WO2022073684A1 - Elektrischer energiespeicher - Google Patents

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WO2022073684A1
WO2022073684A1 PCT/EP2021/073558 EP2021073558W WO2022073684A1 WO 2022073684 A1 WO2022073684 A1 WO 2022073684A1 EP 2021073558 W EP2021073558 W EP 2021073558W WO 2022073684 A1 WO2022073684 A1 WO 2022073684A1
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housing
energy store
lib
electrical energy
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Torsten Franke
Dave Andre
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Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
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Definitions

  • the invention relates to an electrical energy store for motor vehicles, in particular a lithium-ion store and a method for constructing a lithium-ion store for use in vehicles, such as known as on-board batteries, high-voltage stores or traction batteries.
  • the electrical energy store in particular a lithium-ion store, is referred to as an energy store for short.
  • DE 10 2019 110 007 B4 discloses an energy store (in the form of a lithium-ion store) that has a storage space with two horizontally separate compartments (or housing parts), in which the horizontal partition is designed as a cooling plate in which the cell assembly hangs in the lower installation space and is connected to the cooling plate with good thermal conductivity and in which the cell contact and the hazard opening of each cell are directed downwards.
  • the horizontal partition is designed as a cooling plate in which the cell assembly hangs in the lower installation space and is connected to the cooling plate with good thermal conductivity and in which the cell contact and the hazard opening of each cell are directed downwards.
  • the invention relates to an electrical energy store for installation in a motor vehicle, consisting of at least two housing parts,
  • first housing part is not provided for accommodating storage cells and a second housing part is provided for accommodating all storage cells
  • first housing part is provided for installation in the motor vehicle as the upper housing part and the second housing part is provided for installation in the motor vehicle as the lower housing part,
  • first housing part can be closed with a removable first cover
  • the second housing part is formed by a non-removable second cover as a closed capsule.
  • a central housing part is arranged between the two housing parts, which horizontally separates the two housing parts and contains an intermediate space for a cooling fluid to flow through.
  • the first housing part is designed to accommodate the memory electronics and has electrical connections projecting outwards.
  • the storage electronics of the first housing part and the storage cells of the second housing part are electrically connected to an electrical contact, e.g. a cable harness, whose passage(s) through the middle part of the housing is (are) provided with seal(s).
  • an electrical contact e.g. a cable harness
  • the seal is designed to be resistant to bursting pressure.
  • the second housing part contains a cell pack with the storage cells, the housing of which is built in State are aligned vertically, and arranged below the cell pack frame.
  • the frame which is directed downwards (in the installed state) has a framework of support elements which act as force-absorbing housing extensions for the cells.
  • the support elements are designed either as a separate support below a cell housing or as an extension of the cell housing or as a support tube that completely surrounds the cell(s) and additionally has a cavity.
  • the second cover has at least one material thinning in some areas, which acts as a predetermined crack point in the event of a critical overpressure in the accumulator.
  • the cell pack is protected from damage in the event of a side and longitudinal crash by a gap to the outer boundaries of the second housing part, which is at least partially reinforced by plastoelastic material filling the gaps.
  • the invention is based on the following considerations:
  • the invention is intended to help reduce the cost of the energy store (e.g. in the form of a lithium-ion store, also often abbreviated to "LiB").
  • the energy store e.g. in the form of a lithium-ion store, also often abbreviated to "LiB”
  • an energy storage device is proposed which, in addition to this known state, has the following properties:
  • the energy storage device is divided into an electronics installation space facing the vehicle interior and a hermetically sealed cell installation space facing the vehicle exterior. Due to the hermetic sealing of the cell installation space, there is no need for seals and devices for degassing and/or condensate removal. Furthermore, exposure to moisture and corrosion of elements of the cell pack are excluded and, in the event of a hazard, cell ejections are prevented from penetrating into the vehicle interior.
  • the hermetically sealed connection leads to a high rigidity of the arrangement.
  • the overpressure relief function takes place through cracks in the wall of the cell installation space on the outside of the vehicle. The protection of the cell pack in side and longitudinal crashes is reinforced by force-distributing plasto-elastic material.
  • the plastoelastic material directs the intrusion forces quasi-hydraulically around the cell pack or between the cells, which means that more material can be involved in the crash absorption and the forces are at least partially converted from compressive to tensile forces and in this form of the wall of the cell construction space are applied, which leads to improved material utilization.
  • the cells are evenly pressurized from all sides, which reduces the risk of cell damage in the event of a crash.
  • the plastoelastic material can have intumescent properties in order to support the propagation stop at the cell level.
  • the protection of the cell pack in the event of a bollard crash is provided by the transmission of force from the wall of the cell installation space facing the roadway via an intermediate element in the area of the cell contact between the cells or onto the cell wall and through this to the wall of the cell installation space facing the inside of the vehicle, which supports both the power transmission on the body structure of the vehicle and includes the cooling function for the cells.
  • the intermediate element also reduces the effect by separating the degassing spaces of the individual cells of a cell hazard and thereby increases protection against thermal propagation. Separating the electronics installation space from the cell installation space protects the electronics in the event of a hazard to the battery and ensures that it continues to function.
  • the arrangement of the electronics installation space on the inside of the vehicle enables protection against moisture, increased temperature and high mechanical stress with the means commonly used in vehicle construction, for example for infotainment electronics. Furthermore, the electronic components can be serviced without opening the cell installation space.
  • the partition wall between the two installation spaces is used to cool the cell pack and electronics.
  • FIG. 2a shows a possible first embodiment of the support elements forming the frame according to the invention
  • the first housing part 2 is directed in the direction of the vehicle interior (i.e. upwards when installed), preferably serves to accommodate the storage electronics 6 and has electrical connections 7 that are directed outwards.
  • the second housing part 3 is directed in the direction of the vehicle exterior (i.e. downwards in the installed condition directed to the roadway) and serves to accommodate the storage cells 17 (also called cells for short), which are designed in particular as a cell pack 8 .
  • the cells 17 can be round cells or prismatic cells, for example.
  • the storage electronics 6 and the cell pack 8 are electrically connected, for example, to an electrical contact 9, the passage of which through the central housing part 1 is preferably provided with a hermetic seal 10 that is resistant to bursting pressure is.
  • the first housing part 2 is provided with a cover 11 which is attached and sealed to the middle part 1 and can be repeatedly removed in order to enable servicing of the electronic components.
  • the second housing part 3 is hermetically sealed with a central housing part 1 which cannot be removed again, e.g. B. welded, crimped or glued, cover 12 is provided.
  • the second housing part 3 is designed as a closed capsule by the housing middle part 1 and by the non-removable cover 12 .
  • the middle part 1 consists of two deep-drawn, stamped z. B. plates 1a and 1b welded together with flat sections 1c and 1d, which provide the thermal contact surfaces for the storage electronics 6 and the cell pack 8.
  • the first plate 1a includes holes 1e and 1f for the attachment of the terminals 5 and the connectors 7, and a flange for the attachment of the first cover 11.
  • the second plate 1b includes a flange or edge for attaching the second cover 12.
  • 1a, 1b, 12 can be made of metal, plastic or a multi-layer plastic-metal composite and at least partially provided with electrical insulation, e.g. foil be.
  • the cell pack 8 preferably consists of a (in the installed state) downward-facing frame 13, cell contacts 14, connections for cell sensing 15, electrical connections 16 for the cell pack side of the electrical contact 9, the cells 17, an adhesive bond or filler 19 between the Cells 17 and a soft encapsulation 20 around the cell contacts 14 and the cell sensors 15.
  • the filler 19 can be made of the same material as the soft encapsulation 20 and can be introduced together with it. In a preferred embodiment, these consist of a hard paraffin.
  • the cell contacts 14, the cell sensors 15 and the connections 16 are at least partially preassembled in the frame 13 and form an ensemble 21, which in a first alternative 18a with the second cover 12 and the middle part 1 or in a second alternative 18b with the cells 17 and the middle part 1 can be firmly connected.
  • the connection can be made, for example, by an application adhesive or by double-sided adhesive films that are preferably good thermal conductors by pre-application on one of the elements to be connected or by welding.
  • a carrier 21 which serves to position the cells 17 .
  • the carrier 21 can, for example, have spikes in the interstices of the storage cells 17 in a known manner if these are in the form of round cells.
  • the frame 13 can be designed as part of the carrier 21 and also serves as a force-transmitting element from the second cover 12 to the middle part 1 or to the cell wall 17a for the transmission of forces from bollard crashes to the middle part 1 , and as a partition of the individual cells 17 assigned Degassing spaces 22 among themselves for directing gases and particles ejected from cells 17 in the event of a hazard and protecting neighboring cells 17.
  • the frame 13 comprises a framework of support elements 30 which act as force-absorbing housing extensions of the cells 17.
  • a support element 30 can be designed either as a separate support below a cell housing (FIG. 2a) or as an extension of the cell housing or as a support tube that completely surrounds the cell and also has a cavity H (FIG. 2b).
  • the support elements 30 preferably have integrated electrical connections for forming the cell contacts 14 and/or the connections for the cell sensors 15 and/or the electrical connections 16 for the cell pack side of the electrical contact 9 .
  • the support elements 30 can be parts of the carrier 21 .
  • the second cover 12 contains at least one material thinning 12a, at least in some areas, which acts as a predetermined crack point in the event of a critical overpressure in the accumulator and limits the overpressure in a controlled manner.
  • a plurality of material thinnings 12a are preferably implemented on the front, rear and/or underside of the second cover 12 .
  • the predetermined crack point is represented by a local weakening of the hermetically sealed connection 12b of the middle housing part 1 and the second cover 12.
  • the cell pack 8 is preferably also protected from damage in the event of a side and longitudinal crash by an intermediate space 23 to the outer boundaries of the second housing part 3 .
  • this protection is at least partially reinforced by the plastoelastic material 24 filling the gaps 23, which spread locally acting forces over a larger area and redirect the direction of the force hydraulically, thereby including the entire storage system in the absorption of the crash energy.
  • the plastoelastic material 24 consists of a little compressible, light plastic granulate, mineral filler, sand, cork, sawdust, wax, fluid or a combination thereof, which fills the gaps 23 .
  • the plastoelastic material has intumescent properties.
  • the plastoelastic material 24 can be packed in tubes or the like. In a further embodiment, the plastoelastic material 24 consists of preformed profiles. In a further embodiment, the adhesive or filler 19 and plastoelastic material 24 and possibly soft casting 20 consist of the same material and are introduced in a common production step.
  • the storage electronics 6 preferably contain the cell monitor 6a, the protective switching devices 6b, the battery management system 6c and optionally converters 6d for supplying other voltage levels in the vehicle, converters 6e for connecting vehicle-external supply voltages and switching devices, safety devices and filters 6f for current consumers in the vehicle.
  • the elements of the storage electronics 6 are at least partially connected to the cell pack 8 via the electronics side of the electrical contacting 9 and to the connections 7 via further electrical connections 25 .
  • the connections 7 and the other connections 25 are combined in one component, eg a picktail.
  • 3 schematically shows advantageous steps for constructing the energy store LiB according to the invention:
  • the cells 17 are inserted.
  • the middle part of the housing 1 is put on and glued.
  • the bond 19 is applied between the cells 17 by pouring an adhesive.
  • the cells 17 are provided with the cell contacts 14 and the electrical contacts 9 are connected.
  • the carrier 21 is cast, the cells 17 being enclosed with the cell contacts 14 and the cell sensors 15.
  • Plastoelastic material 24 is introduced into the at least one intermediate space 23.
  • the second cover 12 is put on and permanently connected (e.g. glued) to the middle part 1 of the housing.
  • the energy store LiB with all of the aforementioned parts except for the first cover 11 is cured after it has been glued, welded or connected in some other way.
  • the energy storage is turned.
  • the storage electronics 6 are assembled.
  • the storage electronics 6 and the electrical connections 25 are connected to the electrical contact 9 .
  • the detachable cover 11 is closed and the resulting overall arrangement of the energy store LiB is tested and removed for installation in the motor vehicle.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Energiespeicher für den Einbau in ein Kraftfahrzeug bestehend aus mindestens zwei Gehäuseteilen, - wobei ein erstes Gehäuseteil nicht zur Aufnahme von Speicherzellen und ein zweites Gehäuseteil zur Aufnahme aller Speicherzellen vorgesehen ist, - wobei das erste Gehäuseteil für den Einbau im Kraftfahrzeug als oberes Gehäuseteil und das zweite Gehäuseteil für den Einbau im Kraftfahrzeug als unteres Gehäuseteil vorgesehen ist, - wobei das erste Gehäuseteil mit einer abnehmbaren ersten Abdeckung verschließbar ist und - wobei das zweite Gehäuseteil durch eine nicht wieder abnehmbare zweite Abdeckung als geschlossene Kapsel ausgebildet ist.

Description

Elektrischer Energiespeicher
Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Energiespeicher für Kraftfahrzeuge, insbesondere auf einen Lithium-Ionen-Speicher und auf ein Verfahren zum Aufbau eines Lithium-Ionen-Speichers für den Einsatz in Fahrzeugen, wie z.B. als Bordnetzbatterien, Hochvoltspeicher oder Traktionsbatterien bekannt. Im Folgenden wird der elektrische Energiespeicher, insbesondere Lithium-Ionen-Speicher, kurz als Energiespeicher bezeichnet.
Aus der DE 10 2019 110 007 B4 ist beispielsweise ein Energiespeicher (in Form eines Lithium-Ionen-Speichers) bekannt, der einen Speicherbauraum mit zwei horizontal getrennten Abteilungen (bzw. Gehäuseteile) aufweist, bei dem die horizontale Trennwand als Kühlplatte ausgeführt ist, bei dem im unteren Bauraum der Zellverbund hängend und gut thermisch leitend mit der Kühlplatte verbunden ist und bei dem die Zellkontaktierung sowie die Hazard-Öffnung jeder Zelle nach unten gerichtet sind.
Auf dem Tesla „Battery-Day“ am 22.09.2020 (Live-Mitschnitt unter https://www.youtube.com/embed/l6T9xleZTds) wurde ein Energiespeicher (in Form eines Lithium-Ionen-Speichers) vorgestellt, bei dem es sich um einen verlorenen Speicher handelt, der durch eine feste Zellverklebung mit dem Gehäuse eine hohe Steifigkeit aufweist, dessen Zellverbund im Fehlerfall aber nicht reparierbar ist.
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Energiespeicher für Kraftfahrzeuge und insbesondere einen Lithium-Ionen-Speicher für Kraftfahrzeuge möglichst kostengünstig weiter zu verbessern. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Die abhängigen Patentansprüche sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
Die Erfindung betrifft einen elektrischen Energiespeicher für den Einbau in ein Kraftfahrzeug bestehend aus mindestens zwei Gehäuseteilen,
- wobei ein erstes Gehäuseteil nicht zur Aufnahme von Speicherzellen und ein zweites Gehäuseteil zur Aufnahme aller Speicherzellen vorgesehen ist,
- wobei das erste Gehäuseteil für den Einbau im Kraftfahrzeug als oberes Gehäuseteil und das zweite Gehäuseteil für den Einbau im Kraftfahrzeug als unteres Gehäuseteil vorgesehen ist,
- wobei das erste Gehäuseteil mit einer abnehmbaren ersten Abdeckung verschließbar ist und
- wobei das zweite Gehäuseteil durch eine nicht wieder abnehmbare zweite Abdeckung als geschlossene Kapsel ausgebildet ist.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen den beiden Gehäuseteilen ein Gehäusemittelteil angeordnet, welches die zwei Gehäuseteile horizontal trennt und einen Zwischenraum für ein durchströmendes Kühlfluid enthält.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das erste Gehäuseteil zur Aufnahme der Speicherelektronik ausgestalte und weist nach außen ragende elektrische Verbindungen auf.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Speicherelektronik des ersten Gehäuseteils und die Speicherzellen des zweiten Gehäuseteils mit einer elektrische Kontaktierung, z.B. einem Kabelbaum, elektrisch verbunden, deren Durchtritt(e) durch das Gehäusemittelteil mit Dichtung(en) versehen ist (sind).
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Dichtung berstdruckfest ausgestaltet.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung enthält das zweite Gehäuseteil einen Zellpack mit den Speicherzellen, deren Gehäuse im eingebauten Zustand vertikal ausgerichtet sind, sowie einen unterhalb des Zellpacks angeordneten Rahmen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der (im eingebauten Zustand) nach unten gerichteten Rahmen ein Gerüst von Stützelementen auf, die als kraftaufnehmende Gehäuseverlängerungen der Zellen wirken.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Stützelemente entweder als separate Abstützung unterhalb eines Zellgehäuses oder als Verlängerung des Zellgehäuses oder als ein die Zelle(n) vollständig umfassendes und zusätzlich einen Hohlraum aufweisendes Stützrohr ausgebildet.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die zweite Abdeckung mindestens eine bereichsweise Materialausdünnung auf, welche bei einem kritischen Überdruck im Speicher als Sollrissstelle wirkt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Zellpack vor einer Beschädigung bei Seiten- und Längscrash durch einen Zwischenraum zu den äußeren Begrenzungen des zweiten Gehäuseteils geschützt, der zumindest teilweise durch die Zwischenräume ausfüllendes plastoelastisches Material verstärkt ist.
Der Erfindung liegen folgende Überlegungen zugrunde:
Die Erfindung soll zur Kostenreduktion des Energiespeichers (z.B. in Form eines Lithium-Ionen-Speichers, auch häufig mit „LiB“ abgekürzt) beitragen. Aufbauend auf dem allgemein vorbekannten Stand der Technik wird ein Energiespeicher vorgeschlagen, der über diesen bekannten Stand hinaus folgende Eigenschaften ausweist:
- crash- und pollersicher
- hermetisch dichter Zellbauraum
- auf Zelllevel selbstverlöschend (d.h., Propagationsstopp auf Zelllevel)
- Speicherelektronik ist kühlbar, wartbar und wechselbar Der Nachteil der allgemein bekannten Technik ist, dass ein Energiespeicher sehr hohe Aufwendungen für die Funktionen Crash- und Pollersicherheit, für den Schutz gegen Feuchtigkeit und gegen Thermal Propagation sowie für die Zuverlässigkeit und Hazardfestigkeit der Elektronikkomponenten erfordern. Die Lösung dieser Probleme ist Gegenstand der Erfindung.
Der erfindungsgemäße Energiespeicher ist in einen zum Fahrzeuginnenraum gerichteten Elektronikbauraum und in einen zum Fahrzeugaußenraum gerichteten hermetisch dichten Zellbauraum unterteilt. Durch die hermetische Abdichtung des Zellbauraumes kann auf Dichtungen und Einrichtungen zur Entgasung- und/oder Kondensatabfuhr verzichtet werden. Weiterhin werden Feuchtigkeitsbelastung sowie Korrosion von Elementen des Zellpacks ausgeschlossen sowie im Hazardfall ein Eindringen von Zellauswurf in den Fahrzeuginnenraum verhindert. Die hermetisch dichte Verbindung führt zu einer hohen Steifigkeit der Anordnung. Die Funktion Überdruckentlastung erfolgt durch Sol Irissstel len der Wandung des Zellbauraumes im Fahrzeugaußenbereich. Der Schutz des Zellpacks bei Seiten- und Längscrash wird durch kraftverteilendes plastoelastisches Material verstärkt. Das plastoelastische Material lenkt quasihydraulisch die Intrusionskräfte lateral um den Zellpack herum bzw. zwischen den Zellen hindurch, wodurch zum einen mehr Material an der Crash-Absorption beteiligt werden kann als auch die Kräfte zumindest teilweise von Druck- in Zugkräfte gewandelt und in dieser Form der Wandung des Zellbauraumes beaufschlagt werden, was zu einer verbesserten Materialausnutzung führt. Zusätzlich werden durch die quasihydraulische Kraftverteilung die Zellen gleichmäßig von allen Seiten mit Druck beaufschlagt, was die Gefahr einer Zellbeschädigung durch Crash vermindert. Dabei kann das plastoelastische Material intumeszierenden Eigenschaften aufweisen, um den Propagationsstopp auf Zellebene zu unterstützen. Der Schutz des Zellpacks bei Pollercrash erfolgt durch eine Kraftdurchleitung von der zur Fahrbahn gerichteten Wandung des Zellbauraums über ein Zwischenelement im Bereich der Zellkontaktierung zwischen den Zellen hindurch bzw. auf die Zellwand sowie durch diese auf die zur Fahrzeuginnenseite gerichtete Wand des Zellbauraumes, welche sowohl die Kraftübertragung auf die Karosseriestruktur des Fahrzeuges übernimmt als auch die Kühlfunktion für die Zellen beinhaltet. Das Zwischenelement vermindert zudem durch Vereinzelung der Entgasungsräume der einzelnen Zellen die Wirkung eines Zellhazards und erhöht dadurch den Schutz vor Thermal Propagation. Die Abtrennung des Elektronikbauraumes vom Zellbauraum schützt die Elektronik bei einem Hazard der Batterie und stellt deren weitere Funktion sicher. Die Anordnung des Elektronikbauraumes auf der Fahrzeuginnenseite ermöglicht den Schutz vor Feuchtigkeit, erhöhter Temperatur und hoher mechanischer Belastung mit im Fahrzeugbau beispielsweise für Infotainmentelektronik gebräuchlichen Mitteln. Des Weiteren ist die Servicefähigkeit der Elektronikkomponenten möglich, ohne den Zellbauraum zu öffnen. Die Trennwand zwischen den beiden Bauräumen dient zur Kühlung von Zellpack und Elektronik.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigt
Fig. 1 eine vorteilhafte Gesamtanordnung des erfindungsgemäßen Energiespeichers,
Fig. 2a eine mögliche erste Ausgestaltung der den erfindungsgemäßen Rahmen bildenden Stützelemente,
Fig. 2b eine mögliche zweite Ausgestaltung der den erfindungsgemäßen Rahmen bildenden Stützelemente und
Fig. 3 ein beispielhaftes Fertigungsverfahren für diese Energiespeicheranordnung.
In Fig. 1 ist ein Energiespeicher LiB dargestellt, der aus einem Gehäusemittelteil 1 besteht, welches zwei Gehäuseteile 2 und 3 des Energiespeichers LiB horizontal trennt und einen Zwischenraum für ein strömendes Kühlfluid 4 enthält, welcher durch Anschlüsse 5 mit einem äußeren Kühlkreislauf verbunden werden kann. Das erste Gehäuseteil 2 ist in Richtung eines Fahrzeuginnenraumes (im eingebauten Zustand also nach oben) gerichtet, dient vorzugsweise zur Aufnahme der Speicherelektronik 6 und besitzt nach außen gerichtete elektrische Verbindungen 7. Das zweite Gehäuseteil 3 ist in Richtung Fahrzeugaußenraum (im eingebauten Zustand also nach unten zur Fahrbahn) gerichtet und dient zur Aufnahme der Speicherzellen 17 (auch kurz Zellen genannt), die insbesondere als Zellpack 8 ausgestaltet sind. Die Zellen 17 können beispielsweise Rundzellen oder prismatische Zellen sein. Die Speicherelektronik 6 und der Zellpack 8 sind beispielsweise mit einer elektrischen Kontaktierung 9 elektrisch verbunden, deren Durchtritt vorzugsweise durch das Gehäusemittelteil 1 mit einer hermetischen berstdruckfesten Dichtung 10 versehen ist. Das erste Gehäuseteil 2 ist mit einer am Gehäusemittelteil 1 angebrachten und gedichteten sowie wiederholt abnehmbaren Abdeckung 11 versehen, um den Service der Elektronikkomponenten zu ermöglichen.
Das zweite Gehäuseteil 3 ist hermetisch dicht mit einer am Gehäusemittelteil 1 nicht wieder abnehmbaren, z. B. verschweißten, verbörtelten oder verklebten, Abdeckung 12 versehen. Mit anderen Worten ist das zweite Gehäuseteil 3 durch das Gehäusemittelteil 1 und durch die nicht abnehmbare Abdeckung 12 als geschlossene Kapsel ausgebildet.
Vorzugsweise besteht das Gehäusemittelteil 1 aus zwei tiefgezogenen, gestanzten z. B. miteinander verschweißten Platten 1a undl b mit ebenen Abschnitten 1c und 1 d, welche die Wärmekontaktflächen für die Speicherelektronik 6 und den Zellpack 8 bereitstellen. Die erste Platte 1a beinhaltet Durchbrüche 1e und 1f für die Anbringung der Anschlüsse 5 und der Verbindungen 7 sowie einen Flansch für die Anbringung der ersten Abdeckung 11 . Die zweite Platte 1b beinhaltet einen Flansch bzw. Rand für die Anbringung der zweiten Abdeckung 12. 1 a, 1 b, 12 können dabei aus Metall, Kunststoff bzw. einem mehrschichtigen Kunststoff-Metallverbund bestehen und zumindest teilweise mit einer elektrischen Isolation, z.B. Folie versehen sein.
Der Zellpack 8 besteht vorzugsweise aus einem (im eingebauten Zustand) nach unten gerichteten Rahmen 13, Zellkontaktierungen 14, Anschlüssen für die Zellsensierung 15, elektrischen Anschlüssen 16 für die Zellpackseite der elektrischen Kontaktierung 9, der Zellen 17, einer Verklebung bzw. Füllstoff 19 zwischen den Zellen 17 sowie aus einem Weichverguss 20 um die Zellkontaktierungen 14 und die Zellsensierungen 15. Dabei kann der Füllstoff 19 vom gleichen Material wie der Weichverguss 20 und gemeinsam mit diesem eingebracht werden. In einer bevorzugten Ausführungsform bestehen diese aus einem Hartparaffin. Dabei sind die Zellkontaktierungen 14, die Zellsensierungen 15 und die Anschlüsse 16 zumindest teilweise im Rahmen 13 vormontiert und bilden ein Ensemble 21 , das in einer ersten Alternative 18 a mit der zweiten Abdeckung 12 und dem Gehäusemittelteil 1 oder in einer zweiten Alternative 18b mit den Zellen 17 und dem Gehäusemittelteil 1 fest verbunden sein kann. Die Verbindung kann dabei z.B. durch einen Auftragskieber als auch durch doppelseitig klebende bevorzugt gut wärmeleitende Folien als auch durch eine Vorapplikation an einem der zu verbindenden Elemente oder durch eine Schweißung erfolgen.
Weiterhin ist ein Träger 21 vorgesehen, der zur Positionierung der Zellen 17 dient. Der Träger 21 kann beispielsweise in bekannter Weise Dornen in den Zwischenräumen der Speicherzellen 17 aufweisen, wenn diese als Rundzellen ausgestaltet sind.
Der Rahmen 13 kann als Teil des Trägers 21 ausgestaltet sein und dient zudem als kraftübertragendes Element von der zweiten Abdeckung 12 zum Gehäusemittelteil 1 bzw. auf die Zellwand 17a zur Durchleitung von Kräften aus Pollercrashs zum Gehäusemittelteil 1 , sowie als Abschottung der den einzelnen Zellen 17 zugeordneten Entgasungsräume 22 untereinander zur Lenkung aus Zellen 17 ausgeworfener Gase und Partikel im Hazardfall und Schutz benachbarter Zellen 17.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst der Rahmen 13 ein Gerüst von Stützelementen 30, die als kraftaufnehmende Gehäuseverlängerungen der Zellen 17 wirken. Dabei kann ein Stützelement 30 entweder als separate Abstützung unterhalb eines Zellgehäuses (Fig. 2a) oder als Verlängerung des Zellgehäuses oder als ein die Zelle vollständig umfassendes und zusätzlich einen Hohlraum H aufweisendes Stützrohr (Fig. 2b) ausgebildet sein. Die Stützelemente 30 weisen vorzugsweise integrierte elektrische Verbindungen zur Ausgestaltung der Zellkontaktierungen 14 und/oder der Anschlüsse für die Zellsensierungen 15 und/oder die elektrischen Anschlüssen 16 für die Zellpackseite der elektrischen Kontaktierung 9 auf. Weiterhin können die Stützelemente 30 Teile des Trägers 21 sein.
Die zweite Abdeckung 12 enthält mindestens eine zumindest bereichsweise Matenalausdünnung 12a, welche bei einem kritischen Überdruck im Speicher als Sollrissstelle wirkt und den Überdruck kontrolliert begrenzt. Vorzugsweise sind mehrere Matenalausdünnungen 12a an der Vorder-, Hinter- und/oder Unterseite der zweiten Abdeckung 12 ausgeführt. In einer weiteren Ausführung befindet sich je eine Matenalausdünnung 12a unterhalb jedem Entgasungsraum 22. In einer weiteren Ausführung wird die Sollrissstelle durch lokale Schwächung der hermetisch dichten Verbindung 12b vom Gehäusemittelteil 1 und der zweiten Abdeckung 12 dargestellt.
Der Zellpack 8 wird vorzugsweise vor einer Beschädigung bei Seiten- und Längscrash auch durch einen Zwischenraum 23 zu den äußeren Begrenzungen des zweiten Gehäuseteils 3 geschützt. In einer bevorzugten Ausführung wird dieser Schutz zumindest teilweise durch die Zwischenräume 23 ausfüllendes plastoelastisches Material 24 verstärkt, welche lokal wirkende Kräfte auf eine größere Fläche spreizen sowie die Kraftrichtung hydraulisch um lenken und dadurch den gesamten Speicherverbund in die Absorption der Crash-Energie einbezieht. In einer möglichen Ausführungsform besteht das plastoelastische Material 24 aus einem wenig kompressiblen leichten Kunststoffgranulat, mineralischem Füllstoff, Sand, Kork, Sägemehl, Wachs, Fluid oder einer Kombination davon, welches die Zwischenräume 23 ausfüllt. In einer vorteilhaften Ausführung hat das plastoelastische Material intumeszierende Eigenschaften. Dabei kann das plastoelastische Material 24 in Schläuche oder ähnlichem verpackt sein. In einer weiteren Ausführungsform besteht das plastoelastische Material 24 aus vorgeformten Profilen. In einer weiteren Ausführung bestehen Verklebung bzw. Füllstoff 19 und plastoelastisches Material 24 und ggf. Weichverguss 20 aus dem gleichen Material und werden in einem gemeinsamen Fertigungsschritt eingebracht.
Die Speicherelektronik 6 beinhaltet vorzugsweise die Zellüberwachung 6a, die Schutzschalteinrichtungen 6b, das Batteriemanagementsystem 6c sowie optional Wandler 6d zur Versorgung weiterer Spannungsebenen im Fahrzeug, Wandler 6e zur Anbindung fahrzeugexterner Versorgungsspannungen und Schalteinrichtungen, Sicherungseinrichtungen sowie Filter 6f für Stromverbraucher des Fahrzeuges. Die Elemente der Speicherelektronik 6 sind zumindest teilweise über die Elektronikseite der elektrischen Kontaktierung 9 mit dem Zellpack 8 sowie mit weiteren elektrischen Verbindungen 25 mit den Verbindungen 7 verbunden. In einer vorteilhaften Ausführung sind die Verbindungen 7 und die weiteren Verbindungen 25 in einer Komponente, z.B. Picktail, zusammengefasst. Fig. 3 zeigt schematisch vorteilhafte Schritte zum Aufbau des erfindungsgemäßen Energiespeichers LiB:
1. Der Träger 21 mit Rahmen 13 wird aufgelegt.
2. Die Zellen 17 werden eingesetzt.
3. Das Gehäusemittelteil 1 wird aufgesetzt und verklebt.
4. Die bisherige Anordnung wird gewendet.
5. Die Verklebung 19 wird durch Eingießen eines Klebers zwischen die Zellen 17 angebracht.
6. Die Zellen 17 werden mit den Zellkontaktierungen 14 versehen und die elektrische Kontaktierung 9 wird angeschlossen.
7. Der Träger 21 wird ausgegossen, wobei die Zellen 17 mit den Zellkontaktierungen 14 und den Zellsensierungen 15 umschlossen werden.
8. Plastoelastisches Material 24 wird in den mindestens einen Zwischenraum 23 eingebracht.
9. Die zweite Abdeckung 12 wird aufgesetzt und unlösbar mit dem Gehäusemittelteil 1 verbunden (z. B. verklebt).
10. Der Energiespeicher LiB mit allen vorgenannten Teilen außer der ersten Abdeckung 11 wird nach dem Verkleben, Schweißen oder anderweitigen Verbinden ausgehärtet.
11 . Der Energiespeicher wird gewendet.
12. Die Speicherelektronik 6 wird montiert.
13. Die Speicherelektronik 6 und die elektrischen Verbindungen 25 werden mit der elektrischen Kontaktierung 9 verbunden.
14. Die lösbare Abdeckung 11 wird geschlossen und die so entstandene Gesamtanordnung des Energiespeichers LiBgeprüft und für den Einbau im Kraftfahrzeug entnommen.

Claims

Patentansprüche
1 . Elektrischer Energiespeicher (LiB) für den Einbau in ein Kraftfahrzeug bestehend aus mindestens zwei Gehäuseteilen (2, 3),
- wobei ein erstes Gehäuseteil (2) nicht zur Aufnahme von Speicherzellen (17) und ein zweites Gehäuseteil (3) zur Aufnahme von Speicherzellen (17) vorgesehen ist,
- wobei das erste Gehäuseteil (2) für den Einbau im Kraftfahrzeug als oberes Gehäuseteil und das zweite Gehäuseteil (3) für den Einbau im Kraftfahrzeug als unteres Gehäuseteil (3) vorgesehen ist,
- wobei das erste Gehäuseteil (2) mit einer abnehmbaren ersten Abdeckung (11 ) verschließbar ist und
- wobei das zweite Gehäuseteil (3) durch eine nicht wieder abnehmbare zweite Abdeckung (12) als geschlossene Kapsel ausgebildet ist.
2. Elektrischer Energiespeicher (LiB) nach Patentanspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den beiden Gehäuseteilen (2, 3) ein Gehäusemittelteil (1 ) angeordnet ist, welches die zwei Gehäuseteile (2, 3) horizontal trennt und einen Zwischenraum für ein durchströmendes Kühlfluid (4) enthält.
3. Elektrischer Energiespeicher (LiB) nach einem der vorangegangenen Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Gehäuseteil (2) zur Aufnahme der Speicherelektronik (6) ausgestaltet ist und nach außen ragende elektrische Verbindungen (7) aufweist.
4. Elektrischer Energiespeicher (LiB) nach einem der vorangegangenen Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Speicherelektronik (6) des ersten Gehäuseteils (2) und die Speicherzellen (17) des zweiten Gehäuseteils (3) mit einer elektrischen Kontaktierung (9) elektrisch verbunden sind, dessen Durchtritt durch das Gehäusemittelteil (1 ) mit einer Dichtung (10) versehen ist.
5. Elektrischer Energiespeicher (LiB) nach dem vorangegangenen Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (10) berstdruckfest ausgestaltet ist.
6. Elektrischer Energiespeicher (LiB) nach einem der vorangegangenen Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Gehäuseteil (3) einen Zellpack (8) mit den Speicherzellen (17), deren Gehäuse im eingebauten Zustand vertikal ausgerichtet sind, sowie einen unterhalb des Zellpacks (8) angeordneten Rahmen (13) enthält.
7. Elektrischer Energiespeicher (LiB) nach dem vorangegangenen Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der nach unten gerichteten Rahmen (13) ein Gerüst von Stützelementen 30 aufweist, die als kraftaufnehmende Gehäuseverlängerungen der Zellen (17) wirken.
8. Elektrischer Energiespeicher (LiB) nach dem vorangegangenen Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützelemente (30) entweder als separate Abstützung unterhalb eines Zellgehäuses oder als Verlängerung des Zellgehäuses oder als ein die Zelle (17) vollständig umfassendes und zusätzlich einen Hohlraum aufweisendes Stützrohr ausgebildet sind.
9. Elektrischer Energiespeicher (LiB) nach einem der vorangegangenen Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Abdeckung (12) mindestens eine bereichsweise Matenalausdünnung (12a) aufweist, welche bei einem kritischen Überdruck im Speicher als Sollrissstelle wirkt.
10. Elektrischer Energiespeicher (LiB) nach einem der vorangegangenen Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zellpack (8) vor einer Beschädigung bei Seiten- und Längscrash durch einen Zwischenraum (23) zu den äußeren Begrenzungen des zweiten Gehäuseteils (3) geschützt ist, der zumindest teilweise durch die Zwischenräume (23) ausfüllendes plastoelastisches Material (24) verstärkt ist.
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