-
Die Erfindung betrifft einen elektrischen Energiespeicher für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug.
-
Elektro- oder Hybridfahrzeuge weisen als einzige oder zusätzliche Energiequelle einen elektrischen Energiespeicher auf, über den elektrische Antriebsenergie für das Kraftfahrzeug bereitgestellt wird. Üblicherweise weist ein elektrischer Energiespeicher mehrere Batteriemodule auf, die mehrere Batteriezellen umfassen, insbesondere prismatische oder prismenförmige Batteriezellen. Bei der Herstellung der jeweiligen Batteriemodule werden die einzelnen Batteriezellen typischerweise flächig miteinander verklebt und anschließend über Druckplatten verpresst, sodass sie aneinander anliegen und vorgespannt sind. Die mehreren Batteriezellen bilden so ein Batteriepaket aus. Anschließend werden die die Batteriezellen vorspannenden Druckplatten mit Zugankern verbunden, wodurch das Batteriepaket, also die zusammengepressten Batteriezellen, durch einen umlaufenden Rahmen verspannt sind und so in der definierten Form gehalten werden.
-
Über ihre Lebensdauer bzw. im Betrieb des Kraftfahrzeugs versuchen die einzelnen Batteriezellen sich auszudehnen, was jedoch über die Druckplatten sowie den mit den Druckplatten verbundenen Zugankern verhindert wird.
-
Zudem dienen die Druckplatten sowie die Zuganker dazu, dass sich die einzelnen Batteriezellen hieran abstützen können, wodurch die von den Batteriezellen ausgehende Gewichtskraft über die Druckplatten bzw. die Zuganker abgestützt werden. Die einzelnen Batteriezellen werden im Modul entsprechend durch die Druckplatten sowie die Zuganker getragen. Die Druckplatten sind üblicherweise an den kürzeren Seiten des Batteriemoduls angesehen, die auch als Enden des Batteriemoduls bezeichnet werden.
-
Die einzelnen Batteriemodule sind dabei in einem Rahmen oder einem Speichergehäuse des Energiespeichers gelagert bzw. liegen im Speichergehäuse über ihre Enden im Bereich der Druckplatten auf, also an den Enden der Batteriemodule.
-
Folglich müssen die Zuganker und die Druckplatten entsprechend stabil und massiv ausgebildet sein. Dies hat jedoch den Nachteil, dass die zur Verfügung stehende Energiedichte verringert ist, da pro Batteriemodul mehrere Bauteile vorgesehen sind, die nicht zur Energiegewinnung bzw. Energiespeicherung dienen. Diese Bauteile werden auch als Peripherieteile bzw. Passivbauteile bezeichnet.
-
Die Energiedichte wird darüber hinaus dadurch verringert, dass die derzeit verwendeten Batteriemodule üblicherweise maximal 20 Batteriezellen umfassen, wobei die genaue Anzahl von der Art der verwendeten Batteriezelle abhängt. Dies liegt daran, dass aufgrund von gesetzlichen Bestimmungen ein Batteriemodul maximal 35 kg wiegen darf, wenn es per Flugzeug transportiert werden soll. Dementsprechend werden die Batteriemodule im Kraftfahrzeugrahmen derart angeordnet, dass mehrere Batteriemodule nebeneinander in Reihen und Spalten angeordnet sind. Hierdurch entstehen sogenannte Zwischendruckplatten, die bei benachbarten Batteriemodulen jeweils direkt aneinander angrenzen. Auch diese Zwischendruckplatten verringern die Energiedichte des Energiespeichers, da die Zwischendruckplatten nicht zur Energiespeicherung dienen.
-
Die Aufgabe der Erfindung ist es, die Energiedichte des Energiespeichers zu maximieren, wodurch eine höhere Reichweite bei gleichem Bauraum erreicht werden kann.
-
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen elektrischen Energiespeicher für ein Kraftfahrzeug gelöst, insbesondere für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug, mit einem Speichergehäuse, in dem mehrere Batterielangmodule untergebracht sind, die jeweils mehrere Batteriezellen umfassen, wobei im Speichergehäuse mehrere Querstreben vorgesehen sind, die jeweils zwischen zwei benachbarten Batterielangmodulen angeordnet sind, wobei die Batterielangmodule jeweils ein die Batteriezellen umgebendes Modulgehäuse aufweisen, das mit den Querstreben derart gekoppelt ist, dass die von den Batteriezellen ausgehende Gewichtskraft über das jeweilige Modulgehäuse von den zugeordneten Querstreben aufgenommen wird wobei die Kraftübertragung von einer Batteriezelle über das Modulgehäuse an die zugeordnete Querstrebe in unmittelbarer Nähe der jeweiligen Batteriezelle erfolgt.
-
Der Grundgedanke der Erfindung ist es, die Energiedichte des Energiespeichers dadurch zu maximieren, dass die Anzahl bzw. das Volumen und/oder Gewicht der Passivbauteile bzw. Peripheriebauteile verringert wird. Dementsprechend können die Modulgehäuse der einzelnen Batterielangmodule anders aufgebaut sein, wodurch die Anzahl der Peripherieteile bzw. Passivbauteile und somit das Gewicht sowie das Volumen reduziert sind, die nicht zur Energiespeicherung dienen. Dies führt im Umkehrschluss zu einer Erhöhung der Energiedichte, da der eingesparte Raum durch Batteriezellen aufgefüllt werden kann. Dementsprechend lässt sich bei einem gleichbleibenden Bauraum eine höhere Energiemenge speichern, was zu einer höheren Reichweite des den Energiespeicher aufweisenden Kraftfahrzeugs führt. Die Batterielangmodule selbst können die Gewichtskraft der Batteriezellen nicht alleine tragen, wenn sie an ihren Enden aufliegen, wie dies im Stand der Technik üblich ist. Daher liegen die Batterielangmodule am Speichergehäuse an, das mit den vorgesehenen Querstreben die Gewichtskraft der Batteriezellen aufnimmt und so die Batterielangmodule unterstützt, insbesondere in homogener Weise. Die Kraftübertragung erfolgt also direkt in der Nähe der jeweiligen Batteriezellen und entlang der langen Seiten des Batterielangmoduls. Demnach erfolgt die Kraftübertragung nicht über spezielle Endelemente an den kurzen Seiten des Batterielangmoduls, an denen auch die Druckplatten üblicherweise vorgesehen sind. Des Weiteren werden so die Herstellungskosten gesenkt, da weniger separate Bauteile benötigt werden, was auch den Montageaufwand des Energiespeichers reduziert.
-
Gemäß einem Aspekt ist das Modulgehäuse als eine kraftleitende Hülle ausgebildet, die die von den Batteriezellen ausgehende Gewichtskraft an die Querstreben weiterleitet. Dementsprechend werden die Gewichtskräfte über die kraftleitende Hülle an die vom Batteriemodul separat ausgebildeten Querstreben des Speichergehäuses direkt übertragen, die in der Nähe jeder Batteriezelle angeordnet sind. Die Querstreben des Speichergehäuses stellen Querträger innerhalb des Speichergehäuses dar, an denen die Batteriezellen über das Modulgehäuse abgestützt sind.
-
Ungeachtet dessen dient das Modulgehäuse nach wie vor zur Vorspannung der einzelnen Batteriezellen im Batterielangmodul, insbesondere in axialer Richtung eines Batterielangmoduls. Das Batterielangmodul, insbesondere das Modulgehäuse, stellt demnach lediglich eine Art Zellverpackung für die Batteriezellen bzw. eine Druckhülle dar, da die Batteriezellen über die im Batterielangmodul vorgesehenen Druckplatten unter Vorspannung gelagert sind. Eine Abstützung der Batteriezellen erfolgt über die Querstreben und nicht über das Modulgehäuse bzw. Endelementen an den kurzen Seiten des Modulgehäuses.
-
Die an die Querstreben des Speichergehäuses übertragene Kraft, die von den einzelnen Batteriezellen ausgeht, wird über die Querstreben des Speichergehäuses an Längsträger und/oder Querträger des Kraftfahrzeugrahmens übertragen, mit denen das Speichergehäuse des Energiespeichers gekoppelt ist. So wird die von den Batteriezellen ausgehende Gewichtskraft letztendlich am Kraftfahrzeug abgestützt, insbesondere am windungssteifen Kraftfahrzeugrahmen.
-
Die Querstreben können sich über die gesamte Breite des Speichergehäuses erstrecken, wodurch die Biegesteifigkeit des Energiespeichers erhöht ist. Dementsprechend weist der Energiespeicher einen höheren Widerstand gegen eine Belastung von unten bzw. von oben auf. Generell erhöhen die Querstreben die Gesamtsteifigkeit des Energiespeichers. Dies garantiert auch einen höheren seitlichen Widerstand des Energiespeichers, beispielsweise gegen eine seitliche Belastung.
-
Ein weiterer Aspekt sieht vor, dass die Batterielangmodule parallel zu den Querstreben orientiert im Speichergehäuse angeordnet sind, sodass sich die Seitenflächen der Modulgehäuse parallel zu den Querstreben erstrecken. Die einzelnen Batteriezellen sind im jeweiligen Batterielangmodul hintereinander in einer Reihe angeordnet, sodass ihre Seiten jeweils parallel zu der Seitenfläche des Modulgehäuses sind, die entlang der langen Seite des Batterielangmoduls verläuft. Aufgrund der Orientierung des Modulgehäuses parallel zu den Querstreben ist sichergestellt, dass jede Batteriezelle eines Batterielangmoduls an seinen beiden Seiten über jeweils eine Querstrebe abgestützt ist, die das jeweilige Batterielangmodul seitlich flankiert.
-
Es kann auch vorgesehen sein, dass in einem Batterielangmodul zwei Reihen von Batteriezellen angeordnet sind, insbesondere nebeneinander. Ein solches Batterielangmodul wird auch als ein Twin-Modul bezeichnet. Eine Batteriezelle einer ersten Reihe liegt dabei über eine ihrer kurzen Seiten an der ihr zugeordneten Seite des Modulgehäuses an und liegt zudem mit ihrer entgegengesetzten kurzen Seite gegenüber einer kurzen Seite einer Batteriezelle einer zweiten Reihe, die neben der ersten Reihe innerhalb des Modulgehäuses vorgesehen ist. In den jeweiligen Reihen sind die Batteriezellen weiterhin hintereinander angeordnet und über ihre Stirnflächen bzw. großflächigen Enden miteinander verklebt. Die benachbarten Batteriezellen der beiden Reihen können ebenfalls miteinander verklebt sein, also über ihre kurzen, jeweils gegenüberliegenden Seiten. Hierdurch ergibt sich ein Batteriepaket innerhalb des Batterielangmoduls, das sämtliche Batteriezellen umfasst. Es kann auch ein Abstand zwischen den beiden Reihen der Batteriezellen vorgesehen sein.
-
Die Batterielangmodule erstrecken sich vorzugsweise im Wesentlichen über die gesamte Breite des Speichergehäuses, sodass die Anzahl der Batteriezellen derart gewählt wird, dass sich die Batterielangmodule über die gesamte Breite des Kraftfahrzeugbodens erstrecken, dem der Energiespeicher zugeordnet ist. Dementsprechend werden keine zwei Batterielangmodule hintereinander angeordnet, wodurch auf Zwischendruckplatten verzichtet werden kann. Jeweils am Anfang sowie am Ende ist nur eine Druckplatte vorgesehen, um das sich über die gesamte Breite des Kraftfahrzeugs erstreckende Batterielangmodul bzw. die darin vorgesehenen Batteriezellen vorzuspannen. Hierdurch erhöht sich die Energiedichte weiter, da Peripheriebauteile eingespart werden können.
-
Zwischen den Batterielangmodulen und dem Speichergehäuse kann Bauraum für Kabel und/oder Kühlschläuche oder ähnliches vorgesehen sein.
-
Insbesondere weist das Speichergehäuse zumindest eine Bodenschale auf, mit der die Querstreben gekoppelt sind, die sich ausgehend von einer Bodenfläche nach oben erstrecken. Die Querstreben sind somit senkrecht zu einer Bodenfläche des Speichergehäuses ausgebildet. Die von den Querstreben aufgenommene Gewichtskraft wird daher unter anderem in die Bodenschale des Speichergehäuses weitergeleitet, über die die Kraft am Fahrzeugrahmen abgestützt wird, insbesondere an den lasttragenden Längsträgern und/oder Querträgern des Kraftfahrzeugs.
-
Ein weiterer Aspekt sieht vor, dass die Batterielangmodule derart im Speichergehäuse befestigt sind, dass ein Freiraum zwischen der Unterseite und/oder der Oberseite der Batterielangmodule und dem gegenüberliegenden Abschnitt des Speichergehäuses gebildet ist. Dies bedeutet, dass die einzelnen Batterielangmodule derart an den Querstreben befestigt sind, dass ihre Unterseite und/oder ihre Oberseite nicht am Speichergehäuse abgestützt sind bzw. ist. Die Batterielangmodule sind somit weitestgehend schwebend im Speichergehäuse angeordnet. Die von den Batteriezellen ausgehende Gewichtskraft wird ausschließlich über die Querstreben direkt aufgenommen. Beispielsweise liegt ein entsprechender Freiraum zwischen der Unterseite des Batterielangmoduls und der Bodenfläche der Bodenschale des Speichergehäuses vor.
-
Das Modulgehäuse kann zumindest einen Flanschabschnitt aufweisen, über den das entsprechende Batterielangmodul an einer Querstrebe befestigt ist, insbesondere wobei der Flanschabschnitt im Wesentlichen senkrecht von der zugeordneten Seitenfläche des Modulgehäuses absteht. Über den Flanschabschnitt kann das Modulgehäuse und somit das Batterielangmodul in einfacher Weise an der Querstrebe befestigt werden, die sich senkrecht von der Bodenschale nach oben erstreckt. Der von der Seitenfläche des Modulgehäuses senkrecht abstehende Flanschabschnitt bildet somit im Wesentlichen einen rechten Winkel mit der Querstrebe. Dies erleichtert die Anbindung sowie die Kraftübertragung.
-
Ein weiterer Aspekt sieht vor, dass das Modulgehäuse ein Unterteil und ein Oberteil aufweist, die lösbar miteinander verbunden sind, insbesondere wobei das Unterteil und das Oberteil den Flanschabschnitt gemeinsam ausbilden. Das Modulgehäuse ist somit zweiteilig ausgebildet, was die Herstellung des Batterielangmoduls vereinfacht, da zunächst die einzelnen Batteriezellen miteinander über die Druckplatten verpresst werden können und anschließend in das U-förmige Unterteil des Modulgehäuses eingesetzt werden. Abschließend kann das Oberteil auf das die Batteriezellen aufweisende Unterteil gesetzt werden, um das Batterielangmodul auszubilden. Das Unter- und das Oberteil können aus einem Blech ausgebildet sein.
-
Alternativ kann das Modulgehäuse derart ausgebildet sein, dass das Ober- und das Unterteil über eine scharnierartig ausgebildete Seite relativ zueinander schwenkbar sind. Das Modulgehäuse weist vorzugsweise ein scharnierartig ausgebildetes axiales Ende auf.
-
In einer weiteren Alternative kann das Modulgehäuse einteilig ausgebildet sein, sodass die Batteriezellen im verpressten Zustand in das einteilig ausgebildete Modulgehäuse eingeführt werden. Das Modulgehäuse weist dann entsprechende Öffnungen auf, über die sichergestellt wird, dass die einzelnen Batteriezellen im Modulgehäuse bzw. mit dem Modulgehäuse verklebt werden können. Ein solches einteiliges Modulgehäuse wird auch als Tunnelgehäuse bezeichnet.
-
Ferner kann das Modulgehäuse auch aus mehr als zwei Teilen bestehen.
-
Zudem weisen die Druckplatten an den axialen Enden eines jeden Batteriemoduls beispielsweise eine Gehäusefunktion auf.
-
Ein weiterer Aspekt sieht vor, dass die Batterielangmodule über Befestigungsmittel an den Querstreben befestigt sind, insbesondere das Unterteil und das Oberteil separat voneinander. Hierdurch ist es möglich, dass das Oberteil getrennt vom Unterteil gelöst werden kann, sodass ein leichter Zugriff auf die im Batterielangmodul angeordneten Batteriezellen möglich ist, um beispielsweise die Kontaktierung der einzelnen Batteriezellen zu überprüfen. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Batteriezellen über obige Kontakte miteinander kontaktiert sind, denen das Oberteil, welches separat lösbar ist, zugeordnet ist.
-
Ein weiterer Aspekt sieht vor, dass im Modulgehäuse Kühlkanäle integriert sind, durch die ein Kühlmittel strömen kann. Das Kühlmittel kühlt die einzelnen Batteriezellen während des Betriebs, sodass sie in einem Temperaturbereich betrieben werden, in dem sie am effizientesten sind. Die Kühlkanäle können bei der Herstellung des Modulgehäuses bereits ausgebildet oder nachträglich über Bohrungen eingearbeitet werden. Die Kühlungskanäle können im Unterteil und/oder im Oberteil, insbesondere in allen Wänden, des Modulgehäuses verlaufen, wodurch eine entsprechend gezielte bzw. vollumfängliche Kühlung der Batteriezellen möglich ist.
-
Weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:
-
1 eine Perspektivansicht eines erfindungsgemäßen elektrischen Energiespeichers, der teilweise durch Batterielangmodule belegt ist,
-
2 eine Schnittansicht eines Teils des in 1 gezeigten teilweise belegten elektrischen Energiespeichers,
-
3 eine Perspektivansicht der 2,
-
4 eine Schnittdarstellung des verwendeten Langmoduls,
-
5 eine Explosionsansicht des verwendeten Langmoduls, und
-
6 eine Perspektivansicht des verwendeten Langmoduls.
-
In 1 ist ein elektrischer Energiespeicher 10 gezeigt, der in einem Kraftfahrzeug eingesetzt wird, insbesondere in einem Elektro- oder Hybridfahrzeug. Über den Energiespeicher 10 wird dem Kraftfahrzeug elektrische Energie zur Verfügung gestellt, über die das Kraftfahrzeug angetrieben werden kann. Der elektrische Energiespeicher 10 ist in der gezeigten Ausführungsform ein Hochvoltspeicher. Alternativ kann es sich auch um einen Niedervoltspeicher handeln.
-
Der Energiespeicher 10 umfasst ein Speichergehäuse 12, von dem in der gezeigten Figur eine im Wesentlichen U-förmige Bodenschale 14 dargestellt ist, die sich über die gesamte Breite des Kraftfahrzeugs, insbesondere dem Fahrzeugboden des Kraftfahrzeugs, erstreckt und an ihren Enden 16, 17 jeweils mit Querträgern und mit ihren Enden 18, 19 jeweils mit Längsträgern des Kraftfahrzeugs gekoppelt ist.
-
Darüber hinaus weist das Speichergehäuse 12 mehrere Querstreben 20 auf, die sich in der gezeigten Ausführungsform über die gesamte Breite des Speichergehäuses 12 erstrecken, insbesondere in der Bodenschale 14. Die Querstreben 20 stehen senkrecht von einer an der Bodenschale 14 gebildeten Bodenfläche nach oben ab. Darüber hinaus sind die Querstreben 20 sowohl mit der Bodenschale 14 des Speichergehäuses 12 als auch mit umlaufenden Rahmenteilen des Speichergehäuses 12 gekoppelt bzw. gefügt, bspw. verschweißt.
-
Des Weiteren geht aus der 1 hervor, dass der Energiespeicher 10 mehrere Batterielangmodule 22 umfasst, die im Speichergehäuse 12 angeordnet sind. Von den Batterielangmodulen 22 sind beispielhaft drei Batterielangmodule 22 im eingesetzten Zustand gezeigt.
-
Die Batterielangmodule 22 sind jeweils zwischen zwei benachbarten Querstreben 20 angeordnet. Demnach wechseln sich im Energiespeicher 10 jeweils eine Querstrebe 20 und ein Batterielangmodul 22 in Fahrtrichtung gesehen ab.
-
Zwischen zwei benachbarten Querstreben 20 ist jeweils eine Lücke 23 vorgesehen, in die die Batterielangmodule 22 eingesetzt sind bzw. werden können.
-
Die Batterielangmodule 22 erstrecken sich somit parallel zu den Querstreben 20. Demnach liegen die Seitenflächen der Batterielangmodule 22 den zugeordneten Querstreben 20 direkt gegenüber.
-
In der gezeigten Ausführungsform erstrecken sich die Batterielangmodule 22 zudem im Wesentlichen über die gesamte Breite des Speichergehäuses 12. Hierbei kann zwischen den Batterielangmodulen 22 und dem Speichergehäuse 12 Bauraum für Kabel und/oder Schläuche vorgesehen sein.
-
In 2 ist ein Schnitt durch einen Teil des in 1 gezeigten Energiespeichers 10 gezeigt. Hieraus geht insbesondere der Aufbau der Batterielangmodule 22 sowie deren Anbindung an das Speichergehäuse 12 hervor. Dieser Ausschnitt ist in 3 in einer Perspektivansicht gezeigt.
-
Ein im Energiespeicher 10 verwendetes Batterielangmodul 22 ist ferner in den 4 bis 6 alleine dargestellt, auf die im Folgenden ebenfalls Bezug genommen wird.
-
Die Batterielangmodule 22 weisen jeweils mehrere Batteriezellen 24 auf, die in einem Batterielangmodul 22 hintereinander in einer Reihe angeordnet und über ihre Stirnflächen bzw. großflächigen Enden miteinander verklebt sind. Demnach erstrecken sich die Batteriezellen 24 jeweils im Wesentlichen über die Breite einer Lücke 23 zwischen zwei Querstreben 20, in denen das Batterielangmodul 22 angeordnet ist.
-
Die Batteriezellen 24 sind prismatisch oder prismenförmig ausgebildet. Demnach weisen die Batteriezellen 24 zwei entgegengesetzte, kurze Seiten, eine Unterseite, eine Oberseite sowie zwei entgegengesetzte Enden oder Stirnflächen auf, die der Fläche nach am größten sind.
-
Insbesondere aus 5, die eine Explosionsansicht des Batterielangmoduls 22 zeigt, geht hervor, wie die einzelnen Batteriezellen 24 im Batterielangmodul 22 angeordnet sind.
-
Neben den Batteriezellen 24 umfasst ein Batterielangmodul 22 zwei Druckplatten 26, die an den axialen Enden des Batterielangmoduls 22 vorgesehen sind, um die Batteriezellen 24 in axialer Richtung vorzuspannen.
-
Das Batterielangmodul 22 umfasst zudem ein Modulgehäuse 28, welches in der gezeigten Ausführungsform ein im Wesentlichen U-förmiges Unterteil 30 sowie ein als Deckel ausgebildetes Oberteil 32 umfasst. Über das Unterteil 30 sind die beiden Druckplatten 26 kraftmäßig miteinander gekoppelt, sodass die Druckplatten 26 eine axiale Ausdehnung der einzelnen Batteriezellen 24 im Laufe der Zeit bzw. im Betrieb des Energiespeichers 10 ausgleichen können.
-
Wie auch aus den 2 und 3 hervorgeht, weist das Modulgehäuse 28, insbesondere das Unterteil 30 sowie das Oberteil 32, an beiden Seiten jeweils einen Flanschabschnitt 34 auf, über den das Modulgehäuse 28 mit dem Speichergehäuse 12 gekoppelt ist, insbesondere mit den Querstreben 20.
-
Hierzu ist ein Befestigungsmittel 36 in Form einer Schraube vorgesehen, welches sich durch den Flanschabschnitt 34 des Modulgehäuses 28 erstreckt, um diesen an der entsprechenden Querstrebe 20 zu befestigen. Anstatt einer Schraube kann das Befestigungsmittel 36 auch als Bolzen oder ähnliches Element ausgebildet sein.
-
Generell stützen sich zwei benachbarte Batterielangmodule 22 mit ihren sich gegenüberliegenden Seiten an einer gemeinsamen Querstrebe 20 ab. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass die Flanschabschnitte 34 der benachbarten Batterielangmodule 22 durch ein gemeinsames Befestigungsmittel 36 an der entsprechenden Querstrebe 20 befestigt sind. Die Flanschabschnitte 34, die sich hierbei gegenüberliegen, können sich im Bereich der Querstrebe 20 berühren. Die Berührung findet vorzugsweise über die stumpfen Enden der jeweiligen Flanschabschnitte 34 statt.
-
Alternativ können die Flanschabschnitte 34 der benachbarten Batterielangmodule 22 eine korrespondierende Form aufweisen, wodurch ebenfalls sichergestellt ist, dass jeweils nur ein Befestigungsmittel 36 einen Flanschabschnitt eines Batterielangmoduls 22 an der Querstrebe 20 befestigt.
-
Zudem geht aus den 2 und 3 hervor, dass zwischen dem Unterteil 30 und der Bodenschale 14 des Speichergehäuses 12 ein Freiraum 38 vorgesehen ist. Dementsprechend liegt das Modulgehäuse 28 nicht auf der Bodenschale 14 auf.
-
In analoger Weise ist zwischen dem Oberteil 32 des Modulgehäuses 28 und einem in 2 schematisch dargestellten Deckel 39 des Speichergehäuses 12 ebenfalls ein Freiraum 39 vorgesehen, sodass auch das Oberteil 32 nicht am Deckel 39 bzw. am Speichergehäuse 12 anliegt.
-
Die einzelnen Batterielangmodule 22 sind also ausschließlich über die Querstreben 20 im Speichergehäuse 12 abgestützt.
-
Darüber hinaus ist jedes Modulgehäuse 28 lediglich als eine kraftleitende Hülle ausgebildet, weswegen die von den einzelnen Batteriezellen 24 ausgehende Gewichtskraft über das Modulgehäuse 28 an die Querstreben 20 übertragen wird, insbesondere über das Unterteil 30 und den Flanschabschnitt 34. Die Kraftübertragung erfolgt dabei in unmittelbarer Nähe der jeweiligen Batteriezelle 24. Die in die Querstreben 20 eingeleitete Kraft wird vom Speichergehäuse 12 anschließend über die Längsträger und/oder Querträger des Kraftfahrzeugs abgestützt.
-
Dementsprechend kommt dem Modulgehäuse 28 keine vollständig tragende Funktion zu, da es als eine Zellverpackung für die einzelnen Batteriezellen 24 dient. Anders ausgedrückt, wird die in das Modulgehäuse 28 eingeleitete Gewichtskraft direkt an die benachbarten Querstreben 20 weitergeleitet, nämlich in der Nähe der jeweiligen Batteriezellen 24.
-
Von einem einer Batteriezelle 24 zugeordneten Abschnitt des Modulgehäuses 28 wird jeweils nur die relativ geringe Gewichtslast einer Batteriezelle 24 an die benachbarten Querstreben 20 abgegeben.
-
Das Batterielangmodul 22 kann somit in viele „Scheiben“ unterteilt angesehen werden, wobei jede „Scheibe“ eine Batteriezelle 24 umfasst. Jeder dieser „Scheiben“ ist beidseitig an Querstreben 20 gelagert, sodass die in den „Scheiben“ vorliegenden Gewichtskräfte der Batteriezelle 24 direkt weitergegeben werden. Die von den „Scheiben“ zu übertragenden Gewichtskräfte sind relativ gering.
-
Am Batterielangmodul 22 bzw. am Modulgehäuse 28 treten somit keine großen Lasten an speziellen Punkten in konzentrierter Weise auf, wie dies bei der Lagerung an den Enden der Fall wäre, wie dies im Stand der Technik üblich ist. Die gesamte Gewichtskraft sämtlicher Batteriezellen 24 wird vielmehr gleichmäßig an die Querstreben 20 über das Modulgehäuse 28 übertragen. Hierzu liegen die Modulgehäuse 28 der Batterielangmodule 22 im Wesentlichen vollflächig über ihre Flansche 34 auf den zugeordneten Querstreben 20 auf.
-
Da die Querstreben 20 zusätzlich das Speichergehäuse 12 versteifen, können die Querstreben 20 auch zur Anbindung weitere Bauteile des Kraftfahrzeugs dienen.
-
Beispielsweise lässt sich ein Fahrzeugsitz bzw. dessen Anbindungsbereich an einer der Querstreben 20 befestigen. Die entsprechenden Kräfte werden dann über die Querstrebe 20 am Längsträger/Querträger des Kraftfahrzeugs abgestützt. In analoger Weise können bzw. kann ein Gurtaufroller und/oder ein Gurtstraffer an einer der Querstreben 20 befestigt sein. Die entsprechende Querstrebe 20 kann hierzu eine andere Dimension aufweisen, um die zusätzlichen Kräfte sicher aufnehmen und weiterleiten zu können. In den 1 und 3 ist jeweils die zwischen dem mittleren Batterielangmodul 22 und dem rechten Batterielangmodul 22 vorgesehen Querstrebe 20 derart ausgebildet.
-
Im Allgemeinen können die Querstreben 20 teilweise ein Hohlprofil aufweisen, wodurch eine hohe Steifigkeit bei möglichst geringem Gewicht der Querstreben 20 und somit des Energiespeichers 10 erreicht wird.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Unterteil 30 sowie das Oberteil 32 jeweils einen unterschiedlich ausgebildeten Flanschabschnitt 34a, 34b aufweist. Hierdurch ist es möglich, dass das Oberteil 32 unabhängig vom Unterteil 30 an den Querstreben 20 gelöst werden kann, indem beispielsweise nur jedes zweite Befestigungsmittel 36 gelöst werden muss. Hierzu weist der am Oberteil 32 vorgesehene Flanschabschnitt 34b entsprechende Aussparungen auf, sodass das dort vorgesehene Befestigungsmittel 36 nicht mit dem Oberteil 32 zusammenwirkt, insbesondere dessen Flanschabschnitt 34b, sondern nur mit dem Flanschabschnitt 34a des Unterteils 30. Dieses Befestigungsmittel 36 muss entsprechend nicht gelöst werden, um das Oberteil 32 abzunehmen.
-
Die einzelnen Batteriezellen 24 können über Verbinder bzw. Kontaktierungen an ihren Oberseiten oder ihren Seitenflächen miteinander verbunden sein. Sofern die einzelnen Batteriezellen 24 an ihrer Oberseite miteinander verbunden sind, kann durch die separate Entfernung des Oberteils 32 des Modulgehäuses 28 sichergestellt werden, dass ein Techniker in einfacher Weise Zugang zu den Batteriezellen 24 sowie deren Kontaktierungen hat.
-
Alternativ können die einzelnen Batteriezellen 24 auch an ihrer Unterseite kontaktiert sein.
-
Darüber hinaus können im Modulgehäuse 28, insbesondere im Unterteil 30 bzw. im Oberteil 32, Kühlkanäle 40 integriert sein, durch die ein Kühlmittel strömt, das zur Kühlung der einzelnen Batteriezellen 24 dient. Die Kühlkanäle 40 können bei der Herstellung des Modulgehäuses 28 bereits ausgebildet werden. Alternativ können die Kühlkanäle 40 nachträglich in die entsprechenden Bereiche des Modulgehäuses 28 eingearbeitet werden.
-
Gemäß einer weiteren, hier nicht dargestellten Ausführungsform können auch zwei Batterielangmodule 22 in einer Lücke 23 hintereinander angeordnet sein, die sich entsprechend an zwei gemeinsamen Querstreben 20 abstützen, jeweils links und rechts von den entsprechenden Batterielangmodulen 22.
-
Generell kann das Modulgehäuse 28, insbesondere das als kraftleitende Hülle fungierende Modulgehäuse, so ausgebildet sein, dass es die Batteriezellen 34 nicht vollständig umschließt.
-
Beispielsweise kann das Modulgehäuse 28 nur aus dem Unterteil 30 gebildet sein. Der Flanschabschnitt 34a des Unterteils 30 stellt dann alleine den Flanschabschnitt 34 des Batterielangmoduls 22 dar, über das das Batterielangmodul 22 an der zugeordneten Querstrebe 20 befestigt werden kann.
-
Alternativ zu den gezeigten Batterielangmodulen 22, in denen die Batteriezellen 24 in einer einzigen Reihe hintereinander angeordnet sind, können auch Batterielangmodule verwendet werden, bei denen die Batteriezellen in zwei, nebeneinander vorgesehenen Reihen angeordnet sind. Solche Batterielangmodule werden als Twin-Module bezeichnet.
-
Die Lücke zwischen zwei Querstreben ist demnach so breit, dass zwei, nebeneinander angeordnete Batteriezellen und das die Batteriezellen zumindest teilweise umgebene Modulgehäuse in die entsprechende Lücke passen.
-
Die Batteriezellen der ersten Reihe sind jeweils über die in Bezug auf das Batterielangmodul nach außen gerichtete, kurze Seite mit der jeweils zugeordneten Seite des Modulgehäuses gekoppelt und liegen über ihre entgegengesetzte kurze Seite der kurzen Seite einer Batteriezelle der zweiten Reihe gegenüber. Die Batteriezellen der beiden Reihen liegen sich somit jeweils über ihre in Bezug auf das Batterielangmodul nach innen gerichteten, kurzen Seiten direkt gegenüber. Hierbei kann ein Abstand zwischen den beiden Reihen vorgesehen sein. Alternativ können sich die Batteriezellen über ihre sich gegenüberliegenden Seiten berühren. Die in Bezug auf das Batterielangmodul nach außen gerichteten, kurzen Seiten der Batteriezellen liegen, wie bereits erläutert, entsprechend den Seiten des Modulgehäuses gegenüber, das die in zwei Reihen, nebeneinander angeordneten Batteriezellen als eine Außenhülle zumindest teilweise umgibt.
-
Die sich jeweils gegenüberliegenden Batteriezellen der beiden Reihen können miteinander verklebt sein, insbesondere über ihre gegenüberliegenden, kurzen Seiten. Die Batteriezellen einer Reihe können nach wie vor über ihre Stirnflächen, also den großflächigen Enden, miteinander verklebt sein.
-
Bei dieser Variante kann innerhalb des Modulgehäuses zudem eine Zugstrebe vorgesehen sein, die parallel zur Seite des Modulgehäuses und somit parallel zur Querstrebe verläuft. Die Zugstrebe ist dabei mittig im Modulgehäuse zwischen den beiden Reihen der Batteriezellen angeordnet, wobei sich die Zugstrebe von einer Druckplatte zur anderen Druckplatte erstreckt. Die Zugstrebe kann insbesondere an den Druckplatten befestigt sein. Die Zugstrebe ist insbesondere dann vorgesehen, wenn zwischen den beiden Reihen der Batteriezellen ein Abstand vorliegt.
-
Auch das als Twin-Modul ausgebildete Batterielangmodul kann ein Modulgehäuse aufweisen, das nur teilweise die Batteriezellen umgibt. Beispielsweise ist das Modulgehäuse lediglich durch ein U-förmiges bzw. halbschalenförmiges Unterteil gebildet.
-
Die beiden Reihen der hintereinander angeordneten Batteriezellen können über eine mittig vorgesehene Stütze miteinander gekoppelt sein, die zwischen zwei benachbarten Batteriezellen der beiden Reihen vorgesehen ist. Über die Stütze stützen sich die Batteriezellen entsprechend gegeneinander. Die Stütze ist beispielsweise an die jeweiligen Batteriezellen der beiden Reihen angeklebt, insbesondere an den Oberseiten der jeweiligen Batteriezellen.
-
Die Stütze kann sich gemäß einer Variante über die gesamte Länge des Batterielangmoduls erstrecken, sodass die Stütze mit sämtlichen Batteriezellen des Batterielangmoduls gekoppelt ist.
-
Alternativ kann sich die Stütze nur über zwei nebeneinander angeordnete Batteriezellen der beiden Reihen erstrecken oder über mehrere, nebeneinander angeordnete Batteriezellen gleichzeitig. Insofern können mehrere Stützen über die gesamte Länge des gesamten Batterielangmoduls vorgesehen sein.
-
Generell erstreckt sich die wenigstens eine Stütze im Wesentlichen parallel zur zugeordneten Querstrebe.
-
Auch bei der Variante des als Twin-Modul ausgebildeten Batterielangmoduls können die Batteriezellen über ihre kurzen Seiten, ihre Oberseiten und/oder ihre Unterseiten miteinander kontaktiert sein.
-
Generell ist aufgrund des derartig ausgebildeten Energiespeichers 10, bei dem die Batterielangmodule 22 nicht nur mit ihren Endelementen zur Abstützung der Gewichtskraft dienen, sichergestellt, dass die Anzahl bzw. das Gewicht der Peripherieteile verringert ist, wodurch die Energiedichte des Energiespeichers 10 erhöht werden kann.
-
Darüber hinaus können in den Querstreben 20 Durchführungen und/oder Unterbrechungen vorgesehen sein, die sich als Bauraum nutzen lassen, beispielsweise für Kabel und/oder Schläuche.
-
Dementsprechend ist eine größere Energiemenge bei gleichbleibendem Bauraum möglich, was zu einer höheren Reichweite des Energiespeichers 10 führt.
