WO2024251448A1 - Elektrischer energiespeicher für ein kraftfahrzeug, insbesondere für einen kraftwagen, sowie kraftfahrzeug - Google Patents

Elektrischer energiespeicher für ein kraftfahrzeug, insbesondere für einen kraftwagen, sowie kraftfahrzeug Download PDF

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WO2024251448A1 PCT/EP2024/062548 EP2024062548W WO2024251448A1 WO 2024251448 A1 WO2024251448 A1 WO 2024251448A1 EP 2024062548 W EP2024062548 W EP 2024062548W WO 2024251448 A1 WO2024251448 A1 WO 2024251448A1
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foam
electrical energy
connecting element
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Sascha Zimmermann
Franz Fuchs
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Bayerische Motoren Werke AG
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Definitions

  • Electrical energy storage device for a motor vehicle, in particular for a motor vehicle, and motor vehicle
  • the invention relates to an electrical energy storage device for a motor vehicle, in particular for a motor vehicle, according to the preamble of patent claim 1. Furthermore, the invention relates to a motor vehicle with at least one such electrical energy storage device.
  • DE 10 2021 112 889 A1 discloses a cell connector for connecting cell terminals. At least one connecting element made of an electrically conductive material is provided, which has two connection areas and a fuse area arranged between the connection areas, which has an area with a reduced cross-section and is thus designed in particular as a fuse.
  • the object of the present invention is to provide an electrical energy storage device for a motor vehicle and a motor vehicle with at least one such electrical energy storage device, so that particularly safe operation can be realized.
  • a first aspect of the invention relates to an electrical energy storage device, also referred to simply as an energy storage device, for a motor vehicle, also referred to simply as a vehicle.
  • the motor vehicle preferably designed as a motor vehicle, in particular as a passenger car, in its fully manufactured state has the electrical energy storage device, by means of or in which electrical energy is to be stored, in particular electrochemically.
  • the electrical energy storage device is preferably a high-voltage component, the electrical voltage of which, in particular electrical operating or nominal voltage, preferably greater than 50 volts, in particular greater than 60 volts, and most preferably amounts to several hundred volts.
  • the electrical energy storage device is also referred to as a battery and is in particular a secondary battery, whereby, in particular when the electrical energy storage device is a high-voltage component, the electrical energy storage device is also referred to as a high-voltage battery (HV battery).
  • HV battery high-voltage battery
  • the electrical energy storage device has a storage housing which delimits a receiving space, in particular directly.
  • the receiving space is delimited, in particular directly, by an inner peripheral surface of the storage housing.
  • the electrical energy storage device also has a plurality of storage cells arranged in the receiving space and thus in the storage housing, by means of or in which the aforementioned electrical energy is to be stored or is stored, in particular electrochemically.
  • the storage cells are also simply referred to as cells and are cells formed separately from one another and separately from the storage housing, which are also referred to as individual cells.
  • the respective storage cell has a respective cell housing and at least one respective connection element, which is also referred to as a terminal.
  • the respective connection element is also referred to as the respective first connection element.
  • the respective connection element has at least or exactly two connection elements, also referred to as terminals, namely the aforementioned first connection element and a second connection element.
  • the respective storage cell can provide the electrical energy stored by the respective storage cell via the respective connection element.
  • electrical energy which is provided or can be provided by an electrical machine of the motor vehicle, for example, can be supplied to the respective storage cell via the respective connection element and stored in the respective storage cell, thus stored in the respective storage cell.
  • the electrical energy storage device also has a connecting device arranged in the receiving space, which is designed in particular separately from the storage housing and separately from the storage cells and thus separately from the connection elements.
  • a respective connecting element of the connecting device is assigned to the respective connection element.
  • the connecting device is also referred to as a cell contacting system, cell contacting system or ZKS.
  • the respective connection element is on a respective housing side of the respective cell housing of the respective storage cell, wherein it is particularly conceivable that the respective connection element protrudes from the respective cell housing of the respective storage cell, in particular along or in an extension direction, so that, for example, the respective connection element is raised relative to the respective cell housing, thus relative to respective partial regions of the respective cell housing which in particular directly adjoin the respective connection element.
  • the respective connecting element of the connecting device assigned to the respective connection element is electrically and preferably also mechanically connected to the respective connection element to which the respective connecting element is assigned. Since the respective connecting element assigned to the respective connection element is assigned to the respective connection element, conversely the respective connection element to which the respective connecting element is assigned is assigned to the respective connecting element that is assigned to the respective connection element. Because the respective connecting element is electrically connected to the respective assigned connection element, the connection elements and thus the storage cells are electrically connected to one another via the connecting device, whereby, for example, the storage cells or the connection elements are connected in series or in parallel to one another.
  • the respective connecting element is electrically and preferably also mechanically connected to the respective assigned connection element in such a way that the respective connecting element is integrally connected to the respective assigned connection element.
  • the respective connecting element is welded to the respective assigned connection element, in particular by laser welding.
  • the respective connecting element assigned to the respective connection element has a respective fuse. Since the respective connecting element is assigned to the respective connection element and the respective connecting element assigned to the respective connection element has the respective fuse, the respective fuse of the respective connecting element assigned to the respective connection element is assigned to the respective connection element to which the respective connecting element is assigned and vice versa.
  • the respective fuse is a respective fuse area of the respective connecting element. As described, for example, in DE 10 2021 112 889 A1, the respective fuse is, for example, provided by a in particular, local cross-sectional tapering or cross-sectional reduction of the respective connecting element is formed, so that, for example, the respective fuse of the respective connecting element has a smaller cross-section than partial areas of the respective connecting element that are directly adjacent to the respective fuse of the respective connecting element on both sides.
  • the respective connecting element and thus the respective fuse and the respective partial areas of the respective connecting element are formed from an electrically conductive and, for example, metallic material such as copper or aluminum.
  • metallic material such as copper or aluminum.
  • the fact that the fuse has a smaller cross-section than the aforementioned partial areas of the respective connecting element can result in the following: If, for example, in particular as a result of a thermal event in one of the storage cells, an electrical current, also referred to as a fault current, flows through the connecting element that is assigned to the connection element of the one storage cell that has the thermal event, wherein the electrical current exceeds a particularly predeterminable or predetermined limit value, the connecting element that is assigned to the connection element of the one storage cell that has the thermal event heats up to such an extent that the fuse of the connecting element that is assigned to the connection element of the one storage cell melts and thus fails. This is also referred to as the fuse being triggered.
  • the fuse of the connecting element that is assigned to the connection element of the one storage cell on or in which the thermal event occurred is triggered.
  • one storage cell is electrically or galvanically separated from the other remaining storage cells, so that, for example, the thermal event of one storage cell can be prevented from spreading to the other storage cells and thus so-called thermal propagation can be avoided.
  • the aforementioned limit value can be designed, i.e. defined, for example, by structural design of the respective fuse, particularly with regard to the material from which the respective connecting element is made and/or the respective cross-section of the respective fuse.
  • a particularly separate from the Storage housing foam formed separately from the storage cells and separately from the connecting device is arranged, which is in particular designed as a structural foam.
  • the foam is also referred to as the first foam.
  • the first foam is a polyurethane foam (PU foam).
  • the storage cells are connected to one another and/or to the storage housing by means of the foam, in particular glued.
  • the storage housing can have at least or exactly two housing parts formed separately from one another and connected to one another.
  • a first of the housing parts is, for example, an upper housing part, with a second of the housing parts being, for example, a lower housing part. It is conceivable that in the installation position of the electrical energy storage device, the housing parts are arranged one after the other in the vertical direction of the motor vehicle and thus one above the other, with the electrical energy storage device assuming its installation position in the fully manufactured state of the motor vehicle having the electrical energy storage device. It is conceivable that the housing parts are connected to one another by means of the foam, in particular glued to one another. This is done, for example, in such a way that the foam rests on both housing parts, in particular directly in each case.
  • the foam rests on the respective cell housing, in particular on a respective outer peripheral surface of the respective cell housing, in particular directly, whereby, for example, the cell housings and thus the storage cells are connected to one another by means of the foam, in particular glued to one another. It is also conceivable that the foam rests, in particular directly, on the storage housing and, in particular directly, on the respective cell housing, in particular on the respective outer peripheral surface of the respective cell housing, whereby, for example, the respective storage cell is connected to the storage housing, in particular glued to one another.
  • the foam can be used to avoid undesirable, excessive relative movements between the storage cells and/or between the respective storage cell and the storage housing.
  • the foam can be used to transfer loads such as forces particularly advantageously between the storage cells and/or between the respective storage cell and the storage housing and/or between the housing parts, whereby a particularly high level of robustness and thus a particularly high level of safety of the electrical energy storage device can be achieved.
  • the respective fuse of the respective connecting element assigned to the respective connection element is a respective limiting element, preferably designed separately from the storage cells, separately from the connecting device and separately from the storage housing and also separately from the foam and provided in addition to the foam, which is very preferably designed as a solid body.
  • the respective limiting element can be made of a metallic material or of a plastic.
  • a respective volume is limited, in particular directly and/or at least partially, by the respective limiting element assigned to the respective fuse, wherein the respective fuse to which the respective limiting element is assigned is overlapped by the respective volume on a respective side facing away from the respective cell housing of the respective storage cell, which has the respective connection element to which the respective connection element is assigned, which has the respective fuse to which the respective limiting element is assigned, also referred to as the fuse side, and in particular towards the storage housing, in particular towards one of the housing parts.
  • the side is mentioned above and below, this is to be understood to mean the respective fuse side, unless otherwise stated.
  • the respective volume is free of the foam.
  • the limiting element keeps the volume free of the foam, in particular when, for example, the foam, in particular in the liquid state of the foam, or a starting material from which the foam is formed or is created, in particular in the liquid state of the starting material, is introduced into the receiving space.
  • the respective volume is free of the foam, and thus in the fully manufactured state of the electrical energy storage device, the foam is not arranged in the respective volume. Because the respective volume is free of the foam, excessive, undesirable heat dissipation from the respective fuse can be avoided, and, for example, a particularly advantageous thermal insulation of the respective fuse can be realized, so that excessive, undesirable heat dissipation from the respective fuse can be avoided.
  • the foam would lie directly against the respective fuse, for example, excessive heat dissipation from the respective fuse into the foam could occur.
  • the foam can have particularly advantageous mechanical properties and thus ensure particularly advantageous mechanical properties of the energy storage device, these advantageous mechanical properties of the foam can be accompanied by an undesirably high Thermal conductivity and/or an undesirably high heat capacity of the foam, so that an excessive amount of heat would be dissipated from the respective storage cell via the foam if the foam were to lie directly against the respective fuse.
  • the invention now makes it possible, on the one hand, to create an advantageously high, in particular mechanical, robustness of the energy storage device by means of the foam.
  • the limiting elements and by the limiting elements keeping the volumes free of the foam, excessive heat dissipation from the fuses can be avoided, since, for example, by means of the respective assigned limiting element and by means of the respective volume limited by the respective limiting element, the respective fuse can be advantageously thermally insulated from the foam.
  • the invention is based in particular on the following findings and considerations: Due to effects that are not discussed in detail here, an exothermic reaction can occur in the respective storage cell, also referred to as a battery cell and designed, for example, as a lithium-ion cell.
  • Conditions can arise in which the respective storage cell is no longer designed or functions as a voltage source, but instead changes into a conductor with a defined electrical resistance, thus changing from a voltage source to a conductor with a defined resistance.
  • at least one of the effects is or includes a thermal event.
  • the storage cells are connected in a P-connection, for example, and thus connected in parallel to one another, an electrical discharge of the other, remaining and not yet intact storage cells in this P-connection can occur via the storage cell that is now conductive, and thus designed as a conductor with a defined resistance. If no countermeasure is taken, the remaining, still intact storage cells run the risk of overheating and themselves undergoing a thermal event, so that thermal propagation can occur.
  • the invention now makes it possible to avoid the problems and disadvantages mentioned above.
  • the limiting elements and the volumes limited by them, which are free of foam, are therefore a countermeasure to avoid thermal propagation or at least to delay it advantageously in time.
  • a medium-resistance failure of one of the storage cells occurs, it is usually not sufficient to trigger the fuse associated with one of the storage cells purely by an electrical current resulting from the medium-resistance failure, also known as a fault current, since the fault current occurring in the event of such a medium-resistance failure, which is caused by the connection element of the a connecting element associated with the storage cell exhibiting the medium-resistance failure can be in the range of an electrical operating current that can occur during normal operation of the energy storage device, during which there is no medium-resistance failure of a storage cell.
  • a temperature-related, i.e. temperature-triggered, triggering of the fuse of the connecting element associated with the connection element of one storage cell is also advantageous, so that the fuse is triggered and therefore melted by a combination of a high temperature of the fuse resulting from the medium-resistance failure and a fault current resulting from the medium-resistance failure.
  • a further background is in particular that in the event of a defect such as a medium-resistance failure of the respective storage cell, for example or possibly only a small electrical fault current occurs which flows through the respective fuse of the respective connecting element and is not sufficient on its own to melt the fuse, i.e. to trigger it, but in particular also heats up the fuse, so that the temperature of the fuse increases, whereby this heating and thus this temperature increase is not caused or not only caused by the fault current, but also, in particular, by another heating effect such as conduction, and whereby this other heating effect results from the defect mentioned and/or from a thermal event in the respective storage cell caused by the defect or associated with the defect.
  • the fault current i.e.
  • the respective fuse is particularly advantageously thermally insulated from the foam.
  • the connecting device and/or the storage cells are embedded in the foam, which, as previously described, can ensure an advantageous structural robustness of the energy storage device, but can have an excessively high thermal conductivity and/or an excessively high heat capacity.
  • excessive, undesirable heat dissipation could occur from the fuse of the connecting element assigned to the connection element of one storage cell, so that although one storage cell is defective, the fuse of the connecting element assigned to the connection element of one storage cell does not melt.
  • the invention now makes it possible for the respective fuse of the respective connecting element assigned to the respective connection element of the respective storage cell to melt and thus trigger even in the event of a low-resistance or medium-resistance failure of the respective storage cell, since the respective fuse is advantageously thermally insulated from or against the foam by means of the respective associated limiting element and the volume limited thereby, a medium-resistance failure of the respective storage cell results in such an advantageous combination of fault current flowing through the fuse and heating of the fuse that the respective fuse melts due to this combination and thus fails and is therefore triggered. As a result, the respective storage cell is advantageously separated from the remaining, other and still intact storage cells even in the event of a medium-resistance failure.
  • the respective fuse is thermally insulated from the foam by means of the respective limiting element and the volume limited thereby, the combination of fault current and heating of the respective fuse is sufficient to trigger the respective fuse, thus causing it to melt and thus fail, whereby the respective storage cell is separated from the respective other, remaining and still intact storage cells.
  • one embodiment of the invention provides that the respective volume is filled, in particular completely, with a respective medium which has a lower thermal conductivity and/or a lower thermal capacity than the foam.
  • the foam has a first thermal conductivity and a first thermal capacity, wherein the medium has a second thermal conductivity and a second thermal capacity.
  • the second thermal conductivity is lower than the first thermal conductivity.
  • the second thermal capacity is lower than the first thermal capacity.
  • the respective medium is a gas, which allows a particularly advantageous thermal insulation to be realized.
  • the gas is air, which allows a particularly advantageous thermal insulation of the respective fuse to be achieved in a particularly lightweight and cost-effective manner.
  • the limiting elements are formed separately from the storage housing and are connected, in particular directly, to the storage housing. This makes it possible to avoid undesirable relative movements between the respective limiting element and the storage housing, so that a defined and precise positioning of the respective limiting element and thus of the respective volume, in particular relative to the respective fuse, can be achieved. This can ensure particularly advantageous thermal insulation.
  • the respective limiting element is glued, in particular directly, to the storage housing.
  • the respective volume is partially limited by the respective limiting element and partially by the storage housing, i.e. by a respective wall region of the respective storage housing, in particular directly in each case, whereby particularly advantageous thermal insulation can be achieved.
  • the limiting elements are designed separately from one another and connected to one another, or the limiting elements are designed in one piece with one another, thus formed from a single piece, so that, for example, the limiting elements are formed by a one-piece, thus formed from a single piece and thus integrally manufactured body, which is thus designed as a monoblock.
  • the limiting elements are formed by a structural unit which can be handled and installed easily and in a time- and cost-effective manner and can be precisely aligned relative to the fuses, so that particularly advantageous thermal insulation of the respective fuse can be achieved.
  • the limiting elements are formed by a load distribution plate. formed plate, so that, for example, the structural unit, in particular the body, is the said plate.
  • the respective connection element to which the connecting element having the respective fuse is assigned is at least partially overlapped, in particular towards the storage housing, on a side facing away from the respective cell housing and facing the respective fuse of the respective connecting element assigned to the respective connection element, also referred to as the element side, so that reliable triggering of the respective fuse can be ensured even in the event of a low-resistance or medium-resistance failure of the respective storage cell.
  • the respective fuse side and/or the respective element side is overlapped by the respective volume, in particular in the aforementioned direction of extension in which the respective connection element is raised relative to the respective cell housing, so that particularly advantageous thermal insulation can be achieved.
  • a respective side of the respective limiting element which faces the respective connecting element and is also referred to as the limiting side and is associated with the respective fuse of the respective connecting element, is connected, in particular glued, directly to the respective connecting element.
  • no other, further component or medium is arranged between the respective connecting element and the respective limiting element, in particular the respective limiting side, in particular with the exception of an adhesive by means of which the limiting side is glued, in particular directly, to the respective connecting element, so that a particularly advantageous thermal insulation can be achieved.
  • a second aspect of the invention relates to a vehicle, also referred to simply as a vehicle and preferably designed as a motor vehicle, in particular as a passenger car.
  • Motor vehicle which has at least one electrical energy storage device according to the first aspect of the invention.
  • Advantages and advantageous embodiments of the first aspect of the invention are to be regarded as advantages and advantageous embodiments of the second aspect of the invention and vice versa.
  • the invention is also based in particular on the findings that in conventional solutions, complete foaming of all storage cells, including the connection elements and the cell contact system, is provided, so that all storage cells, the connection elements and the cell contact system are embedded in the foam.
  • the foam in order to arrange the foam in the receiving space, in particular to introduce it into the receiving space, for example, the aforementioned starting material is introduced into the receiving space, in particular in the liquid state of the starting material, whereupon the starting material swells or foams up, for example, and thus becomes the foam.
  • the foam is used to create advantageous, in particular mechanical, properties of the energy storage device, but the thermal properties of the foam can lead to undesirable influences on the fuses, which can now be avoided.
  • the fuses can be thermally decoupled from the foam and also, for example, from the storage housing by the limiting elements and the volumes limited thereby, so that a safe design of the respective fuse can be guaranteed.
  • the aforementioned structural unit is, for example, an additional component which is designed separately from the storage cells, separately from the storage housing, separately from the foam and separately from the cell contact system.
  • the limiting elements or the component are arranged, for example, between the respective connection element, in particular between the respective fuse, and one of the housing parts, in particular the upper housing part.
  • the component is, for example, connected to one housing part in a foam-tight manner, in particular glued, so that, for example, the foam cannot penetrate between the one housing part and the component and into the respective volume. The connection of the component to the one housing part thus prevents foam from penetrating the volume.
  • the respective limiting element is, for example, a bulge, also referred to as a bulge, which extends, for example, from respective sub-areas of the structural unit, in particular directly adjoining the respective limiting element, in particular towards the respective, assigned fuse or the respective connecting element and also protrudes, for example, from one housing part.
  • a defect such as a thermal event occurs in one of the storage cells, resulting in the fuse of the connecting element associated with the connection element of one storage cell heating up, heat is transferred from the fuse of one storage cell to the limiting element associated with this fuse, causing the limiting element to be at least partially melted or fused.
  • the medium mentioned, in particular air is in the volume delimited by the limiting element, the fuse to which the melted limiting element is associated is not or only very poorly thermally connected to the storage housing and also to the foam, and the medium therefore particularly advantageously insulates the fuse from the storage housing and the foam, so that excessive heat dissipation from the fuse can be avoided.
  • the fuse melts due to the defect, whereby the associated one storage cell is electrically or galvanically isolated from the other, still intact storage cells. This ensures a particularly high level of safety.
  • the respective limiting element lies directly against the respective fuse to which the respective limiting element is assigned. It is also conceivable that the respective limiting element completely or fully surrounds or encloses the respective fuse to which the respective limiting element is assigned, in particular the respective connection element which has the respective fuse to which the respective limiting element is assigned, whereby a particularly advantageous thermal insulation can be achieved.
  • Fig. 1 shows a schematic and sectional side view of an electrical energy storage device of a motor vehicle
  • Fig. 2 shows a schematic and sectional top view of the electrical energy storage device.
  • identical or functionally identical elements are provided with identical reference symbols.
  • Fig. 1 shows a detail in a schematic and sectional side view of an electrical energy storage device 1 for a motor vehicle, also simply referred to as a vehicle.
  • the electrical energy storage device 1 has a storage housing 2, shown in detail and particularly schematically in Fig. 1, through which a receiving space 3 is delimited, in particular directly.
  • a plurality of storage cells 4 of the electrical energy storage device 1 are arranged in the receiving space 3, wherein electrical energy, in particular electrochemically, is to be stored or is stored by means of the storage cells 4.
  • the respective storage cell 4 has a respective cell housing 5 and at least one respective connection element 6, also referred to as a terminal. It can be seen from Fig. 1 that in the embodiment shown in Fig.
  • the respective connection element 6 is arranged on a respective side S1 of the respective cell housing 5, also referred to as the cell side or cell housing side, and protrudes from the respective cell housing 5 along an extension direction, and is therefore raised relative to the respective cell housing 5.
  • the direction of extension is illustrated in Fig. 1 by an arrow 7.
  • the respective storage cell 4 can provide the respective electrical energy stored in the respective storage cell 4 via the respective connection element 6.
  • electrical energy that can be provided or is provided by an electrical machine of the motor vehicle for example, can be supplied to the respective storage cell 4 via the respective connection element 6 and thus stored in the respective storage cell 4, and thus stored in the respective storage cell 4.
  • the motor vehicle can be driven by means of the electrical machine, in particular purely electrically.
  • the storage cells 4 provide the electrical energy via their connection elements 6, the electrical machine can be supplied with the electrical energy provided, whereby the electrical machine can be operated in a motor mode and thus as an electric motor.
  • the motor vehicle can be driven by means of the electric motor, in particular purely electrically.
  • the electrical machine is a high-voltage component whose electrical voltage, in particular electrical operating or nominal voltage, is preferably greater than 50 volts, in particular greater than 60 volts, and most preferably amounts to several hundred volts.
  • the energy storage device 1 also has a connection device 8 arranged in the receiving space 3, which is designed separately from the storage cells 4 and separately from the storage housing 2 and is also referred to as a cell contacting system, cell contacting system or ZKS.
  • a respective connection element 9 of the connection device 8 is assigned to the respective connection element e, wherein the respective connection element 9 is also referred to as a cell connector.
  • the respective connection element 6 forms a respective electrical positive pole of the respective storage cell 4.
  • the respective connection element 9 assigned to the respective connection element 6 is electrically and preferably also mechanically connected to the respective connection element e to which the respective connection element 9 is assigned, whereby the connection elements 6 are electrically connected to one another via the connection device 8.
  • the storage cells 4 are electrically connected to one another via the connection device 8, whereby, for example, the storage cells 4 are connected in series or in parallel to one another.
  • the memory cells 4 form, for example, a compound which, in particular when the memory cells 4 are connected in parallel to one another, is designed as a P-compound or is also referred to as a P-compound.
  • the storage housing 2 has at least or exactly two housing parts, which can be designed separately from one another and connected to one another.
  • One of the housing parts can be seen in Fig. 1 and is designated 10.
  • the housing part 10 is an upper housing part, also referred to as an upper part, wherein the other housing part, not shown in the figures, adjoins the upper housing part downwards in the vertical direction of the vehicle when the electrical energy storage device 1 is installed.
  • a foam 11 is arranged in the receiving space 3, which is designed, for example, as a polyurethane foam.
  • the storage cells 4, in particular the cell housings 5, are connected to one another, in particular glued to one another, by means of the foam 11.
  • the foam 11, for example lies, in particular directly, on a respective outer peripheral surface 12 of the respective cell housing 5.
  • the respective storage cell 4 is designed as a respective round cell, which is cylindrical on the outer peripheral side. This means that the respective outer peripheral surface 12 in particular is cylindrical on the outer circumference at least predominantly in a predominant partial area.
  • the respective storage cell 4, in particular the respective cell housing 5, is connected, in particular glued, to the storage housing 2 by means of the foam 11.
  • the foam 11, in particular in the liquid state of the foam 11, is introduced into the receiving space 3.
  • the foam 11 can foam up during and/or after it has been introduced into the receiving space 3 and thereby connect the cell housings 5 to one another and/or connect the respective cell housing 5 to the storage housing 2.
  • the respective connecting element 9 has a respective fuse 13. If, for example, one of the storage cells 4 malfunctions, the malfunction being or comprising, for example, a thermal event in one of the storage cells 4, then such a high electrical current, also referred to as a fault current, flows through the connecting element 9 assigned to the connection element 6 of one of the storage cells 4 and thus through the fuse 13 of the connecting element 9, which is assigned to the connection element e of the storage cell 4 that has the malfunction, that the fuse 13 melts and thus fails, i.e. trips.
  • one of the storage cells 4 is separated from the other, remaining and still intact storage cells 4, in particular electrically or galvanically, so that, for example, a spread of the thermal event from one of the storage cells 4 to the other, remaining, still intact storage cells 4 and thus thermal propagation can be avoided.
  • the respective fuse 13 is assigned a respective limiting element 14 which is designed separately from the storage cells 4, separately from the connecting device 8 and separately from the storage housing 2.
  • the limiting elements 14 are components of a component or are formed by a component which is also referred to as a structural unit and is designated 15 in Fig. 1.
  • the limiting elements 14 are designed separately from one another and connected to one another, whereby the limiting elements 14 form the component 15, or the Limiting elements 14 are formed integrally with one another, i.e. made from a single piece, whereby the limiting elements 14 form the component 15.
  • the component 15 is a plate, which is also referred to as a load distribution plate.
  • a respective volume V is delimited, in particular directly, by the respective delimiting element 14 assigned to the respective fuse 13, wherein the respective volume V in the present case is delimited, in each case directly, partly by the respective delimiting element 14 and partly by the storage housing 2, in particular by the housing part 10 and very particularly by an inner peripheral surface 16 of the housing part 10. Since the respective delimiting element 14 is assigned to the respective fuse 13, the respective volume V delimited by the respective delimiting element 14 is assigned to the respective fuse 13. From Fig.
  • the respective fuse 13 is overlapped, in particular completely, by the volume V assigned to the respective fuse 13 on a respective side S2 facing away from the respective cell housing 5 and also referred to as the fuse side and in the direction of extension (arrow 7) towards the storage housing 2, in particular towards the housing part 10, wherein the respective volume V is free of the foam 11.
  • the respective fuse 13 is particularly advantageously thermally decoupled or insulated from the foam 11 and from the storage housing 2, in particular from the housing part 10, so that excessive heat dissipation from the respective fuse 13 can be avoided. It can also be seen from Fig.
  • the respective connection element e is at least partially, in particular at least predominantly and thus at least more than half or completely, overlapped by the respective volume V on a respective side S3 facing away from the respective cell housing 5 and facing the respective fuse 13, also referred to as the connection side or element side, and in particular in the direction of extension towards the storage housing 2, in particular towards the housing part 10, so that a particularly advantageous thermal insulation can be realized.
  • the respective volume V is filled, in particular completely, with air.
  • the respective limiting element 14 is a respective projection, also referred to as a bulge or protrusion, which extends from the housing part 10 and from partial areas TB of the component 15 which are directly adjacent to the respective limiting element 14 in a direction indicated by an arrow 16. illustrated and opposite to the direction of extension and in particular towards the respective, associated fuse 13.
  • the partial areas TB are connected, in particular directly, to the housing part 10, in particular glued, as a result of which the component 15 or the respective limiting element 14 is particularly advantageously connected to the housing part 10. It can be seen from Fig.
  • the respective limiting element 14 is glued to the housing part 10 by means of a first adhesive 17, in particular directly, in particular in that the respective partial area TB is glued to the housing part 10, in particular directly, by means of the adhesive 17.
  • the adhesive 17 forms a respective adhesive connection between the housing part 10 and the respective limiting element 14, this adhesive connection being foam-tight, so that the foam 11, when it is introduced into the receiving space 3, cannot penetrate between the housing part 10 and the respective limiting element 14 and penetrate into the volume V.
  • the respective limiting element 14 has a respective side S4 facing the respective fuse 13, the respective connecting element 9 and the respective connection element 6, also referred to as the limiting side, which in the present case is glued directly to the connecting element 9 and in particular to the fuse 13 by means of a second adhesive 18.
  • the adhesive 18 is preferably the same adhesive as the adhesive 17. It can be seen that no other, further component is arranged between the connecting element 9 and the connection element 6, and with the exception of the adhesive 18, no other, further component is arranged between the side S4 and the connecting element 9 or the fuse 13. This can ensure particularly advantageous thermal insulation.
  • the respective storage cell 4 has a respective second connection element, which is, for example, the respective cell housing 5.
  • the respective second connection element forms an electrical negative pole.
  • the respective second connection element is assigned a respective second connecting element 19, which is electrically and preferably also mechanically connected to the respective second connection element. list of reference symbols

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Energiespeicher (1) für ein Kraftfahrzeug, mit einem einen Aufnahmeraum (3) begrenzenden Speichergehäuse (2), mit in dem Aufnahmeraum (3) angeordneten und zum Speichern von elektrischer Energie ausgebildeten Speicherzellen (4), welche jeweils ein Zellgehäuse (5) und wenigstens ein Anschlusselement (6) aufweisen, welchem ein jeweiliges Verbindungselement (9) einer in dem Aufnahmeraum (3) angeordneten Verbindungseinrichtung (8) zugeordnet ist, dessen jeweiliges, dem jeweiligen Anschlusselement (6) zugeordnetes Verbindungselement (9) eine jeweilige Schmelzsicherung (^3) aufweist und elektrisch mit dem jeweiligen Anschlusselement (6), welchem das jeweilige Verbindungselement (9) zugeordnet ist, verbunden ist, wodurch die Anschlusselemente (6) über die Verbindungseinrichtung (8) elektrisch miteinander verbunden sind. In dem Aufnahmeraum (3) ist ein Schaum (11) angeordnet, mittels welchem die Speicherzellen (4) miteinander und/oder mit dem Speichergehäuse (2) verbunden sind.

Description

Elektrischer Energiespeicher für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Kraftwagen, sowie Kraftfahrzeug
Die Erfindung betrifft einen elektrischen Energiespeicher für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Kraftwagen, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit wenigstens einem solchen elektrischen Energiespeicher.
Die DE 10 2021 112 889 A1 offenbart einen Zellverbinder zur Verbindung von Zellterminals. Vorgesehen ist mindestens ein aus einem elektrisch leitenden Material gebildetes Verbindungselement, welches zwei Anschlussbereiche und einen zwischen den Anschlussbereichen angeordneten Sicherungsbereich aufweist, der einen Bereich mit einem reduzieren Querschnitt aufweist und hierdurch insbesondere als eine Schmelzsicherung ausgebildet ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen elektrischen Energiespeicher für ein Kraftfahrzeug sowie ein Kraftfahrzeug mit wenigstens einem solchen elektrischen Energiespeicher zu schaffen, sodass ein besonders sicherer Betrieb realisiert werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen elektrischen Energiespeicher für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft einen einfach auch als Energiespeicher bezeichneten, elektrischen Energiespeicher für ein einfach auch als Fahrzeug bezeichnetes Kraftfahrzeug. Dies bedeutet, dass das vorzugsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgebildete Kraftfahrzeug in seinem vollständig hergestellten Zustand den elektrischen Energiespeicher aufweist, mittels oder in welchem elektrische Energie, insbesondere elektrochemisch, zu speichern oder gespeichert ist. Vorzugsweise ist der elektrische Energiespeicher eine Hochvolt-Komponente, deren elektrische Spannung, insbesondere elektrische Betriebs- oder Nennspannung, vorzugsweise größer als 50 Volt, insbesondere größer als 60 Volt, ist und ganz vorzugsweise mehrere Hundert Volt beträgt. Der elektrische Energiespeicher wird auch als Batterie bezeichnet und ist insbesondere eine Sekundärbatterie, wobei insbesondere dann, wenn der elektrische Energiespeicher eine Hochvolt-Komponente ist, der elektrische Energiespeicher auch als Hochvolt-Batterie (HV-Batterie) bezeichnet wird.
Der elektrische Energiespeicher weist ein Speichergehäuse auf, welches einen Aufnahmeraum, insbesondere direkt, begrenzt. Insbesondere ist der Aufnahmeraum, insbesondere direkt, durch eine innenumfangsseitige Mantelfläche des Speichergehäuses begrenzt. Der elektrische Energiespeicher weist außerdem mehrere, in dem Aufnahmeraum und somit in dem Speichergehäuse angeordnete Speicherzellen auf, mittels oder in welchen die zuvor genannte, elektrische Energie, insbesondere elektrochemisch, zu speichern oder gespeichert ist. Die Speicherzellen werden auch einfach als Zellen bezeichnet und sind separat voneinander und separat von dem Speichergehäuse ausgebildete Zellen, welche auch als Einzelzellen bezeichnet werden. Die jeweilige Speicherzelle weist ein jeweiliges Zellgehäuse und wenigstens ein jeweiliges Anschlusselement auf, welches auch als Terminal bezeichnet wird. Das jeweilige Anschlusselement wird auch als jeweiliges erstes Anschlusselement bezeichnet. Wenn zuvor und im Folgenden die Rede von dem jeweiligen Anschlusselement ist, so ist darunter, falls nichts anderes angegeben ist, das jeweilige, erste Anschlusselement der jeweiligen Speicherzelle zu verstehen. Beispielsweise weist die jeweilige Speicherzelle wenigstens oder genau zwei auch als Terminals bezeichnete Anschlusselemente auf, nämlich das zuvor genannte, erste Anschlusselement und ein zweites Anschlusselement. Über das jeweilige Anschlusselement kann die jeweilige Speicherzelle die mittels der jeweiligen Speicherzelle gespeicherte, elektrische Energie bereitstellen. Ferner kann über das jeweilige Anschlusselement elektrische Energie, die beispielsweise von einer elektrischen Maschine des Kraftfahrzeugs bereitgestellt wird oder bereitstellbar ist, der jeweiligen Speicherzelle zugeführt und in der jeweiligen Speicherzelle gespeichert, mithin in die jeweilige Speicherzelle eingespeichert werden.
Der elektrische Energiespeicher weist außerdem eine in dem Aufnahmeraum angeordnete Verbindungseinrichtung auf, welche insbesondere separat von dem Speichergehäuse und separat von den Speicherzellen und somit separat von den Anschlusselementen ausgebildet ist. Dabei ist dem jeweiligen Anschlusselement ein jeweiliges Verbindungelement der Verbindungseinrichtung zugeordnet. Die Verbindungseinrichtung wird auch als Zellkontaktiersystem, Zellkontaktierungssystem oder ZKS bezeichnet. Beispielsweise ist das jeweilige Anschlusselement auf einer jeweiligen Gehäuseseite des jeweiligen Zellgehäuses der jeweiligen Speicherzelle angeordnet, wobei es insbesondere denkbar ist, dass das jeweilige Anschlusselement von dem jeweiligen Zellgehäuse der jeweiligen Speicherzelle, insbesondere entlang einer oder in eine Erstreckungsrichtung, absteht, sodass beispielsweise das jeweilige Anschlusselement gegenüber dem jeweiligen Zellgehäuse, mithin gegenüber jeweiligen, sich insbesondere direkt an das jeweilige Anschlusselement anschließenden Teilbereichen des jeweiligen Zellgehäuses, erhaben ist.
Das jeweilige, dem jeweiligen Anschlusselement zugeordnete Verbindungselement der Verbindungseinrichtung ist elektrisch und vorzugsweise auch mechanisch mit dem jeweiligen Anschlusselement, welchem das jeweilige Verbindungselement zugeordnet ist, verbunden. Da das jeweilige, dem jeweiligen Anschlusselement zugeordnete Verbindungselement dem jeweiligen Anschlusselement zugeordnet ist, ist umgekehrt das jeweilige Anschlusselement, welchem das jeweilige Verbindungselement zugeordnet ist, dem jeweiligen Verbindungselement, welches dem jeweiligen Anschlusselement zugeordnet ist, zugeordnet. Dadurch, dass das jeweilige Verbindungselement mit dem jeweiligen, zugeordneten Anschlusselement elektrisch verbunden ist, sind die Anschlusselemente und somit die Speicherzellen über die Verbindungseinrichtung elektrisch miteinander verbunden, wodurch beispielsweise die Speicherzellen beziehungsweise die Anschlusselemente seriell oder aber parallel zueinander geschaltet sind. Beispielsweise ist das jeweilige Verbindungselement derart elektrisch und vorzugsweise auch mechanisch mit dem jeweiligen, zugeordneten Anschlusselement verbunden, dass das jeweilige Verbindungselement stoffschlüssig mit dem jeweiligen, zugeordneten Anschlusselement verbunden ist. Hierfür ist beispielsweise das jeweilige Verbindungselement mit dem jeweiligen, zugeordneten Anschlusselement verschweißt, insbesondere durch Laserschweißen.
Das jeweilige, dem jeweiligen Anschlusselement zugeordnete Verbindungselement weist eine jeweilige Schmelzsicherung auf. Da das jeweilige Verbindungselement dem jeweiligen Anschlusselement zugeordnet ist, und das das jeweilige, dem jeweiligen Anschlusselement zugeordnete Verbindungselement die jeweilige Schmelzsicherung aufweist, ist die jeweilige Schmelzsicherung des jeweiligen Verbindungselements, welches dem jeweiligen Anschlusselement zugeordnet ist, dem jeweiligen Anschlusselement zugeordnet, welchem das jeweilige Verbindungselement zugeordnet ist und umgekehrt. Die jeweilige Schmelzsicherung ist ein jeweiliger Sicherungsbereich des jeweiligen Verbindungselements. Wie es beispielsweise in der DE 10 2021 112 889 A1 beschrieben ist, ist die jeweilige Schmelzsicherung beispielsweise durch eine insbesondere lokale Querschnittsverjüngung oder Querschnittsreduzierung des jeweiligen Verbindungselements gebildet, sodass beispielsweise die jeweilige Schmelzsicherung des jeweiligen Verbindungselements einen geringeren Querschnitt aufweist als sich beidseitig und direkt an die jeweilige Schmelzsicherung des jeweiligen Verbindungselements anschließende Teilbereiche des jeweiligen Verbindungselements. Insbesondere sind das jeweilige Verbindungselement und somit die jeweilige Schmelzsicherung und die jeweiligen Teilbereiche des jeweiligen Verbindungselements aus einem elektrisch leitenden und beispielsweise metallischen Werkstoff wie beispielsweise Kupfer oder Aluminium gebildet. Durch die beschriebene, insbesondere lokale, Querschnittsreduzierung oder Querschnittsverjüngung der Schmelzsicherung, mithin dadurch, dass die Schmelzsicherung einen geringeren Querschnitt als die genannten Teilbereiche des jeweiligen Verbindungselements aufweist, kann Folgendes geschehen: Kommt es beispielsweise insbesondere infolge eines thermischen Ereignisses einer der Speicherzellen dazu, dass ein auch als Fehlerstrom bezeichneter elektrischer Strom durch das Verbindungselement hindurch fließt, welches dem Anschlusselement der einen Speicherzelle zugeordnet ist, die das thermische Ereignis aufweist, wobei der elektrische Strom einen insbesondere vorgebbaren oder vorgegebenen Grenzwert überschreitet, so kommt es zu einer solch starken Erwärmung des Verbindungselements, welches dem Anschlusselement der einen Speicherzelle, die das thermische Ereignis aufweist, zugeordnet ist, dass die Schmelzsicherung des Verbindungselements, welches dem Anschlusselement der einen Speicherzelle zugeordnet ist, schmilzt und somit versagt. Dies wird auch als Auslösen der Schmelzsicherung bezeichnet. Mit anderen Worten löst die Schmelzsicherung des Verbindungselements aus, welches dem Anschlusselement der einen Speicherzelle, an oder in der es zu dem thermischen Ereignis gekommen ist, zugeordnet ist. Durch das Auslösen der Schmelzsicherung wird die eine Speicherzelle von den anderen, übrigen Speicherzellen elektrisch beziehungsweise galvanisch getrennt, sodass beispielsweise ein Übergreifen des thermischen Ereignisses der einen Speicherzelle auf die anderen Speicherzellen und somit eine sogenannte, thermische Propagation vermieden werden können. Der zuvor genannte Grenzwert kann beispielsweise durch konstruktive Gestaltung der jeweiligen Schmelzsicherung insbesondere im Hinblick auf den Werkstoff, aus welchem das jeweilige Verbindungselement gebildet ist, und/oder auf den jeweiligen Querschnitt der jeweiligen Schmelzsicherung gestaltet, das heißt definiert werden.
Um nun einen besonders vorteilhaften, insbesondere einen besonders sicheren, Betrieb des elektrischen Energiespeichers realisieren zu können, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass in den Aufnahmeraum ein insbesondere separat von dem Speichergehäuse, separat von den Speicherzellen und separat von der Verbindungseinrichtung ausgebildeter Schaum angeordnet ist, welcher insbesondere als ein Strukturschaum ausgebildet ist. Der Schaum wird auch als erster Schaum bezeichnet. Wenn zuvor und im Folgenden die Rede von dem Schaum ist, so ist darunter, falls nichts anderes angegeben ist, der erste Schaum zu verstehen. Beispielsweise ist der erste Schaum ein Polyurethan-Schaum (PU-Schaum). Mittels des Schaums sind die Speicherzellen miteinander und/oder mit dem Speichergehäuse verbunden, insbesondere verklebt. Ferner ist Folgendes denkbar: Das Speichergehäuse kann wenigstens oder genau zwei separat voneinander ausgebildete und miteinander verbundene Gehäuseteile aufweisen. Ein erstes der Gehäuseteile ist beispielsweise ein Gehäuseoberteil, wobei beispielsweise ein zweites der Gehäuseteile ein Gehäuseunterteil ist. Dabei ist es denkbar, dass in Einbaulage des elektrischen Energiespeichers die Gehäuseteile in Fahrzeughochrichtung des Kraftfahrzeugs aufeinanderfolgend und somit übereinander angeordnet sind, wobei der elektrische Energiespeicher seine Einbaulage in vollständig hergestelltem Zustand des den elektrischen Energiespeicher aufweisenden Kraftfahrzeugs einnimmt. Dabei ist es denkbar, dass die Gehäuseteile mittels des Schaums miteinander verbunden, insbesondere miteinander verklebt, sind. Dies erfolgt beispielsweise derart, dass der Schaum an beiden Gehäuseteilen, insbesondere jeweils direkt, anliegt. Ferner ist es denkbar, dass der Schaum an dem jeweiligen Zellgehäuse, insbesondere an einer jeweiligen, außenumfangsseitigen Mantelfläche des jeweiligen Zellgehäuses, insbesondere direkt, anliegt, wodurch beispielsweise die Zellgehäuse und somit die Speicherzellen mittels des Schaums miteinander verbunden, insbesondere miteinander verklebt, sind. Ferner ist es denkbar, dass der Schaum, insbesondere direkt, an dem Speichergehäuse und, insbesondere direkt, an dem jeweiligen Zellgehäuse, insbesondere an der jeweiligen, außenumfangsseitigen Mantelfläche des jeweiligen Zellgehäuses, anliegt, wodurch beispielsweise die jeweilige Speicherzelle mit dem Speichergehäuse verbunden, insbesondere verklebt, ist. Mittels des Schaums können unerwünschte, übermäßige Relativbewegungen zwischen den Speicherzellen und/oder zwischen der jeweiligen Speicherzelle und dem Speichergehäuse vermieden werden. Außerdem können mittels des Schaums Belastungen wie beispielsweise Kräfte besonders vorteilhaft zwischen den Speicherzellen und/oder zwischen der jeweiligen Speicherzelle und dem Speichergehäuse und/oder zwischen den Gehäuseteilen übertragen werden, wodurch eine besonders hohe Robustheit und somit eine besonders hohe Sicherheit des elektrischen Energiespeichers dargestellt werden können.
Des Weiteren ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass der jeweiligen Schmelzsicherung des jeweiligen, dem jeweiligen Anschlusselement zugeordneten Verbindungselements ein jeweiliges, vorzugsweise separat von den Speicherzellen, separat von der Verbindungseinrichtung und separat von dem Speichergehäuse und auch separat von dem Schaum ausgebildetes und zusätzlich zu dem Schaum vorgesehenes Begrenzungselement zugeordnet ist, welches ganz vorzugsweise als ein Festkörper ausgebildet ist. Das jeweilige Begrenzungselement kann aus einem metallischen Werkstoff oder aus einem Kunststoff gebildet sein. Durch das der jeweiligen Schmelzsicherung zugeordnete, jeweilige Begrenzungselement ist ein jeweiliges Volumen, insbesondere direkt und/oder zumindest teilweise, begrenzt, wobei durch das jeweilige Volumen die jeweilige Schmelzsicherung, der das jeweilige Begrenzungselement zugeordnet ist, auf einer jeweiligen, von dem jeweiligen Zellgehäuse der jeweiligen Speicherzelle, welche das jeweilige Anschlusselement aufweist, welchem das jeweilige Verbindungselement zugeordnet ist, das die jeweilige Schmelzsicherung aufweist, dem das jeweilige Begrenzungselement zugeordnet ist, abgewandten, auch als Sicherungsseite bezeichneten Seite und dabei insbesondere zu dem Speichergehäuse, insbesondere zu einem der Gehäuseteile, hin überlappt ist. Wenn zuvor und im Folgenden die Rede von der Seite ist, so ist darunter, falls nichts anderes angegeben ist, die jeweilige Sicherungsseite zu verstehen. Dabei ist das jeweilige Volumen frei von dem Schaum. Dies bedeutet, dass das Begrenzungselement das Volumen frei von dem Schaum hält, insbesondere dann, wenn beispielsweise der Schaum, insbesondere in flüssigem Zustand des Schaums, oder ein Ausgangsmaterial, aus welchem der Schaum gebildet wird oder entsteht, insbesondere in flüssigem Zustand des Ausgangsmaterials, in den Aufnahmeraum eingebracht wird. Dadurch ist in vollständig hergestelltem Zustand das jeweilige Volumen frei von dem Schaum, mithin ist in vollständig hergestelltem Zustand des elektrischen Energiespeichers der Schaum nicht in dem jeweiligen Volumen angeordnet. Dadurch, dass das jeweilige Volumen frei von dem Schaum ist, kann eine übermäßige, unerwünschte Wärmeableitung von der jeweiligen Schmelzsicherung vermieden werden, und beispielsweise kann eine besonders vorteilhafte, thermische Isolation der jeweiligen Schmelzsicherung realisiert werden, sodass eine übermäßige, unerwünschte Wärmeableitung von der jeweiligen Schmelzsicherung vermieden werden kann. Mit anderen Worten, würde beispielsweise dadurch, dass die Begrenzungselemente nicht verwendet und somit die Volumen nicht frei von dem Schaum halten würden, der Schaum direkt an der jeweiligen Schmelzsicherung anliegen, so könnte beispielsweise eine übermäßige Wärmeableitung von der jeweiligen Schmelzsicherung in den Schaum erfolgen. Der Schaum kann zwar besonders vorteilhafte mechanische Eigenschaften aufweisen und somit für besonders vorteilhafte mechanische Eigenschaften des Energiespeichers sorgen, jedoch können diese vorteilhaften mechanischen Eigenschaften des Schaums mit einer unerwünscht hohen Wärmeleitfähigkeit und/oder einer unerwünscht hohen Wärmekapazität des Schaums einhergehen, sodass über den Schaum übermäßig viel Wärme von der jeweiligen Speicherzelle abgeleitet würde, wenn der Schaum direkt an der jeweiligen Schmelzsicherung anliegen würde. Die Erfindung ermöglicht es nun, einerseits mittels des Schaums eine vorteilhaft hohe, insbesondere mechanische, Robustheit des Energiespeichers zu schaffen. Andererseits kann durch Verwendung der Begrenzungselemente und dadurch, dass die Begrenzungselemente die Volumen frei von dem Schaum halten, eine übermäßige Wärmeableitung von den Schmelzsicherungen vermieden werden, da beispielsweise mittels des jeweiligen, zugeordneten Begrenzungselements und mittels des jeweiligen, durch das jeweilige Begrenzungselement begrenzten Volumens die jeweilige Schmelzsicherung vorteilhaft von dem Schaum thermisch isoliert sein kann. Der Erfindung liegen dabei insbesondere die folgenden Erkenntnisse und Überlegungen zugrunde: Aufgrund von Effekten, auf die hier nicht näher eingegangen wird, kann es in der jeweiligen, auch als Batteriezelle bezeichneten und beispielsweise als Lithium-Ionen-Zelle ausgebildeten Speicherzelle zu einer exothermen Reaktion kommen. Dabei können Zustände auftreten, in denen die jeweilige Speicherzelle nicht mehr als eine Spannungsquelle ausgebildet ist oder fungiert, sondern in einen Leiter mit einem definierten elektrischen Widerstand übergeht, mithin von einer Spannungsquelle zu einem Leiter mit einem definierten Widerstand wird. Beispielsweise ist oder umfasst wenigstens einer der Effekte ein thermisches Ereignis. Sind die Speicherzellen beispielsweise in einem P-Verbund verschaltet, mithin parallel zueinander geschaltet, so kann es zu einer elektrischen Entladung der anderen, übrigen und noch nicht intakten Speicherzellen in diesem P-Verbund über die nun leitende, mithin als Leiter mit definiertem Widerstand ausgebildete Speicherzelle kommen. Ist keine Gegenmaßnahme getroffen, so laufen die übrigen, noch intakten Speicherzellen Gefahr, zu überhitzen und selbst in ein thermisches Ereignis zu gehen, sodass es zu einer thermischen Propagation kommen kann. Die Erfindung ermöglicht es nun, die zuvor genannten Probleme und Nachteile zu vermeiden. Mithin sind die Begrenzungselemente und die dadurch begrenzten Volumen, die frei von dem Schaum sind, eine Gegenmaßnahme, um eine thermische Propagation zu vermeiden oder zumindest zeitlich vorteilhaft hinauszuzögern.
Kommt es beispielsweise zu einem mittelohmigen Ausfall einer der Speicherzellen, so reicht üblicherweise eine rein durch einen aus dem mittelohmigen Ausfall resultierenden, auch als Fehlerstrom bezeichneten, elektrischen Strom ausgelöste Auslösung der der einen Speicherzelle zugeordneten Schmelzsicherung nicht aus, da der bei einem solchen mittelohmigen Ausfall auftretende Fehlerstrom, der durch das dem Anschlusselement der einen, den mittelohmigen Ausfall aufweisenden Speicherzelle zugeordnete Verbindungselement fließt, im Bereich eines elektrischen Betriebsstroms liegen kann, zu dem es während eines Normalbetriebs des Energiespeichers kommen kann, in dessen Normalbetrieb kein mittelohmiger Ausfall einer Speicherzelle vorliegt. Um nun auch bei einem solchen mittelohmigen Ausfall einer der Speicherzellen diese eine, defekte Speicherzelle von den übrigen, anderen und noch intakten Speicherzellen elektrisch trennen zu können, derart, dass die Schmelzsicherung des dem Anschlusselement der einen Speicherzelle zugeordneten Verbindungselements schmilzt, mithin auslöst, ist auch eine temperaturbedingte, das heißt eine temperaturgetriggerte, Auslösung der Schmelzsicherung des dem Anschlusselement der einen Speicherzelle zugeordneten Verbindungselements vorteilhaft, sodass die Schmelzsicherung durch eine Kombination aus einer aus dem mittelohmigen Ausfall resultierenden, hohen Temperatur der Schmelzsicherung und aus einem aus dem mittelohmigen Ausfall resultierendem Fehlerstrom ausgelöst, mithin geschmolzen wird. Ein weiterer Hintergrund ist insbesondere, dass es bei einem Defekt wie beispielsweise einem mittelohmigen Ausfall der jeweiligen Speicherzelle beispielsweise oder gegebenenfalls zwar nur zu einem geringen elektrischen Fehlerstrom kommt, der durch die jeweilige Schmelzsicherung des jeweiligen Verbindungselements strömt oder fließt und alleine nicht ausreicht, um die Schmelzsicherung zu schmelzen, das heißt auszulösen, jedoch kommt es, insbesondere auch, zu einer Erwärmung der Schmelzsicherung, sodass es zu einer Temperaturerhöhung der Schmelzsicherung kommt, wobei diese Erwärmung und somit diese Temperaturerhöhung nicht oder nicht nur durch den Fehlerstrom, sondern, insbesondere auch, durch einen anderweitigen Erwärmungseffekt wie beispielsweise Konduktion bewirkt wird, und wobei dieser anderweitige Erwärmungseffekt aus dem genannten Defekt und/oder aus einem durch den Defekt bewirkten oder mit dem Defekt einhergehenden, thermischen Ereignis der jeweiligen Speicherzelle resultiert. Der Fehlerstrom, das heißt eine durch den Fehlerstrom bewirkte Erwärmung der Schmelzsicherung in Kombination mit dem anderweitigen Erwärmungseffekt führen nun zu einem Schmelzen und somit zu einem Auslösen der Schmelzsicherung, dadurch, dass durch Verwendung des jeweiligen Begrenzungselements und dadurch, dass das jeweilige Begrenzungselement das Volumen frei von dem Schaum hält, die jeweilige Schmelzsicherung besonders vorteilhaft von dem Schaum thermisch isoliert ist.
Beispielsweise ist die Verbindungseinrichtung und/oder sind die Speicherzellen in den Schaum eingebettet, welcher, wie zuvor beschrieben, zwar eine vorteilhafte strukturelle Robustheit des Energiespeichers gewährleisten kann, jedoch eine übermäßig hohe Wärmeleitfähigkeit und/oder eine übermäßig hohe Wärmekapazität aufweisen kann. Somit könnte es bei einem mittelohmigen Ausfall einer der Speicherzellen zu einer übermäßigen, unerwünschten Wärmeabfuhr von der Schmelzsicherung des dem Anschlusselement der einen Speicherzelle zugeordneten Verbindungselements kommen, sodass dann zwar die eine Speicherzelle defekt ist, jedoch die Schmelzsicherung des dem Anschlusselement der einen Speicherzelle zugeordneten Verbindungselements nicht schmilzt. Durch die Erfindung ist es nun jedoch möglich, dass es auch bei einem niederohmigen oder mittelohmigen Ausfall der jeweiligen Speicherzelle zu einem Schmelzen, mithin zu einem Auslösen der jeweiligen Schmelzsicherung des jeweiligen Verbindungselements, welches dem jeweiligen Anschlusselement der jeweiligen Speicherzelle zugeordnet ist, kommt, da dadurch, dass die jeweilige Schmelzsicherung mittels des jeweiligen, zugeordneten Begrenzungselements und des dadurch begrenzten Volumens von dem oder gegen den Schaum vorteilhaft thermisch isoliert ist, ein mittelohmiger Ausfall der jeweiligen Speicherzelle zu einer solch vorteilhaften Kombination aus durch die Schmelzsicherung fließendem Fehlerstrom und Erwärmung der Schmelzsicherung kommt, dass die jeweilige Schmelzsicherung aufgrund dieser Kombination schmilzt und somit versagt, mithin ausgelöst wird. In der Folge wird die jeweilige Speicherzelle auch bei einem mittelohmigen Ausfall vorteilhaft von den übrigen, anderen und noch intakten Speicherzellen getrennt. Mit anderen Worten reicht dadurch, dass die jeweilige Schmelzsicherung mittels des jeweiligen Begrenzungselements und des dadurch begrenzten Volumens thermisch von dem Schaum isoliert ist, die Kombination aus Fehlerstrom und Erwärmung der jeweiligen Schmelzsicherung aus, um die jeweilige Schmelzsicherung auszulösen, mithin zum Schmelzen und somit zum Versagen zu bringen, wodurch die jeweilige Speicherzelle von den jeweiligen, anderen, übrigen und noch intakten Speicherzellen getrennt wird.
Um mittels des jeweiligen Begrenzungselements und des dadurch begrenzten Volumens die jeweilige Schmelzsicherung besonders vorteilhaft thermisch von dem jeweiligen Schaum isolieren zu können, ist es bei einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass das jeweilige Volumen mit einem jeweiligen Medium, insbesondere vollständig, gefüllt ist, welches gegenüber dem Schaum eine geringere Wärmeleitfähigkeit und/oder eine geringere Wärmekapazität aufweist. Dies bedeutet, dass der Schaum eine erste Wärmeleitfähigkeit und eine erste Wärmekapazität aufweist, wobei das Medium eine zweite Wärmeleitfähigkeit und eine zweite Wärmekapazität aufweist. Vorzugsweise ist die zweite Wärmeleitfähigkeit geringer als die erste Wärmeleitfähigkeit. Alternativ oder zusätzlich ist die zweite Wärmekapazität geringer als die erste Wärmekapazität. Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass das jeweilige Medium ein Gas ist, wodurch sich eine besonders vorteilhafte thermische Isolation realisieren lässt.
Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn das Gas Luft ist, wodurch sich auf besonders gewichtsgünstige und kostengünstige Weise eine besonders vorteilhafte thermische Isolation der jeweiligen Schmelzsicherung realisieren lässt.
Bei einer weiteren, besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Begrenzungselemente separat von dem Speichergehäuse ausgebildet und, insbesondere direkt, mit dem Speichergehäuse verbunden sind. Hierdurch können unerwünschte Relativbewegungen zwischen dem jeweiligen Begrenzungselement und dem Speichergehäuse vermieden werden, sodass eine definierte und präzise Positionierung des jeweiligen Begrenzungselements und somit des jeweiligen Volumens insbesondere relativ zu der jeweiligen Schmelzsicherung darstellbar ist. Dadurch kann eine besonders vorteilhaft thermische Isolation gewährleistet werden. Beispielsweise ist es denkbar, dass das jeweilige Begrenzungselement, insbesondere direkt, mit dem Speichergehäuse verklebt ist. Insbesondere ist es denkbar, dass das jeweilige Volumen teilweise durch das jeweilige Begrenzungselement und teilweise durch das Speichergehäuse, das heißt durch einen jeweiligen Wandungsbereich des jeweiligen Speichergehäuses, insbesondere jeweils direkt, begrenzt ist, wodurch eine besonders vorteilhafte thermische Isolation dargestellt werden kann.
Um die Begrenzungselemente und somit die Volumen relativ zu den Schmelzsicherungen präzise positionieren und somit eine vorteilhafte thermische Isolation der jeweiligen Schmelzsicherung realisieren zu können, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Begrenzungselemente separat voneinander ausgebildet und miteinander verbunden sind, oder die Begrenzungselemente sind einstückig miteinander ausgebildet, mithin aus einem einzigen Stück gebildet, sodass beispielsweise die Begrenzungselemente durch einen einstückigen, mithin aus einem einzigen Stück gebildeten und somit integral hergestellten Körper gebildet sind, welcher somit als ein Monoblock ausgebildet ist. Sind die Begrenzungselemente separat voneinander ausgebildet und miteinander verbunden, oder sind die Begrenzungselemente einstückig miteinander ausgebildet, so sind die Begrenzungselemente durch eine Baueinheit gebildet, welche einfach und zeit- und kostengünstig gehandhabt und verbaut und präzise relativ zu den Schmelzsicherungen ausgerichtet werden kann, sodass eine besonders vorteilhafte thermische Isolation der jeweiligen Schmelzsicherung darstellbar ist. Beispielsweise sind die Begrenzungselemente durch eine auch als Lastverteilerplatte gebildete Platte gebildet, sodass es sich beispielsweise bei der Baueinheit, insbesondere bei dem Körper, um die genannte Platte handelt.
Bei einer weiteren, besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist auch das jeweilige Anschlusselement, welchem das die jeweilige Schmelzsicherung aufweisende Verbindungselement zugeordnet ist, auf einer von dem jeweiligen Zellgehäuse abgewandten und der jeweiligen Schmelzsicherung des jeweiligen, dem jeweiligen Anschlusselement zugeordneten Verbindungselements zugewandten, auch als Elementseite bezeichneten Seite zumindest teilweise, insbesondere zu dem Speichergehäuse hin, überlappt, sodass auch bei einem niederohmigen oder mittelohmigen Ausfall der jeweiligen Speicherzelle ein sicheres Auslösen der jeweiligen Schmelzsicherung gewährleistet werden kann. Die jeweilige Sicherungsseite und/oder die jeweilige Elementseite ist insbesondere in die zuvor genannte Erstreckungsrichtung, in die das jeweilige Anschlusselement gegenüber dem jeweiligen Zellgehäuse erhaben ist, durch das jeweilige Volumen überlappt, sodass eine besonders vorteilhafte thermische Isolation realisiert werden kann.
Bei einer weiteren, besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass eine jeweilige, dem jeweiligen Verbindungselement zugewandte, auch als Begrenzungsseite bezeichnete Seite des jeweiligen, der jeweiligen Schmelzsicherung des jeweiligen Verbindungselements zugeordneten Begrenzungselements direkt mit dem jeweiligen Verbindungselement verbunden, insbesondere verklebt, ist. Somit ist vorzugsweise insbesondere entlang der Erstreckungsrichtung betrachtet zwischen dem jeweiligen Verbindungselement und dem jeweiligen Begrenzungselement, insbesondere der jeweiligen Begrenzungsseite, insbesondere mit Ausnahme eines Klebstoffs, mittels welchem die Begrenzungsseite, insbesondere direkt, mit dem jeweiligen Verbindungselement verklebt ist, kein anderes, weiteres Bauelement oder Medium angeordnet, sodass eine besonders vorteilhafte thermische Isolation darstellbar ist.
Schließlich hat es sich zur Realisierung einer besonders vorteilhaften thermischen Isolation der jeweiligen Schmelzsicherung als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn die jeweilige Begrenzungsseite des jeweiligen Begrenzungselements mittels eines von dem Schaum unterschiedlichen Klebstoffes direkt mit dem jeweiligen Verbindungselement verklebt ist.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein einfach auch als Fahrzeug bezeichnetes und vorzugsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgebildetes Kraftfahrzeug, welches wenigstens einen elektrischen Energiespeicher gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung aufweist. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts der Erfindung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.
Der Erfindung liegen insbesondere auch die Erkenntnisse zugrunde, dass bei herkömmlichen Lösungen eine vollständige Verschäumung aller Speicherzellen inklusive der Anschlusselemente und des Zellkontaktiersystems vorgesehen ist, sodass alle Speicherzellen, die Anschlusselemente und das Zellkontaktiersystem in den Schaum eingebettet sind. Um beispielsweise den Schaum in dem Aufnahmeraum anzuordnen, insbesondere in den Aufnahmeraum einzubringen, wird beispielsweise das zuvor genannte Ausgangsmaterial insbesondere in flüssigem Zustand des Ausgangsmaterials in den Aufnahmeraum eingebracht, woraufhin beispielsweise das Ausgangsmaterial aufquillt oder aufschäumt und somit zu dem Schaum wird. Wie zuvor beschrieben, wird der Schaum genutzt, um vorteilhafte, insbesondere mechanische, Eigenschaften des Energiespeichers zu schaffen, jedoch kann der Schaum durch seine thermischen Eigenschaften zu unerwünschten Beeinflussungen der Schmelzsicherungen führen, was nun jedoch vermieden werden kann. Insbesondere können die Schmelzsicherungen durch die Begrenzungselemente und die dadurch begrenzten Volumen thermisch von dem Schaum und auch beispielsweise von dem Speichergehäuse entkoppelt werden, sodass eine sichere Ausführung der jeweiligen Schmelzsicherung gewährleistet werden kann. Die zuvor genannte Baueinheit ist beispielsweise ein zusätzliches Bauteil, welches separat von den Speicherzellen, separat von dem Speichergehäuse, separat von dem Schaum und separat von dem Zellkontaktiersystem ausgebildet ist. Die Begrenzungselemente beziehungsweise das Bauteil sind beziehungsweise ist beispielsweise zwischen dem jeweiligen Anschlusselement, insbesondere zwischen der jeweiligen Schmelzsicherung, und einem der Gehäuseteile, insbesondere dem Gehäuseoberteil, angeordnet. Das Bauteil ist beispielsweise schaumdicht an das eine Gehäuseteil angebunden, insbesondere geklebt, sodass beispielsweise der Schaum nicht zwischen dem einen Gehäuseteil und dem Bauteil hindurchdringen und in das jeweilige Volumen eindringen kann. Somit ist durch die Verbindung des Bauteils mit dem einen Gehäuseteil ein Eindringen von Schaum in die Volumen unterbunden.
Das jeweilige Begrenzungselement ist beispielsweise eine auch als Auswölbung bezeichnete Ausbuchtung, die beispielsweise von jeweiligen, sich insbesondere direkt an das jeweilige Begrenzungselement anschließenden Teilbereichen der Baueinheit ganz insbesondere hin zu der jeweiligen, zugeordneten Schmelzsicherung beziehungsweise dem jeweiligen Verbindungselement und dabei auch beispielsweise von dem einen Gehäuseteil absteht.
Kommt es beispielsweise zu einem Defekt wie einem thermischen Ereignis einer der Speicherzellen, sodass es hieraus resultierend zu einer Erwärmung der Schmelzsicherung des dem Anschlusselement der einen Speicherzelle zugeordneten Verbindungselements kommt, so wird beispielsweise Wärme von der Schmelzsicherung der einen Speicherzelle auf das dieser Schmelzsicherung zugeordnete Begrenzungselement übertragen, wodurch beispielsweise das Begrenzungselement zumindest teilweise geschmolzen oder aufgeschmolzen wird. Da beispielsweise in dem durch das Begrenzungselement begrenzten Volumen das genannte Medium, insbesondere Luft, ist, ist in der Folge die Schmelzsicherung, dem das geschmolzene Begrenzungselement zugeordnet ist, nicht oder nur sehr schlecht thermisch an das Speichergehäuse und auch an den Schaum angebunden, mithin ist durch das Medium die Schmelzsicherung besonders vorteilhaft von dem Speichergehäuse und von dem Schaum isoliert, sodass eine übermäßige Wärmeabfuhr von der Schmelzsicherung vermieden werden kann. In der Folge schmilzt aufgrund des Defekts die Schmelzsicherung, wodurch die zugehörige, eine Speicherzelle von den anderen, immer noch intakten Speicherzellen elektrisch beziehungsweise galvanisch getrennt sind. Dadurch kann eine besonders hohe Sicherheit gewährleistet werden.
Es ist denkbar, dass das jeweilige Begrenzungselement direkt an der jeweiligen Schmelzsicherung, der das jeweilige Begrenzungselement zugeordnet ist, anliegt. Ferner ist es denkbar, dass das jeweilige Begrenzungselement die jeweilige Schmelzsicherung, der das jeweilige Begrenzungselement zugeordnet ist, insbesondere das jeweilige Anschlusselement, welches die jeweilige Schmelzsicherung aufweist, der das jeweilige Begrenzungselement zugeordnet ist, vollständig oder vollumfänglich umgibt oder umschließt, wodurch eine besonders vorteilhafte thermische Isolation darstellbar ist.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels mit den zugehörigen Zeichnungen. Dabei zeigt:
Fig. 1 ausschnittsweise eine schematische und geschnittene Seitenansicht eines elektrischen Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs; und
Fig. 2 ausschnittsweise eine schematische und geschnittene Draufsicht des elektrischen Energiespeichers. In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Fig. 1 zeigt ausschnittsweise in einer schematischen und geschnittenen Seitenansicht einen elektrischen Energiespeicher 1 für ein einfach auch als Fahrzeug bezeichnetes Kraftfahrzeug. Der elektrische Energiespeicher 1 weist ein in Fig. 1 ausschnittsweise und besonders schematisch dargestelltes Speichergehäuse 2 auf, durch welches ein Aufnahmeraum 3, insbesondere direkt, begrenzt ist. In dem Aufnahmeraum 3 sind mehrere Speicherzellen 4 des elektrischen Energiespeichers 1 angeordnet, wobei mittels der Speicherzellen 4 elektrische Energie, insbesondere elektrochemisch, zu speichern oder gespeichert ist. Die jeweilige Speicherzelle 4 weist ein jeweiliges Zellgehäuse 5 und wenigstens ein jeweiliges, auch als Terminal bezeichnetes Anschlusselement 6 auf. Aus Fig. 1 ist erkennbar, dass bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel das jeweilige Anschlusselement 6 auf einer jeweiligen, auch als Zellseite oder Zellgehäuseseite bezeichneten Seite S1 des jeweiligen Zellgehäuses 5 angeordnet ist und entlang einer Erstreckungsrichtung von dem jeweiligen Zellgehäuse 5 absteht, mithin gegenüber dem jeweiligen Zellgehäuse 5 erhaben ist. Die Erstreckungsrichtung ist in Fig. 1 durch einen Pfeil 7 veranschaulicht. In Einbaulage des elektrischen Energiespeichers 1 verläuft beispielsweise die Erstreckungsrichtung in Fahrzeughochrichtung des Kraftfahrzeugs nach oben hin. Über das jeweilige Anschlusselement 6 kann die jeweilige Speicherzelle 4 die jeweilige, in der jeweiligen Speicherzelle 4 gespeicherte elektrische Energie bereitstellen. Außerdem kann beispielsweise über das jeweilige Anschlusselement 6 elektrische Energie, die beispielsweise von einer elektrischen Maschine des Kraftfahrzeugs bereitstellbar ist oder bereitgestellt wird, der jeweiligen Speicherzelle 4 zugeführt und somit in die jeweilige Speicherzelle 4 eingespeichert, mithin in der jeweiligen Speicherzelle 4 gespeichert werden. Insbesondere ist es denkbar, dass das Kraftfahrzeug mittels der elektrischen Maschine, insbesondere rein, elektrisch antreibbar ist. Stellen beispielsweise die Speicherzellen 4 über ihre Anschlusselemente 6 die elektrische Energie bereit, so kann die elektrische Maschine mit der bereitgestellten, elektrischen Energie versorgt werden, wodurch die elektrische Maschine in einem Motorbetrieb und somit als Elektromotor betreibbar ist. Mittels des Elektromotors kann das Kraftfahrzeug, insbesondere rein, elektrisch angetrieben werden. Vorzugsweise ist die elektrische Maschine eine Hochvolt-Komponente, deren elektrische Spannung, insbesondere elektrische Betriebs- oder Nennspannung, vorzugsweise größer als 50 Volt, insbesondere größer als 60 Volt, ist und ganz vorzugsweise mehrere Hundert Volt beträgt. Der Energiespeicher 1 weist außerdem eine in dem Aufnahmeraum 3 angeordnete, separat von den Speicherzellen 4 und separat von dem Speichergehäuse 2 ausgebildete Verbindungseinrichtung 8 auf, welche auch als Zellkontaktiersystem, Zellkontaktierungssystem oder ZKS bezeichnet wird. Dem jeweiligen Anschlusselement e ist, wie insbesondere in Zusammenschau mit Fig. 2 erkennbar ist, ein jeweiliges Verbindungselement 9 der Verbindungseinrichtung 8 zugeordnet, wobei das jeweilige Verbindungselement 9 auch als Zellverbinder bezeichnet wird. Beispielsweise bildet das jeweilige Anschlusselement 6 einen jeweiligen, elektrischen Pluspol der jeweiligen Speicherzelle 4. Das jeweilige, dem jeweiligen Anschlusselement 6 zugeordnete Verbindungselement 9 ist elektrisch und vorzugsweise auch mechanisch mit dem jeweiligen Anschlusselement e, welchem das jeweilige Verbindungselement 9 zugeordnet ist, verbunden, wodurch die Anschlusselemente 6 über die Verbindungseinrichtung 8 elektrisch miteinander verbunden sind. Hierdurch sind die Speicherzellen 4 über die Verbindungseinrichtung 8 elektrisch miteinander verbunden, wodurch beispielsweise die Speicherzellen 4 seriell oder parallel zueinander geschaltet sind. Hierdurch bilden die Speicherzellen 4 beispielsweise einen Verbund, welcher insbesondere dann, wenn die Speicherzellen 4 parallel zueinander geschaltet sind, als ein P-Verbund ausgebildet ist oder auch als P-Verbund bezeichnet wird.
Beispielsweise weist das Speichergehäuse 2 wenigstens oder genau zwei Gehäuseteile auf, welche separat voneinander ausgebildet und miteinander verbunden sein können. Eines der Gehäuseteile ist in Fig. 1 erkennbar und mit 10 bezeichnet. Beispielsweise ist das Gehäuseteil 10 ein auch als Oberteil bezeichnetes Gehäuseoberteil, wobei sich das in den Fig. nicht gezeigte, andere Gehäuseteil in Einbaulage des elektrischen Energiespeichers 1 in Fahrzeughochrichtung nach unten hin an das Gehäuseoberteil anschließt.
Um nun einen besonders vorteilhaften, insbesondere einen besonders sicheren, Betrieb des elektrischen Energiespeichers 1 realisieren zu können, ist in dem Aufnahmeraum 3 ein Schaum 11 angeordnet, welcher beispielsweise als ein Polyurethan-Schaum ausgebildet ist. Mittels des Schaums 11 sind die Speicherzellen 4, insbesondere die Zellgehäuse 5, miteinander verbunden, insbesondere miteinander verklebt. Hierfür liegt beispielsweise der Schaum 11, insbesondere direkt, an einer jeweiligen außenumfangsseitigen Mantelfläche 12 des jeweiligen Zellgehäuses 5 an. Bei dem in den Fig. gezeigten Ausführungsbeispiel ist die jeweilige Speicherzelle 4 als eine jeweilige Rundzelle ausgebildet, welche außenumfangsseitig zylindrisch ausgebildet ist. Dies bedeutet, dass die jeweilige außenumfangsseitige Mantelfläche 12 insbesondere zumindest überwiegend in einem überwiegenden Teilbereich außenumfangsseitig zylindrisch ist. Außerdem kann vorgesehen sein, dass die jeweilige Speicherzelle 4, insbesondere das jeweilige Zellgehäuse 5, mittels des Schaums 11 mit dem Speichergehäuse 2 verbunden, insbesondere verklebt, ist. Bei einem Verfahren zum Herstellen des Energiespeichers 1 wird beispielsweise der Schaum 11, insbesondere in flüssigem Zustand des Schaums 11 , in den Aufnahmeraum 3 eingebracht. Der Schaum 11 kann, während und/oder nachdem er in den Aufnahmeraum 3 eingebracht wurde, aufschäumen und hierdurch die Zellgehäuse 5 miteinander verbinden und/oder das jeweilige Zellgehäuse 5 mit dem Speichergehäuse 2 verbinden.
Das jeweilige Verbindungselement 9 weist eine jeweilige Schmelzsicherung 13 auf. Kommt es beispielsweise zu einer Fehlfunktion einer der Speicherzellen 4, wobei die Fehlfunktion beispielsweise ein thermisches Ereignis der einen Speicherzelle 4 ist oder umfasst, so kommt es beispielsweise dazu, dass durch das dem Anschlusselement 6 der einen Speicherzelle 4 zugeordnete Verbindungelement 9 und somit durch die Schmelzsicherung 13 des Verbindungselements 9, welches dem Anschlusselement e der Speicherzelle 4 zugeordnet ist, die die Fehlfunktion aufweist, ein solch hoher, auch als Fehlerstrom bezeichneter, elektrischer Strom fließt, dass die Schmelzsicherung 13 schmilzt und somit versagt, das heißt auslöst. Hierdurch wird die eine Speicherzelle 4 von den anderen, übrigen und noch intakten Speicherzellen 4, insbesondere elektrisch beziehungsweise galvanisch, getrennt, sodass beispielsweise ein Übergriff des thermischen Ereignisses von der einen Speicherzelle 4 auf die anderen, übrigen, noch intakten Speicherzellen 4 und somit eine thermische Propagation vermieden werden können.
Um beispielsweise auch dann die jeweilige Speicherzelle 4 von den jeweiligen, übrigen Speicherzellen 4 trennen zu können, wenn es zu einem solchen Defekt der jeweiligen Speicherzelle 4 kommt, dass der Defekt der Speicherzelle 4 ein mittelohmiger Ausfall ist oder einen mittelohmigen Ausfall umfasst, wobei beispielsweise der mittelohmige Ausfall zu einem thermischen Ereignis führt oder ein thermisches Ereignis umfasst, ist der jeweiligen Schmelzsicherung 13 ein jeweiliges, separat von den Speicherzellen 4, separat von der Verbindungseinrichtung 8 und separat von dem Speichergehäuse 2 ausgebildetes Begrenzungselement 14 zugeordnet. Die Begrenzungselemente 14 sind Bestandteile eines Bauteils oder sind durch ein Bauteil gebildet, welches auch als Baueinheit bezeichnet wird und in Fig. 1 mit 15 bezeichnet ist. Beispielsweise sind die Begrenzungselemente 14 separat voneinander ausgebildet und miteinander verbunden, wodurch die Begrenzungselemente 14 das Bauteil 15 bilden, oder die Begrenzungselemente 14 sind einstückig miteinander ausgebildet, mithin aus einem einzigen Stück gebildet, wodurch die Begrenzungselemente 14 das Bauteil 15 bilden. Beispielsweise ist das Bauteil 15 eine Platte, welche auch als Lastverteilerplatte bezeichnet wird.
Durch das jeweilige, der jeweiligen Schmelzsicherung 13 zugeordnete Begrenzungselement 14 ist ein jeweiliges Volumen V, insbesondere direkt, begrenzt, wobei das jeweilige Volumen V vorliegend teilweise durch das jeweilige Begrenzungselement 14 und teilweise durch das Speichergehäuse 2, insbesondere durch das Gehäuseteil 10 und ganz insbesondere durch eine innenumfangsseitige Mantelfläche 16 des Gehäuseteils 10, jeweils direkt, begrenzt ist. Da das jeweilige Begrenzungselement 14 der jeweiligen Schmelzsicherung 13 zugeordnet ist, ist das jeweilige, durch das jeweilige Begrenzungselement 14 begrenzte Volumen V der jeweiligen Schmelzsicherung 13 zugeordnet. Aus Fig. 1 ist erkennbar, dass die jeweilige Schmelzsicherung 13 durch das der jeweiligen Schmelzsicherung 13 zugeordnete Volumen V auf einer jeweiligen, von dem jeweiligen Zellgehäuse 5 abgewandten und auch als Sicherungsseite bezeichneten Seite S2 und dabei in die Erstreckungsrichtung (Pfeil 7) zu dem Speichergehäuse 2, insbesondere zu dem Gehäuseteil 10, hin, insbesondere vollständig, überlappt ist, wobei das jeweilige Volumen V frei von dem Schaum 11 ist. Hierdurch ist die jeweilige Schmelzsicherung 13 besonders vorteilhaft von dem Schaum 11 und von dem Speichergehäuse 2, insbesondere von dem Gehäuseteil 10, thermisch entkoppelt oder isoliert, sodass eine übermäßige Wärmeabfuhr von der jeweiligen Schmelzsicherung 13 vermieden werden kann. Außerdem ist aus Fig. 1 erkennbar, dass das jeweilige Anschlusselement e auf einer jeweiligen von dem jeweiligen Zellgehäuse 5 abgewandten und der jeweiligen Schmelzsicherung 13 zugewandten, auch als Anschlussseite oder Elementseite bezeichneten Seite S3 und dabei insbesondere in die Erstreckungsrichtung hin zu dem Speichergehäuse 2, insbesondere hin zu dem Gehäuseteil 10, zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend und somit zumindest zu mehr als zur Hälfte oder aber vollständig, durch das jeweilige Volumen V überlappt ist, sodass eine besonders vorteilhafte thermische Isolation realisiert werden kann. Beispielsweise ist das jeweilige Volumen V, insbesondere vollständig, mit Luft gefüllt.
Es ist erkennbar, dass das jeweilige Begrenzungselement 14 ein jeweiliger, auch als Auswölbung oder Ausbuchtung bezeichneter Vorsprung ist, der von dem Gehäuseteil 10 und von sich insbesondere direkt an das jeweilige Begrenzungselement 14 anschließenden Teilbereichen TB des Bauteils 15 in eine durch einen Pfeil 16 veranschaulichte und der Erstreckungsrichtung entgegengesetzte Richtung und insbesondere hin zu der jeweiligen, zugeordneten Schmelzsicherung 13 absteht. Dabei sind insbesondere die Teilbereiche TB, insbesondere direkt, mit dem Gehäuseteil 10 verbunden, insbesondere verklebt, wodurch das Bauteil 15 beziehungsweise das jeweilige Begrenzungselement 14 besonders vorteilhaft an das Gehäuseteil 10 angebunden ist. Aus Fig. 1 ist erkennbar, dass das jeweilige Begrenzungselement 14 mittels eines ersten Klebstoffs 17, insbesondere direkt, mit dem Gehäuseteil 10 verklebt ist, insbesondere dadurch, dass der jeweilige Teilbereich TB mittels des Klebstoffs 17 mit dem Gehäuseteil 10, insbesondere direkt, verklebt ist. Durch den Klebstoff 17 ist eine jeweilige Klebeverbindung zwischen dem Gehäuseteil 10 und dem jeweiligen Begrenzungselement 14 gebildet, wobei diese Klebeverbindung schaumdicht ist, sodass der Schaum 11 dann, wenn er in den Aufnahmeraum 3 eingebracht wird, nicht zwischen dem Gehäuseteil 10 und dem jeweiligen Begrenzungselement 14 hindurchdringen und in das Volumen V eindringen kann.
Das jeweilige Begrenzungselement 14 weist eine jeweilige, der jeweiligen Schmelzsicherung 13, dem jeweiligen Verbindungselement 9 und dem jeweiligen Anschlusselement 6 zugewandte, auch als Begrenzungsseite bezeichnete Seite S4 auf, welche vorliegend mittels eines zweiten Klebstoffs 18 direkt mit dem Verbindungselement 9 und dabei insbesondere mit der Schmelzsicherung 13 verklebt ist. Vorzugsweise ist der Klebstoff 18 der gleiche Klebstoff wie der Klebstoff 17. Es ist erkennbar, dass zwischen dem Verbindungselement 9 und dem Anschlusselement 6 kein anderes, weites Bauteil angeordnet ist, und mit Ausnahme des Klebstoffs 18 ist zwischen der Seite S4 und dem Verbindungselement 9 beziehungsweise der Schmelzsicherung 13 kein anderes, weiteres Bauteil angeordnet. Dadurch kann eine besonders vorteilhafte thermische Isolation gewährleistet werden.
Beispielsweise weist die jeweilige Speicherzelle 4 ein jeweiliges, zweites Anschlusselement auf, welches beispielsweise das jeweilige Zellgehäuse 5 ist. Beispielsweise bildet das jeweilige, zweite Anschlusselement einen elektrischen Minuspol. Dem jeweiligen, zweiten Anschlusselement ist ein jeweiliges, zweites Verbindungselement 19 zugeordnet, welches elektrisch und vorzugsweise auch mechanisch mit dem jeweiligen, zweiten Anschlusselement verbunden ist. Bezugszeichenliste
1 elektrischer Energiespeicher
2 Speichergehäuse
3 Aufnahmeraum
4 Speicherzelle
5 Zellgehäuse
6 Anschlusselement
7 Pfeil
8 Verbindungseinrichtung
9 Verbindungselement
10 Gehäuseteil
11 Schaum
12 außenumfangsseitige Mantelfläche
13 Schmelzsicherung
14 Begrenzungselement
15 Bauteil
16 Pfeil
17 Klebstoff
18 Klebstoff
19 Verbindungselement
S1 Seite
S2 Seite
S3 Seite
S4 Seite
TB Teilbereich
V Volumen

Claims

Patentansprüche
1. Elektrischer Energiespeicher (1) für ein Kraftfahrzeug, mit einem einen Aufnahmeraum (3) begrenzenden Speichergehäuse (2), mit in dem Aufnahmeraum (3) angeordneten und zum Speichern von elektrischer Energie ausgebildeten Speicherzellen (4), welche jeweils ein Zellgehäuse (5) und wenigstens ein Anschlusselement (6) aufweisen, welchem ein jeweiliges Verbindungselement (9) einer in dem Aufnahmeraum (3) angeordneten Verbindungseinrichtung (8) zugeordnet ist, dessen jeweiliges, dem jeweiligen Anschlusselement (6) zugeordnetes Verbindungselement (9) eine jeweilige Schmelzsicherung (A3) aufweist und elektrisch mit dem jeweiligen Anschlusselement (6), welchem das jeweilige Verbindungselement (9) zugeordnet ist, verbunden ist, wodurch die Anschlusselemente (6) über die Verbindungseinrichtung (8) elektrisch miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass:
- in dem Aufnahmeraum (3) ein Schaum (11) angeordnet ist, mittels welchem die Speicherzellen (4) miteinander und/oder mit dem Speichergehäuse (2) verbunden sind; und
- der jeweiligen Schmelzsicherung (13) des jeweiligen, dem jeweiligen Anschlusselement (6) zugeordneten Verbindungselements (9) ein jeweiliges, in dem Aufnahmeraum (3) angeordnetes Begrenzungselement (14) zugeordnet ist, durch welches ein jeweiliges Volumen (V) begrenzt ist, durch das die jeweilige Schmelzsicherung (13) auf einer jeweiligen, von dem jeweiligen Zellgehäuse (5) abgewandten Seite (S2) überlappt ist, wobei das jeweilige Volumen (V) frei von dem Schaum (11) ist.
2. Elektrischer Energiespeicher (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Volumen (V) mit einem jeweiligen Medium gefüllt ist, welches gegenüber dem Schaum (11) eine geringere Wärmeleitfähigkeit und/oder eine geringere Wärmekapazität aufweist.
3. Elektrischer Energiespeicher (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Medium ein Gas ist.
4. Elektrischer Energiespeicher (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas Luft ist.
5. Elektrischer Energiespeicher (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Begrenzungselemente (14) separat von dem Speichergehäuse (2) ausgebildet und mit dem Speichergehäuse (2) verbunden sind.
6. Elektrischer Energiespeicher (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Begrenzungselemente (14) miteinander verbunden oder einstückig miteinander ausgebildet sind.
7. Elektrischer Energiespeicher (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auch das jeweilige Anschlusselement (6), welchem das die jeweilige Schmelzsicherung (13) aufweisende Verbindungselement (9) zugeordnet ist, auf einer jeweiligen, von dem jeweiligen Zellgehäuse (5) abgewandten und der jeweiligen Schmelzsicherung (13) des jeweiligen, dem jeweiligen Anschlusselement (6) zugeordneten Verbindungselements (9) zugewandten Seite (S3) durch das jeweilige Volumen (V) zumindest teilweise überlappt ist.
8. Elektrischer Energiespeicher (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine jeweilige, dem jeweiligen Verbindungselement (9) zugewandte Seite (S4) des jeweiligen, der jeweiligen Schmelzsicherung (13) des jeweiligen Verbindungselements (9) zugeordneten Begrenzungselements (14) direkt mit dem jeweiligen Verbindungselement (9) verbunden, insbesondere verklebt, ist.
9. Elektrischer Energiespeicher (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Seite (S4) des jeweiligen Begrenzungselements (14) mittels eines von dem Schaum (11) unterschiedlichen Klebstoffes (18) direkt mit dem jeweiligen Verbindungselement (9) verklebt ist.
10. Kraftfahrzeug, mit wenigstens einem elektrischen Energiespeicher (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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