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Die Erfindung betrifft einen elektrischen Energiespeicher für ein Kraftfahrzeug, mit einem Speichergehäuse und mit mehreren in dem Speichergehäuse in zumindest einer Reihe nebeneinander angeordneten Speicherzellen, wobei jede Speicherzelle ein Zellgehäuse mit einer Höhe, einer Breite und einer Tiefe aufweist, wobei benachbarte Zellgehäuse an durch Höhe und Breite ausgebildeten Seitenwänden aneinander anliegen, wobei das Speichergehäuse zumindest eine Entgasungsöffnung aufweist, und wobei der Energiespeicher zumindest einen zu der Entgasungsöffnung führenden Entgasungskanal aufweist.
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Energiespeicher der eingangs genannten Art sind aus dem Stand der Technik bekannt. So offenbart beispielsweise die Offenlegungsschrift
DE 10 2015 214 181 A1 einen Energiespeicher für ein Kraftfahrzeug, der einen Zellverbund mit einer Mehrzahl von Speicherzellen aufweist. Die Speicherzellen sind geneigt zu einer Erstreckungsrichtung des Energiespeichers in einem Speichergehäuse aneinander angrenzend angeordnet. Durch eine Abdeckeinheit wird zwischen dem Zellverbund und den Speicherzellen ein Entgasungskanal ausgebildet, der zu einer Entgasungsöffnung zum Ableiten von Gasen führt. Auch kann die Abdeckeinheit die Entgasungsöffnung aufweisen.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Energiespeicher zu schaffen, der es ermöglicht, den Entgasungskanal ohne großen Mehraufwand an unterschiedlichen Positionen in dem Speichergehäuse vorzusehen, um den Energiespeicher beispielsweise an unterschiedliche Randbedingungen, insbesondere an unterschiedlich positionierte Entgasungsöffnungen anzupassen.
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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch einen Energiespeicher mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Diese hat den Vorteil, dass durch eine vorteilhafte Gestaltung des Zellverbunds eine individuelle Anpassung des Entgasungskanals an die in dem Speichergehäuse ausgebildete Entgasungsöffnung und insbesondere eine Modulbauweise des Energiespeichers ermöglicht ist.
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Erfindungsgemäß ist hierzu vorgesehen, dass der Entgasungskanal zumindest abschnittsweise durch eine Entgasungszelle gebildet ist, die ein Gehäuse aufweist, das in Höhe und Breite der Höhe und Breite der Zellgehäuse entspricht und das mit zumindest einer durch Höhe und Breite ausgebildeten Seitenwand an einer Seitenwand einer benachbarten Speicherzelle anliegt. Der Entgasungskanal ist somit in eine Entgasungszelle integriert, die zumindest in Bezug auf Höhe und Breite in ihrer Ausbildung den Speicherzellen des Energiespeichers entspricht. Dadurch ist die Entgasungszelle beispielsweise alternativ zu einer Speicherzelle oder zusätzlich zu bereits vorhandenen Speicherzellen in die Reihe von Speicherzellen eingesetzt oder einsetzbar, wodurch insbesondere die mechanische Gesamtstruktur des Energiespeichers nicht nachteilig beeinträchtigt wird. Dadurch, dass die aneinander anliegenden Seitenwände von Zellgehäuse und Gehäuse die gleiche Höhe und Breite aufweisen, sind Spannkräfte oder Belastungskräfte gleichmäßig über die gesamte Reihe von Speicherzellen mit Entgasungszelle übertragbar, sodass keine unerwünschten Deformationen oder Beschädigungen aufgrund von erhöhten mechanischen Spannungen oder dergleichen auftreten können. Zweckmäßigerweise ist die Entgasungszelle dazu fluchtend mit den Speicherzellen der Reihe von Speicherzellen angeordnet. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Entgasungszelle endseitig an der Reihe von Speicherzellen angeordnet, sodass die Entgasungszelle mit nur einer Seitenwand an der einzigen benachbarten Speicherzelle anliegt. Die von dieser Seitenwand abgewandte Seitenwand der Entgasungszelle liegt frei oder an einer Seitenwand des Gehäuses oder einer Halteeinrichtung zum Verspannen der Speicherzellen und Entgasungszelle miteinander an. Optional sind an beiden Enden der Reihe von Speicherzellen jeweils eine Entgasungszelle angeordnet.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist das Gehäuse des Entgasungskanals eine Tiefe auf, die der Tiefe zumindest einer der Speicherzellen entspricht. Dadurch ist gewährleistet, dass das Gehäuse des Entgasungskanals letztendlich in seiner Bauart dem Speicher-Zellengehäuse entspricht, wodurch insbesondere auf gleiche Bauteile bei der Fertigung des Energiespeichers zurückgegriffen werden kann und insbesondere für die Entgasungszelle kein neues Gehäuse entwickelt, konstruiert und gefertigt werden muss. Dadurch ergibt sich der Vorteil einer einfachen Integration der Entgasungszelle in die Reihe von Speicherzellen. Darüber hinaus ergeben sich Kostenvorteile. Vorzugsweise weisen das Gehäuse und alle Zellgehäuse der Speicherzellen in der Reihe von Speicherzellen die gleiche Tiefe, und vorzugsweise die gleiche Höhe und Breite auf, alternativ weist vorzugsweise lediglich die zumindest eine Entgasungszelle eine Tiefe auf, die sich von der Tiefe der Speicherzellen unterscheidet. Hierdurch ist eine vorteilhafte Anpassung eines zu erwartenden Ausgasungsvolumens möglich.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die Entgasungszelle fluchtend zu den Speicherzellen angeordnet, sodass sie die Reihe von Speicherzellen vervollständigt und insbesondere nicht randseitig über die Speicherzellen vorsteht. Dadurch ergibt sich eine vorteilhafte Integration sowie mechanische Zusammenwirkung mit den Speicherzellen des Energiespeichers.
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Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass die Entgasungszelle zwischen zwei benachbarten Speicherzellen angeordnet, sodass die Entgasungszelle mit zwei ihrer Seitenwänden an jeweils einer Seitenwand von einer der benachbarten Speicherzellen anliegt. Damit liegt die Speicherzelle nicht am Rand beziehungsweise Ende der Reihe von Speicherzellen, sondern in der Reihe von Speicherzellen. Durch die vorteilhafte Ausbildung der Entgasungszelle ergeben sich dadurch keine Strukturnachteile in dem Energiespeicher. Durch die Auswahl der Position der Entgasungszelle in der Reihe der Speicherzellen ist eine einfache Anpassung der Anordnung des Entgasungskanals an die in dem Speichergehäuse ausgebildete Entgasungsöffnung gewährleistet. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel sind an zumindest einem Ende der Reihe von Speicherzellen sowie zwischen zwei benachbarten Speicherzellen der Reihe von Speicherzellen jeweils eine Entgasungszelle angeordnet. Auch ist es denkbar, an beiden Enden der Reihe von Speicherzellen sowie zwischen zumindest zwei benachbarten Zellen in der Reihe der Speicherzellen eine Entgasungszelle jeweils anzuordnen.
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Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass die Entgasungszelle zur Ausbildung des Entgasungskanals in ihrer oberen Stirnwand und in ihrer unteren Stirnwand jeweils zumindest eine Öffnung aufweist. Während die Seitenwände im Berührungskontakt mit einer oder jeweils einer Speicherzelle stehen, sind die Stirnwände der Entgasungszelle frei. Zumindest die obere Stirnwand ist in Richtung des Gehäusedeckels hin frei, während die untere Stirnwand beispielsweise auf dem Boden des Energiespeichers aufsteht. Durch die Ausbildung der Öffnung jeweils in der oberen und der unteren Stirnwand ist ein Entgasungskanal durch das Gehäuse der Entgasungszelle hinaus in einfacher Art und Weise ausgebildet.
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Weithin ist bevorzugt vorgesehen, dass in dem Gehäuse der Entgasungszelle mehrere Gasführungskanäle ausgebildet sind, die von der oberen Stirnseite zu der unteren Stirnseite führen. Durch das Vorsehen mehrerer Entgasungskanäle kann beispielsweise eine gezielte Führung von Gasen zu auch mehreren Entgasungsöffnungen erzielt werden. Darüber hinaus ist durch die Ausbildung mehrerer Entgasungskanäle in der Entgasungszelle das Durchströmungsvolumen erhöht.
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Vorzugsweise ist der jeweilige Entgasungskanal durch zumindest eine Bohrung in dem Gehäuse der Entgasungszelle ausgebildet. Dabei ist das Gehäuse beispielsweise als ein massiver Materialblock ausgebildet, der durch die Bohrung den Entgasungskanal erhält. Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist der jeweilige Entgasungskanal in dem Gehäuse durch ein Hohlzylinderelement, das in dem Gehäuse entsprechend angeordnet und ausgerichtet ist, gebildet. In diesem Fall dient das Gehäuse als Haltestruktur für das Hohlzylinderelement und ist bevorzugt ansonsten hohl ausgebildet.
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Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass das Speichergehäuse einen Boden aufweist, auf welchem die Speicherzellen angeordnet sind, wobei die Entgasungsöffnung in dem Boden des Speichergehäuses angeordnet ist. Durch eine entsprechende Platzierung der Entgasungszelle in der Reihe von Speicherzellen ist der Entgasungskanal der Entgasungsöffnung zugeordnet, um ein vorteilhaften Entgasen des Energiespeichers zu gewährleisten.
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Besonders bevorzugt weist das Speichergehäuse eine Höhe auf, die größer ist als die Höhe der Speicherzellen, sodass oberhalb der Speicherzellen in dem Speichergehäuse ein Gassammelraum gebildet ist. Dieser Gassammelraum steht in fluidtechnischer Verbindung mit dem Entgasungskanal, insbesondere durch die Öffnung der Entgasungszelle in der oberen Stirnwand des Gehäuses. Hierdurch ist eine einfache Gasführung aus dem Energiespeicher mittels des Entgasungskanals gewährleistet.
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Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass der Entgasungsöffnung zumindest eine Membran und/oder eine Berstscheibe zugeordnet sind, die ein ungewolltes Eindringen von Fremdmitteln in den Energiespeicher sowie ein unerwünschtes Ausdringen von Betriebsmitteln des Energiespeichers verhindert, im Notfall jedoch einen Druckausgleich ermöglichen, um eine größere Beschädigung, insbesondere des Energiespeichers, zu verhindern.
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Im Folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert werden. Dazu zeigen
- 1 einen vorteilhaften elektrischen Energiespeicher für ein Kraftfahrzeug in einer vereinfachten perspektivischen Schnittdarstellung und
- 2 eine weitere perspektivische Schnittdarstellung des Energiespeichers.
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1 zeigt in einer vereinfachten perspektivischen Schnittdarstellung einen vorteilhaften elektrischen Energiespeicher 1 für ein hier nicht näher dargestelltes Kraftfahrzeug. Der Energiespeicher 1 weist ein Speichergehäuse 2 auf, in welchem eine Vielzahl von elektrischen Speicherzellen 3 angeordnet sind. Aus Übersichtlichkeitsgründen sind nicht alle Speicherzellen mit einem Bezugszeichen versehen. Dabei sind gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Speicherzellen 3 in zwei Reihen parallel zueinander angeordnet. Jede Reihe bildet einen Zellstapel 5. Jede Speicherzelle weist dabei ein Zellgehäuse 4 auf, das eine Höhe H, eine Breite B und eine Tiefe T auf, wobei die Höhe größer als die Breite und die Breite größer als die Tiefe T ist, sodass die Zellgehäuse 4 insgesamt eine rechteckförmige Grundfläche aufweisen. Durch die Höhe H und die Breite B des jeweiligen Zellgehäuses 4 werden zwei einander gegenüberliegende Seitenwände 6 jedes Zellgehäuses definiert beziehungsweise ausgebildet, die entsprechend rechteckförmig sind. Die gegenüberliegenden Seitenwände 6 sind durch einander gegenüberliegende Stirnwände 7, die durch die Breite B und die Tiefe T definiert sind, sowie durch weitere Seitenwände, die durch die Tiefe T und die Höhe definiert sind, miteinander verbunden.
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In den Zellgehäusen 4 der Speicherzellen 3 sind beispielsweise das Aktivmaterial einer Speicherzelle, beispielsweise ein Elektrolyt, sowie Anode und Kathode angeordnet und elektrisch mit außen an dem jeweiligen Zellgehäuse 4 liegenden Anschlüssen verbunden. Die Zellgehäuse 4 liegen dabei mit den Seitenwänden 6 in der jeweiligen Reihe aneinander an, wobei die Zellgehäuse 4 fluchtend miteinander ausgerichtet sind, sodass stets die gleiche oder im Wesentlichen die gleiche Berührungskontaktfläche zwischen benachbarten Speicherzellen 3 an den Seitenwänden 6 gewährleistet ist. Werden die Speicherzellen 3 in der Längserstreckung der Reihe gegeneinander verspannt, um einen sicheren Halt in dem Speichergehäuse 2 zu gewährleisten, so werden die Kräfte gleichmäßig von Speicherzelle zu Speicherzelle übertragen und eine mechanische Überlastung der Speicherzellen 3 beziehungsweise der Zellgehäuse 4 wird vermieden.
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In einem Boden 8 des Speichergehäuses 2 ist weiterhin eine Entgasungsöffnung 9 ausgebildet, durch welche insbesondere Gase, die aus den Speicherzellen 3 entweichen, aus dem Speichergehäuse 2 abgeführt werden können. Dabei ist insbesondere jedem Zellstapel 5 jeweils zumindest eine entsprechende Entgasungsöffnung 9 zugeordnet. Die Speicherzellen 3 liegen auf dem Boden 3 mit den unteren Stirnwänden 7 auf, sodass die Reihe von Speicherzellen 3 die jeweilige Entgasungsöffnung 9 überdeckt.
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Um zu gewährleisten, dass dennoch die entweichenden Gase aus dem Speichergehäuse 2 durch die Entgasungsöffnung 9 abgeführt werden können, ist an der Stelle der Entgasungsöffnung 9 anstelle einer Speicherzelle 3 eine Entgasungszelle 10 angeordnet.
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2 zeigt dazu in einer weiteren perspektivischen Schnittdarstellung eine Detailansicht des Energiespeichers 1. Die Schnittdarstellung zeigt dabei ein Schnitt durch die vordere Reihe von Speicherzellen 3 aus 1 mit Fokus auf die Entgasungszelle 10. Die Entgasungszelle 10 weist ein Gehäuse 11 auf, das in seiner Form dem Zellgehäuse 4 der Speicherzellen 3 entspricht. Damit weist auch das Gehäuse 11 die Höhe H, die Breite B und die Tiefe T auf.
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Hierdurch ist ein einfacher Ersatz einer der Speicherzellen 3 durch die Entgasungszelle 10 möglich, ohne dass hierfür der Energiespeicher 1 verändert werden muss. Die Entgasungszelle 10 weist einen oder mehrere Entgasungskanäle 12 auf, die sich von der oberen Stirnseite 7 bis zu der unteren Stirnseite 7 des Gehäuses 11 erstrecken, sodass Gas von der Oberseite des Zellblocks in Richtung des Bodens 8 durch die Entgasungszelle 10 und damit zu der Entgasungsöffnung 9 strömen kann.
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Das Speichergehäuse 2 weist einen in 1 nicht und in 2 nur angedeuteten Deckel 13 auf, der den Aufnahmeraum für die Speicherzellen 3 nach oben hin abschließt. Dabei liegt der Deckel 13 beabstandet zu den oberen Stirnwänden 7 der Speicherzellen 3, sodass sich zwischen dem Deckel 13 und den Speicherzellen 3 ein Gassammelraum 14 ausbildet.
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Für den Fall, dass bei Auftreten einer Fehlfunktion und einer daraus resultierenden Entgasung einer oder mehrerer Speicherzellen 3 des Energiespeichers 1 giftige Schadgase austreten, sorgt der Entgasungskanal 12 dafür, dass diese sicher nach außen geführt werden, insbesondere ohne in den Fahrzeuginnenraum zu gelangen. Die Anordnung der Entgasungsöffnung 9 am Boden 8 stellt dabei eine häufig zu erfüllende Sicherheitsanforderung dar. Das durch die Entgasungsöffnung 9 entweichende Gas wird durch eine Bohrung im Bodenblech des Kraftfahrzeugs, das unter dem Energiespeicher 1 üblicherweise angeordnet ist, nach außen geführt. Da jedoch aufgrund der unterschiedlichen Anforderungen von Kraftfahrzeugen die Entgasungsöffnung 9 an unterschiedlichen Positionen im Boden 8 von Vorteil ist, bietet der vorliegende Energiespeicher nunmehr die Möglichkeit, durch Auswahl der Position der Entgasungszelle 11 den Energiespeicher 1 beziehungsweise den jeweiligen Zellstapel an die Position der Entgasungsöffnung 9 derart anzupassen, dass stets eine fluidtechnische Verbindung durch die Entgasungszelle 10, insbesondere von dem Entgasungsraum 14 zu der Entgasungsöffnung 9 gewährleistet ist. Dazu wird lediglich die Speicherzelle 3, die oberhalb der Entgasungsöffnung 9 liegt, durch die Entgasungszelle 10 getauscht. Weil die Entgasungszelle 10 die gleichen Gehäuseform aufweist, wie die Speicherzellen 3, ändert sich dadurch die mechanische Struktur des Zellstapels beziehungsweise der Reihe von Speicherzellen 3 in dem Energiespeicher 1 nicht. Dadurch ist eine fahrzeugindividuelle Anpassung des Energiespeichers 1 auf einfache Art und Weise gewährleistet, ohne dass hierdurch ein besonderer Mehraufwand gefordert ist.
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Die Entgasungszelle 10 kann einen oder mehrere Entgasungskanäle 12 aufweisen, die entweder als Durchbohrung der Entgasungszelle 10 ausgebildet sind oder als in das Gehäuse 11 der Entgasungszelle 10 eingesetzte, insbesondere zylinderförmige, Kanäle.
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Optional ist der Entgasungsöffnung 9 außerdem eine Membran oder eine Berstscheibe 15 zugeordnet, welche insbesondere das unerwünschte Eindringen von Flüssigkeit oder Gasen in den Energiespeicher 1 im Normalfall verhindert und bei Bedarf ein Ausströmen der schädlichen Gase nach außen ermöglicht.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Energiespeicher
- 2
- Speichergehäuse
- 3
- Speicherzelle
- 4
- Zellgehäuse
- 5
- Zellstapel
- 6
- Seitenwand
- 7
- Stirnwand
- 8
- Boden
- 9
- Entgasungsöffnung
- 10
- Entgasungszelle
- 11
- Gehäuse
- 12
- Entgasungskanal
- 13
- Deckel
- 14
- Gassammelraum
- 15
- Berstscheibe
- H
- Höhe
- B
- Breite
- T
- Tiefe
