JP2023537665A

JP2023537665A - 電気エネルギーを貯蔵するためのエネルギー貯蔵モジュール

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Publication number: JP2023537665A
Application number: JP2023501463A
Authority: JP
Inventors: ワイス，アレキサンダー; ノル，マイケル; ゼーガー，アレキサンダー
Original assignee: スキオーテクノロジーゲーエムベーハー
Priority date: 2020-07-15
Filing date: 2020-07-15
Publication date: 2023-09-05
Also published as: KR20230037635A; US20230344088A1; EP4182995A1; CN115885415A; WO2022012704A1

Abstract

本発明は、電気エネルギーを貯蔵するためのエネルギー貯蔵モジュールに関し、エネルギー貯蔵モジュールは、上面と、底面と、実質的に長方形の外周とを有するエネルギー貯蔵装置を備え、エネルギー貯蔵装置は、複数のエネルギー貯蔵ユニットを備え、エネルギー貯蔵ユニットの各々は、エネルギー貯蔵装置の上面および底面に位置合わせされた極を有する少なくとも２つの隣接するエネルギー貯蔵セルを備え、各々のエネルギー貯蔵ユニットの正極は導電性の第１のセルコネクタを介して相互接続され、負極は導電性の第２のセルコネクタを介して相互接続されており、第１のセルコネクタは第１の接続ラグに電気的に接続され、第２のセルコネクタは第２の接続ラグに電気的に接続され、これらの接続ラグは、エネルギー貯蔵ユニットの長方形の外周の第１の側面に面したエネルギー貯蔵ユニットの外側に配置され、各々のエネルギー貯蔵ユニットの第１の接続ラグは、導電性の接続要素を介して、第１の側面の長手方向に隣接する各々のエネルギー貯蔵ユニットの第２の接続ラグに接続される。【選択図】図１

Description

本発明は、電気エネルギーを貯蔵するためのエネルギー貯蔵モジュール（蓄電モジュール）に関し、エネルギー貯蔵モジュールは、上面と、底面と、実質的に長方形の外周とを有するエネルギー貯蔵装置を備え、エネルギー貯蔵装置は、複数のエネルギー貯蔵ユニットを備え、エネルギー貯蔵ユニットの各々は、エネルギー貯蔵装置の上面および底面に位置合わせされた極を有する少なくとも２つの隣接するエネルギー貯蔵セルを備え、各々のエネルギー貯蔵ユニットの正極は導電性の第１のセルコネクタを介して相互接続され、負極は導電性の第２のセルコネクタを介して相互接続されており、第１のセルコネクタは第１の接続ラグ（タブ、突出部または耳部）に電気的に接続され、第２のセルコネクタは第２の接続ラグに電気的に接続され、これらの接続ラグは、エネルギー貯蔵ユニットの長方形の外周の第１の側面に面したエネルギー貯蔵ユニットの外側に配置され、各々のエネルギー貯蔵ユニットの第１の接続ラグは、導電性の接続要素を介して、第１の側面の長手方向に隣接する各々のエネルギー貯蔵ユニットの第２の接続ラグに接続される。

エネルギー貯蔵モジュールの問題点の一つは、動作時、特に高負荷時にモジュールが強く発熱し、その結果膨脹することである。このような温度による体積変化、特にエネルギー貯蔵セルの外周部の体積変化は、その結果として圧力によってエネルギー貯蔵セルとその周囲のインフラ、あるいはエネルギー貯蔵モジュール全体が破壊される危険性があるので、エネルギー貯蔵セルを直接隣り合わせに配置できないことを意味する。そのため、エネルギー貯蔵モジュールの製造時には、エネルギー貯蔵セルの熱膨張の予想値に基づいて、エネルギー貯蔵セル間に所定の距離を確保する必要がある。同時に、一方では性能要件またはエネルギー貯蔵容量に対する需要が着実に増加し、他方では利用可能なスペースが限られているため、例えば電気自動車などでは、高い電力密度を達成するために、小さなスペースにできるだけ多くのセルを収容することが必要である。さらに、エネルギー貯蔵モジュールの分野では、エネルギー効率の面でより大きなコスト削減を達成するために、材料費と重量を削減することが常に開発目標となっている。

ここでの欠点は、エネルギー貯蔵モジュールの製造、特にエネルギー貯蔵セルを位置決めするため、および、セルを互いに空間的に分離するための両方で、エネルギー貯蔵セルを互いに分離するための追加要素が必要となることであり、これはモジュールを不必要に複雑にして製造コストの増加につながり、同時にエネルギー貯蔵セルの可能充填密度にマイナスの影響を与える。

したがって、本発明は、従来技術の欠点を克服し、特にコンパクトで材料を節約した設計で特に容易に製造することができ、高い安定性を有するようにエネルギー貯蔵モジュールを特に改良することを目的とする。

この目的は、請求項１の特徴を有するエネルギー貯蔵モジュールによって解決される。従属請求項はそれぞれ、本発明の有利な実施形態に関するものである。

したがって、電気エネルギーを貯蔵するためのエネルギー貯蔵モジュール（蓄電モジュール）が提供され、エネルギー貯蔵モジュールは、上面と、底面と、実質的に長方形の外周とを有するエネルギー貯蔵装置を備え、エネルギー貯蔵装置は、複数のエネルギー貯蔵ユニットを備え、エネルギー貯蔵ユニットの各々は、エネルギー貯蔵装置の上面および底面に位置合わせされた極を有する少なくとも２つの隣接するエネルギー貯蔵セルを備え、各々のエネルギー貯蔵ユニットの正極は導電性の第１のセルコネクタを介して相互接続され、負極は導電性の第２のセルコネクタを介して相互接続されており、第１のセルコネクタは第１の接続ラグ（タブ、突出部または耳部）に電気的に接続され、第２のセルコネクタは第２の接続ラグに電気的に接続され、これらの接続ラグは、エネルギー貯蔵ユニットの長方形の外周の第１の側面に面したエネルギー貯蔵ユニットの外側に配置され、各々のエネルギー貯蔵ユニットの第１の接続ラグは、導電性の接続要素を介して、第１の側面の長手方向に隣接する各々のエネルギー貯蔵ユニットの第２の接続ラグに接続される。

その長方形の外周のために、エネルギー貯蔵ユニットは、側部表面に沿って長手方向（縦方向）の寸法で、端部表面に沿って横方向の寸法で、延びることができる。特に、エネルギー貯蔵ユニットの幅は、エネルギー貯蔵セルの直径の２倍に、与えられた膨脹ギャップを加えたものに対応することができる。したがって、長手方向の寸法は、特に、エネルギー貯蔵ユニットの幅にエネルギー貯蔵ユニットの数を掛け、エネルギー貯蔵ユニットの間に設けられた膨脹ギャップの数を加えたものに対応することができる。与えられた膨脹ギャップは、それによって、２つの隣接するセルの最大予想半径方向膨脹に対応してもよく、予想半径方向膨脹は、最大予想動作温度に依存する場合がある。予想される最大動作温度は、使用の種類または使用の場所にも依存する場合がある。隣接するエネルギー貯蔵セルの軸は、それぞれの間に正三角形が形成されるように配置されてもよい。このような配置により、可能な限り低いエネルギー貯蔵セル密度を達成することができる。エネルギー貯蔵ユニットは、特に正三角形に配置されていることに起因して、その横方向の寸法においてジグザグに互いにオフセットした複数のエネルギー貯蔵セルの組を有していてもよい。その結果、２つの組のエネルギー貯蔵セルの間の間隔は、エネルギー貯蔵セルの直径に与えられた伸長間隔を加えたものに、√３／２の係数を乗じたものとすることができる。したがって、エネルギー貯蔵ユニットの横方向の寸法は、横方向に並んで配置されたエネルギー貯蔵セルの組の数から値１を引いたものに、上述した２つのエネルギー貯蔵セルの組の間隔を乗じたものとすることができる。エネルギー貯蔵セルは、円筒形であり、非導電性の円筒形のシェルを有することができる。特に円筒形セルの軸は、互いに平行に配置することができる。エネルギー貯蔵セルは、例えば、電池セルまたはコンデンサセルとすることができる。意図された膨脹ギャップに対するエネルギー貯蔵ユニットのセルの互いに対する間隔は、特に、一方では正極を、他方では負極を接続するセルコネクタによって実現することができる。このように、セルコネクタは、エネルギー貯蔵ユニットのセルを並列回路で接続する。セルコネクタは、例えば、セルに溶接することができる。そのため、セル間の追加のスペーサは必要ない。接続要素は、一方でエネルギー貯蔵ユニット同士を接触させ、他方で隣接するエネルギー貯蔵ユニットの直接隣接するセルを意図された膨脹ギャップに維持する目的を果たすものである。接続要素をエネルギー貯蔵ユニットの側面またはエネルギー貯蔵セルの非導電性表面に配置することによって、一方ではエネルギー貯蔵ユニットの相互の接続が単純化され、他方ではエネルギー貯蔵ユニットのねじり剛性が増加する。接続要素がエネルギー貯蔵ユニット間の上側と下側に交互に設けられているため、それぞれの場合に接続されていない上側または下側で必要なクレームが確実に保証されないエネルギー貯蔵ユニットの接続方法と比較して、本発明による接続方法は、横方向の接続がエネルギー貯蔵ユニットの増加した安定性を実現するという利点を有する。接続要素は、エネルギー貯蔵ユニットを互いに直列に接続する。接続ラグは、セルコネクタに一体的に接続され、エネルギー貯蔵ユニットの側面でエネルギー貯蔵セルの外面上にそれぞれ折り曲げられることを提供することができる。接続ラグは、任意に、エネルギー貯蔵ユニットの２つのエネルギー貯蔵セルの間で中央に曲げられるか、または、１つのエネルギー貯蔵セルの上にのみ曲げられる。その結果、接続ラグは、エネルギー貯蔵ユニットの側面の上側および下側で互いに向かい合うことができ、特に、互いに間隔を空けて配置されることができる。接続ラグは、特に、シートメタル部であり、長方形または半円形の形状を有することができる。接続要素は、例えば、接続シートまたはワイヤであってもよい。接続シートは、例えば、それぞれの場合において、その端部を関連する接続ラグに固定することができる。

エネルギー貯蔵モジュールが、第１の側面に関連付けられた側壁を有するハウジングを備え、このハウジングに、接続要素が、それらに関連付けられた端子ラグに固定され得るように固定されることが、提供されることができる。したがって、接続要素と関連する接続ラグとの位置合わせは、側壁の形状によって予め決定することができる。接続ラグと接続要素との接触は、側壁をエネルギー貯蔵モジュールに固定することによって達成されることが想定され得る。この目的のために、接続要素は、例えば、プリテンション要素を介して、側板に対してプリテンションをかけることができる。

さらに、側板は、接続ラグに関連してこれらに位置合わせされた固定用窓を有することができ、固定用窓を介して、ハウジングの外側から接続要素を接続ラグに固定することができる。固定用窓は、側壁に作られた開口部とすることができる。固定用窓は、接続ラグの形状に対応させることができる。固定用窓を利用して、側板が組み立てられた後に、接続要素を接続ラグに溶接することができる。このように、予め位置合わせされた接続要素により、接続ラグ上で接続要素を別途調整する必要がなくなるので、エネルギー貯蔵モジュールを迅速かつコスト効率よく製造することができる。

また、側壁は、固定用窓に割り当てられた接続要素を固定するために、固定用窓に隣接して、固定用窓ごとに少なくとも１つ、特に２つのラッチ要素を有することができる。ラッチ要素は、特に、エネルギー貯蔵部に面する側壁の側に設けることができる。ラッチ要素は、特に、接触面およびラッチ突起を有することができる。各接触面に対して、接続要素の自由度を制限することができる。例えば、接続要素は、長方形の形状を有することができ、それぞれの外側側面に関連する接触面を有するラッチ要素は、接続要素の外側側面の各々に設けられることができる。これにより、接続要素は、側壁に固定されることができる。特に、互いに垂直に整列して互いに向かい合う接触面を有する２つのラッチ要素を、各固定用窓に対して設けることができる。接続要素の他端が固定されるべき隣接する固定用窓も同様に、接触面が互いに垂直に整列し、互いにまたは関連する隣接する固定用窓の接触面に対向する２つのラッチ要素を有する。ラッチ突起は、接触面がラッチ突起の背後にアンダーカット方式で位置するように、接触面に隣接している。このようにして、接続要素は、組立のために割り当てられた位置に合わせられ、ラッチ突起に収まることができる。その後、組み立てられた接続要素とともに側板をエネルギー貯蔵モジュールに固定し、接続要素を関連する接続ラグに溶接することができる。接触面は、例えば０．８ｍｍの厚さの接続要素（ファスナー）を収容できる幅を有することができる。

また、側板は、側板が取付けられたときに側板とエネルギー貯蔵装置との間に予荷重を発生させるための、複数のばね要素、特にエネルギー貯蔵セルの数に対応する数のばね要素を有することもできる。この目的のために、例えば、側壁にクランプウェブを形成することができ、これらのクランプウェブは、それらの反対側の端部と角度をつけて側壁から離れるように延びる。クランプウェブは、例えば、２ｍｍのばね移動量を有することができる。ばね要素は、側壁の上縁近傍と下縁近傍の両方に配置することができる。上縁のクランプウェブは、上縁の方向に延びることができ、下縁のクランプウェブは、下縁の方向に延びることができる。

さらに、ハウジングは、底部および／または蓋部を備えてもよく、側壁は、底部および／または蓋部を垂直に支持して横方向に固定するために、その上縁および／または下縁に長手方向に延びる角凹部を有していてもよい。蓋部および底部は、少なくともエネルギー貯蔵装置の長手方向の寸法および横方向の寸法を有し、さらに、側壁の角凹部上に載るように寸法決めされてもよい。

また、側板は、上縁および／または下縁に面する複数の締結要素受け部を有することもでき、それを介して、底部および／または蓋部を関連する角凹部に固定することができる。締結要素受け部は、それぞれ、角凹部の平面上にある支持面を有することができる。締結要素受け部は、側壁に一体的に形成することができる。締結要素受け部は、孔を有するねじ接続点であることができる。ねじ接続点は、皿孔を有することができる。上縁の締結要素受け部と下縁の締結要素受け部との間、および、上下の固定用窓の間には、長手方向に延びる自由空間が設けられてもよい。自由空間の領域では、長手方向に走る溝が側板に設けられることができる。この溝は、例えば、ケーブルダクトとすることができる。溝の領域において、側壁は、ケーブルの通過のための少なくとも１つの開口部を有することができる。例えば、上側ねじ接続点と下側ねじ接続点との間に開口部を設けることができる。

さらに、側壁は、エネルギー貯蔵装置から離れる方向に面する側で側壁の長手方向に実質的に延びる補強部材を有してよく、補強部材は、固定用窓と位置合わせされた複数の開口部を有する。補強部材は、金属製であってもよい。側壁は、その外面に、補強部材が受容される長手方向の溝を有していてもよい。補強部材は、ケーブル通過開口部と位置合わせされた複数の開口部をさらに含んでもよい。補強部材は、側壁を隣接するハウジング壁に接続するために、側壁を越えて長手方向および横方向に突出する締結タブをさらに有していてもよい。

さらに、エネルギー貯蔵ユニットの長方形の外周の少なくとも１つの端面上に、ハウジングは、隣接するエネルギー貯蔵ユニットを覆うヘッド部を備えることができ、このヘッド部は、ヘッド部の上縁および／または下縁に向かって向けられた複数の締結要素受け部を有し、これを介して、底部および／または蓋部をヘッド部バーに固定することができる。締結要素受け部は、側板の締結要素受け部に対応することができる。ヘッド部は、ヘッド部の組み立てられた状態において、ヘッド部とエネルギー貯蔵装置との間にプリテンションを発生させるための複数のばね要素をさらに有することができる。ばね要素は、側壁のものに対応するように設計することができる。

さらに、ヘッド部は、少なくとも１つの導電性の端子要素を介して、隣接するエネルギー貯蔵ユニットの接続されていない接続ラグに接続されてもよい。導電性の端子要素は、ヘッド部から離れるようにして実質的に垂直に延びる第１の部分を有してもよい。接続要素は、ヘッド部に平行に配置されてそれによって接続要素がヘッド部に取付けられる第２の部分をさらに含んでもよい。接続要素は、例えば、導電性のシートであってもよい。第２の部分は、第１の部分から、特に直角に折り曲げられていてもよい。

また、第１のセルコネクタは第３の接続ラグに電気的に接続され、第２のセルコネクタは第４の接続ラグに電気的に接続され、これらの接続ラグは、エネルギー貯蔵ユニットの長方形の外周の第２の側面（この側面は第１の側面と反対側にある）に配置されて、各場合においてエネルギー貯蔵ユニットの第３の接続ラグは、各場合において第１の側面の長手方向に隣接するエネルギー貯蔵ユニットの第４の接続ラグに、導電性の接続要素を介して接続されていてもよい。エネルギー貯蔵ユニットの両側面に接続要素を接続することにより、エネルギー貯蔵ユニットの安定性が増し、特に、エネルギー貯蔵セルの互いの間隔を確実に確保することができる。

特に、ハウジングは、第２の側面に関連する側壁をさらに備えてもよく、この側壁は、反対側の第１の側壁と同じ特徴を有していてもよい。特に、これらの側壁は、同一部品であってもよい。

エネルギー貯蔵モジュールは、例えば、側壁の長手方向に隣り合って配置された、７個、１０個、１３個、場合によってはそれ以上のエネルギー貯蔵ユニットを備えることができる。また、エネルギー貯蔵モジュールは、エネルギー貯蔵ユニットごとのエネルギー貯蔵セルを変えることによって、任意の所望の電流強度に拡張することができ、また、エネルギー貯蔵ユニットの数を変えることによって、任意の電圧に拡張することができる。

エネルギー貯蔵ユニットの少なくとも２つのエネルギー貯蔵セルは、側壁の長手方向に隣接し、エネルギー貯蔵ユニットは、側壁の長手方向にそれぞれ隣接するさらなる複数のエネルギー貯蔵セルの組をさらに備え、複数のエネルギー貯蔵セルの組は、側壁に対して横方向に延在することを提供することができる。

また、エネルギー貯蔵セルのすべての正極およびすべての負極がエネルギー貯蔵ユニットの上側または下側に位置合わせされ、接続要素が隣接するエネルギー貯蔵ユニットを斜めに接続するようにすることを提供することができる。斜めの接続は、エネルギー貯蔵ユニットが互いに相対的に傾くことを防止する最も効果的な方法であるため、モジュールの特に高い安定性を達成することができる。

本発明の例示的な実施形態について、以下の図を参照しながら説明する。
エネルギー貯蔵モジュールの一実施形態の分解斜視図である。組み立てられた状態のエネルギー貯蔵モジュールの一実施形態の透視図である。組み立てられた状態のエネルギー貯蔵モジュールの一実施形態の上面図である。エネルギー貯蔵モジュールの側壁の一実施形態の透視図である。前側ヘッド部の一実施形態の正面透視図である。前側ヘッド部の一実施形態の背面透視図である。後側ヘッド部の一実施形態の正面透視図である。後側ヘッド部の一実施形態の背面透視図である。

図１に示すエネルギー貯蔵モジュール１は、長手方向に隣り合って配置された１３個のエネルギー貯蔵ユニット７を備えるエネルギー貯蔵装置３を有し、各エネルギー貯蔵ユニット７は、横方向に隣り合って配置された１１組のエネルギー貯蔵セルを有し、すなわち２２個のエネルギー貯蔵セル８をそれぞれ有している。エネルギー貯蔵セル８は、それぞれ円筒形であり、軸が互いに平行になるように配置されている。エネルギー貯蔵セルの組は、ジグザグ状に隣り合って配置されているので、すべてのエネルギー貯蔵セル８間の距離は、その軸が互いに正三角形を形成するようになっている。それにより、すべてのエネルギー貯蔵セル８の間に所定の膨脹距離が設けられ、エネルギー貯蔵モジュール１の動作中のエネルギー貯蔵セル８の膨張が補償される。

エネルギー貯蔵装置３の上側４には、各場合において、各エネルギー貯蔵ユニット７に第１のセルコネクタ１１ａが配置されており、このコネクタは、エネルギー貯蔵セル８の上向き正極９を互いに電気的に接続すると同時に、エネルギー貯蔵セル８を互いに所定の距離に保持する。同様に、エネルギー貯蔵装置３の下側５の各エネルギー貯蔵ユニット７には、第２のセルコネクタ１１ｂが配置されており、このコネクタは、それぞれのエネルギー貯蔵ユニット７のすべてのエネルギー貯蔵セル８の負極を互いに接続すると同時に、エネルギー貯蔵セル８を下側において互いに所定の距離に保持する。

エネルギー貯蔵装置３がエネルギー貯蔵モジュール１の長手方向に延びる側面２９ａ、２９ｂを有するように、エネルギー貯蔵ユニット７が互いに相対的に配置されている。セルコネクタ１１ａ、１１ｂは、それぞれ、各エネルギー貯蔵ユニット７の接続ラグ（タブ、突出部または耳部）１２ａ、１２ｂがそれぞれ側面２９ａ上で互いに向き合い、各エネルギー貯蔵ユニット７の接続ラグ１２ｃ、１２ｄがそれぞれ反対側の側面２９ｂ上で互いに向き合うように、側面２９ａおよび側面２９ｂ上にそれぞれ折り曲げられる接続ラグ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄを有している。

エネルギー貯蔵モジュール１は、側壁１７ａ、１７ｂと、前側ヘッド部１８と、後側ヘッド部１９と、底部１５と、蓋部１６とを有するハウジング２をさらに備えている。蓋部１６がエネルギー貯蔵モジュール１の上側４を覆い、底部１５がエネルギー貯蔵モジュール１の下側５を覆う一方、側壁１７ａ、１７ｂはそれぞれエネルギー貯蔵モジュール３の側面２９ａ、２９ｂに沿って配置され、ヘッド部１８、１９はそれぞれエネルギー貯蔵モジュール１の端面３２ａ、３２ｂの前側に配置されている。側壁１７ａ、１７ｂはそれぞれラッチ要素２５を有し、このラッチ要素２５を介して、電気接続要素１３がそれぞれ斜めに、エネルギー貯蔵装置３に面して側壁１７ａ、１７ｂに固定されている。その結果、接続要素１３は、それらが対応する接続ラグ１２Ａ～１２に接続されるか、または接続できるように側壁を側面に配置することによって、既に位置合わせされている。各接続タブ１２ａ～１２ｄに対して２つのラッチ要素２５が設けられており、そのそれぞれに接続要素１３の端部が保持されていることが分かる。接続要素１３はそれぞれ、エネルギー貯蔵モジュール１の左から右へ、第１のエネルギー貯蔵ユニット７の下側接続ラグ１２ｂまたは１２ｄを、第１のエネルギー貯蔵ユニット７の右側に配置された第２のエネルギー貯蔵ユニット７の上側接続ラグ１２ａまたは１２ｃに接続することが分かる。残りの接続されていない接続ラグは、それぞれヘッド部に取付けられた端子要素１４を介して接続される。これは、図１では、前側ヘッド部１８に隣接するエネルギー貯蔵ユニット７の接続ラグ１２ａおよび１２ｃと、後側ヘッド部１９に隣接するエネルギー貯蔵ユニット７の接続ラグ１２ｂおよび１２ｄに関係するものである。接続要素１３は、例えば、側板がエネルギー貯蔵モジュール１上に配置されたときに、接続ラグ１２ａ～１２ｄとそれぞれの接続要素１３との間で電気接続が既に確立されるように、ばね要素を介してプリテンションされることができる。側板１７ａ、１７ｂは、補強部材２０をさらに備え、その各々は、側板１７ａ、１７ｂの長手方向に延びる凹部２６に受容されて、側板１７ａ、１７ｂの曲げ剛性を増加させる。側壁１７ａ、１７ｂは、さらに、接続タブ１２ａ～１２ｄと、側壁に取付けられた接続要素１３の端部とにそれぞれ位置合わせされた固定用窓２７を有している。側壁１７ａ、１７ｂに取付けられた補強部材２０は、固定用窓２７と位置合わせされた対応する開口部２１を有しているので、接続要素１３のそれぞれの接続ラグ１２ａ～１２ｄとの接続は、側壁１７ａ、１７ｂの組み立てられた状態で、ハウジングの外側から、例えば溶接によって行うことができる。

底部１５および蓋部１６は、外側ハウジング要素に接続されている。この目的のため、側壁１７ａ、１７ｂおよびヘッド部１８、１９はそれぞれ、外側ハウジング要素の上縁３０および下縁３１に沿って配置され、蓋部１６または底部１５の方向を向く、規則正しい間隔の複数の締結要素受け部２３を有している。図１に示すように、締結要素受け部２３は、皿ねじのためのねじ接続点として設計されており、蓋部１６および底部１５を外側ハウジング要素にねじ止めすることができるようになっている。さらに、外側ハウジング要素には、複数のばね要素２４が配置されており、これらは図示のようにクランプウェブとして設計することができる。これらは、ハウジング要素上に２列に一定の間隔で形成され、ハウジング要素からエネルギー貯蔵装置３の方向へ鋭角に延びている。クランプウェブは、例えば、２ｍｍのばね移動量を有することができる。ばね要素２４は、ハウジング２内のエネルギー貯蔵装置３の中心位置決めを達成し、エネルギー貯蔵装置３を衝撃から保護するために、それぞれのハウジング壁とエネルギー貯蔵装置との間に予荷重を生じさせるという目的に役立つ。

図２は、組立状態のエネルギー貯蔵モジュール１、すなわちエネルギー貯蔵装置３をハウジング２に収容した状態を示しており、側壁１７ａ、１７ｂがそれぞれ前側ヘッド部１８、後側ヘッド部１９に連結され、蓋部１６および底部１５がそれぞれハウジング外殻に螺合されている。特に、接続タブ１２ａ～１２ｄが接続要素１３にどのように連結されるかが示されている。この点、前側ヘッド部１８に隣接するエネルギー貯蔵ユニット７の接続ラグ１２ａは、前側ヘッド部１８に取付けられた端子要素１４に電気的に接続されている。後側ヘッド部１９に隣接するエネルギー貯蔵ユニット７の接続ラグ１２ｂは、後側ヘッド部１９に取付けられた端子要素１４に電気的に接続されている。この場合、端子要素１４はそれぞれ、ヘッド要素１８、１９に対して中心に接続され、さらなる接続要素１３に対して平行に角度がつけられている。接続要素１３はそれぞれ、左側のエネルギー貯蔵ユニット７の下側接続ラグ１２ｂから、右側に隣接して配置された右側のエネルギー貯蔵ユニット７の上側接続ラグ１２ａに至るように、隣接するエネルギー貯蔵ユニット７を互いに接続する。接続要素１３とそれぞれの接続ラグ１２ａ～１２ｄとの間の接続点はそれぞれ、補強部材２０の開口部２１および側壁１７ａ、１７ｂの固定用窓２７を通してハウジングの外側からアクセスできることが分かる。これにより、側壁を取付けた後、接続ラグを接続要素１３のそれぞれの端部に溶接することができる。エネルギー貯蔵モジュール１の図示しない反対側の側面は、図示する側面に対して対称に形成されており、そこでは、連結要素１３が、左側のエネルギー貯蔵ユニット７の下側接続タブ１２ｄから右側に隣接して配置された右側のエネルギー貯蔵ユニット７の上側接続タブ１２ｃに至るように、隣接するエネルギー貯蔵ユニット７を互いに接続するようになっている。

図３に示すエネルギー貯蔵モジュール１の上面図は、特に、エネルギー貯蔵モジュール３の上側４の蓋部１６に対する側面要素１７ａ、１７ｂの接続を示す。外側ハウジング要素の底部１５への接続も、同様に行われる。この目的のため、側壁１７ａ、１７ｂおよびヘッド部１８、１９には、一定の間隔でねじ接続点２３が設けられており、これを介して蓋部１６がそれぞれの要素にねじ止めされる。さらに、エネルギー貯蔵モジュール１の組立状態において、ハウジング２内に収容されたエネルギー貯蔵装置３と側壁１７ａ、１７ｂとの間にプリテンションを発生させるばね要素２４を見ることができる。側壁１７ａ、１７ｂはそれぞれ、２つのねじ接続点２３の間に２つのばね要素２４を有し、ばね要素２４はそれぞれ、固定用窓２７の右側と左側に配置されている。ヘッド部１８、１９はそれぞれ、ねじ接続点２３の間にばね要素２４を有している。

図４は、側壁１７ａ、１７ｂの詳細な断面を示す。側板１７ａ、１７ｂおよびヘッド部１８、１９は、それぞれ射出成形されたプラスチック部品である。ばね要素２４、締結要素受け部２３およびラッチ勝訴２５は、それぞれ側壁１７ａ、１７ｂに成形されている。固定用窓２７は、それぞれ長方形の開口部として形成されている。ケーブル貫通部３３も長方形の開口部である。各場合において、各固定用窓２７の間と各締結要素受け部２３の間で側壁の長手方向において中央に自由空間が形成され、この自由空間は、例えば、ケーブルダクト２２として使用でき、各場合において、開口部３３はケーブル貫通のために役立つことができることが分かる。自由空間はまた、接続要素１３を締結要素受け部２３の間に斜めに通して案内することができるようにする役割を果たす。ばね要素２４は、下縁３１において、鋭角に形成され下方を向いたクランプウェブとして形成され、２ｍｍの距離まで側壁から離れるように延びている。対称的な方法で、ばね要素２４は、上方を向いて上縁３０に形成されている。各固定用窓２７の左右に２つのラッチ要素２５が設けられ、各ラッチ要素２５は軸受面とラッチ突起を有し、固定用窓２７に割り当てられた両ラッチ要素２５の軸受面は互いに直角で、互いに向き合っている。その結果、接続要素１３の端面を一方のラッチ要素２５に保持させ、接続要素１３の長手方向の側面を他方のラッチ要素２５に保持させることができる。それによって、同じ接続要素１３の反対側の端面および他方の長手方向の側面は、斜めに配置された固定用窓２７のラッチ要素２５に保持される。接続要素１３は、ラッチ突起の上で所望の位置に収まることができる。側壁１７ａ、１７ｂはそれぞれ、上縁３０に沿って、および、下縁３１に沿って、蓋部１６と底部１５のための支持面および横方向の境界として機能する、角凹部２８を有する。側壁１７ａ、１７ｂは、エネルギー貯蔵装置３に面する側とは反対側に、補強部材２０が収容可能な凹部２６を有する。

図５および図６は、ハウジング２のヘッド部を示しており、これらも射出成型により製造され、これらはエネルギー貯蔵ユニット７の形状により同一部品とはならない。エネルギー貯蔵ユニット７のエネルギー貯蔵セル８は、それぞれ側壁１７ａ、１７ｂに沿った方向に一直線に並んでいる。これに対し、エネルギー貯蔵セル８は、エネルギー貯蔵モジュール１の横方向においてジグザグ形状を有している。さらに、隣接する１１組のエネルギー貯蔵セルを通して、前側ヘッド部１８の方向には６個のエネルギー貯蔵セル８が存在し、後側ヘッド部１９の方向には５個のエネルギー貯蔵セル８のみが存在する。このため、後側ヘッド部１９は、したがって、外側に２つの屈曲部３５を有し、それによって、それぞれの場合に、後側ヘッド部１９に寄り掛かるエネルギー貯蔵ユニット７の外側のエネルギー貯蔵セル８が、ヘッド部のばね要素２４によって支持されることができるようになっている。ヘッド部１８、１９は、同様に、それぞれねじ接続点の形態の締結要素受け部２３を有するが、これらは、上述のエネルギー貯蔵ユニット７の幾何学的形状により、側壁の締結要素受け部２３よりも横方向により突き出ている。ヘッド部１８、１９のばね要素２４も側壁１７ａ、１７ｂのものよりもより突き出ており、この目的のため、一方ではヘッド部上でより中央に形成され、他方では側壁のばね要素２４よりも大きな長さを有している。前側ヘッド部はまた、接続要素を固定するための複数の孔３４を有する。

図７および図８は、図７および図８に示すエネルギー貯蔵装置３のすべての要素が最初に互いに接続および固定され、その後、初めてハウジング部品が組み立てられるという特別な特徴を有するエネルギー貯蔵装置３の実施形態を示している。

図示の実施形態では、１３個のエネルギー貯蔵ユニット７が並んで配置されている。エネルギー貯蔵ユニット７はそれぞれ、エネルギー貯蔵装置３の横方向に隣接する１１個のエネルギー貯蔵セルの組を有し、これらはジグザグ状に互いにオフセットして配置されている。エネルギー貯蔵セルの組はそれぞれ、エネルギー貯蔵装置３の長手方向に隣接する２つのエネルギー貯蔵セル８によって形成されている。エネルギー貯蔵ユニット７のエネルギー貯蔵セル８のすべての正極９は、エネルギー貯蔵装置３の上側４に面し、第１のセルコネクタ１１ａ、特に一体型のセルコネクタを介して互いに機械的および電気的に接続されている。これに対応して、エネルギー貯蔵ユニット７のエネルギー貯蔵セル８のすべての負極１０は、エネルギー貯蔵装置３の下側５に面し、特に一体型の第２のセルコネクタ１１ｂを介して互いに機械的および電気的に接続されている。セルコネクタはそれぞれ、エネルギー貯蔵ユニットに溶接またははんだ付けされている。エネルギー貯蔵セル８は、第１および第２のセルコネクタ１１ａ、１１ｂを介して、直接隣接するすべてのエネルギー貯蔵セル８の間に同一の所定の距離が存在するように、互いに固定される。セルコネクタ１１ａ、１１ｂはそれぞれ、その対向する端面のそれぞれに接続ラグ１２ａ、１２ｃおよび１２ｂ、１２ｄを有し、これらはそれぞれ、エネルギー貯蔵装置３の第１および第２の側面２９ａ、２９ｂ上に折り曲げられている。斜めに隣接する接続ラグは、接続要素を介して互いに接続される。例えば、図７が示すように、ヘッド側のエネルギー貯蔵ユニット７の接続ラグ１２ｂは、隣接するエネルギー貯蔵ユニット７の斜め方向に隣接する接続ラグ１２ａに接続要素１３を介して接続される。したがって、すべての接続要素１３は、第１の側面２９ａ上に互いに平行に配置されている。同時に、図に示すように、ヘッド側のエネルギー貯蔵ユニット７の接続ラグ１２ｄは、その斜めに配置された隣接するエネルギー貯蔵ユニット７の接続ラグ１２ｃと接続要素１３を介して接続されている。したがって、第２の側面２９ｂ上のすべての接続要素１３も、互いに平行に配置されている。このように、エネルギー貯蔵装置３の横方向に配置された接続要素１３も、互いに平行に配置されている。隣接するエネルギー貯蔵ユニット７は、各場合において、横方向に互いに対向する接続要素１３を介して、隣接するエネルギー貯蔵ユニット７の直接隣接するエネルギー貯蔵セル８間に同一の所定の距離が存在するように、互いにそれぞれ固定される。接続要素１３はそれぞれ、接続ラグ１２ａ～ｄに溶接またははんだ付けされている。隣接するエネルギー貯蔵ユニット７のエネルギー貯蔵セル８の間隔は、エネルギー貯蔵ユニット７内のエネルギー貯蔵セル８の間隔に対応する。接続要素１３の記載された配置により、エネルギー貯蔵装置３の前側の対向する第１および第３の接続タブ１２ａ、１２ｃと、エネルギー貯蔵装置３の後側の対向する第２および第４の接続タブ１２ｂ、１２ｄは、それぞれの接続要素１３に接続されない。その代わりに、これらの接続ラグには、前側および後側で、それぞれ端子要素１４が接続されている。前側の端部には正電源が、後側の端部には負電源がつけられている。端子要素１４はそれぞれ、エネルギー貯蔵装置３の横方向に互いに対向する接触部を有し、これらの接触部は、側面２９ａ２９ｂに折り返されて、それぞれの接続ラグ１２ａ、１２ｃまたは１２ｂ、１２ｄに接続される。それにより、接触部は、接続要素１３と平行に走る。接触部は、各場合において、端面に沿って横方向に走るタッピング要素によって、前側と後側とで互いに接続されている。後側端子要素１４はまた、接触部とタッピング要素との間に、各場合において、内側に縁どられた角凹部を有し、この角凹部は、後側端面３２ｂに位置するエネルギー貯蔵ユニット７の外郭に適合され、したがって、エネルギー貯蔵装置３の最もコンパクトな設計が保証される。記載された実施形態は、セルコネクタ１１ａ、１１ｂまたは接続要素１３または端子要素１４のような、それに溶接された電気接触要素のためにそれ自体が既に安定しているエネルギー貯蔵ユニットを提供し、電気接触要素によって接続されたエネルギー貯蔵セル８またはエネルギー貯蔵ユニット７は、エネルギー貯蔵ユニットなしで熱的にまたは経年変化によって膨張し得て、他方、セルとセルコネクタ間の溶接接続がそれによって損傷するような方法でそれらの間に配置されたスペーサを有することなく、互いに間隔を置いているという利点を有している。

前述の説明、図および特許請求の範囲に開示された本発明の特徴は、単独でも任意の組み合わせでも、本発明の実現に不可欠である場合がある。

１エネルギー貯蔵モジュール
２ハウジング
３エネルギー貯蔵装置
４エネルギー貯蔵装置の上側
５エネルギー貯蔵装置の下側
７エネルギー貯蔵ユニット
８エネルギー貯蔵セル
９正極
１０負極
１１ａ第１のセルコネクタ
１１ｂ第２のセルコネクタ
１２ａ第１の接続ラグ
１２ｂ第２の接続ラグ
１２ｃ第３の接続ラグ
１２ｄ第４の接続ラグ
１３接続要素
１４取付ブラケット
１５底部
１６蓋部
１７ａ第１の側壁
１７ｂ第２の側壁
１８ヘッド部前面
１９ヘッド部背面
２０補強部材
２１開口部
２２ケーブルダクト
２３締結要素受け部
２４ばね要素
２５ラッチ要素
２６補強部材用凹部
２７固定用窓
２８角凹部
２９ａ第１の側面
２９ｂ第２の側面
３０上縁
３１下縁
３２ａ前側端面
３２ｂ後側端面
３３ケーブルグランド
３４孔
３５屈曲部

本発明は、電気エネルギーを貯蔵するためのエネルギー貯蔵モジュール（蓄電モジュール）に関し、エネルギー貯蔵モジュールは、上面と、底面と、実質的に長方形の外周とを有するエネルギー貯蔵装置を備え、エネルギー貯蔵装置は、複数のエネルギー貯蔵ユニットを備え、エネルギー貯蔵ユニットの各々は、エネルギー貯蔵装置の上面および底面に位置合わせされた極を有する少なくとも２つの隣接するエネルギー貯蔵セルを備え、各々のエネルギー貯蔵ユニットの正極は導電性の第１のセルコネクタを介して相互接続され、負極は導電性の第２のセルコネクタを介して相互接続されており、第１のセルコネクタは第１の接続ラグ（タブ、突出部または耳部）に電気的に接続され、第２のセルコネクタは第２の接続ラグに電気的に接続され、これらの接続ラグは、エネルギー貯蔵ユニットの長方形の外周の第１の側面に面したエネルギー貯蔵ユニットの外側に配置され、各々のエネルギー貯蔵ユニットの第１の接続ラグは、導電性の接続要素を介して、第１の側面の長手方向に隣接する各々のエネルギー貯蔵ユニットの第２の接続ラグに接続される。このタイプのエネルギー貯蔵モジュールは、例えば、JP 2016-91959 Aから公知である。さらに、エネルギー貯蔵モジュールは、WO 2020/071642、FR 3 077 431、および、US 2015/0 180 093 A1からも公知である。

したがって、エネルギー貯蔵モジュールが、第１の側面に関連する側壁を有するハウジングをさらに備え、このハウジングに、接続要素が、それらに関連する接続ラグに固定され得るように固定される。

エネルギー貯蔵モジュールが、第１の側面に関連付けられた側壁を有するハウジングを備え、このハウジングに、接続要素が、それらに関連付けられた端子ラグに固定され得るように固定されるので、接続要素と関連する接続ラグとの位置合わせは、側壁の形状によって予め決定することができる。接続ラグと接続要素との接触は、側壁をエネルギー貯蔵モジュールに固定することによって達成されることが想定され得る。この目的のために、接続要素は、例えば、プリテンション要素を介して、側板に対してプリテンションをかけることができる。

Claims

上側（４）と、下側（５）と、実質的に長方形の外周とを有するエネルギー貯蔵装置（３）を備え、前記エネルギー貯蔵装置（３）は、複数のエネルギー貯蔵ユニット（７）を含み、前記エネルギー貯蔵ユニット（７）の各々が、前記エネルギー貯蔵装置（３）の前記上側（４）および前記下側（５）に位置合わせされた極（１０、１１）を有する少なくとも２つの隣接するエネルギー貯蔵セル（８）を有し、各々の前記エネルギー貯蔵ユニット（７）の正極（９）は導電性の第１のセルコネクタ（１１ａ）を介して相互接続され、負極（１０）は導電性の第２のセルコネクタ（１１ｂ）を介して相互接続されており、前記第１のセルコネクタ（１１ａ）は第１の接続ラグ（１２ａ）に電気的に接続され、前記第２のセルコネクタ（１１ｂ）は第２の接続ラグ（１２ｂ）に電気的に接続され、これらの接続ラグ（１２ａ、１２ｂ）は、前記エネルギー貯蔵装置（３）の前記長方形の外周の第１の側面（２９ａ）に面した前記エネルギー貯蔵ユニット（７）の外側に配置され、各場合において、前記エネルギー貯蔵ユニット（７）の前記第１の接続ラグ（１２ａ）は、導電性の接続要素（１３）を介して、前記第１の側面（２９ａ）の長手方向に隣接する前記エネルギー貯蔵ユニット（７）の前記第２の接続ラグ（１２ｂ）に接続される、電気エネルギーを貯蔵するためのエネルギー貯蔵モジュール（１）。
前記第１の側面（２９ａ）に関連する側壁（１７ａ）を有するハウジング（２）を有し、このハウジング（２）に、前記接続要素（１３）が、それらに関連する前記接続ラグ（１２ａ、１２ｂ）に固定され得るように固定される、請求項１に記載のエネルギー貯蔵モジュール（１）。
前記側壁（１７ａ）が、前記接続ラグ（１２ａ、１２ｂ）とそれぞれ関連して位置合わせされ、それを介して前記接続要素（１３）を前記ハウジングの外側から前記接続ラグ（１２ａ、１２ｂ）に固定できる固定用窓（２７）を有する、請求項２に記載のエネルギー貯蔵モジュール（１）。
前記側壁（１７ａ）は、前記固定用窓（２７）に関連する前記接続要素（１３）を固定するために、前記固定用窓（２７）に隣接する前記固定用窓（２７）ごとに少なくとも１つの、特に２つの、ラッチ要素（２５）を有する、請求項３に記載のエネルギー貯蔵モジュール（１）。
前記側壁（１７ａ）は、前記側壁（１７ａ）の組み立てられた状態において、前記側壁（１７ａ）と前記エネルギー貯蔵モジュール（３）との間に付勢を生成するための、複数、特に前記エネルギー貯蔵セル（８）の数に対応する数のばね要素（２４）をさらに備える、請求項２～４のいずれか１項に記載のエネルギー貯蔵モジュール（１）。
前記ハウジング（２）が、底部（１５）および／または蓋部（１６）をさらに備え、前記側壁（１７ａ）が、その上縁および／または下縁（３０、３１）に、前記底部（１５）および／または前記蓋部（１６）を垂直方向に支持し、横方向に固定するための長手方向に延びる角凹部（２８）を有する、請求項２～５のいずれか１項に記載のエネルギー貯蔵モジュール（１）。
前記側壁（１７ａ）は、前記上縁および／または前記下縁（３０、３１）に面する複数の締結要素受け部（２３）をさらに備え、その手段によって、前記底部（１５）および／または前記蓋部（１６）を、関連する前記角凹部（２８）上に固定することができる、請求項６に記載のエネルギー貯蔵モジュール（１）。
前記側壁（１７ａ）は、前記エネルギー貯蔵モジュール（３）から離れて面する側に、実質的に前記側壁（１７ａ）の長手方向に延び、前記固定用窓（２７）に位置合わせされた複数の開口部（２１）を有する補強部材（２０）を有する、請求項３～７のいずれか１項に記載のエネルギー貯蔵モジュール（１）。
前記ハウジング（２）は、前記エネルギー貯蔵装置（３）の前記長方形の外周の端面（３２ａ、３２ｂ）の少なくとも一方に、隣接する前記エネルギー貯蔵ユニット（７）を覆うヘッド部（１８、１９）を備え、このヘッド部（１８、１９）の上縁および／または下縁に向けて複数の締結要素受け部（２３）を有し、その手段によって底部（１５）および／または蓋（１６）がヘッド部バー（１８、１９）に固定できるようになっている、請求項２～８のいずれか１項に記載のエネルギー貯蔵モジュール（１）。
前記ヘッド部（１８、１９）は、少なくとも１つの導電性の端子要素（１４）を介して、隣接する前記エネルギー貯蔵ユニット（７）の接続されていない前記接続ラグ（１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ）に接続されている、請求項９に記載のエネルギー貯蔵モジュール（１）。
前記第１のセルコネクタ（１１ａ）は第３の接続ラグ（１２ｃ）に電気的に接続され、前記第２のセルコネクタ（１１ｂ）は第４の接続ラグ（１２ｄ）に電気的に接続されており、これらの接続ラグ（１２ｃ、１２ｄ）は、前記エネルギー貯蔵ユニット（７）の第１の側面（２９ａ）に面する前記長方形の外周の第２の側面（２９ｂ）に配置されており、前記エネルギー貯蔵ユニット（７）の前記第３の接続ラグ（１２ｃ）は、前記第１の側面（２９）の長手方向にそれぞれ隣接する前記エネルギー貯蔵ユニット（７）の前記第４の接続ラグ（１２ｄ）に導電性の前記接続要素（１３）を介してそれぞれ接続されている、請求項２～９のいずれか１項に記載のエネルギー貯蔵モジュール（１）。
前記ハウジング（２）は、第２の側面（２９ｂ）に関連し、対向する第１の前記側壁（１７ａ）と同じ特徴を有する側壁（１７ｂ）をさらに備える、請求項１０に記載のエネルギー貯蔵モジュール（１）。
側壁（１７ａ）の長手方向に並んで配置された７個、１０個または１３個の前記エネルギー貯蔵ユニット（７）を備える、請求項１～１２のいずれか１項に記載のエネルギー貯蔵モジュール（１）。
前記エネルギー貯蔵ユニット（７）の少なくとも２つのエネルギー貯蔵セル（８）は、側壁（１７ａ、１７ｂ）の長手方向に隣接し、前記エネルギー貯蔵ユニット（７）は、前記側壁（１７ａ、１７ｂ）の長手方向にそれぞれ隣接するさらなる複数のエネルギー貯蔵セルの組をさらに備え、前記複数のエネルギー貯蔵セルの組は前記側壁（１７ａ、１７ｂ）と直角方向に延在している、請求項１～１３のいずれか１項に記載のエネルギー貯蔵モジュール（１）。
各場合において、前記エネルギー貯蔵セル（８）のすべての前記正極およびすべての前記負極（９、１０）は、前記エネルギー貯蔵装置（３）の前記上側（４）または前記下側（５）に位置合わせされ、前記接続要素（１３）は、各場合において、隣接する前記エネルギー貯蔵ユニット（７）を斜めに接続するようにする、請求項１～１４のいずれか１項に記載のエネルギー貯蔵モジュール（１）。