WO2013026615A1 - Baukastensystem zur herstellung eines elektrischen energiespeichers und mit diesem baukastensystem hergestellter elektrischer energiespeicher - Google Patents

Baukastensystem zur herstellung eines elektrischen energiespeichers und mit diesem baukastensystem hergestellter elektrischer energiespeicher Download PDF

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WO2013026615A1
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modular system
housing
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modules
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Hans-Georg Schweiger
Ricarda Hilse
Peter Birke
Michael Schiemann
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Continental Automotive Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to electrical energy storage, their production, and components that are used in the production of electrical energy storage devices.
  • the modular system according to the invention is used to produce an electrical energy store with a plurality of memory modules which are structurally combined to form at least one module composite and electrically interconnected with one another.
  • a memory module may include one or more electrical cells (such as electrochemical cells, capacitor cells, or the like). It is envisaged that the memory modules are formed with a housing ⁇ forms, said housing having on its outer surfaces kor ⁇ responding positive locking elements, so that the memory modules by means of these form-locking elements in a predetermined by the housing shape and the arrangement of the form-locking elements scheme, in particular solvable, can be connected to each other. This connection can be provided both purely mechanically but, alternatively or additionally, also electrically (as a serial and / or parallel connection).
  • the memory modules can hereby z. B. arranged in one plane or in several levels and structurally summarized. The smallest electrical energy store that can be produced with this modular system comprises two memory modules.
  • the modular system according to the invention for manufacturing an electrical energy storage device may in addition to the specifically ⁇ formed memory modules (building blocks) include other components or system components, as will be explained (z. B. function electronic modules, contact bridges, cooling elements etc.). Furthermore, the modular system according to the invention can have identical or different memory modules (ie electrically and / or structurally different memory modules, such as, for example, memory modules with different housing shapes and / or different form-fit elements or positive-locking element arrangements).
  • a scheme or schemas is understood to mean a structurally prescribed connection pattern for the individual memory modules, within which these memory modules can be defined as basic building blocks (in the sense of not arbitrary) or structurally combined in a structurally predetermined method and form a modular network.
  • the modular system according to the invention allows a flexible or needs-based, low-complexity and cost-effective production of electrical energy storage devices, which are primarily large batteries for a motor vehicle with electric or hybrid drive.
  • electrical energy storage devices which are primarily large batteries for a motor vehicle with electric or hybrid drive.
  • the modular system comprises prismatic (ie, as straight prisms) memory modules, the interconnection scheme providing that the memory modules in a honeycomb structure form adjacent (at least) one "memory module level".
  • the positive locking elements are expediently arranged on the (lateral) lateral surfaces of the prismatic memory modules or housing.
  • the scheme allows an arrangement of the memory modules in such a way that at least a majority of lateral jacket ⁇ surface portions (z. B. each planar) lies flat against a corresponding lateral surface portion of an immediately adjacent in the Mo ⁇ dulverbund storage mode.
  • the electrical contacting of the memory modules, which are combined to form a module network can be achieved, for example, by B. by means belonging to the modular system contact bridges, which can be plugged (eg., Verpolungsterrorism) on the contact poles of the memory modules.
  • This embodiment is particularly well suited for a modular system or in this case provided housing forms in which the individual memory modules essentially "tightly packed", d. H. be arranged substantially seamlessly next to each other.
  • the contact bridges can in this case as electrical connections between the (axial) end faces of the z. B. prismatic memory modules function.
  • the form-locking elements present on the housings of the memory modules are designed in such a way that they also likewise serve for the electrical contacting of the memory modules.
  • Such form-fitting elements with “double functionality”, namely on the one hand for the purpose of mechanical fixation or stabilization of the module assembly and on the other hand for electrical contacting of adjacent memory modules, are preferably arranged in prismatic memory modules in the region of (lateral) lateral surfaces of the memory module housing.
  • the interlocking elements on the outer surfaces of the housing of the memory modules can, for. B. as corresponding latching or click elements or undercut elements (such as Schwal ⁇ benschwanzitati) may be formed.
  • the positive locking elements should allow easy connectivity and preferably also easy separability.
  • the memory modules are prismatic, wherein the interlocking elements are each formed as a continuous profile in the axial direction, so that a memory module z. B. can also be subsequently replaced by axial pushing out.
  • the modular system according to the invention may further include functional electronics modules that are designed such that they can be plugged onto the memory modules (eg a functional electronic module per memory module).
  • a functional ⁇ electronics module can, for. B. monitor the temperature and / or the voltage of the associated memory module and optionally control. The monitoring and / or control of a memory module preferably takes place independently of the monitoring and / or control of the other memory modules by their functional electronic modules.
  • the functional electronics modules are preferably adapted in their shape to the housing shape of the associated memory modules. In particular, it is provided that these do not protrude in the up ⁇ inserted state in a lateral direction over the housing of the memory modules.
  • the functional electronics modules can therefore also have a hexagonal contour.
  • the functional electronic modules can be connected to an electronic communication bus system (eg CAN bus) or form such a bus system by interconnection, which can be accomplished, for example, via corresponding separate contact elements.
  • an electronic communication bus system eg CAN bus
  • the functional electronic modules are designed such that a memory module during assembly or disassembly (for example, when replacing a defective Memory module) is automatically logged off and / or logged on to the bus system. Due to the automatic logout, under certain circumstances a further operation of the electrical energy store after removal of individual memory modules can be accomplished.
  • the modular system according to the invention may further comprise cooling elements (such as cooling plates, cooling fins and the like) which can be arranged between two memory modules to be connected to each other.
  • cooling elements such as cooling plates, cooling fins and the like
  • the memory modules or their housing are formed accordingly, which can be accomplished for example by the formation of suitable recesses.
  • the modular system extensively extended cooling elements, ie z. B. cold plates (for example, substantially rectangular-flat), which can be brought with their flat sides on corresponding lateral surfaces of the memory modules to the plant, wherein in the assembled state, an additional cohesion of mutually adjacent memory modules by the interposed (z intervening) cooling element is accomplished.
  • an undercut shape design eg so-called dovetail connection
  • the housing of belonging to the modular system according to the invention memory modules can, for. B. prismatic (ie as a straight prisms) and in particular be formed with a hexagonal base. Such a housing may then be connected to a Mo ⁇ dulverbund in the form of a honeycomb structure and in particular in the form of a hexagonal honeycomb structure or structurally combined. In such a honeycomb structure can Furthermore, other housing forms are integrated, which are formed with corresponding surface portions and form-fitting elements.
  • the housing of belonging to the modular system according to the invention memory modules can, for. B. also cuboid and thereby be combined or structurally combined into a single-row or multi-row prismatic, in particular cuboidal cell stack or cell composite.
  • block-shaped memory modules can be very advantageously provided that the electrical con- clocking of via contact elements (ge ⁇ genübericide z. B.) to outer surface portions of the housing are formed, these contact elements also the form-fitting connection between the memory modules is accomplished.
  • the form-locking elements are also used here also the electrical contacting of the memory modules.
  • a reverse polarity-secure electrical contacting can be ensured (see, for example, "Poka Yoke Principle").
  • the invention extends according to a further aspect of an electrical energy storage, in particular for a motor vehicle with electric or hybrid drive, which is made with a modular system according to the invention according to the preceding or following explanations.
  • the electrical energy store according to the invention thus comprises a plurality of structurally combined and electrically interconnected memory modules, wherein these memory modules are formed with housings which correspond to their outer surfaces. having ponding positively locking elements and wherein these memory modules are connected by means of these form-locking elements in a predetermined by the housing shape and the arrangement of the form-locking elements scheme, in particular releasably (at least one module composite) with each other.
  • the preceding or subsequent explanations and developments relating to the modular system according to the invention apply analogously.
  • the invention also extends to a memory module which is designed for use in a modular system according to the invention and / or in an electrical energy store according to the invention, to which reference is made in detail to the preceding and following explanations thereof.
  • the memory module according to the invention can thus z. B. in particular in the form of a straight prism (eg., With triangular, square or hexagonal base), in which case the interlocking elements are preferably arranged on (eg, opposite) lateral surface portions of the prismatic shape.
  • the electrical contacting of the module module in the finished module adjacent memory modules z. B. frontally arranged contact sockets or
  • lateral form-fitting elements can simultaneously serve this electrical contact ⁇ tion.
  • the form-fitting elements are provided metallic or at least electrically conductive.
  • FIG. 2 the memory module of FIG. 1 with plugged
  • FIG. 3 shows several structurally combined memory modules according to FIG. 1, in a perspective view, FIG.
  • FIG. 4 shows a second embodiment of a memory module ⁇ and an associatedmetriselektro ⁇ nikmoduls, in a plan view
  • FIG. 5 several structurally combined storage modules according to Fig. 4, with attachedjanselekt ⁇ ronikmodulen, in a plan view,
  • FIG. 6 is a third embodiment of a memory ⁇ module and an associatedmetriselektro ⁇ nikmoduls, in a plan view,
  • Fig. 7 a plurality of structurally combined memory modules according to FIG. 6, with pluggedjanelekt ⁇ ronikmodulen and interposed cooling fins, in a plan view, and
  • Fig. 8 shows a fourth embodiment of a memory module and an associated function ⁇ electric ⁇ nikmoduls, in a plan view.
  • Fig. 1 shows a total of 100 designated memory module.
  • the memory module 100 has a hexagonal base prismatic trained housing 110, in which a Spei ⁇ cherzelle (in particular a round cell) or more memory cells for storing electrical energy (such as electrochemical storage cells or capacitor storage cells) is added / are included.
  • the hexagonal bottom surface of the housing 110 (regular hexagon) is indicated at 111 and the upper end surface is denoted at 113.
  • the lateral surface 111 and end face 113 extending lateral surface is designated 112.
  • the Man- tel Structure 112 has six each rectangular outer surfaces ⁇ portions.
  • a plurality of respective "profile-like" extending in the axial direction form-closing elements are arranged on the lateral surface 112. These are on the one hand Einbuch ⁇ lines, namely grooves 121, and on the other bulges, namely protruding from the housing 110 webs or beads 122. These interlocking elements are arranged in the illustrated example each centrally in the respective outer surface portions.
  • the form-locking elements 121 and 122 may, for. B. by ent ⁇ speaking shape design of the housing in the production of the housing (eg., Plastic) are formed.
  • the form-locking elements 121 and 122 could be formed as separate elements, which were subsequently firmly connected to the housing 100 and its lateral surface 112.
  • the form-fitting elements 121 and 122 are used for structural integration of multiple memory modules 100 as more detail below ⁇ he explained.
  • FIG. 1 further shows a total designated 200
  • the functional electronics module 200 may comprise, in a known manner, a plurality of electronic functional assemblies and / or elements for implementing different functions, such as a CSC ("Cell Supervising Circuit ”) for matching the voltage level of the individual cells in the network and / or multiple contactors or fuses
  • CSC Cell Supervising Circuit
  • the functional electronics module 200 can be plugged onto the memory module 100, for which purpose a plurality of plug contacts or contacts on the underside of the functional electronics module 200.
  • Plugs 230 are arranged, which can engage releasably in corresponding sockets or couplings 130 on the upper end face 113 of the Spei ⁇ chermoduls 100 (or vice versa). In this case, both an attachment and an electrical contact of the functional electronics module 200 is achieved.
  • the functional electronics module 200 is adapted in its shape or outer contour to the hexagonal shape of the housing 110 of the memory module 100.
  • Fig. 2 shows the memory module 100 with attached function ⁇ onselektronikmodul 200. As is apparent from the illustration shown, seen 200 covers the function module, the electronics
  • Memory module 100 frontally from and does not surmount the lateral contours of the housing 110 and its lateral surface 112. With 140 belonging to the memory module 100 and the func ⁇ onselektronikmodul 200 protruding contact poles (cell arrester) are designated.
  • FIG. 3 shows a plurality of memory modules 100, which are in each case structurally combined with a plugged-in functional electronics module 200 in one plane to form a module composite designated overall by 10.
  • the memory modules 100 touch each other flatly on their lateral surfaces 112.
  • the mutual engagement of the form-fitting elements 121 and 122 arranged on the lateral surfaces 112 effects alignment of the memory modules 100 relative to each other as well as a certain mechanical cohesion.
  • the module assembly 10 can be used to form a honeycomb structure of arbitrarily large size (here: six-dimensional). corner honeycomb structure), wherein the spatial orientation of the individual memory modules 100 is further accomplished by the prismatic housing shape of the housing 110.
  • the interlocking elements 121 and 122 in this case ensure a "cohesion" of adjacent modules 100, depends on the specific shape of the
  • FormBankel comprise from (eg, whether the profile of the indentations / bulges is undercut or not), or whether the elements have a compliance.
  • a scheme is preferred which, as in the example shown, provides for a more or less "dense packing" of the memory modules 100 in (at least) one plane.
  • the surface of the module assembly 10 is almost completely occupied by memory modules 100.
  • Memory modules of a (not shown in Fig. 3) further level can, for. B. each coaxial with a memory module of the illustrated with Fig. 3 level can be arranged.
  • memory modules 100 with a hexagonal housing shape other than that shown can also be integrated into the module assembly 10 (eg, additional triangular memory modules for creating rectilinear edges of the relevant module assembly).
  • the module composite 10 can additionally be held together by tie rods, straps or the like. Welding, soldering, gluing or the like is advantageously dispensable and not intended in the example shown.
  • the electrical contacting of the individual memory modules 100 in the module assembly 10 is carried out in the example shown with contact bridges 300, which are plugged with respect to the polarity on the frontally arranged contact poles 140.
  • Such contact bridges 300 can be provided by the modular system in various dimensions.
  • the plugged onto the individual memory modules 100 functional electronics modules 200 are interconnected and include z. B. to a cross-bus system.
  • the electronic connection of the functional electronic modules 200 with each other is not shown in the figures. It can, for. B. be provided that such a connection by appropriate contact devices on thejanselektronik- modules 200 automatically when the memory modules 100 assembled to the module assembly 10 or if the functional ⁇ electronics module 200 after assembly of the memory modules 100 attached to this (alternative could also contact bridges are provided for the bus system).
  • Functional electronics module 200 and an associated
  • Memory module 100 may be assigned within the module network 10 has its own address in the bus system.
  • the function of electronic modules 200 are preferably formed so off that these (in the case of a defect or for the purpose of "upgrades” at ⁇ play as) can later be replaced without this, the entire module assembly 10 must be disassembled (In this With regard to aspects, for example, the profile-like elements 121, 122 which extend in the axial direction as already mentioned are advantageous). It is also preferred that the newly introduced into the module composite 10 functional electronics modules 200, automatically can log on cross-bus system due ent ⁇ speaking training of electronics.
  • the module assembly 10 if the memory modules 100 are releasably connected to each other, a relatively simple replacement of individual memory modules 100 (for example, in the case of a defect) and / or supplementing with other or other memory modules 100, wherein the exchange and / or supplementing by the automatic logging off and logging on of the respectively associated functional electronics module 200 on the bus system (as explained above), which also continues to function when removing individual functional electronics modules 200, is advantageously supported.
  • the form-fitting elements 121 and 122 on the jacket surface 112 of the housing 110 of a memory module 100 could also be designed like the form-locking elements shown in connection with the further exemplary embodiments and explained below.
  • FIG. 4 shows a memory module designated overall as 100a.
  • the memory module 100a is formed as a prismatic flat cell or cuboid cell with a cuboid housing 110a, which has a rectangular base.
  • An opposite ⁇ facing surface portions (where it is in the illustrated embodiment, the narrowilorvidab ⁇ sections), the housing 110a forming multiple End elements 123a and 126a, each comprising a plurality of form ⁇ circuit sections 124a and 125a and 127a and 128a and simultaneously serve the electrical contacting of the memory module 100a, as explained in more detail below.
  • the multiple form-fitting elements 123 a and 126 a are in the example shown as a separate z.
  • metallic (electrically conductive) components are formed, which are fixedly connected to the housing 110 and at the same time represent the terminal poles of Spei ⁇ module 100a.
  • 200a denotes a belonging to the memory module 100a function ⁇ onselektronikmodul which can be inserted detachably by means located at the bottom plugs into the corresponding sockets or couplings 130a on the end face 113a of the memory module 100a.
  • FIG. 5 shows a plurality of memory modules 100a, which are structurally combined with plugged-in functional electronic modules 200a within a plane in two rows of three to form a module cluster designated overall as 10a.
  • functional electronics modules 200a may first be plugged onto memory modules 100a and then memory modules 100a joined together, or first memory modules 100a may be assembled and then functional electronics modules 200a may be plugged.
  • the mechanical cohesion of the memory modules 100a in the module assembly 10a is accomplished by means of the multiple form-locking elements 123a and 126a whose form-fitting portions 124a and 125a and 127a and 128a engage in a form-fitting manner in the manner of a swallows ⁇ tail connection.
  • the mold end portions 124a, 125a, 127a and 128a of the positive engagement shown by axial Inei can nanderschieben ⁇ or nesting be prepared. Due to the design and arrangement of the form-locking elements 124a, 125a, 127a and 128a, the memory modules 100a can be plugged against one another at the short and at the long outer surface sections.
  • the illustrated configuration and arrangement of the mold end sections 124a, 125a, 127a and 128a is merely exemplary.
  • the parallel-connected memory modules 100a contact each other flatly on the long outer surface sections of their lateral surfaces, as shown.
  • a scheme is also given in this embodiment, within which a plurality of individual memory modules 100a can be interconnected.
  • the memory modules 100a that can be structurally combined or combined can also extend over several levels within a module network 10a.
  • the electrical contacting of the memory modules 100a is likewise accomplished in the example shown.
  • the multiple form ⁇ closing elements 123a and 126a therefore have a positive (+) and a negative (-) polarity.
  • a reverse polarity-proof electrical connection scheme can be specified.
  • the electrical connection pattern (2 times serial and 3 times parallel) shown in Figure 5 is merely exemplary. According to the same scheme, a smaller or larger module interconnection could also be assembled than the "2x3" interconnect shown (per memory module level).
  • cooling fins 400b (or cooling plates or the like) are provided here, which are arranged in the module assembly 10b between two adjacent memory modules 100b.
  • the cooling fins 400b allow efficient heat removal from the memory modules 100b via the outer surface portions in contact with the cooling fins 400b.
  • an undercut shape design here: "dovetail connection” between the cooling element 400b and on both sides thereof located memory modules 10 Ob provided.
  • corresponding recesses or recesses 150b are formed in the housings 110b of the memory modules 100b. Are in the illustrated embodiment, the off ⁇ recesses 150b in the long outer surface sections.
  • the attachment of the cooling fins 400b can be achieved by clamping action between the memory modules 100b, wherein the clamping force is applied by the interlocking form-locking elements 123b and 126b (or by their interlocking form-fitting sections).
  • the clamping force is applied by the interlocking form-locking elements 123b and 126b (or by their interlocking form-fitting sections).
  • the recesses 150b and / or the cooling fins 400b may also have other suitable geometry for a compact design and / or optimal heat dissipation. If composed of the memory modules 100b
  • Cooling elements 400b may be provided extending continuously in the axial direction over several levels.
  • Fig. 8 shows a fourth embodiment that corresponds to We ⁇ sentlichen in FIGS. 4 and 5 and the above-explained second embodiment.
  • the Form gleichab- are here sections 124c, 125c, 127c and 128c in the multiple form ⁇ circuit elements 123c and 126c without undercut (here:

Abstract

Die Erfindung betrifft elektrische Energiespeicher, insbesondere Energiespeicher für ein Kraftfahrzeug mit Elektro- oder Hybridantrieb, sowie die Herstellung derartiger Energiespeicher. Erfindungsgemäß ist ein Baukastensystem zur Herstellung eines elektrischen Energiespeichers mit mehreren baulich zusammengefassten und elektrisch untereinander verschalteten Speichermodulen (100) vorgesehen, wobei die Speichermodule (100) mit einem Gehäuse (110) ausgebildet sind und die Gehäuse (110) an ihren Außenflächen (112) korrespondierende Formschlusselemente (121, 122, 123, 126) aufweisen, so dass die Speichermodule (100) mittels dieser Formschlusselemente (121, 122, 23, 126) in einem durch die Gehäuseform und die Anordnung der Formschlusselemente (121, 122, 123, 126) vorgegebenen Schema miteinander verbunden werden können. Mit einem solchen Baukastensystem können elektrische Energiespeicher und insbesondere Großbatterien flexibel bzw. bedarfsgerecht, mit geringem Aufwand und kostengünstig hergestellt werden.

Description

Beschreibung
Baukastensystem zur Herstellung eines elektrischen Energiespeichers und mit diesem Baukastensystem hergestellter elektrischer Energiespeicher
Die Erfindung betrifft elektrische Energiespeicher, deren Herstellung, und Komponenten, die bei der Herstellung von elektrischen Energiespeichern Verwendung finden.
Elektrische Energiespeicher der hier interessierenden Art werden z. B. als so genannte Großbatterien bzw. -akkumulatoren für Kraftfahrzeuge mit Elektroantrieb oder Hybridantrieb benötigt. Vor allem bei Energiespeichern für Fahrzeuge ist die Ausnutzung eines vorhandenen Einbauraums enorm wichtig. Ferner sind auch die Herstellungskosten zu beachten. Im Hinblick hierauf sind aus dem Stand der Technik z. B. quaderförmige, so genannte "Flachzellen" bekannt, die bei der Herstellung von elektrischen Energie- speichern verschiedener Leistungsklassen verwendet werden können, indem diese Zellen zu einem "Zellenstapel" gestapelt angeordnet werden. Zur mechanischen Stabilisierung des Zellenstapels sind geeignete Haltemittel (z. B. Zuganker, Ver¬ klebung etc.) vorzusehen. Die elektrische Kontaktierung der Zellen erfolgt durch eine relativ aufwändige Verschweißung von Kontaktlaschen (oftmals Zellenableiter genannt) , die aus den einzelnen Zellen hervorstehen.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, neue Möglichkeiten aufzu- zeigen, wie elektrische Energiespeicher und insbesondere
Großbatterien flexibel bzw. bedarfsgerecht, mit geringem Aufwand und kostengünstig hergestellt werden können. Diese Aufgabe wird gemäß eines ersten Aspekts der Erfindung durch ein Baukastensystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzuge Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Baukastensystems sind in den vom Anspruch 1 abhängigen Ansprüchen angegeben.
Das erfindungsgemäße Baukastensystem dient der Herstellung eines elektrischen Energiespeichers mit mehreren zu wenigstens einem Modulverbund baulich zusammengefassten und elektrisch untereinander verschalteten Speichermodulen. Ein Speichermodul kann eine oder mehrere elektrische Zellen (wie z. B. elektrochemische Zellen, Kondensatorzellen oder dergleichen) aufweisen. Es ist vorgesehen, dass die Speichermodule mit einem Gehäuse ausge¬ bildet sind, wobei diese Gehäuse an ihren Außenflächen kor¬ respondierende Formschlusselemente aufweisen, so dass die Speichermodule mittels dieser Formschlusselemente in einem durch die Gehäuseform und die Anordnung der Formschlusselemente vorgegebenen Schema, insbesondere lösbar, miteinander verbunden werden können. Diese Verbindung kann sowohl rein mechanisch aber, alternativ oder zusätzlich, auch elektrisch (als serielle und/oder parallele Verschaltung) vorgesehen sein. Die Speichermodule können hierbei z. B. in einer Ebene oder in mehreren Ebenen angeordnet und baulich zusammengefasst werden. Der kleinste mit diesem Baukastensystem herstellbare elektrische Energiespeicher umfasst zwei Speichermodule.
Das erfindungsgemäße Baukastensystem zur Herstellung eines elektrischen Energiespeichers kann neben den speziell ausge¬ bildeten Speichermodulen (Grundbausteine) weitere Komponenten bzw. Systembausteine umfassen, wie nachfolgend noch erläutert (z. B. Funktionselektronikmodule, Kontaktbrücken, Kühlelemente etc.). Ferner kann das erfindungsgemäße Baukastensystem gleiche oder verschiedene Speichermodule (d. h. elektrisch und/oder baulich verschiedene Speichermodule, wie z. B. Speichermodule mit unterschiedlichen Gehäuseformen und/oder unterschiedlichen Formschlusselementen bzw. Formschlusselementanordnungen) umfassen .
Unter einem Schema bzw. Schemata wird ein konstruktiv vorgegebenes Verbindungsmuster für die einzelnen Speichermodule verstanden, innerhalb dessen diese Speichermodule quasi als Grundbausteine definiert (im Sinne von nicht willkürlich) oder in einer konstruktiv vorgegebenen Methode baulich zusammen- gefasst werden können und hierbei einen Modulverbund bilden.
Das erfindungsgemäße Baukastensystem ermöglicht eine flexible bzw. bedarfsgerechte, aufwandsgeringe und kostengünstige Herstellung von elektrischen Energiespeichern, wobei es sich vorrangig um Großbatterien für ein Kraftfahrzeug mit Elektro- oder Hybridantrieb handelt. Durch das Vorsehen von Formschlusselementen an den Gehäusen der Speichermodule können unter Umständen die bislang verwendeten Zuganker, Spannbänder, etc. oder Verschraubungen, Verlötungen, Verschweißungen, etc.
entfallen, womit auch die entsprechenden Produktionsanlagen zur Herstellung solcher Verbindungen entbehrlich sind. Ferner kann durch die gegebene Flexibilität eine bessere Nutzung eines vorgegebenen Einbauraums erzielt werden. Weiterhin wird auch eine einfache Skalierung sowie eine kompaktere Bauweise er¬ möglicht. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass mit dem erfindungsgemäßen Baukastensystem insbesondere beim manuellen Aufbau eines elektrischen Energiespeichers die Arbeitsvorgänge reduziert und/oder vereinfacht werden.
In einer Ausführungsform umfasst das Baukastensystem prismatische (d. h. als gerade Prismen) ausgebildete Speichermodule, wobei das Verbindungsschema vorsieht, dass die Speichermodule in einer wabenartigen Struktur nebeneinander liegend (wenigstens) eine "Speichermodulebene" ausbilden. Die Formschlusselemente sind hierbei zweckmäßigerweise an den (seitlichen) Mantelflächen der prismatischen Speichermodule bzw. Gehäuse angeordnet.
Bevorzugt gestattet das Schema eine Anordnung der Speichermodule derart, dass zumindest ein Großteil von seitlichen Mantel¬ flächenabschnitten (z. B. jeweils eben ausgebildet) flächig an einem korrespondierenden Mantelflächenabschnitt eines im Mo¬ dulverbund unmittelbar benachbarten Speichermodus anliegt.
Die elektrische Kontaktierung der zu einem Modulverbund zu- sammengefassten Speichermodule kann z. B. mittels zum Baukastensystem gehörenden Kontaktbrücken erfolgen, die (z. B. verpolungssicher) auf die Kontaktpole der Speichermodule aufgesteckt werden können. Diese Ausführungsform eignet sich besonders gut für ein Baukastensystem bzw. hierbei vorgesehene Gehäuseformen, bei welchen die einzelnen Speichermodule im Wesentlichen "dicht gepackt", d. h. im Wesentlichen lückenlos nebeneinander angeordnet werden. Die Kontaktbrücken können in diesem Fall als elektrische Verbindungen zwischen den (axialen) Stirnseiten der z. B. prismatischen Speichermodule fungieren. In einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die an den Gehäusen der Speichermodule vorhandenen Formschlusselemente derart ausgebildet sind, dass diese gleichfalls auch der elektrischen Kontaktierung der Speichermodule dienen. Derartige Formschlusselemente mit "doppelter Funktionalität", nämlich einerseits zum Zwecke einer mechanischen Fixierung bzw. Stabilisierung des Modulverbundes und andererseits zur elektrischen Kontaktierung von einander benachbarten Speichermodulen, sind bei prismatischen Speichermodulen bevorzugt im Bereich der (seitlichen) Mantelflächen der Speichermodulgehäuse angeordnet.
Die Formschlusselemente an den Außenflächen der Gehäuse der Speichermodule können z. B. als korrespondierende Rast- bzw. Klickelemente oder Hinterschnittelemente (wie z. B. Schwal¬ benschwanzverbindung) ausgebildet sein . Die Formschlusselemente sollen eine leichte Verbindbarkeit und bevorzugt auch eine einfache Trennbarkeit ermöglichen.
In einer Ausführungsform sind die Speichermodule (bzw. deren Gehäuse) prismatisch, wobei die Formschlusselemente jeweils als in Axialrichtung durchgehende Profile ausgebildet sind, so dass ein Speichermodul z. B. auch nachträglich durch axiales Herausschieben ausgetauscht werden kann.
Das erfindungsgemäße Baukastensystem kann ferner Funktions¬ elektronikmodule umfassen, die derart ausgestaltet sind, dass diese auf die Speichermodule aufgesteckt werden können (z. B. ein Funktionselektronikmodul pro Speichermodul) . Ein Funktions¬ elektronikmodul kann z. B. die Temperatur und/oder die Spannung des zugehörigen Speichermoduls überwachen und gegebenenfalls steuern. Die Überwachung und/oder Steuerung eines Speichermoduls erfolgt bevorzugt unabhängig von der Überwachung und/oder Steuerung der anderen Speichermodule durch deren Funktionselektronikmodule. Die Funktionselektronikmodule sind bevorzugt in ihrer Form an die Gehäuseform der zugehörigen Speichermodule angepasst. Insbesondere ist vorgesehen, dass diese im aufge¬ steckten Zustand in einer seitlichen Richtung nicht über die Gehäuse der Speichermodule überstehen. Bei z. B. sechseckigen Speichermodulen können die Funktionselektronikmodule demnach ebenfalls eine sechseckige Kontur besitzen.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Funktionselektronikmodule mit einem elektronischen Kommunikationsbussystem (z. B. CAN-Bus) verbindbar sind oder durch Verbindung untereinander ein solches Bussystem ausbilden, was beispielsweise über entsprechende separate Kontaktelemente bewerkstelligt werden kann. Ferner ist bevorzugt vorgesehen, dass die Funktionselektronikmodule derart ausgebildet sind, dass ein Speichermodul beim Montieren oder Demontieren (beispielsweise beim Austauschen eines defekten Speichermoduls) automatisch am Bussystem abgemeldet und/oder angemeldet wird. Durch die automatische Abmeldung kann unter Umständen auch ein Weiterbetrieb des elektrischen Energiespeichers nach Entnahme einzelner Speichermodule bewerkstelligt werden .
Das erfindungsgemäße Baukastensystem kann ferner Kühlelemente (wie z. B. Kühlbleche, Kühlfinnen und dergleichen) umfassen, die zwischen zwei miteinander zu verbindenden Speichermodulen angeordnet werden können. Insbesondere kann hierbei eine Aufsteckbarkeit der Speichermodule an den Kühlelementen vor¬ gesehen sein. Gegebenenfalls sind die Speichermodule bzw. deren Gehäuse entsprechend auszubilden, was beispielsweise durch die Ausbildung von geeigneten Ausnehmungen bewerkstelligt werden kann. In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Baukastensystem flächig ausgedehnte Kühlelemente, also z. B. Kühlplatten (z. B. im Wesentlichen rechteckig-eben), umfasst, welche mit ihren Flachseiten an korrespondierenden Mantelflächen der Speichermodule zur Anlage gebracht werden können, wobei im montierten Zustand ein zusätzlicher Zusammenhalt von einander benachbarten Speichermodulen durch das zwischengefügte (z. B. dazwischen eingeschobene) Kühlelement bewerkstelligt wird. Hierfür kann insbesondere eine hinterschnittene Formgestaltung (z. B. so genannte Schwalbenschwanzverbindung) zwischen dem Kühlelement und den beiderseits davon befindlichen Speichermodulen vorgesehen sein.
Die Gehäuse von zum erfindungsgemäßen Baukastensystem gehörenden Speichermodulen können z. B. prismatisch (d.h. als gerade Prismen) und insbesondere mit einer sechseckigen Grundfläche ausgebildet sein. Derartige Gehäuse können dann zu einem Mo¬ dulverbund in Gestalt einer Wabenstruktur und insbesondere in Gestalt einer sechseckigen Wabenstruktur verbunden bzw. baulich zusammengefasst werden. In einer solchen Wabenstruktur können ferner auch andere Gehäuseformen integriert werden, die mit entsprechenden Flächenabschnitten und Formschlusselementen ausgebildet sind.
Die Gehäuse von zum erfindungsgemäßen Baukastensystem gehörenden Speichermodule können z. B. auch quaderförmig ausgebildet sein und dadurch zu einem einreihigen oder mehrreihigen prismatischen, insbesondere quaderförmigen Zellstapel bzw. Zellverbund verbunden bzw. baulich zusammengefasst werden.
Insbesondere für quaderförmig ausgebildete Speichermodule kann sehr vorteilhaft vorgesehen sein, dass die elektrische Kon- taktierung über Kontaktelemente erfolgt, die an (z. B. ge¬ genüberliegenden) Außenflächenabschnitten der Gehäuse ausgebildet sind, wobei über diese Kontaktelemente gleichfalls auch die formschlüssige Verbindung zwischen den Speichermodulen bewerkstelligt wird. D. h. die Formschlusselemente dienen hier gleichfalls auch der elektrischen Kontaktierung der Speichermodule. Durch eine spezielle Ausgestaltung der Formschlusselemente bzw. Kontaktelemente kann eine verpolungs- sichere elektrische Kontaktierung gewährleistet werden (vgl. z. B. "Poka Yoke Prinzip") .
Mit dem ersten nebengeordneten Anspruch erstreckt sich die Erfindung gemäß eines weiteren Aspekts auf einen elektrischen Energiespeicher, insbesondere für ein Kraftfahrzeug mit Elektro- oder Hybridantrieb, wobei dieser mit einem erfindungsgemäßen Baukastensystem gemäß den vorausgehenden oder auch nachfolgenden Erläuterungen hergestellt ist.
Der erfindungsgemäße elektrische Energiespeicher umfasst somit mehrere baulich zusammengefasste und elektrisch untereinander verschaltete Speichermodule, wobei diese Speichermodule mit Gehäusen ausgebildet sind, die an ihren Außenflächen korres- pondierende Formschlusselemente aufweisen und wobei diese Speichermodule mittels dieser Formschlusselemente in einem durch die Gehäuseform und durch die Anordnung der Formschlusselemente vorgegebenen Schema, insbesondere lösbar, (zu wenigstens einem Modulverbund) miteinander verbunden sind. Des Weiteren gelten analog die vorausgehenden oder auch nachfolgenden im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Baukastensystem stehenden Erläuterungen und Weiterbildungen.
Gemäß eines noch weiteren Aspekts erstreckt sich die Erfindung auch auf ein Speichermodul, das zur Verwendung in einem erfindungsgemäßen Baukastensystem und/oder in einem erfindungsgemäßen elektrischen Energiespeicher ausgebildet ist, wozu im Einzelnen auf die diesbezüglichen vorausgehenden und nachfolgenden Erläuterungen verwiesen wird. Das erfindungsgemäße Speichermodul kann somit z. B. insbesondere die Form eines geraden Prismas aufweisen (z. B. mit dreieckiger, viereckiger oder sechseckiger Grundfläche) , wobei in diesem Fall die Formschlusselemente bevorzugt an (z. B. gegenüberliegenden) Mantelflächenabschnitten der prismatischen Form angeordnet sind. Hinsichtlich der elektrischen Kontaktierung von im fertigen Modulverbund einander benachbarten Speichermodulen können z. B. stirnseitig angeordnete Kontaktbuchsen bzw.
Kontaktkupplungen vorgesehen sein. Alternativ können seitliche Formschlusselemente gleichzeitig dieser elektrischen Kontak¬ tierung dienen. In letzterem Falle sind die Formschlusselemente metallisch oder zumindest elektrisch leitfähig vorzusehen.
Die Erfindung wird nachfolgend in nicht einschränkender Weise anhand mehrerer Ausführungsbeispiele mit Bezug auf die bei¬ gefügten Zeichnungen weiter beschrieben. Es stellen schematisch dar : Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Speichermoduls und eines zugehörigen Funktionselektronikmoduls, in einer perspektivischen Ansicht,
Fig. 2 das Speichermodul aus Fig. 1 mit aufgestecktem
Funktionselektronikmodul, in einer perspektivi¬ schen Ansicht,
Fig. 3 mehrere baulich zusammengefassten Speichermodule gemäß Fig. 1, in einer perspektivischen Ansicht,
Fig. 4 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Speicher¬ moduls und eines zugehörigen Funktionselektro¬ nikmoduls, in einer Draufsicht,
Fig. 5 mehrere baulich zusammengefasste Speichermodule gemäß Fig. 4, mit aufgesteckten Funktionselekt¬ ronikmodulen, in einer Draufsicht,
Fig. 6 ein drittes Ausführungsbeispiel eines Speicher¬ moduls und eines zugehörigen Funktionselektro¬ nikmoduls, in einer Draufsicht,
Fig. 7 mehrere baulich zusammengefasste Speichermodule gemäß Fig. 6, mit aufgesteckten Funktionselekt¬ ronikmodulen und dazwischen angeordneten Kühlfinnen, in einer Draufsicht, und
Fig. 8 ein viertes Ausführungsbeispiel eines Speicher¬ moduls und eines zugehörigen Funktionselektro¬ nikmoduls, in einer Draufsicht.
Fig. 1 zeigt ein insgesamt mit 100 bezeichnetes Speichermodul. Das Speichermodul 100 weist ein mit sechseckiger Grundfläche prismatisch ausgebildetes Gehäuse 110 auf, in dem eine Spei¬ cherzelle (insbesondere eine Rundzelle) oder auch mehrere Speicherzellen zur Speicherung von elektrischer Energie (wie beispielsweise elektrochemische Speicherzellen oder auch Kondensatorspeicherzellen) aufgenommen ist/sind. Die sechseckige Boden- bzw. Grundfläche des Gehäuses 110 (regelmäßiges Sechseck) ist mit 111 und die obere Stirnfläche ist mit 113 bezeichnet. Die sich zwischen Grundfläche 111 und Stirnfläche 113 erstreckende Mantelfläche ist mit 112 bezeichnet. Die Man- telfläche 112 weist sechs jeweils rechteckige Außenflächen¬ abschnitte auf.
Im dargestellten Beispiel sind an der Mantelfläche 112 mehrere jeweils "profilartig" in axialer Richtung verlaufende Form- Schlusselemente angeordnet. Es sind dies einerseits Einbuch¬ tungen, nämlich Nuten 121, und andererseits Ausbuchtungen, nämlich vom Gehäuse 110 abstehende Stege bzw. Wulste 122. Diese Formschlusselemente sind im dargestellten Beispiel jeweils mittig in den betreffenden Außenflächenabschnitten angeordnet. Die Formschlusselemente 121 und 122 können z. B. durch ent¬ sprechende Formgestaltung des Gehäuses im Rahmen der Fertigung des Gehäuses (z. B. aus Kunststoff) ausgebildet werden. Al¬ ternativ könnten die Formschlusselemente 121 und 122 als separate Elemente ausgebildet sein, die nachträglich fest mit dem Gehäuse 100 bzw. dessen Mantelfläche 112 verbunden wurden. Die Formschlusselemente 121 und 122 dienen der baulichen Zusammenfassung mehrerer Speichermodule 100, wie nachfolgend noch näher er¬ läutert . Die Fig. 1 zeigt ferner ein insgesamt mit 200 bezeichnetes
Funktionselektronikmodul. Das Funktionselektronikmodul 200 kann in bekannter Weise mehrere elektronische Funktionsbaugruppen und/oder -elemente zur Implementierung unterschiedlicher Funktionen umfassen, wie beispielsweise eine CSC ("Cell Supervising Circuit") zum Angleich der Spannungslage der einzelnen Zellen im Verbund und/oder mehrere Schütze bzw. Sicherungen. Das Funktionselektronikmodul 200 kann auf das Speichermodul 100 aufgesteckt werden, wozu an der Unterseite des Funktionselektronikmoduls 200 mehrere Steckkontakte bzw.
Stecker 230 angeordnet sind, die in korrespondierende Buchsen bzw. Kupplungen 130 an der oberen Stirnfläche 113 des Spei¬ chermoduls 100 lösbar eingreifen können (oder umgekehrt) . Hierbei wird sowohl eine Befestigung als auch eine elektrische Kontaktierung des Funktionselektronikmoduls 200 erreicht. Das Funktionselektronikmodul 200 ist in seiner Form bzw. Außenkontur an die sechseckige Form des Gehäuses 110 des Speichermoduls 100 angepasst . Fig. 2 zeigt das Speichermodul 100 mit aufgestecktem Funkti¬ onselektronikmodul 200. Wie aus der gezeigten Darstellung ersichtlich, deckt das Funktionselektronikmodul 200 das
Speichermodul 100 stirnseitig ab und überragt nicht die seitlichen Umrisse des Gehäuses 110 bzw. dessen Mantelfläche 112. Mit 140 sind zum Speichermodul 100 gehörende und das Funkti¬ onselektronikmodul 200 durchragende Kontaktpole ( Zellableiter) bezeichnet .
Fig. 3 zeigt mehrere Speichermodule 100, die jeweils mit einem aufgesteckten Funktionselektronikmodul 200 in einer Ebene zu einem insgesamt mit 10 bezeichneten Modulverbund baulich zu- sammengefasst sind. Die Speichermodule 100 berühren sich hierbei flächig an ihren Mantelflächen 112. Ferner wird durch den gegenseitigen Eingriff der an den Mantelflächen 112 angeordneten Formschlusselemente 121 und 122 sowohl eine Ausrichtung der Speichermodule 100 relativ zueinander als auch ein gewisser mechanischer Zusammenhalt bewerkstelligt. Durch Einbringen weiterer Speichermodule 100 kann der Modulverbund 10 zu einer im Prinzip beliebig großen Wabenstruktur (hier: Sechs- eck-Wabenstruktur) zusammengebaut werden, wobei die räumliche Ausrichtung der einzelnen Speichermodule 100 ferner durch die prismatische Gehäuseform der Gehäuse 110 bewerkstelligt wird. Inwieweit die Formschlusselemente 121 und 122 hierbei einen "Zusammenhalt" von einander benachbarten Modulen 100 gewährleisten, hängt von der konkreten Formgebung der
Formschlusselelemente ab (z. B. davon, ob das Profil der Einbuchtungen/Ausbuchtungen hinterschnitten ist oder nicht) , bzw. davon, ob die ein Elemente eine Nachgiebigkeit besitzen.
Durch die Gehäuseform der Gehäuse 110 und die Anordnung der Formschlusselemente 121 und 122 ist somit ein Schema vorgegeben, innerhalb dessen mehrere einzelne Speichermodule 100, insbe¬ sondere lösbar, miteinander verbunden werden können.
Ganz allgemein ist ein Schema bevorzugt, welches wie im gezeigten Beispiel eine mehr oder weniger "dichte Packung" der Speichermodule 100 in (wenigstens) einer Ebene vorsieht . Im gezeigten Beispiel ist die Fläche des Modulverbundes 10 praktisch vollständig mit Speichermodulen 100 besetzt. Speichermodule einer (in Fig. 3 nicht dargestellten) weiteren Ebene können z. B. jeweils koaxial zu einem Speichermodul der mit Fig. 3 veranschaulichten Ebene angeordnet sein. Im Übrigen ist denkbar, dass auch Speichermodule 100 mit einer anderen als der dargestellten sechseckigen Gehäuseform in den Modulverbund 10 integrierbar sind (z. B. zusätzliche dreieckige Speichermodule zur Schaffung geradlinig verlaufender Ränder des betreffenden Modulverbundes) .
Der Modulverbund 10 kann ergänzend durch Zuganker, Spannbänder oder dergleichen zusammengehalten werden. Ein Verschweißen, Verlöten, Verkleben oder dergleichen ist vorteilhaft entbehrlich und im gezeigten Beispiel nicht beabsichtigt. Die elektrische Kontaktierung der einzelnen Speichermodule 100 in dem Modulverbund 10 erfolgt im gezeigten Beispiel mit Kontaktbrücken 300, die unter Beachtung der Polarität auf die stirnseitig angeordneten Kontaktpole 140 aufgesteckt sind. Derartige Kontaktbrücken 300 können von dem Baukastensystem in verschiedenen Abmessungen bereit gestellt werden.
Des Weiteren sind die auf die einzelnen Speichermodule 100 aufgesteckten Funktionselektronikmodule 200 untereinander verbunden und gehören z. B. zu einem übergreifenden Bussystem. Die elektronische Verbindung der Funktionselektronikmodule 200 untereinander ist in den Figuren nicht dargestellt. Es kann z. B. vorgesehen sein, dass eine solche Verbindung durch entsprechende Kontakteinrichtungen an den Funktionselektronik- modulen 200 automatisch erfolgt, wenn die Speichermodule 100 zu dem Modulverbund 10 zusammengebaut oder wenn die Funktions¬ elektronikmodule 200 nach dem Zusammenbau der Speichermodule 100 auf diese aufgesteckt werden (Alternativ könnten auch Kontaktbrücken für das Bussystem vorgesehen werden) . Jedem
Funktionselektronikmodul 200 und einem damit verbundenen
Speichermodul 100 kann innerhalb des Modulverbunds 10 eine eigene Adresse im Bussystem zugewiesen sein.
Bevorzugt sind die Funktionselektronikmodule 200 derart aus- gebildet, dass diese auch zu einem späteren Zeitpunkt (bei¬ spielsweise im Falle eines Defekts oder zum Zwecke eines "Upgrades") ausgetauscht werden können, ohne dass hierbei der gesamte Modulverbund 10 zerlegt werden muss (In dieser Hinsicht sind z. B. die wie bereits erwähnt profilartig in Axialrichtung verlaufenden Formschlusselemente 121, 122 von Vorteil). Ferner ist bevorzugt vorgesehen, dass sich neu in den Modulverbund 10 eingebrachte Funktionselektronikmodule 200, aufgrund ent¬ sprechender Ausbildung der Elektronik, selbsttätig am übergreifenden Bussystem anmelden können. Der Modulverbund 10 erlaubt, sofern die Speichermodule 100 lösbar miteinander verbunden sind, ein verhältnismäßig einfaches Austauschen einzelner Speichermodule 100 (beispielsweise im Falle eine Defekts) und/oder das Ergänzen mit weiteren oder anderen Speichermodulen 100, wobei der Austausch und/oder das Ergänzen durch das automatische Ab- und Anmelden des jeweils zugehörigen Funktionselektronikmoduls 200 am Bussystem (wie obenstehend erläutert) , welches auch beim Herausnehmen einzelner Funktionselektronikmodule 200 weiterfunktioniert, in vor- teilhafter Weise unterstützt wird.
Abweichend von dem Beispiel gemäß der Fig. 1 bis 3 könnten die Formschlusselemente 121 und 122 an der Mantelfläche 112 des Gehäuses 110 eines Speichermoduls 100 auch wie die im Zusam- menhang mit den weiteren Ausführungsbeispielen gezeigten und nachfolgend erläuterten Formschlusselemente ausgebildet sein.
Bei der nachfolgenden Erläuterung weiterer Ausführungsbeispiele sind gleiche und/oder funktionsgleiche Komponenten jeweils mit demselben Bezugszeichen benannt. Zur Unterscheidung der einzelnen Ausführungsbeispiele werden jedoch ergänzend die
Buchstaben a, b und c verwendet. Dabei wird im Wesentlichen nur auf die Unterschiede zu dem bzw. den bereits beschriebenen Ausführungsbeispielen eingegangen und im Übrigen hiermit ausdrücklich auf die Beschreibung vorangegangener Ausführungsbeispiele verwiesen.
Fig. 4 zeigt ein insgesamt mit 100a bezeichnetes Speichermodul. Das Speichermodul 100a ist als prismatische Flachzelle bzw. Quaderzelle mit einem quaderförmigen Gehäuse 110a ausgebildet, welches eine rechteckige Grundfläche aufweist. An gegenüber¬ liegenden Außenflächenabschnitten (wobei es sich bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel um die schmalen Außenflächenab¬ schnitte handelt) weist das Gehäuse 110a multiple Form- Schlusselemente 123a und 126a auf, die jeweils mehrere Form¬ schlussabschnitte 124a und 125a sowie 127a und 128a umfassen und die gleichzeitig auch der elektrischen Kontaktierung des Speichermoduls 100a dienen, wie nachfolgend noch näher er- läutert. Die multiplen Formschlusselemente 123a und 126a sind im gezeigten Beispiel als separate z. B. metallische (elektrisch leitfähige) Bauteile ausgebildet, die fest mit dem Gehäuse 110 verbunden sind und gleichzeitig die Anschlusspole des Spei¬ chermoduls 100a darstellen.
Mit 200a ist ein zum Speichermodul 100a gehörendes Funkti¬ onselektronikmodul bezeichnet, das mittels an der Unterseite befindlichen Steckern in die korrespondierenden Buchsen bzw. Kupplungen 130a an der Stirnfläche 113a des Speichermoduls 100a lösbar eingesteckt werden kann.
Fig. 5 zeigt mehrere Speichermodule 100a, die mit aufgesteckten Funktionselektronikmodulen 200a innerhalb einer Ebene in zwei Dreierreihen zu einem insgesamt mit 10a bezeichneten Modul- verbünd baulich zusammengefasst sind. Für den Zusammenbau können je nach dem zuerst die Funktionselektronikmodule 200a auf die Speichermodule 100a aufgesteckt und dann die Speichermodule 100a zusammengefügt werden, oder es werden zuerst die Speichermodule 100a zusammengefügt und dann die Funktionselektronikmodule 200a aufgesteckt.
Der mechanische Zusammenhalt der Speichermodule 100a in dem Modulverbund 10a wird mittels der multiplen Formschlusselemente 123a und 126a bewerkstelligt, deren Formschlussabschnitte 124a und 125a sowie 127a und 128a in der Art einer Schwalben¬ schwanzverbindung formschlüssig ineinander greifen. Je nach Ausgestaltung der Formschlussabschnitte 124a, 125a, 127a und 128a kann der dargestellte Formschluss durch axiales Inei¬ nanderschieben oder Ineinanderstecken hergestellt werden. Durch die Ausbildung und Anordnung der Formschlusselemente 124a, 125a, 127a und 128a können die Speichermodule 100a an den kurzen und an den langen Außenflächenabschnitten aneinander gesteckt werden. Die gezeigte Ausbildung und Anordnung der Form- Schlussabschnitte 124a, 125a, 127a und 128a ist jedoch lediglich beispielhaft. In dem herstellbaren Modulverbund 10a berühren sich die parallel geschalteten Speichermodule 100a flächig an den langen Außenflächenabschnitten ihren Mantelflächen, wie gezeigt .
Durch die Gehäuseform der Gehäuse 110a und die Anordnung und/oder Ausgestaltung der Formschlusselemente 123a und 126a ist auch bei diesem Ausführungsbeispiel ein Schema vorgegeben, innerhalb dessen mehrere einzelne Speichermodule 100a miteinander ver- bunden werden können. Die baulich zusammen zu fassenden oder zusammengefassten Speichermodule 100a können sich innerhalb eines Modulverbunds 10a auch über mehrere Ebenen erstrecken.
Mittels der multiplen Formschlusselemente 123a und 126a wird im gezeigten Beispiel gleichfalls die elektrische Kontaktierung der Speichermodule 100a bewerkstelligt. Die multiplen Form¬ schlusselemente 123a und 126a weisen daher eine positive ( + ) und eine negative (-) Polarität auf. Durch Ausgestaltung der Formschlusselemente 123a und 126a bzw. der daran befindlichen Formschlussabschnitte 124a, 125a, 127a und 128a, kann ein verpolungssicheres elektrisches Verbindungsschema vorgegeben werden. Das in Fig. 5 gezeigte elektrische Verbindungsmuster (2 mal seriell und 3 mal parallel) ist lediglich beispielhafter Art. Gemäß demselben Schema könnte auch ein kleinerer oder ein größerer Modulverbund als der gezeigte "2x3"-Verbund (pro Speichermodulebene) zusammengesetzt werden.
Für das in den Fig. 4 und 5 gezeigte und zuvor erläuterte zweite Ausführungsbeispiel gelten analog die Erläuterungen im Zu- sammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel (vgl. Fig. 1 bis 3) und umgekehrt.
Die Fig. 6 und 7 zeigen ein drittes Ausführungsbeispiel, das im Wesentlichen dem in den Fig. 4 und 5 gezeigten und obenstehend erläuterten zweiten Ausführungsbeispiel entspricht. Abweichend zum zweiten Ausführungsbeispiel sind hier Kühlfinnen 400b (oder Kühlbleche oder dergleichen) vorgesehen, die im Modulverbund 10b zwischen zwei benachbarten Speichermodulen 100b angeordnet sind. Die Kühlfinnen 400b ermöglichen eine effiziente Wärmeabfuhr aus den Speichermodulen 100b über die mit den Kühlfinnen 400b in Kontakt befindlichen Außenflächenabschnitte. Vorteilhaft ist eine hinterschnittene Formgestaltung (hier: "Schwalbenschwanzverbindung") zwischen dem Kühlelement 400b und den beiderseits davon befindlichen Speichermodulen 10 Ob vorgesehen .
Um den in Fig. 7 gezeigten Aufbau eines Modulverbunds 10b zu ermöglichen, sind in den Gehäusen 110b der Speichermodule 100b entsprechende Ausnehmungen bzw. Aussparungen 150b ausgebildet. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel befinden sich die Aus¬ nehmungen 150b in den langen Außenflächenabschnitten.
Die Befestigung der Kühlfinnen 400b kann durch Klemmwirkung zwischen den Speichermodulen 100b erzielt werden, wobei die Klemmkraft durch die ineinandergreifenden Formschlusselemente 123b und 126b (bzw. durch deren ineinandergreifenden Formschlussabschnitte) aufgebracht wird. Alternativ oder ergänzend kann auch eine Verklebung (mit Wärmeleitkleber) oder sonstige Befestigung formschlüssiger oder stoffschlüssiger Art vorge- sehen sein.
Durch die Kühlfinnen 400b und die korrespondierenden Ausnehmungen 150b in den Gehäusen 110b wird ferner auch eine höhere mechanische Stabilität zwischen den Speichermodulen 100b er- reicht. Die Aussparungen 150b und/oder die Kühlfinnen 400b können auch andere für eine kompakte Bauweise und/oder eine optimale Wärmeabfuhr geeignete Geometrie aufweisen. Falls der aus den Speichermodulen 100b zusammengesetzte
Energiespeicher mehrere Ebenen von Modulverbunden aufweist, so können die betreffenden Kühlelemente (hier: Kühlfinnen 400b) sich in Axialrichtung über mehrere Ebenen durchgehend erstreckend vorgesehen sein.
Im Übrigen gelten für das in den Fig. 6 und 7 gezeigte und zuvor erläuterte dritte Ausführungsbeispiel analog die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem zweiten Ausführungsbeispiel (vgl. Fig. 4 und 5) und umgekehrt.
Fig. 8 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel, dass im We¬ sentlichen dem in den Fig. 4 und 5 gezeigten und obenstehend erläuterten zweiten Ausführungsbeispiel entspricht. Abweichend zum zweiten Ausführungsbeispiel sind hier die Formschlussab- schnitte 124c, 125c, 127c und 128c an den multiplen Form¬ schlusselementen 123c und 126c ohne Hinterschnitt (hier:
halbkreisförmig) ausgebildet. Im Übrigen gelten für das in Fig. 8 gezeigte vierte Ausführungsbeispiel analog die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem zweiten Ausführungsbeispiel (vgl. Fig. 4 und 5) und/oder dritten Ausführungsbeispiel (vgl. Fig. 6 und 7) und umgekehrt.

Claims

Patentansprüche
1. Baukastensystem zur Herstellung eines elektrischen Energiespeichers mit mehreren baulich zusammengefassten und elektrisch untereinander verschalteten Speichermodulen
(100), wobei die Speichermodule (100) mit einem Gehäuse (110) ausgebildet sind und die Gehäuse (110) an ihren Außenflächen (112) korrespondierende Formschlusselemente (121, 122, 123, 126) aufweisen, so dass die Speichermodule (100) mittels dieser Formschlusselemente (121, 122, 123, 126) in einem durch die Gehäuseform und die Anordnung der Formschlusselemente (121, 122, 123, 126) vorgegebenen Schema mitei¬ nander verbunden werden können, dadurch gekennzeichnet, dass die Formschlusselemente (123, 126) derart ausgebildet sind, dass diese gleichfalls der elektrischen Kontaktierung, insbesondere verpolsicheren Kontaktierung, der Speichermodule (100) dienen.
2. Baukastensystem nach Anspruch 1, wobei die Formschluss- elemente (121, 122, 123, 126) an den Außenflächen (112) der
Gehäuse (110) als korrespondierende Rastelemente oder Hinterschnittelemente ausgebildet sind.
3. Baukastensystem nach einem der vorausgehenden Ansprüche, ferner umfassend Funktionselektronikmodule (200), die auf die Speichermodule (100) aufsteckbar sind.
4. Baukastensystem nach Anspruch 3, wobei die Funktionselektronikmodule (200) mit einem Bussystem verbindbar sind oder durch Verbindung untereinander ein Bussystem ausbilden.
5. Baukastensystem nach Anspruch 4, wobei die Funktionselektronikmodule (200) derart ausgebildet sind, dass ein damit verbundenes Speichermodul (200) automatisch am Bussystem abgemeldet und/oder angemeldet wird.
Baukastensystem nach einem der vorausgehenden Ansprüche, ferner umfassend Kühlelemente (400), die zwischen zwei miteinander zu verbindenden Speichermodulen (100) angeordnet werden können.
Baukastensystem nach einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei die Gehäuse (110) der Speichermodule prismatisch und insbesondere mit einer sechseckigen Grundfläche ausgebildet sind und somit zu einer Wabenstruktur und insbesondere zu einer sechseckigen Wabenstruktur verbunden werden können.
Baukastensystem nach einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei die Gehäuse (110) der Speichermodule (100) quader¬ förmig ausgebildet sind und zu einem einreihigen oder mehrreihigen Zellstapel (10) verbindbar sind.
Baukastensystem nach einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei die elektrische Kontaktierung über Kontaktelemente
(123, 126) an gegenüberliegenden Außenflächenabschnitten der Gehäuse (110) erfolgt, wobei über diese Kontaktelemente
(123, 126) gleichfalls auch die formschlüssige Verbindung zwischen den Speichermodulen (100) bewerkstelligt wird.
Elektrischer Energiespeicher, insbesondere für ein
Kraftfahrzeug mit Elektro- oder Hybridantrieb, mit mehreren baulich zusammengefassten und elektrisch untereinander verschalteten Speichermodulen (100) , wobei dieser mit einem Baukastensystem gemäß einem der vorausgehenden Ansprüche hergestellt ist.
Elektrisches Speichermodul (100), das zur Verwendung in einem Baukastensystem und/oder in einem elektrischen Energiespeicher gemäß einem der vorausgehenden Ansprüche ausgebildet ist.
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