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Die Erfindung geht aus von einem Baukastensystem zur Aufnahme mindestens eines elektrochemischen Energiespeichers, einem Verfahren zur Herstellung einer Bodenbaugruppe zur Aufnahme mindestens eines elektrochemischen Energiespeichers, einer Batterie mit der Bodenbaugruppe sowie einer Verwendung der Batterie in einem Fahrzeug und/oder stationären Batteriesystem gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche.
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Stand der Technik
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Aus dem Stand der Technik sind Rahmen zur Aufnahme mindestens eines elektrochemischen Energiespeichers bekannt.
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Die Druckschrift
DE 10 2013 218 038 A1 offenbart einen Batteriekasten für eine Batterie. Der Batteriekasten ist dabei dreidimensional ausgeführt aus mehreren Streben und Winkeln zusammengesetzt. Die Streben und Winkel sind dabei ineinander gesteckt. Die besagten Streben, insbesondere Längsstreben, Querstreben und Vertikalstreben umgeben dabei die im Inneren angeordneten Batteriemodule.
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Die Druckschrift
DE 10 2010 046 529 A1 offenbart ein Rahmensystem für ein Batteriemodul. Das Rahmensystem umfasst dabei zwei gegenüberliegende Druckplatten, sowie zwei gegenüberliegende Seitenteile. Die Druckplatten und die Seitenteile werden ineinandergesteckt und bilden dadurch einen kastenförmigen Rahmen zur Aufnahme von Batteriezellen.
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Die Druckschrift
DE 10 2013 102 793 A1 offenbart ein Batteriepack, welches mittels eines Rahmens an einem Fahrzeug befestigbar ist. Dieser Rahmen weist dabei einen ringförmigen Tragerahmen auf, welcher mehrere unterschiedlich ausgestaltete Seitenelementbereiche umfasst. Ferner weist der Tragrahmen einen Frontelementbereich und einen Rückelementbereich auf, wobei der Frontelementbereich auch Eckbereiche aufweist.
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Die Druckschrift
DE 10 2013 223 636 A1 offenbart einen dreidimensionalen Käfig für eine Fahrzeugbatterie. Der Käfig umfasst dabei eine obere Baugruppe und eine untere Baugruppe, wobei die Akkupacks zwischen der oberen Baugruppe und der unteren Baugruppe eingeschlossen sind. Die obere Baugruppe weist mehrere U-förmige Rahmen auf, welche mittels zylindrischer Röhren miteinander verbunden sind. Ebenso weist die untere Baugruppe Rahmenelemente auf, welche mittels röhrenförmiger Segmente miteinander verbunden sind.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Vorgehensweise mit den kennzeichnenden Merkmalen der unabhängigen Ansprüche weist demgegenüber den Vorteil auf, dass das Baukastensystem eine Mehrzahl von mit mindestens einer Grundplatte verbindbaren, bauvariantenspezifischen Verbindungselementen umfasst, wobei die Verbindungselemente miteinander zu einem die Grundplatte einfassenden Rahmen verbindbar sind.
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Diese Verbindung ist kraft-, stoff- und/oder formschlüssig ausführbar, wodurch vorteilhafterweise flexible Anpassungen an bauvariantenspezifische Anforderungen umsetzbar sind, beispielsweise ein maximal zulässiges Gesamtgewicht, Stabilitätsanforderungen oder Materialanforderungen.
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Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die Verbindungselemente sind miteinander lösbar und/oder unlösbar verbindbar. Sind zumindest eine Mehrzahl der Verbindungselemente miteinander lösbar verbindbar, können beispielsweise bei Beschädigung einzelner Verbindungselemente diese getauscht werden.
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Sind die Verbindungselemente zumindest teilweise unlösbar verbindbar, so wird zuverlässig eine Manipulation des einfassenden Rahmens unterbunden. Weiter kann eine mechanische Stabilität des Rahmens durch die unlösbare Verbindung weiter erhöht werden.
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Die mit den Verbindungselementen verbindbare Grundplatte umfasst eine Kühlplatte zur Temperierung des mindestens einen elektrochemischen Energiespeichers und/oder eine Bodenplatte zur mechanischen Stabilisierung des Rahmens.
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Durch die Kühlplatte können weitere Maßnahmen zur Kühlung des mindestens einen elektrochemischen Energiespeichers entfallen. Weiter kann die Kühlplatte den mindestens einen elektrochemischen Energiespeicher aufnehmen.
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Die Kühlplatte kann in einer Ausführungsform Rillen aufweisen. Durch die Rillen wird eine besondere Steifigkeit der Kühlplatte erreicht wird. Weiter wird mittels der Rillen eine Flächenvergrößerung erreicht, wodurch vorteilhafterweise Wärme, welche durch ein Betreiben des elektrochemischen Energiespeichers erzeugt wird, besonders effektiv von dem mindestens einen elektrochemischen Energiespeicher abgeführt werden kann. Dadurch wird eine thermische Belastung des mindestens einen elektrochemischen Energiespeichers reduziert, wodurch eine längere Nutzungsdauer erreicht wird.
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Durch die Bodenplatte wird neben einer mechanischen Stabilisierung des Rahmens eine Crash-Resistenz einer Bodenbaugruppe erhöht. Durch den, die Grundplatte einfassenden Rahmen entfallen aufwendige Montageschritte für eine Verschraubung des Rahmens mit der Bodenplatte.
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Die Bodenplatte kann in einer vorteilhaften Ausführungsform Rillen und/oder Versteifungselemente aufweisen.
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Durch die Rillen wird eine besondere Steifigkeit der Bodenplatte erreicht und die Wärme kann besonders effektiv von dem mindestens einen elektrochemischen Energiespeicher über die Kühl- und Bodenplatte abgeführt werden.
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Durch die Versteifungselemente wird eine besondere Steifigkeit gegen ein Verdrehen der Bodenplatte erreicht. Dadurch wird eine Crash-Sicherheit erhöht.
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Die Verbindungselemente zum Verbinden mit der Grundplatte weisen zumindest teilweise eine Aussparung und/oder Querstreben auf. Vorteilhafterweise kann die Grundplatte kraft-, form- und/oder stoffschlüssig in die Aussparung des Verbindungselements eingesetzt werden. Dadurch entfallen aufwendige Montageschritte, wie beispielsweise ein Verschrauben der Verbindungselemente mit der Grundplatte.
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Durch die Querstreben wird vorteilhafterweise eine Erhöhung der mechanischen Stabilität des Rahmens erreicht, insbesondere wird eine Auflagefläche für die Grundplatte geschaffen. Dadurch wird eine Drucklast auf die Querstreben reduziert und eine externe Krafteinwirkung wird, beispielsweise bei einem Unfall, auf mehrere Verbindungselemente verteilt.
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Vorteilhafterweise sind die Verbindungselemente aus Aluminium, einem Kunststoff und/oder einem faserverstärkten Kunststoff ausgestaltet. Dadurch können vorteilhafterweise bauvariantenspezifische Anforderungen wie beispielsweise ein maximal zulässiges Gesamtgewicht umgesetzt werden.
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Weiter können Anforderungen an eine elektromagnetische Verträglichkeit der Bodenbaugruppe erfüllt werden.
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Die Verbindungselemente umfassen jeweils mindestens ein Durchgangsloch zum kraft- und/oder formschlüssigen Verbinden der Verbindungselemente. Beispielsweise können durch ein Einschrauben von Sicherungsschrauben in die Durchgangslöcher der Verbindungselemente diese sicher fixiert werden.
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Dadurch kann vorteilhafterweise eine flexible Anpassung an bauvariantenspezifische Anforderung umgesetzt werden, beispielsweise eine besondere Widerstandsfähigkeit gegen Vibrationen.
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Die Verbindungselemente sind als Streben und/oder Winkel, beispielsweise rechtwinklige Winkel und/oder T-förmige Winkel, ausgeführt.
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Dadurch können vorteilhafterweise unterschiedliche Ausführungsformen der Bodenbaugruppe umgesetzt werden, beispielsweise mehreckige Varianten, insbesondere eine viereckige Bodenbaugruppe, und/oder eine T-förmige Bodenbaugruppen.
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In alternativen Ausführungsformen sind die Verbindungselemente als gebogene Elemente ausgeführt.
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Dadurch können vorteilhafterweise unterschiedliche Ausführungsformen der Bodenbaugruppe umgesetzt werden, beispielsweise eine runde Form einer Bodenbaugruppe.
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Die Streben und/oder Winkel weisen einen mehreckigen und/oder runden Querschnitt auf.
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Das Verfahren zur Herstellung einer Bodenbaugruppe zur Aufnahme mindestens eines elektrochemischen Energiespeichers mit dem erfindungsgemäßen Baukastensystems umfasst folgende Schritte:
- – Auswählen einer Mehrzahl von Verbindungselementen;
- – Bereitstellen eines ersten Rahmenelements durch kraft-, stoff- und/oder formschlüssiges Verbinden zumindest eines Teils der ausgewählten Verbindungselemente;
- – Einsetzen einer Grundplatte in das erste Rahmenelement;
- – Bereitstellen eines zweiten Rahmenelements durch kraft-, stoff- und/oder formschlüssiges Verbinden zumindest eines Teils von verbleibenden ausgewählten Verbindungselementen;
- – Verbinden der Grundplatte mit zumindest einem der Rahmelemente;
- – Verbinden des zweiten Rahmenelements mit dem ersten Rahmenelement zu einem Rahmen, wodurch die Grundplatte kraft-, stoff- und/oder formschlüssig mit den Rahmenelementen zu einer Bodenbaugruppe verbunden ist.
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Vorteilhafterweise kann dadurch die Bodenbaugruppe mit einem hohen Grad an Automatisierung und einer sehr kurzen Montagedauer hergestellt werden.
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Das Verfahren zur Herstellung einer Bodenbaugruppe zur Aufnahme mindestens eines elektrochemischen Energiespeichers umfasst einen weiteren Schritt:
- – Abdichten eines durch ein Aneinanderstoßen des Rahmen und der Grundplatte gebildeten Randes.
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Dadurch wird vorteilhafterweise eine physikalische und/oder elektromagnetische Dichtheit erreicht. Das Abdichten kann durch einen Klebstoff, eine Spaltdichtung und/oder eine Gummidichtung erfolgen.
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Das Verfahren zur Herstellung einer Bodenbaugruppe zur Aufnahme mindestens eines elektrochemischen Energiespeichers umfasst ferner folgenden Schritt:
- – Zumindest teilweises Verschrauben, Verschweißen und/oder Verkleben der Verbindungselemente und/oder der Grundplatte mit den Verbindungselementen.
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Dadurch können vorteilhafterweise bauvariantenspezifische Anforderungen umgesetzt werden, wie beispielsweise Stabilitätsanforderungen und/oder Widerstandsfähigkeit gegenüber Vibrationen.
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Die Bodenbaugruppe für eine Batterie, die mindestens einen elektrochemischen Energiespeicher aufweist, der von der Bodenbaugruppe und einem Deckel umfasst wird, ist vorteilhafterweise gemäß einem Baukastensystem hergestellt
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Dadurch kann die Batterie mit einem vergleichsweise geringen Montageaufwand hergestellt werden.
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Vorteilhafterweise wird die Batterie in einem Fahrzeug und/oder stationären Batteriesystem mit einem Lithium-Ionen-, Lithium-Schwefel-, Lithium-Luft- und/oder Feststoffelektrolyt-Energiespeicher verwendet.
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Dadurch werden Anforderungen an einen maximal verfügbaren Bauraum mit geringem Aufwand umgesetzt. So kann beispielsweise eine äußere Form der Batterie an den verfügbaren Bauraum angepasst werden.
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Kurzbeschreibung der Figuren
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Es zeigt:
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1 eine beispielhafte Darstellung eines Verfahrens zur Herstellung einer Ausführungsform einer viereckigen Bodenbaugruppe mittels des erfindungsgemäßen Baukastensystems; und
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2 eine Ausführungsform eines winkelförmigen Verbindungselements des erfindungsgemäßen Baukastensystems; und
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3 einen Schnitt durch ein winkelförmiges Verbindungselement.
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Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele.
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Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in allen Figuren gleiche Vorrichtungskomponenten.
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1 zeigt eine beispielhafte Darstellung eines Verfahrens zur Herstellung einer Ausführungsform einer viereckigen Bodenbaugruppe. Das erfindungsgemäße Baukastensystem 100 umfasst eine Mehrzahl an Verbindungselementen 101, 102, 103, 104, 105, 106, 107, 108, 109, 110, 111, 112, 113. Diese Verbindungselemente umfassen Winkel 101, 105, 109, 111 und T-förmige Winkel 103, 107 sowie Streben 102, 104, 106, 108, 110, 112, 113.
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Das Baukastensystem 100 umfasst weiter eine erste Grundplatte 114 sowie eine zweite Grundplatte 115.
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Die Winkel 101, 105, 109, 111 umfassen Querstreben 101a, 105a, 109a, 111a und die T-förmigen Winkel 103, 107 umfassen Querstreben 103a, 103b, 107a, 107b. Diese Querstreben dienen als Auflagefläche für die erste Grundplatte 114 bzw. die zweite Grundplatte 115. Dadurch wird eine Drucklast auf die Querstreben reduziert und eine externe Krafteinwirkung wird, beispielsweise bei einem Unfall, auf mehrere Verbindungselemente verteilt.
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In dem in 1 gezeigten Verfahren wird in einem ersten Verfahrensschritt zunächst eine Mehrzahl von Verbindungselementen 101, 102, 103, 104, 105, 106, 107, 108, 109, 110, 111, 112, 113 ausgewählt.
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In einem zweiten Verfahrensschritt wird ein erstes Rahmenelement durch kraft-, stoff- und/oder formschlüssiges Verbinden der Verbindungselemente 101, 102, 104, 105, 106, bereitgestellt.
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In einem dritten Verfahrensschritt wird die Grundplatte 115 in das erste Rahmenelement eingesetzt, insbesondere passgenau.
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In einem vierten Verfahrensschritt wird ein zweites Rahmenelement bereitgestellt und durch kraft-, stoff- und/oder formschlüssiges Verbinden der Verbindungselemente 103, 107, 108, 110, 113.
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In einem fünften Schritt wird die Grundplatte 114 in das zweite Rahmenelement eingesetzt.
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In einem sechsten Verfahrensschritt werden die Verbindungselemente 109, 111, 112 zu einem dritten Rahmenelement verbunden. Dieses dritte Rahmenelement wird mit dem zweiten Rahmenelement sowie der Grundplatte 114 kraft-, form- und/oder stoffschlüssig zu einem vierten Rahmenelement verbunden.
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In einem siebten Verfahrensschritt werden das erste Rahmenelement und das vierte Rahmenelement miteinander kraft-, stoff- und/oder formschlüssig verbunden, wodurch ein die beiden Grundplatten 114, 115 einfassende viereckige Bodenbaugruppe hergestellt ist.
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2 zeigt eine Ausführungsform eines winkelförmigen Verbindungselements. Das winkelförmige Verbindungselement 200 weist einen rechtwinkligen Querschnitt 201 zum Verbinden mit anderen Verbindungselementen auf. Weiter weist das winkelförmige Verbindungselement 200 eine Aussparung 202 auf, beispielsweise zur Aufnahme einer Grundplatte. Das winkelförmige Verbindungselement 200 weist weiter eine Querstrebe 203 auf, die zur Ausbildung einer Auflagefläche der Grundplatte dient.
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3 zeigt einen Schnitt durch ein winkelförmiges Verbindungselement. Der in 3 dargestellte Schnitt durch die Ebene A-A des winkelförmigen Verbindungselements 200 zeigt eine in die Aussparung 202 eingesetzte Grundplatte 314, die eine Kühlplatte 316 sowie eine Bodenplatte 317 umfasst. Weiter ist in der in 3 gezeigten Ausführungsform eine Steckverbindung 319 gezeigt, beispielsweise eine Schnappverbindung, zum Verstecken des winkelförmigen Verbindungselements 200 mit einem weiteren Verbindungselement des Baukastensystems.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013218038 A1 [0003]
- DE 102010046529 A1 [0004]
- DE 102013102793 A1 [0005]
- DE 102013223636 A1 [0006]
