WO2012101153A1 - Anordnung zum halten einer mehrzahl von elektrischen energiespeicherzellen - Google Patents

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WO2012101153A1
WO2012101153A1 PCT/EP2012/051101 EP2012051101W WO2012101153A1 WO 2012101153 A1 WO2012101153 A1 WO 2012101153A1 EP 2012051101 W EP2012051101 W EP 2012051101W WO 2012101153 A1 WO2012101153 A1 WO 2012101153A1
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housing
electrical
storage cells
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Manfred Zengerle
Daniel Wilhelm OELLINGRATH
Tobias Leininger
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Bombardier Transportation Gmbh
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    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • the invention relates to an arrangement for holding a plurality of electrical
  • the invention further relates to a method for producing such an arrangement, in particular an electrical storage module having a plurality of the energy storage cells, which are held in the receiving space of a housing.
  • the invention relates to a vehicle, in particular a rail vehicle, with an electrical vehicle electrical system, wherein the arrangement and in particular the
  • Energy storage module is connected as energy storage electrically connected to the electrical system.
  • the energy storage cells may in particular be capacitors, preferably so-called supercaps. Suitable capacitors are e.g. from Maxwell Technologies, Inc. of San Diego, California, USA, e.g. the K2 series.
  • the energy storage cells have a substantially cylindrical shape, wherein at the front-side, axial ends in different ways electrical contacts for electrically connecting the memory cells are formed. For example, is located at an axial end of the substantially cylindrical memory cell, a contact pin which is arranged coaxially with the cylinder axis.
  • the second potential can be electrically connected to the front side or the opposite end side.
  • the invention particularly relates to such energy storage cells.
  • Energy storage cells especially supercaps, have been used for some years for the storage of electrical energy, in particular when braking
  • Rail vehicles or buses obtained electrical energy used.
  • the electrical energy thus obtained is stored in the energy storage cells and is e.g. for the next start-up or acceleration process for
  • modules having a plurality of cells having a housing in the interior of which (i.e., the receiving space thereof) a plurality of
  • Holding elements may be provided, therefore, also serves to hold the plurality of Memory cells.
  • the housing is made of aluminum.
  • the material aluminum has the advantage that it is relatively light and is very stable. Also, aluminum dissipates heat generated by the operation of the storage cells well outside. Several modules can be connected in series or in parallel, depending on the electrical circuit.
  • the energy storage cells are usually designed such that their circumferential outer surface is electrically conductive and lies on the one of the two connection potentials of the cell. Although this peripheral surface may be covered by an electrically insulating film, the protective film may be damaged during transport or during operation by the housing. Between aluminum housing, usually at earth potential, and peripheral surface of the
  • Memory cells located in the modules therefore an additional electrically insulating material.
  • This insulating material must be electrically dimensioned so that the module withstands the voltage stress in an electrical circuit. Also located between the arranged in the interior of the housing memory cells is additional electrically insulating material.
  • Aluminum housing the required large manufacturing care in the processing of insulating materials, and the relatively high space requirement, since between the inside surface of the aluminum housing and the memory cells additional insulating material is arranged.
  • modules are usually associated with electrical circuits and
  • Memory cells are used. In particular, it is monitored whether the temperature of the module and the applied electrical voltage with which the arrangement of memory cells is charged assume inadmissibly high values. In this case, the arrangement may be e.g. be disconnected from a connected electrical network.
  • the components of the electrical circuit are arranged on one or more carriers, in particular commercially available circuit boards. These boards are placed above the housing cover. It is important to note that in the normal
  • the permissible operating temperature of the electrical Circuit is not exceeded. At least the greater part of the heat generated during operation of the memory cells must therefore be discharged to the outside at a place other than the housing cover. In other words, the electrical circuit must be isolated against the interior of the housing against the passage of large heat fluxes. An attachment of the electrical circuit inside the housing or on the outside of the aluminum part of the housing, which extends around the cell assembly in the circumferential direction, therefore exudes. On the other hand, the attachment of the electrical circuit at the top of the housing cover costs space. For example, it is therefore not possible to stack two modules directly above one another, so that the bottom of one module is directly on the lid of the other module or has only a small distance from the lid.
  • a housing part which extends around the receiving space for receiving the energy storage cells, from an electrically insulating material, in particular plastic.
  • the additional electrically insulating material between the housing part and the memory cells which is required when using a housing part made of electrically conductive material, omitted.
  • the housing part made of electrically conductive material omitted.
  • the housing part of electrically insulating plastic and adjacent memory cells no additional electrically insulating material.
  • electrically insulating sheath is considered part of the cell and not as additional electrically insulating material.
  • the surface of at least one of the memory cells in the receiving space of the housing part rests against the inside surface of the housing part, and particularly preferably not only pointwise, but over the entire surface over a surface region of the surface of the housing part rests against this. It is therefore preferred that the shape of the housing part is adapted to the shape of the memory cells.
  • the inside surface of the housing part has areas corresponding to the radius of the cylinder have a part-circular course and in the direction transverse thereto rectilinear. These areas may also be referred to as concave sub-cylinder surfaces.
  • the housing part revolves around the receiving space, i. Forms the wall of the recording room on different sides of the recording room.
  • the housing part completely circumscribes the receiving space, i. closed in itself.
  • the housing part only partially surrounds the receiving space. For example, can be missing for a complete circulation a section and the housing can be closed after the introduction of the memory cells in the receiving space with an additional housing part, wherein closing the inside surface of the
  • Housing part is pressed against the adjacent memory cells.
  • the housing part is made of an electrically insulating material, in particular plastic. This includes e.g. not that the same housing part on his
  • an electrically conductive, e.g. metallic, material applied to desired
  • the same plastic material at least the same plastic material.
  • the housing part is formed from different pieces, which are each a housing wall or form part of a housing wall.
  • the housing part is designed in one piece. For example, can he in
  • Injection molding process can be produced.
  • an arrangement for holding a plurality of electrical energy storage cells, in particular cells whose outer surface is floating wherein the arrangement has a housing space around a receiving space for the energy storage cells - preferably closed circumferentially extending around housing part having housing walls, which are made of an electrically insulating material, in particular plastic.
  • outside recesses may also be present when the housing part is not made of an electrically insulating material, in particular plastic.
  • electrically insulating material is preferred.
  • the housing wall on the Au .seite (ie from the view of the receiving space or interior opposite side) at least one outside indentation, wherein on the Au .seite the housing wall, an electrical circuit with electrical components, which are attached to a support, is arranged, wherein the carrier is so connected to the housing wall, that extends at least one of the electrical components of the carrier in the outside recess.
  • the outside recess can be formed by a region of the housing part which extends into a gap between two or more memory cells arranged in the receiving space or is located in the intermediate space.
  • the arrangement (the axial direction extends through the receiving space or parallel thereto in a direction perpendicular to the circumferential direction, which is defined by the course of the housing part around the receiving space around) increases. Rather, at least parts of the electrical circuit as mentioned space-saving on the Au .seite the housing part are arranged and thus increase only slightly the dimensions of the overall arrangement in a transverse to the axial
  • width direction and length direction ie the electrical circuit increases at most slightly the width and / or length of the arrangement.
  • the dimension in the axial direction may be referred to as height.
  • At least one and preferably all housing walls have at least one and preferably a plurality of indentations for partially accommodating at least one of the indentations
  • Energy storage cell are tuned, so that the energy storage cell on a (in particular relatively large) surface area on the inside
  • the energy storage cell is kept particularly good and therefore relative movement of the housing part and cell can be avoided.
  • in each inside indentation at most one
  • Energy storage cell partially included. In this way, the entire arrangement of the plurality of cells can be fixed particularly reliable and space-saving within the receiving space.
  • Circumferential direction has a wavy course, so that troughs form the inside indentation.
  • the housing wall has a constant wall thickness, at least one outer recess is formed, which in the course of the wall in the circumferential direction between two inside
  • Indentations lies.
  • the corrugated course as described above to accommodate parts of an electrical circuit on the outside in at least one outside recess and to hold at least one memory cell on the inside in an inside recess.
  • the corrugated course has the advantage that with the same wall thickness, a more stable housing is formed.
  • the housing part extending in the circumferential direction defines at an axial end or in each case at the opposite axial ends a through hole.
  • the electrical energy storage cells can be introduced into the receiving space.
  • the arrangement has one or in each case a lid. In this way, a stable, closed housing can be produced.
  • the lid is a heat sink for heat from the operation of
  • the lid is made of metal and in particular of aluminum or an aluminum-containing material.
  • Metal, and aluminum in particular effectively conducts the heat out of the receiving space to the outside, where it effectively communicates with the cooling fins via the outer surface with the cooling fins
  • Arranged receiving space arranged electrical energy storage cells and the lid is a layer of an elastic, electrically insulating and heat-conducting material, which extends from the lid against the axial ends of the electric
  • the layer extends integrally over a plurality of the axial ends of different memory cells and
  • the layer extends in one piece over all axial ends of the arranged in the receiving space electrical energy storage cells.
  • the fact that the lid presses the position against the axial ends of the memory cells, on the one hand improves the heat transfer from the memory cells to the lid and on the other hand compensates for any dimensional tolerances which may be present in the manufacture of the memory cells and / or the housing.
  • the layer fulfills a function as electrical insulation and thus makes it possible to use an electrically conductive material for the lid.
  • Energy storage cells are introduced into the receiving space such that their axial ends or at least one of its axial ends is close to the housing cover and preferably is separated from the lid only by said layer of electrically insulating material.
  • Energy storage cells preferably all arranged parallel to each other, i. in the case of the cylindrical shape, the cylinder axes are parallel and approximately perpendicular to the surface of the lid or the lid. In such an arrangement with several
  • Memory cells form outer memory cells which are outside of these
  • internal memory cells may also be present whose outer cell surfaces do not form the outside of the cell arrangement facing the plastic housing part.
  • all the cells which form the outer periphery of the cell arrangement are in mechanical contact with the inside surface of the housing part. This is true in any case when the housing part extends as preferred completely around the receiving space around.
  • a foam body between adjacent electric energy storage cells, which is preferably closed-cell.
  • This is understood to mean that the foam is formed by cells which are at least partially closed and are preferably closed at the outer circumference.
  • a foam, and in particular a closed-cell foam reduces the volume in the foam
  • the at least one foam body is elastically compressed by at least two adjacent storage cells. In this way, shocks between adjacent cells are at least damped, vibrations of the
  • the spacing between adjacent memory cells on the outer circumference of the cell arrangement prevents a mechanical, in the desired state (with respect to the position of the memory cells in the receiving space) from being a mechanical,
  • At least one of the foam bodies may extend in the axial direction from a cover to the lid which is opposite in the axial direction, the axial ends of the foam body preferably being covered by the said layer of electrically insulating material, as well as the axial ends of the cells.
  • a stabilizing element also called support member
  • Stabilization element made of metal (for example, stainless steel) are made. It can be screwed at its opposite axial ends in each case with the lid arranged there. As a result, a very stable arrangement is created and prevents the foam element, that the stabilization element can come into contact with the memory cells.
  • the manufacturing process has already been partially mentioned. Therefore belongs to the scope of the invention a method for holding a plurality of electrical energy storage cells, in particular of cells whose Au .ober Structure is potenzialbehaftet, wherein the electrical energy storage cells are introduced into a receiving space around which - preferably closed circumferentially - a housing part extends around in the circumferential direction, wherein the housing part has housing walls , which are made of an electrically insulating material, in particular plastic.
  • Fig. 1 shows a preferred embodiment of an inventive arrangement in
  • FIG. 2 shows a three-dimensional representation of the arrangement according to FIG. 1 in the assembled state of the module
  • Fig. 3 is a module similar to that in Fig. 2, but with the construction of the
  • Exterior sides of the side walls of the module is modified in order to fix additional attachments and / or attachments, in particular boards, which can also be attached to the module shown in Fig. 2 outside of the side walls, attach in other ways and / or alternative attachments to fix,
  • Fig. 4 shows a cross section through the module shown in Fig. 2 in one
  • Fig. 5 is a three-dimensional representation of the module shown in Fig. 3, wherein the lid, the lid seal and the heat-conducting mat are omitted at the bottom of the module to expose the view of the lower front ends of the memory cells and those at the front ends of the memory cells arranged busbar to release the electrical connection of the memory cells
  • 6 is a view of the bottom surface of the module shown in FIG. 2, wherein the bottom lid is omitted to reveal the view of the bottom lid seal and the heat conduction
  • Fig. 7 is a three-dimensional view of the upper lid side of the in Fig. 2 and
  • FIGS. 2, 6 and 7 are three-dimensional representation of the in FIGS. 2, 6 and 7
  • Fig. 9 is a three-dimensional view of a portion of the housing of the module shown in Fig. 2, wherein the view is directed to the inside of the lying down in Fig. 2 area of the front side wall of the housing, in the upper region two through holes and in the lower region two additional through holes for the electrical connections of the memory cells, wherein FIG. 9 additional
  • Fig. 10 shows a three-dimensional representation of the housing portion shown in Fig. 9, but from a different angle, so that the electric
  • Fig. 12 is a three-dimensional view from above on the cooling fins side of a
  • Housing cover of the arrangement shown in Figure 1 or of the module shown in Figure 2, 13 is a view of a portion of the lying in Fig. 8 above
  • FIG. 14 shows a cross section through the foam body shown in Fig. 13.
  • Fig. 1 shows the parts of an arrangement for producing a module having a plurality of energy storage cells 1, which are held by a housing 2 of the arrangement.
  • Other parts of the arrangement in particular screws for the production of
  • Screw connections of the parts are omitted.
  • Fig. 2 shows the module assembled from the parts shown in Fig. 1, but with the boards 1 1 a shown in Fig. 1, 1 1 b with the attached thereto
  • FIG. 4 The end-side side walls are indicated in FIG. 2 and in the horizontal cross-section according to FIG. 4 by reference numbers 43a (front end-side side wall with the electrical connections 47a and 47b) and 43b (rear side wall not visible in FIG. 2).
  • FIG. 4 can be seen below the two through holes 41 in the front end-side Au OWand 43 a and the outside in front arranged board 1 1 b with schematically indicated electrical and / or electronic components 49a, 49b, which are attached to the board 1 1 b.
  • the through holes 41, but also the through holes 42 serve various purposes.
  • at least one electrical connecting line can be led through the through openings 41, 42, to those on the boards
  • the through holes 41, 42 serve to quickly and controlled to reduce the explosion pressure inside the housing 2 in a possible explosion of one or more memory cells in order to prevent bursting of the housing.
  • Any covers 12 of the boards 1 1 can have predetermined breaking points, which at low Pressure from the housing are lifted and / or (as shown in Fig. 1) one or more through holes 15 have.
  • the housing according to the invention may also have in other cases at least one passage opening which is arranged in a side wall of the housing.
  • Passage opening remains free in the fully assembled state of the module or at least predominantly free.
  • an electrical circuit is arranged on the outside of the passage opening, in particular via a through the
  • the electrical circuit is connected to the Au .seite the side wall with this. Examples of the mechanical connection of the electrical circuit to the outside of the housing are
  • Fig. 1 and Fig. 2 can be removed.
  • Webs 51, 52 extend outwardly on the outside of the side walls 43, 44 so that the carrier 1 1 of the electrical circuit (e.g., a circuit board) may be attached to the free ends of the webs and e.g. can be secured by means of recesses in the webs and / or the housing wall and by means of screws.
  • the carrier 1 1 of the electrical circuit e.g., a circuit board
  • the arrangement has (on the right in FIG. 1) a bottom-side cover 3a, which has a plurality of cooling ribs 13 on its outside (pointing to the right).
  • the lid 3a can be configured in particular in the same way as a second lid 3b on the opposite side of the housing.
  • the covers of the module arranged on the opposite sides each have cooling ribs in order to prevent the heat transfer from the cover to the cover
  • the module can be housed together with other modules of the same type in an outer housing (not shown) and the interior of the outer housing can be actively ventilated, ie the air inside the outer housing is moved by suitable means, such as blower.
  • suitable means such as blower.
  • the moving air flows along the outer sides of the covers and, due to the cooling fins, effectively absorbs heat dissipated to the covers during operation of the memory cells.
  • the derivation of the heat from the memory cells will be discussed in more detail.
  • a seal 5a, 5b arranged, in particular to close the closed by the lid 3 opening liquid-tight.
  • the cover is fastened, in particular screwed, to the axial ends of the side walls of the housing 2, thereby pressing the material of the seal 5 against the axial end of the housing 2.
  • the axial direction of the housing is the direction that is perpendicular to the circumferential direction.
  • the axial direction is perpendicular to the plane of the figure or section plane.
  • the axial direction may also be referred to as the vertical direction when the module, as shown in Fig. 2, is aligned with its bottom down and therefore the upper lid is on top.
  • the inside of each lid 3 is a
  • the heat-conducting mat 4 is arranged between the cover 3 and the axial ends of the housing 2 such that the outer edge of the heat-conducting mat 4 is circulated by the seal 5.
  • the cover presses the heat-conducting mat directly (and not indirectly on the outer edge via the seal) into the housing interior and
  • the arrangement of energy storage cells 1 shown in FIGS. 1, 4, 5, 7 and 8 has, for example, eighteen memory cells 1. Generally, it is preferred that the
  • Memory cells are arranged and aligned parallel to each other, wherein the electrical interconnection is preferably serial.
  • the longitudinal axes of the memory cells 1 (in particular the cylinder axes in the case of a cylindrical shape of the memory cells) preferably extend in the axial direction of the housing or module. More generally, it is preferred that the electrical contacts to the electrical
  • Connecting the memory cells are located at the lying in the axial direction of the housing ends of the memory cells.
  • Housing 2 each have a bare position of the cell casing, which serves as a second electrical contact for electrically contacting the cell (see Fig. 7).
  • Fig. 1 is on the right, obliquely forward-facing side (bottom side) of the housing 2 in Fig. 8 overhead side of the module recognizable.
  • electrical contacts 47a, 47b are electrically connected on the inside of the housing, each with an angled extending electrical connection element 81 a, 81 b.
  • These connecting elements 81 each contact a contact pin 82 of an energy storage cell 1.
  • these cells 1 are connected via first rails 71 a, 71 b to the respectively adjacent memory cell 1.
  • these adjacent memory cells 1 are electrically connected via rails 81 to a respective adjacent memory cell 1.
  • This type of electrical connection continues as shown in FIGS. 7 and 8, as well as in FIG. 5, so that the memory cells 1 of the arrangement are all electrically connected in series. Of course, other electrical circuits are possible.
  • the memory cells may be electrically connected in parallel with each other, and these parallel circuits may in turn be connected in series with each other.
  • the foam bodies 9 have a central, concentric to the axially extending longitudinally aligned through hole 141 through which a support member 131 may extend. As shown in Fig. 8 and Fig. 7, a total of four such support members 131 in the illustrated special
  • Support elements 131 each have a passage opening. Further openings does not form the heat-conducting mat 4a. The same applies preferably to the other one
  • the four adjacent memory cells 1 a, 1 b, 1 c, 1 d form a common space due to their cylindrical shape, which can be well filled by the foam body 9, since the foam body 9 has a square outer periphery in cross section (see also Fig. 14).
  • the foam body 9 has a square outer periphery in cross section (see also Fig. 14).
  • the foam body 9 External dimensions of the foam body 9 are dimensioned such that the foam body is pressed laterally from the adjacent memory cells 1, i. is compressed. In this way, the foam body 9 is fixed, takes the largest possible space in terms of the square shape, i. displaces as much free-moving air as possible and dampens any vibrations of the storage cells. Also, it decouples the lids from the storage cells in vibration terms when a support element 131 extends through the foam body 9.
  • the support members 131 are denoted by the reference numerals 8a, 8b, 8c, 8d.
  • Fig. 1 still seals 10 a, 10 b, each with a cylindrical
  • Fig. 3 shows a variant of the module shown in Fig. 2, wherein the breaker accessible electrical contacts 47 are omitted. It's just the
  • Seals 10a, 10b for receiving these contacts 47 recognizable.
  • the mod- ule is modified in particular with regard to the attachments, which are outside on the outside in the picture lying side wall 43b are arranged.
  • the size and position of the board 1 1 1 a, which is provided instead of the board 1 1 a, are different.
  • the board 1 1 1 a is larger and is located in the left side view, seals direction 10.
  • other attachments are attached in the right portion of the side wall 43 b, which serve in particular the fixing and / or attachment of the module with other objects.
  • six recesses with an optional internal thread for screwing in screws are provided in this region of the longitudinal-side outer wall 43 b.
  • FIG. 3 shows four of these recesses. Four more of the recesses are used for the attachment of the attachments 153a, 153b.
  • Fig. 4 in the circumferential direction is not rectilinear shape of the housing 2 can be seen. Rather, the course of the housing and thus the side walls 43, 44 is corrugated. The shape and the course of the side walls 43, 44 is matched to the shape and dimensions of the memory cells 1.
  • the cylindrical memory cells 1 in the exemplary embodiment rest with their outer surface on the housing-inside surface of the side walls, not at points, but over the largest possible surface area.
  • a rounding of the housing is preferably configured, which comprises the cell 1 arranged in this area over approximately half the circumference of the outer cell 1, and thereby bears against the entire surface.
  • the curvature of the inside recesses 41 is therefore equal to or approximately equal to the radius of curvature of the outer periphery of the memory cells in terms of their radius of curvature.
  • An adjacent recess on the inside of the longitudinal side wall 44a is connected to the
  • Reference numeral 41 b denotes.
  • Fig. 6 shows the bottom of the module shown in Fig. 2, but with the bottom lid 3a omitted.
  • the Au HYmidity the heat-conducting mat 4 a is bordered by the seal 5 a.
  • Fig. 9 shows the inside of the end wall 43a.
  • projections of the side walls 44a, 44b can be seen.
  • One of the two through openings of the front side wall 43a for receiving the externally accessible electrical contacts 47 is left open in FIG. 9, i. the corresponding electrical contact 47b is not shown.
  • the other passage opening for the other externally accessible Shen electrical contact 47 a contains this contact.
  • the contact with fastening means 93, 94 is attached to the electrical connection element 81 a.
  • a special contact with fastening means 93, 94 is attached to the electrical connection element 81 a.
  • the electrical connection element 81a is angled and extends at one end parallel to the inside surface of the side wall 43a, concealing the passage opening for the electrical contact 47a on the inside. This end region extends into a gap between a reinforcing element 91 b and the passage opening. As a result, the electrical connection element with its leg is held stably on the side wall 43a.
  • the reinforcing element 91 b has a recess for the fastening means 93, 94.
  • the other passage opening for the contact element 47b is also combined with a reinforcing element 91a.
  • electrical connecting element 81 b is carried out in the same manner as for the electrical connection element 81 a.
  • Fig. 10 shows the assembled state of both electrical contact elements 47a, 47b from a different angle. It can be seen that the leg 98 of the
  • Fig. 1 1 shows the concept of electrical separation of axial ends of
  • the leakage current is low. He has to travel a relatively long distance. Also, as also shown by a dotted line, between the mentioned transition of the axial end face of the cell 1 a to the cylindrical peripheral surface of the cell 1 a and the upper left corner of the housing can over the space, in particular with air or an inert gas (eg nitrogen) is filled, at most very small electrical charge transfers take place.
  • an inert gas eg nitrogen
  • the side wall 44 in its upper end region, which forms the transition surface to the seal 5 a region 85 which is spaced from the outer circumference of the adjacent memory cell 1 a. Creepage currents on the inside of this area 85 are also small, since the creepage length is large.
  • Fig. 12 shows an enlarged view compared to Fig. 1 one of the two covers 3 with a plurality of mutually parallel cooling fins 13.
  • Through holes 121 in particular the attachment of the module to adjacent components, e.g. on other modules, serve.
  • further passage openings 123 which serve to secure the lid to the plastic housing.
  • the energy storage cells in particular capacitors, can by a
  • the housing part for each outer cell on a receiving space, which is formed in the manner of a groove of the housing part. This receiving space serves to position and clamp the cell.
  • the Au DTober II the cell is directly in contact with the inner surface of the housing part.
  • the encircling housing part is made of an electrically insulating material, for example of SMC (Sheet Molding Compound, dough-like molding compound of thermosetting reaction resins and glass fibers for SMC (Sheet Molding Compound, dough-like molding compound of thermosetting reaction resins and glass fibers for SMC (Sheet Molding Compound, dough-like molding compound of thermosetting reaction resins and glass fibers for
  • the entire module is designed to meet the IP65 protection class according to the German Industrial Standard (DIN) or European Standard (EN) or International Standard (ISO) 60529.
  • DIN German Industrial Standard
  • EN European Standard
  • ISO International Standard
  • the module is
  • openings which are at most partially filled with material, e.g. with an electrical lead passing through the opening.
  • material of the foam may be added with an additive, e.g., based on bromine, which prevents or impedes ignition of the foam). This reduces the volume within the enclosure, which contains oxygen, with other gases and / or particles to a flammable and
  • the foam bodies are also shaped and arranged so as to also help fix the position of the cells and, more preferably, to damp vibrations and shocks as well.
  • the module may be designed to meet Category 1, Class B of EN 61373.
  • the housing part which is in the circumferential direction around the
  • Housing interior extends, not only holding a plurality of cells, but also the attachment of additional equipment and components.
  • devices can also be provided on the housing part and / or on the covers or the one cover be provided, which serve the attachment with other bodies, for example, other modules or a Au texgephaseuse.
  • a plastic housing part is particularly well suited for this because it can be designed in a simple manner with respect to its shape (for example by a one-time production of an injection mold for a large number of products to be produced
  • such a housing part can be adapted to the outer dimensions of the cells to be accommodated inside the housing and still offers additional space for the attachment and placement of additional components (as mentioned) and the mechanical interfaces to other bodies.
  • the housing part is configured to hold, position and / or receive the following: electrical contacts for contacting the cells in the
  • the plastic housing part may have a material thickness of only 5 mm in the areas of the side walls which are not extra reinforced for other purposes.
  • the wall thickness of 5 mm may be present in the areas in which the profile of the side walls is corrugated to form indentations for the partial reception of memory cells.
  • the wall thickness of 5 mm applies in particular to the above-mentioned material SMC.
  • the outside recesses formed by the corrugated course of the side walls are used in particular for receiving larger components of electrical circuits (for example relays, transformers and electrical connecting elements). For example, can thereby be saved on each side, on which an electrical circuit (for example, attached to one), 10 mm space.
  • At least one electrical circuit can also be completely or partially covered to the outside, in particular by an additional cover. But it is also possible to arrange such a circuit in whole or in part on the inside of a side wall of the housing part.
  • the cover may e.g. also made of SMC.
  • a plate-shaped cover is preferred. A cover serves to prevent unwanted electrical contact with the electrical circuit, in particular from outside the housing.
  • the carrier of the circuit eg the board
  • the carrier of the circuit eg the board
  • the carrier of the circuit eg the board
  • the carrier of the circuit itself at the Outside have an electrically insulating layer or an electrically insulating material.
  • no additional cover is required for reasons of electrical insulation.
  • Housing leads As mentioned, these through-holes can also serve to reduce an overpressure inside the housing quickly and controlled. Therefore, the housing cover are not solved by the overpressure of the housing part.
  • Reinforcing elements are located, which has been described in particular already with reference to FIGS. 9 and 10.
  • the reinforcing elements described in FIGS. 9 and 10 stabilize the external electrical contact elements and also the mechanically connected inside connecting elements against bending and twisting.
  • webs 97 extend on the inside of the housing at the axial end of at least one side wall 44b, with the webs 97 in particular on inside projections for receiving
  • Screw shafts for screwing the lid are arranged with the housing. These webs 97 ensure that the edges of the heat-conducting mat are in contact with the lid. The webs press in the assembled state of the module, the edges of the heat-conducting mat against the lid. This improves the heat transfer to the lid. Furthermore, leakage currents are prevented or reduced in this way (as already explained, for example, with reference to FIG. 11).
  • the module is designed for the isolation of an electrical voltage of 1 .000 V, and is further designed to withstand a pulse voltage to earth of 6 kV. In particular, this must be for leakage currents and Arcing a relevant distance between the memory cells and the electrically conductive lids should be designed as large as possible. Therefore, preferably those axial end portion of the housing side walls, which form the mechanical transition to the housing covers, in contrast to other side wall portions in one
  • Transition regions of the side walls therefore do not contribute to the holding and positioning of the in many cases potential-charged outer surfaces of the memory cells.
  • the axial lengths of the memory cells vary by about +/- 0.5 mm.
  • the electrical connection elements in particular rail or plate-shaped elements with which the cells are electrically connected to one another in the interior of the housing, be welded or soldered to the cells. This creates further tolerances caused by the layer of heat-conducting material due to their elastic properties
  • the layer consists of silicone and has a material thickness in the axial direction of the module of 1 to 3 mm, in particular 1, 5 to 3 mm.
  • a single continuous layer or mat is used on each axial side of the module to minimize the effect of leakage currents.
  • One on the adjacent components full-surface surface can not
  • the covers Due to the improved heat transfer to the ambient air, it is preferred for the covers that the surface be as large as possible. Therefore, a variety of
  • Cooling fins proposed. On the other hand, the production costs and the Manufacturing costs be low. Further, due to weight saving, a low density material is preferred.
  • aluminum having a density of 2.7 g / cm 3 and a thermal conductivity of about 235 W / (m * K) is preferred. If the (in particular many filigree) cooling fins extend parallel to each other, such a lid can be produced in a simple manner by an extrusion process, wherein holes are introduced for attaching the lid thereafter.
  • aluminum alloys according to EN (European Standard) AW 6060 or AW 6063 can be used.
  • the cooling ribs preferably have a width in the range of 1.5 to 2.5 mm, in particular 2 mm, and a height of 5 to 8 mm, in particular 7 mm, the distance between parallel cooling ribs in particular in the range of 6 to 10 mm and is preferably 8 mm.
  • the base plate of the cover, on whose outer side the cooling fins protrude, preferably has a thickness of 2.5 to 3.5 mm and preferably of 3 mm. This applies in particular if, as described above with reference to FIGS. 1 and 13, the two lids lying opposite one another are supported against one another via a plurality of support elements.
  • the thickness of the base plate can be selected low.
  • Extrusion process preferably polished to improve the heat transfer to the heat conduction. In addition, in this way, the tightness against
  • the lid is finally made corrosion-resistant, in particular anodized or according to another method which is already known per se.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Halten einer Mehrzahl von elektrischen Energiespeicherzellen (1), insbesondere von Zellen, deren Außenoberfläche potenzialbehaftet ist, wobei die Anordnung einen sich um einen Aufnahmeraum für die Energiespeicherzellen (1) - vorzugsweise geschlossen umlaufend - in Umfangsrichtung herum erstreckenden Gehäuseteil (2) aufweist, der Gehäusewände (43, 44) aufweist, die aus einem elektrisch isolierenden Material, insbesondere Kunststoff gefertigt sind.

Description

ANORDNUNG ZUM HALTEN EINER MEHRZAHL
VON ELEKTRISCHEN ENERGIESPEICHERZELLEN
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Halten einer Mehrzahl von elektrischen
Energiespeicherzellen, insbesondere von Zellen, deren Au ßenoberfläche
potentialbehaftet ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Anordnung, insbesondere eines elektrischen Speichermoduls mit einer Mehrzahl der Energiespeicherzellen, die im Aufnahmeraum eines Gehäuses gehalten werden. Außerdem betrifft die Erfindung ein Fahrzeug, insbesondere ein Schienenfahrzeug, mit einem elektrischen Bordnetz, wobei die Anordnung und insbesondere das
Energiespeichermodul als Energiespeicher elektrisch an das elektrische Bordnetz angeschlossen ist.
Bei den Energiespeicherzellen kann es sich insbesondere um Kondensatoren handeln, vorzugsweise so genannte Supercaps. Geeignete Kondensatoren werden z.B. von Maxwell Technologies, Inc., San Diego, Kalifornien, USA angeboten, z.B. die K2-Serie. Typischerweise haben die Energiespeicherzellen eine im Wesentlichen zylindrische Form, wobei an den stirnseitigen, axialen Enden in unterschiedlicher Weise elektrische Kontakte zum elektrischen Anschließen der Speicherzellen ausgebildet sind. Z.B. befindet sich an einem axialen Ende der im Wesentlichen zylinderförmigen Speicherzelle ein Kontaktstift, der koaxial zur Zylinderachse angeordnet ist. Das zweite Potential kann an der Stirnseite oder der gegenüberliegenden Stirnseite elektrisch angeschlossen werden. Die Erfindung betrifft insbesondere solche Energiespeicherzellen.
Energiespeicherzellen, insbesondere Supercaps, werden seit einigen Jahren für die Speicherung von elektrischer Energie, insbesondere beim Bremsen von
Schienenfahrzeugen oder Bussen gewonnene elektrische Energie, eingesetzt. Die so gewonnene elektrische Energie wird in den Energiespeicherzellen gespeichert und steht z.B. für den nächstfolgenden Anfahrvorgang oder Beschleunigungsvorgang zur
Verfügung.
Da eine Mehrzahl von Energiespeicherzellen benötigt wird, werden die Zellen
üblicherweise zu Modulen mit mehreren Zellen verbaut, wobei das Modul ein Gehäuse aufweist, in dessen Innenraum (d.h. dessen Aufnahmeraum) eine Mehrzahl von
Energiespeicherzellen aufgenommen ist. Das Gehäuse, welches mit zusätzlichen
Halteelementen versehen sein kann, dient daher auch dem Halten der Mehrzahl von Speicherzellen. Das Gehäuse ist aus Aluminium gefertigt. Das Material Aluminium hat den Vorteil, dass es verhältnismäßig leicht ist und dabei sehr stabil ist. Auch leitet Aluminium Wärme, die beim Betrieb der Speicherzellen entsteht, gut nach au ßen ab. Mehrere Module können je nach elektrischer Schaltung in Reihe oder auch parallel geschaltet sein.
Allerdings werden die Energiespeicherzellen üblicherweise so ausgestaltet, dass ihre in Umfangsrichtung verlaufende Außenoberfläche elektrisch leitend ist und auf dem einen von beiden Anschlusspotentialen der Zelle liegt. Zwar kann diese Umfangsoberfläche von einer elektrisch isolierenden Folie überzogen sein, jedoch kann die Schutzfolie beim Transport oder während des Betriebes durch das Gehäuse beschädigt werden. Zwischen Aluminiumgehäuse, üblicherweise auf Erdpotenzial, und Umfangsoberfläche der
Speicherzellen befindet sich in den Modulen daher ein zusätzliches elektrisch isolierendes Material. Dieses isolierende Material muss elektrisch so dimensioniert sein, dass das Modul in einer elektrischen Schaltung der Spannungsbeanspruchung standhält. Auch zwischen den im Innern des Gehäuses angeordneten Speicherzellen befindet sich zusätzliches elektrisch isolierendes Material.
Nachteilig an solchen Modulen sind der hohe Fertigungsaufwand für das
Aluminiumgehäuse, die erforderliche große Fertigungssorgfalt bei der Verarbeitung der Isoliermaterialien, sowie der verhältnismäßig hohe Raumbedarf, da zwischen der innenseitigen Oberfläche des Aluminiumgehäuses und den Speicherzellen zusätzliches Isoliermaterial angeordnet ist.
Ferner werden solche Module üblicherweise mit elektrischen Schaltungen und
insbesondere Schaltungen mit mikroelektronischen Bauteilen ausgestaltet, die der Überwachung der korrekten Betriebsweise und Funktion der Anordnung von
Speicherzellen dienen. Insbesondere wird überwacht, ob die Temperatur des Moduls und die angelegte elektrische Spannung, mit der die Anordnung von Speicherzellen aufgeladen wird, unzulässig hohe Werte annehmen. In diesem Fall kann die Anordnung z.B. von einem angeschlossenen elektrischen Netz getrennt werden. Typischerweise werden die Bauteile der elektrischen Schaltung an einem oder mehreren Trägern, insbesondere handelsüblichen Platinen, angeordnet. Diese Platinen werden oberhalb des Gehäusedeckels angeordnet. Dabei ist darauf zu achten, dass bei der normalen
Betriebstemperatur des Moduls die zulässige Betriebstemperatur der elektrischen Schaltung nicht überschritten wird. Zumindest der überwiegende Teil der beim Betrieb der Speicherzellen erzeugten Wärme muss daher an anderer Stelle als am Gehäusedeckel nach au ßen abgeführt werden. Anders ausgedrückt muss die elektrische Schaltung gegen das Gehäuseinnere gegen den Durchtritt von großen Wärmeströmen isoliert werden. Eine Anbringung der elektrischen Schaltung im Innern des Gehäuses oder an der Außenseite des Aluminiumteils des Gehäuses, der sich in Umfangsrichtung um die Zellenanordnung herumerstreckt, scheidet daher aus. Andererseits kostet die Anbringung der elektrischen Schaltung an der Oberseite des Gehäusedeckels Platz. Z.B. ist es daher nicht möglich, zwei Module unmittelbar übereinander zu stapeln, so dass der Boden des einen Moduls unmittelbar auf dem Deckel des anderen Moduls steht oder nur einen geringen Abstand von dem Deckel hat.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung, ein Fahrzeug und ein Herstellungsverfahren der eingangs genannten Art anzugeben, mit denen die zuvor genannten Nachteile zumindest teilweise vermieden werden können. Insbesondere soll Bauraum gespart werden und der Aufwand für die Herstellung des Gehäuses und für die Einbringung der Speicherzellen in das Gehäuse verringert werden.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird vorgeschlagen, einen Gehäuseteil, der sich um den Aufnahmeraum zur Aufnahme der Energiespeicherzellen herumerstreckt, aus einem elektrisch isolierenden Material, insbesondere Kunststoff zu fertigen. Dadurch kann das zusätzliche elektrisch isolierende Material zwischen dem Gehäuseteil und den Speicherzellen, welches bei Verwendung eines Gehäuseteils aus elektrisch leitendem Material erforderlich ist, entfallen. Vorzugsweise befindet sich daher bei einer
entsprechenden Anordnung zwischen dem Gehäuseteil aus elektrisch isolierendem Kunststoff und benachbarten Speicherzellen kein zusätzliches elektrisch isolierendes Material. Dabei wird eine vom Hersteller der Speicherzellen vorgesehene elektrisch isolierende Ummantelung als Teil der Zelle betrachtet und nicht als zusätzliches elektrisch isolierendes Material. Ferner wird bevorzugt, dass die Oberfläche zumindest einer der Speicherzellen in dem Aufnahmeraum des Gehäuseteils an der innenseitigen Oberfläche des Gehäuseteils anliegt, und zwar besonders bevorzugt nicht nur punktweise, sondern vollflächig über einen Flächenbereich der Oberfläche des Gehäuseteils an diesem anliegt. Es wird daher bevorzugt, dass die Form des Gehäuseteils an die Form der Speicherzellen angepasst ist. Bei der üblichen Bauform von Energiespeicherzellen als zylinderförmige Zellen weist die innenseitige Oberfläche des Gehäuseteils Bereiche auf, die entsprechend dem Radius des Zylinders einen teilkreisförmigen Verlauf haben und in der Richtung quer dazu geradlinig verlaufen. Diese Bereiche können auch als konkave Teil- Zylinderoberflächen bezeichnet werden.
Der Gehäuseteil umläuft den Aufnahmeraum, d.h. bildet die Wand des Aufnahmeraums an verschiedenen Seiten des Aufnahmeraums. Vorzugsweise umläuft der Gehäuseteil den Aufnahmeraum vollständig, d.h. in sich geschlossen. Es ist jedoch auch möglich, dass der Gehäuseteil den Aufnahmeraum nur teilweise umläuft. Z.B. kann für einen vollständigen Umlauf ein Abschnitt fehlen und kann das Gehäuse nach dem Einbringen der Speicherzellen in den Aufnahmeraum mit einem zusätzlichen Gehäuseteil geschlossen werden, wobei durch das Schließen die innenseitige Oberfläche des
Gehäuseteils an die benachbarten Speicherzellen angedrückt wird.
Der Gehäuseteil ist aus einem elektrisch isolierenden Material, insbesondere Kunststoff gefertigt. Dieses schließt z.B. nicht aus, dass derselbe Gehäuseteil an seiner
Außenoberfläche oder an anderen Stellen fest mit Materialbereichen aus einem anderen Material verbunden ist. Z.B. kann auf die Au ßenoberfläche des Gehäuseteils ein elektrisch leitendes, z.B. metallisches, Material aufgebracht sein, um erwünschte
Farbgestaltungen zu erzielen oder die thermischen Strahlungseigenschaften einzustellen. Allerdings wird es bevorzugt, dass dasselbe Kunststoffmaterial zumindest den
überwiegenden Bereich der innenseitigen und außenseitigen Oberflächen bildet.
Es ist möglich, dass der Gehäuseteil aus verschiedenen Stücken gebildet ist, die jeweils eine Gehäusewand sind oder einen Teil einer Gehäusewand bilden. Jedoch wird bevorzugt, dass der Gehäuseteil einstückig ausgestaltet ist. Z.B. kann er im
Spritzgussverfahren hergestellt werden.
Insbesondere wird vorgeschlagen: eine Anordnung zum Halten einer Mehrzahl von elektrischen Energiespeicherzellen, insbesondere von Zellen, deren Außenoberfläche potentialbehaftet ist, wobei die Anordnung einen sich um einen Aufnahmeraum für die Energiespeicherzellen - vorzugsweise geschlossen umlaufend - in Umfangsrichtung herum erstreckenden Gehäuseteil aufweist, der Gehäusewände aufweist, die aus einem elektrisch isolierenden Material, insbesondere Kunststoff gefertigt sind. Die folgenden Merkmale der Anordnung (insbesondere innenseitige und/oder
außenseitige Einbuchtungen) können auch dann vorhanden sein, wenn der Gehäuseteil nicht aus einem elektrisch isolierenden Material, insbesondere Kunststoff gefertigt ist. Allerdings wird elektrisch isolierendes Material bevorzugt.
Eingangs wurden bereits elektrische Schaltungen erwähnt, die beim Betrieb einer Anordnung von elektrischen Energiespeicherzellen eingesetzt werden. Insbesondere für solche elektrischen Schaltungen ist die folgende Ausgestaltung der Anordnung bevorzugt. Bei dieser Ausgestaltung weist die Gehäusewand an der Au ßenseite (d.h. der aus Sicht des Aufnahmeraums bzw. Innenraums gegenüberliegenden Seite) zumindest eine außenseitige Einbuchtung auf, wobei an der Au ßenseite der Gehäusewand eine elektrische Schaltung mit elektrischen Bauelementen, die an einem Träger befestigt sind, angeordnet ist, wobei der Träger derart mit der Gehäusewand verbunden ist, dass sich zumindest eines der elektrischen Bauelemente von dem Träger in die außenseitige Einbuchtung hinein erstreckt. Insbesondere kann die außenseitige Einbuchtung durch einen Bereich des Gehäuseteils gebildet sein, der sich in einen Zwischenraum zwischen zwei oder mehreren in dem Aufnahmeraum angeordneten Speicherzellen hineinerstreckt oder sich in dem Zwischenraum befindet. Auf diese Weise kann daher ein zwischen den Speicherzellen zur Verfügung stehender Raum dafür genutzt werden, au ßenseitig des Gehäuseteils Bauelemente einer elektrischen Schaltung anzuordnen. Die gesamte Anordnung ist daher sehr raumsparend. Au ßerdem befinden sich die Bauelemente der elektrischen Schaltung außenseitig des um den Aufnahmeraum herum verlaufenden Gehäuseteils und sind somit elektrisch gegen die Speicherzellen isoliert. Ferner hat die Anordnung des Trägers au ßenseitig des Gehäuseteils (und damit nicht im Bereich eines Gehäusedeckels) den Vorteil, dass die elektrische Schaltung nicht die axialen
Abmessungen der Anordnung (die axiale Richtung verläuft durch den Aufnahmeraum hindurch oder parallel dazu in einer Richtung senkrecht zu der Umfangsrichtung, die durch den Verlauf des Gehäuseteils um den Aufnahmeraum herum definiert ist) vergrößert. Vielmehr sind zumindest Teile der elektrischen Schaltung wie erwähnt platzsparend an der Au ßenseite des Gehäuseteils angeordnet und vergrößern damit auch nur geringfügig die Abmessungen der Gesamtanordnung in einer quer zur axialen
Richtung verlaufenden Richtung. Diese quer zur axialen Richtung verlaufenden
Richtungen können als Breitenrichtung und Längenrichtung bezeichnet werden, d.h. die elektrische Schaltung vergrößert allenfalls geringfügig die Breite und/oder Länge der Anordnung. Die Abmessung in axialer Richtung kann als Höhe bezeichnet werden. Die folgende bevorzugte Ausgestaltung betrifft insbesondere den oben bereits
beschriebenen Fall, dass zylinderförmige Energiespeicherzellen oder auch andersartig geformte Energiespeicherzellen an der Innenseite des Gehäuseteils von innenseitigen Einbuchtungen aufgenommen werden. Entsprechend wird vorgeschlagen, dass zumindest eine und vorzugsweise alle Gehäusewände zumindest eine und vorzugsweise eine Mehrzahl von Einbuchtungen zur teilweisen Aufnahme zumindest einer der
Energiespeicherzellen aufweist. Auf die bereits beschriebenen Details und
Ausgestaltungen wird verwiesen. Die teilweise Aufnahme (d.h. nur ein Teil der
Energiespeicherzelle befindet sich in der Einbuchtung) hat den Vorteil, dass die
Energiespeicherzellen von den Gehäusewandbereichen, die die Einbuchtung bilden, und optional zusätzlich von anderen Teilen der Anordnung gehalten werden. Insbesondere wenn die Abmessungen eine Einbuchtung auf die Au ßenabmessungen einer
Energiespeicherzelle abgestimmt sind, so dass die Energiespeicherzelle an einem (insbesondere verhältnismäßig großen) Oberflächenbereich an der innenseitigen
Oberfläche des Gehäuseteils anliegt, wird die Energiespeicherzelle besonders gut gehalten und kann daher eine relative Bewegung von Gehäuseteil und Zelle vermieden werden. Vorzugsweise ist in jeder innenseitigen Einbuchtung höchstens eine
Energiespeicherzelle teilweise aufgenommen. Auf diese Weise kann die gesamte Anordnung der mehreren Zellen besonders zuverlässig und platzsparend innerhalb des Aufnahmeraumes fixiert werden.
Besonders bevorzugt wird, dass zumindest eine der Gehäusewände in der
Umfangsrichtung einen gewellten Verlauf hat, so dass Wellentäler die innenseitige Einbuchtung bilden. Insbesondere wird, wenn wie bevorzugt die Gehäusewand dabei eine konstante Wanddicke hat, auch zumindest eine au ßenseitige Einbuchtung gebildet, die in dem Verlauf der Wand in der Umfangsrichtung zwischen zwei innenseitigen
Einbuchtungen liegt. Insbesondere ist es daher möglich, den gewellten Verlauf wie oben beschrieben dazu zu nutzen, außenseitig Teile einer elektrischen Schaltung in zumindest einer außenseitigen Einbuchtung unterzubringen und innenseitig in einer innenseitigen Einbuchtung zumindest eine Speicherzelle zu halten. Außerdem hat der gewellte Verlauf den Vorteil, dass bei gleicher Wandstärke ein stabileres Gehäuse gebildet wird.
Bei einer Ausgestaltung der Anordnung definiert der sich in der Umfangsrichtung erstreckende Gehäuseteil an einem axialen Ende oder jeweils an den gegenüberliegenden axialen Enden eine Durchgangsöffnung. Durch die Durchgangsöffnung oder durch eine der Durchgangsöffnungen sind die elektrischen Energiespeicherzellen in den Aufnahmeraum einbringbar. Zum Verschließen der
Durchgangsöffnung oder der Durchgangsöffnungen weist die Anordnung einen oder jeweils einen Deckel auf. Auf diese Weise kann ein stabiles, geschlossenes Gehäuse hergestellt werden.
Vorzugsweise ist der Deckel als Wärmesenke für Wärme aus dem Betrieb der
elektrischen Energiespeicherzellen ausgestaltet und weist an der Au ßenseite eine
Mehrzahl von Kühlrippen auf. Vorzugsweise ist der Deckel aus Metall gefertigt und insbesondere aus Aluminium oder einem aluminiumhaltigen Material. Metall und insbesondere Aluminium leitet die Wärme aus dem Aufnahmeraum effektiv nach au ßen, wo sie über die Au ßenoberfläche mit den Kühlrippen effektiv an die Umgebung
abgegeben wird.
Besonders bevorzugt wird dabei, dass zwischen axialen Enden der in dem
Aufnahmeraum angeordneten elektrischen Energiespeicherzellen und dem Deckel eine Lage aus einem elastischen, elektrisch isolierenden und wärmeleitenden Material angeordnet ist, das von dem Deckel gegen die axialen Enden der elektrischen
Energiespeicherzellen gedrückt wird. Insbesondere erstreckt sich die Lage einstückig über eine Mehrzahl der axialen Enden von verschiedenen Speicherzellen und
bevorzugtermaßen erstreckt sich die Lage einstückig über sämtliche axialen Enden der in dem Aufnahmeraum angeordneten elektrischen Energiespeicherzellen. Dadurch, dass der Deckel die Lage gegen die axialen Enden der Speicherzellen drückt, wird einerseits der Wärmeübergang von den Speicherzellen auf den Deckel verbessert und andererseits werden möglicherweise vorhandene Abmessungstoleranzen bei der Fertigung der Speicherzellen und/oder des Gehäuses ausgeglichen. Ferner kann auch eine
Veränderung des Abstandes zwischen Deckel und axialen Enden der Zellen aufgrund thermischer Ausdehnung und Kontraktion der beteiligten Materialen ausgeglichen werden. Dabei erfüllt die Lage eine Funktion als elektrische Isolierung und ermöglicht es so, für den Deckel ein elektrisch leitendes Material zu verwenden.
Wie bereits in der zuvor beschriebenen Ausgestaltung erwähnt, können die
Energiespeicherzellen derart in den Aufnahmeraum eingebracht werden, dass ihre axialen Enden oder zumindest eines ihrer axialen Enden nahe dem Gehäusedeckel liegt und vorzugsweise lediglich durch die erwähnte Lage aus elektrisch isolierendem Material von dem Deckel getrennt ist. Bei den üblichen Speicherzellen mit zylindrischer Form bedeutet dies, dass die Zylinderenden die axialen Enden sind. Dabei sind die
Energiespeicherzellen vorzugsweise alle parallel zueinander angeordnet, d.h. im Falle der Zylinderform verlaufen die Zylinderachsen parallel und etwa senkrecht auf die Oberfläche des Deckels oder der Deckel zu. Bei einer solchen Anordnung mit mehreren
Speicherzellen bilden au ßenliegende Speicherzellen den Au ßenumfang dieser
Anordnung. Je nach Anzahl und genauer Anordnung der Speicherzellen kann es aber auch innenliegende Speicherzellen geben, deren äu ßere Zellenoberflächen nicht den zum Kunststoff-Gehäuseteil weisenden Au ßenumfang der Zellenanordnung bilden. Wie oben beschrieben, sind dabei vorzugsweise sämtliche Zellen, die den Außenumfang der Zellenanordnung bilden, in mechanischem Kontakt zu der innenseitigen Oberfläche des Gehäuseteils. Dies gilt jedenfalls dann, wenn der Gehäuseteil wie bevorzugt vollständig um den Aufnahmeraum herum verläuft.
Unabhängig von der Ausgestaltung der mechanischen Kontaktierung zwischen der Zellenanordnung und dem Gehäuseteil aus Kunststoff ergeben sich jedenfalls bei der Zylinderform der Zellen, aber auch bei anderen möglichen Formen mit konvexem
Außenumfang, Zwischenräume zwischen benachbarten Zellen. Dabei ist es bekannt, dass insbesondere bei Supercaps (Superkondensatoren) austretende Gase mit
Sauerstoff gemischt zu einer Explosion führen können. Es wird daher vorgeschlagen, zwischen benachbarten elektrischen Energiespeicherzellen einen Schaumstoffkörper anzuordnen, der vorzugsweise geschlossenzellig ist. Darunter wird verstanden, dass der Schaumstoff durch Zellen gebildet wird, die zumindest teilweise geschlossen sind und vorzugsweise au ßer am Au ßenumfang alle geschlossen sind. Ein Schaumstoff und insbesondere ein geschlossenzelliger Schaumstoff verringert das Volumen in dem
Aufnahmeraum, in dem sich Luft befinden kann, deren Sauerstoff zu einer Explosion beitragen kann. Die Explosionsgefahr ist daher deutlich gemindert.
Außerdem wird bevorzugt, dass der zumindest eine Schaumstoffkörper von zumindest zwei angrenzenden Speicherzellen elastisch komprimiert wird. Auf diese Weise werden Stöße zwischen benachbarten Zellen zumindest gedämpft, Vibrationen der
Zellenanordnung vermieden und die Stabilität der Zellenanordnung erhöht. Insbesondere werden die oben beschriebenen innenseitigen Einbuchtungen des
Gehäuseteils so auf die Abmessungen der Speicherzellen abgestimmt, dass die von benachbarten Einbuchtungen jeweils teilweise aufgenommenen Zellen einen Abstand zwischen sich aufweisen. Die benachbarten Zellen können daher nur dann in
mechanischen Kontakt zueinander gelangen, wenn sie sich aus den Einbuchtungen heraus bewegen. Dies wird aber vorzugsweise durch eine geeignete Abstimmung des gesamten Gehäuseteils auf die insgesamt aufzunehmende Anordnung von
Speicherzellen vermieden. In jedem Fall verhindert der Abstand zwischen benachbarten Speicherzellen am Außenumfang der Zellenanordnung, dass im Sollzustand (bezüglich der Position der Speicherzellen in dem Aufnahmeraum) ein mechanischer,
möglicherweise auch ein elektrischer Kontakt zwischen den benachbarten Speicherzellen entstehen kann.
Wenn es allerdings (bezüglich der Anordnung der Zellen) innenliegende Speicherzellen gibt, die daher nicht an der inneren Oberfläche des Gehäuseteils anliegen, werden insbesondere diese innenliegenden Speicherzellen relativ zueinander und/oder relativ zu außenliegenden Speicherzellen mit dem zumindest einen Schaumstoffkörper kombiniert, so dass der Schaumstoffkörper wie oben beschrieben den Zwischenraum zwischen benachbarten Speicherzellen ganz oder teilweise ausfüllt.
Zumindest einer der Schaumstoffkörper kann sich in axialer Richtung von einem Deckel zu dem in axialer Richtung gegenüberliegenden Deckel erstrecken, wobei die axialen Enden des Schaumstoffkörpers vorzugsweise wie auch die axialen Enden der Zellen von der erwähnten Lage aus elektrisch isolierendem Material abgedeckt wird. Allerdings kann sich bei einer besonderen Ausgestaltung durch den Schaumstoffkörper hindurch ein Stabilisationselement (auch Stützelement genannt) erstrecken, mit dem sich die einander gegenüberliegenden Deckel gegeneinander abstützen. Z.B. kann ein solches
Stabilisationselement aus Metall (z.B. aus rostfreiem Stahl) gefertigt werden. Es kann an seinen gegenüberliegenden axialen Enden jeweils mit dem dort angeordneten Deckel verschraubt sein. Dadurch ist eine sehr stabile Anordnung geschaffen und verhindert das Schaumstoffelement, dass das Stabilisationselement in Kontakt zu den Speicherzellen gelangen kann.
Bei der Beschreibung der Anordnung und ihrer Ausgestaltungen wurde bereits teilweise auch das Herstellungsverfahren erwähnt. Zum Umfang der Erfindung gehört daher auch ein Verfahren zum Halten einer Mehrzahl von elektrischen Energiespeicherzellen, insbesondere von Zellen, deren Au ßenoberfläche potenzialbehaftet ist, wobei die elektrischen Energiespeicherzellen in einen Aufnahmeraum eingebracht werden, um den sich - vorzugsweise geschlossen umlaufend - in Umfangsrichtung ein Gehäuseteil herum erstreckt, wobei der Gehäuseteil Gehäusewände aufweist, die aus einem elektrisch isolierenden Material, insbesondere Kunststoff gefertigt sind.
Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Verfahrens ergeben sich aus der
Beschreibung der Anordnung und aus den beigefügten Patentansprüchen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben. Dabei werden auch Varianten und optionale Merkmale der Erfindung beschrieben. Die im Folgenden beschriebenen einzelnen Teile der Anordnung können auch in anderer Kombination für das Halten von Energiespeicherelementen verwendet werden. Die einzelnen Figuren der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung in
Explosionsdarstellung,
Fig. 2 eine dreidimensionale Darstellung der Anordnung gemäß Fig. 1 in dem zusammengebauten Zustand des Moduls,
Fig. 3 ein Modul ähnlich dem in Fig. 2, wobei jedoch die Konstruktion an den
Außenseiten der Seitenwände des Moduls abgeändert ist, um zusätzliche Anbauteile befestigen zu können und/oder Anbauteile, insbesondere Platinen, die auch bei dem in Fig. 2 gezeigten Modul außen an den Seitenwänden befestigt werden können, in anderer Weise zu befestigen und/oder alternative Anbauteile zu befestigen,
Fig. 4 einen Querschnitt durch das in Fig. 2 dargestellte Modul in einer
horizontalen Ebene auf Höhe der zwei links vorne in Fig. 2 dargestellten Durchgangsöffnungen durch die stirnseitige Seitenwand des Moduls,
Fig. 5 eine dreidimensionale Darstellung auf das in Fig. 3 gezeigte Modul, wobei der Deckel, die Deckeldichtung und die Wärmeleitmatte am Boden des Moduls weggelassen sind, um den Blick auf die unteren stirnseitigen Enden der Speicherzellen freizugeben und die an den stirnseitigen Enden der Speicherzellen angeordnete Verschienung zur elektrischen Verbindung der Speicherzellen freizugeben, Fig. 6 eine Ansicht auf die Bodenfläche des in Fig. 2 dargestellten Moduls, wobei der bodenseitige Deckel weggelassen ist, um den Blick auf die bodenseitige Deckeldichtung und die Wärmeleitmatte freizugeben,
Fig. 7 eine dreidimensionale Ansicht auf die obere Deckelseite des in Fig. 2 und
Fig. 6 dargestellten Moduls, wobei der obere Deckel und die Wärmeleitmatte weggelassen sind, um den Blick auf die oberen stirnseitigen Enden der Speicherzellen und auf die Verschienung zur elektrischen Kontaktierung der Speicherzellen an den oberen stirnseitigen Enden freizugeben,
Fig. 8 eine dreidimensionale Darstellung des in Fig. 2, Fig. 6 und Fig. 7
dargestellten Moduls mit einer Ansicht der Unterseite, jedoch aus einem anderen Blickwinkel als in Fig. 6, wobei anders als in Fig. 6 auch die bodenseitige Dichtung und die bodenseitige Wärmeleitmatte weggelassen sind, um den Blick ähnlich wie bei dem in Fig. 5 gezeigten Modul auf die unterseitige elektrische Verschienung zur elektrischen Kontaktierung der Speicherzellen freizugeben,
Fig. 9 eine dreidimensionale Darstellung eines Teils des Gehäuses des in Fig. 2 dargestellten Moduls, wobei der Blick auf die Innenseite des in Fig. 2 unten liegenden Bereichs der stirnseitigen Seitenwand des Gehäuses gerichtet ist, die im oberen Bereich zwei Durchgangsöffnungen und im unteren Bereich zwei zusätzliche Durchgangsöffnungen für die elektrischen Anschlüsse der Speicherzellen aufweist, wobei Fig. 9 zusätzliche
Verstärkungselemente für die mechanische Verstärkung der elektrischen Anschlüsse aufweist,
Fig. 10 dreidimensionale Darstellung des in Fig. 9 gezeigten Gehäusebereichs, jedoch aus einem anderen Blickwinkel, so dass die elektrischen
Anschlüsse in der Figur oben liegen,
Fig. 1 1 einen Schnitt in einer vertikalen Schnittebene durch das in Fig. 2
dargestellte Modul, wobei lediglich der Randbereich des oberen Deckels dargestellt ist, wobei die Darstellung das Konzept der Vermeidung von Kriechströmen und Überschlägen elektrischer Ladungsträger veranschaulicht,
Fig. 12 eine dreidimensionale Ansicht von oben auf die Kühlrippen-Seite eines
Gehäusedeckels der in Fig. 1 dargestellten Anordnung bzw. des in Fig. 2 dargestellten Moduls, Fig. 13 eine Ansicht auf einen Teilbereich der in Fig. 8 oben liegend dargestellten
Unterseite des Moduls aus Fig. 2 und Fig. 8, wobei die Darstellung die Anordnung von vier Speicherzellen und einem Schaumstoffkörper in einem durch die vier Speicherzellen gebildeten Zwischenraum darstellt, und
Fig. 14 einen Querschnitt durch den in Fig. 13 dargestellten Schaumstoffkörper.
Fig. 1 zeigt die Teile einer Anordnung zur Herstellung eines Moduls mit einer Mehrzahl von Energiespeicherzellen 1 , die von einem Gehäuse 2 der Anordnung gehalten werden. Weitere Teile der Anordnung, insbesondere Schrauben zur Herstellung von
Schraubverbindungen der Teile, sind weggelassen.
Fig. 2 zeigt das aus den in Fig. 1 dargestellten Teilen zusammengebaute Modul, wobei jedoch die in Fig. 1 dargestellten Platinen 1 1 a, 1 1 b mit den daran befestigten
Komponenten von elektrischen Schaltungen sowie eine Abdeckplatte 12 zur Abdeckung der Platine 1 1 b in Fig. 2 weggelassen sind, um den Blick auf Durchgangsöffnungen 41 in der stirnseitigen Seitenwand und Durchgangsöffnungen 42 (drei Stück) in der
längsseitigen Seitenwand 44 freizugeben. Die stirnseitigen Seitenwände sind in Fig. 2 und in dem horizontalen Querschnitt gemäß Fig. 4 mit den Bezugszeichen 43a (vordere stirnseitige Seitenwand mit den elektrischen Anschlüssen 47a und 47b) und 43b (hintere, in Fig. 2 nicht sichtbare stirnseitige Seitenwand) bezeichnet. In Fig. 4 erkennt man unten die beiden Durchgangsöffnungen 41 in der vorderen stirnseitigen Au ßenwand 43a und die außenseitig davor angeordnete Platine 1 1 b mit schematisch angedeuteten elektrischen und/oder elektronischen Bauteilen 49a, 49b, die an der Platine 1 1 b befestigt sind. Die Durchgangsöffnungen 41 , aber auch die Durchgangsöffnungen 42 dienen verschiedenen Zwecken. Einerseits kann durch die Durchgangsöffnungen 41 , 42 zumindest eine elektrische Anschlussleitung hindurchgeführt werden, um die an den Platinen
angeordnete elektrische Schaltung anzuschließen, insbesondere mit der elektrischen Verschienung an den stirnseitigen Enden der Speicherzellen elektrisch zu verbinden. Außerdem dienen die Durchgangsöffnungen 41 , 42 dazu, bei einer etwaigen Explosion einer oder mehrerer Speicherzellen den Explosionsdruck im Inneren des Gehäuses 2 schnell und kontrolliert abzubauen, um eine Bersten des Gehäuses zu verhindern. Die unter Druck stehenden Gase aus dem Gehäuseinnenraum entweichen durch die
Durchgangsöffnungen 41 , 42 und optional weitere Durchgangsöffnungen. Etwaige Abdeckungen 12 der Platinen 1 1 können Sollbruchstellen aufweisen, die bei geringem Druck von dem Gehäuse abgehoben werden und/oder (wie in Fig. 1 dargestellt) eine oder mehrere Durchgangsöffnungen 15 aufweisen.
Das Konzept der Durchgangsöffnungen in den Seitenwänden ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Vielmehr kann das Gehäuse gemäß der Erfindung auch in anderen Fällen zumindest eine Durchgangsöffnung aufweisen, die in einer Seitenwand des Gehäuses angeordnet ist. Diese
Durchgangsöffnung bleibt im fertig montierten Zustand des Moduls frei oder zumindest überwiegend frei. Vorzugsweise ist an der Außenseite der Durchgangsöffnung eine elektrische Schaltung angeordnet, die insbesondere über ein durch die
Durchgangsöffnung hindurchführendes Kabel oder eine andere elektrische Leitung mit Teilen im Inneren des Gehäuses elektrisch verbunden ist. Die elektrische Schaltung ist an der Au ßenseite der Seitenwand mit dieser verbunden. Beispiele der mechanischen Verbindung der elektrischen Schaltung mit der Außenseite des Gehäuses sind
insbesondere Fig. 1 und Fig. 2 entnehmbar. So können sich z.B. Stege 51 , 52 an der Außenseite der Seitenwände 43, 44 nach außen erstrecken, so dass der Träger 1 1 der elektrischen Schaltung (z.B. eine Platine) an den freien Enden der Stege angelegt sein kann und z.B. mittels Aussparungen in den Stegen und/oder der Gehäusewand und mittels Schrauben befestigt sein kann.
Im Folgenden werden nun zunächst unter Bezugnahme auf Fig. 1 Teile der Anordnung beschrieben. Die Anordnung weist (rechts in Fig. 1 ) einen bodenseitigen Deckel 3a auf, der an seiner Außenseite (nach rechts weisend) eine Mehrzahl von Kühlrippen 13 aufweist. Der Deckel 3a kann insbesondere in gleicher Weise wie ein zweiter Deckel 3b an der gegenüberliegenden Seite des Gehäuses ausgestaltet sein. In jedem Fall wird bevorzugt, dass die an den gegenüberliegenden Seiten angeordneten Deckel des Moduls jeweils Kühlrippen aufweisen, um den Wärmeübergang von dem Deckel auf die
Umgebung zu verbessern. Z.B. kann das Modul gemeinsam mit weiteren Modulen gleicher Bauart in einem äußeren Gehäuse (nicht dargestellt) untergebracht und kann der Innenraum des äußeren Gehäuses aktiv belüftet werden, d.h. die Luft im Inneren des äußeren Gehäuses wird durch geeignete Einrichtungen, wie Gebläse, bewegt. Die sich bewegende Luft strömt an den Au ßenseiten der Deckel entlang und nimmt aufgrund der Kühlrippen in effektiver Weise Wärme auf, die beim Betrieb der Speicherzellen auf die Deckel abgeleitet wurde. Auf die Ableitung der Wärme von den Speicherzellen wird noch näher eingegangen. Ferner ist an jeder Öffnung, die durch einen Deckel 3 verschlossen wird, eine Dichtung 5a, 5b angeordnet, insbesondere um die durch die Deckel 3 verschlossene Öffnung flüssigkeitsdicht zu verschließen. Dabei wird insbesondere der Deckel an den axialen Enden der Seitenwände des Gehäuses 2 befestigt, insbesondere verschraubt, und drückt dabei das Material der Dichtung 5 gegen das axiale Ende des Gehäuses 2.
In dieser Beschreibung ist die axiale Richtung des Gehäuses diejenige Richtung, die senkrecht zur Umfangsrichtung verläuft. Beispielsweise in der Schnittdarstellung der Fig. 4 verläuft die axiale Richtung senkrecht zur Figurenebene bzw. Schnittebene. Die axiale Richtung kann auch als vertikale Richtung bezeichnet werden, wenn das Modul, wie in Fig. 2 dargestellt, mit seinem Boden nach unten ausgerichtet ist und der obere Deckel daher oben liegt. Vorzugsweise ist an der Innenseite jedes Deckels 3 eine
Wärmeleitmatte 4a, 4b vorgesehen, die sich entlang der innenseitigen Oberfläche des Deckels 3 erstreckt und vorzugsweise vollflächig an der inneren Oberfläche des Deckels 3 anliegt. Die gegenüberliegende Oberfläche der Wärmeleitmatte 4 liegt stellenweise, dort wo sich stirnseitige Enden der Speicherzellen 1 befinden und wo eine Verschienung zum elektrischen Kontaktieren der Speicherzellen angeordnet ist, an den stirnseitigen Enden bzw. der Verschienung an. Da die Wärmeleitmatte 4 aus gut wärmeleitendem Material und andererseits aus elektrisch isolierendem Material besteht, werden die stirnseitigen Enden bzw. die Verschienung gegen den Deckel elektrisch isoliert und kann dennoch Wärme von den Speicherzellen und der Verschienung auf die Deckel abgeleitet werden.
Vorzugsweise ist die Wärmeleitmatte 4 derart zwischen dem Deckel 3 und den axialen Enden des Gehäuses 2 angeordnet, dass der Außenrand der Wärmeleitmatte 4 von der Dichtung 5 umlaufen wird. In diesem Fall presst der Deckel die Wärmeleitmatte direkt (und am Au ßenrand nicht indirekt über die Dichtung) in das Gehäusinnere und
insbesondere gegen die axialen Enden der Zellen bzw. gegen die Verschienung. Dadurch ist der Wärmeübergang zwischen dem Deckel und der Wärmeleitmatte sowie der Wärmeübergang zwischen der Wärmeleitmatte und den Zellen bzw. der Verschienung verbessert.
Die in den Fig. 1 , 4, 5, 7 und 8 dargestellte Anordnung von Energiespeicherzellen 1 weist beispielsweise achtzehn Speicherzellen 1 auf. Generell wird bevorzugt, dass die
Speicherzellen parallel zueinander angeordnet und ausgerichtet sind, wobei die elektrische Verschaltung vorzugsweise seriell ist. Die Längsachsen der Speicherzellen 1 (insbesondere die Zylinderachsen im Fall einer zylindrischen Form der Speicherzellen) verlaufen vorzugsweise in der axialen Richtung des Gehäuses bzw. Moduls. Allgemeiner formuliert wird bevorzugt, dass sich die elektrischen Kontakte zum elektrischen
Anschließen der Speicherzellen an den in axialer Richtung des Gehäuses liegenden Enden der Speicherzellen befinden. Z.B. befindet sich an der unteren axialen Öffnung des Gehäuses 2 jeweils ein Kontaktstift der Speicherzellen 1 (siehe Fig. 8 und für eine andere Variante des Moduls Fig. 5) und befindet sich an der oberen axialen Öffnung des
Gehäuses 2 jeweils eine blanke Stelle der Zellenummantelung, die als zweiter elektrischer Kontakt zum elektrischen Kontaktieren der Zelle dient (siehe Fig. 7). In Fig. 1 ist an der rechten, schräg nach vorne weisenden Seite (Bodenseite) des Gehäuses 2 die in Fig. 8 oben liegende Seite des Moduls erkennbar. Die beiden sich durch Durchgangsöffnungen der stirnseitigen Seitenwand 43a erstreckenden, von au ßen zur elektrischen
Kontaktierung der Zellenanordnung vorgesehenen elektrischen Kontakte 47a, 47b sind innenseitig des Gehäuses elektrisch mit jeweils einem abgewinkelt verlaufenden elektrischen Verbindungselement 81 a, 81 b verbunden. Diese Verbindungselemente 81 kontaktieren jeweils einen Kontaktstift 82 einer Energiespeicherzelle 1 . Auf der gegenüberliegenden axialen Seite dieser Zellen 1 (siehe Fig. 7) sind diese Zellen 1 über erste Schienen 71 a, 71 b mit der jeweils benachbarten Speicherzelle 1 verbunden. An der Unterseite der Anordnung (Fig. 8) sind diese benachbarten Speicherzellen 1 elektrisch über Schienen 81 mit wieder einer jeweils benachbarten Speicherzelle 1 elektrisch verbunden. Diese Art der elektrischen Verbindung setzt sich wie in Fig. 7 und Fig. 8 sowie Fig. 5 dargestellt fort, so dass die Speicherzellen 1 der Anordnung alle elektrisch in Reihe geschaltet sind. Selbstverständlich sind auch andere elektrische Schaltungen möglich. Z.B. kann zumindest ein Teil der Speicherzellen (z.B. jeweils zwei Speicherzellen) elektrisch parallel zueinander geschaltet sein und können diese Parallelschaltungen wiederum miteinander in Reihe geschaltet sein. Dazu ist es lediglich erforderlich, die in Fig. 7 und Fig. 8 dargestellten bodenseitigen Schienen 81 und oberseitigen Schienen 71 zu modifizieren.
Zurückkommend auf Fig. 1 sind zwischen der Zellenanordnung und der rechts in Fig. 1 dargestellten Wärmeleitmatte 4a zehn stabförmige Schaumstoffkörper 9a-9j dargestellt, die im zusammengebauten Zustand des Moduls jeweils einen Zwischenraum zwischen vier benachbarten Speicherzellen ausfüllen. Am besten ist dies aus der Teildarstellung gemäß Fig. 13 erkennbar. Die Schaumstoffkörper 9 weisen eine zentrale, konzentrisch zur in axialer Richtung verlaufenden längs ausgerichtete Durchgangsöffnung 141 auf, durch die sich ein Stützelement 131 erstrecken kann. Wie Fig. 8 und Fig. 7 zeigen, sind insgesamt vier solcher Stützelemente 131 in der dargestellten speziellen
Ausführungsform vorhanden. Diese Stützelemente 131 dienen der gegenseitigen
Abstützung der Deckel 3 gegeneinander. Z.B. weisen die Stützelemente 131 an den entgegengesetzten Enden jeweils eine Gewindebohrung auf, in die jeweils eine Schraube eingeschraubt wird, um den Deckel 3 an den Stützelementen 131 festzuschrauben. Wie Fig. 6 zeigt, weist die benachbarte Wärmeleitmatte 4a ausschließlich für die
Stützelemente 131 jeweils eine Durchgangsöffnung auf. Weitere Öffnungen bildet die Wärmeleitmatte 4a nicht. Entsprechendes gilt vorzugsweise für die andere
Wärmeleitmatte 4b. Lediglich an ihrem Au ßenumfang weist die Wärmeleitmatte 4 optional Aussparungen auf, um bündig in den Bereich der axialen Enden der Seitenwände des Gehäuses 2 eingesetzt werden zu können.
Zurückkommend auf Fig. 13 bilden die vier einander benachbarten Speicherzellen 1 a, 1 b, 1 c, 1 d aufgrund ihrer zylindrischen Form einen gemeinsamen Zwischenraum, der gut durch den Schaumstoffkörper 9 ausgefüllt werden kann, da der Schaumstoffkörper 9 im Querschnitt einen quadratischen Außenumfang aufweist (siehe auch Fig. 14). Die
Außenabmessungen des Schaumstoffkörpers 9 sind dabei so bemessen, dass der Schaumstoffkörper von den angrenzenden Speicherzellen 1 seitlich eingedrückt wird, d.h. komprimiert wird. Auf diese Weise ist der Schaumstoffkörper 9 fixiert, nimmt den im Hinblick auf die quadratische Form größtmöglichen Raum ein, d.h. verdrängt soviel freibewegliche Luft wie möglich und dämpft etwaige Vibrationen der Speicherzellen. Auch entkoppelt er schwingungstechnisch die Deckel von den Speicherzellen, wenn sich durch den Schaumstoffkörper 9 ein Stützelement 131 erstreckt. In Fig. 1 sind die Stützelemente 131 mit den Bezugszeichen 8a, 8b, 8c, 8d bezeichnet.
Ferner zeigt Fig. 1 noch Dichtungen 10a, 10b, jeweils mit einer zylindrischen
Durchtrittsöffnung für die Aufnahme der außenseitig zugänglichen elektrischen Kontakte 47a, 47b.
Fig. 3 zeigt eine Variante des in Fig. 2 dargestellten Moduls, wobei die au ßenseitig zugänglichen elektrischen Kontakte 47 weggelassen sind. Es sind lediglich die
Dichtungen 10a, 10b für die Aufnahme dieser Kontakte 47 erkennbar. Modifiziert ist das Modul insbesondere hinsichtlich der Anbauteile, die au ßenseitig an der vorn im Bild liegenden Seitenwand 43b angeordnet sind. Die Größe und Position der Platine 1 1 1 a, die anstelle der Platine 1 1 a vorgesehen ist, sind verschieden. Die Platine 1 1 1 a ist größer und befindet sich in der Ansicht weiter links, Richtung Dichtungen 10. Zusätzlich sind im rechten Bereich der Seitenwand 43b weitere Anbauteile befestigt, die insbesondere der Fixierung und/oder Befestigung des Moduls mit anderen Gegenständen dienen. Wie Fig. 5 erkennen lässt, sind in diesem Bereich der längsseitigen Au ßenwand 43b sechs Aussparungen mit optionalem Innengewinde zum Einschrauben von Schrauben vorgesehen. Zwei weitere solche Aussparungen 151 sind in der Ansicht von Fig. 5 nicht erkennbar, da sie durch den vorspringenden Rand der Seitenwand verdeckt sind. In Fig. 3 erkennt man vier dieser Aussparungen. Vier weitere der Aussparungen sind für die Befestigung der Anbauteile 153a, 153b benutzt.
Aus Fig. 4 ist die in Umfangsrichtung nicht geradlinig verlaufende Form des Gehäuses 2 erkennbar. Vielmehr ist der Verlauf des Gehäuses und damit der Seitenwände 43, 44 gewellt. Die Form und der Verlauf der Seitenwände 43, 44 ist dabei auf die Form und Abmessungen der Speicherzellen 1 abgestimmt. Die in dem Ausführungsbeispiel zylindrischen Speicherzellen 1 liegen mit ihrer Außenoberfläche an der Gehäuse- innenseitigen Oberfläche der Seitenwände an, und zwar nicht punktuell, sondern über einen möglichst großen Flächenbereich. An den Übergängen der Seitenwände 43, 44 ist vorzugsweise eine Rundung des Gehäuses ausgestaltet, die die in diesem Bereich angeordnete Zelle 1 über ungefähr den halben Au ßenumfang der Zelle 1 herum umfasst und dabei vollflächig anliegt. Die Krümmung der innenseitigen Einbuchtungen 41 ist daher hinsichtlich ihres Krümmungsradius gleich oder ungefähr gleich dem Krümmungsradius des Außenumfangs der Speicherzellen. Z.B. ist eine Einbuchtung am Übergang der Seitenwände 44a, 43b mit dem Bezugszeichen 41 a bezeichnet. Eine benachbarte Einbuchtung auf der Innenseite der längsseitigen Seitenwand 44a ist mit dem
Bezugszeichen 41 b bezeichnet.
Durch die gewellte Form der Seitenwände 43, 44 ergeben sich auch au ßenseitige
Einbuchtungen 46, in die sich Bauteile 49 von elektrischen Schaltungen hinein erstrecken können, wie es rechts der Seitenwand 44b, links der Seitenwand 44a und außenseitig der stirnseitigen Seitenwand 43a der Fall ist.
Fig. 6 zeigt den Boden des in Fig. 2 dargestellten Moduls, wobei jedoch der bodenseitige Deckel 3a weggelassen ist. Man erkennt die Unterseite der Wärmeleitmatte 4a mit den Durchgangsöffnungen für die Stützelemente 131 . Der Au ßenumfang der Wärmeleitmatte 4a ist durch die Dichtung 5a eingefasst.
Fig. 9 zeigt die Innenseite der Stirnwand 43a. Außerdem sind Ansätze der Seitenwände 44a, 44b erkennbar. Eine der beiden Durchgangsöffnungen der stirnseitigen Seitenwand 43a für die Aufnahme der au ßen zugänglichen elektrischen Kontakte 47 ist in Fig. 9 freigelassen, d.h. der entsprechende elektrische Kontakt 47b ist nicht dargestellt. Die andere Durchtrittsöffnung für den anderen von au ßen zugänglichen elektrischen Kontakt 47a enthält dagegen diesen Kontakt. Innenseitig ist der Kontakt mit Befestigungsmitteln 93, 94 an dem elektrischen Verbindungselement 81 a befestigt. Auf eine spezielle
Ausführungsform der Befestigung wird noch näher eingegangen. Man erkennt jedoch bereits in Fig. 9, dass das elektrische Verbindungselement 81 a abgewinkelt gestaltet ist und sich an einem Ende parallel zur innenseitigen Oberfläche der Seitenwand 43a erstreckt und dabei die Durchgangsöffnung für den elektrischen Kontakt 47a innenseitig verdeckt. Dieser Endbereich erstreckt sich in einen Zwischenraum zwischen einem Verstärkungselement 91 b und der Durchgangsöffnung. Dadurch ist das elektrische Verbindungselement mit seinem Schenkel an der Seitenwand 43a stabil gehalten. Das Verstärkungselement 91 b weist eine Aussparung für die Befestigungsmittel 93, 94 auf. Auch die andere Durchgangsöffnung für das nicht in Fig. 9 dargestellte Kontaktelement 47b ist mit einem Verstärkungselement 91 a kombiniert. Die Befestigung des
entsprechenden, nicht in Fig. 9 dargestellten elektrischen Verbindungselements 81 b ist in gleicher Weise ausgeführt wie für das elektrische Verbindungselement 81 a.
Fig. 10 zeigt den montierten Zustand beider elektrischer Kontaktelemente 47a, 47b aus einem anderen Blickwinkel. Man erkennt, dass der Schenkel 98 des
Verbindungselementes 81 b zwischen dem Verstärkungselement 91 a und der Seitenwand 43a liegt.
Fig. 1 1 zeigt das Konzept der elektrischen Trennung von axialen Enden der
Speicherzellen 1 und des elektrisch leitenden Deckels 3. Zwischen dem Deckel 3 und den Kontaktstiften 82 der Zellen 1 a, 1 b befindet sich die Wärmeleitmatte 4. Sie isoliert die Kontaktstifte 82 und die seitlich angrenzende Verschienung 81 gegen den Deckel 3. Z.B. durch Verunreinigungen auf der freien Oberfläche der Wärmeleitmatte 4 können jedoch Kriechströme geleitet werden. Dies ist durch eine gepunktete Linie von der linken in Fig. 1 1 dargestellten Verschienung 81 bis zum linken oberen Eck in Fig. 1 1 dargestellt, wobei sich an dem linken oberen Eck die mechanischen Übergänge zwischen dem Deckel 3, über die Dichtung 5 zu der Seitenwand 44 befinden. Da sich zwischen diesem linken oberen Eck und dem Kontaktstift 82 der Speicherzelle 1 a sowie zwischen dem Eck und dem Übergang der axialen Stirnfläche der Zelle 1 a und dem zylindrischen Au ßenumfang der Zelle 1 a jeweils ein Zwischenraum befindet, ist der Kriechstrom jedoch gering. Er muss eine verhältnismäßig große Entfernung zurücklegen. Auch, wie ebenfalls durch eine gepunktete Linie dargestellt ist, zwischen dem erwähnten Übergang der axialen Endfläche der Zelle 1 a zu der zylindrischen Umfangsfläche der Zelle 1 a und dem oberen linken Eck des Gehäuses können über den Zwischenraum, der insbesondere mit Luft oder einem Inertgas (z.B. Stickstoff) gefüllt ist, allenfalls sehr geringe elektrische Ladungsüberträge stattfinden.
Ferner weist die Seitenwand 44 in ihrem oberen Endbereich, der die Übergangsfläche zu der Dichtung 5 bildet, einen Bereich 85 auf, der von dem Au ßenumfang der benachbarten Speicherzelle 1 a beabstandet ist. Auch Kriechströme an der Innenseite dieses Bereichs 85 sind gering, da die Kriechlänge groß ist.
Fig. 12 zeigt in vergrößerter Darstellung im Vergleich zu Fig. 1 einen der beiden Deckel 3 mit einer Vielzahl parallel zueinander verlaufender Kühlrippen 13. An den Ecken des Deckels 3 befindet sich Durchgangsöffnungen 121 , die insbesondere der Befestigung des Moduls an benachbarten Bauteilen, z.B. an anderen Modulen, dienen. In größerem Abstand zum Außenrand des Deckels 3 befindet sich weitere Durchgangsöffnungen 123, die der Befestigung des Deckels an dem Kunststoffgehäuse dienen.
Im Folgenden werden Teile und Komponenten sowie Kombinationen von Teilen eines erfindungsgemäßen Moduls beschrieben. Au ßerdem wird auf mögliche Merkmale und Grundkonzepte der Halterung einer Mehrzahl von Energiespeicherzellen eingegangen.
Die Energiespeicherzellen, insbesondere Kondensatoren, können durch eine
Durchgangsöffnung des Gehäuses, welches den Innenraum des Gehäuses umläuft, jedoch in axialer Richtung zumindest an einer Seite offen ist, in das Gehäuseinnere eingebracht werden. Zusätzlich können sich im Gehäuseinneren noch Positionier- und Klemmvorrichtungen befinden, so dass die Zellen mit der Innenoberfläche des
umlaufenden Gehäuseteils und/oder mit Deckeln, die die Durchgangsöffnungen zum Einbringen der Zellen abdecken, in Kontakt sind. Vorzugsweise weist der Gehäuseteil für jede außenliegende Zelle einen Aufnahmeraum auf, der in der Art einer Nut von dem Gehäuseteil gebildet wird. Dieser Aufnahmeraum dient dazu, die Zelle zu positionieren und zu klemmen. Auf diese Weise ist die Au ßenoberfläche der Zelle direkt mit der Innenoberfläche des Gehäuseteils in Kontakt. Der umlaufende Gehäuseteil ist aus einem elektrisch isolierenden Material gefertigt, z.B. aus SMC (Sheet Molding Compound, teigartige Pressmasse aus duroplastischen Reaktionsharzen und Glasfasern zur
Herstellung von Faser-Kunststoff-Verbunden) oder aus Polyamid hergestellt. Andere elektrisch isolierende Materialien können alternativ verwendet werden.
Vorzugsweise ist das gesamte Modul so konstruiert, dass es die Schutzklasse IP65 nach der Deutschen Industrienorm (DIN) bzw. Europäischen Norm (EN) bzw. Internationalen Norm (ISO) 60529 erfüllt. Das Modul ist somit gegen Eindringen von Wasser oder anderen Flüssigkeiten geschützt. Umgekehrt verhindert das Modul auch das Austreten von Flüssigkeiten, falls es im Innern des Moduls zu einer Beschädigung einer
insbesondere mit Elektrolytflüssigkeit versehenen Speicherzelle kommt.
Ferner ist das Modul, wie bereits an Ausführungsbeispielen oben erwähnt,
explosionssicher ausgestaltet. Dazu dienen insbesondere die oben erwähnten
Durchgangsöffnungen, die allenfalls teilweise mit Material ausgefüllt sind, z.B. mit einer elektrischen Leitung, die durch die Öffnung hindurchführt. Wie ebenfalls oben erwähnt, verringert auch die Verwendung von geschlossen-zelligem und vorzugsweise nicht brennbarem Schaumstoff (dem Material des Schaumstoffs kann ein Zusatzstoff, z.B. auf Brombasis, hinzugefügt sein, der ein Entflammen des Schaumstoffs verhindert oder erschwert). Dies verringert das Volumen innerhalb des Gehäuses, welches Sauerstoff enthält, der mit anderen Gasen und/oder Partikeln zu einem brennbaren und
explosionsfähigen Gemisch führen könnte. Vorzugsweise werden die Schaumstoffkörper außerdem so geformt und angeordnet, dass sie auch zur Fixierung der Position der Zellen beitragen und ferner bevorzugtermaßen auch Vibrationen und Stöße dämpfen.
Insbesondere kann das Modul so ausgestaltet sein, dass es Kategorie 1 , Klasse B der EN 61373 erfüllt.
Vorzugsweise dient der Gehäuseteil, der sich in der Umfangsrichtung um den
Gehäuseinnenraum erstreckt, nicht nur dem Halten einer Mehrzahl von Zellen, sondern auch dem Anbringen zusätzlicher Einrichtungen und Komponenten. Ferner können auch an dem Gehäuseteil und/oder an den Deckeln oder dem einen Deckel Einrichtungen vorgesehen sein, die der Befestigung mit anderen Körpern dienen, z.B. weiteren Modulen oder einem Au ßengehäuse. Ein Kunststoff-Gehäuseteil ist dafür besonders gut geeignet, da es hinsichtlich seiner Form auf einfache Weise gestaltet werden kann (z.B. durch einmalige Anfertigung einer Spritzgussform für eine Vielzahl von herzustellenden
Gehäuseexemplaren).
Ferner kann ein solches Gehäuseteil an die Au ßenabmessungen der im Gehäuseinneren aufzunehmenden Zellen angepasst werden und bietet dabei noch zusätzlichen Platz für die Anbringung und Platzierung zusätzlicher Komponenten (wie erwähnt) und die mechanischen Schnittstellen zu anderen Körpern.
Insbesondere ist der Gehäuseteil ausgestaltet, Folgendes zu halten, zu positionieren und/oder aufzunehmen: elektrische Kontakte zum Kontaktieren der Zellen im
Gehäuseinneren, elektrische Verbindungselemente im Inneren des Gehäuses, Materialien und Elemente zum Ableiten von Wärme aus dem Gehäuseinneren, Dicht- und/oder elektrische Schaltungen. Z.B. kann das Kunststoff-Gehäuseteil eine Materialdicke von nur 5 mm in den Bereichen der Seitenwände aufweisen, die nicht für andere Zwecke extra verstärkt sind. Insbesondere kann die Wandstärke von 5 mm in den Bereichen vorhanden sein, in denen der Verlauf der Seitenwände gewellt ist, um Einbuchtungen für die teilweise Aufnahme von Speicherzellen zu bilden. Die Wandstärke von 5 mm gilt insbesondere für das oben erwähnte Material SMC. Die durch den gewellten Verlauf der Seitenwände entstehenden außenseitigen Einbuchtungen werden insbesondere zur Aufnahme von größeren Bauteilen von elektrischen Schaltungen (z.B. Relais, Transformatoren und elektrischen Verbindungselementen) genutzt. Z.B. können dadurch auf jeder Seite, an der eine elektrische Schaltung (z.B. an einer befestigt) angeordnet ist, 10 mm Platz gespart werden.
Wie bereits beispielsweise anhand von Fig. 4 erläutert wurde, kann aber auch zumindest eine elektrische Schaltung ganz oder teilweise nach au ßen abgedeckt sein, insbesondere durch eine zusätzliche Abdeckung. Es ist aber auch möglich, eine solche Schaltung ganz oder teilweise auf der Innenseite einer Seitenwand des Gehäuseteils anzuordnen. Die Abdeckung kann z.B. ebenfalls aus SMC bestehen. Eine plattenförmige Abdeckung wird bevorzugt. Eine Abdeckung dient dazu, einen unerwünschten elektrischen Kontakt mit der elektrischen Schaltung insbesondere von außerhalb des Gehäuses zu verhindern.
Alternativ kann jedoch der Träger der Schaltung (z.B. die Platine) selbst an der außenliegenden Seite eine elektrisch isolierende Schicht oder ein elektrisch isolierendes Material aufweisen. In diesem Fall wird jedenfalls aus Gründen der elektrischen Isolierung keine zusätzliche Abdeckung benötigt. Bei außenseitiger Anbringung einer elektrischen Schaltung wird es bevorzugt, dass zumindest eine elektrische Verbindung in den
Innenraum des Gehäuses durch eine Durchgangsöffnung einer Seitenwand des
Gehäuses führt. Wie erwähnt, können diese Durchgangsöffnungen auch dazu dienen, einen Überdruck im Inneren des Gehäuses schnell und kontrolliert abzubauen. Daher werden Gehäusedeckel durch den Überdruck nicht von dem Gehäuseteil gelöst.
Ferner können sich insbesondere innenseitig an den Seitenwänden
Verstärkungselemente befinden, die insbesondere bereits anhand von Fig. 9 und Fig. 10 beschrieben wurde. Die in den Fig. 9 und 10 beschriebenen Verstärkungselemente stabilisieren die außenliegenden elektrischen Kontaktelemente und auch die mechanisch damit verbundenen innenseitigen Verbindungselemente gegen Biegung und Verdrehung.
Wie beispielsweise auch in Fig. 9 erkennbar ist, erstrecken sich an dem axialen Ende zumindest einer Seitenwand 44b innenseitig Stege 97 in das Innere des Gehäuses, wobei die Stege 97 insbesondere an innenseitigen Vorsprüngen zur Aufnahme von
Schraubenschäften für die Verschraubung des Deckels mit dem Gehäuse angeordnet sind. Diese Stege 97 gewährleisten, dass auch die Ränder der Wärmeleitmatte mit dem Deckel in Kontakt sind. Die Stege drücken im montierten Zustand des Moduls die Ränder der Wärmeleitmatte gegen den Deckel. Dadurch ist der Wärmeübergang auf den Deckel verbessert. Ferner werden auf diese Weise Kriechströme verhindert oder verringert (wie beispielsweise bereits anhand von Fig. 1 1 erläutert).
Für diese bereits erwähnten Kriechströme ist es von Vorteil, dass der Abstand zwischen den elektrisch geladenen Teilen innerhalb des Gehäuses, wie elektrische
Verbindungselemente und Speicherzellen, und den anderen elektrisch leitenden
Komponenten des Moduls (insbesondere Deckel und elektrische Schaltungen) möglichst groß ist. Für den Überspannungsschutz gilt als Norm die Deutsche Industrienorm (DIN) bzw. Europäische Norm (EN) 50124-1 , innenseitig des Gehäuses insbesondere Kategorie OV2; PD2 und außenseitig des Gehäuses Kategorie OV2; PD4 (Abschnitt 2.2, Seite 13 der Norm). Insbesondere ist das Modul für die Isolation einer elektrischen Spannung von 1 .000 V ausgelegt, wobei sie ferner dafür ausgelegt ist, einer Impulsspannung gegen Erde von 6 kV standzuhalten. Insbesondere muss dazu für Kriechströme und Überschläge ein relevanter Abstand zwischen den Speicherzellen und den elektrisch leitfähigen Deckeln möglichst groß ausgelegt sein. Daher sind vorzugsweise diejenigen axialen Endbereich der Gehäuse Seitenwände, die den mechanischen Übergang zu den Gehäusedeckeln bilden, im Gegensatz zu anderen Seitenwandbereichen in einem
Abstand zum Außenumfang der gehaltenen Speicherzellen angeordnet. Diese
Übergangsbereiche der Seitenwände tragen daher nicht zum Halten und Positionieren der in vielen Fällen potentialbehafteten Außenoberflächen der Speicherzellen bei.
Oben wurden bereits die verschiedenen Funktionen der Wärmeleitmatte beschrieben bzw. der Lage aus einem elastischen, elektrisch isolierenden und wärmeleitenden
Material zwischen Deckel und axialen Enden der Speicherzellen. Wie erwähnt können dadurch auch Fertigungstoleranzen ausgeglichen werden. Z.B. schwanken die axialen Längen der Speicherzellen um etwa +/- 0,5 mm. Auch wird es bevorzugt, die elektrischen Verbindungselemente, insbesondere schienen- oder plattenförmige Elemente, mit denen die Zellen im Innern des Gehäuses elektrisch miteinander verbunden werden, an die Zellen anzuschweißen oder anzulöten. Dabei entstehen weitere Toleranzen, die durch die Lage aus wärmeleitendem Material aufgrund ihrer elastischen Eigenschaften
ausgeglichen werden kann. Ferner kann insbesondere eine Kühlung durch anströmende Luft au ßerhalb des Moduls zu thermisch bedingten Änderungen der Abmessungen führen. Auch diese können durch die elastische Lage ausgeglichen werden, so dass die Lage immer in direktem Kontakt zu dem Deckel und den axialen Enden der Zellen bzw. der elektrischen Verbindungselemente sein kann. Auch Abmessungsänderungen durch Veränderungen des elektrischen Ladezustandes der Zellen kann die Lage ausgleichen.
Gemäß der bevorzugten Ausführungsform besteht die Lage aus Silikon und hat eine Materialdicke in axialer Richtung des Moduls von 1 bis 3 mm, insbesondere 1 ,5 bis 3 mm. Bevorzugtermaßen wird auf jeder axialen Seite des Moduls eine einzige durchgehende Lage bzw. Matte verwendet, um den Effekt von Kriechströmen zu minimieren. Eine an den benachbarten Komponenten vollflächig anliegende Oberfläche kann nicht
verschmutzen und der Schmutz kann daher nicht die elektrische Oberflächenleitfähigkeit erhöhen.
Für die Deckel wird aufgrund des verbesserten Wärmeübergangs zu der Umgebungsluft bevorzugt, dass die Oberfläche möglichst groß ist. Daher wird eine Vielzahl von
Kühlrippen vorgeschlagen. Andererseits sollen die Herstellungskosten und der Herstellungsaufwand gering sein. Ferner wird aufgrund der Gewichtseinsparung ein Material mit geringer Dichte bevorzugt. Bei der bevorzugten Ausführungsform wird als Material für den Deckel oder die Deckel an den axialen Enden des Gehäuses Aluminium mit einer Dichte von 2,7 g/cm3 und einer thermischen Leitfähigkeit von ungefähr 235 W/(m * K) bevorzugt. Wenn sich die (insbesondere vielen filigranen) Kühlrippen parallel zueinander erstrecken, lässt sich ein solcher Deckel auf einfache Weise durch einen Extrusionsprozess herstellen, wobei Bohrungen zur Befestigung des Deckels danach eingebracht werden. Z.B. können Aluminiumlegierungen gemäß EN (Europäische Norm) AW 6060 oder AW 6063 verwendet werden. Die Kühlrippen haben aus Stabilitätsgründen und auch aus Gründen der Herstellbarkeit vorzugsweise eine Breite im Bereich von 1 ,5 bis 2,5 mm, insbesondere 2 mm, und eine Höhe von 5 bis 8 mm, insbesondere 7 mm, wobei der Abstand zwischen parallel verlaufenden Kühlrippen insbesondere im Bereich von 6 bis 10 mm liegt und vorzugsweise 8 mm beträgt. Die Basisplatte des Deckels, auf deren Au ßenseite die Kühlrippen abragen, hat vorzugsweise eine Dicke von 2,5 bis 3,5 mm und vorzugsweise von 3 mm. Dies gilt insbesondere dann, wenn wie oben anhand von Fig. 1 und Fig. 13 beschrieben, die beiden einander gegenüberliegenden Deckel über eine Mehrzahl von Stützelementen gegeneinander abgestützt sind. Durch die
Stützelemente kann daher die Dicke der Basisplatte gering gewählt werden.
Die innenseitige Oberfläche des Deckels oder der Deckel wird nach dem
Extrusionsprozess vorzugsweise poliert, um den Wärmeübergang auf die Wärmeleitmatte zu verbessern. Außerdem wird auf diese Weise auch die Dichtigkeit gegen
Flüssigkeitseintritt gewährleistet. Ferner hält eine polierte Oberfläche die Wärmeleitmatte besser fest, d.h. die Adhäsionskräfte sind stärker ausgeprägt.
Optional wird der Deckel abschließend noch korrosionsfest gemacht, insbesondere eloxiert oder gemäß einem anderen an sich bereits bekannten Verfahren.

Claims

Patentansprüche
1 . Anordnung zum Halten einer Mehrzahl von elektrischen Energiespeicherzellen (1 ), insbesondere von Zellen, deren Au ßenoberfläche potenzialbehaftet ist, wobei die Anordnung einen sich um einen Aufnahmeraum für die Energiespeicherzellen (1 ) - vorzugsweise geschlossen umlaufend - in Umfangsrichtung herum erstreckenden Gehäuseteil (2) aufweist, der Gehäusewände (43, 44) aufweist, die aus einem elektrisch isolierenden Material, insbesondere Kunststoff, gefertigt sind.
2. Anordnung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei zumindest eine der
Gehäusewände (43, 44) an der Au ßenseite zumindest eine au ßenseitige
Einbuchtung (46) aufweist, wobei an der Au ßenseite der Gehäusewand (43, 44) eine elektrische Schaltung mit elektrischen Bauelementen (49), die an einem Träger (1 1 ) befestigt sind, angeordnet ist, wobei der Träger (1 1 ) derart mit der Gehäusewand (43, 44) verbunden ist, dass sich zumindest eines der elektrischen Bauelemente von dem Träger (1 1 ) in die au ßenseitige Einbuchtung hinein erstreckt.
3. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest eine und vorzugsweise alle der Gehäusewände (43, 44) zumindest eine und
vorzugsweise eine Mehrzahl von Einbuchtungen (41 ) zur teilweisen Aufnahme zumindest einer der Energiespeicherzellen (1 ) aufweist.
4. Anordnung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei zumindest eine der
Gehäusewände (43, 44) in der Umfangsrichtung - bei vorzugsweise konstanter Wanddicke - einen gewellten Verlauf hat, so dass Wellentäler die innenseitige Einbuchtung (41 ) bilden.
5. Anordnung nach dem vorhergehenden Anspruch und insbesondere nach
Anspruch 2, wobei der gewellte Verlauf an der Au ßenseite der Gehäusewand (43, 44) Wellenberge definiert, zwischen denen zumindest eine außenseitige
Einbuchtung (46) liegt, wobei an der Außenseite der Gehäusewand (43, 44) eine elektrische Schaltung mit elektrischen Bauelementen (49), die an einen Träger
(1 1 ) befestigt sind, angeordnet ist, wobei der Träger (1 1 ) derart mit der
Gehäusewand (43, 44) verbunden ist, dass sich zumindest eines der elektrischen Bauelemente von dem Träger (1 1 ) in die au ßenseitige Einbuchtung (46) hinein erstreckt.
6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der sich in der Umfangsrichtung erstreckende Gehäuseteil (2) an einem axialen Ende oder jeweils an den gegenüberliegenden axialen Enden eine Durchgangsöffnung definiert, wobei die elektrischen Energiespeicherzellen (1 ) durch die
Durchgangsöffnung oder eine der Durchgangsöffnungen in den Aufnahmeraum einbringbar sind, wobei die Anordnung einen oder jeweils einen Deckel (3) zum Verschließen der Durchgangsöffnung aufweist.
7. Anordnung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Deckel (3) als
Wärmesenke für Wärme aus dem Betrieb der elektrischen Energiespeicherzellen (1 ) ausgestaltet ist und an der Au ßenseite eine Mehrzahl von Kühlrippen aufweist.
8. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Anordnung die elektrischen Energiespeicherzellen (1 ) aufweist, die in dem Aufnahmeraum eingebracht sind.
9. Anordnung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der sich in der
Umfangsrichtung erstreckende Gehäuseteil (2) an einem axialen Ende oder jeweils an den gegenüberliegenden axialen Enden eine Durchgangsöffnung definiert, wobei die elektrischen Energiespeicherzellen (1 ) durch die
Durchgangsöffnung oder eine der Durchgangsöffnungen in den Aufnahmeraum einbringbar sind, wobei die Anordnung einen oder jeweils einen Deckel (3) zum Verschließen der Durchgangsöffnung aufweist und wobei zwischen axialen Enden der elektrischen Energiespeicherzellen (1 ) und dem Deckel (3) eine Lage (4) aus einem elastischen, elektrisch isolierenden und wärmeleitenden Material angeordnet ist, das von dem Deckel (3) gegen die axialen Enden der elektrischen Energiespeicherzellen (1 ) gedrückt wird.
10. Anordnung nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen benachbarten elektrischen Energiespeicherzellen (1 ) ein - vorzugsweise geschlossen zelliger - Schaumstoffkörper (9) angeordnet ist.
1 1 . Fahrzeug mit einem elektrischen Bordnetz, wobei die Anordnung nach einem der drei vorhergehenden Ansprüche als Energiespeicher elektrisch an das elektrische Bordnetz angeschlossen ist.
12. Verfahren zum Halten einer Mehrzahl von elektrischen Energiespeicherzellen (1 ), insbesondere von Zellen, deren Au ßenoberfläche potenzialbehaftet ist, wobei die elektrischen Energiespeicherzellen (1 ) in einen Aufnahmeraum eingebracht werden, um den sich - vorzugsweise geschlossen umlaufend - in
Umfangsrichtung ein Gehäuseteil (2) herum erstreckt, wobei der Gehäuseteil (2) Gehäusewände (43, 44) aufweist, die aus einem elektrisch isolierenden Material, insbesondere Kunststoff gefertigt sind.
13. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei zumindest eine der
Gehäusewände (43, 44) an der Au ßenseite zumindest eine au ßenseitige
Einbuchtung (46) aufweist, wobei an der Au ßenseite der Gehäusewand (43, 44) eine elektrische Schaltung mit elektrischen Bauelementen (49), die an einen Träger (1 1 ) befestigt sind, angeordnet wird, wobei der Träger (1 1 ) derart mit der Gehäusewand (43, 44) verbunden wird, dass sich zumindest eines der elektrischen Bauelemente von dem Träger (1 1 ) in die au ßenseitige Einbuchtung (46) hinein erstreckt.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest eine und vorzugsweise alle der Gehäusewände (43, 44) zumindest eine und vorzugsweise eine Mehrzahl von Einbuchtungen (41 ) aufweist, wobei zumindest einer der Energiespeicherzellen (1 ) teilweise von der Einbuchtung (41 ) aufgenommen ist.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der sich in der Umfangsrichtung erstreckende Gehäuseteil (2) an einem axialen Ende oder jeweils an den gegenüberliegenden axialen Enden eine Durchgangsöffnung definiert und wobei die Durchgangsöffnung durch einen Deckel (3) verschlossen wird.
16. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei zwischen axialen Enden der elektrischen Energiespeicherzellen (1 ) und dem Deckel (3) eine Lage (4) aus einem elastischen, elektrisch isolierenden und wärmeleitenden Material angeordnet wird, das beim Schließen der Durchgangsöffnung mit dem Deckel (3) gegen die axialen Enden der elektrischen Energiespeicherzellen (1 ) gedrückt wird.
17. Verfahren nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen benachbarten elektrischen Energiespeicherzellen (1 ) ein - vorzugsweise geschlossen zelliger - Schaumstoffkörper (9) angeordnet wird.
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