Die Erfindung betrifft einen elektrischen Energiespeicher für ein Kraftfahrzeug. Der elektrische Energiespeicher weist zumindest einen Zellstapel aus mehreren aneinander gestapelten Speicherzellen und einen Zellmodulrahmen zum Aufnehmen von Ausdehnungskräften der Speicherzellen durch Verpressen des Zellstapels auf. Der Zellmodulrahmen umfasst zumindest zwei Druckplatten, welche zum Ausüben einer Verpresskraft auf den Zellstapel an zwei gegenüberliegenden Stirnseiten des Zellstapels angeordnet sind, und zumindest eine Spanneinrichtung, welche zum Halten der zwei Druckplatten mechanisch mit den Druckplatten verbunden ist. Die Erfindung betrifft außerdem ein Kraftfahrzeug.

Vorliegend richtet sich das Interesse auf elektrische Energiespeicher, welche beispielsweise als Traktionsbatterien für elektrisch antreibbare Kraftfahrzeuge, also Hybrid- oder Elektrofahrzeuge, verwendet werden können. Solche elektrischen Energiespeicher weisen üblicherweise mehrere miteinander verschaltete Energiespeichermodule auf, welche jeweils mehrere miteinander verschaltete Speicherzellen bzw. Batteriezellen aufweisen. Im Falle von prismatischen Speicherzellen oder Pouchzellen sind diese zu Zellstapeln gestapelt. Um eine betriebsbedingte und alterungsbedingte Ausdehnung bzw. Ausbauchung der Speicherzellen zumindest zu reduzieren, ist es aus dem Stand der Technik, beispielsweise der

DE 102017221 769 A1, bekannt, den Zellstapel zum Verpressen der Speicherzellen in einem Zellmodulrahmen anzuordnen. Der Zellmodulrahmen weist dabei zwei Druckplatten auf, zwischen welchen der Zellstapel angeordnet wird und welche zum Verpressen der Speicherzellen mittels einer Spanneinrichtung, beispielsweise Zugankern, zusammengepresst werden. Um die Ausdehnungskräfte der Speicherzellen aufnehmen zu können, ist der Zellmodulrahmen üblicherweise aus besonders strapazierfähigen Materialien ausgebildet, sodass der Zellmodulrahmen ein hohes Gewicht, einen hohen Bauraumbedarf sowie hohe Kosten aufweist. Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen besonders gewichtssparenden, platzsparenden und kostengünstigen Zellmodulrahmen für einen elektrischen Energiespeicher eines Kraftfahrzeugs bereitzustellen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen elektrischen Energiespeicher sowie ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung sowie der Figuren.

Ein erfindungsgemäßer elektrischer Energiespeicher für ein Kraftfahrzeug weist zumindest einen Zellstapel aus mehreren aneinander gestapelten Speicherzellen sowie einen Zellmodulrahmen zum Aufnehmen von Ausdehnungskräften der Speicherzellen durch Verpressen des Zellstapels auf. Der Zellmodulrahmen umfasst zumindest zwei Druckplatten, welche zum Ausüben einer Verpresskraft auf den Zellstapel an zwei gegenüberliegenden Stirnseiten des Zellstapels angeordnet sind, und zumindest eine Spanneinrichtung, welche zum Halten der zwei Druckplatten mechanisch mit den Druckplatten verbunden ist. Darüber hinaus weist der elektrische Energiespeicher ein Gehäuse auf, in welchem der zumindest eine Zellstapel angeordnet ist. Dabei weist die Spanneinrichtung zumindest eine Gehäusewand des Gehäuses auf, welche zumindest einen Zuganker der Spanneinrichtung ausbildet und mit welcher die Druckplatten mechanisch verbunden sind.

Der elektrische Energiespeicher ist insbesondere ein Hochvoltenergiespeicher und dient als wiederaufladbare Traktionsbatterie bzw. Traktionsakkumulator für ein elektrifiziertes Kraftfahrzeug. Der elektrische Energiespeicher weist insbesondere mehrere Zellstapel aus entlang einer Stapelrichtung gestapelten Speicherzellen auf, welche in einem Aufnahmeraum des Gehäuses des elektrischen Energiespeichers angeordnet sind. Die Speicherzellen sind vorzugsweise als prismatische Batteriezellen ausgebildet. Die Speicherzellen können aber auch als Pouchzellen ausgebildet sein. Die Speicherzellen dehnen sich betriebsbedingt, beispielsweise durch Lade- und Entladevorgänge, sowie alterungsbedingt entlang der Stapelrichtung aus. Um diese Ausdehnungskräfte aufnehmen zu können und eine ausdehnungsbedingte Längenänderung der Zellstapels entlang der Stapelrichtung zumindest zu reduzieren, insbesondere zu verhindern, sind die Zellstapel in Zellmodulrahmen angeordnet. Ein Zellmodulrahmen weist die Druckplatten auf, wobei eine erste Druckplatte an einer ersten Stirnseite, beispielsweise einer Frontseite, des Zellstapels und eine zweite Druckplatte an einer in Stapelrichtung gegenüberliegenden zweiten Stirnseite, beispielsweise einer Rückseite, des Zellstapels angeordnet ist. Diese Druckplatten sind beispielsweise aus Stahl oder Aluminiumprofilen ausgebildet und weisen zur Gewichtsreduktion ein Hohlprofil auf.

Um die Druckplatten zusammenzupressen, sodass sie die Verpresskraft auf den Zellstapel ausüben, ist die Spanneinrichtung vorgesehen, welche die Druckplatten, beispielsweise in einem vorgespannten Zustand hält. Dazu weist die Spanneinrichtung zumindest einen Zuganker auf, welcher nicht als ein separates Spannbauteil ausgebildet ist, sondern durch zumindest eine der Gehäusewand des Gehäuses ausgebildet ist. Das Gehäuse wird also zum Ausbilden des Zellmodulrahmens mitgenutzt. Dazu sind die Druckplatten mit der zumindest einen, den zumindest einen Zuganker ausbildenden Gehäusewand mechanisch verbunden. Die Druckplatten können an zwei gegenüberliegenden Gehäusewänden, insbesondere einem Gehäuseboden und einem Gehäusedeckel, des Gehäuses befestigt sein, welche zwei Zuganker der Spanneinrichtung ausbilden. Auch können die Druckplatten mit nur einer Gehäusewand in Form von einem wannenförmigen Gehäuseboden verbunden sein. Dabei können die Druckplatten stoffschlüssig mit der zumindest einen Gehäusewand verbunden sein, beispielsweise indem die Druckplatten mit der zumindest einen Gehäusewand verklebt, verschweißt oder verlötet sind.

Auch können die Druckplatten formschlüssig mit der zumindest einen Gehäusewand verbunden sein, beispielsweise indem die zumindest eine Gehäusewand Ausnehmungen zum Aufnehmen der Druckplatten oder Vorsprünge zum Ausbilden eines Anschlags für die Druckplatten aufweist. Die Ausnehmungen können beispielsweise als sich quer zur Stapelrichtung erstreckende Nuten ausgebildet sein, in welche die Druckplatten zur Verankerung bereichsweise eingesteckt und dadurch gehalten sind. Alternativ dazu kann die zumindest eine Gehäusewand an definierten Positionen die Vorsprünge aufweisen, welche die Druckplatten an einer, durch die Ausdehnung der Speicherzellen verursachten Bewegung entlang der Stapelrichtung hindern.

Ebenso ist es möglich, dass die Druckplatten kraftschlüssig mit der zumindest einen Gehäusewand verbunden sind. Beispielsweise können die Druckplatten mit der zumindest einen Gehäusewand verschraubt sein und/oder die Druckplatten und die zumindest eine Gehäusewand können über eine Presspassung verbunden sein. Für die Presspassung können die Gehäusewand und/oder die Druckplatten angeschrägte Flächen aufweisen, sodass die Druckplatten in das Gehäuse eingepresst sind. Die Erfindung betrifft außerdem ein Kraftfahrzeug aufweisend einen erfindungsgemäßen elektrischen Energiespeicher. Das Kraftfahrzeug ist insbesondere ein elektrifiziertes Kraftfahrzeug und weist den elektrischen Energiespeicher als Traktionsbatterie auf.

Die mit Bezug auf den erfindungsgemäßen elektrischen Energiespeicher vorgestellten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren allein gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar.

Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer Ausgestaltung eines elektrischen Energiespeichers für ein Kraftfahrzeug; und

Fig. 2 eine schematische Draufsicht auf den elektrischen Energiespeicher.

In den Figuren sind gleiche sowie funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Fig. 1 und Fig 2 zeigen einen elektrischen Energiespeicher 1 für ein Kraftfahrzeug. Der elektrische Energiespeicher 1 weist ein Gehäuse 2 auf, in dessen Aufnahmeraum 3 mehrere Zellstapel 4 angeordnet sind. Die Zellstapel 4 weisen jeweils mehrere Speicherzellen 5 auf, welche entlang einer Stapelrichtung S, welche hier eine Längsrichtung L entspricht, aneinandergereiht sind. Das Gehäuse 2 weist, wie in der Seitenansicht gemäß Fig. 1 gezeigt ist, Gehäusewände 6 in Form von einem Gehäuseboden 7 sowie einem Gehäusedeckel 8 auf. Der Gehäuseboden 7 und der Gehäusedeckel 8 sind hier als wannenförmige Gehäuseteile ausgebildet, sodass der Gehäuseboden 7 und der Gehäusedeckel 8 im zusammengefügten Zustand, wie in der Draufsicht gemäß Fig. 2 gezeigt ist, auch eine Gehäusefrontseite 9, eine Gehäuserückseite 10 sowie Gehäuseseitenbereiche 11 , 12 ausbilden. Außerdem weist der elektrische Energiespeicher 1 Zellmodulrahmen 13 zum Aufnehmen von Ausdehnungskräften F der Speicherzellen 5 durch Verspannen der Speicherzellen 5 der Zellstapel 4 auf. Die Zellmodulrahmen 13 weisen jeweils zwei Druckplatten 14 auf, wobei sich zwei benachbarte Zellstapel 4 auch Druckplatten 14 teilen können. Beispielsweise kann sich eine Druckplatte 14 über zwei, in Breitenrichtung B benachbarte Zellstapel 4 erstrecken, sodass diese Druckplatte 14 den Zellmodulrahmen 13 beider Zellstapel 4 angehört. Auch kann eine Druckplatte 14 zwischen zwei, in Längsrichtung L benachbarten Zellstapeln 4 angeordnet sein. Die Druckplatten 14 sind dabei an jeweils einer Stirnseite des Zellstapels 4 angeordnet, welcher durch eine Zellgehäusefrontwand der ersten Speicherzelle 5 im Zellstapel 4 und eine Zellgehäuserückwand der letzten Speicherzelle 5 im Zellstapel 4 gebildet ist. Die zwei, zu einem Zellstapel 4 gehörigen Druckplatten 14 werden dabei mittels einer Spanneinrichtung 15 des jeweiligen Zellmodulrahmens 13 zusammengepresst. Die Spanneinrichtung 15 zweier

Zellmodulrahmen 13 weist hier jeweils ein, einen Zuganker ausbildendes Spannbauteil 16 auf, welches mit den zugehörigen Druckplatten 14 mechanisch verbunden, beispielsweise verschweißt, ist.

Pro Zellmodulrahmen 13 ist hier jedoch zumindest ein Zuganker durch das Gehäuse 2 gebildet, indem die Druckplatten 14 mit zumindest einer Gehäusewand 6 des Gehäuses 2 mechanisch verbunden sind. Beispielsweise können sich die Druckplatten 14 in Hochrichtung H von dem Gehäuseboden 7 zu dem Gehäusedeckel 8 erstrecken und mit dem Gehäuseboden 7 und dem Gehäusedeckel 8 verbunden sein. Alternativ oder zusätzlich können sich die Druckplatten 14 in Breitenrichtung B erstrecken und mit den Gehäuseseitenbereichen 11, 12 mechanisch verbunden sein. Beispielsweise kann die mechanische Verbindung zwischen den Druckplatten 14 und den Gehäusewänden 6 durch Kleben, Schweißen, Löten, Schrauben, Verpressen oder Verankern gebildet sein. Durch die Mitverwendung des Gehäuses 2 als Zuganker der Spanneinrichtungen 15 der Zellmodulrahmen 13 kann die Anzahl an separaten Spannbauteilen 16 zumindest reduziert werden.