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Die Erfindung betrifft elektrische Energiespeicher für ein Fahrzeug. Insbesondere betrifft die Erfindung die Kosten- und Bauraum-effektive Anordnung von elektrischen Energiespeichern in einem mehrspurigen (insbesondere zweispurigen) Straßenkraftfahrzeug.
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Elektrische Traktionsspeicher (z. B. Hochvolt (HV) oder Niedervolt (NV) Energiespeicher) für Fahrzeuge bestehen typischerweise aus standardisierten Speichermodulen mit einer bestimmten Anzahl von Speicherzellen (z. B. 12 Speicherzellen). Diese Speichermodule können in vielfältiger Weise miteinander verschaltet werden (z. B. können intern in einem Speichermodul 1, 2, 3, 4, oder 6 Speicherzellen parallel geschaltet werden; des Weiteren kann ein beliebige Anzahl von Speichermodulen parallel geschaltet werden). Jedes Modul umfasst typischerweise eine eigene Kühleinheit, die mit dem Speichermodul verklebt sein kann. Alternativ kann für eine Vielzahl von Speichermodulen eine gemeinsame Kühleinheit bereitgestellt werden, die mittels einer separaten Druckfeder an die Speichermodule gedrückt wird, um das Kühlmodul mit den Speichermodulen zu kontaktieren.
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Die Verwendung von einer Vielzahl von separaten, standardisierten Speichermodulen in einem Fahrzeug führt zu einem relativ hohen Bedarf an Bauraum. Des Weiteren führt die Verwendung von einer Vielzahl von Speichermodulen zu einem relativ hohen Aufwand für die Anbindung an eine Tragstruktur des Fahrzeugs und für die Kühlung.
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Das vorliegende Dokument befasst sich mit der technischen Aufgabe, den Aufwand und den Bauraum für den Verbau von elektrischen Energiespeichern in einem Fahrzeug, insbesondere in einem mehrspurigen Straßenfahrzeug, zu reduzieren.
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Die Aufgabe wird durch die unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen werden u. a. in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Gemäß einem Aspekt wird ein Speichermodul für ein Fahrzeug beschrieben. Das Speichermodul ist eingerichtet, elektrische Energie für den Betrieb einer elektrischen Antriebsmaschine des Fahrzeugs zu speichern. Das Speichermodul umfasst eine Vielzahl von plattenförmigen, elektrischen Speicherzellen, die in eine Längsrichtung des Speichermoduls hochkant nebeneinander angeordnet sind. Dabei kann eine Speicherzelle z. B. ein oder mehrere Li-Ionen-Zellen umfassen. Die Speicherzelle kann eine Leerlaufspannung aufweisen, die von der Zellentechnologie abhängt. Typische Leerlaufspannungen liegen im Bereich von 3–4 V. Die Vielzahl von plattenförmigen elektrischen Speicherzellen kann auch als Stapel von Speicherzellen bezeichnet werden. Die Speicherzellen können dabei ähnlich wie Bücher in einem Bücherregal nebeneinander angeordnet sein.
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Das Speichermodul umfasst weiter ein Gehäuse, das als einstückiges Bauteil die Vielzahl von plattenförmigen Speicherzellen in Längsrichtung an zumindest drei Seiten umschließt. Das Gehäuse ist dabei derart ausgebildet, dass es Zugkräfte in Längsrichtung aufnehmen kann. So kann mittels Druckplatten ein Druck auf die Vielzahl von Speicherzellen ausgeübt werden, um die Speicherzellen zusammenzupressen, und um so ein kompaktes Speichermodul bereitzustellen. Des Weiteren ist das Gehäuse derart ausgebildet, dass das Gehäuse das Speichermodul gegen Durchbiegen quer zu der Längsrichtung (d. h. in vertikaler Richtung bzw. Z-Richtung in Bezug auf das Fahrzeug, in das das Speichermodul eingebaut werden soll) versteift. Somit kann das Speichermodul auch bei Verwendung einer relativ hohen Anzahl von Speicherzellen selbstragend ausgebildet sein.
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Das Speichermodul umfasst weiter zwei Druckplatten, die an, in Längsrichtung entgegengesetzten, Enden bzw. Stirnflächen des Speichermodules angeordnet sind, und die eingerichtet sind, in Zusammenwirken mit dem Gehäuse die Vielzahl von plattenförmigen elektrischen Speicherzellen zusammenzudrücken. Insbesondere kann der Stapel von Speicherzellen mittels der Druckplatten zusammengedrückt werden, um die Speicherzellen zu kompaktieren. Desweiteren kann durch die Druckplatten verhindert werden, dass die Speicherzellen ausbauchen, was sich negativ auf die Lebensdauer der Speicherzellen auswirken könnte. Die Druckplatten können dann (im zusammengedrückten Zustand) an dem Gehäuse befestigt werden (z. B. können die Druckplatten mit dem Gehäuse verschweißt werden), so dass die Speicherzellen in dem kompaktierten Zustand verbleiben.
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Es kann somit ein selbstragendes Speichermodul mit einer relativ hohen Anzahl von Speicherzellen bereitgestellt werden. Insbesondere kann das Speichermodul 40 oder mehr plattenförmige Speicherzellen umfassen, die hochkant nebeneinander angeordnet sind. So können relativ lange Speichermodule bereitgestellt werden (in diesem Dokument auch als Langmodule bezeichnet), die in Bauraum- und Kosten-effizienter Weise in einem Fahrzeug verbaut werden können.
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Das Gehäuse kann ein U-förmiges Gehäuse umfassen, das die Vielzahl von Speicherzellen in Längsrichtung an drei Seiten umschließt. Der Stapel von Speicherzellen kann dann von der offenen Seite des U-förmigen Gehäuses in das Gehäuse eingeführt werden. Das U-förmige Gehäuse kann dann mittels einer Abdeckung abgedeckt und weiter versteift werden. Dabei kann die Abdeckung Öffnung für die elektrischen Kontakte der Speicherzellen umfassen.
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Alternativ kann das Gehäuse ein Tunnelgehäuse umfassen, das die Vielzahl von Speicherzellen in Längsrichtung an vier Seiten umschließt. Der Stapel von Speicherzellen kann dann von einem Ende bzw. von einer Stirnseite des Tunnelgehäuses eingeführt werden. Durch die Verwendung eines U-förmigen Gehäuses oder eines Tunnelgehäuses kann ein selbsttragendes Speichermodul bereitgestellt werden.
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Das Fahrzeug, in das das Speichermodul eingebaut werden soll, kann eine maximale verfügbare Einbaulänge zum Einbau von Speichermodulen aufweisen. Beispielsweise kann es vorgesehen sein, über die gesamte Breite des Fahrzeugs (quer zu einer Fahrtrichtung des Fahrzeugs) Speichermodule einzubauen, so dass die maximal verfügbare Einbaulänge der gesamten Breite des Fahrzeugs entspricht. Alternativ oder ergänzend kann es vorgesehen sein, über eine bestimmte Länge des Fahrzeugs (in Fahrtrichtung) Speichermodule einzubauen, so dass diese Länge der maximal verfügbaren Einbaulänge entspricht. Aufgrund der selbsttragenden Eigenschaft des Speichermoduls wird es ermöglicht, dass die Länge des Speichermoduls in Längsrichtung der maximal verfügbaren Einbaulänge im Fahrzeug entspricht.
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Insbesondere kann sich das Speichermodul über die gesamte verfügbare Breite bzw. Länge eines Fahrzeugs erstrecken. Es wird somit ermöglicht, das Speichermodul in Bauraum- und Kosten-effizienter Weise am Fahrzeug zu befestigen (z. B. direkt an den Längs- und/oder Querträgern des Fahrzeugs).
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Das Speichermodul kann eine Zwischendruckplatte zwischen zwei (oder mehr) Teilgruppen von Speicherzellen der Vielzahl von Speicherzellen umfassen. Insbesondere kann das Speichermodul eine Vielzahl von Teilgruppen von Speicherzellen umfassen, wobei zwischen jeder der Vielzahl von Teilgruppen jeweils mindestens eine Zwischendruckplatte angeordnet ist. Die Zwischendruckplatte ist dabei (im kompaktierten Zustand) an dem Gehäuse fixiert (z. B. verschweißt). Die Zwischendruckplatte kann ein T-Profil aufweisen, um zumindest eine Speicherzelle an einer Seite zu stützen. Durch eine Zwischendruckplatte können die Speicherzellen innerhalb des Speichermoduls besser fixiert werden, gegen Aufwölbung geschützt werden und/oder in vertikaler Richtung gestützt werden. So können die selbsttragenden Eigenschaften des Speichermoduls weiter verbessert werden.
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Die Vielzahl von Speicherzellen kann in mindestens zwei Teilgruppen aufgeteilt sein. Dabei können die Speicherzellen der Teilgruppen jeweils elektrisch in Reihe geschaltet sein, wobei eine (verschaltete) Teilgruppe von Speicherzellen eine elektrische Spannung aufweist, die kleiner als oder gleich wie 60 V ist. Die mindestens zwei Teilgruppen können derart ausgebildet sein, dass die mindestens zwei Teilgruppen über eine trennbare Steckverbindung, insbesondere über einen Jumper, elektrisch in Reihe geschaltet werden können. Es wird somit ermöglicht, das Speichermodul (bei getrennter Steckverbindung) in sicherer Weise zu verbauen. Erst bei Inbetriebnahme innerhalb des Fahrzeugs können dann über die Steckverbindung Spannungen im HV-Bereich aktiviert werden.
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Das Speichermodul umfasst typischerweise eine Kühleinheit, die eingerichtet ist, die Vielzahl von Speicherzellen zu kühlen (mittels eines Kühlmediums). Dabei kann die Kühleinheit bereits vor Einbau des Speichermoduls in ein Fahrzeug in das Speichermodul verbaut werden. Insbesondere kann die Kühleinheit fest mit dem Speichermodul verbunden (z. B. verklebt) werden. Die Kühleinheit umfasst eine Kühlplatte, die sich in Längsrichtung entlang einer (als gekühlte Seite bezeichneten) Seite der Vielzahl von Speicherzellen erstreckt. Desweiteren umfasst die Kühleinheit zumindest einen Zulauf- und/oder Ablaufflansch, über den ein Kühlmedium zu der Kühlplatte hin und/oder von der Kühlplatte weg befördert werden kann. Der Zulauf- und/oder Ablaufflansch kann dabei platzsparend entlang einer Kante des Gehäuses parallel zu einer der Druckplatten verlaufen.
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Die Kühlplatte kann eine Vielzahl von Kanälen umfassen, durch die das Kühlmedium von dem Zulauf- und/oder Ablaufflansch weg entlang der gekühlten Seite der Vielzahl von Speicherzellen oder entlang der gekühlten Seite der Vielzahl von Speicherzellen zu dem Zulauf- und/oder Ablaufflansch hin befördert werden kann.
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Das Speichermodul kann ein erstes Gehäuse mit einer ersten Vielzahl von plattenförmigen elektrischen Speicherzellen und ein zweites Gehäuse mit einer zweiten Vielzahl von plattenförmigen elektrischen Speicherzellen umfassen. Das erste Gehäuse und das zweite Gehäuse können in Längsrichtung nebeneinander angeordnet sein. Das erste Gehäuse weist eine erste gekühlte Gehäusewand und das zweite Gehäuse eine zweite gekühlte Gehäusewand auf (in Längsrichtung entlang des jeweiligen Stapels von Speicherzellen). Dabei berührt die erste gekühlte Gehäusewand die Kühlplatte auf einer ersten Seite und die zweite gekühlte Gehäusewand berührt die Kühlplatte auf einer, der ersten Seite gegenüberliegenden, zweiten Seite, so dass die erste Vielzahl von plattenförmigen elektrischen Speicherzellen und die zweite Vielzahl von plattenförmigen elektrischen Speicherzellen durch die (gemeinsame) Kühlplatte gekühlt werden. Durch die Verwendung einer einzigen Kühleinheit für zwei Stapel von Speicherzellen können der Bauraum und die Kosten für die Bereitstellung eines elektrischen Energiespeichers in einem Fahrzeug weiter reduziert werden.
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Das Speichermodul kann zumindest einen Zellstempel umfassen, der eingerichtet ist, ein oder mehrere der Speicherzellen an ein Gehäusewand des Gehäuses zu drücken. Insbesondere kann der zumindest eine Zellstempel eingerichtet sein, ein oder mehrere der Speicherzellen von einer bestimmten Gehäusewand des Gehäuses weg zu drücken und an die, der bestimmten Gehäusewand gegenüberliegenden, Gehäusewand zu drücken. Zu diesem Zweck kann der Zellstempel eine Druckfeder umfassen. Der Zellstempel kann insbesondere eingerichtet sein, ein oder mehrere der Speicherzellen an eine gekühlte Gehäusewand des Gehäuses zu drücken. So kann die Fixierung und die Kühlung der Speicherzellen weiter verbessert werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein mehrspuriges (insbesondere zweispuriges) Straßenkraftfahrzeug (z. B. ein Personenkraftwagen oder ein Lastkraftwagen) beschrieben, das eine elektrische Maschine zum Antrieb des Straßenkraftfahrzeugs umfasst. Des Weiteren umfasst das Straßenkraftfahrzeug ein in diesem Dokument beschriebenes Speichermodul, das eingerichtet ist, elektrische Energie für den Betrieb der elektrischen Maschine bereitzustellen.
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Das Straßenfahrzeug kann einen Längsträger und/oder einen Querträger umfassen. Das Speichermodul (insbesondere das Gehäuse des Speichermoduls) kann dabei direkt an dem Längsträger und/oder dem Querträger befestigt sein.
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Es ist zu beachten, dass die in diesem Dokument beschriebenen Vorrichtungen und Systeme sowohl alleine, als auch in Kombination mit anderen in diesem Dokument beschriebenen Vorrichtungen und Systemen verwendet werden können. Des Weiteren können jegliche Aspekte der in diesem Dokument beschriebenen Vorrichtung und Systemen in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale der Ansprüche in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden.
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Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben.
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Dabei zeigen
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1a eine beispielhafte Anordnung von Speichermodulen in einem Fahrzeug;
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1b ein beispielhaftes Langmodul für ein Fahrzeug;
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1c beispielhafte Gehäuse für ein Speichermodul;
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1d eine beispielhafte Kühleinheit für ein Speichermodul;
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1e eine beispielhafte Anbindung eines Langmoduls an einen Träger eines Fahrzeugs;
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2a bis 2e zeigen Ansichten von beispielhaften Langmodulen mit unterschiedlichen Gehäusen; und
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3a und 3b zeigen einen beispielhaften Zellstempel zur Fixierung der Speicherzellen in einem Speichermodul.
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Wie eingangs dargelegt, befasst sich das vorliegende Dokument mit der Bauraum- und Kosten-effizienten Anordnung von elektrischen Energiespeichern in einem Fahrzeug. Die elektrischen Energiespeicher werden dabei zur Speicherung von elektrischer Energie für den Betrieb eines Antriebsmotors des Fahrzeugs verwendet.
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Typischerweise werden in einem Fahrzeug mehrere, gleich aufgebaute, Speichermodule 100 verbaut (wie in 1a dargestellt). Die Speichermodule 100 weisen dabei typischerweise Außenabmessungen von weniger als 50 cm bzw. 70 cm in allen Richtungen auf. Die Speichermodule 100 umfassen eine Vielzahl von Speicherzellen (z. B. 12 Speicherzellen), Die Speicherzellen werden durch Zuganker 102 und Druckplatten 101 zusammengepresst, um ein kompaktiertes Speichermodul 100 zu bilden. Die einzelnen Speicherzellen können über elektrische Kontakte 103 an eine elektrische Antriebsmaschine bzw. an Leistungselektronik des Fahrzeugs angeschlossen werden.
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Die Verwendung von einer Vielzahl von Speichermodulen 100 erfordert einen relativ hohen Bedarf an Bauraum. Insbesondere werden für jedes Speichermodul 100 jeweils 2 Druckplatten 101 benötigt. Des Weiteren werden für die einzelnen Speichermodule 100 separate Kühleinheiten benötigt. Alternativ kann anhand von Federn eine gemeinsame Kühlschiene an die separaten Speichermodule 100 angepresst werden, was jedoch zusätzlichen Bauraum und zusätzliche Komponenten erfordert. Es ergibt sich somit ein relativ hoher Aufwand für die Kühlung der Speichermodule 100. Des Weiteren erfordert die Anbindung der Speichermodule 100 an das Fahrzeug typischerweise eine dedizierte Tragstruktur, was ebenfalls mit einem relativ hohen Aufwand verbunden ist.
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1b zeigt ein modifiziertes Speichermodul 110 (in diesem Dokument als Langmodul bezeichnet), das eine erhöhte Anzahl von Speicherzellen umfasst, und das speziell an die Dimensionen eines bestimmten Fahrzeugs angepasst werden kann. Das Langmodul 110 kann z. B. eine Länge (senkrecht zu den gestapelten Speicherzellen) von 1 m bis 1,2 m bzw. 1,5 m aufweisen. Das Langmodul 110 umfasst z. B. 48 Speicherzellen oder mehr. Dabei kann das Langmodul 110 derart ausgebildet sein, dass es bei einer Queranordnung (d. h. quer zu einer Fahrtrichtung des Fahrzeugs) substantiell die gesamte Fahrzeugbreite einnimmt. Alternativ kann das Langmodul 110 bei einer Längsanordnung (in Fahrtrichtung) den maximal möglichen Bauraum in Längsrichtung einnehmen.
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Die Speicherzellen des Langmoduls 110 können in einem Gehäuse 112 angeordnet sein, wobei das Gehäuse Zuganker umfasst. Die Speicherzellen können durch Druckplatten 111 innerhalb des Gehäuses 112 zusammengepresst werden, um eine Einheit zu bilden. Ggf. kann das Langmodul 110 zwischen Teilgruppen von Speicherzellen Zwischendruckplatten 114 umfassen, um eine möglichst gleichmäßige Druckverteilung innerhalb des Langmoduls 110 zu erreichen und um das Langmodul 110 zu stabilisieren. Durch Zwischendruckplatten 114 können Vertikalkräfte eines Zellstapels (d. h. einer Gruppe von Speicherzellen) an tragenden Zugankern des Gehäuses 112 abgestützt werden.
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Das Langmodul 110 kann selbsttragend ausgeführt werden. Es wird so ermöglicht, dass das Langmodul 110 z. B. ausschließlich über die Druckplatten 111 am Fahrzeug (z. B. an einem Längsträger) des Fahrzeugs befestigt wird. So kann der Aufwand für den Einbau eines elektrischen Energiespeichers im Fahrzeug reduziert werden.
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Ein Langmodul 110 kann zusammen mit einer einzigen Kühleinheit in einem Stück vormontiert werden. Insbesondere kann dabei die Kühleinheit mit dem Langmodul verklebt werden, wodurch eine Bauraum-effiziente Anordnung im Fahrzeug ermöglicht wird.
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Die einzelnen Speicherzellen des Langmoduls 110 können über Kontakte 113 mit einer elektrischen Maschine bzw. Leistungselektronik des Fahrzeugs verbunden werden. Die Kontakte 113 eines Langmoduls 110 können ggf. für den Einbau in das Fahrzeug nur teilweise miteinander verbunden sein. Insbesondere können nur Teilgruppen der Speicherzellen eines Langmoduls 110 miteinander in Reihe geschaltet sein, so dass die Spannung an einer Teilgruppe von Speicherzellen im NV-Bereich (z. B. bei 60 V oder weniger) liegt (ggf. können darüber hinaus zumindest einige Speicherzellen innerhalb eines Langmoduls 110 parallel geschaltet sein). Des Weiteren können Jumper vorgesehen werden, durch die zwei Teilgruppen von Speicherzellen miteinander in Reihe geschaltet werden können. So kann das Handling eines Langmoduls 110 bei Montage, Lagerhaltung und Service vereinfacht werden, da erst durch das Stecken der Jumper ein HV-Energiespeicher entsteht.
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Das Gehäuse 112 des Langmoduls 110 kann zumindest teilweise geschlossen sein. Insbesondere kann das Gehäuse 112 des Langmoduls 110 die Speicherzellen eines Langmoduls 110 an mindestens drei Seiten umschließen. 1c zeigt ein beispielhaftes Tunnelgehäuse 120 in einer Seitenansicht (senkrecht zu den Druckplatten 111). Das Tunnelgehäuse 120 weist vier Wände 121 auf, die den Stapel von Speicherzellen in einer Längsrichtung entlang der Seiten des Stapels von Speicherzellen umschließen (und die zumindest teilweise als Zuganker verwendet werden können). An zumindest einer der Wände 121 befindet sich eine Kühleinheit 122 zur Kühlung der Speicherzellen. An einer weiteren Wand 121 (die typischerweise der Wand 121 der Kühleinheit 122 entgegengesetzt ist) befinden sich Öffnungen für die Kontakte 113 der Speicherzellen. Die weitere Wand 121 mit den Öffnungen für die Kontakte 113 kann dabei derart angeordnet sein, dass sich die Kontakte 113 der Speicherzellen im eingebauten Zustand des Speichermoduls 110 an einer senkrecht zur Fahrbahn verlaufenden Seite des Speichermoduls 110 befinden.
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Bei der Montage eines Langmoduls 110 (z. B. in einem Tunnelgehäuse 120) kann zunächst ein Stapel von Speicherzellen vorbereitet werden. Dabei können die Speicherzellen durch Isolierfolien voneinander isoliert sein. Des Weiteren kann der Stapel von Speicherzellen an den jeweiligen Enden bzw. Stirnflächen jeweils eine Druckplatte 111 aufweisen. Des Weiteren kann eine gekühlte Seiten des Stapels von Speicherzellen (die der Kühleinheit 122 zugewandt ist) mit einer thermischen Kontaktmasse bestrichen werden, durch die ein thermisch leitender Kontakt zwischen den Speicherzellen und einer gekühlten Wand 121 des Gehäuses 112, 120 hergestellt werden kann. Der Stapel von Speicherzellen kann dann über die Stirnfläche in ein Tunnelgehäuse 120 eingefügt werden. Des Weiteren kann der Stapel an die gekühlte Wand 121 gepresst werden, an der sich die Kühleinheit 122 befindet. Zu diesem Zweck kann das Tunnelgehäuse 120 eine größere Breite aufweisen als die plattenförmigen Speicherzellen 155, um ein Anpressen an die gekühlte Wand 121 zu ermöglichen. Der Stapel von Speicherzellen kann weiter über die Druckplatten 111 zusammengepresst werden, um ein kompaktes Langmodul 110 bereitzustellen. Die Druckplatten 111 können nach der Kompaktierung fest mit dem Gehäuse 112, 120 verbunden (z. B. verschweißt) werden. Ggf. können die Druckplatten 111 lösbar mit dem Gehäuse 112 verbunden werden (z. B. durch Schraubkeile, Spannzangen, Spreizelemente, etc.), um bei Bedarf eine Demontage des Speichermoduls 110 zu ermöglichen.
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Alternativ kann ein U-förmiges Gehäuse 130 mit einer Abdeckplatte 131 verwendet werden. Dabei kann die Abdeckplatte 131 Öffnungen für die elektrischen Kontakte 113 aufweisen. Es kann dann, wie oben beschrieben, ein Stapel von Speicherzellen erstellt werden, der über die offene Längsseite des U-förmigen Gehäuses 130 in das Gehäuse 130 eingefügt und an die Wand 132 mit der Kühleinheit 122 gepresst werden kann. Über die Druckplatten 111 kann der Stapel zusammengepresst werden, und die Druckplatten 111 können dann im kompaktierten Zustand an dem Gehäuse 130 fixiert (z. B. verschweißt) werden. Des Weiteren kann die Abdeckplatte 131 an dem Gehäuse 130 fixiert (z. B. verschleißt) werden. So entsteht ein selbstragendes Gehäuse 112. Die Abdeckplatte 131 kann Öffnungen für die Kontakte 113 der Speichermodule aufweisen. Die Abdeckplatte 131 kann dabei derart angeordnet sein, dass sich die Kontakte 113 der Speicherzellen im eingebauten Zustand des Speichermoduls 110 an einer senkrecht zur Fahrbahn verlaufenden Seite des Speichermoduls 110 befinden. Des Weiteren kann die Abdeckplatte 131 zur Versteifung des Speichermoduls 110 nach Einführen der Speicherzellen an dem U-förmigen Gehäuse 130 fixiert (z. B. verschweißt) werden, um eine selbstragende Struktur für das Speichermodul 110 bereitzustellen.
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Um den Stapel von Speicherzellen an die Wand 132 mit der Kühleinheit 122 zu drücken, kann eine Vielzahl von Stempeln (z. B. ein Stempel pro Speicherzelle) verwendet werden, so dass die Speicherzellen gleichmäßig an die Wand 132 mit der Kühleinheit 122 gedrückt werden. Des Weiteren können mittels der Stempel Spannelemente (bzw. sogenannte Zellstempel) dauerhaft eingesetzt werden, um einen Anpressdruck an die Kühlfläche, d. h. an die Wand 132 mit der Kühleinheit 122, sicherzustellen. Ein derartiger Zellstempel ist beispielhaft in den 3a und 3b dargestellt.
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Ein Tunnelgehäuse 120 und/oder ein U-förmiges Gehäuse 130 können Rücken an Rücken angeordnet werden, so dass eine gemeinsame Kühleinheit 122 (insbesondere eine gemeinsame Kühlplatte) für zwei Gehäuse 120, 130 verwendet werden kann.
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Diese Anordnung kann als symmetrische Schmetterlingsanordnung 140 bezeichnet werden. Durch die mehrfache Verwendung einer Kühleinheit 122 kann der Bauraum für ein Speichermodul weiter reduziert werden.
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1d zeigt eine beispielhafte Kühlung eines Langmoduls 110. Die Zufluss-/Abflussrohrleitungen bzw. Flansche 151 für das Kühlmedium (z. B. Wasser-Glykol bzw. Kohlendioxid) können an ein oder mehreren Kanten des Gehäuses 112 des Langmoduls 110 angeordnet sein. Beispielsweise können die ein oder mehreren Flansche 151 durch Hohlräume in den Gehäusewänden und/oder in den Druckplatten 111 gebildet werden. Dabei kann bei einem gasförmigen Kühlmedium wie Kohlendioxid an einer Kante ein integrierter bzw. kombinierter Ein-/Ausströmer für das Kühlmedium verwendet werden. Bei einem flüssigen Kühlmedium wie Wasser-Glykol können separate Einströmen und Ausströmer an zwei Kanten des Gehäuses angeordnet sein. Die ein oder mehreren Flansche 151 können zumindest teilweise innerhalb des Gehäuses 112 angeordnet sein, um den erforderlichen Bauraum für das Langmodul 110 zu reduzieren.
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Des Weiteren umfasst die Kühleinheit 122 eine Kühlplatte 156, die mit einer Wand des Gehäuses 112 in Kontakt steht. Die Kühlplatte 156 kann mit der gekühlten Wand des Gehäuses 112 verklebt sein. 1d zeigt weiter eine Schicht von thermischer Kontaktmasse 152 auf einer gekühlten Seitenfläche der Speicherzellen 155, die der Kühlplatte 156 zugewandt ist. Diese Schicht von thermischer Kontaktmasse 152 kann vor Einführung des Stapels von Speicherzellen 155 auf die gekühlte Seitenfläche des Stapels von Speicherzellen 155 aufgetragen werden.
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Zur Stabilisierung der Speicherzellen 155 innerhalb eines Gehäuses 112 eines Langmoduls 110 kann über Injektionsöffnungen 153 in den Gehäusewänden Fixierkleber 157 in den Innenraum des Gehäuses 112 injiziert werden. Die Injektionsöffnungen 153 sind in 1d als Pfeile dargestellt.
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Ein Langmodul 110 kann derart ausgebildet sein, dass das Langmodul 110 direkt an einen Träger 160 (insbesondere an Längsträger und/oder Querträger) des Fahrzeugs befestigt werden kann (siehe 1e). Durch die Verwendung eines Tunnelgehäuses 120 oder eines U-förmigen Gehäuses 130 kann das Langmodul 110 selbsttragend sein, so dass neben einer Anbindung (z. B. Verschraubung) an einen Träger 160 des Fahrzeugs keine weiteren tragenden Elemente erforderlich sind.
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2a und 2b zeigen Ansichten eines beispielhaften Langmoduls 110 mit einem U-förmigen Gehäuse. Insbesondere zeigen 2a und 2b die Bereitstellung der Kontakte 103 für die Speichermodule 155 auf der Seite des Langmoduls 110. Des Weiteren zeigen 2a und 2b beispielhafte Injektionsöffnungen 153 zur Injektion von Fixiermasse 157 zur Fixierung der Speicherzellen 155 in einem U-förmigen Gehäuse. 2c und 2d zeigen in analoger Weise ein beispielhaftes Langmodul 110 mit einem Tunnelgehäuse 120. Des Weiteren zeigen die 2c und 2d seitliche Öffnungen 201 für die Kontaktierung der Speicherzellen 155. Die Öffnungen 201 können darüber hinaus dazu verwendet werden, anhand von Stempeln 202 die Speicherzellen 155 während des Herstellungsverfahrens in dem Langmodul 110 an eine Gehäusewand, insbesondere an die Gehäusewand mit der Kühlplatte 156, zu drücken. So kann eine zuverlässige Kühlung der Speicherzellen 155 im Betrieb des Langmoduls 110 gewährleistet werden. 2e zeigt ein beispielhaftes Langmodul 110 in einer Schmetterlingsanordnung 140.
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3a und 3b zeigen einen beispielhaften Zellstempel 300, der dazu verwendet werden kann, die Speicherzellen 155 in einem Gehäuse 120, 130 zu fixieren. Der Zellstempel 300 kann z. B. durch die Öffnungen 201 in das Gehäuse 120, 130 des Speichermoduls 110 eingeführt werden, und verbleibt daraufhin dauerhaft in dem Speichermodul 110. Der Zellstempel 300 kann einen Innenzylinder 301 und einen Außenzylinder 302 umfassen, wobei der Innenzylinder 301 durch Federn 303 aus dem Außenzylinder 302 heraus gedrückt wird, und damit eine Kraft bewirkt, die eine Speicherzelle 155 an eine Gehäusewand, insbesondere an die Gehäusewand mit der Kühlplatte 156, drückt. Die Verwendung von Zellstempeln 300 in einem Speichermodul 110 ermöglicht ein verbesserte Fixierung und Kühlung der Speicherzellen 155.
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Die Bereitstellung eines, an die Struktur eines Fahrzeugs angepassten, Langmoduls 110 ermöglicht eine erhöhte Energiedichte, da die Anzahl von Druckplatten 111 der Speichermodule 110 in einem Fahrzeug reduziert werden kann. Desweitern können weitere Passivteile für die Anbindung der Speichermodule 110 an das Fahrzeug eingespart werden. Außerdem können die Kosten und der Bauraum für die Kühlung von Speichermodulen 110 reduziert werden. Insbesondere kann eine Kühleinheit an dem Langmodul 110 vormontiert (z. B. geklebt) werden, so dass Bauraum (insbesondere die Bauhöhe) und Aufwand für Federn entfallen. Die Verwendung eines Langmoduls 110 führt darüber hinaus zu einem Gewichtsgewinn im Fahrzeug, da eine direkte Befestigung an Trägern 160 des Fahrzeugs ermöglicht wird, und da eine dedizierte Tragstruktur für einzelne Speichermodule 100 entfällt.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere ist zu beachten, dass die Beschreibung und die Figuren nur das Prinzip der vorgeschlagenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme veranschaulichen sollen.
