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Die
Erfindung betrifft ein Batteriegehäuse für die Aufnahme von einer oder
mehreren Batteriezellen, sowie einen Halterahmen für eine Batteriezelle.
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Herkömmliche
Batteriegehäuse
weisen einen Aufnahmeraum auf, indem Batteriezellen aufgenommen
werden können.
Sowohl die elektrische Kontaktierung der Batteriezellen als auch
die Kühlung
findet in diesem gemeinsamen Aufnahmeraum statt.
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Batteriegehäuse zur
Aufnahme von Batteriezellen zu verbessern.
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Die
der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird gelöst durch ein Batteriegehäuse für die Aufnahme
von einer oder mehreren Batteriezellen, umfassend eine Deckelfläche, eine
Bodenfläche
und eine zwischen Deckelfläche
und Bodenfläche
angeordnete Dichtplatte.
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Die
Dichtplatte, welche zwischen der Deckelfläche und der Bodenfläche angeordnet
ist, trennt vorzugsweise einen ersten Raum des Batteriegehäuses von
einem zweiten Raum des Batteriegehäuses ab. Ein erster der abgetrennten
Räume kann
vorzugsweise für
die elektrische Kontaktierung der Batteriezellen vorgesehen sein
und vorzugsweise einen Kontaktierungsraum darstellen. Dafür können sich
in einem montiertem Zustand die Stromableiter einer Batteriezelle
in diesen ersten Raum hinein erstrecken.
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Ein
zweiter Raum des Batteriegehäuses kann
für eine
Kühlung
der Batteriezellen vorgesehen sein und vorzugsweise einen Kühlungsraum
darstellen. Dafür erstreckt
sich vorzugsweise der größte Anteil
einer Batteriezelle, insbesondere Wärmeleitabschnitte von Batteriezellen
in einem montierten Zustand in diesen zweiten Raum hinein. Dabei
ist vorgesehen, dass die Dichtplatte zumindest einen Durchbruch
aufweist, durch den sich eine Batteriezelle hindurch erstrecken
kann, um somit zumindest abschnittsweise sowohl in den ersten Raum
als auch in den zweiten Raum hinein zu ragen. Dabei kann vorgesehen
sein, dass die Dichtplatte pro Batteriezelle jeweils einen Durchbruch
aufweist. Dadurch kann sich jede Batteriezelle durch einen eigenen Durchbruch
durch die Dichtplatte hindurch erstrecken.
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Durch
die Ausbildung von unterschiedlichen Räumen kann die Kontaktierung
der Batteriezelle von der Kühlung
der Batteriezellen räumlich
getrennt werden. So ist es insbesondere möglich, die Kontaktierung unter
anderen Umgebungsbedingungen stattfinden zu lassen als die Kühlung. Insbesondere
kann die Kontaktierung in einer abgeschlossenen gasförmigen Umgebung
stattfinden, während
die Kühlung insbesondere
mittels einer Flüssigkeit
oder Umgebungsluft vorgenommen wird. Das kühlende Medium kann vorzugsweise
in unmittelbaren Kontakt zur Batteriezelle geraten. Insbesondere
bei der Benutzung von Umgebungsluft ist damit sichergestellt, dass
kein Kondenswasser in den Bereich der elektrischen Kontaktierung
gelangen kann. Insbesondere wenn Umgebungsluft zur Kühlung der
Batteriezellen verwendet wird, kann der Kühlungsraum derart geschaltet sein,
dass ein Austausch vom Kühlmedium
mit der Umgebung möglich
ist. Insbesondere kann das Gehäuse
im Bereich des Kühlungsraumes
Durchbrüche aufweisen,
die ein Hindurchtreten insbesondere von Umgebungsluft durch das
Batteriegehäuse
ermöglichen.
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Die
Dichtplatte kann einteilig ausgebildet sein. Die Durchbrüche sind
vorzugsweise durch Öffnungen
in der Dichtplatte ausgestaltet. Alternativ können die Dichtplatte mehrteilig
ausgebildet sein und insbesondere durch mehrere Dichtplattenelemente
gebildet sein. Vorzugsweise sind mehrere Dichtplattenelemente in
einer Ebene angeordnet. Zwar können
in diesem Fall die Durchbrüche
durch reale Öffnungen
an einzelnen Dichtplattenelement ausgebildet sein; vorzugswei se
können
aber die Durchbrüche
durch Zwischenräume
gebildet werden, welche zwischen zwei benachbart angeordneten Dichtplattenelementen
vorgesehen sind. Die Ausbildung von realen Öffnungen an einem Dichtplattenelement
ist somit nicht notwendig.
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An
Kanten einzelner Dichtplattenelementen können Ausnehmungen oder Ausbuchtungen
vorgesehen sein, so dass hier Raum für ein Hindurchstrecken eines
Teils einer Batteriezelle geschaffen wird. Die Montage oder Herstellung
von Dichtplattenelementen wird dadurch erleichtert. Ein Dichtplattenelement
kann sich U-förmig
um einen Durchbruch herum erstrecken.
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Die
Dichtplattenelemente können
sich berühren.
Jedoch können
die Dichtplattenelemente auch mit Abstand zueinander ausgebildet
sein. Die Zwischenräume,
die sich durch den Abstand der Dichtplattenelemente ergeben, können die
Durchbrüche
sein, durch die sich Batterieelemente hindurch erstrecken können.
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Vorzugsweise
sind Dichtmittel an den Durchbrüchen
vorgesehen. Die Dichtmittel dichten einen Ringraum zwischen dem
Durchbruch und einer sich durch den Durchbruch hindurchstreckenden
Batteriezelle ab. Durch die Dichtmittel wird vorzugsweise eine hermetische
Abdichtung der beiden Räume
zueinander erreicht. Die hermetische Abdichtung der beiden Räume zueinander
kann auch durch andere Mittel erfolgen.
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Die
der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird ferner gelöst durch
einen Halterahmen für eine
Batteriezelle, umfassend ein Bodenteil, ein Deckelteil und ein zwischen
Bodenteil und Deckelteil angeordnetes Dichtteil. Das Bodenteil bildet
vorzugsweise eine untere Begrenzung des Halterahmens. Das Deckelteil
bildet vorzugsweise eine obere Begrenzung des Halterahmens. Das
Dichtteil ist zwischen dem Bodenteil und dem Deckelteil angeordnet und
dient vorzugsweise zur Abtrennung eines ersten Raumes von einem
zweiten Raum in einem Batteriegehäuse. Das Dichtteil kann dabei
mit einem weiteren Element, beispielsweise einer Trennwand des Batteriegehäuses zusammenwirken.
Das Dichtteil kann alternativ mit dem Dichtteil eines benachbart angeordneten
Halterahmens zusammenwirken.
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Vorzugsweise
sind Verbindungsmittel zwischen dem Deckelteil und dem Dichtteil
und/oder zwischen dem Dichtteil und dem Bodenteil vorgesehen. Die
Verbindungsmittel können
seitliche Streben sein, die dem Halterahmen vorzugsweise eine rechteckige
Gestalt verleihen. Der Halterahmen kann als ein umlaufendes Rahmengestell
ausgebildet sein. Unbeschadet dessen kann insbesondere das Dichtteil
oder auch ein anderes Teil des Halterahmens innerhalb oder außerhalb
des Rahmengestells angeordnet sein.
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Vorzugsweise
kann der Halterahmen aus zwei Rahmenhälften gebildet sein. Die Rahmenhälften können dabei
identisch ausgestaltet sein. Dabei kann eine Batteriezelle, welche
durch den Halterahmen gehalten wird, zumindest abschnittsweise zwischen
den zwei Rahmenhälften
aufgenommen sein.
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Der
Halterahmen kann auch teilweise innerhalb einer Umhüllung der
Batteriezelle angeordnet sein. Dabei kann der Halterahmen mitsamt
der elektrischen Zelle von einer gemeinsamen Umhüllung umschlossen sein. Alternativ
kann der Halterahmen auch vollständig
außerhalb
einer Umhüllung
der Batteriezelle angeordnet sein. Es können Teile des Halterahmens
innerhalb der Umhüllung
der Batteriezelle und Teile des Halterahmens außerhalb der Umhüllung der
Batteriezelle angeordnet sein.
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Der
Halterahmen kann dabei eine Verstärkungsplatte umfassen. Die
Verstärkungsplatte
kann dabei teilweise mit anderen Komponenten des Halterahmens, insbesondere
mit dem Bodenteil und/oder dem Deckelteil und/oder dem Dichtteil
einstückig
ausgebildet sein.
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Das
Dichtteil weist einen Durchbruch auf, welcher vorzugsweise mit Dichtmitteln
versehen ist. Der Durchbruch kann dabei einseitig offen gestaltet sein.
Insbesondere kann der Durchbruch durch eine Einkerbung oder eine
Ausnehmung an einer Kante des Dichtteils ausgebildet sein. Das Dichtteil
kann mit einem Dichtteil eines benachbart anzuordnenden Halterahmens
derart zusammen wirken, dass die Dichtteile der Halterahmen einen
Durchbruch bilden. Durch den Durchbruch kann sich die Batteriezelle hindurch
strecken. Es können
Dichtelemente an den Durchbrüchen
angeordnet sein.
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Vorzugsweise
weist der Halterahmen eine Nut zur Aufnahme eines Befestigungsflansches
einer Batteriezelle auf. Die Nut kann vorzugsweise umlaufend gestaltet
sein. Der Halterahmen kann zwei Rahmenhälften umfassen. Eine Nut kann
den Halterahmen in die zwei Rahmenhälften aufteilen. Vorzugsweise
kann eine Umhüllung
der Batteriezelle auf Abschnitte des Halterahmens angeflanscht sein.
Dabei kann der Halterahmen selbst einen Bestandteil der Batteriesiegelung
darstellen.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst ein Batteriegehäuse der
vorgenannten Art eine Mehrzahl von Halterahmen der vorgenannten
Art. Die Halterahmen können
dabei vorzugsweise Teile des Batteriegehäuses bilden. Insbesondere ist
dabei vorgesehen, dass die Deckelfläche des Batteriegehäuses durch
mehrere Deckelteile der Halterahmen gebildet ist. Ferner kann vorgesehen
sein, dass die Bodenfläche
des Batteriegehäuses
durch mehrere Bodenteile der Halterahmen gebildet ist. Ferner kann
die Dichtplatte des Batteriegehäuses durch
mehrere Dichtplatten der Halterahmen gebildet sein.
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Ein
Batteriegehäuse
kann modular durch mehrere Halterahmen zusammen gesetzt werden, was
eine einfache Montage des Batteriegehäuses ermöglicht. Dabei werden zunächst Batteriezellen
mit einem Halterahmen verbunden. Anschließend wird ein erster Halterahmen
an einem zweiten Halterahmen angelegt. Dies kann mehrfach wiederholt
werden, bis eine gewünschte
Anzahl von Halterahmen und damit Batteriezellen aneinander anliegen.
An den jeweiligen axialen Enden können Abschlussplatten angesetzt
werden, um die axialen Enden zu verschließen. Die Halterahmen können fest
miteinander verbunden werden. Vorzugsweise können die Halterahmen gegeneinander
mittels Verspannmittel verspannt werden. Es ist nicht zwangsläufig notwendig, dass
in einem Verfahren die Batteriezellen mit dem Halterahmen verbunden
werden. Beispielsweise können
die Halterahmen bereits vor der Montage mit Batteriezellen verbun den
worden sein. In diesem Fall kann das Verfahren damit begonnen werden,
dass die Halterahmen an jeweils einen weiteren Halterahmen angelegt
werden.
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Die
Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Hierin
zeigt:
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1 eine
Batterieanordnung mit einem erfindungsgemäßen Batteriegehäuse,
- a) in Schnittdarstellung,
- b) in Draufsicht;
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2 ein
Dichtplattenelement eines Batteriegehäuses nach 1,
- a) in einer ersten Ausführungsform,
- b) in einer zweiten Ausführungsform;
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3 ein
erfindungsgemäßer Halterahmen in
einer ersten Ausführungsform,
- a) in Schnittdarstellung,
- b) in Draufsicht;
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4 ein
erfindungsgemäßer Halterahmen in
einer zweiten Ausführungsform,
- a) in Schnittdarstellung,
- b) in Draufsicht;
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5 ein
erfindungsgemäßer Halterahmen in
einer dritten Ausführungsform,
- a) in Schnittdarstellung,
- b) in Draufsicht;
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6 ein
modular aus mehreren Halterahmen aufgebautes Batteriegehäuse in Schnittdarstellung.
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In 1 ist
eine Batterieanordnung 24 zu erkennen. Die Batterieanordnung 24 weist
ein Batteriegehäuse 1 auf,
in dem mehrere Batteriezellen 2 angeordnet sind. Die Batteriezellen 2 weisen
Ableiter 25 auf, welche über nicht dargestellte Kontaktierungselemente
insbesondere mit Ableitern 25 anderer Batteriezellen verbunden
sein können.
Das Batteriegehäuse 1 weist
eine Deckelfläche 3 und
eine Bodenfläche 4 auf.
Die Bezeichnung Bodenfläche
und Deckelfläche
ist dabei nicht als Einschränkung
hinsichtlich der vertikalen Ausrichtung zu verstehen. Eine Bodenfläche muss
nicht vertikal nach unten weisen; eine Deckelfläche muss nicht vertikal nach
oben weisen. Die Flächen
können
in beliebiger Ausrichtung liegen. Zwischen der Deckelfläche 3 und
der Bodenfläche 4 ist
eine Dichtplatte 5 angeordnet. Die Dichtplatte 5 trennt
den Innenraum des Batteriegehäuses in
zwei Räume
auf, nämlich
in einen Kontaktierungsraum 22 und in einen Kühlungsraum 23.
Durch Durchbrüche 6 erstrecken
sich die Batteriezellen 2 durch die Dichtplatte 5 hindurch.
In einem Ringraum, der zwischen den Batteriezellen 2 und
den Durchbrüchen 6 gebildet
ist, sind Dichtmittel 7 angeordnet. Die Dichtmittel 7 können als
Dichtlippen oder als O-Ringe ausgebildet sein. Dafür können die
Dichtmittel 7 in einer Nut der Dichtplatte 5 aufgenommen
sein. Die Nut kann umlaufend an dem Durchbruch 6 angeordnet sein.
Die Dichtplatte 5 kann einstückig oder mehrstückig ausgebildet
sein.
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In 1b)
ist zu erkennen, dass die Dichtplatte 5 mehrstückig durch
mehrere Dichtplattenelemente 8 ausgebildet ist. Die Dichtplattenelemente 8 weisen
jeweils den Durchbruch 6 auf, durch den sich eine der Batteriezellen 2 erstreckt.
Es sind ferner auch Dichtplattenelemente 81 vorgesehen,
die keine Durchbrüche
aufweisen. Diese sind am Rand des Batteriegehäuses 1 vorgesehen,
wo keine Batteriezelle angeordnet ist. Die Dichtplattenelemente 81 , die keine Durchbrüche aufweisen, können äußere Enden
der mehrstückig
ausgebildeten Dichtplatte 5 bilden.
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Durch
die Dichtplatte 5, welche wie gezeigt einstückig oder
mehrstückig
durch mehrere Dichtplattenelemente 8 gebildet sein kann,
wird das Innere des Batte riegehäuses
hermetisch in die zwei Räume aufgeteilt.
Ein Medium, welches im Kühlungsraum 23 zur
Kühlung
der Batteriezellen vorgesehen ist, kann dabei nicht in den Kontaktierungsraum 22 gelangen. Die
Kontaktierungen der Ableiter 25 werden dabei im Kontaktierungsraum 22 vereinfacht,
da nunmehr nicht auf eine konkrete Abdichtung der einzelnen Ableiter 25 gegenüber der
Umgebung im Kontaktierungsraum 22 geachtet werden muss.
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Die
Dichtplatte 5 ist vorzugsweise in Höhe einer Ableitersiegelung 26 vorgesehen.
Die Ableitersiegelung 26 ist der Bereich der Batteriezelle 2,
an dem sich der Ableiter 15 durch die Umhüllung 16 der Batteriezelle 2 erstreckt. Üblicherweise
ist die Batteriezelle im Bereich der Ableitersiegelung 26 schmaler als
andere Bereiche der Batteriezelle 2, so dass grundsätzlich ein
kleinerer, insbesondere schmalerer abzudichtender Durchbruch 6 vorzusehen
ist.
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2a) zeigt ein Dichtplattenelement 8 in
einer ersten Ausführungsform.
Der Durchbruch 6 ist zentral in dem Dichtplattenelement 8 angeordnet
und vollständig
von dem Dichtplattenelement 8 umschlossen. Das Dichtplattenelement 8 umschließt den Durchbruch 6 O-förmig. Alternativ
zeigt 2b) eine zweite Ausführungsform
eines Dichtplattenelements 8'.
Der Durchbruch 6' ist
hierbei als halboffener Durchbruch gestaltet, und weist die Form
einer Einkerbung auf. Das Dichtplattenelement 8' ist dabei U-förmig um
den Durchbruch 6' herum
ausgebildet.
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3 zeigt
eine Batteriezelle 2 mit einer Umhüllung 16, die in einem
erfindungsgemäßen Halterahmen 10 gehalten
ist. Der Halterahmen 10 weist ein Bodenteil 11,
ein Deckelteil 12 sowie ein Dichtteil 13 auf.
Das Bodenteil 11, das Deckelteil 12 sowie das Dichtteil 13 sind
im Wesentlichen durch horizontal angeordnete Streben gebildet. Es
sind Verbindungsmittel 14 vorgesehen. Erste Verbindungsmittel
sind als vertikale Streben 14' ausgebildet und verbinden das
Deckelteil 12 mit dem Dichtteil 13. Es sind jeweils zweite
Verbindungsmittel, in Form vertikaler Streben 14'' vorgesehen, die das Bodenteil 11 mit
dem Dichtteil 13 verbinden. Es ergibt sich ein rechteckig
umlaufender Halterahmen 10.
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In 3a) ist insbesondere zu erkennen, dass
am Bodenteil eine Nut 18 vorgesehen ist, in die sich ein
Befestigungsflansch 19 der Batteriezelle 2 hinein
erstreckt. Die Nut 18 findet sich auch an dem Dichtteil 13 wieder.
Nicht dargestellt ist, dass die Nut 18 ebenfalls an den
Streben 14'' vorgesehen
ist, welche das Dichtteil 13 mit dem Bodenteil 11 verbinden. Insofern
ist die Nut 18 als umlaufende Nut gestaltet, die einmal
um einen rechteckigen Rahmen herum läuft, der durch Dichtteil 13,
Bodenteil 11 und die Verbindungsmittel 14'' gebildet ist. In der Nut ist der Rand
der Batteriezelle 2, der als Befestigungsflansch 19 ausgebildet
ist, aufgenommen.
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Im
vorliegenden Fall ist die Nut 18 durchgängig ausgestaltet, d. h. sie
trennt jeweils den Halterahmen 10 in zwei Rahmenhälften 10' und 10''. Das Einsetzen der Batteriezelle 2 in
den Halterahmen wird dadurch vereinfacht, da die Batteriezelle 2 zunächst auf
eine der Rahmenhälften 10', 10'' aufgesetzt wird, und anschließend die
andere Rahmenhälfte 10'', 10' auf die eingesetzte Batteriezelle 2 aufgesetzt
wird. Gegebenenfalls können
die beiden Rahmenhälften 10', 10'' gegeneinander verspannt werden,
so dass die Batteriezelle fest innerhalb des Halterahmens 10 gehalten
ist.
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4 zeigt
einen Halterahmen 101 in einer zweiten
Ausführungsform.
Grundsätzlich
entspricht dieser Halterahmen dem Halterahmen gemäß der ersten
Ausführungsform
nach 3. Im folgenden wird nur auf die Unterschiede
eingegangen. Der Halterahmen 101 weist
eine Verstärkungsplatte 17 auf, die
sich senkrecht vom Bodenteil 11 bis zum Dichtteil 13 erstreckt.
Die Verstärkungsplatte 17 ist
dabei parallel zu einer Ausrichtung der Batteriezelle 2 angeordnet.
Die Verstärkungsplatte 17 ist
innerhalb der Umhüllung 16 der
Batteriezelle 2 angeordnet. Die Verstärkungsplatte 17 ist
zwischen Zellstapeln 27 der Batteriezelle 2 angeordnet.
Die Verstärkungsplatte 17 kann
als Wärmeleitplatte
dienen und Wärme
von den Zellstapeln 27 weg zu einem äußeren Bereich der Batteriezelle 2 fördern. Der
Halterahmen 101 weist im Gegensatz
zum Halterahmen 10 nach 3 keine
Streben 14' zwischen
dem Dichtteil 13 und dem Bodenteil 11 auf.
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5 zeigt
einen Halterahmen 102 in einer dritten
Ausführungsform.
Grundsätzlich
entspricht dieser Halterahmen dem Halterahmen gemäß der ersten
Ausführungsform
nach 3. Im Folgenden wird nur auf die Unterschiede
eingegangen. Zusätzlich
zum Bodenteil 11 und zum Dichtteil 13 weist der Halterahmen 102 einen Rahmen auf, der teilweise innerhalb
der Umhüllung 16 angeordnet
ist. So ist die Umhüllung 16 auf
das Abschnitte des Bodenteils 112 und
des Dichtteils 122 angeflanscht.
Ferner ist die Umhüllung 16 auf
die verdeckten gestrichtelt dargestellten Streben des Halterahmens 102 angeflanscht. Der Halterahmen 102 stellt dabei selbst einen Bestandteil
der Siegelung der Umhüllung 16 dar.
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6 zeigt
eine Batterieanordnung 24, die modular aus mehreren Halterahmen 10 und
in dem Halterahmen 10 angeordneten Batteriezellen 2 aufgebaut
ist. Teile des Batteriegehäuses 1 werden
dabei durch unterschiedliche Teile der Halterahmen 10 gebildet.
So ist die Deckelfläche
des Batteriegehäuses 1 durch
mehrere Deckelteile 12 der Halterahmen 10 gebildet.
Ferner ist die Bodenfläche 4 des
Batteriegehäuses 1 durch
mehrere Bodenteile 11 der Halterahmen 10 gebildet.
Ferner ist die Dichtplatte 5 des Batteriegehäuses 1 durch
mehrere Dichtteile 13 der Halterahmen 10 gebildet.
Die Bodenteile 11, Deckelteile 12 sitzen jeweils
dichtend aneinander an, so dass die Teile 11, 12, 13 jeweils
dichte Flächen
bzw. Platten ergeben. Die einzelnen Halterahmen 10 können über nicht
dargestellte Verbindungsmittel fest miteinander verbunden werden.
Dabei können
insbesondere Spannmittel vorgesehen sein, die die Halterahmen 10 gegeneinander
verspannen. An den axialen Enden des Batteriegehäuses 1 sind jeweils Abschlussplatten 28 vorgesehen,
die das Batteriegehäuse 1 abschließen. Seitliche
Streben 14 der Halterahmen 10 liegen ebenso wie
die anderen Teile der Halterahmen aneinander an und begrenzen das
Batteriegehäuse
seitlich.
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- 1
- Batteriegehäuse
- 2
- Batteriezelle
- 3
- Deckelfläche
- 4
- Bodenfläche
- 5
- Dichtplatte
- 6
- Durchbruch
- 7
- Dichtmittel
- 8
- Dichtplattenelement
- 9
- Zwischenraum
- 10
- Halterahmen
- 11
- Bodenteil
- 12
- Deckelteil
- 13
- Dichtteil
- 14
- Verbindungsmittel
- 15
- Rahmenhälfte
- 16
- Umhüllung
- 17
- Verstärkungsplatte
- 18
- Nut
- 19
- Befestigungsflansch
- 20
- Abschlussplatte
- 21
- axiales
Ende
- 22
- Kontaktierungsraum
- 23
- Kühlungsraum
- 24
- Batterieanordnung
- 25
- Ableiter
- 26
- Ableitersiegelung
- 27
- Zellstapel
- 28
- Anschlussplatte