DE102023102988A1 - Distributed electrical storage system and motor vehicle therewith - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Speichersystem (1) sowie ein damit ausgestattetes Kraftfahrzeug (13). Das Speichersystem (1) weist ein zentrales Managementmodul (2) und mehrere elektrisch daran angeschlossene, aber ansonsten voneinander separate und räumlich getrennte Zellmodule (3) auf. Die Zellmodule (3) umfassen jeweils einen Zellstrang aus mehreren elektrisch seriell verbundenen Batteriezellen (4). Von dem Managementmodul (2) führen individuelle elektrische Leitungen (11) bis zu Anschlusspunkten zwischen allen in den Zellsträngen entlang der seriellen Verbindungen paarweise benachbarten Batteriezellen (4). Nur über diese Leitungen (11) ist in dem Managementmodul (2) eine elektrische Parallelverschaltung zumindest einiger Batteriezellen (4) verschiedener Zellmodule (3) realisiert.The invention relates to an electrical storage system (1) and a motor vehicle (13) equipped therewith. The storage system (1) has a central management module (2) and a plurality of cell modules (3) which are electrically connected to it but are otherwise separate and spatially separated from one another. The cell modules (3) each comprise a cell string made up of a plurality of battery cells (4) which are electrically connected in series. Individual electrical lines (11) lead from the management module (2) to connection points between all battery cells (4) which are adjacent in pairs in the cell strings along the serial connections. An electrical parallel connection of at least some battery cells (4) of different cell modules (3) is only realized in the management module (2) via these lines (11).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektrisches Speichersystem sowie ein damit ausgestattetes Kraftfahrzeug.The present invention relates to an electrical storage system and a motor vehicle equipped therewith.

Elektrische Speichersysteme, also beispielsweise Batterien und Akkumulatoren werden in zunehmend mehr Anwendungen eingesetzt, wobei gleichzeitig stetig steigende Anforderungen gestellt werden. So wird beispielsweise eine größere Maximalleistung, eine größere Leistungsdichte, eine größere Sicherheit, ein geringeres Gewicht, ein geringerer Bauraumbedarf und dergleichen mehr angestrebt. Es gibt dabei bereits verschiedene Ansätze und Konzepte für einen Aufbau solcher elektrischer Speichersysteme. Beispielsweise konnte eine Entwicklung von Hochvoltspeichern für Kraftfahrzeuge von einem Modulkonzept zu einem Cell-to-Pack-Konzept und weiter zu einem Cell-to-open-Body-Konzept beobachtet werden. Gleichzeitig werden auch neue bzw. weitere Zellchemien, wie etwa in NMC, NCA, LFP, Na oder dergleichen verwendet bzw. praktikabel nutzbar. Dennoch besteht weiter Bedarf für Verbesserungen und Optimierungen, beispielsweise hinsichtlich der Sicherheit und der Reichweite von batterieelektrischen Kraftfahrzeugen und deren Kosten.Electrical storage systems, such as batteries and accumulators, are being used in an increasing number of applications, while at the same time the demands are constantly increasing. For example, greater maximum output, greater power density, greater safety, lower weight, smaller installation space requirements and the like are being sought. There are already various approaches and concepts for the construction of such electrical storage systems. For example, a development of high-voltage storage systems for motor vehicles from a module concept to a cell-to-pack concept and further to a cell-to-open body concept has been observed. At the same time, new or additional cell chemistries, such as NMC, NCA, LFP, Na or the like, are being used or can be used in a practical way. Nevertheless, there is still a need for improvements and optimizations, for example with regard to the safety and range of battery-electric vehicles and their costs.

Als einen Ansatz beschreibt die DE 10 2009 043 384 A1 ein Konstruktionsteil für ein Fahrzeug, das eine Verbundstruktur aufweist. Die Verbundstruktur bildet dabei wenigstens eine Kavität aus. In dieser Kavität bzw. diesen Kavitäten ist jeweils eine oder eine Mehrzahl von Elektroenergiezellen aufgenommen. Damit soll die Nutzung von Elektroenergiespeichern in Fahrzeugen verbessert werden.One approach is described by the EN 10 2009 043 384 A1 a structural part for a vehicle that has a composite structure. The composite structure forms at least one cavity. One or a plurality of electrical energy cells are accommodated in this cavity or these cavities. This is intended to improve the use of electrical energy storage devices in vehicles.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine besonders flexible Anordnung und Nutzung eines elektrischen Speichersystems zu ermöglichen.The object of the present invention is to enable a particularly flexible arrangement and use of an electrical storage system.

Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der Haupt- und Nebenansprüche bzw. der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere mögliche Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Figuren offenbart. Merkmale, Vorteile und mögliche Ausgestaltungen, die im Rahmen der Beschreibung für einen der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche dargelegt sind, sind zumindest analog als Merkmale, Vorteile und mögliche Ausgestaltungen des jeweiligen Gegenstands der anderen unabhängigen Ansprüche sowie jeder möglichen Kombination der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche, gegebenenfalls in Verbindung mit einem oder mehr der Unteransprüche, anzusehen.This object is achieved by the subject matter of the main and subsidiary claims or the independent claims. Further possible embodiments of the invention are disclosed in the subclaims, the description and the figures. Features, advantages and possible embodiments that are set out in the description for one of the subject matter of the independent claims are to be regarded at least analogously as features, advantages and possible embodiments of the respective subject matter of the other independent claims and of any possible combination of the subject matter of the independent claims, if appropriate in conjunction with one or more of the subclaims.

Das erfindungsgemäße elektrische Speichersystem kann auch als Batteriesystem oder Batterieeinrichtung bezeichnet bzw. verstanden werden. Insbesondere kann das erfindungsgemäße elektrisches Speichersystem für ein Kraftfahrzeug bestimmt, also Beispielsweise als Traktionsbatterie ausgestaltet sein. Ebenso sind aber andere Anwendungen, beispielsweise in anderen Vorrichtungen oder Anlagen oder dergleichen möglich. Das erfindungsgemäße Speichersystem weist ein zentrales Managementmodul auf, das auch als Batteriemanagementsystem (BMS) oder Batteriemanagementeinheit bezeichnet werden kann. Weiter weist das Speichersystem mehrere - direkt oder indirekt - an dieses zentrale Managementmodul elektrisch angeschlossene, aber ansonsten voneinander separate und räumlich getrennte Zellmodule auf. Diese Zellmodule umfassen dabei jeweils wenigstens einen Zellstrang aus mehreren elektrisch seriell miteinander verbundenen, also in Reihe geschalteten Batteriezellen. Dabei kann es sich insbesondere um Sekundärzellen handeln. Die Zellmodule können auch als Arme oder Zellarme bezeichnet werden, da sie - anschaulich beispielsweise krakenartig - in verschiedene Richtungen von dem zentralen Managementmodul ausgehen können. Ein indirekter Anschluss beispielsweise zweier Zellmodule kann beispielsweise dann gegeben sein, wenn die beiden Zellmodule über beispielsweise einen oder zwei oder mehr Schütze zusammengeschaltet und dieser Schütz oder diese Schütze dann an das zentrale Managementmodul angeschlossen ist bzw. sind. Das Managementmodul kann dann beispielsweise dazu eingerichtet sein, diesen Schütz oder diese Schütze anzusteuern.The electrical storage system according to the invention can also be referred to or understood as a battery system or battery device. In particular, the electrical storage system according to the invention can be intended for a motor vehicle, for example as a traction battery. However, other applications are also possible, for example in other devices or systems or the like. The storage system according to the invention has a central management module, which can also be referred to as a battery management system (BMS) or battery management unit. The storage system also has several cell modules that are electrically connected - directly or indirectly - to this central management module, but are otherwise separate and spatially separated from one another. These cell modules each comprise at least one cell string made up of several battery cells that are electrically connected to one another in series, i.e. connected in series. These can be secondary cells in particular. The cell modules can also be referred to as arms or cell arms, since they can extend in different directions from the central management module - for example, like an octopus. An indirect connection of two cell modules, for example, can be achieved if the two cell modules are connected together via one or two or more contactors and this contactor or these contactors is or are then connected to the central management module. The management module can then be set up, for example, to control this contactor or these contactors.

Die einzelnen Zellmodule können dabei jeweils räumlich von dem Managementmodul beabstandet und dann beispielsweise durch, insbesondere flexible, Anschluss- oder Verbindungsleitungen an das Managementmodul angeschlossen sein, oder direkt von dem Managementmodul ausgehen, sich also unmittelbar von diesem, beispielsweise von dessen Gehäuse, weg erstrecken. Die einzelnen Zellmodule können eigene individuelle Gehäuse aufweisen, in denen die jeweiligen Batteriezellen angeordnet sind. Ebenso können ein oder mehr der Zellmodule gehäuselos ausgestaltet sein. Die Batteriezellen eines solchen gehäuselosen Zellmoduls können beispielsweise durch ein oder mehr umgebende Bauteile umgeben bzw. geschützt und/oder durch, insbesondere flexible, Bauteile miteinander verbunden sein, was an anderer Stelle noch näher erläutert wird.The individual cell modules can each be spatially spaced from the management module and then connected to the management module, for example by connecting or connection lines, in particular flexible ones, or they can extend directly from the management module, i.e. extend directly away from it, for example from its housing. The individual cell modules can have their own individual housings in which the respective battery cells are arranged. Likewise, one or more of the cell modules can be designed without a housing. The battery cells of such a housing-free cell module can, for example, be surrounded or protected by one or more surrounding components and/or connected to one another by, in particular, flexible components, which will be explained in more detail elsewhere.

Erfindungsgemäß führen in dem elektrischen Speichersystem individuelle elektrische Leitungen von dem Managementmodul bis zu Anschlusspunkten zwischen allen in den Zellsträngen der Zellmodule entlang der seriellen Verbindungen paarweise benachbarten Batteriezellen. Es ist dabei nur über diese Leitungen in dem Managementmodul eine elektrische Parallelverschaltung zumindest einiger Batteriezellen verschiedener Zellmodule realisiert. Diese individuellen elektrischen Leitungen für die Parallelverschaltung können auch als Parallelkontaktleitungen bezeichnet werden. Diese Parallelkontaktleitungen können auch als Spannungsabgriffe zur Überwachung der Zellspannungen der einzelnen Batteriezellen, also als entsprechende Sense-Leitungen verwendet werden bzw. fungieren. Ebenso können die Zellmodule leistungsmäßig nur untereinander verbunden sein, wobei die Sense-Leitungen aber dennoch zu dem zentralen Managementmodul verlaufen bzw. dort zusammengeführt sind.According to the invention, in the electrical storage system, individual electrical lines lead from the management module to connection points between all the cell strings of the cell modules along the serial connections in pairs. neighboring battery cells. An electrical parallel connection of at least some battery cells of different cell modules is only realized via these lines in the management module. These individual electrical lines for the parallel connection can also be referred to as parallel contact lines. These parallel contact lines can also be used or function as voltage taps for monitoring the cell voltages of the individual battery cells, i.e. as corresponding sense lines. Likewise, the cell modules can only be connected to one another in terms of power, although the sense lines still run to the central management module or are brought together there.

Mit anderen Worten weist das erfindungsgemäße elektrische Speichersystem außerhalb des zentralen Managementmoduls, also etwa außerhalb von dessen Gehäuse, keine physischen elektrischen Parallelverbinder oder Knotenpunkte oder Schaltmodule oder dergleichen zur Parallelverschaltung von Batteriezellen verschiedener Zellmodule auf. Insbesondere kann über die Parallelkontaktleitungen in dem Managementmodul ebenso eine Parallelverschaltung mehrerer oder aller Zellen eines, mehrerer oder aller Zellmodule realisiert sein. Es können dabei mehrere Parallelstränge aus jeweils mehreren parallel verschalteten Batteriezellen aus demselben oder aus mehreren verschiedenen Zellmodulen durch entsprechende Verschaltung der Parallelkontaktleitungen in dem zentralen Managementmodul gebildet sein oder werden.In other words, the electrical storage system according to the invention has no physical electrical parallel connectors or nodes or switching modules or the like for parallel connection of battery cells of different cell modules outside the central management module, i.e. outside its housing. In particular, parallel connection of several or all cells of one, several or all cell modules can also be implemented via the parallel contact lines in the management module. Several parallel strings, each consisting of several battery cells connected in parallel from the same or from several different cell modules, can be formed by appropriate connection of the parallel contact lines in the central management module.

Das erfindungsgemäße Speichersystem stellt also keine klassische monolithische Einheit dar und auch kein einfaches modulares System aus miteinander verbindbaren monolithischen Zellmodulen, die jeweils beispielsweise nur zwei außenseitige Anschlusskontakte aufweisen und ansonsten eine von außen nicht gezielt veränderbare Blackbox darstellen. Vielmehr setzt sich das Speichersystem aus nicht nur flexibel relativ zueinander anordenbaren Zellmodulen zusammen, sondern ermöglicht durch die Parallelkontaktleitungen und deren zentrale Zusammenführung in dem Managementmodul trotz der gegebenenfalls verteilten Anordnung der Zellmodule eine zentral gesteuerte oder verwaltete oder eingestellte komplexe und insbesondere flexible Verschaltung der Batteriezellen der Zellmodule auf Zellebene auch über mehrere Zellmodule bzw. über Zellmodulgrenzen hinweg. Damit kann sowohl eine räumlichmechanische Flexibilität auch als eine elektrisch-funktionale Flexibilität des Speichersystems erreicht bzw. verbessert werden. Die Zellmodule bzw. deren Batteriezellen können in dem zentralen Managementmodul jeweils zumindest teilweise parallel, seriell oder variabel verschaltet sein bzw. verschaltet werden. Durch den Entfall von physischen Parallelverbindung zwischen allen parallelgeschalteten bzw. parallel schaltbaren Batteriezellen in den Zellmodulen und zwischen den Zellmodulen und/oder den ermöglichten Entfall von individuellen CSCs (Cell Supervisory Circuits) der einzelnen Zellmodule kann nicht nur die flexible Anordnung, sondern besonders einfach auch eine flexible, also biegeweiche oder formveränderliche Ausgestaltung der Zellmodule unterstützte bzw. besonders einfach realisiert werden.The storage system according to the invention is therefore not a classic monolithic unit, nor a simple modular system of interconnectable monolithic cell modules, each of which has, for example, only two external connection contacts and otherwise represents a black box that cannot be specifically changed from the outside. Rather, the storage system is not only made up of cell modules that can be arranged flexibly relative to one another, but also enables a centrally controlled or managed or set complex and in particular flexible interconnection of the battery cells of the cell modules at cell level, even across multiple cell modules or across cell module boundaries, through the parallel contact lines and their central merging in the management module, despite the possibly distributed arrangement of the cell modules. This makes it possible to achieve or improve both spatial-mechanical flexibility and electrical-functional flexibility of the storage system. The cell modules or their battery cells can be or can be interconnected in the central management module, at least partially in parallel, serially or variably. By eliminating the physical parallel connection between all parallel-connected or parallel-connectable battery cells in the cell modules and between the cell modules and/or the elimination of individual CSCs (Cell Supervisory Circuits) of the individual cell modules, not only the flexible arrangement but also a flexible, i.e. flexible or shape-changing design of the cell modules can be supported or implemented particularly easily.

Durch die ermöglichte räumliche Trennung der Zellmodule kann zudem eine verbesserte Sicherheit erreicht werden, da bei einem thermischen Durchgehen einer Batteriezelle gegebenenfalls weniger andere Batteriezellen in unmittelbarer Umgebung in Mitleidenschaft gezogen bzw. zum thermischen Durchgehen angeregt werden als dies bei einer herkömmlichen monolithischen Batterie mit einem einzigen Gehäuse, in dem blockartig sämtliche Batteriezellen angeordnet sind, der Fall sein könnte.The spatial separation of the cell modules also enables improved safety to be achieved, since in the event of thermal runaway of a battery cell, fewer other battery cells in the immediate vicinity may be affected or stimulated to thermal runaway than could be the case with a conventional monolithic battery with a single housing in which all battery cells are arranged in blocks.

Durch das zentrale Managementmodul können dabei trotz der potenziell verteilten Anordnung der Zellmodule Zentraleinrichtungen für eine Steuerung und/oder Nutzung der Zellmodule angeordnet bzw. bereitgestellt werden, wie etwa Anschlüsse für elektrische Verbraucher, Überwachungs- und Steuergeräte, ein Kommunikationsmodul, ein Ladeanschluss und/oder dergleichen mehr. Dies kann eine besonders einfache und komfortable Nutzung des elektrischen Speichersystems sowie eine entsprechend einfache Wartbarkeit bei gleichzeitig flexibler Anordnung der Zellmodule und entsprechend optimierter Bauraumausnutzung auch in komplexen Umgebungen ermöglichen.Despite the potentially distributed arrangement of the cell modules, the central management module can be used to arrange or provide central facilities for controlling and/or using the cell modules, such as connections for electrical consumers, monitoring and control devices, a communication module, a charging connection and/or the like. This can enable particularly simple and convenient use of the electrical storage system and correspondingly simple maintenance, while at the same time allowing flexible arrangement of the cell modules and correspondingly optimized use of installation space, even in complex environments.

In einer möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist das Managementmodul eine Schalteinrichtung auf, die zum flexiblen zellgenauen Einstellen, also Verändern einer Parallelverschaltung bzw. einer elektrischen Parallelkonfiguration aller Zellen des Speichersystems, also auch über verschiedene Zellmodule hinweg eingerichtet ist. Dazu kann die Schalteinrichtung beispielsweise mehrere elektrische bzw. elektronische Schalter und eine entsprechende Steuerung aufweisen. Damit können beispielsweise im Betrieb des Speichersystems unterschiedliche Verschaltungen bzw. Konfigurationen der Batteriezellen, insbesondere unterschiedliche Parallelverschaltungen bzw. Parallelkonfigurationen, eingestellt werden. Dadurch kann eine besonders einfache und flexible Möglichkeit dafür geschaffen bzw. bereitgestellt werden, auf unterschiedliche Situationen oder Anforderungen zu reagieren, die sich im laufenden Betrieb oder bei der Verwendung des Speichersystems in unterschiedlichen Anwendungen ergeben können. Ein zellgenaues Einstellen der Parallelverschaltung bzw. Parallelkonfiguration kann im vorliegenden Sinne bedeuten, dass nicht nur jeweils ein ganzes Zellmodul bedarfsweise parallel zu einem anderen ganzen Zellmodul geschaltet werden kann, sondern dies für einzelne Batteriezellen individuell möglich ist.In one possible embodiment of the present invention, the management module has a switching device that is designed for flexible cell-precise setting, i.e. changing a parallel connection or an electrical parallel configuration of all cells of the storage system, i.e. also across different cell modules. For this purpose, the switching device can, for example, have several electrical or electronic switches and a corresponding control. This means that, for example, during operation of the storage system, different connections or configurations of the battery cells, in particular different parallel connections or parallel configurations, can be set. This creates or provides a particularly simple and flexible way of reacting to different situations or requirements that may arise during operation or when using the storage system in different applications. Cell-precise setting of the parallel connection or parallel configuration can be achieved in the present sense. This means that not only can an entire cell module be connected in parallel to another entire cell module as required, but this is also possible for individual battery cells.

In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sind in dem Managementmodul bzw. mittels des Managementmodul wenigstens zwei der Zellmodule seriell verschaltet, insbesondere flexibel seriell verschaltbar. Dies kann beispielsweise ebenfalls mittels der an anderer Stelle genannten oder einer dazu analogen Schalteinrichtung des Managementmodul realisiert sein bzw. erfolgen. Insbesondere können so flexibel, also bedarfsweise veränderbar oder einstellbar unterschiedliche Seriell- oder auch Parallelkonfigurationen realisiert, also eingestellt werden. Damit kann das erfindungsgemäße Speichersystem besonders vielfältig und flexibel einsetzbar bzw. nutzbar sein. Insbesondere müssen die einzelnen Zellmodule jeweils individuell nicht notwendigerweise eine bestimmte Mindestanzahl von Batteriezellen zum Erreichen einer vorgegebenen Ausgangs- oder Nennspannung des Speichersystems aufweisen und können daher entsprechend klein sein. Dies kann eine besonders flexible und effektive bzw. effiziente Nutzung auch entsprechend kleiner Bauräume und somit letztlich eine besonders platzsparende bzw. bauraumeffiziente Ausgestaltung und Nutzung des Speichersystems insgesamt ermöglichen. Dies kann insbesondere auch für Anwendungen gelten, die relativ hohe Spannungen, beispielsweise im Bereich von mehreren 100 V erfordern.In a further possible embodiment of the present invention, at least two of the cell modules are connected in series in the management module or by means of the management module, in particular can be connected in series flexibly. This can also be implemented or carried out, for example, by means of the switching device of the management module mentioned elsewhere or an analogous thereto. In particular, different serial or parallel configurations can be implemented, i.e. set, in a flexible manner, i.e. can be changed or adjusted as required. The storage system according to the invention can thus be used or utilized in a particularly diverse and flexible manner. In particular, the individual cell modules do not necessarily have to have a certain minimum number of battery cells to achieve a predetermined output or nominal voltage of the storage system and can therefore be correspondingly small. This can enable a particularly flexible and effective or efficient use of even correspondingly small installation spaces and thus ultimately a particularly space-saving or space-efficient design and use of the storage system as a whole. This can also apply in particular to applications that require relatively high voltages, for example in the range of several 100 V.

In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weisen wenigstens zwei der Zellmodule intern unterschiedliche mpns-Konfigurationen ihrer Batteriezellen auf. Eine bestimmte mpns-Konfiguration beschreibt dabei eine Anordnung bzw. elektrische Verschaltung von Batteriezellen mit m Batteriezellen in Parallelrichtung und n Batteriezellen in serieller Richtung, wobei m und n positive ganze Zahlen sind. Durch die hier vorgeschlagene Ausgestaltung kann das erfindungsgemäße Speichersystem besonders flexibel bzw. jeweils anforderungsgerecht für unterschiedlichste Situationen ausgestaltet bzw. genutzt werden. So können die einzelnen Zellmodule dann beispielsweise unterschiedliche Größen und/oder Formen aufweisen. Dadurch können verschiedene Zellmodule beispielsweise in verschiedene oder verschieden große bzw. verschieden geformte Bauräume oder zur Verfügung stehende Kavitäten oder Hohlräume eingepasst werden. Durch die zellgenaue Verschaltungsmöglichkeit in dem zentralen Managementmodul wird dabei die elektrische Funktionalität des Speichersystems insgesamt nicht eingeschränkt.In a further possible embodiment of the present invention, at least two of the cell modules have internally different m p n s configurations of their battery cells. A specific m p n s configuration describes an arrangement or electrical connection of battery cells with m battery cells in parallel and n battery cells in series, where m and n are positive integers. The embodiment proposed here enables the storage system according to the invention to be designed or used in a particularly flexible manner or in accordance with requirements for a wide variety of situations. For example, the individual cell modules can then have different sizes and/or shapes. This means that different cell modules can be fitted into different or differently sized or differently shaped installation spaces or available cavities or hollow spaces, for example. The cell-precise connection option in the central management module does not restrict the electrical functionality of the storage system as a whole.

In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sind die Batteriezellen wenigstens eines Zellmoduls, insbesondere aller Zellmodule, durch ein jeweiliges flexibles, also biegsames bzw. biegeschlaffes oder biegeweiches Verbindungsbauteil miteinander verbunden. Dies kann je nach Ausgestaltung eine mechanische, also beispielsweise die Batteriezellen aneinander bzw. in einem Verbund haltende, und/oder eine elektrische Verbindung und/oder dergleichen mehr sein oder umfassen. Durch ein solches Verbindungsbauteil kann der Zusammenhalt der Batteriezellen jeweils eines Zellmoduls in mechanischer und/oder elektrischer Hinsicht oder dergleichen erreicht bzw. sichergestellt werden. Dabei wird durch die Flexibilität des Verbindungbauteils aber die Form des Zellmoduls bzw. des entsprechenden Verbunds von Batteriezellen nicht vorgegeben, sondern zumindest in gewissem Maße frei oder veränderbar gelassen. Dies kann beispielsweise im Gegensatz zu einem herkömmlichen starren Modulrahmen oder Modulgehäuse und/oder einer starren Kontaktierungsplatte oder dergleichen gesehen werden. Somit kann durch die hier vorgeschlagene Flexibilität des Verbindungsbauteils das jeweilige Zellmodul besonders einfach beispielsweise in komplex geformte Hohl- bzw. Bauräume eingepasst bzw. eingesetzt werden. Somit wird also entsprechend eine vereinfachte Montage und/oder eine besonders flexible bzw. effektive oder effiziente Bauraumausnutzung ermöglicht, da das erfindungsgemäße Speichersystem bzw. wenigstens eines von dessen Zellmodulen in einem Bauraum angeordnet werden kann, der beispielsweise für ein herkömmliches starres quaderförmiges Zellmodul nicht geeignet bzw. nicht nutzbar wäre. Dazu können insbesondere sämtliche die Batteriezellen des jeweiligen Zellmoduls miteinander verbindenden bzw. diese haltenden Verbindungsbauteile entsprechend flexibel ausgestaltet sein.In a further possible embodiment of the present invention, the battery cells of at least one cell module, in particular all cell modules, are connected to one another by a respective flexible, i.e. bendable or pliable or soft connecting component. Depending on the embodiment, this can be or include a mechanical connection, i.e. for example one that holds the battery cells together or in a composite, and/or an electrical connection and/or the like. Such a connecting component can be used to achieve or ensure the cohesion of the battery cells of a cell module in mechanical and/or electrical terms or the like. However, the flexibility of the connecting component does not predetermine the shape of the cell module or the corresponding composite of battery cells, but rather leaves it free or changeable to at least a certain extent. This can be seen, for example, in contrast to a conventional rigid module frame or module housing and/or a rigid contact plate or the like. The flexibility of the connecting component proposed here means that the respective cell module can be fitted or inserted particularly easily, for example, into complex-shaped cavities or installation spaces. This therefore enables simplified assembly and/or particularly flexible or effective or efficient use of installation space, since the storage system according to the invention or at least one of its cell modules can be arranged in an installation space that would not be suitable or usable for a conventional rigid cuboid cell module, for example. For this purpose, in particular all connecting components that connect the battery cells of the respective cell module to one another or hold them can be designed to be correspondingly flexible.

Gemäß einer möglichen Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist oder umfasst das flexible Verbindungsbauteil ein Zellkontaktierungssystem (ZKS) und/oder eine Sense- und/oder Balancingleitung. Das Zellkontaktierungssystem kann zum elektrischen Kontaktieren der Batteriezellen, insbesondere für deren elektrisch serielle Verbindung innerhalb des jeweiligen Zellmoduls, eingerichtet sein bzw. verwendet werden. Ein solches flexibles Zellkontaktierungssystem kann beispielsweise zumindest teilweise aus einem FPC-Material (FPC: flexible printed circuit) gebildet sein. Eine Senseleitung kann als Spannungsabgriff bzw. zum Überwachen der jeweils aktuellen Spannung des Zellmoduls bzw. einer oder mehrerer Gruppen von Batteriezellen des Zellmoduls bzw. der einzelnen Batteriezellen des Zellmoduls dienen. Eine Balancingleitung kann für ein Balancing, also etwa einen Ausgleich oder Angleich der Ladezustände bzw. Spannungen innerhalb des Zellmoduls, also der Batteriezellen dienen. Je nach Ausgestaltung kann das flexible Verbindungsbauteil dabei entsprechend mehrere Komponenten, also beispielsweise Leitungen und/oder Kabel und/oder Träger und/oder Folien und/oder dergleichen mehr umfassen. Das jeweilige flexible Verbindungsbauteil kann aus dem jeweiligen Zellmodul beispielsweise bis zu dem zentralen Managementmodul bzw. in dieses hinein geführt sein, beispielsweise bis zu einer dort angeordneten Schalt- oder Steuereinrichtung, die beispielsweise zentral ein Balancing steuern und/oder die Spannungen überwachen kann oder dergleichen. Durch die hier vorgeschlagene Weiterbildung der vorliegenden Erfindung können die entsprechenden Funktionalitäten bei gleichzeitig flexibler Ausgestaltung und Anwendbarkeit der Zellmodule bzw. des Speichersystems insgesamt realisiert bzw. genutzt werden.According to a possible development of the present invention, the flexible connecting component is or comprises a cell contacting system (ZKS) and/or a sense and/or balancing line. The cell contacting system can be set up or used for electrically contacting the battery cells, in particular for their electrical serial connection within the respective cell module. Such a flexible cell contacting system can, for example, be formed at least partially from an FPC material (FPC: flexible printed circuit). A sense line can serve as a voltage tap or for monitoring the current voltage of the cell module or one or more groups of battery cells of the cell module or the individual battery cells of the cell module. A balancing line can serve for balancing, i.e. for equalizing or adjusting the charge states or voltages within the cell module, i.e. the battery cells. Depending on the design, the flexible connecting component can accordingly have several components. components, for example lines and/or cables and/or supports and/or films and/or the like. The respective flexible connecting component can be led from the respective cell module, for example, to the central management module or into it, for example to a switching or control device arranged there, which can, for example, centrally control balancing and/or monitor the voltages or the like. The development of the present invention proposed here enables the corresponding functionalities to be realized or used while at the same time providing flexible design and applicability of the cell modules or the storage system as a whole.

In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist das Speichersystem ein Kühlsystem auf, das eine individuelle Temperaturregelung für die einzelnen Zellmodule aufweist und/oder für eine individuelle Temperaturregelung für die einzelnen Zellmodule eingerichtet ist. Das Kühlsystem kann hier insbesondere unmittelbar in oder an dem elektrischen Speichersystem bzw. dessen übrigen genannten Komponenten angeordnete Teile meinen. Dieses Kühlsystem kann in bestimmungsgemäßer Einbaulage mit weitere Komponenten, wie etwa einer Kühlmittelpumpe und/oder Kühlmittelleitungen und/oder einer Steuerung oder Regelung gekoppelt sein bzw. werden. Optional. Das Kühlsystem kann beispielsweise dezentral aufgebaut sein bzw. mehrere Kühlkreisläufe oder voneinander unabhängige oder unabhängig voneinander regelbare Teilkühlsysteme, insbesondere einen bzw. eines je Zellmodul, umfassen. Ebenso kann das Kühlsystem beispielsweise eine zentrale Kühlmittelleitung oder einen zentralen Kühlmittelkreislauf und je Zellmodul einen davon ausgehenden individuellen Abzweig mit einem eigenen steuerbaren bzw. regelbaren Ventil aufweisen. Damit können also die verschiedenen Zellmodule individuell und unabhängig voneinander temperierbar sein. Das Kühlsystem oder zumindest ein sich in wenigstens einem Zellmodul oder entlang wenigstens eines Zellmoduls erstreckender Teil des Kühlsystems kann insbesondere flexibel, also biegsam bzw. biegeschlaff oder biegeweich sein. Dazu kann beispielsweise eine Kühlmittelleitung aus einem entsprechend flexiblen Material verwendet werden. Das Kühlsystem bzw. dessen wenigstens einer flexibler Teil kann beispielsweise das an anderer Stelle genannte flexible Verbindungsbauteil sein oder einen Teil davon bilden. Die hier vorgeschlagene Verwendung einer zellmodulweisen Kühlung bzw. Temperierung kann eine verbesserte Flexibilität bei der Anordnung und Formgebung der Zellmodule sowie gegebenenfalls eine vereinfachte Fertigung bzw. Montage ermöglichen. Insbesondere bei flexibler, also biegsamer Ausgestaltung des wenigstens einen zellmodulseitigen Teils des Kühlsystems kann beispielsweise eine Anordnung des entsprechenden Zellmoduls in einem komplex oder unregelmäßig geformten, beispielsweise gebogenen Hohl- oder Bauraum ohne Weiteres ermöglicht werden, ohne auf eine effektive Kühlung oder Temperierungsmöglichkeit für die Batteriezellen zu verzichten. Durch ein entsprechendes Kühlsystem kann eine verbesserte Sicherheit und Leistungsfähigkeit des elektrischen Speichersystems sowie gegebenenfalls eine besonders platzsparende Anordnung bzw. eine besonders effektive und effiziente Bauraumausnutzung durch das Speichersystem ermöglicht werden. Eine Steuerung oder ein Regler für das Kühlsystem bzw. dessen mehrere Kühlkreisläufe oder Teilkühlsysteme kann beispielsweise in dem zentralen Managementmodul angeordnet bzw. realisiert sein. Dies kann eine besonders effiziente Ausgestaltung des Kühlsystems ermöglichen, da beispielsweise individuelle Steuerungs- oder Regelungseinrichtungen in den einzelnen Zellmodulen eingespart bzw. in dem Managementmodul kombiniert oder integriert werden können. Sofern die einzelnen Zellmodule, beispielsweise hinsichtlich einer Leistungsanforderung, unterschiedlich ausgestaltet sind und/oder unterschiedlich verwendet werden und/oder verschiedene Zellmodule in unterschiedlichen Bauräumen mit unterschiedlichen thermischen Eigenschaften und/oder Anbindungen und/oder Umgebungen angeordnet sind oder werden, kann das Kühlsystem beispielsweise nur zum Kühlen bzw. Temperieren eines Teils der Zellmodule angeordnet und eingerichtet sein. Solche unterschiedlichen Bauräume können beispielsweise ein erster Bauraum in einer Außenhaut bzw. einem außenliegenden und somit gegenüber der Umgebung exponierten Karosserieteil eines Kraftfahrzeugs und ein zweiter Bauraum in einem Innenraum oder Zentrum des Kraftfahrzeugs, beispielsweise in einem Mitteltunnel oder unter einer Rücksitzbank oder dergleichen, sein. Insgesamt kann hier eine besonders flexible und bedarfsgerechte Ausgestaltung des Speichersystems unterstützt werden.In a further possible embodiment of the present invention, the storage system has a cooling system that has individual temperature control for the individual cell modules and/or is set up for individual temperature control for the individual cell modules. The cooling system can here in particular mean parts arranged directly in or on the electrical storage system or its other components mentioned. This cooling system can be coupled to other components, such as a coolant pump and/or coolant lines and/or a control or regulation system, in the intended installation position. Optional. The cooling system can, for example, be decentralized or comprise several cooling circuits or independent or independently controllable partial cooling systems, in particular one or more for each cell module. Likewise, the cooling system can, for example, have a central coolant line or a central coolant circuit and, for each cell module, an individual branch extending from it with its own controllable or adjustable valve. This means that the different cell modules can be individually and independently temperature-controlled. The cooling system or at least a part of the cooling system extending in at least one cell module or along at least one cell module can be particularly flexible, i.e. bendable or pliable or soft. For example, a coolant line made of a correspondingly flexible material can be used for this purpose. The cooling system or at least one flexible part thereof can, for example, be the flexible connecting component mentioned elsewhere or form part of it. The use of cell-module-based cooling or temperature control proposed here can enable improved flexibility in the arrangement and shaping of the cell modules and, if appropriate, simplified production or assembly. In particular, with a flexible, i.e. flexible design of the at least one cell-module-side part of the cooling system, it can, for example, easily be arranged in a complex or irregularly shaped, for example curved, hollow or installation space without sacrificing effective cooling or temperature control for the battery cells. An appropriate cooling system can improve the safety and performance of the electrical storage system and, if necessary, enable a particularly space-saving arrangement or a particularly effective and efficient use of installation space by the storage system. A control or regulator for the cooling system or its multiple cooling circuits or partial cooling systems can, for example, be arranged or implemented in the central management module. This can enable a particularly efficient design of the cooling system, since, for example, individual control or regulating devices in the individual cell modules can be saved or combined or integrated in the management module. If the individual cell modules are designed differently, for example with regard to a performance requirement, and/or are used differently and/or different cell modules are or will be arranged in different installation spaces with different thermal properties and/or connections and/or environments, the cooling system can, for example, be arranged and set up only to cool or temper a part of the cell modules. Such different installation spaces can be, for example, a first installation space in an outer skin or an external body part of a motor vehicle that is therefore exposed to the environment and a second installation space in an interior or center of the motor vehicle, for example in a center tunnel or under a rear seat bench or the like. Overall, a particularly flexible and needs-based design of the storage system can be supported here.

In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung umfasst das Speichersystem Batteriezellen mit unterschiedlichen Zellchemien. So können sich insbesondere die Zellchemien der Batteriezellen verschiedener Zellmodule voneinander unterscheiden. Mit anderen Worten können also die Batteriezellen jeweils eines Zellmoduls die gleiche Zellchemie aufweisen, wobei sich die Zellchemien der Batteriezellen verschiedener Zellmodule voneinander unterscheiden können. Ebenso kann jedoch wenigstens eines der Zellmodule Batteriezellen mit unterschiedlichen Zellchemien umfassen. Die Verwendung unterschiedlicher Zellchemien kann ein besonders effektives und effizientes Bedienen unterschiedlicher Anforderungen ermöglichen. Dies kann beispielsweise nützlich sein, wenn unterschiedliche Umgebungen oder Einbaulagen der verschiedenen Zellmodule unterschiedliche Kühlungsmöglichkeiten und/oder unterschiedlichen Schutz vor mechanischen Einflüssen oder Belastungen bieten und/oder das Speichersystem zum Versorgen unterschiedlicher elektrischer Verbraucher mit unterschiedlichen Leistungsanforderungen bzw. Lastprofilen verwendet wird, wobei beispielsweise das Managementmodul dazu eingerichtet sein kann, entsprechend unterschiedlichen Verbrauchern unterschiedliche Zellmodule zur Versorgung zuzuweisen. In a further possible embodiment of the present invention, the storage system comprises battery cells with different cell chemistries. In particular, the cell chemistries of the battery cells of different cell modules can differ from one another. In other words, the battery cells of one cell module can have the same cell chemistry, but the cell chemistries of the battery cells of different cell modules can differ from one another. However, at least one of the cell modules can also comprise battery cells with different cell chemistries. The use of different cell chemistries can enable a particularly effective and efficient handling of different requirements. This can be useful, for example, if different environments or installation positions of the different cell modules require different cooling systems. possibilities and/or offer different protection against mechanical influences or loads and/or the storage system is used to supply different electrical consumers with different power requirements or load profiles, whereby, for example, the management module can be set up to assign different cell modules for supply to different consumers.

Durch die unterschiedlichen Zellchemien können beispielsweise besonders einfach bzw. praktikabel unterschiedlich große, unterschiedlich leistungsfähige, unterschiedlich schnell aufladbare, unterschiedlich auf verschiedene Umgebungstemperaturen reagierende und/oder sich in weiteren Aspekten oder Parametern unterscheidende Batteriezellen realisiert werden. Dies kann eine entsprechende Priorisierung unterschiedlicher Batteriezellen bzw. Zellmodule je nach Situation sowie eine besonders genaue Größenanpassung der Zellmodule an komplex geformte bzw. nicht über ihre gesamte Länge und/oder Breite gleichgroße Bauräume ermöglichen. Damit kann nicht nur eine besonders flexible Anordnung der Zellmodule bzw. eine besonders vielfältige, effektive und effiziente Bauraum Nutzung, sondern auch ein besonders flexibler bzw. Situation angepasster Betrieb der Speichereinrichtung in verschiedenen Situationen ermöglicht werden.The different cell chemistries make it particularly easy and practical to create battery cells of different sizes, different performance, different charging speeds, different response times to different ambient temperatures and/or different aspects or parameters. This can enable appropriate prioritization of different battery cells or cell modules depending on the situation and particularly precise size adjustment of the cell modules to complex-shaped installation spaces or spaces that are not the same size across their entire length and/or width. This not only enables a particularly flexible arrangement of the cell modules and a particularly diverse, effective and efficient use of the installation space, but also a particularly flexible or situation-adapted operation of the storage device in different situations.

Zudem können durch die Verwendung unterschiedlicher Zellchemien steigende Anforderungen beispielsweise hinsichtlich einer möglichst großen Gesamtkapazität bzw. einer möglichst großen Reichweite eines mit dem Speichersystem ausgestatteten Kraftfahrzeugs sowie hinsichtlich einer Gewichtsreduzierung und eines möglichst geringen Bauraumbedarfs im Vergleich zu herkömmlichen Batterien besser erfüllt werden, da eine höhere bzw. stärkere Integration der Batteriezellen oder Zellmodule in verschiedene Teile beispielsweise eines Kraftfahrzeugs ermöglicht wird. So werden beispielsweise auch tragende oder sicherheitsrelevante Fahrzeugbereiche ebenso wie beispielsweise nur relativ kleine oder schmale bzw. flache Hohl- oder Bauräume zur Verfügung stellende Fahrzeugteile oder Fahrzeugbereiche für eine Integration bzw. Anordnung eines Zellmoduls des erfindungsgemäßen Speichersystems zugänglich.In addition, the use of different cell chemistries makes it possible to better meet increasing requirements, for example with regard to the greatest possible total capacity or the greatest possible range of a motor vehicle equipped with the storage system, as well as with regard to weight reduction and the smallest possible installation space requirement compared to conventional batteries, since a higher or stronger integration of the battery cells or cell modules into various parts of a motor vehicle, for example, is made possible. For example, load-bearing or safety-relevant vehicle areas as well as vehicle parts or vehicle areas that only provide relatively small or narrow or flat hollow or installation spaces become accessible for the integration or arrangement of a cell module of the storage system according to the invention.

Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Kraftfahrzeug, welches das erfindungsgemäße elektrische Speichersystem aufweist, insbesondere als Traktionsbatterie oder als Teil davon. Das Speichersystem kann aber ebenso zur Versorgung anderer elektrischer Systeme bzw. Verbraucher des Kraftfahrzeugs eingerichtet sein bzw. verwendet werden. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug kann insbesondere das im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Speichersystem genannte Kraftfahrzeug sein oder diesem entsprechen. Die Verwendung des erfindungsgemäßen Speichersystems in dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug kann einen besonders effektiven und nützlichen Anwendungsfall darstellen, da heutige Kraftfahrzeuge oftmals komplex geformte Hohl- oder Bauräume zwischen verschiedenen anderen Bauteilen oder Komponenten aufweisen können, die zudem über das Kraftfahrzeug verteilt sein können, wobei gleichzeitig der insgesamt zur Verfügung stehende Bauraum stark begrenzt ist und strikte Packaginganforderungen bestehen sowie Sicherheits- und Stabilitätsanforderungen einzuhalten sind. Hinsichtlich dieser Aspekte bzw. Anforderungen kann das erfindungsgemäße Speichersystem beispielsweise im Vergleich zu herkömmlichen Fahrzeugbatterien vorteilhaft sein. Auch die Vielzahl der heutzutage oftmals gegebenen Fahrzeugvarianten bzw. Derivate eines Modells ermöglicht eine hohe Flexibilität für einen Austausch von Fahrzeugkomponenten mit integriertem Zellmodul, da diese flexibel an das, insbesondere über mehrere Fahrzeugvarianten oder Derivate hinweg gleiche, Managementmodul angebunden werden können und somit auch besonders einfach ausgetauscht werden können.The present invention also relates to a motor vehicle which has the electrical storage system according to the invention, in particular as a traction battery or as part thereof. However, the storage system can also be set up or used to supply other electrical systems or consumers of the motor vehicle. The motor vehicle according to the invention can in particular be the motor vehicle mentioned in connection with the storage system according to the invention or correspond to this. The use of the storage system according to the invention in the motor vehicle according to the invention can represent a particularly effective and useful application, since today's motor vehicles can often have complex-shaped cavities or installation spaces between various other parts or components, which can also be distributed throughout the motor vehicle, while at the same time the overall available installation space is very limited and strict packaging requirements exist and safety and stability requirements must be met. With regard to these aspects or requirements, the storage system according to the invention can be advantageous, for example, in comparison to conventional vehicle batteries. The large number of vehicle variants or derivatives of a model that often exist today also allows for a high degree of flexibility when it comes to exchanging vehicle components with an integrated cell module, as these can be flexibly connected to the management module, which is the same across multiple vehicle variants or derivatives, and can therefore also be exchanged particularly easily.

In einer möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist wenigstens eines der Zellmodule des Speichersystems in ein Karosseriebauteil und/oder ein lastaufnehmendes Strukturteil des Kraftfahrzeugs integriert bzw. in einem solchen angeordnet. Insbesondere können mehrere verschiedene Zellmodule in verschiedene Karosseriebauteile und/oder lastaufnehmende Strukturteile des Kraftfahrzeugs integriert bzw. darin angeordnet sein. Mit anderen Worten kann also jeweils mindestens eines der Zellmodule beispielsweise in einer Karosseriesäule und/oder in einem Boden und/oder in einem Dach und/oder im Heck und/oder in der Front und/oder in einem Seitenteil des Kraftfahrzeugs oder dergleichen angeordnet sein. Eine solche integrierte Anordnung des wenigstens einen Zellmoduls bzw. der Zellmodule kann eine besonders effiziente Bauraumausnutzung sowie eine besonders genaue einstellbare Gewichtsverteilung bei gleichzeitig besonders großer Gesamtkapazität des Speichersystems ermöglichen. Je nach Ausgestaltung der Batteriezellen können diese dabei zur Verstärkung oder Versteifung des jeweiligen Fahrzeugteils beitragen. Dadurch kann bei gegebener Stabilität ein besonders geringes Gesamtgewicht des Kraftfahrzeugs erreicht werden.In one possible embodiment of the present invention, at least one of the cell modules of the storage system is integrated into or arranged in a body component and/or a load-bearing structural part of the motor vehicle. In particular, several different cell modules can be integrated into or arranged in different body components and/or load-bearing structural parts of the motor vehicle. In other words, at least one of the cell modules can be arranged, for example, in a body pillar and/or in a floor and/or in a roof and/or in the rear and/or in the front and/or in a side part of the motor vehicle or the like. Such an integrated arrangement of the at least one cell module or cell modules can enable particularly efficient use of installation space and a particularly precise adjustable weight distribution while at the same time providing a particularly large total capacity of the storage system. Depending on the design of the battery cells, these can contribute to reinforcing or stiffening the respective vehicle part. This makes it possible to achieve a particularly low total weight of the motor vehicle with a given level of stability.

Weitere Merkmale der Erfindung können sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung ergeben. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung 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, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.Further features of the invention can be derived from the claims, the figures and the description of the figures. The features and combinations of features mentioned above in the description as well as those shown below in the description of the figures and/or in the figures alone. The features and combinations of features can be used not only in the combination specified but also in other combinations or on their own without departing from the scope of the invention.

Die Zeichnung zeigt in:

  • 1 eine schematische Perspektivdarstellung eines elektrischen Speichersystems;
  • 2 eine ausschnittweise schematische Darstellung des elektrischen Speichersystems zur Veranschaulichung einer Verschaltung von dessen Batteriezellen; und
  • 3 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit dem elektrischen Speichersystem.
The drawing shows in:
  • 1 a schematic perspective view of an electrical storage system;
  • 2 a partial schematic representation of the electrical storage system to illustrate the interconnection of its battery cells; and
  • 3 a schematic representation of a motor vehicle with the electrical storage system.

In den Figuren sind gleiche und funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Von mehrfach vorhandenen gleichen oder gleichartigen Elementen ist der Übersichtlichkeit halber gegebenenfalls zum Teil nur eine repräsentative Auswahl explizit gekennzeichnet.In the figures, identical and functionally equivalent elements are provided with the same reference symbols. For the sake of clarity, only a representative selection of identical or similar elements that are present multiple times is explicitly marked.

1 zeigt beispielhaft eine schematische Perspektivdarstellung eines elektrischen Speichersystems 1. Dieses umfasst hier ein zentrales Managementmodul 2 sowie mehrere - im hier dargestellten Beispiel sechs - Zellmodule 3. Die Zellmodule 3 umfassen ihrerseits jeweils mehrere Batteriezellen 4. 1 shows, by way of example, a schematic perspective view of an electrical storage system 1. This comprises a central management module 2 and several - in the example shown here, six - cell modules 3. The cell modules 3 in turn each comprise several battery cells 4.

Die Zellmodule 3 können direkt bzw. unmittelbar von dem Managementmodul 2 ausgehen oder - wie hier beispielhaft für eines der Zellmodule 3 angedeutet - beispielsweise durch eine flexible Verbindungsleitung 5 elektrisch mit dem Managementmodul 2 verbunden sein. Die Zellmodule 3 können räumlich bzw. mechanisch voneinander unabhängig, also separat voneinander sein. Dies ist hier auch dadurch verdeutlicht, dass sich die Zellmodule 3 in unterschiedliche Richtungen von dem Managementmodul 2 weg erstrecken und unterschiedliche Größen und Formen sowie teilweise unterschiedliche Anzahlen und Konfigurationen von Batteriezellen 4 aufweisen.The cell modules 3 can originate directly or immediately from the management module 2 or - as indicated here as an example for one of the cell modules 3 - can be electrically connected to the management module 2, for example by a flexible connecting line 5. The cell modules 3 can be spatially or mechanically independent of one another, i.e. separate from one another. This is also illustrated here by the fact that the cell modules 3 extend in different directions away from the management module 2 and have different sizes and shapes as well as sometimes different numbers and configurations of battery cells 4.

Wie hier beispielhaft für eines der Zellmodule 3 angedeutet ist, können die Batteriezellen 4 jeweils eines Zellmoduls 3 durch ein flexibles Zellkontaktierungssystem 6, beispielsweise auf FPC-Basis oder dergleichen, elektrisch, insbesondere seriell, miteinander verbunden sein. Wie hier für ein anderes Zellmodul 3 durch zwei parallele Stränge von Batteriezellen 4 angedeutet ist, können die Batteriezellen 4 innerhalb eines bestimmten Zellmoduls 3 ebenso parallel oder in einer kombinierten seriellen und parallelen Konfiguration elektrisch verschaltet bzw. verbunden sein.As indicated here by way of example for one of the cell modules 3, the battery cells 4 of each cell module 3 can be electrically connected to one another, in particular in series, by a flexible cell contact system 6, for example based on FPC or the like. As indicated here for another cell module 3 by two parallel strings of battery cells 4, the battery cells 4 within a specific cell module 3 can also be electrically connected or connected in parallel or in a combined serial and parallel configuration.

Beispielhaft ist für eines der Zellmodule 3 Sense- und/oder Balancingleitung 7 angedeutet. Damit können die einzelnen Batteriezellen 4 des jeweiligen Zellmoduls 3 elektrisch angebunden sein, beispielsweise um eine jeweilige Spannungsüberwachung und/oder ein Balancing zu realisieren. Die Sense- und/oder Balancingleitung 7 kann dabei mehrere einzelne Leiter bzw. Einzelleitungen umfassen bzw. repräsentieren.As an example, a sense and/or balancing line 7 is indicated for one of the cell modules 3. This allows the individual battery cells 4 of the respective cell module 3 to be electrically connected, for example in order to implement a respective voltage monitoring and/or balancing. The sense and/or balancing line 7 can comprise or represent several individual conductors or individual lines.

Wie hier beispielhaft durch die unterschiedliche Darstellung einiger Batteriezellen 4 angedeutet ist, können die Batteriezellen 4 verschiedener Zellmodule 3 und/oder die Batteriezellen 4 innerhalb eines Zellmoduls 3 unterschiedliche Zellchemien aufweisen.As is indicated here by way of example by the different representation of some battery cells 4, the battery cells 4 of different cell modules 3 and/or the battery cells 4 within a cell module 3 can have different cell chemistries.

Wie hier beispielhaft für eines der Zellmodule 3 angedeutet ist, können die Batteriezellen 4 mittels eines Kühlsystems 8 gekühlt bzw. temperiert werden. Dazu kann ein dezentrales Kühlsystem 8 oder beispielsweise ein individuelles Kühlsystem 8 je zu kühlendem Zellmodul 3 oder dergleichen vorgesehen sein. Insbesondere kann ein entlang der Batteriezellen 4 erstreckender Teil des Kühlsystems 8 der Form oder Kontur der Batteriezellen 4 folgen, insbesondere flexibel sein.As indicated here by way of example for one of the cell modules 3, the battery cells 4 can be cooled or tempered by means of a cooling system 8. For this purpose, a decentralized cooling system 8 or, for example, an individual cooling system 8 for each cell module 3 to be cooled or the like can be provided. In particular, a part of the cooling system 8 extending along the battery cells 4 can follow the shape or contour of the battery cells 4, in particular be flexible.

Die einzelnen Batteriezellen 4 der Zellmodule 3, insbesondere aller Zellmodule 3, bzw. jeweils zwischen zwei benachbarten Batteriezellen 4 liegende Anschluss- oder Kontaktpunkte, beispielsweise entlang einer jeweiligen seriellen Verbindung der Batteriezellen 4 innerhalb jeweils eines Zellmoduls 3, können durch eine jeweilige Parallelverschaltungs- bzw. Parallelkontaktleitung 11 (siehe 2) elektrisch an das Managementmodul 2 angeschlossen sein. Darüber kann innerhalb des Managementmoduls 2 bzw. mittels des Managementmoduls 2 eine Parallelverschaltung der Batteriezellen 4 auch mehrerer Zellmodule 3 bzw. über die Grenzen der Zellmodule 3 hinweg realisiert sein, insbesondere dynamisch bzw. flexibel einstellbar oder veränderbar sein.The individual battery cells 4 of the cell modules 3, in particular of all cell modules 3, or connection or contact points located between two adjacent battery cells 4, for example along a respective serial connection of the battery cells 4 within a respective cell module 3, can be connected by a respective parallel connection or parallel contact line 11 (see 2 ) electrically connected to the management module 2. In addition, a parallel connection of the battery cells 4 of several cell modules 3 or across the boundaries of the cell modules 3 can be realized within the management module 2 or by means of the management module 2, in particular it can be dynamically or flexibly adjustable or changed.

Zur weiteren Veranschaulichung zeigt 2 eine andere ausschnitthafte schematische Darstellung des elektrischen Speichersystems 1. Hier ist innerhalb des Managementmoduls 2 eine Schalteinrichtung 9 angedeutet. In dieser Schalteinrichtung 9 können die Parallelkontaktleitungen 11 zusammengeführt sein. Die Schalteinrichtung 9 kann beispielsweise eine Schaltungslogik zum flexiblen bzw. bedarfsgerechten oder einstellbaren Parallelverschalten der Batteriezellen 4 der einzelnen Zellmodule 3 oder auch über mehrere oder alle Zellmodule 3 hinweg aufweisen. Ebenso kann die Schalteinrichtung 9 zum, insbesondere flexiblen bzw. variablen, seriellen Verschalten der Zellmodule 3 miteinander eingerichtet sein. Diese Funktionen können beispielsweise durch eine Matrix aus elektrischen bzw. elektronischen Schaltelementen, Leistungshalbleiterschaltern und/oder dergleichen mehr der Schalteinrichtung 9 realisiert sein. Beispielhaft sind hier drei Zellmodule 3 mit jeweils mehreren in Reihe miteinander verbundenen Batteriezellen 4 angedeutet. Dabei ist zwischen den Zellmodulen 3 ein jeweiliger räumlicher Abstand 12 angedeutet, durch den die einzelnen Zellmodule 3 voneinander separiert sind. Beispielhaft weisen hier zwei der dargestellten Zellmodule 3 eine 1 p-Konfiguration ihrer Batteriezellen 4 auf, während das dritte Zellmodul 3 eine 2p-Konfiguration seiner Batteriezellen 4 aufweist. Das letztere Zellmodul 3 weist dazu interne Parallelverbinder 10 zwischen den einzelnen Batteriezellen 4 auf, durch welche die beiden parallelen Zellstränge dieses Zellmoduls 3 miteinander verbunden sind.For further illustration, 2 another partial schematic representation of the electrical storage system 1. Here, a switching device 9 is indicated within the management module 2. The parallel contact lines 11 can be brought together in this switching device 9. The switching device 9 can, for example, have a circuit logic for flexible or demand-oriented or adjustable parallel connection of the battery cells 4 of the individual cell modules 3 or also across several or all cell modules 3. The switching device 9 can also be set up for, in particular, flexible or variable, serial connection of the cell modules 3 with one another. These functions can be for example, by a matrix of electrical or electronic switching elements, power semiconductor switches and/or the like of the switching device 9. As an example, three cell modules 3 are shown here, each with a plurality of battery cells 4 connected in series. A respective spatial distance 12 is indicated between the cell modules 3, by which the individual cell modules 3 are separated from one another. As an example, two of the cell modules 3 shown here have a 1 p configuration of their battery cells 4, while the third cell module 3 has a 2p configuration of its battery cells 4. The latter cell module 3 has internal parallel connectors 10 between the individual battery cells 4, by means of which the two parallel cell strands of this cell module 3 are connected to one another.

Das elektrische Speichersystem 1 kann beispielsweise als Batterie für ein Fahrzeug, etwa als Traktionsbatterie und/oder zur elektrischen Versorgung letztlich beliebiger elektrischer Verbraucher des Fahrzeugs, wie etwa einer Beleuchtung, einer Elektronik, einer Kühlmittelpumpe, einer Wärmepumpe, elektrischer Stellmotoren, einer Klimatisierungseinrichtung und/oder dergleichen mehr verwendet werden. Dazu zeigt 3 eine beispielhafte schematische Darstellung eines entsprechenden Kraftfahrzeugs 13, das mit dem elektrischen Speichersystem 1 ausgestattet ist. Das Kraftfahrzeug 13 weist mehrere Fahrzeugbauteile 14 auf, bei denen es sich beispielsweise um Karosserie- und/oder lastaufnehmende Strukturbauteile handeln kann. Die Fahrzeugbauteile 14 können beispielsweise eine Front, eine Tür, ein Boden, ein Heck, ein Dach, eine A-Säule, eine B-Säule, eine C-Säule und/oder dergleichen mehr sein. In diese Fahrzeugbauteile 14 kann jeweils wenigstens eines der Zellmodule 3 integriert sein. Die Zellmodule 3 bzw. deren Batteriezellen 4 können dabei in einem von einem steifen Fahrzeugbauteil 14 gebildeten Hohlraum angeordnet sein oder als lastaufnehmende und/oder struktur- bzw. formgebende Komponenten für das jeweilige Fahrzeugbauteil 14 fungieren. Das Managementmodul 2 kann ebenso in eines der Fahrzeugbauteile 14 integriert oder außerhalb der Fahrzeugbauteile 14 angeordnet sein.The electrical storage system 1 can be used, for example, as a battery for a vehicle, such as a traction battery and/or for the electrical supply of any electrical consumer of the vehicle, such as lighting, electronics, a coolant pump, a heat pump, electric servomotors, an air conditioning device and/or the like. 3 an exemplary schematic representation of a corresponding motor vehicle 13 that is equipped with the electrical storage system 1. The motor vehicle 13 has a plurality of vehicle components 14, which can be, for example, body and/or load-bearing structural components. The vehicle components 14 can be, for example, a front, a door, a floor, a rear, a roof, an A-pillar, a B-pillar, a C-pillar and/or the like. At least one of the cell modules 3 can be integrated into each of these vehicle components 14. The cell modules 3 or their battery cells 4 can be arranged in a cavity formed by a rigid vehicle component 14 or function as load-bearing and/or structural or shaping components for the respective vehicle component 14. The management module 2 can also be integrated into one of the vehicle components 14 or arranged outside the vehicle components 14.

Insgesamt zeigen die beschriebenen Beispiele wie ein verteilter elektrischer Speicher, der eine besonders große Flexibilität bietet, realisiert werden kann.Overall, the examples described show how a distributed electrical storage system that offers particularly high flexibility can be realized.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
SpeichersystemStorage system
22
ManagementmodulManagement module
33
ZellmodulCell module
44
BatteriezellenBattery cells
55
VerbindungsleitungConnecting line
66
ZellkontaktierungssystemCell contact system
77
Sense- und/oder BalancingleitungSense and/or balancing line
88th
KühlsystemCooling system
99
SchalteinrichtungSwitching device
1010
interne Parallelverbinderinternal parallel connectors
1111
ParallelkontaktleitungenParallel contact lines
1212
AbstandDistance
1313
KraftfahrzeugMotor vehicle
1414
FahrzeugbauteilVehicle component

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102009043384 A1 [0003]DE 102009043384 A1 [0003]

Claims (10)

Elektrisches Speichersystem (1) aufweisend ein zentrales Managementmodul (2) und mehrere elektrisch daran angeschlossene, aber ansonsten voneinander separate und räumlich getrennte Zellmodule (3), die jeweils wenigstens einen Zellstrang aus mehreren elektrisch seriell verbundenen Batteriezellen (4) umfassen, wobei individuelle elektrische Leitungen (11) von dem Managementmodul (2) bis zu Anschlusspunkten zwischen allen in den Zellsträngen entlang der seriellen Verbindungen paarweise benachbarten Batteriezellen (4) führen und nur über diese Leitungen (11) in dem Managementmodul (2) eine elektrische Parallelverschaltung zumindest einiger Batteriezellen (4) verschiedener Zellmodule (3) realisiert ist.Electrical storage system (1) having a central management module (2) and a plurality of cell modules (3) which are electrically connected thereto but are otherwise separate and spatially separated from one another and which each comprise at least one cell string made up of a plurality of battery cells (4) which are electrically connected in series, wherein individual electrical lines (11) lead from the management module (2) to connection points between all battery cells (4) which are adjacent in pairs in the cell strings along the serial connections and an electrical parallel connection of at least some battery cells (4) of different cell modules (3) is only realized via these lines (11) in the management module (2). Elektrisches Speichersystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Managementmodul (2) eine Schalteinrichtung (9) aufweist, die zum flexiblen zellgenauen Einstellen einer Parallelverschaltung aller Zellen des Speichersystems (1) eingerichtet ist.Electrical storage system (1) according to Claim 1 , characterized in that the management module (2) has a switching device (9) which is designed for the flexible, cell-precise setting of a parallel connection of all cells of the storage system (1). Elektrisches Speichersystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Managementmodul (2) wenigstens zwei der Zellmodule (3) seriell verschaltet, insbesondere flexibel seriell verschaltbar, sind.Electrical storage system (1) according to one of the preceding claims, characterized in that in the management module (2) at least two of the cell modules (3) are connected in series, in particular can be flexibly connected in series. Elektrisches Speichersystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei der Zellmodule (3) intern unterschiedliche mpns-Konfigurationen ihrer Batteriezellen (4) aufweisen.Electrical storage system (1) according to one of the preceding claims, characterized in that at least two of the cell modules (3) have internally different m p n s configurations of their battery cells (4). Elektrisches Speichersystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriezellen (4) wenigstens eines Zellmoduls (3) durch ein flexibles Verbindungsbauteil (6, 7, 8) miteinander verbunden sind.Electrical storage system (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the battery cells (4) of at least one cell module (3) are connected to one another by a flexible connecting component (6, 7, 8). Elektrisches Speichersystem (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das flexible Verbindungsbauteil ein Zellkontaktierungssystem (6) und/oder eine Sense- und/oder Balancingleitung (7) umfasst.Electrical storage system (1) according to Claim 5 , characterized in that the flexible connecting component comprises a cell contacting system (6) and/or a sense and/or balancing line (7). Elektrisches Speichersystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Speichersystem (1) ein Kühlsystem (8), das eine individuelle Temperaturregelung für die einzelnen Zellmodule (3) aufweist und/oder für eine individuelle Temperaturregelung für die einzelnen Zellmodule eingerichtet ist.Electrical storage system (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the storage system (1) has a cooling system (8) which has an individual temperature control for the individual cell modules (3) and/or is set up for an individual temperature control for the individual cell modules. Elektrisches Speichersystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Speichersystem (1) Batteriezellen (4) mit unterschiedlichen Zellchemien umfasst.Electrical storage system (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the storage system (1) comprises battery cells (4) with different cell chemistries. Kraftfahrzeug (13), aufweisend ein elektrisches Speichersystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere als Traktionsbatterie.Motor vehicle (13) comprising an electrical storage system (1) according to one of the preceding claims, in particular as a traction battery. Kraftfahrzeug (13) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines des Zellmodule (3) in ein Karosseriebauteil (14) und/oder ein lastaufnehmendes Strukturteil (14) des Kraftfahrzeugs (13) integriert ist, insbesondere verschiedene Zellmodule (3) in verschiedene Karosseriebauteile (14) und/oder lastaufnehmende Strukturteile (14) des Kraftfahrzeugs (13) integriert sind.Motor vehicle (13) after Claim 9 , characterized in that at least one of the cell modules (3) is integrated into a body component (14) and/or a load-bearing structural part (14) of the motor vehicle (13), in particular different cell modules (3) are integrated into different body components (14) and/or load-bearing structural parts (14) of the motor vehicle (13).
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