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Die Erfindung betrifft ein Akkumulatormodul nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 der Erfindung.
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In zunehmenden Maße finden Akkumulatoren im Fahrzeugbau, insbesondere Hybridfahrzeugbau und Elektrofahrzeugbau Anwendung, welche ein verbessertes Bauraummanagement und Handling in Bezug auf besagte Akkumulatoren erfordern. Des Weiteren können herkömmliche Akkumulatoren unter starker Belastung, bei Überlastung, im Schadensfall oder bei starker Überhitzung auch im Normalbetrieb in einen thermisch unkontrollierbaren Zustand geraten. Um diese Umstände effektiv zu berücksichtigen, sind erhöhte Aufwendungen in Bezug auf mechanischen Schutz, elektrischer Isolierung, Schutz vor überhöhter und zu niedriger Temperatur sowie geometrisch optimale Formgebung und Lagerung des Akkumulators erforderlich.
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So beschreibt die
DE 34 21 025 A1 ein Aufnahmegehäuse für einen Akkumulator, in welches derselbe auf einfache und schnelle Weise ohne Gebrauch von Werkzeug unter elektrischer Kontaktherstellung einsetzbar und wieder herausnehmbar ist.
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Aus der
DE 44 08 960 C1 ist eine Traktionsbatterie bekannt, bei der eine Kühlschlange eines Kühlkreislaufes unter einem den Elektrolytraum der Batterie abtrennenden Zwischenboden angeordnet ist.
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Weiter ist aus der
DE 195 04 687 C1 ein Batteriekasten für mehrere darin angeordnete elektrochemische Speicher respektive Zelle bekannt. Besagter Batteriekasten ist unmittelbar in die tragende Bodenstruktur einer Karosserie eines Fahrzeugs dichtend und lösbar befestigbar. Die Zellengehäuse sind mittels Distanzhalter auf Distanz gehalten, wodurch Strömungskanäle für ein Fluid zur Temperierung der Zellen gebildet sind.
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Aus der
DE 10 2008 059 947 A1 und der
DE 10 2008 059 969 A1 sind Batterien mit einer im Batteriegehäuse angeordneten Wärmeleitplatte bekannt, die ihrerseits über Kühlmittelleitungen an eine Klimaanlage angeschlossen ist.
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Aus der
DE 448 574 A ist eine Trockenbatterie mit in einem gemeinsamen, durch eine obere Verschlussplatte verschlossenen Behälter untergebrachten zylindrischen Elementzellen bekannt. Der Behälter weist die Elementzellen voneinander separierende Zwischenwände auf. Die Elementzellen stehen mit ihrem Boden in Vergussmasse.
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Aus der
DE 10 2007 010 742 A1 ist ein Zellverbund aus kreiszylindrischen Batteriezellen für eine Batterie bekannt, in welchem die Batteriezellen mittels einer Vergussmasse fixiert sind. Der Zellverbund ist mit einem Hüllblech umgeben und wird vor oder nach dem Einsetzen in ein Batteriegehäuse mit wärmeleitender Vergussmasse ausgegossen. D.h., die zwischen den Batteriezellen vorhandenen Spalten bzw. Zwischenräume werden mit Vergussmasse ausgefüllt. Das Hüllblech dient insoweit als Gießform beim Einfüllen der Vergussmasse. Die Batteriezellen und das Hüllblech weisen formschlusserhöhende Strukturen, wie Nuten, auf.
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Aus der
DE 10 2009 000 673 A1 ist ein Gehäuse eines Batteriepacks für eine Mehrzahl Batteriezellen bekannt, welches aus einer Mehrzahl hexaedrischer Gehäuseelemente besteht, die zur Aufnahme mindestens einer Batteriezelle vorgesehen sind. Zwischen Gehäuseelementen ist ein Freiraum ausgebildet, welcher eine Füllung mit einer guten thermischen Leitfähigkeit und/oder einer hohen Wärmekapazität aufweist. Die Füllung kann ein Material aufweisen, welches bei einer vorgegebenen Temperatur der Batteriezellen einen Phasenübergang durchführt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein einfach und kostengünstig herstellbares Akkumulatormodul zu schaffen, welches unter Berücksichtigung der gesteigerten Anforderungen an dasselbe insbesondere im Hinblick auf mechanischen Schutz, elektrischer Isolierung, Schutz vor überhöhter und zu niedriger Temperatur sowie geometrisch optimale Formgebung und Lagerung verbessert ist.
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Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass Akkumulatoren respektive Batterien, nachfolgend als Sekundärzellen bezeichnet, vermittels klimatisierter Körper kühlbar oder auch beheizbar sind, indem die Sekundärzellen direkt oder über ein dieselben aufnehmendes Gehäuse mit dem klimatisierten Körper in Kontakt gebracht werden. Eine effektive Kühlung oder Beheizung erfordert einen möglichst großflächigen Kontakt der Sekundärzellen bzw. des dieselben aufnehmenden Gehäuses mit besagtem klimatisierten Körper.
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Ausgehend von einem Akkumulatormodul, umfassend ein zumindest während der Beschickung mit wenigstens einer wiederaufladbaren Sekundärzelle nach oben offenes Gehäuse, mit einer Gehäuse-Öffnung, einem Gehäuse-Boden und einer geschlossenen Gehäuse-Wandung, wobei das Gehäuse im Inneren eine Füllmasse aufweist, auf welche die wenigstens eine Sekundärzelle während der Beschickung des Gehäuses aufsetzbar oder aufgesetzt ist, wird die gestellte Aufgabe demnach dadurch gelöst, dass die Füllmasse zumindest während der Beschickung des Gehäuses mit der wenigstens einen Sekundärzelle fließfähig ist, dass das Gehäuse und/oder die wenigstens eine Sekundärzelle derart bemessen und/oder ausgebildet sind, dass im beschickten Zustand des Gehäuses zumindest abschnittsweise ein Freiraum zwischen der Gehäuse-Wandung und der benachbarten Mantelfläche der wenigstens einen Sekundärzelle gebildet ist, und dass die Füllmasse derart bemessen ist, dass dieselbe während der Beschickung des Gehäuses mit der wenigstens einen Sekundärzelle zumindest teilweise in besagten Freiraum eindringt.
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Besagter Freiraum gestattet es, dass während der Beschickung des Gehäuses mit der zumindest einen Sekundärzelle verdrängte Luft entweichen kann. Darüber hinaus werden etwaige geometrische Abweichungen der Sekundärzelle durch diese Maßnahme ausgeglichen und es ist ein großflächiger stofflicher Kontakt mit dem Gehäuse über besagte Füllmasse gewährleistet. Ist das Gehäuse wiederum großflächig mit dem oben erwähnten klimatisierten Körper verbunden oder verbindbar ist ein hocheffektiver Wärmeaustausch im Sinne einer Kühlung oder Erwärmung der Sekundärzelle gestattet, sofern als Füllmasse ein geeigneter Werkstoff gewählt ist. Ist demgegenüber lediglich eine hoch effektive Wärmeisolierung der Sekundärzelle gewünscht, ist auch diese durch diese Maßnahme gewährleistet, sofern als Füllmasse ein wärmisolierender Werkstoff gewählt ist. Sogenannte Kälte- bzw. Wärmebrücken sind in diesem Fall vermieden. Des Weiteren ist mit vorstehenden Maßnahmen die elektrische Isolierung der Sekundärzelle und deren mechanischer Schutz verbessert.
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Die Unteransprüche beschreiben bevorzugte Weiterbildungen oder Ausgestaltungen der Erfindung.
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Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung kann besagter Freiraum durch einen oder mehrere innerhalb der Gehäuse-Wandung ausgebildete nutenförmige Kanäle gebildet sein, die sich vom Gehäuse-Boden in Richtung der Gehäuse-Öffnung erstrecken. Die Kanäle dienen hierbei im Wesentlichen der Abführung verdrängter Luft während der Beschickung des Gehäuses mit der zumindest einen Sekundärzelle und der Aufnahme von verdrängter Füllmasse. Die radial innen liegende Mantelflächenkontur der Gehäuse-Wandung kann dann vorteilhaft so dimensioniert sein, dass die Sekundärzelle bereits während des Einführens in das Gehäuse innerhalb desselben quer zur Beschickrichtung fixiert ist. Die Füllmasse kann in Abhängigkeit von den gewünschten Eigenschaften, nämlich im Sinne eines effektiven Wärmeaustausches oder einer effektiven Wärmeisolierung, beispielsweise durch einen fließfähigen, jedoch aushärtbaren Kunststoff oder durch einen aushärtbaren expandierenden Kunststoff- oder Metallschaum oder einer Mischung aus besagtem Kunststoff oder Kunststoff- oder Metallschaum und einem oder mehreren Zuschlagstoffen gebildet sein. Fernerhin kann die Füllmasse zumindest teilweise auch durch ein an sich bekanntes „PCM“ (PCM = phase change material = Phasenwechselmaterial), auch als Latentwärmespeicher bezeichnet, gebildet sein. Dieses Material ist beispielsweise geeignet, im Falle einer etwaigen Überhitzung einer Sekundärzelle die erzeugte Wärme über einen bestimmten Zeitraum aufzunehmen und benachbarte Sekundärzellen vor nachteiliger Wärmebeeinflussung zu bewahren. Wie die Erfindung noch vorsieht, kann das Gehäuse sowohl durch ein formstabiles Formteil als auch durch ein nicht-formstabiles, flexibles Formteil gebildet sein, welches beispielsweise aus einer vorgeformten Folie besteht. Schließlich kann vorgesehen sein, dass das Gehäuse vorteilhaft durch ein Schrumpf-Formteil aus einem wärmeschrumpfbaren Material gebildet ist, wodurch eine besonders raumsparende Ausbildung des Akkumulatormoduls bei hoch wirksamen stofflichen Kontakt zwischen der wenigstens einen Sekundärzelle, der Füllmasse und dem Gehäuse im Sinne eines effektiven Wärmeaustausches oder einer effektiven Wärmeisolierung ermöglicht ist.
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Die Erfindung betrifft auch ein Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, mit einem Akkumulatormodul der oben beschriebenen Art.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine perspektivische Darstellung des Beschickvorganges eines Gehäuses mit einer Sekundärzelle zur Erstellung des erfindungsgemäß ausgebildeten Akkumulatormoduls,
- 2 das Akkumulatormodul im fertig montierten Zustand in einer Seitenansicht,
- 3 ein zur Beschickung mit einer Sekundärzelle vorbereitetes Gehäuse in einer Seitenansicht,
- 4 das Gehäuse nach 3 in der Draufsicht, und
- 5 die Einzelheit „Z“ nach 4.
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1 zeigt demnach ein Gehäuse 1, welches mit einer an sich bekannten prismatischen Sekundärzelle 2, vorliegend quaderförmigen Sekundärzelle 2 beschickt wird, um ein in 2 dargestelltes Akkumulatormodul 3 bereitzustellen. Das Gehäuse 1 ist ebenfalls als prismatischer, vorliegend quaderförmiger Körper mit einer gemäß dem Zeichnungsblatt oberen Gehäuse-Öffnung 1a, einem Gehäuse-Boden 1b und einer Gehäuse-Wandung 1c ausgebildet und verfügt demgemäß über eine optimale Formgebung, die eine raumsparende Anordnung des Akkumulatormoduls 3 beispielsweise in einem Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, gestattet.
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Die Erfindung beschränkt sich jedoch nicht auf quaderförmige Gehäuse 1 und/oder Sekundärzellen 2, sondern erfasst jedwede geeignete Formgebung derselben. Des Weiteren beschränkt sich die Erfindung auch nicht auf eine einzige Sekundärzelle 2, sondern erfasst auch eine Mehrzahl derselben, die in einem einzigen Gehäuse 1 angeordnet sind (nicht näher dargestellt).
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Wie den 3 und 4 zu entnehmen ist, weist das Gehäuse 1 im Inneren eine zumindest während der Beschickung des Gehäuses 1 mit der Sekundärzelle 2 fließfähige Füllmasse 4 auf, deren Füllhöhe 5 entsprechend gekennzeichnet wurde. Ferner sind das Gehäuse 1 und/oder die Sekundärzelle 2 derart bemessen bzw. ausgebildet, dass im beschickten Zustand des Gehäuses 1 zumindest abschnittsweise ein Freiraum 6 zwischen der Gehäuse-Wandung 1c und der benachbarten Mantelfläche 2a der Sekundärzelle 2 gebildet ist (vgl. insbes. 4 in Verbindung mit 5).
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Durch diese Maßnahme ist es gestattet, dass während der Beschickung des Gehäuses 1 mit besagter Sekundärzelle 2 und Aufsetzen derselben auf die den Gehäuse-Boden 1b bedeckende Füllmasse 4 verdrängte Luft seitlich zwischen dem Gehäuse 1 und der Sekundärzelle 2 entweichen kann.
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Vorliegend ist besagter Freiraum 6 durch eine Mehrzahl innerhalb der Gehäuse-Wandung 1c ausgebildete nutenförmige Kanäle gebildet, die sich ihrerseits vom Gehäuse-Boden 1b in Richtung der Gehäuse-Öffnung 1a erstrecken.
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Sicherlich ist es auch denkbar und durch die Erfindung mit erfasst, bei glatter Innenkontur der Gehäuse-Wandung 1c den Freiraum 6 allein durch eine entsprechende Bemessung des Gehäuses 1 und/oder der Sekundärzelle 2 zu bewirken, indem zwischen der Innenkontur des Gehäuses 1 und der Außenkontur der Sekundärzelle 2 ein Spalt vorgesehen wird (nicht näher dargestellt).
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Ist die Füllmasse 4 ausreichend bemessen, steigt diese während des Einführens der Sekundärzelle 2 in das Gehäuse 1 innerhalb des vorgesehenen Freiraums 6 respektive der nutenförmigen Kanäle auf und gleicht auch geometrische Abweichungen der Sekunderzelle 2 im Bereich ihrer Gehäuse-Wandung 1c aus. Die Füllmasse 4 kann derart bemessen sein, dass diese im beschickten Zustand des Gehäuses 1 bis an dessen Gehäuse-Öffnung 1a reicht. Die Eindringtiefe der Sekundärzelle 2 in das Gehäuse 1 ist nach Belieben einstellbar, wodurch bei ausreichend bemessener Füllmasse 4 auch die Schichtdicke der Füllmasse 4 im Bereich des Gehäuse-Bodens 1b in weiten Grenzen einstellbar ist.
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Bevorzugt wird eine Füllmasse 4 in Anwendung gebracht, welche nach dem Beschicken des Gehäuses 1 mit der Sekundärzelle 2 in einen festen Zustand übergeht. Hierzu bietet sich ein an sich bekannter fließfähiger und aushärtbarer Kunststoff, wie beispielsweise ein ZweiKomponenten-Klebstoff oder ein wärmeaushärtender Kunststoff gegebenenfalls jeweils mit Zuschlagstoffen an. Die Füllmasse 4 bzw. der Kunststoff oder Klebstoff und gegebenenfalls die Zuschlagstoffe können dabei vorteilhafterweise bezüglich ihrer Eigenschaften derart ausgelegt sein, dass diese einen effektiven Wärmeübergang von der Sekundärzelle 2 auf das Gehäuse 1 und weiter auf einen in 2 äußerst schematisch dargestellten, an sich bekannten klimatisierten oder klimatisierbaren Körper 7 im Sinne einer Kühlung oder Erwärmung der Sekundärzelle 2 gewährleisten.
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Denkbar ist es ferner, eine expandierende Füllmasse 4 mit wärmeisolierenden Eigenschaften in Anwendung zu bringen, beispielsweise einen an sich bekannten Kunststoff- oder Metallschaum, der seinerseits gegebenenfalls mit Zuschlagstoffen angereichert ist und beispielsweise infolge Wärmeeinwirkung aushärtet. In diesem Fall wird das bevorzugte Augenmerk auf besagte Wärmeisolierung gelegt, so dass ein klimatisierter oder klimatisierbarer Körper 7 entbehrlich ist (nicht näher dargestellt).
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Schließlich kann es auch angezeigt sein, als Füllmasse 4 oder in Kombination mit derselben ein an sich bekanntes „PCM“ (PCM = phase change material = Phasenwechselmaterial), auch als Latentwärmespeicher bezeichnet, in Anwendung zu bringen. Die Vorteile eines derartigen Materials wurden bereits oben ausführlich beschrieben (nicht näher dargestellt).
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Ungeachtet dessen haben sämtliche vorstehenden Varianten den Vorteil, dass die aushärtenden Füllmassen 4 einen großflächigen stofflichen Kontakt sowohl mit dem Gehäuse 1 als auch mit der Sekundärzelle 2 eingehen und geometrische Abweichungen insbesondere der Sekundärzelle 2 ausgeglichen werden. Bei Anwendung der vorbeschriebenen nutenförmigen Kanäle in der Gehäuse-Wandung 1c ist besonders vorteilhaft neben einem etwaigen Stoffschluss zwischen Füllmasse 4 und Gehäuse 1 auch ein Formschluss zwischen denselben bewirkbar. Sofern die Sekundärzelle 2 auf ihrer Außenkontur geeignete Ausnehmungen aufweist, wären auch diese mit Füllmasse 4 ausfüllbar und würden demgemäß neben einem etwaigen Stoffschluss zwischen Füllmasse 4 und Sekundärzelle 2 auch einen Formschluss zwischen denselben bewirken (nicht näher dargestellt). Im Ergebnis ist vorteilhaft ein starrer Verbund zwischen dem Gehäuse 1, der ausgehärteten Füllmasse 4 und der Sekundärzelle 2 geschaffen.
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Insofern ist ein in der Fertigung einfaches und kostengünstiges Akkumulatormodul 3 geschaffen, welches zum einen entweder einen effektiven Wärmeübergang von der Sekundärzelle 2 auf einen klimatisierten oder klimatisierbaren Körper 7 und gegebenenfalls zurück oder eine effektive Isolierung der Sekundärzelle 2 gewährleistet und zum anderen einen hohen mechanischen Schutz der Sekundärzelle 2 bewirkt.
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Vorstehendes Ausführungsbeispiel stellt auf ein Gehäuse 1 nach Art eines formstabilen Formteils, beispielsweise aus Kunststoff ab. Die Erfindung erfasst jedoch auch ein Formteil für besagtes Gehäuse 1, welches nicht-formstabil, insbesondere flexibel ausgebildet, beispielsweise durch eine vorgeformte Folie, insbesondere Kunststoff-Folie gebildet ist. Ein derartiges Formteil kann zwar ebenfalls wie vorbeschrieben mit einer Sekundärzelle 2 beschickt werden, bedarf jedoch wie in 4 mittels Pfeilen 8 angedeutet, einer Unterstützung mittels an sich bekannter geeigneter und demgemäß hier nicht näher gezeigter Unterstützungsmittel, insbesondere auch in dem Fall, wenn als Füllmasse 4 ein expandierender Schaum zur Anwendung kommt. Die feste Struktur des Akkumulatormoduls 3 wird in Kombination mit der relativ starren Sekundärzelle 2 durch die ausgehärtete Füllmasse 4 bewirkt.
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Überdies bietet es sich an, das Gehäuse 1 respektive Formteil, sei es ein formstabiles oder flexibles Formteil, durch ein sogenanntes Schrumpf-Formteil aus einem wärmeschrumpfbaren Material auszubilden. Hierdurch ist eine besonders raumsparende Ausbildung des Akkumulatormoduls 3 bei hoch wirksamen stofflichen Kontakt zwischen der Sekundärzelle 2, der Füllmasse 4 und dem Gehäuse 1 im Sinne eines effektiven Wärmeaustausches oder einer effektiven Wärmeisolierung ermöglicht. Zweckmäßigerweise bietet sich in diesem Fall eine Kombination aus besagtem Schrumpf-Formteil und einem wärmeaushärtenden Kunststoff als Füllmasse 4 an.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gehäuse
- 1a
- Gehäuse-Öffnung
- 1b
- Gehäuse-Boden
- 1c
- Gehäuse-Wandung
- 2
- Sekundärzelle
- 2a
- Mantelfläche (Sekundärzelle 2)
- 3
- Akkumulatormodul
- 4
- Füllmasse
- 5
- Füllhöhe (Füllmasse 4)
- 6
- Freiraum
- 7
- klimatisierter Körper
- 8
- Pfeile (Unterstützungsmittel)
