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DE102012218162B4 - Energiespeicheranordnung - Google Patents

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DE102012218162B4
DE102012218162B4 DE102012218162.8A DE102012218162A DE102012218162B4 DE 102012218162 B4 DE102012218162 B4 DE 102012218162B4 DE 102012218162 A DE102012218162 A DE 102012218162A DE 102012218162 B4 DE102012218162 B4 DE 102012218162B4
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screw
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end plate
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Bayerische Motoren Werke AG
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Abstract

Energiespeicheranordnung (1) zur Spannungsversorgung, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit zumindest einem ersten Energiespeichermodul (11) und einem auf dem ersten Energiespeichermodul (11) aufgesetzten zweiten Energiespeichermodul (12),- wobei jedes Energiespeichermodul (11, 12) zwei Endplatten (2) und mehrere, zwischen den Endplatten (2) verspannte Speicherzellen (10) umfasst,- wobei zumindest eine Endplatte (2) des ersten Energiespeichermoduls (11) mit zumindest einer ersten Schraube (13) befestigt ist und zumindest eine Endplatte (2) des zweiten Energiespeichermoduls (12) mit zumindest einer zweiten Schraube (14) befestigt ist, und- wobei im Schraubenkopf (15) der ersten Schraube (13) ein Innengewinde (20) ausgebildet ist, und die zweite Schraube (14) in den Schraubenkopf (15) der ersten Schraube (13) eingeschraubt ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Energiespeicheranordnung zur Spannungsversorgung, insbesondere eines Kraftfahrzeugs. Die Energiespeicheranordnung setzt sich zusammen aus zumindest zwei Energiespeichermodulen. In jedem Energiespeichermodul sind mehrere Speicherzellen zwischen zwei Endplatten miteinander verspannt.
  • In einer übelicherweise als Batterie bezeichneten Vorrichtung zur Spannungsversorgung eines Kraftfahrzeugs kommt meist eine Mehrzahl an Energiespeichermodulen zum Antrieb des Fahrzeugs, beispielsweise von Elektrofahrzeugen oder Hybridfahrzeugen, zum Einsatz. Ein jeweiliges Energiespeichermodul besteht typischerweise aus mehreren gestapelten prismatischen Speicherzellen. Die einzelnen Speicherzellen enthalten elektrochemische Zellen der Batterie. Der Stapel aus den einzelnen Speicherzellen wird zumeist über eine mechanische Endplatte und Zuganker zu dem Energiespeichermodul verspannt. Die Endplatten und Zuganker dienen neben der mechanischen Fixierung der Module zueinander insbesondere dazu, eine Verformung durch Gasdruckänderungen, welche beim Betrieb in den im Inneren der Module angeordneten elektrochemischen Zellen auftreten, entgegenzuwirken.
  • DE 10 2009 005 124 A1 zeigt eine Elektroenergie-Speichervorrichtung mit einer Mehrzahl von Speicherzellen in flacher Form. Die Speicherzellen sind in einer Stapelrichtung zu einem Zellblock gestapelt und sind durch eine Spannvorrichtung zwischen zwei Andruckplatten zusammengehalten.
  • DE 20 2011 105 266 U1 zeigt eine Sicherungsscheibe für Verschraubungen mit einer Aufnahmebohrung und einer Ringfläche, wobei die Ringfläche an ihren beiden Seiten mit Erhöhungen versehen ist, wobei die Erhöhungen auf der einen Seite von Rippen und auf der anderen Seite von einer Verzahnung gebildet sind.
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Energiespeicheranordnung anzugeben, in der bei kostengünstiger Herstellung und Montage mehrere Energiespeichermodule gewichtsoptimiert, betriebssicher und crashsicher zusammengefasst werden.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmalskombination des unabhängigen Anspruchs. Die abhängigen Ansprüche zeigen vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
  • Somit wird die Aufgabe gelöst durch eine Energiespeicheranordnung zur Spannungsversorgung, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit zumindest einem ersten Energiespeichermodul und einem auf dem ersten Energiespeichermodul aufgesetzten zweiten Energiespeichermodul. Jedes der Energiespeichermodule weist dabei zwei Endplatten und mehrere zwischen den Endplatten verspannte Speicherzellen auf. Die Speicherzellen sind in der Regel prismatisch ausgebildet und in dem Energiespeichermodul hintereinander gestapelt. Dabei kann in einem Energiespeichermodul nur eine Reihe an Speicherzellen oder mehrere parallele Reihen an Speicherzellen vorgesehen werden. Die einzelnen Speicherzellen enthalten wiederum mehrere elektrochemische Zellen. Die Energiespeichermodule werden mit Schrauben befestigt. Die Schrauben werden dabei durch die Endplatten gesteckt. Die Schrauben zur Befestigung eines ersten, unteren Energiespeichermoduls, werden als „erste Schrauben“ bezeichnet. Das zweite, auf das erste aufgesetzte, Energiespeichermodul wird mit sogenannten „zweiten Schrauben“ befestigt. Erfindungsgemäß ist in den Schraubenköpfen der ersten Schrauben ein Innengewinde ausgebildet. Die zweiten Schrauben werden in das Innengewinde im Schraubenkopf der ersten Schrauben eingeschraubt. Erfindungsgemäß können also die Endplatten des oberen Energiespeichermoduls direkt auf die Endplatten des unteren Energiespeichermoduls aufgesetzt werden. Das obere Energiespeichermodul wird dabei mit den Schraubenköpfen der ersten Schrauben verschraubt. Es bedarf erfindungsgemäß keiner tragenden Zwischenböden zwischen den Energiespeichermodulen und keiner besonderen Strukturen im Gehäuse zum Anbinden des zweiten Energiespeichermoduls. Dadurch ist eine kostengünstige, montageoptimierte und gewichtsoptimierte Konstruktion der Energiespeicheranordnung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, gegeben. Die Energiespeicheranordnung wird insbesondere zum alleinigen oder unterstützenden Antrieb des Kraftfahrzeugs genutzt. Unter „Kraftfahrzeug“ sind insbesondere PKW, LKW oder Flurförderfahrzeuge zu verstehen.
  • Bevorzugt ist vorgesehen, dass mehr als zwei Energiespeichermodule übereinander angeordnet werden. Dabei wird jeweils ein Energiespeichermodul mit den Schraubenköpfen des darunter liegenden Energiespeichermoduls verschraubt.
  • Besonders bevorzugt wird jede Endplatte mit zumindest zwei Schrauben befestigt. Die Endplatten des untersten Energiespeichermoduls (erstes Energiespeichermodul) werden vorzugsweise mit einem Gehäuse oder einer tragenden Struktur verschraubt.
  • Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass im Schraubenkopf der ersten Schraube ein Innenmehrkant ausgebildet ist. Dieser Innenmehrkant ist koaxial zum Innengewinde im Schraubenkopf angeordnet. Über den Innenmehrkant kann mit einem entsprechenden Werkzeug die erste Schraube eingeschraubt werden.
  • Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass die erste Schraube einen Absatz umfasst. Der Absatz liegt auf einer der Endplatten des ersten Energiespeichermoduls auf. Eine Endplatte des zweiten Energiespeichermoduls liegt auf dem Schraubenkopf der ersten Schraube auf. Insbesondere umfasst die erste Schraube einen unteren Bereich mit einem Außengewinde und einen Zwischenbereich zwischen dem unteren Bereich und dem Schraubenkopf. Der Schraubenkopf weist bevorzugt einen größeren Außendurchmesser als der Zwischenbereich und der untere Bereich auf. Dadurch ist der oben erwähnte Absatz am Übergang vom Schraubenkopf zum Zwischenbereich ausgebildet.
  • Des Weiteren ist vorzugsweise vorgesehen, dass zwischen dem ersten Energiespeichermodul und dem zweiten Energiespeichermodul ein Zwischenboden angeordnet ist. Dieser Zwischenboden dient nicht als alleinige tragende Struktur für das zweite Energiespeichermodul. Der Zwischenboden wird beispielsweise zum Tragen einer Kühlvorrichtung genutzt. Diese Kühlvorrichtung ist auf den Zwischenboden aufgesetzt und dient zum Kühlen des zweiten Energiespeichermoduls. Des Weiteren kann der Zwischenboden als einfache Isolation zwischen den beiden Energiespeichermodulen genutzt werden. Bevorzugt ist der Zwischenboden zwischen dem Schraubenkopf der ersten Schraube und einer der Endplatten des zweiten Energiespeichermoduls eingeklemmt. Der Zwischenboden wird bevorzugt auch zur Abstützung der Energiespeichermodule am Gehäuse und somit zur Stabilisierung der Energiespeicheranordnung verwendet.
  • In bevorzugter Ausbildung sind die ersten Schrauben und die zweiten Schrauben identisch, sodass möglichst viele Gleichteile verwendet werden können. Dabei kann das im Schraubenkopf der zweiten Schraube ausgebildete Innengewinde ungenutzt bleiben.
  • In den Endplatten der Energiespeichermodule sind bevorzugt vertikale Durchgangslöcher ausgebildet, in die die ersten bzw. zweiten Schrauben eingesetzt werden. Diese Durchgangslöcher erstrecken sich bevorzugt über die gesamte Höhe der Endplatten, sodass die ersten bzw. zweiten Schrauben vollständig in den Endplatten aufgenommen sind.
  • Die Erfindung umfasst ferner eine Energiespeicheranordnung zur Spannungsversorgung, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit zumindest einem Energiespeichermodul und einer auf dem ersten Energiespeichermodul befestigten Komponente, wobei das Energiespeichermodul zwei Endplatten und mehrere, zwischen den Endplatten verspannte Speicherzellen umfasst, wobei zumindest eine Endplatte des Energiespeichermoduls mit zumindest einer ersten Schraube befestigt ist und die Komponente mit zumindest einer zweiten Schraube befestigt ist, und wobei im Schraubenkopf der ersten Schraube ein Innengewinde ausgebildet ist, und die zweite Schraube (14) in den Schraubenkopf der ersten Schraube eingeschraubt ist. Die zu befestigende Komponente ist vorzugsweise ein Deckel, eine Schützbox oder eine Steuereinheit. Die Schrauben sind wie bei der Stapelung der Energiespeichermodule ausgebildet.
  • Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren. Es zeigen:
    • 1 ein Energiespeichermodul der erfindungsgemäßen Energiespeicheranordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel,
    • 2 eine einzelne Speichzelle eines Energiespeichermoduls der erfindungsgemäßen Energiespeicheranordnung gemäß dem Ausführungsbeispiel,
    • 3 einen Detailschnitt der erfindungsgemäßen Energiespeicheranordnung gemäß dem Ausführungsbeispiel, und
    • 4 eine in der erfindungsgemäßen Energiespeicheranordnung gemäß dem Ausführungsbeispiel verwendete erste Schraube.
  • Im Folgenden wird anhand der 1 bis 4 ein Ausführungsbeispiel einer Energiespeicheranordnung 1 beschrieben. Die Energiespeicheranordnung 1 setzt sich zusammen aus zumindest einem ersten Energiespeichermodul 11 und einem auf dem ersten Energiespeichermodul 11 aufgesetzten zweiten Energiespeichermodul 12. Die beiden Energiespeichermodule 11, 12 sind gleich aufgebaut. 1 zeigt hierzu eines der beiden Energiespeichermodule 11, 12.
  • In dem Energiespeichermodul 11, 12 gemäß 1 werden mehrere Speicherzellen 10 hintereinander angeordnet. Gemäß 1 sind zwei Reihen 4, 5 mit jeweils sechs Speicherzellen 10 vorgesehen. Diese Anordnung ist nur beispielhaft. So kann auch nur eine Reihe 4, beispielsweise mit 16 Speicherzellen 10, vorgesehen werden. Die hintereinander gestapelten Speicherzellen 10 sind zwischen zwei Endplatten 2 angeordnet. Die Endplatten 2 werden auch als Druckplatten bezeichnet. Die Endplatten 2 sind über drei Zuganker miteinander verbunden. Ist nur eine der Reihen 4, 5 vorgesehen, so entfällt der mittlere Zuganker 3. Die Zuganker 3 werden mit den beiden Endplatten 2 verschweißt.
  • In den Endplatten 2 sind jeweils zwei Durchgangslöcher 6 vorgesehen. Über diese Durchgangslöcher 6 erfolgt eine Verschraubung, wie sie in 3 erläutert wird.
  • 2 zeigt eine einzelne Speicherzelle 10. Die Speicherzelle 10 weist zwei Anschlusspole 7 auf. Beidseitig der Speicherzelle 10 werden Isolierfolien 8 aufgebracht, sodass die einzelnen Speicherzellen 10 im Energiespeichermodul 11, 12 gegeneinander isoliert sind.
  • 3 zeigt einen geschnittenen Ausschnitt aus der Energiespeicheranordnung 1. In 3 ist das zweite Energiespeichermodul 12 auf dem ersten Energiespeichermodul 11 aufgesetzt. Das erste Energiespeichermodul 11 sitzt auf einem Gehäuse 9.
  • Gezeigt ist ein Schnitt durch die Endplatten 2 der Energiespeichermodule 11, 12. Die gezeigte Endplatte 2 des ersten Energiespeichermoduls 11 ist mit einer ersten Schraube 13 mit dem Gehäuse 9 verschraubt. Die erste Schraube 13 steckt im Durchgangsloch 6. Im Detail ist die erste Schraube 13 in 4 gezeigt. Die erste Schraube 13 ist entlang ihrer Länge unterteilt in einen Schraubenkopf 15, einen unteren Bereich 16 und einen zwischen dem Schraubenkopf 15 und dem unteren Bereich 16 angeordneten Zwischenbereich 17. Am unteren Bereich 16 ist ein Außengewinde ausgebildet. Mit diesem Außengewinde ist die erste Schraube 13 im Gehäuse 9 verschraubt. Der Zwischenbereich 17 weist kein Gewinde auf. Im Schraubenkopf 15 ist ein Innengewinde 20 ausgebildet. Koaxial zum Innengewinde 20 ist ein Innenmehrkant 21 angeordnet. Der Innenmehrkant 21 dient zum Drehen und somit zum Einschrauben der ersten Schraube 13 in das Gehäuse 9.
  • Am Übergang vom Zwischenbereich 17 zum Schraubenkopf 15 ist ein Absatz 18 ausgebildet. Am oberen Ende des Schraubenkopfes 15 befindet sich eine Krempe 19.
  • Wie 3 zeigt, drückt der Absatz 18 über eine Scheibe 23 auf das obere Ende der Endplatte 2 des ersten Energiespeichermoduls 11.
  • Das zweite Energiespeichermodul 12, insbesondere eine der Endplatten 2 des zweiten Energiespeichermoduls 12, liegt auf der Krempe 19 des Schraubenkopfes 15 der ersten Schraube 13 auf. Durch das Durchgangsloch 6 in der Endplatte 2 des zweiten Energiespeichermoduls 12 ist eine zweite Schraube 14 eingesetzt. Diese zweite Schraube 14 ist in das Innengewinde 20 im Schraubenkopf 15 der ersten Schraube 13 eingeschraubt. Somit ist das zweite Energiespeichermodul 12 direkt mit der ersten Schraube 13 des ersten Energiespeichermoduls 11 verschraubt.
  • Zwischen der Endplatte 2 des zweiten Energiespeichermoduls 12 und dem Schraubenkopf 15 der ersten Schraube 13 ist ein Zwischenboden 22 eingeklemmt. Der Zwischenboden 22 hat keine tragende Funktion für das zweite Energiespeichermodul 12, sondern dient beispielsweise zur Aufnahme einer Kühlvorrichtung.
  • Das Ausführungsbeispiel zeigt eine kostengünstige, montagefreundliche und gewichtsoptimierte Möglichkeit zur Stapelung von Energiespeichermodulen 11, 12.
  • Bezugszeichenliste:
    • 1
    Energiespeicheranordnung
    2
    Endplatte
    3
    Zuganker
    4, 5
    Reihen
    6
    Durchgangslöcher
    7
    Anschlusspole
    8
    Isolierfolie
    9
    Gehäuse
    10
    Speicherzellen
    11
    Erstes Energiespeichermodul
    12
    Zweites Energiespeichermodul
    13
    Erste Schraube
    14
    Zweite Schraube
    15
    Schraubenkopf
    16
    Unterer Bereich
    17
    Zwischenbereich
    18
    Absatz
    19
    Krempe
    20
    Innengewinde
    21
    Innenmehrkant
    22
    Zwischenboden
    23
    Scheibe

Claims (11)

  1. Energiespeicheranordnung (1) zur Spannungsversorgung, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit zumindest einem ersten Energiespeichermodul (11) und einem auf dem ersten Energiespeichermodul (11) aufgesetzten zweiten Energiespeichermodul (12), - wobei jedes Energiespeichermodul (11, 12) zwei Endplatten (2) und mehrere, zwischen den Endplatten (2) verspannte Speicherzellen (10) umfasst, - wobei zumindest eine Endplatte (2) des ersten Energiespeichermoduls (11) mit zumindest einer ersten Schraube (13) befestigt ist und zumindest eine Endplatte (2) des zweiten Energiespeichermoduls (12) mit zumindest einer zweiten Schraube (14) befestigt ist, und - wobei im Schraubenkopf (15) der ersten Schraube (13) ein Innengewinde (20) ausgebildet ist, und die zweite Schraube (14) in den Schraubenkopf (15) der ersten Schraube (13) eingeschraubt ist.
  2. Energiespeicheranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede Endplatte (2) des ersten Energiespeichermoduls (11) mit zumindest zwei ersten Schrauben (13) befestigt ist, und jede Endplatte (2) des zweiten Energiespeichermoduls (12) mit zumindest zwei zweiten Schrauben (14), die in die Schraubenköpfe (15) der ersten Schrauben (13) eingeschraubt sind, befestigt ist.
  3. Energiespeicheranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Schraubenkopf (15) der ersten Schraube (13) ein zum Innengewinde (20) koaxialer Innenmehrkant (21) zum Drehen der ersten Schraube (13) ausgebildet ist.
  4. Energiespeicheranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schraube (13) einen Absatz (18) umfasst, wobei der Absatz (18) auf einer Endplatte (2) des ersten Energiespeichermoduls (11) aufliegt, und wobei eine Endplatte (2) des zweiten Energiespeichermoduls (12) auf dem Schraubenkopf (15) der ersten Schraube (13) aufliegt.
  5. Energiespeicheranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten Energiespeichermodul (11) und dem zweiten Energiespeichermodul (12) ein Zwischenboden (22) angeordnet ist.
  6. Energiespeicheranordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenboden (22) zwischen dem Schraubenkopf (15) der ersten Schraube (13) und einer Endplatte (2) des zweiten Energiespeichermoduls (12) eingeklemmt ist.
  7. Energiespeicheranordnung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Zwischenboden (22) eine Kühlvorrichtung angeordnet ist.
  8. Energiespeicheranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schraube (13) einen unteren Bereich (16) mit einem Außengewinde, und zwischen dem Schraubenkopf (15) und dem unteren Bereich (16) einen Zwischenbereich (17) ohne Gewinde umfasst.
  9. Energiespeicheranordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Außendurchmesser des Schraubenkopfes (15) größer ist als ein weiterer Außendurchmesser des Zwischenbereichs (17) und des unteren Bereichs (16).
  10. Energiespeicheranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schraube (13) in einem Gehäuse (9) der Energiespeicheranordnung (1) eingeschraubt ist.
  11. Energiespeicheranordnung (1) zur Spannungsversorgung, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit zumindest einem Energiespeichermodul (11) und einer auf dem ersten Energiespeichermodul (11) befestigten Komponente, - wobei das Energiespeichermodul (11) zwei Endplatten (2) und mehrere, zwischen den Endplatten (2) verspannte Speicherzellen (10) umfasst, - wobei zumindest eine Endplatte (2) des Energiespeichermoduls (11) mit zumindest einer ersten Schraube (13) befestigt ist und die Komponente mit zumindest einer zweiten Schraube (14) befestigt ist, und - wobei im Schraubenkopf (15) der ersten Schraube (13) ein Innengewinde (20) ausgebildet ist, und die zweite Schraube (14) in den Schraubenkopf (15) der ersten Schraube (13) eingeschraubt ist.
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