EP4690359A1

EP4690359A1 - Stationärer energiespeicher mit gestapelten modulen

Info

Publication number: EP4690359A1
Application number: EP24722458.7A
Authority: EP
Inventors: Stefan Gaigg; Paul KAAR
Original assignee: Miba Battery Systems GmbH
Current assignee: Miba Battery Systems GmbH
Priority date: 2023-04-03
Filing date: 2024-04-03
Publication date: 2026-02-11
Also published as: AT527027B1; WO2024207038A1; WO2024207039A1; EP4690360A1; AT527027A4

Abstract

Die Erfindung betrifft einen stationären Energiespeicher (1) mit zumindest zwei übereinander gestapelten Batteriemodulen (2, 3, 4), die eine Batterieanordnung (16) aufweisen, die einen Zellenhalter (17) zur Aufnahme und Positionierung von mehreren Zellen (18) aufweist, wobei die Zellen (18) nebeneinander angeordnet sind, so dass ein Pol (19) einer Zelle (18) neben einem Pol (19) einer benachbarten Zelle (18) liegt, und wobei mehrere Verbindungselemente (22) vorhanden sind, die einen Pol (19) einer Zelle (18) mit einem Pol (19) einer benachbarten Zelle (18) verbinden. Dabei weist der Zellenhalter (17) eine Bodenplatte (20) und eine Deckplatte (21) auf, wobei die Bodenplatte (20) und die Deckplatte (21) durch zumindest zwei Tragelemente (23, 24) miteinander verbunden sind, und wobei eine Unterseite der Bodenplatte (20) und eine Oberseite der Deckplatte (21) mit zueinander komplementär geformten Fügeelementen (28, 29; 30, 31) ausgebildet sind, so dass der Zellenhalter (17) an einem zweiten, gleichgeformten Zellenhalter (17) in einer fluchtend ausgerichteten Lage gehalten ist.

Description

STATIONÄRER ENERGIESPEICHER MIT GESTAPELTEN MODULEN

Die Erfindung betrifft einen stationären Energiespeicher mit zumindest zwei übereinander gestapelten Batteriemodulen.

Im Stand der Technik sind Energiespeichersysteme bekannt, in denen eine Mehrzahl von galvanischen Zellen in einem entsprechenden Gehäuse zu einem Batteriemodul verbunden sind. Die galvanischen Zellen eines solchen Batteriemoduls sind einerseits untereinander elektrisch miteinander verbunden und können andererseits mehrere solcher Batteriemodule zu einem Energiespeicher miteinander verbunden werden. Indem die galvanischen Zellen eines Batteriemoduls mit denen eines weiteren Batteriemoduls in Serie geschaltet werden, erhält man einen Energiespeicher mit dementsprechend hoher Spannung.

Aus dem Dokument DE102019110697A1 ist ein Hochspannungs-Batterierack bekannt, in dem einzelne Batteriemodule in einem regalartigen Rahmen gehaltert sind und das über eine zentrale Racksteuerung gesteuert wird.

Aus der DE102007047652B4 ist ein Batteriegerät, insbesondere ein Batteriegerät mit separaten Batterieeinheiten, bei dem Lithiumbatterien mittels eines Trägers und leitender Leisten in paralleler Schaltung stehen, bekannt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, mit der Energiespeicher für unterschiedliche Anwendungssituationen mit höherer Flexibilität hergestellt werden können.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung und ein Verfahren gemäß den Ansprüchen gelöst.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist ein stationärer Energiespeicher mit zumindest zwei übereinander gestapelten Batteriemodulen, die zumindest eine Batterieanordnung aufweisen, wobei die Batterieanordnung einen Zellenhalter zur Aufnahme und Positionierung von mehreren Zellen in einem gegenseitigen Abstand aufweist, und wobei die Zellen in dem Zellenhalter nebeneinander angeordnet sind, so dass ein Pol einer Zelle neben einem Pol einer benachbarten Zelle liegt, und wobei die Batterieanordnung mehrere Verbindungselemente aufweist, die einen Pol einer Zelle mit einem Pol einer benachbarten Zelle verbinden. Dabei weist der Zellenhalter eine Bodenplatte und eine Deckplatte auf, wobei die Bodenplatte und die Deckplatte durch zumindest zwei Tragelemente miteinander verbunden sind, und wobei eine Unterseite der Bodenplatte und eine Oberseite der Deckplatte mit zueinander komplementär geformten Fügeelementen ausgebildet sind, so dass der Zellenhalter an einem zweiten, gleichgeformten Zellenhalter in einer fluchtend ausgerichteten Lage gehalten ist.

Die Weiterbildung des Energiespeichers, wobei das Fügeelement an der Unterseite der Bodenplatte aus einem am Umfang des Zellenhalters umlaufenden Steg gebildet ist, bietet den zusätzlichen Vorteil einer stabileren und dichteren Verbindung der Module.

Von Vorteil ist auch, wenn an einander gegenüberliegenden Längsseiten der Bodenplatte angeordnete Fügeelemente zueinander asymmetrisch geformt sind. Damit kann erreicht werden, dass zwei aufeinander gestellte Batteriemodule nur in einer eindeutigen Ausrichtung bzw. nur in einer eindeutigen räumlichen Orientierung zusammengesetzt werden können.

Gemäße einer bevorzugten Ausführungsform des Energiespeichers ist vorgesehen, dass eine Höhe der von der Unterseite der Bodenplatte abstehenden Fügeelemente so groß ist, dass im aufeinander gestapelten Zustand die Last des oberen Batteriemoduls zur Gänze von dem Zellenhalter des unteren Batteriemoduls aufgenommen ist. Dies hat den Vorteil, dass unerwünschte Belastungen und möglicherweise Deformationen der Beplankung vermieden werden können.

Vorzugsweise werden durch das Verbindungselement Pluspole einer ersten Gruppe von Zellen mit Minuspolen einer zweiten Gruppe von Zellen in Serienschaltung elektrisch leitend verbunden. Dies hat den Vorteil, dass Energiespeicher je nach gewünschter Kapazität und Höhe der elektrischen Spannung flexibel konfiguriert werden können.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des Energiespeichers ist vorgesehen, dass der Zellenhalter einen einstückigen oder mehrstückigen Spritzgussteil umfasst, wobei das Spritzgussteil aus einem Kunststoff hergestellt ist. Dies erlaubt eine ökonomische Herstellung und bietet außerdem den Vorteil einer elektrischen Isolierung.

Die Ausführungsform, wobei die Tragelemente in Stapelrichtung betrachtet aus zueinander abgewinkelt angeordneten Segmenten bestehen oder bogenförmig ausgestaltet sind, gibt den Zellenhaltem eine erhöhte Eigenstabilität.

Von Vorteil ist auch, wenn die Zellen im Zellenhalter durch das Verbindungselement in ihrer Lage fixiert gehalten sind. Die Ausbildung des Energiespeichers, wobei das Verbindungselement einen Blechstanzteil umfasst, hat den Vorteil der einfachen Herstellung der Verbindungselemente.

Es ist auch von Vorteil, dass das Verbindungselement mit den Polen der Zellen laserverschweißt ist, da dadurch eine sehr gute und mechanisch stabile leitfähige Verbindung ausgebildet ist.

In einer bevorzugten Ausführung des Energiespeichers ist zwischen der Deckplatte des Zellenhalters und der Bodenplatte des zweiten Zellenhalters eine Kammer ausgebildet, wobei in der Kammer eine Leiterplatte mit einer Messelektronik angeordnet ist und die Messelektronik mit den Verbindungselementen in elektrischem Kontakt steht. Damit können die jeweiligen elektrischen Differenzspannungen zwischen den Zellen bzw. Zellengruppen in dem Zellenhalter direkt vor Ort gemessen und überwacht werden. Mit der Steuervorrichtung kann so auf während des Betriebs des Energiespeichers erfolgende Ausfälle einzelner Zellen programmgesteuert reagiert werden.

Gemäß einer Weiterbildung des Energiespeichers ist vorgesehen, dass eine Steuervorrichtung umfasst ist, wobei die Steuervorrichtung ein Bedienterminal aufweist. Dies gibt Benutzern des Energiespeichers die Möglichkeit, über das Bedienterminal Informationen über den Betriebszustand abzufragen oder die Funktionsweise des Energiespeichers beeinflussende Steuerbefehle einzugeben bzw. Einstellungen vorzunehmen.

Von Vorteil ist auch eine Ausbildung des Energie Speichers, wobei das Batteriemodul eine ein- oder mehrteilige Beplankung aufweist, die zur Abdeckung und zum Zugriffschutz am Zellenhalter angeordnet ist, wobei für den Lastabtrag zu weiteren Batteriemodulen oder einem Basismodul ausschließlich der Zellenhalter eingerichtet ist. Damit können unerwünschte Belastungen und möglicherweise Deformationen der Beplankung vermieden werden.

Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, dass an der Beplankung Dichtungen angeordnet sind, durch die das Innere des Batteriemoduls staub-, flüssigkeits- und/oder gasdicht abgeschirmt ist. Dies hat den Vorteil, dass damit Energieverluste, z.B. durch Kriechströme aufgrund von Verunreinigungen, geringgehalten werden.

Vorteilhaft ist auch eine Variante des Energiespeichers, bei der die Verbindungselemente und/oder die Leiterplatte durch eine mit dem Zellenhalter verschweißte, verklebte oder über eine flüssigkeitsdichte Verbindung angebundene Folie aus Kunststoff abgeschirmt sind und dadurch auch vor und während des Montagevorganges geschützt sind.

Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert.

Es zeigen jeweils in stark vereinfachter, schematischer Darstellung:

Fig. 1 einen Energiespeicher im komplett montierten Zustand perspektivisch dargestellt;

Fig. 2 ein Detail mit zwei Batteriemodulen des Energiespeichers gemäß Fig. 1;

Fig. 3 einen Zellenhalter einer Batterieanordnung mit darin angeordneten Zellen perspektivisch dargestellt;

Fig. 4 die Batterieanordnung gemäß Fig. 3 in einem teilweise demontierten Zustand;

Fig. 5 einen Querschnitt der beiden Batteriemodule gemäß Fig. 2 perspektivisch und in teilweiser Explosionsdarstellung;

Fig. 6 das Batteriemodul gemäß Fig. 3, repräsentiert durch dessen Zellen und elektrische Anschlüsse;

Fig. 7 ein Detail der Hochspannungs-Seite des Batteriemoduls gemäß Fig. 6 perspektivisch dargestellt;

Fig. 8 eine Draufsicht auf die Batterieanordnung gemäß der Fig. 6;

Fig. 9 ein Detail der Batterieanordnung mit einem Verbindungselement und Gruppen von damit verbundenen Zellen;

Fig. 10 ein Detail der Batterieanordnung des Batteriemoduls gemäß Fig. 6 perspektivisch dargestellt;

Fig. 11 eine Klammer in zwei Ansichten, mit einer Innenseite und einer Außenseite, jeweils perspektivisch dargestellt;

Fig. 12 die Klammer gemäß Fig. 11 in Explosionsdarstellung perspektivisch dargestellt. Einführend sei festgehalten, dass in den unterschiedlich beschriebenen Ausführungsformen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen werden, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäß auf gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen werden können. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben, unten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind diese Lageangaben bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen.

Die Fig. 1 zeigt einen Energiespeicher 1 im komplett montierten Zustand perspektivisch dargestellt. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel umfasst der stationäre Energiespeicher 1 drei Batteriemodule 2, 3, 4, die eines auf dem andern, vertikal aufeinandergesetzt bzw. aufeinandergestapelt angeordnet sind. Die Batteriemodule 2, 3, 4 des Energiespeichers 1 sind zueinander baugleich aufgebaut. Daneben umfasst der Energiespeicher 1 auch noch ein Basismodul 5, auf das die drei Batteriemodule 2, 3, 4 aufgesetzt sind. Schließlich bildet ein Dachmodul 6, das auf das dritte Batteriemodul 4 aufgesetzt ist, den oberen Abschluss des Energiespeichers 1. Grundflächen des Basismoduls 5 und des Dachmoduls 6 sind zu denjenigen der Batteriemodule 2, 3, 4 gleich groß und gleich geformt, sodass die äußere Form des Energiespeichers derjenigen eines aufrechtstehenden, geraden Prismas entspricht.

An der dem Betrachter zugewandten schmalen Seitenfläche des Energiespeichers 1 sind an diesem vier, in vertikaler Richtung aneinander gereihte Klammem 7 befestigt. Durch in den Klammern 7 verlaufende Leitungen wird zwischen jeweils direkt übereinander angeordneten Modulen eine elektrische Verbindung hergestellt. Die Klammern 7 können jeweils zwei aufeinander gestapelte Module auch mechanisch miteinander verbinden. Das in dieser Weise ausgebildete System baugleicher Batteriemodule 2, 3, 4 und Klammern 7 erlaubt es Energiespeicher 1 bedarfsweise mit weiteren Batteriemodulen 2, 3, 4 zu erweitern.

Der Energiespeicher 1 weist im Übrigen auch eine Steuervorrichtung 8 und ein Bedienterminal 9 auf, die in dem Dachmodul 6 ausgebildet sind.

Vorzugsweise sind an beiden Seiten, d.h. an den beiden schmäleren Seitenflächen, der Module des Energiespeichers 1 Klammem 7 zum Verbinden angebracht. Das heißt, die Klammem 7 sind bezüglich einer vertikalen Mittelebene 10 des Energiespeichers 1 paarweise bzw. spiegelsymmetrisch angeordnet. Die Fig. 2 zeigt ein Detail des Energiespeichers 1 gemäß Fig. 1. Dabei sind nur das erste bzw. das untere Batteriemodul 2 und das darauf gestapelte, zweite bzw. das obere Batteriemodul 3, isoliert von allen anderen Teilen des Energiespeichers 1 dargestellt. Mantelartig umlaufende Seiten der Batteriemodule 2, 3 weisen jeweils eine Beplankung 11 auf. Die Beplankungen 11 der Batteriemodule 2, 3 fungieren als eine Abdeckung und bilden insbesondere einen Schutz gegen Zugriffe von Personen zu den elektrischen Leitungen bzw. zu den galvanischen Zellen bilden. Die Beplankung 11 der Batteriemodule 2, 3 ist vorzugsweise mehrteilig ausgebildet. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird die Beplankung 11 durch einen ersten Plankenteil 12 und einen zweiten Plankenteil 13, die zueinander spiegelsymmetrisch geformt sind, gebildet. Das heißt die beiden Plankenteile 12, 13 der Beplankung 11 umschließen die Batteriemodule 2, 3 an deren Mantelseiten jeweils zu einer Hälfte. Sie erscheinen also in einer Draufsicht von oben U-förmig.

An den schmäleren Mantelseiten der Batteriemodule 2, 3 sind jeweils in einem unteren Randbereich zwei Buchsen 14 und in einem oberen Randbereich zwei Buchsen 15 ausgebildet. Durch diese Buchsen 14, 15 können die aufeinander gestapelten Batteriemodule 2, 3 mit Hilfe der Klammern 7 verbunden werden (Fig. 1). Das heißt die Klammer 7 ermöglicht jeweils eine elektrisch leitende Verbindung von der oberen Buchse 15 des unteren Batteriemoduls 2 zu der ihr benachbarten unteren Buchse 14 an dem oberen Batteriemodul 3. Die Kombination aus in den Seitenwänden der Batteriemodule 2, 3 angeordneten Buchsen 14, 15 einerseits und den aus einer seitlichen Richtung aufzusteckenden Klammem 7 andererseits bietet den Vorteil einer einfach durchführbaren Montage des Energiespeichers 1. Die Batteriemodule 2, 3 müssen nur aufeinandergestapelt und anschließend die Klammem 7 eingesteckt werden. Ohne dass besondere Werkzeuge dafür erforderlich sind, erfolgt so eine voll funktionsfähige elektrische Verbindung der Module.

Anhand der Fig. 3 und 4 wird der innere Aufbau des Batteriemoduls 2 beschrieben. Die Fig. 3 zeigt dabei eine Batterieanordnung 16, die einen Zellenhalter 17 und in dem Zellenhalter 17 angeordnete Zellen 18 umfasst. Die Beplankung 11, also die beiden Plankenteile 12, 13, sind dabei nicht dargestellt. Die Fig. 4 zeigt die Batterieanordnung 16 gemäß Fig. 3 in einem teilweise weiter demontierten Zustand. Eine obere Hälfte des Zellenhalters 17 ist dabei demontiert, sodass der Blick auf weitere Innenteile freigegeben ist. In dem Zellenhalter 17 der Batterieanordnung 16 sind eine Mehrzahl gleicher Zellen 18 aufgenommen und in einem gegenseitigen, regelmäßigen Abstand positioniert gehalten. Die Zellen 18 sind dabei in dem Zellenhalter 17 aufrechtstehend nebeneinander angeordnet, sodass elektrische Pole 19 einander benachbarter Zellen 18 nebeneinander liegen. Eine Längserstre- ckung der Zellen 18 verläuft jeweils zwischen einer Bodenplatte 20 und einer Deckplatte 21 des Zellenhalters 17. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist außerdem vorgesehen, dass solche galvanischen Zellen verwendet werden, bei denen beide Pole 19 der Zellen 18 (also elektrischer Plus-Pol und elektrischer Minus-Pol) an nur einem Ende ihrer Längserstreckung liegen. Die Pole 19 der Zellen 18 sind im Bereich der Deckplatte 21 liegend angeordnet. Dementsprechend weist die Batterieanordnung 16 im Bereich der Deckplatte 21 auch eine Mehrzahl von Verbindungselementen 22 auf, die zumindest einen Pol 19 einer ersten Zelle 18 mit zumindest einem Pol 19 einer weiteren Zelle 18 verbinden.

Neben der Bodenplatte 20 und der Deckplatte 21 weist der Zellenhalter 17 der Batterieanordnung 16 ein erstes Tragelement 23 und ein zweites Tragelement 24 auf, die an gegenüberliegenden Enden der Bodenplatte 20 und der Deckplatte 21 liegen. Durch die Tragelemente 23, 24 werden die Bodenplatte 20 und die Deckplatte 21 in einem Abstand 25 und parallel zueinander gehalten. Der Abstand 25 zwischen der Bodenplatte 20 und der Deckplatte 21 entspricht dabei dem Ausmaß der Längserstreckung der Zellen 18.

Wie im Vergleich der Darstellung der Batterieanordnung 16 in den Fig. 3 und 4 zu erkennen ist, ist der Zellenhalter 17 im Wesentlichen zweigeteilt, wobei ein unterer Rahmenteil 26 die Bodenplatte 20 und jeweils eine Hälfte der beiden Tragelemente 23, 24 und ein oberer Rahmenteil 27 die Deckplatte 21 und die jeweils komplementären Hälften der Tragelemente 23, 24 umfasst. Die beiden Rahmenteile 26, 27 des Zellenhalters 17 sind vorzugsweise als Spritzgussteil aus einem Kunststoff hergestellt.

Die Fig. 5 zeigt einen Querschnitt der beiden Batteriemodule 2, 3 gemäß Fig. 2 perspektivisch dargestellt und in teilweiser Explosionsdarstellung. Das obere Batteriemodul 3 ist dabei in einer von dem unteren Batteriemodul 2 vertikal abgehobenen Stellung dargestellt. An einer Unterseite der Bodenplatte 20 des Zellenhalters 17 sind dabei nach unten hin abstehende Fügeelemente 28, 29 zu erkennen. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind die Fügeelemente 28, 29 der Bodenplatte 20 des Zellenhalters 17 jeweils in Randbereichen einander gegenüberliegender Längsseiten der Bodenplatte 20 angeordnet. In der dargestellten Ausführungsform der Fügeelemente 28, 29 sind diese jeweils in der Form eines geradlinig verlaufenden Stegs ausgebildet.

Den Fügeelementen 28, 29 an der Unterseite des Zellenhalters 17 entsprechend, weist die Deckplatte 21 komplementär geformte Fügeelemente 30, 31 auf. Das heißt die Fügeelemente 30, 31 werden durch an deren Oberseite offene Vertiefungen in der Deckplatte 21 gebildet. Wie in der Fig. 5 durch von dem oberen Batteriemodul 3 zu dem unteren Batteriemodul 2 verlaufende, strichlierte Pfeile angedeutet, werden beim Zusammensetzen der Batteriemodule 2, 3 die Fügeelemente 28, 29 des oberen Batteriemoduls 3 in die entsprechenden Fügeelemente 30, 31 des unteren Batteriemoduls 2 eingeführt bzw. eingesetzt. Die Fügeelemente 28, 29 des Zellenhalters 17 des oberen Batteriemoduls 3 greifen somit formschlüssig in die Fügeelemente 30, 31 an der Oberseite der Deckplatte 21 des zweiten Zellenhalters 17 des unteren Batteriemoduls 2 ein. Auf diese Weise wird erreicht, dass die Zellenhalter 17 die zwei direkt aufeinander liegenden Batteriemodule 2, 3 in einer fluchtend ausgerichteten Lage festhalten (Fig. 2). Ein seitliches Verschieben der Zellenhalter 17 relativ zueinander wird auf diese Weise verhindert.

In Kombination mit den formschlüssig ineinandergreifenden Fügeelementen 28, 29 des Zellenhalters 17 wird auch mit den aus seitlicher Richtung aufzu steckenden Klammem 7 eine formschlüssige, mechanische Verbindung der zwei direkt aufeinander liegenden Batteriemodule 2, 3 bewirkt (Fig. 2). Das heißt, die Klammern 7 können ein Abheben des oberen Batteriemoduls 3 von dem unteren Batteriemodul 2 und somit ein Trennen der Fügeelemente 28, 29 voneinander verhindern.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Fügeelemente 28, 29 der Bodenplatte 20 und der Fügeelemente 30, 31 der Deckplatte 21 kann auch vorgesehen sein, dass die Fügeelemente 28, 29 zueinander unterschiedlich bzw. asymmetrisch geformt sind. Dadurch kann erreicht werden, dass zwei aufeinander gestellte Batteriemodule 2, 3, 4 nur in einer eindeutigen Ausrichtung bzw. nur in einer eindeutigen räumlichen Orientierung zusammengesetzt werden können. Damit wird auch verhindert, dass es beim Herstellen der elektrischen Verbindungen mit den Klammern 7 zu Fehlschaltungen bzw. zu Kurzschlüssen und damit zu Beschädigungen des Energiespeichers 1 kommt.

Im Übrigen ist auch eine Höhe 32 der von der Unterseite der Bodenplatte 20 abstehenden Fügeelemente 28, 29 derart groß bemessen, dass im aufeinander gestapelten Zustand der Batteriemodule 2, 3 eine durch die Deckplatte 21 des unteren Batteriemoduls 2 und die Bodenplatte 20 des oberen Batteriemoduls 3 begrenzte Kammer 33 gebildet wird. Neben den Verbindungselementen 22 zur Verbindung der Pole 19 einander benachbarter Zellen 18 (Fig. 4) können in dieser Kammer 33 auch noch andere elektronische Komponenten aufgenommen sein. Insbesondere kann in der Kammer 33 ein Wärmetauscher einer Kühlvorrichtung des Energiespeichers 1 angeordnet sein (nicht dargestellt).

Die Höhe 32 der von der Unterseite der Bodenplatte 20 abstehenden Fügeelemente 28, 29 ist andererseits auch so groß bemessen, dass im aufeinander gestapelten Zustand die Last des oberen Batteriemoduls 3 zur Gänze von dem Zellenhalter 17 des unteren Batteriemoduls 2 aufgenommen wird. Eine Belastung und möglicherweise Deformation der Beplankung 11 wird so vermieden. Der an der Unterseite der Bodenplatte 20 durch die abstehenden Fügeelemente 28, 29 gebildete Bereich des Zellenhalters 17 kann auch als Sockelabschnitt oder Stapelrand bezeichnet werden. Optional kann vorgesehen sein, dass zwischen zueinander benachbarten Rändern der Beplankung 11 zweier aufeinander gesetzter Batteriemodule 2, 3 eine Dichtung angeordnet ist.

Zum Schutz der Zellen 18 und der Verbindungselemente 22 kann über diesen eine sich bis zu den Rändern der Deckplatte 21 erstreckende Folie 34 angeordnet sein. Die Folie 34 ist dazu an den Rändern der Deckplatte 21 der Zellenhalter 17 mit Hilfe von Nieten oder Schrauben befestigt. Sie schützt so vor eventuellen elektrischen Schlägen beim Hantieren mit den Batteriemodulen 2, 3 zur Montage des Energiespeichers 1. In einer verbesserten Ausführungsform kann die Folie 34 mit dem Zellenhalter 17 auch verschweißt oder verklebt sein. Durch die Folie 34 kann dann auch eine staub-, feuchtigkeits- und gasdichte Abschirmung der Zellen 18 (mitsamt den Verbindungselementen 22 und den anderen Elektronikkomponenten) gegenüber der Umgebung erreicht werden.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform können die Fügeelemente 28, 29 an der Bodenplatte 20 des Zellenhalters 17 auch durch einen über den gesamten Umfang der Bodenplatte 20 oder zumindest über einen Teilberiech des Umfangs der Bodenplatte 20 umlaufenden Steg ausgebildet sein.

Anhand der nachfolgenden Figuren 6 bis 10 werden Details der elektrischen Verbindung der galvanischen Zellen 18 in den Batteriemodulen 2, 3, 4 näher beschrieben. Die Fig. 6 zeigt das Batteriemodul 2 gemäß Fig. 3, repräsentiert alleine durch die galvanischen Zellen 18, wie sie in der Batterieanordnung 16 positioniert sind. Pole 19 einander benachbarter Zellen 18 werden mit Hilfe der Verbindungselemente 22 verbunden. Die beiden Enden der in Serie geschalteten Zellen 18 sind schließlich mit einer ersten Stromschiene 35 und einer zweiten Stromschiene 36 verbunden. Dabei sind beide Stromschienen 35, 36 gemeinsam an dem gleichen stimseitigen Endbereich der Batterieanordnung 16 - entsprechend einer Hochspannungsseite 37 (HV-Seite 37) - angeordnet (in der Darstellung gern, der Fig. 6 an der linken Seite). An der der HV-Seite 37 entgegengesetzten zweiten Stirnseite 38 weist die Batterieanordnung 16 schließlich noch eine Potentialausgleichsschiene 39 und eine Kommunikations schiene 40 auf.

Die Fig. 7 zeigt ein Detail des Batteriemoduls 2 gemäß Fig. 6 mit einer Ansicht auf die HV- Seite 37 perspektivisch dargestellt. Die Stromschiene 35 und die Stromschiene 36 stehen jeweils mit einem der beiden elektrischen Pole der Batterieanordnung 16 in Verbindung. Neben den beiden Stromschienen 35, 36 ist an der HV-Seite 37 auch eine Masse-Schiene 41 angeordnet. Wie bereits einleitend im Zusammenhang mit den Fig. 1 und 2 ausgeführt worden ist, werden jeweils direkt übereinander liegende Batteriemodule 2, 3, 4 durch die Klammem 7 elektrisch miteinander verbunden. Stellvertretend für diese Klammer 7 sind in der Fig. 7 elektrisch leitende Brücken 42, 43, 44, 45 dargestellt. Diese sind Teil der Klammer 7 und mit dessen Gehäuse fest verbunden (Fig. 11, 12). Die beiden Brücken 42, 43 einerseits und die beiden Brücken 44, 45 andererseits sind jeweils paarweise nebeneinander angeordnet und sind deren Enden zum Einführen in die Buchsen 14, 15 (Fig. 2) und Kontaktieren entsprechender Enden der Stromschienen 35, 36 bzw. der Masse-Schiene 41 geeignet, wie in Fig. 7 durch strichliert eingezeichnete Pfeile angedeutet. Die Brücken 42, 43, 44, 45 sind bevorzugt aus Blechteilen mit federartig geformten Kontaktstellen hergestellt. Ihre äußere Grundform entspricht der einer Klammer.

Die Fig. 8 zeigt eine Draufsicht auf die Batterieanordnung 16 des Batteriemoduls 2 gemäß der Fig. 6. Wie schon in den Fig. 6 und 7 ist die Batterieanordnung 16 des Batteriemoduls 2 in vereinfachter Weise, nur durch die Anordnung ihrer Zellen 18 dargestellt. Zusätzlich sind auch die Verbindungselemente 22, durch die die Pole 19 einander benachbarter Zellen 18 miteinander kontaktiert werden, die beiden Stromschienen 35, 36 und die Masseschiene 41 an der HV-Seite 37 als auch die Potentialausgleichsschiene 39 und die Kommunikationsschiene 40 der gegenüberliegenden Stirnseite 38 eingezeichnet. Die Zellen 18 der Batterieanordnung 16 sind in regelmäßigen Abständen in der Art eines zweidimensionalen Gitters angeordnet. Die Verbindungselemente 22 sind derart geformt, dass Pole 19 derselben Polarität einer ersten Gruppe 46 von Zellen 18 in Parallelschaltung elektrisch kontaktiert sind. Durch dasselbe Verbindungselement 22 sind andererseits die Pole 19 der entgegengesetzten Polarität der Zellen 18 einer zweiten Gruppe 47 elektrisch kontaktiert. Folglich wird durch die so gestalteten Verbindungselemente 22 erreicht, dass durch die Verbindungselemente 22 jeweils Pluspole einer ersten Gruppe 46 von Zellen 18 mit Minuspolen einer zweiten Gruppe 47 von Zellen 18 in Serien Schaltung elektrisch leitend miteinander verbunden sind. Dies ist an der Darstellung des Verbindungselements 22 in der Fig. 9 deutlicher erkennbar.

Die Fig. 9 zeigt ein Detail der Batterieanordnung 16 mit dem Verbindungselement 22 und den Zellen 18 der ersten Gruppe 46 und der zweiten Gruppe 47, die durch das Verbindungselement 22 elektrisch kontaktiert werden. Das Verbindungselement 22 ist im Übrigen auch dazu ausgebildet, die von ihm kontaktierten Zellen 18 in dem Zellenhalter 17 der Batterieanordnung 16 festzuhalten. Dazu sind die Verbindungselemente 22 mechanisch an dem Zellenhalter 17 befestigt (Fig. 3). Die Verbindungselemente 22 werden vorzugsweise aus Blech gestanzt und durch Biegebearbeitung in Form gebracht.

Gemäß diesem Ausführungsbeispiel der Verbindungselemente 22 der Batterieanordnungen 16 umfasst das Verbindungselement 22 auch eine Kontaktlasche 48. Durch die nach oben über die Deckplatte 21 des Zellenhalters 17 vorstehende Kontaktlasche 48 ist das Verbindungselement 22 mit einer Leiterplatte 49 verbunden (Fig. 5, 7). Die Leiterplatte 49 ist als Messplatine mit einer entsprechenden Messelektronik ausgebildet und können über die Kontaktlaschen 48 der Verbindungselemente 22 die jeweiligen elektrischen Differenzspannungen gemessen und diese so überwacht werden. Neben einer Messelektronik kann auf der Leiterplatte 49 auch ein Steuermodul vorgesehen sein, das in Zusammenwirkung mit der Steuervorrichtung 8 des Energiespeichers 1 dessen Betriebszustände überwacht und steuert.

Die Leiterplatte 49 ist so wie auch die Verbindungselemente 22 in der Kammer 33 im Bereich der Deckplatte 21 des Zellenhalters 17 angeordnet.

In einer alternativen Ausführungsform der Batterieanordnung 16 der Batteriemodule 2, 3, 4 können die Pole 19 der Zellen 18 anstatt durch einzelne Verbindungselemente 22 auch durch an der Unterseite der Leiterplatte 49 ausgebildete Leiterbahnen elektrisch verbunden sein (nicht dargestellt).

Die Fig. 10 zeigt ein Detail der Batterieanordnung 16 des Batteriemoduls 2 gemäß Fig. 6 perspektivisch dargestellt. Dabei ist eine Ansicht entsprechend einer Blickrichtung auf die Stirnseite 38 der Batterieanordnung 16 in reduzierter Darstellungsweise, das heißt ohne Teile des Zellhalters 17, gezeigt (Fig. 3, 4). An der der HV-Seite 37 entgegengesetzten Stirnseite 38 der Batterieanordnung 16 sind über die Buchsen 14, 15 (Fig. 3, 4) Kontaktenden der Potentialaus- gleichs schiene 39 einerseits und Kontaktstellen der Kommunikationsschiene 40 andererseits für die Brücken 42 bis 45 der Klammer 7 zugänglich.

Wie vorstehend im Zusammenhang mit der Beschreibung der Fig. 7 bereits ausgeführt worden ist, sind die Brücken 42, 43 und die Brücken 44, 45 jeweils paarweise nebeneinander in der Klammer 7 (Fig. 11, 12) befestigt. Dabei ist außerdem vorgesehen, dass die aus einem elektrisch leitenden Material hergestellten Brücken 42 und 43 als auch die beiden Brücken 44, 45 jeweils voneinander elektrisch isoliert sind. Dies hat den Vorteil, dass - wenn Kontaktstellen der Brücken 42 und 43 mit Kontaktstellen der Kommunikations schiene 40 in Eingriff gebracht werden - zwei separate Signalleitungen 50, 51 aufgebaut werden. Die beiden durch die Kommunikations schiene 40 geführten Signalleitungen 50, 51 stehen nämlich mit der Steuerelektronik der Leiterplatte 49 in Verbindung. Zwischen den Leiterplatten 49 aufeinander gestapelter Batteriemodule 2, 3, 4 kann somit ein Bussystem bzw. ein Kommunikationssystem zum Datenaustausch mit der Steuervorrichtung 8 des Dachmoduls 6 des Energiespeichers 1 hergestellt werden. Die Ausführung der Klammem 7 mit den Brücken 42 bis 45 zur elektrischen Kontaktierung in der Weise, dass die paarweise angeordneten Brücken 42, 43 als auch die Brücken 44, 45 jeweils elektrisch voneinander isoliert sind, stellt sicher, dass es beim Zusammensetzen der Batteriemodule 2, 3, 4 und Verbinden mit den Klammern 7 nicht zu Fehlschaltungen in der Kontaktierung der Kommunikations schiene 40 kommt.

Voraussetzungsgemäß sind die Abstände zwischen den Kontaktenden der Brücken 42, 43 als auch diejenigen zwischen den Kontaktenden der Brücken 44, 45 im Verhältnis zu den jeweiligen Dicken der Potentialausgleichsschiene 39 und der Kommunikations schiene 40 so dimensioniert, dass es beim Aufstecken der Brücken 42 bis 45 zu einer elastischen Verformung unter Ausbildung einer ausreichend großen Andrückkraft zwischen den Kontaktstellen kommt. In einer alternativen Ausführungsform ist es auch möglich, dass die Brücken 42, 43, die Brücken 44, 45 einerseits und die Buchsen 14, 15 andererseits durch ein Stecker-/Buchsensystem anderer Bauart gebildet werden.

Anhand der Fig. 11 und 12 wird ein erstes Ausführungsbeispiel der Klammem 7 beschrieben. Die Fig. 11 zeigt eine Innenseite (linke Darstellung) und eine Außenseite der Klammer 7 (rechte Darstellung) jeweils perspektivisch dargestellt. Die Fig. 12 zeigt eine Explosionsdarstellung der Klammer 7 perspektivisch dargestellt.

Die Klammer 7 umfasst einen Grundkörper bzw. ein Klammergehäuse 52 an dem die Brücken 42 bis 45 befestigt sind. Die in Fig. 11 links dargestellte Innenseite der Klammer 7 ist jene Seite die im mit den Batteriemodulen 2, 3, 4 zusammengebauten Zustand der HV-Seite 37 oder der dieser entgegengesetzten Stirnseite 38 zugewandt ist. Die Brücken 42, 43, 44, 45 sind bevorzugt aus Blechteilen mit der Form einer Klammer hergestellt. Ihre abstehenden Enden bilden federartig geformte Kontaktstellen. Die Klammer 7 weist außerdem auch noch eine im Randbereich des Klammergehäuses 52 umlaufende Dichtung 53 auf. Diese kommt im mit den Batteriemodulen 2, 3, 4 zusammengebauten Zustand außen an der Beplankung 11 der Batteriemodule 2, 3, 4 zur Anlage. Von der Klammer 7 ist schließlich im zusammengebauten Zustand nur die in Fig. 11 rechts dargestellte Außenseite, das heißt die Außenseite des Klammergehäuses 52, sichtbar.

Das Klammergehäuse 52 ist vorzugsweise durch einen Spritzgussteil aus Kunststoff hergestellt. Teile des Klammergehäuses 52 im Bereich der Brücken 42 bis 45 bilden für diese gleichzeitig einen stützenden Rahmen. In einer alternativen Ausführungsform der Brücken 42 bis 45 können diese, anstatt durch Blechteile, auch durch in dem Klammergehäuse 52 verlaufende Drähte mit Steckern an deren Enden gebildet sein.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind in einem unteren Randbereich des Klammergehäuses 52 zwei nach unten vorstehende Fügeelemente 54 ausgebildet. Andererseits sind in einem oberen Randbereich des Klammergehäuses 52 zu den Fügeelementen 54 komplementär geformte Ausnehmungen 55 ausgebildet. In vertikaler Richtung aufeinander folgende Klammern 7, die an den entsprechenden Stirnseiten 37, 38 der Batteriemodule 2, 3, 4 befestigt werden, können so durch Ineinandergreifen der Fügeelemente 54 und der Ausnehmungen 55 zusammengesetzt werden. Vorteilhafterweise sind seitliche Abstände zwischen den beiden Buchsen 14 am unteren Randbereich des Zellenhalters 17 und den beiden Buchsen 15 am oberen Randbereich des Zellenhalters 17 gleich groß gewählt. Ebenso ist es von Vorteil, wenn die ersten Buchsen 14 und die zweiten Buchsen 15 in vertikaler Richtung jeweils fluchtend zueinander ausgerichtet angeordnet sind.

Die Ausführungsbeispiele zeigen mögliche Ausführungsvarianten, wobei an dieser Stelle bemerkt sei, dass die Erfindung nicht auf die speziell dargestellten Ausführungsvarianten derselben eingeschränkt ist, sondern vielmehr auch diverse Kombinationen der einzelnen Ausführungsvarianten untereinander möglich sind und diese Variationsmöglichkeit aufgrund der Lehre zum technischen Handeln durch gegenständliche Erfindung im Können des auf diesem technischen Gebiet tätigen Fachmannes liegt.

Der Schutzbereich ist durch die Ansprüche bestimmt. Die Beschreibung und die Zeichnungen sind jedoch zur Auslegung der Ansprüche heranzuziehen. Einzelmerkmale oder Merkmalskombinationen aus den gezeigten und beschriebenen unterschiedlichen Ausführungsbeispielen können für sich eigenständige erfinderische Lösungen darstellen. Die den eigenständigen erfinderischen Lösungen zugrundeliegende Aufgabe kann der Beschreibung entnommen werden.

Sämtliche Angaben zu Wertebereichen in gegenständlicher Beschreibung sind so zu verstehen, dass diese beliebige und alle Teilbereiche daraus mitumfassen, z.B. ist die Angabe 1 bis 10 so zu verstehen, dass sämtliche Teilbereiche, ausgehend von der unteren Grenze 1 und der oberen Grenze 10 mit umfasst sind, d.h. sämtliche Teilbereiche beginnen mit einer unteren Grenze von 1 oder größer und enden bei einer oberen Grenze von 10 oder weniger, z.B. 1 bis 1,7, oder 3,2 bis 8,1, oder 5,5 bis 10.

Der Ordnung halber sei abschließend darauf hingewiesen, dass zum besseren Verständnis des Aufbaus Elemente teilweise unmaßstäblich und/oder vergrößert und/oder verkleinert dargestellt wurden. Bezugszeichenaufstellung

Energiespeicher 31 Fügeelement Batteriemodul 32 Höhe Batteriemodul 33 Kammer Batteriemodul 34 Folie Basismodul 35 Stromschiene Dachmodul 36 Stromschiene Klammer 37 HV-Seite

S teuervorrichtung 38 Stirnseite Bedienterminal 39 Potentialausgleichsschiene

Mittelebene 40 Kommunikations schiene Beplankung 41 Masse-Schiene

Plankenteil 42 Brücke Plankenteil 43 Brücke

Buchse 44 Brücke

Buchse 45 Brücke

B atterieanordnung 46 Gruppe Zellenhalter 47 Gruppe

Zelle 48 Kontaktlasche

Pol 49 Leiterplatte

Bodenplatte 50 Signalleitung Deckplatte 51 Signalleitung

V erbindung selement 52 Klammergehäuse Tragelement 53 Dichtung Tragelement 54 Fügeelement Abstand 55 Ausnehmung Rahmenteil Rahmenteil Fügeelement Fügeelement Fügeelement

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e

1. Stationärer Energiespeicher (1) mit zumindest zwei übereinander gestapelten Batteriemodulen (2, 3, 4), die zumindest eine Batterieanordnung (16) aufweisen, wobei die Batterieanordnung (16) einen Zellenhalter (17) zur Aufnahme und Positionierung von mehreren Zellen (18) in einem gegenseitigen Abstand (25) aufweist, und wobei die Zellen (18) in dem Zellenhalter (17) nebeneinander angeordnet sind, so dass ein Pol (19) einer Zelle (18) neben einem Pol (19) einer benachbarten Zelle (18) liegt, und wobei die Batterieanordnung (16) mehrere Verbindungselemente (22) aufweist, die einen Pol (19) einer Zelle (18) mit einem Pol (19) einer benachbarten Zelle (18) verbinden, dadurch gekennzeichnet, dass der Zellenhalter (17) eine Bodenplatte (20), eine Deckplatte (21) und zwei Tragelemente (23, 24) aufweist, wobei die Bodenplatte (20) und die Deckplatte (21) durch die zwei Tragelemente (23, 24) miteinander verbunden sind, und wobei eine Unterseite der Bodenplatte (20) und eine Oberseite der Deckplatte (21) mit zueinander komplementär geformten Fügeelementen (28, 29; 30, 31) ausgebildet sind, so dass der Zellenhalter (17) an einem zweiten, gleichgeformten Zellenhalter (17) in einer fluchtend ausgerichteten Lage gehalten ist.

2. Stationärer Energiespeicher (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Fügeelement (28, 29) an der Unterseite der Bodenplatte (20) aus einem am Umfang des Zellenhalters (17) zumindest teilweise umlaufenden Steg gebildet ist.

3. Stationärer Energiespeicher (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an einander gegenüberliegenden Längsseiten der Bodenplatte (20) angeordnete Fügeelemente (28, 29) zueinander asymmetrisch geformt sind.

4. Stationärer Energiespeicher (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Höhe (32) der von der Unterseite der Bodenplatte (20) abstehenden Fügeelemente (28, 29) so groß ist, dass im aufeinander gestapelten Zustand die Last des oberen Batteriemoduls (3) zur Gänze von dem Zellenhalter (17) des unteren Batteriemoduls (2) aufgenommen ist.

5. Stationärer Energiespeicher (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Verbindungselement (22) Pluspole einer ersten Gruppe (46) von Zellen (18) mit Minuspolen einer zweiten Gruppe (47) von Zellen (18) in Serienschaltung elektrisch leitend verbunden sind.

6. Stationärer Energiespeicher (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zellenhalter (17) einen einstückigen oder mehrstückigen Spritzgussteil umfasst, wobei das Spritzgussteil aus einem Kunststoff hergestellt ist.

7. Stationärer Energiespeicher (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragelemente (23, 24) in Stapelrichtung betrachtet aus zueinander abgewinkelt angeordneten Segmenten bestehen oder bogenförmig ausgestaltet sind.

8. Stationärer Energiespeicher (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zellen (18) im Zellenhalter (17) durch das Verbindungselement (22) in ihrer Lage fixiert gehalten sind.

9. Stationärer Energiespeicher (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (22) einen Blechstanzteil umfasst.

10. Stationärer Energiespeicher (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (22) mit den Polen (19) der Zellen (18) laserverschweißt ist.

11. Stationärer Energiespeicher (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Deckplatte (21) eines ersten Zellenhalters (17) und der Bodenplatte (20) eines über dem ersten Zellenhalter (17) angeordneten, zweiten Zellenhalters (17) eine Kammer (33) ausgebildet ist, wobei in der Kammer (33) eine Leiterplatte (49) mit einer Messelektronik angeordnet ist und die Messelektronik mit den Verbindungselementen (22) in elektrischem Kontakt steht.

12. Stationärer Energiespeicher (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuervorrichtung (8) umfasst ist, wobei die Steuervorrichtung ein Bedienterminal (9) aufweist.

13. Stationärer Energiespeicher (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriemodul (2, 3, 4) eine ein- oder mehrteilige Beplankung (11) aufweist, die zur Abdeckung und zum Zugriffschutz am Zellenhalter (17) angeordnet ist, wobei für den Lastabtrag zu weiteren Batteriemodulen (2, 3, 4) oder einem Basismodul (5) ausschließlich der Zellenhalter (17) eingerichtet ist.

14. Stationärer Energiespeicher (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass an der Beplankung (11) Dichtungen angeordnet sind, durch die das Innere des Batteriemoduls (2, 3, 4) staub-, flüssigkeits- und/oder gasdicht abgeschirmt ist.

15. Stationärer Energiespeicher (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungselemente (22) und/oder die Leiterplatte (49) durch eine mit dem Zellenhalter (17) verschweißte, verklebte oder über eine flüssigkeitsdichte Verbindung angebundene Folie (34) aus Kunststoff abgeschirmt sind.