DE102018207329A1

DE102018207329A1 - Speicherzelle für eine Speichereinrichtung eines Kraftfahrzeugs, Speichereinrichtung für ein Kraftfahrzeug und Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102018207329A1
Application number: DE102018207329.5A
Authority: DE
Inventors: Rüdiger Daub; Björn-Ingo Hieronymus Hogg; Thomas Mertens; Rainer Stern; Lilo Roth
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2018-05-09
Filing date: 2018-05-09
Publication date: 2019-11-14

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Speicherzelle (2) für eine zum Speichern von elektrischer Energie ausgebildete Speichereinrichtung (1) für ein Kraftfahrzeug, mit einem Zellgehäuse (12), welches einen Aufnahmeraum (13) und wenigstens eine an einer Wandung (21) des Zellgehäuses (12) vorgesehene Berstmembran (32) zum Entlüften des Aufnahmeraums (13) aufweist, mit in dem Aufnahmeraum (13) angeordneten und einen Elektrolyten und Elektroden (37) umfassenden Speichermitteln (14, 36) zum Speichern von elektrischer Energie, und mit seitlich angeordneten Anschlusselementen (6, 7), über welche die mittels der Speichermittel (14, 36) gespeicherte elektrische Energie von der Speicherzelle (2) bereitstellbar ist, wobei die Berstmembran (32) und wenigstens eine Einfüllöffnung (29), über welche Elektrolyt in den Aufnahmeraum (13) einfüllbar ist, auf einer in Einbaulage der Speicherzelle (2) in Fahrzeughochrichtung nach oben weisenden Oberseite (30) des Zellgehäuses (12) angeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Speicherzelle für eine zum Speichern von elektrischer Energie ausgebildete Speichereinrichtung für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Ferner betrifft die Erfindung eine Speichereinrichtung zum Speichern von elektrischer Energie für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 9. Die Erfindung betrifft außerdem ein Kraftfahrzeug.
Eine solche Speicherzelle für eine zum Speichern von elektrischer Energie ausgebildete Speichereinrichtung für ein Kraftfahrzeug und eine solche Speichereinrichtung für ein Kraftfahrzeug sind beispielsweise bereits aus der DE 10 2009 046 801 A1 bekannt. Die Speicherzelle weist ein Zellgehäuse auf, welches einen Aufnahmeraum bildet beziehungsweise begrenzt und somit aufweist. Außerdem weist das Zellgehäuse wenigstens eine an einer Wandung des Zellgehäuses vorgesehene Berstmembran zum Entlüften des Aufnahmeraums auf. Des Weiteren weist die Speicherzelle in dem Aufnahmeraum angeordnete Speichermittel zum Speichern von elektrischer Energie beziehungsweise elektrischem Strom auf, wobei die Speichermittel Elektroden und einen beispielsweise flüssigen Elektrolyten umfassen. Des Weiteren weist die Speicherzelle, insbesondere das Zellgehäuse, seitlich angeordnete Anschlusselemente auf, über welche die mittels der Speichermittel gespeicherte elektrische Energie von der Speicherzelle bereitstellbar ist.
Des Weiteren offenbart die DE 10 2011 015 152 A1 eine Energiespeichervorrichtung, mit einer Mehrzahl von Speicherzellen und mit einer Temperiereinrichtung zum Temperieren der Speicherzellen oder eines durch die Speicherzellen gebildeten Zellverbunds.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Speicherzelle, eine Speichereinrichtung und ein Kraftfahrzeug zu schaffen, sodass ein besonders bauraumgünstiger Aufbau des Speicherzelle beziehungsweise der Speichereinrichtung realisiert werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Speicherzelle mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch eine Speichereinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 sowie durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Speicherzelle für eine zum Speichern von elektrischer Energie beziehungsweise elektrischem Strom ausgebildete Speichereinrichtung für ein Kraftfahrzeug, welcher beispielsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgebildet ist. Die auch als Einzelzelle bezeichnete Speicherzelle weist ein Zellgehäuse auf, welches einen Aufnahmeraum begrenzt beziehungsweise bildet und somit aufweist. Außerdem weist das Zellgehäuse wenigstens eine an einer Wandung des Zellgehäuses vorgesehene Berstmembran zum Entlüften des Aufnahmeraums auf. Die Berstmembran ist beispielsweise Bestandteil einer Bersteinrichtung, welche die Berstmembran und eine in der Wandung ausgebildete und somit die Wandung durchdringende Durchgangsöffnung aufweist, welche von der Berstmembran verschlossen ist. Die Berstmembran kann, muss jedoch nicht notwendiger Weise elastisch verformbar sein. Die Berstmembran kann einstückig mit der die Durchgangsöffnung begrenzenden Wandung ausgebildet sein, in welcher die auch als Entlüftungsöffnung bezeichnete Durchgangsöffnung ausgebildet ist, oder aber die Berstmembran ist ein separat von der Wandung ausgebildetes und mit der Wandung verbundenes Bauelement der Speicherzelle, insbesondere des Zellgehäuses. Die Berstmembran zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass die Berstmembran gegenüber der Wandung eine geringere Wanddicke aufweist. Mit anderen Worten weist die Berstmembran beispielsweise eine erste Wanddicke auf, wobei die Wandung, insbesondere zumindest ein die Durchgangsöffnung zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, begrenzender Teilbereich der Wandung, eine zweite Wanddicke aufweist. Die Durchgangsöffnung ist dabei beispielsweise im genannten Teilbereich angeordnet und durchdringt somit den Teilbereich. Dabei ist die erste Wanddicke geringer als die zweite Wanddicke. Beispielsweise ist die zweite Wanddicke mindestens doppelt so groß wie die erste Wanddicke.
Überschreitet beispielsweise ein in dem Aufnahmeraum herrschender Druck einen Schwellenwert, so birst die Berstmembran, wodurch die Berstmembran die Durchgangsöffnung zumindest teilweise freigibt. Hierdurch kann der Aufnahmeraum entlüftet werden. Die Speicherzelle weist darüber hinaus in dem Aufnahmeraum angeordnete Speichermittel zum Speichern von elektrischer Energie beziehungsweise elektrischem Strom auf, wobei die Speichermittel einen Elektrolyten und Elektroden umfassen. Die Elektroden sind beispielsweise zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, in dem Elektrolyten aufgenommen beziehungsweise in den Elektrolyten eingetaucht, wobei der Elektrolyt beispielsweise ein flüssiger Elektrolyt ist. Die Elektroden sind beispielsweise, insbesondere um eine Wickelachse, zu einem Elektrodenwickel aufgerollt beziehungsweise aufgewickelt. Dabei können die Speichermittel wenigstens einen zwischen den Elektroden angeordneten Separator aufweisen, mittels welchen die Elektroden elektrisch voneinander isoliert sind. Der auch als Isolator bezeichnete Separator ist beispielsweise mit den Elektroden zu dem auch als Wicklung bezeichneten Elektrodenwickel aufgewickelt. Der Elektrodenwickel weist beispielsweise eine so genannte Biskuitrollenstruktur auf, da er beispielsweise nach Art einer Biskuitrolle aufgewickelt ist. Daher wird der Elektrodenwickel auch als Jelly-Roll oder Jelly-Roll-Wicklung bezeichnet. Hierdurch kann der Bauraumbedarf besonders gering gehalten werden.
Der zuvor beschriebene, den Schwellenwert überschreitende Druck resultiert beispielsweise aus einem, insbesondere unfallbedingten, thermischen Ereignis in der Speicherzelle. Infolge eines solchen thermischen Ereignisses kann der insbesondere flüssige Elektrolyt ausgasen, sodass aus dem Elektrolyten ein beispielsweise gasförmiges Medium entsteht. Mit zunehmender Menge des Mediums in dem Aufnahmeraum steigt der in dem Aufnahmeraum herrschende Druck. Überschreitet der Druck den Schwellenwert, so birst die Berstmembran. Daraufhin kann zumindest ein Teil des Mediums über die zumindest teilweise von der geborstenen Berstmembran freigegebene Durchgangsöffnung aus dem Aufnahmeraum ausströmen, wodurch der Aufnahmeraum entlüftet wird. Hierdurch können unerwünschte weitere Effekte vermieden werden.
Die Speicherzelle weist darüber hinaus Anschlusselemente auf, über welche die mittels der Speichermittel gespeicherte elektrische Energie von der Speicherzelle bereitstellbar ist. Mit anderen Worten kann die mittels der Speichermittel gespeicherte elektrische Energie über die Anschlusselemente, welche auch als Terminals bezeichnet werden, aus beziehungsweise von der Speicherzelle abgeführt und beispielsweise wenigstens einem elektrischen Verbraucher des Kraftfahrzeugs zugeführt werden. Bei dem elektrischen Verbraucher handelt es sich beispielsweise um eine elektrische Maschine des Kraftfahrzeugs, welches mittels der elektrischen Maschine elektrisch antreibbar ist. Da das Kraftfahrzeug mittels der elektrischen Maschine antreibbar ist, wird die elektrische Maschine auch als Traktionsmaschine bezeichnet. Um das Kraftfahrzeug mittels der elektrischen Maschine elektrisch anzutreiben, wird die elektrische Maschine in einem Motorbetrieb und somit als Elektromotor betrieben. Hierzu wird die elektrische Maschine mit elektrischer Energie versorgt, die in der Speicherzelle beziehungsweise in der Speichereinrichtung gespeichert ist. Daher wird die Speichereinrichtung beispielsweise auch als Traktionsspeicher bezeichnet. Die Speicherzelle kann als eine Batteriezelle ausgebildet sein, sodass dann die Speichereinrichtung beispielsweise als eine Batterie ausgebildet ist. Vorzugsweise weist die Speichereinrichtung in ihrem vollständig hergestellten Zustand mehrere Speicherzellen auf, auf die die folgenden und vorherigen Ausführungen zur Speicherzelle übertragen werden können. Dabei sind die mehreren Speicherzellen elektrisch miteinander verbunden, sodass die Speichereinrichtung eine besonders große elektrische Spannung, insbesondere eine besonders große elektrische Betriebsspannung, aufweist beziehungsweise bereitstellt. In der Folge sind besonders große elektrische Leistungen zum elektrischen Antreiben des Kraftfahrzeugs realisierbar. Vorzugsweise ist die Speichereinrichtung als Hochvolt-Komponente ausgebildet, sodass die elektrische Spannung, insbesondere die elektrische Betriebsspannung, der Speichereinrichtung größer als 50 Volt, insbesondere größer als 60 Volt, ist und vorzugsweise mehrere hundert Volt beträgt. Dabei kann die Speichereinrichtung als Hochvolt-Batterie (HV-Batterie) ausgebildet sein. Insbesondere ist es denkbar, dass die Speicherzelle als Lithium-Ionen-Zelle ausgebildet ist, sodass die Speichereinrichtung beispielsweise als Lithium-Ionen-Batterie ausgebildet sein kann.
Die Anschlusselemente sind dabei seitlich angeordnet. Darunter ist insbesondere zu verstehen, dass die Anschlusselemente auf wenigstens einer Seite oder auf jeweiligen Seiten der Speicherzelle beziehungsweise des Zellgehäuses angeordnet sind, wobei die jeweilige Seite eine von einer in Einbaulage der Speicherzelle in Fahrzeughochrichtung nach oben weisenden Oberseite unterschiedliche Seite ist, und die jeweilige Seite, auf welcher das jeweilige Anschlusselement angeordnet ist, ist eine von einer in Einbaulage der Speicherzelle in Fahrzeughochrichtung nach unten weisenden Unterseite unterschiedliche Seite. Die Speicherzelle nimmt dabei ihre Einbaulage in vollständig hergestelltem Zustand des Kraftfahrzeugs ein, wobei die Speichereinrichtung ihre Einbaulage in dem vollständig hergestellten Zustand des Kraftfahrzeugs einnimmt. Unter der seitlichen Anordnung der Anschlusselemente ist somit zu verstehen, dass die Anschlusselemente weder auf der in Einbaulage in Fahrzeughochrichtung nach oben weisenden Oberseite noch auf der in Einbaulage in Fahrzeughochrichtung nach unten weisenden Unterseite der Speicherzelle angeordnet sind.
Um nun einen besonders bauraumgünstigen Aufbau der Speicherzelle und somit der Speichereinrichtung insgesamt realisieren zu können, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Berstmembran beziehungsweise die Bersteinrichtung und wenigstens eine Einfüllöffnung des Zellgehäuses, über welche Elektrolyt in den Aufnahmeraum einfüllbar ist, auf der in Einbaulage der Speicherzelle in Fahrzeughochrichtung nach oben weisenden Oberseite des Zellgehäuses angeordnet sind. Die Einfüllöffnung ist eine Öffnung des Zellgehäuses, über die Elektrolyt in den Aufnahmeraum eingefüllt werden kann. Somit ist die Einfüllöffnung beispielsweise in der gleichen Wandung des Zellgehäuses vorgesehen beziehungsweise ausgebildet wie die auch als Berstöffnung bezeichnete Durchgangsöffnung.
Das Zellgehäuse beziehungsweise die Speicherzelle weist beispielsweise eine entlang einer ersten Richtung verlaufende erste Erstreckung und eine entlang einer zweiten Richtung verlaufende zweite Erstreckung auf, wobei die zweite Richtung senkrecht zur ersten Richtung verläuft. Des Weiteren weist das Zellgehäuse beziehungsweise die Speicherzelle eine dritte Erstreckung auf, die entlang einer dritten Richtung verläuft, die senkrecht zur ersten Richtung und senkrecht zur zweiten Richtung verläuft. In Einbaulage der Speicherzelle beziehungsweise der Speichereinrichtung fällt beispielsweise die dritte Richtung mit der Fahrzeughochrichtung zusammen. Entlang der dritten Richtung und dabei in Fahrzeughochrichtung nach oben ist der Aufnahmeraum beispielsweise durch die Oberseite beziehungsweise durch eine beispielsweise auch als Deckfläche oder Oberwand bezeichnete Deckwand des Zellgehäuses begrenzt. Entlang der dritten Richtung und dabei in Fahrzeughochrichtung nach unten ist der Aufnahmeraum beispielsweise durch die Unterseite beziehungsweise durch eine auch als Grundfläche oder Unterwand bezeichnete Grundwand begrenzt, sodass die Deckwand und die Grundwand entlang der dritten Richtung voneinander beabstandet sind. Die Deckwand ist somit beispielsweise die zuvor genannte Wandung, an welcher die Berstmembran und die Einfüllöffnung vorgesehen beziehungsweise ausgebildet sind. Da die Anschlusselemente seitlich angeordnet sind, sind die Anschlusselemente an von der Deckwand und der Grundwand unterschiedlichen Wänden des Zellgehäuses angeordnet. Entlang der ersten Richtung ist der Aufnahmeraum beispielsweise durch eine Vorderwand und durch eine Rückwand des Zellgehäuses begrenzt, sodass die Vorderwand und die Rückwand entlang der ersten Richtung voneinander beabstandet sind. Entlang der zweiten Richtung ist der Aufnahmeraum beispielsweise durch Seitenwände des Zellgehäuses begrenzt, sodass die Seitenwände entlang der zweiten Richtung voneinander beabstandet sind. Die Seitenwände, die Vorderwand und die Rückwand werden auch als Wände bezeichnet, sodass beispielsweise die Anschlusselemente an einer gemeinsamen der Wände beziehungsweise an jeweiligen Wänden angeordnet sind. Insbesondere ist beispielsweise ein erstes der Anschlusselemente an einer ersten der Wände angeordnet, während das zweite Anschlusselement an einer zweiten der Wände angeordnet ist. Insbesondere ist es vorgesehen, dass das erste Anschlusselement an einer ersten der Seitenwände angeordnet ist, während das zweite Anschlusselement an der zweiten Seitenwand angeordnet ist. In Einbaulage der Speicherzelle fällt beispielsweise die zweite Richtung mit der Fahrzeugquerrichtung zusammen.
Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn die Anschlusselemente auf voneinander abgewandten Seiten der Speicherzelle angeordnet sind. Somit handelt es sich vorzugsweise bei den Wänden, an denen die Anschlusselemente angeordnet sind, um einander gegenüberliegende beziehungsweise voneinander abgewandte Wände des Zellgehäuses. Hierdurch kann der Bauraumbedarf der Speicherzelle und somit der Speichereinrichtung insgesamt besonders gering gehalten werden. Außerdem kann ein besonders vorteilhafter Stromabgriff auf einfache und bauraumgünstige Weise realisiert werden. Im Rahmen des Stromabgriffes wird die mittels der Speichermittel gespeicherte elektrische Energie über die Anschlusselemente von der Speicherzelle beziehungsweise von den Speichermitteln abgeführt.
Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass das Zellgehäuse genau zwei jeweils einstückig und separat voneinander ausgebildete und miteinander verbundene Gehäuseteile aufweist, welche als Schalenelemente ausgebildet sind. Dadurch können die Teileanzahl und die Kosten und das Gewicht sowie der Bauraumbedarf besonders gering gehalten werden. Ein erstes der Schalenelemente begrenzt beziehungsweise bildet einen ersten Teil, insbesondere eine erste Hälfte, des Aufnahmeraums, wobei das zweite Schalenelement einen zweiten Teil, insbesondere die zweite Hälfte, des Aufnahmeraums begrenzt. Unter Zusammensetzen beziehungsweise Zusammenbauen der Schalenelemente bilden diese den Aufnahmeraum, sodass der erste Teil und der zweite Teil in Summe den gesamten Aufnahmeraum ergeben.
Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn die zwei Gehäuseteile in einer Trennebene zusammengesetzt beziehungsweise zusammengebaut sind, die senkrecht zur dritten Richtung beziehungsweise in Einbaulage senkrecht zur Fahrzeughochrichtung verläuft. Dadurch kann eine besonders einfache Herstellung der Speicherzelle realisiert werden.
Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass das Zellgehäuse genau drei oder genau vier jeweils einstückig und separat voneinander ausgebildete und miteinander verbundene Gehäuseteile aufweist. Hierdurch kann ein besonders vorteilhafter Kompromiss aus geringer Teileanzahl und einfacher Herstellung des Zellgehäuses und der Speicherzelle insgesamt realisiert werden, sodass die Speicherzelle zeit- und kostengünstig hergestellt werden kann.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung sind die Gehäuseteile stoffschlüssig miteinander verbunden, wobei die Gehäuseteile vorzugsweise thermisch miteinander gefügt, insbesondere miteinander verschweißt, sind. Hierdurch kann ein besonders fester Zusammenhalt des mehrteiligen Speichergehäuses gewährleistet werden.
Um den Bauraumbedarf besonders gering halten zu können, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die zweite Erstreckung und die dritte Erstreckung jeweils größer als die erste Erstreckung sind. Hierdurch kann die Speicherzelle beziehungsweise das Zellgehäuse flach ausgebildet werden, sodass der Bauraumbedarf in einem besonders geringen Rahmen gehalten werden kann.
Schließlich hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn das Zellgehäuse außenumfangsseitig prismatisch, insbesondere quaderförmig, ausgebildet ist. Dadurch kann der Bauraumbedarf besonders gering gehalten werden.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Speichereinrichtung zum Speichern von elektrischer Energie für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen beispielsweise als Personenkraftwagen ausgebildeten Kraftwagen. Die Speichereinrichtung umfasst mehrere entlang einer Stapelrichtung aufeinanderfolgend angeordnete, wenigstens einen Zellstapel bildende und zum Speichern der elektrischen Energie ausgebildete Speicherzellen, wobei auf die jeweilige Speicherzelle die vorherigen und folgenden Ausführungen zur Speicherzelle gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung übertragbar sind und umgekehrt. Dabei fällt beispielsweise die Stapelrichtung mit der zuvor genannten ersten Richtung zusammen.
Die jeweilige Speicherzelle weist ein Zellgehäuse auf, welches einen Aufnahmeraum und wenigstens eine an einer Wandung des Zellgehäuses vorgesehene Berstmembran zum Entlüften des Aufnahmeraums aufweist. Außerdem weist die jeweilige Speicherzelle in dem Aufnahmeraum angeordnete und einen Elektrolyten und Elektroden umfassende Speichermittel zum Speichern der elektrischen Energie auf. Des Weiteren weist die jeweilige Speicherzelle seitlich angeordnete Anschlusselemente auf, über welche die mittels der jeweiligen Speichermittel gespeicherte elektrische Energie von der jeweiligen Speicherzelle bereitstellbar ist. Um nun einen besonders bauraumgünstigen Aufbau der Speicherzelle und somit der Speichereinrichtung insgesamt zu realisieren, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Berstmembran und wenigstens eine Einfüllöffnung, über welche Elektrolyt in den jeweiligen Aufnahmeraum einfüllbar ist, auf einer in Einbaulage der Speichereinrichtung in Fahrzeughochrichtung nach oben weisenden Oberseite des jeweiligen Zellgehäuses angeordnet sind. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts der Erfindung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt. Die zuvor beschriebene Berstöffnung und die Einfüllöffnung sind vorzugsweise zwei voneinander getrennte, separate Öffnungen, die beispielsweise über wenigstens einen Wandungsbereich der Wandung voneinander getrennt sind.
Um einen besonders einfachen sowie bauraum- und kostengünstigen Aufbau der Speichereinrichtung zu realisieren, ist es bei einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass die Speichereinrichtung eine Verspanneinrichtung umfasst, welche zwei Endplatten und wenigstens zwei mit den Endplatten verbundene Zugelemente aufweist. Mittels der Verspanneinrichtung sind die entlang der Stapelrichtung zwischen den Endplatten angeordneten Speicherzellen entlang der Stapelrichtung miteinander verspannt und dadurch aneinander gehalten. Dabei sind die seitlich angeordneten Anschlusselemente mit den jeweiligen Zugelementen elektrisch verbunden, wodurch die in dem Zellstapel gespeicherte elektrische Energie über die Zugelemente von dem Zellstapel bereitstellbar ist. Mit anderen Worten ist beispielsweise ein erstes der Anschlusselemente der jeweiligen Speicherzelle mit einem ersten der Zugelemente elektrisch verbunden, wobei das jeweilige zweite Anschlusselement der jeweiligen Speicherzelle elektrisch mit dem zweiten Zugelement verbunden ist. Somit ist beispielsweise das erste Zugelement mit den ersten Anschlusselementen des Zellstapels elektrisch verbunden, während das zweite Zugelement elektrisch mit den zweiten Anschlusselementen des zweiten Zellstapels verbunden ist. Den auch als Zuganker bezeichneten Zugelementen kommt bei dieser Ausführungsform eine Doppelfunktion zu, da die Zugelemente zum einen genutzt werden, um die Speicherzellen zu verspannen und somit aneinander zu halten. Zum anderen werden die Zuganker genutzt, um die in dem Zellstapel gespeicherte elektrische Energie von dem Zellstapel beziehungsweise von den Speicherzellen abzuführen und beispielsweise der zuvor genannten elektrischen Maschine zuzuführen.
Ferner ist es denkbar, dass die elektrische Maschine in einem Generatorbetrieb und somit als Generator betreibbar ist. Hierbei wird die elektrische Maschine von wenigstens eine Rad des sich bewegenden Kraftfahrzeugs und somit mittels kinetischer Energie des Kraftfahrzeugs angetrieben. Mittels des Generators wird zumindest ein Teil der kinetischen Energie in elektrische Energie umgewandelt, die von dem Generator bereitgestellt wird. Die von dem Generator bereitgestellte elektrische Energie kann über die Zugelemente den Speicherzellen zugeführt und in die Speicherzellen eingespeichert werden, wodurch die Speichereinrichtung mit elektrischer Energie geladen wird.
Um den Zellstapel beziehungsweise die Speicherzellen zu verspannen und dadurch die Speicherzellen aneinander zu halten, ist das jeweilige Zugelement entlang der Stapelrichtung gespannt beziehungsweise verspannt, sodass in dem beziehungsweise über das Zugelement eine Zugkraft wirkt. Diese Zugkraft wird über das Zugelement von einer der Endplatten auf die jeweils andere Endplatte beziehungsweise umgekehrt übertragen, sodass die auch als Druckplatten bezeichneten Endplatten mittels der als Verspannkraft fungierenden Zugkraft entlang der Stapelrichtung gegen die beziehungsweise in Richtung der Speicherzellen gezogen und somit gegen die Speicherzellen gespannt werden. Hierdurch werden die entlang der Stapelrichtung zwischen den Endplatten angeordneten Speicherzellen entlang der Stapelrichtung zusammengedrückt und somit aneinander gehalten. Da die Verspannkraft zum Verspannen der Speicherzellen im Zugelement als Zugkraft wirkt, ist das Zugelement, insbesondere ausschließlich, auf Zug belastet. Daher wird das Zugelement auch als Zuganker bezeichnet.
Da es vorzugsweise vorgesehen ist, die Zugelemente mit den Anschlusselementen elektrisch zu kontaktieren, sodass die mittels der Speichermittel gespeicherte elektrische Energie aus den Speicherzellen über die Zugelemente abgeführt werden kann, kann die Verwendung eines zusätzlichen, separaten Kontaktierungssystems vermieden werden, sodass die Teileanzahl und somit die Kosten, das Gewicht und der Bauraumbedarf der Speichereinrichtung in einem besonders geringen Rahmen gehalten werden können.
Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein vorzugsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgebildetes Kraftfahrzeug, welches wenigstens eine erfindungsgemäße Speicherzelle und/oder wenigstens eine erfindungsgemäße Speichereinrichtung aufweist. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts der Erfindung und des zweiten Aspekts der Erfindung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des dritten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.
Um das Gewicht der Speichereinrichtung besonders gering halten zu können, ist das jeweilige Zugelement beispielsweise aus einem Leichtmetall, insbesondere aus Aluminium, gebildet. Ferner kann dadurch eine besonders vorteilhafte elektrische Leitfähigkeit des jeweiligen Zugelements realisiert werden, sodass die elektrische Energie besonders vorteilhaft von dem Zellstapel über die Zugelemente abgeführt werden kann.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele mit den zugehörigen Zeichnungen. Dabei zeigt:

1 eine schematische Perspektivansicht einer erfindungsgemäßen Speichereinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform;
2 eine schematische Perspektivansicht einer Speicherzelle der Speichereinrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform;
3 eine schematische Perspektivansicht der Speicherzelle gemäß einer dritten Ausführungsform;
4 eine schematische Perspektivansicht der Speicherzelle gemäß einer vierten Ausführungsform; und
5 eine schematische Perspektivansicht der Speicherzelle gemäß einer fünften Ausführungsform.

In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt in einer schematischen Perspektivansicht eine erste Ausführungsform einer Speichereinrichtung 1 zum Speichern von elektrischer Energie für ein Kraftfahrzeug, welches beispielsweise als Kraftwagen und vorzugsweise als Personenkraftwagen ausgebildet ist. Das Kraftfahrzeug ist als Hybrid- oder Elektrofahrzeug ausgebildet und umfasst wenigstens eine elektrische Maschine, mittels welcher das Kraftfahrzeug elektrisch angetrieben werden kann. Daher wird die elektrische Maschine auch als Traktionsmaschine bezeichnet. Die Speichereinrichtung 1 umfasst mehrere Speicherzellen 2, welche entlang einer in 1 durch einen Doppelpfeil 3 veranschaulichten Stapelrichtung aufeinanderfolgend beziehungsweise hintereinander angeordnet sind und einen Zellstapel 4 bilden. Mittels beziehungsweise in der jeweiligen Speicherzelle 2 kann elektrische Energie gespeichert werden. Die Speicherzellen 2 sind jeweiligen Einzelzellen beziehungsweise werden auch als Einzelzellen bezeichnet, da die Speicherzellen 2 separat voneinander ausgebildete und an sich einzelne beziehungsweise lose Komponenten sind. Die Speichereinrichtung 1 umfasst eine auch als Rahmen oder Zellrahmen bezeichnete Verspanneinrichtung 5, mittels welcher die Speicherzellen 2 entlang der Stapelrichtung miteinander verspannt und dadurch aneinander gehalten sind.
Die Speichereinrichtung 1 kann die in den Speicherzellen 2 gespeicherte elektrische Energie bereitstellen, sodass beispielsweise die elektrische Maschine mit der in der Speichereinrichtung 1 gespeicherten elektrischen Energie versorgt werden kann. Hierdurch kann die elektrische Maschine in einem Motorbetrieb und somit als Elektromotor betrieben werden, mittels welchen das Kraftfahrzeug elektrisch antreibbar ist. Ferner ist es denkbar, dass die elektrische Maschine in einem Generatorbetrieb und somit als Generator betreibbar ist. In dem Generatorbetrieb wird die elektrische Maschine beispielsweise von wenigstens einem Rad des sich bewegenden Kraftfahrzeugs und somit von kinetischer Energie des Kraftfahrzeugs angetrieben. Mittels des Generators wird zumindest ein Teil der kinetischen Energie des Kraftfahrzeugs in elektrische Energie umgewandelt, die von dem Generator bereitgestellt wird. Die von dem Generator bereitgestellte elektrische Energie kann beispielsweise der Speichereinrichtung 1 und insbesondere den Speicherzellen 2 zugeführt und in den Speicherzellen 2 gespeichert werden.
Die Speichereinrichtung 1 ist vorzugsweise eine Hochvolt-Komponente, welche eine elektrische Spannung, insbesondere eine elektrische Betriebsspannung, aufweist beziehungsweise bereitstellt. Die elektrische Spannung, insbesondere die elektrische Betriebsspannung, ist dabei größer als 50 Volt, insbesondere größer als 60 Volt. Vorzugsweise beträgt die elektrische Spannung mehrere 100 Volt. Dadurch können große elektrische Leistungen zum elektrischen Antreiben des Kraftfahrzeugs realisiert werden.
2 zeigt in einer schematischen Perspektivansicht eine der Speicherzellen 2 gemäß einer zweiten Ausführungsform der Speichereinrichtung 1. Wie aus einer Zusammenschau von 1 und 2 erkennbar ist, weist die jeweilige Speicherzelle 2 wenigstens oder genau zwei Anschlusselemente 6 und 7 auf, welche auch als Terminals bezeichnet werden. Über die jeweiligen Anschlusselemente 6 und 7 kann die jeweiligen Speicherzelle 2 die in ihr gespeicherte elektrische Energie bereitstellen, sodass über die Anschlusselemente 6 und 7 die in der jeweiligen Speicherzelle 2 gespeicherte elektrische Energie von der jeweiligen Speicherzelle 2 abgeführt werden kann. Ferner ist es denkbar, dass die von dem Generator bereitgestellte elektrische Energie über die jeweiligen Anschlusselemente 6 und 7 in die jeweilige Speicherzelle 2 eingeführt und somit in die jeweilige Speicherzelle 2 eingespeichert werden kann. Die Speichereinrichtung 1 ist dabei insbesondere als Hochvolt-Batterie (HV-Batterie) ausgebildet, sodass beispielsweise die jeweilige Speicherzelle 2 als jeweilige Batteriezelle ausgebildet ist. Insbesondere kann die Speichereinrichtung 1 als Lithium-Ionen-Batterie ausgebildet sein, sodass die jeweilige Speicherzelle 2 beispielsweise als Lithium-Ionen-Zelle ausgebildet ist. Die jeweilige Speicherzelle 2 wird dabei auch als Batteriezelle bezeichnet.
Die Verspanneinrichtung 5 umfasst wenigstens oder genau zwei auch als Druckplatten bezeichnete Endplatten 8 und 9, wobei die Speicherzellen 2 des Zellstapels 4 entlang der Stapelrichtung (Doppelpfeil 3) zwischen den Endplatten 8 und 9 angeordnet sind. Darüber hinaus umfasst die Verspanneinrichtung 5 ein erstes Zugelement in Form eines ersten Zugankers 10 und ein zweites Zugelement in Form eines zweiten Zugankers 11. Die Zuganker 10 und 11 sind mit den jeweiligen Endplatten 8 und 9 verbunden und entlang der Stapelrichtung gespannt, sodass in den Zugankern 10 und 11 jeweils wenigstens eine entlang der Stapelrichtung verlaufende Zugkraft wirkt. Die jeweilige Zugkraft wird über den jeweiligen Zuganker 10 beziehungsweise 11 von einer der Endplatten 8 und 9 auf die jeweils andere Endplatte 9 beziehungsweise 6 übertragen beziehungsweise umgekehrt, sodass die Endplatten 8 und 9 mittels der jeweiligen, als Verspannkraft fungierenden Zugkraft gegen den Zellstapel 4 gespannt sind beziehungsweise gespannt werden. Die in den Zugankern 10 und 11 wirkende Zugkraft wirkt über die Endplatten 8 und 9 als Druckkraft auf die Speicherzellen 2, welche mittels der Druckkraft entlang der Stapelrichtung zusammengedrückt und dadurch aneinander gehalten und miteinander verspannt sind beziehungsweise werden. Daher werden die Endplatten 8 und 9 auch als Druckplatten bezeichnet.
Um nun einen besonders vorteilhaften und insbesondere einfachen Aufbau der Speichereinrichtung 1 realisieren zu können, sind die Anschlusselemente 6 und 7 seitlich angeordnet und mit den jeweiligen Zugelementen (Zuganker 10 und 11) elektrisch verbunden, wodurch die in dem Zellstapel 4 gespeicherte elektrische Energie über die Zuganker 10 und 11 von dem Zellstapel 4 bereitstellbar ist.
Besonders gut aus 2 ist erkennbar, dass die jeweilige Speicherzelle 2 ein Zellgehäuse 12 aufweist. Das Zellgehäuse 12 begrenzt einen jeweiligen Aufnahmeraum 13 der jeweiligen Speicherzelle 2. In dem jeweiligen Aufnahmeraum 13 sind jeweilige Elektroden und ein jeweiliger, insbesondere flüssiger, Elektrolyt der jeweiligen Speicherzelle 2 aufgenommen. Die Elektroden sind beispielsweise, insbesondere um eine Wickelachse, zu einem so genannten Elektrodenwickel 14 aufgewickelt beziehungsweise aufgerollt, wobei der Elektrodenwickel 14 auch einfach als Wickel bezeichnet wird und in dem Aufnahmeraum 13 aufgenommen ist. Der Elektrodenwickel 14 umfasst die Elektroden sowie vorzugsweise wenigstens einen zwischen den Elektroden angeordneten Separator, welcher mit den Elektroden zu dem Elektrodenwickel 14 aufgewickelt ist. Der Elektrodenwickel 14 wird auch als Elektrodenwicklung, Wicklung oder Jelly-Roll-Wicklung bezeichnet, da die Jelly-Roll-Wicklung ein Elektrodenwickel ist, der nach Art einer Biskuitrolle aufgerollt beziehungsweise aufgewickelt ist. Eine solche Biskuitrolle wird im Englischen als Jelly-Roll bezeichnet, sodass beispielsweise der Elektrodenwickel 14 eine Biskuitrollenstruktur aufweist. Dadurch, dass der Elektrodenwickel 14 nach Art einer Biskuitrolle aufgewickelt beziehungsweise aufgerollt ist, weist die Jelly-Roll-Wicklung zwei entlang der Stapelrichtung gegenüberliegende Breitseiten auf.
Entlang der Stapelrichtung ist der Aufnahmeraum 13 durch eine auch als Vorderfläche oder Vorderseite bezeichnete Vorderwand 15 und durch eine auch als Rückseite oder Rückfläche bezeichnete Rückwand 16 des Zellgehäuses 12 begrenzt. Die Stapelrichtung fällt dabei mit einer ersten Richtung zusammen oder ist eine erste Richtung.
Entlang einer in 1 durch einen Doppelpfeil 17 veranschaulichten und senkrecht zur ersten Richtung und somit zur Stapelrichtung verlaufenden zweiten Richtung ist beziehungsweise wird der Aufnahmeraum 13 durch auch als Seitenflächen bezeichnete Seitenwände 18 und 19 des Zellgehäuses 12 begrenzt. Bei der in 2 veranschaulichten zweiten Ausführungsform sind die Seitenwände 18 und 19 beispielsweise durch Deckel gebildet, welche vorzugsweise einstückig ausgebildet sind. Vorzugsweise sind die Seitenwände 18 und 19 aus einem metallischen Werkstoff gebildet. Die Vorderwand 15 und die Rückwand 16 sind beispielsweise aus einem metallischen Werkstoff gebildet sowie ihrerseits einstückig ausgebildet. Insbesondere können die Vorderwand 15 und die Rückwand 16 einstückig miteinander ausgebildet sein. Entlang einer senkrecht zur ersten Richtung und senkrecht zur zweiten Richtung verlaufenden und in 1 durch einen Doppelpfeil 20 veranschaulichten dritten Richtung ist beziehungsweise wird der Aufnahmeraum 13 durch eine Oberseite beziehungsweise durch eine Oberwand 21 und durch eine Unterseite beziehungsweise durch eine Unterwand 22 des Zellgehäuses 12 begrenzt. Somit sind die Seitenwände 18 und 19 entlang der zweiten Richtung voneinander beabstandet, während die Oberwand 21 und die Unterwand 22 entlang der dritten Richtung voneinander beabstandet sind. Die Vorderwand 15 und die Rückwand 16 sind entlang der ersten Richtung beziehungsweise entlang der Stapelrichtung voneinander beabstandet. Beispielsweise sind die Oberwand 21 und die Unterwand 22 aus einem metallischen Werkstoff und/oder einstückig ausgebildet. Dabei können die Oberwand 21 und die Unterwand 22 einstückig miteinander und/oder einstückig mit der Vorderwand 15 und der Rückwand 16 ausgebildet sein.
In Einbaulage der Speichereinrichtung 1 fällt die durch den Doppelpfeil 20 veranschaulichte dritte Richtung mit der Fahrzeughochrichtung des Kraftfahrzeugs zusammen, wobei die Fahrzeughochrichtung auch als z-Richtung bezeichnet wird. Dabei nimmt die Speichereinrichtung 1 ihre Einbaulage in vollständig hergestelltem Zustand des Kraftfahrzeugs ein, welches in seinem vollständig hergestelltem Zustand die Speichereinrichtung 1 und die elektrische Maschine umfasst. Unter dem Merkmal, dass die Anschlusselemente 6 und 7 seitlich angeordnet sind, ist somit zu verstehen, dass die Anschlusselemente 6 und 7 an beziehungsweise auf den Seitenwänden 18 und 19 und somit auf entlang der zweiten Richtung gegenüberliegenden beziehungsweise voneinander abgewandten Seiten 27 und 28 des Zellgehäuses 12 angeordnet sind.
Das beispielsweise auch als erstes Anschlusselement bezeichnete Anschlusselement 6 bildet beispielsweise einen elektrischen Pluspol der jeweiligen Speicherzelle 2, während beispielsweise das auch als zweites Anschlusselement bezeichnete Anschlusselement 7 einen elektrischen Minuspol der jeweiligen Speicherzelle 2 bildet. Das Anschlusselement 6 und somit der Pluspol sind beispielsweise an beziehungsweise auf der Seitenwand 18 angeordnet, während das Anschlusselement 7 und somit der elektrische Minuspol beispielsweise an beziehungsweise auf der Seitenwand 19 angeordnet sind. Beispielsweise ist das Anschlusselement 6 einstückig mit der Seitenwand 18 ausgebildet, oder aber das Anschlusselement 6 und die Seitenwand 18 sind separat voneinander ausgebildete und miteinander verbundene Komponenten, wobei beispielsweise das Anschlusselement 6 gegen die Seitenwand 18 elektrisch isoliert ist. Dies kann auch auf das Anschlusselement 7 und die Seitenwand 19 übertragen werden. Somit ist es denkbar, dass Anschlusselement 7 einstückig mit der Seitenwand 19 ausgebildet ist, oder das Anschlusselement 7 und die Seitenwand 19 sind separat voneinander ausgebildete und miteinander verbundene Komponenten, welche beispielsweise elektrisch voneinander isoliert sein können. Insbesondere ist es denkbar, dass die jeweiligen separat voneinander ausgebildeten Komponenten stoffschlüssig miteinander verbunden, insbesondere miteinander verschweißt, sind. Insbesondere kann somit die jeweilige, separat von der Oberwand 21, der Unterwand 22, der Vorderwand 15 und der Rückwand 16 ausgebildete und auch als Deckel bezeichnete Seitenwand 18 beziehungsweise 19 stoffschlüssig mit der Oberwand 21, der Unterwand 22, der Vorderwand 15 und der Rückwand 16 verbunden, insbesondere mit der Oberwand 21, der Unterwand 22, der Vorderwand 15 und der Rückwand 16 verschweißt, sein.
Um dabei die Teileanzahl und somit das Gewicht, den Bauraumbedarf und die Kosten der Speichereinrichtung 1 besonders gering halten zu können und somit einen besonders vorteilhaften Aufbau der Speichereinrichtung 1 ermöglichen zu können, ist es weiterhin vorgesehen, dass der Zuganker 10 auf Seiten der jeweiligen Seitenwand 18 angeordnet und dabei mit den Anschlusselementen 6 des Zellstapels 4 elektrisch verbunden ist. Der Zuganker 11 ist auf Seiten des jeweiligen Anschlusselements 7 angeordnet und dabei mit den Anschlusselementen 7 des Zellstapels 4 elektrisch verbunden. Somit sind die Zuganker 10 und 11 auf entlang der zweiten Richtung voneinander abgewandten beziehungsweise gegenüberliegenden Seiten angeordnet, sodass die Zuganker 10 und 11 seitliche Zuganker sind. Die Zuganker 10 und 11 werden zum einen zum Verspannen des Zellstapels 4 und zum anderen zum Stromabgriff genutzt, da dadurch, dass der Zuganker 10 mit den Anschlusselementen 6 und der Zuganker 11 mit den Anschlusselementen 7 elektrisch verbunden ist, die in dem Zellstapel 4 gespeicherte elektrische Energie von dem Zellstapel 4 über die Zuganker 10 und 11 bereitgestellt werden kann. Wieder mit anderen Worten ausgedrückt werden die Zuganker 10 und 11 als Führungselement zum Führen der elektrischen Energie von den Speicherzellen 2 zu der elektrischen Maschine beziehungsweise umgekehrt genutzt. Hierzu kontaktieren die Zuganker 10 und 11 die Anschlusselemente 6 und 7 seitlich direkt, sodass insbesondere der Bauraumbedarf entlang der dritten Richtung besonders gering gehalten werden kann.
Dadurch, dass die Zuganker 10 und 11 zum Stromabgriff genutzt werden, kann ein separates, zusätzliches Zellkontaktierungssystem vermieden werden, sodass ein besonders einfacher Aufbau der Speichereinrichtung 1 dargestellt werden kann. Um das Gewicht der Speichereinrichtung 1 besonders gering zu halten und dabei eine vorteilhafte elektrische Leitfähigkeit der Zuganker 10 und 11 zu realisieren, ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die v Zuganker 10 und 11 als Aluminium-Zuganker ausgebildet sind, sodass die Zuganker 10 und 11 aus Aluminium gebildet sein können.
Bei der in 2 veranschaulichten zweiten Ausführungsform umfasst das Zellgehäuse 12 vorzugsweise genau vier Bauelemente, welche jeweils einstückig ausgebildet sind. Dabei sind die Bauelemente separat voneinander ausgebildet und miteinander verbunden. Ein erstes der Bauelemente ist ein einstückiger Grundkörper 23, welcher beispielsweise die Unterwand 22, die Vorderwand 15 und die Rückwand 16 bildet. Der Grundkörper 23 ist beispielsweise aus einem metallischen Werkstoff oder aber aus einem Kunststoff gebildet. Ein zweites der Bauelemente ist ein einstückiger Deckel 24, welcher die Oberwand 21 bildet.
Der Deckel 24 wird somit auch als Oberdeckel bezeichnet. Ein drittes der Bauelemente ist ein erster seitlicher Deckel 25, welcher einstückig ausgebildet ist und die Seitenwand 18 bildet. Das vierte Bauelement ist ein zweiter seitlicher Deckel 26, welcher einstückig ausgebildet ist und die Seitenwand 19 bildet. Der jeweilige Deckel 25 beziehungsweise 26 ist beispielsweise mit dem Grundkörper 23 und mit dem Deckel 24 verbunden, insbesondere stoffschlüssig verbunden oder beispielsweise verschweißt. Da das Anschlusselement 6 auf beziehungsweise an der Seitenwand 18 und das Anschlusselement 7 auf beziehungsweise an der Seitenwand 19 angeordnet ist, sind die Anschlusselemente 6 und 7 auf den entlang der zweiten Richtung gegenüberliegenden Seiten 27 und 28 der jeweiligen Speicherzelle 2 angeordnet, sodass auch die Zuganker 10 und 11 auf den einander gegenüberliegenden Seiten 27 und 28 angeordnet sind. Das jeweilige Zellgehäuse 12 weist wenigstens oder genau eine Einfüllöffnung 29 auf, über welche Elektrolyt in den Aufnahmeraum 13 und somit in das Zellgehäuse 12 aufgefüllt werden kann. Dabei ist die Einfüllöffnung 29 an der Oberwand 21 und auf einer bezogen auf die Einbaulage in Fahrzeughochrichtung nach oben weisenden Oberseite 30 des Zellgehäuses 12 angeordnet. Der jeweilige Deckel 24, 25 und/oder 26 kann aus einem metallischen Werkstoff oder aber aus einem Kunststoff gebildet sein. Die Vorderwand 15, die Rückwand 16, die Oberwand 21, die Unterwand 22, der Grundkörper 23, die Seitenwand 18 und/oder die Seitenwand 19 können aus einem metallischen Werkstoff oder aus einem Kunststoff gebildet sein.
Des Weiteren weist das jeweilige Zellgehäuse 12 wenigstens oder genau eine Bersteinrichtung 31 auf, welche wenigstens oder genau eine auch als Entlüftungsöffnung oder Berstöffnung bezeichnete Durchgangsöffnung 40 und wenigstens oder genau eine Berstmembran 32 aufweist, welche in der Durchgangsöffnung 40 angeordnet ist. Hierdurch ist die Durchgangsöffnung 40 mittels der Berstmembran 32 verschlossen. Dabei sind die Bersteinrichtung 31 und somit die Durchgangsöffnung 40 und die Berstmembran 32 an der Oberwand 21 und somit auf der Oberseite 30 angeordnet. Insgesamt ist erkennbar, dass der Grundkörper 23, der Deckel 24 und die Deckel 25 und 26 jeweilige, jeweils einstückig ausgebildete und separat voneinander ausgebildete Gehäuseteile sind, welche miteinander verbunden sind. Insbesondere sind die Gehäuseteile unter Ausbildung jeweiliger Schweißnähte miteinander verschweißt und dadurch stoffschlüssig miteinander verbunden. Die Berstmembran 32 bildet dabei eine Soll-Versagensstelle des Zellgehäuses 12. Überschreitet ein in dem Aufnahmeraum 13 herrschender Druck einen Schwellenwert, so versagt das Zellgehäuse 12 zuerst an der Soll-Versagensstelle, indem die Berstmembran 32 birst. Hierdurch gibt die Berstmembran 32 die Durchgangsöffnung 40 zumindest teilweise frei, sodass ein den Druck bewirkendes Fluid aus dem Aufnahmeraum 13 ausströmen kann. Dadurch wird der Aufnahmeraum 13 entlüftet, sodass vermieden werden kann, dass das Zellgehäuse 12 unkontrolliert platzt. Die Berstmembran 32 ist somit eine gezielte Schwächung des Zellgehäuses 12, insbesondere der Oberwand 21. In der Oberwand 21 ist die Durchgangsöffnung 40 ausgebildet, sodass die Oberwand 21 die Durchgangsöffnung 40 vollständig begrenzt und vorzugsweise die Berstmembran 32 vollständig umgibt. Dabei weist die Berstmembran 32 eine geringere Wanddicke als die Oberwand 21 auf. Die Berstmembran 32 kann einstückig mit der Oberwand 21 ausgebildet sein. Die Berstmembran 32 ist beispielsweise in der Durchgangsöffnung 40 angeordnet. Ferner ist es denkbar, dass die Berstmembran 32 und die Oberwand 21 als separat voneinander ausgebildete und miteinander verbundene Komponenten ausgebildet sind.
3 zeigt eine dritte Ausführungsform. Bei der dritten Ausführungsform weist das Zellgehäuse 12 genau zwei Gehäuseteile in Form von Schalenelementen 33 und 34 auf, welche vorliegend als Halbschalen ausgebildet sind. Das Schalenelement 33 begrenzt einen ersten Teil und dabei eine erste Hälfte des Aufnahmeraums 13, während das Schalenelement 34 einen zweiten Teil und dabei die zweite Hälfte des Aufnahmeraums 13 begrenzt. Die Schalenelemente 33 und 34 sind in einer Trennebene 35 zusammengesetzt, wobei die Trennebene 35 senkrecht zur dritten Richtung verläuft. Insbesondere sind die Schalenelemente 33 und 34 unter Ausbildung wenigstens einer Schweißnaht in der Trennebene 35 miteinander verschweißt und dadurch stoffschlüssig miteinander verbunden.
Um das Zellgehäuse 12 zusammenzubauen, werden die Schalenelemente 33 und 34 entlang der dritten Richtung zusammengeführt und zusammengesetzt und anschließend mittels wenigstens oder genau einer Schweißnaht miteinander gefügt. Auch bei der dritten Ausführungsform sind die Anschlusselemente 6 und 7 seitlich angeordnet. Insbesondere sind die Schalenelemente 33 und 34 stumpf zusammengesetzt und somit entlang eines Stumpfstoßes zusammengesetzt und miteinander verschweißt.
Wie aus den Fig. erkennbar ist, ist das jeweilige Zellgehäuse 12 außenumfangsseitig prismatisch, insbesondere quaderförmig ausgebildet. Dabei weist das Zellgehäuse 12 eine Längserstreckung auf, welche entlang der zweiten Richtung verläuft. Mit anderen Worten, das Zellgehäuse 12 weist eine entlang der ersten Richtung verlaufende erste Erstreckung, eine entlang der zweiten Richtung verlaufende zweite Erstreckung und eine entlang der dritten Richtung verlaufende dritte Erstreckung auf. Die zweite Erstreckung und die dritte Erstreckung sind dabei jeweils größer als die erste Erstreckung, wobei vorzugsweise die zweite Erstreckung größer als die dritte Erstreckung ist. Das Zellgehäuse 12 ist somit flach ausgebildet, insbesondere entlang der ersten Richtung.
4 zeigt eine vierte Ausführungsform der Speicherzelle 2. Bei der vierten Ausführungsform sind die Anschlusselemente 6 und 7 auf der Oberseite 30 und somit auf beziehungsweise an der Oberwand 21 angeordnet. Im Gegensatz dazu ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die Anschlusselemente 6 und 7 auch bei der vierten Ausführungsform seitlich angeordnet sind, sodass dann beispielsweise das Anschlusselement 6 an dem Deckel 25 und das Anschlusselement 7 an dem Deckel 26 angeordnet ist. Aus 4 ist auch besonders gut erkennbar, dass in dem Aufnahmeraum 13 Speichermittel 36 zum Speichern der elektrischen Energie angeordnet sind. Die Speichermittel 36 umfassen die Elektroden und den vorzugsweise flüssigen Elektrolyten, in welchem die Elektroden aufgenommen sind. Die Elektroden sind vorzugsweise aufeinander angeordnet und bilden dadurch einen Stapel, oder die Elektroden sind, insbesondere um eine Wickelachse, zu einem in 4 erkennbaren Elektrodenwickel 37 aufgewickelt beziehungsweise aufgerollt. Die vierte Ausführungsform unterscheidet sich insbesondere dadurch von der zweiten und dritten Ausführungsform, dass das Zellgehäuse 12 außenumfangsseitig würfelförmig ausgebildet ist. Hierzu umfasst beispielsweise das Zellgehäuse 12 einen außenumfangsseitig zumindest im Wesentlichen würfelförmigen Grundköper, welcher einstückig ausgebildet sein kann. Der Grundkörper begrenzt den Aufnahmeraum 13 zumindest überwiegend, insbesondere vollständig. Der Grundkörper bildet beispielsweise die Vorderwand 15, die Rückwand 16 und die Seitenwände 18 und 19 beziehungsweise die Deckel 25 und 26.
Außerdem umfasst das Zellgehäuse 12 beispielsweise einen zumindest im Wesentlichen quadratischen Deckel 38, mittels welchem beispielsweise der an sich beispielsweise nach oben hin offene Grundkörper verschlossen ist. Somit umfasst das Zellgehäuse 12 vorzugsweise genau zwei Gehäuseteile, welche jeweils einstückig ausgebildet sind. Ein erstes der Gehäuseteile ist der Grundkörper, das zweite Gehäuseteil ist der zumindest im Wesentlichen quadratische Deckel 38, welcher die Oberwand 21 bilden kann. Durch diese außenumfangsseitig würfelförmige Ausgestaltung des Zellgehäuses 12 und somit der Speicherzelle 2 weist diese eine spezielle geometrische Formgebung auf, durch welche die Speicherzelle 2 richtungsunabhängig und flexibel verbaut werden kann.
Schließlich zeigt 5 eine fünfte Ausführungsform, bei welcher das Zellgehäuse 12 außenumfangsseitig zumindest zum Teil, insbesondere zumindest überwiegend, gewölbt, das heißt konvex gewölbt, ausgebildet ist. Die Wölbung ist dabei auf jeweiligen, voneinander abgewandten beziehungsweise einander gegenüberliegenden Seiten 39 und 41 des Zellgehäuses 12 vorgesehen, wobei beispielsweise auf der Seite 41 die Rückwand 16 und auf der Seite 39 die Vorderwand 15 angeordnet ist. Die Seiten 41 und 39 sind jeweilige Breitseiten, welche wesentlich größer beziehungsweise breiter als die Seiten sind, auf denen die Seitenwände 18 und 19 und die Unterwand 22 und die Oberwand 21 angeordnet sind. Das Zellgehäuse 12 wird dabei so gewölbt und somit so ausgebaucht, dass der Abstand zwischen dem Zellgehäuse 12 und den Speichermitteln 36, insbesondere entlang der Stapelrichtung, vergrößert wird. Während in 5 gezeigt ist, dass die Anschlusselemente 6 und 7 auf der Oberseite 30 angeordnet sind, ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die Anschlusselemente 6 und 7 seitlich und somit an den Seitenwänden 18 und 19 angeordnet sind.
Ziel beziehungsweise Funktion der auch als Ausbeulung bezeichneten Wölbung ist es, eine Volumenzunahme beim Laden und Entladen zu dämpfen und auszugleichen. Die Wölbung soll dabei so konstruiert sein, dass es selbst bei der maximalen Volumenausdehnung nicht zu einer Berührung zwischen dem Zellgehäuse 12 und dem Elektrodenwickel 37 kommt. Dadurch ist gesichert, dass es im Einsatz nicht zu einer unzulässigen und zusätzlichen Verformung des Zellgehäuses 12 kommt. Die Formgebung des Zellgehäuses 12 erfolgt beispielsweise durch ein Gas, welches in das Zellgehäuse 12 eingebracht wird und in der Folge die auch als Ausbauchung bezeichnete Wölbung des Zellgehäuses 12 erzeugt.
Hintergrund dieser Ausgestaltung der Speicherzelle 2 ist insbesondere, dass bei herkömmlichen Speicherzellen und Speichereinrichtungen Volumenänderungen der jeweiligen Speicherzelle bei Lade- und Entladevorgängen kritisch sein kann. Durch chemische Vorgänge beim Laden und Entladen der jeweiligen Zelle kommt es zu Volumenzunahmen beim Laden und zu Volumenabnahmen beim Entladen der jeweiligen Speicherzelle. Wird bei der Modulbildung beziehungswiese bei der Herstellung der Speichereinrichtung 1 und der daraus resultierenden Verspannung der Zellen nicht auf diese Zellbewegung geachtet, kann es zu unzulässig hohen Drücken und damit zur Zerstörung von Zellen kommen, was durch entsprechende, außenumfangsseitige Ausgestaltung der Speicherzelle 2 jedoch vermieden werden kann.
Bezugszeichenliste

1: Speichereinrichtung
2: Speicherzelle
3: Doppelpfeil
4: Zellstapel
5: Verspanneinrichtung
6: Anschlusselement
7: Anschlusselement
8: Endplatte
9: Endplatte
10: Zuganker
11: Zuganker
12: Zellgehäuse
13: Aufnahmeraum
14: Elektrodenwickel
15: Vorderwand
16: Rückwand
17: Doppelpfeil
18: Seitenwand
19: Seitenwand
20: Doppelpfeil
21: Oberwand
22: Unterwand
23: Grundkörper
24: Deckel
25: Deckel
26: Deckel
27: Seite
28: Seite
29: Einfüllöffnung
30: Oberseite
31: Bersteinrichtung
32: Berstmembran
33: Schalenelement
34: Schalenelement
35: Trennebene
36: Speichermittel
37: Elektroden
38: Deckel
39: Seite
40: Durchgangsöffnung
41: Seite

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009046801 A1 [0002]
DE 102011015152 A1 [0003]

Claims

Speicherzelle (2) für eine zum Speichern von elektrischer Energie ausgebildete Speichereinrichtung (1) für ein Kraftfahrzeug, mit einem Zellgehäuse (12), welches einen Aufnahmeraum (13) und wenigstens eine an einer Wandung (21) des Zellgehäuses (12) vorgesehene Berstmembran (32) zum Entlüften des Aufnahmeraums (13) aufweist, mit in dem Aufnahmeraum (13) angeordneten und einen Elektrolyten und Elektroden (37) umfassenden Speichermitteln (14, 36) zum Speichern von elektrischer Energie, und mit seitlich angeordneten Anschlusselementen (6, 7), über welche die mittels der Speichermittel (14, 36) gespeicherte elektrische Energie von der Speicherzelle (2) bereitstellbar ist. dadurch gekennzeichnet, dass die Berstmembran (32) und wenigstens eine Einfüllöffnung (29), über welche Elektrolyt in den Aufnahmeraum (13) einfüllbar ist, auf einer in Einbaulage der Speicherzelle (2) in Fahrzeughochrichtung nach oben weisenden Oberseite (30) des Zellgehäuses (12) angeordnet sind.
Speicherzelle (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlusselemente (6, 7) auf voneinander abgewandten Seiten (27, 28) der Speicherzelle (2) angeordnet sind.
Speicherzelle (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Zellgehäuse (12) genau zwei jeweils einstückig und separat voneinander ausgebildete und miteinander verbundene Gehäuseteile (33, 34) aufweist, welche als Schalenelemente (33, 34) ausgebildet sind.
Speicherzelle (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Zellgehäuse (12) genau drei jeweils einstückig und separat voneinander ausgebildete und miteinander verbundene Gehäuseteile (23, 24, 25, 26) aufweist.
Speicherzelle (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Zellgehäuse (12) genau vier jeweils einstückig und separat voneinander ausgebildete und miteinander verbundene Gehäuseteile (23, 24, 25, 26) aufweist.
Speicherzelle (2) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäuseteile (23, 24, 25, 26, 33, 34) stoffschlüssig miteinander verbunden, insbesondere miteinander verschweißt, sind.
Speicherzelle (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zellgehäuse (12) eine entlang einer ersten Richtung (3) verlaufende erste Erstreckung, eine entlang einer senkrecht zur ersten Richtung (3) verlaufenden zweiten Richtung (17) verlaufende zweite Erstreckung und eine entlang einer senkrecht zur ersten Richtung (3) und senkrecht zur zweiten Richtung (17) verlaufenden dritten Richtung (20) verlaufende dritte Erstreckung aufweist, wobei die zweite Erstreckung und die dritte Erstreckung jeweils größer als die erste Erstreckung sind.
Speicherzelle (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zellgehäuse (12) außenumfangsseitig prismatisch, insbesondere quaderförmig, ausgebildet ist.
Speichereinrichtung (1) zum Speichern von elektrischer Energie für ein Kraftfahrzeug, mit einer Mehrzahl von entlang einer Stapelrichtung (3) aufeinanderfolgend angeordneten, wenigstens einen Zellstapel (4) bildenden und zum Speichern der elektrischen Energie ausgebildeten Speicherzellen (2), welche jeweils aufweisen: - ein Zellgehäuse (12), welches einen Aufnahmeraum (13) und wenigstens eine an einer Wandung (21) des Zellgehäuses (12) vorgesehene Berstmembran (32) zum Entlüften des Aufnahmeraums (13) aufweist; - in dem Aufnahmeraum (13) angeordnete und einen Elektrolyten und Elektroden umfassende Speichermittel (14, 36) zum Speichern der elektrischen Energie; und - seitlich angeordnete Anschlusselemente (6, 7), über welche die mittels der jeweiligen Speichermittel (14, 26) gespeicherte elektrische Energie von der jeweiligen Speicherzelle (2) bereitstellbar ist; dadurch gekennzeichnet dass die Berstmembran (32) und wenigstens eine Einfüllöffnung (29), über welche Elektrolyt in den jeweiligen Aufnahmeraum (13) einfüllbar ist, auf einer in Einbaulage der Speichereinrichtung (1) in Fahrzeughochrichtung nach oben weisenden Oberseite (30) des jeweiligen Zellgehäuses (12) angeordnet sind.
Speichereinrichtung (1) nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine zwei Endplatten (8, 9) und wenigstens zwei mit den Endplatten (8, 9) verbundene Zugelemente (10, 11) aufweisende Verspanneinrichtung (5), mittels welcher die entlang der Stapelrichtung (3) zwischen den Endplatten (8, 9) angeordneten Speicherzellen (2) entlang der Stapelrichtung (3) miteinander verspannt und dadurch aneinander gehalten sind, wobei die seitlich angeordneten Anschlusselemente (6, 7) mit den jeweiligen Zugelementen (10, 11) elektrisch verbunden sind, wodurch die in dem Zellstapel (4) gespeicherte elektrische Energie über die Zugelemente (10, 11) von dem Zellstapel (4) bereitstellbar ist.
Kraftfahrzeug, mit wenigstens einer Speicherzelle (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 und/oder mit wenigstens einer Speichereinrichtung (1) nach Anspruch 9 oder 10.