeweiligen Behälter (12) angeordneten Batteriemodulgruppe (14) stützt und/oder den jeweiligen Behälter (12) versteift, aufweisen. Elektrischer Energiespeicher (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei: die mehreren Behälter (12) jeweils ein Wärmeisolierelement (34) aufweisen, das im Wesentlichen rahmenförmig und zwischen der Behälteraußenwand (18) des jeweiligen Behälters (12) und der in dem jeweiligen Behälter (12) angeordneten Batteriemodulgruppe (14) angeordnet ist. Elektrischer Energiespeicher (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, ferner aufweisend: eine, vorzugsweise plattenförmige, Abdeckung (40), die einen obersten der mehreren Behälter (12) von oben abdeckt, und eine obere Wärmeisolierschicht (42), die zwischen der Abdeckung (40) und dem obersten Behälter (12) angeordnet ist, und vorzugsweise ein oberes rahmenförmiges Dichtelement (50), das zwischen dem obersten Behälter (12) und der oberen Wärmeisolierschicht (42) oder der Abdeckung (40) angeordnet ist; und/oder einen, vorzugsweise plattenförmigen, Boden (44), der einen untersten der mehreren Behälter (12) von unten abdeckt, und eine untere Wärmeisolierschicht (46), die zwischen dem Boden (44) und dem untersten Behälter (12) angeordnet ist, und vorzugsweise eine unteres rahmenförmiges Dichtelement (50), das zwischen dem untersten Behälter (12) und der unteren Wärmeisolierschicht (46) oder dem Boden (44) angeordnet ist. 15. Kraftfahrzeug, vorzugsweise Nutzfahrzeug, besonders bevorzugt Lastkraftwagen oder
Omnibus, aufweisend: einen elektrischen Energiespeicher (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei vorzugsweise der elektrische Energiespeicher (10) an, auf oder zwischen einem Leiterrahmen des Kraftfahrzeugs oder auf einem Dach des Kraftfahrzeugs angeordnet ist.
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