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Die Erfindung betrifft eine Batteriewanne zur Aufnahme mehrerer Energiespeicherelemente, umfassend einen Bodenabschnitt sowie randseitig umlaufende Wandabschnitte.
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In Fahrzeugen mit elektrischem Antrieb werden häufig Energiespeicherelemente wie Batterien bzw. Akkumulatoren zur Speicherung der für den Antrieb des Fahrzeugs benötigten Energie verwendet. Um die Batterie während des Betriebs des Kraftfahrzeugs oder bei einem Unfall vor Beschädigungen zu schützen, werden diese üblicherweise in einer Batteriewanne angeordnet. Die Größe dieser Batteriewanne richtet sich dabei nach der Anzahl der unterzubringenden Energiespeicherelemente sowie nach dem im Fahrzeug zur Verfügung stehenden Einbauraum, weshalb es notwendig ist, dass sie in verschiedenen Größen ausgeführt werden kann. Die Batteriewanne kann Teil eines Gehäuses sein, welches die in der Batteriewanne angeordneten Energiespeicherelemente vollständig umschließt. Das Gehäuse übernimmt derweil beispielsweise die Funktionen des Schutzes der Energiespeicherelemente vor Umwelteinflüssen und gewährt die mechanische Stabilität der gesamten Anordnung während des Betriebs des Kraftfahrzeugs oder bei einem Unfall. Diese Funktionalität muss daher auch von der Batteriewanne als Teil des Gehäuses geleistet werden.
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Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Möglichkeiten zur Anordnung und/oder zur Unterbringung von Energiespeicherelementen in Kraftfahrzeugen bekannt.
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So zeigt z. B. die Druckschrift
DE 10 2008 027 293 A1 eine Vorrichtung zur Kühlung einer Fahrzeugbatterie, bei der eine Mehrzahl von Energiespeicherelementen auf einem flachen, mit Kanälen versehenen Kühlkörper angeordnet werden. Der Kühlkörper kann dabei als ein Strangpressprofil ausgebildet sein, um die Vorrichtung zur Kühlung der Fahrzeugbatterie einfach und kostengünstig herstellbar zu machen. Die Vorrichtung dient vornehmlich der Kühlung der Energiespeicherelemente und nicht ihrer sicheren Einhausung.
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Druckschrift
DE 10 2011 051 627 A1 beschreibt ein Baukastensystem für eine Batterie, bei der in einem Batteriegehäuse Batteriemodule mit verschiedener Größe angeordnet werden, wobei Ausgleichselemente raumfüllend innerhalb des Batteriegehäuses anordenbar sind, um die Größenunterschiede der Batteriemodule untereinander bzw. zwischen Batteriemodul und dem Gehäuse auszugleichen.
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In der Druckschrift
DE 10 2011 107 007 A1 ist eine Anordnung einer Traktionsbatterie für ein Kraftfahrzeug beschrieben, die sich aus mehreren Zellenverbünden von Batteriezellen zusammensetzt, welche an Kühlplatten anschließen, die über einen umlaufenden Rahmen an die Kühlmittelversorgung angeschlossen sind. Durch Aufsetzen eines Abschlussdeckels wird ein Batteriekasten gebildet.
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Druckschrift
DE 10 2012 015 818 A1 offenbart eine Kraftfahrzeugbatterie aus mehreren Batteriemodulen, welche jeweils an Gehäusewänden eines Batteriegehäuses befestigt sind, wobei das Batteriegehäuse aus mindestens zwei übereinander positionierten Gehäusemodulen besteht. Diese Gehäusemodule greifen, wenn sie übereinander positioniert sind, verzahnungsartig ineinander.
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Druckschrift
DE 10 2014 225 845 A1 beschreibt eine Batterieanordnung für ein Kraftfahrzeug, bei der mehrere Batteriezellen in einem Batteriegehäuse angeordnet sind, um eine hohe Betriebssicherheit bei wechselnden Temperaturen und unter wechselnden Druckbedingungen zu gewährleisten. Die innerhalb des Gehäuses angeordneten Batteriezellen werden schalenartig von Wandelementen umschlossen, wobei mindestens ein Wandelement als Hohlprofil ausgebildet ist und über entsprechende Öffnungen den Innenraum des Batteriegehäuses strömungstechnisch mit der Umgebung verbindet.
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In der Druckschrift
DE 10 2015 006 299 B3 wird ein Energiespeicher beschrieben, welcher ein Gehäuse umfasst sowie mehrere fachartige Abschnitte, in denen jeweils wenigstens ein Speichermodul angeordnet ist. An den Trennelementen der fachartigen Abschnitte ist jeweils wenigstens ein Spannelement angeordnet, welches in seiner Spannstellung seitlich an benachbarten Speichermodulen anliegt. Ein festes Anliegen von sich im Betrieb vergrößernden Modulen an den Trennwänden wird durch die Spannelemente somit vermieden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte größenanpassbare Batteriewanne zur Aufnahme von Energiespeicherelementen anzugeben.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Bodenabschnitt und zwei gegenüberliegende Wandabschnitte einstückig aus einem Wannenbauteil gebildet sind und an jeder Stirnfläche des Wannenbauteils eine einen Wandabschnitt bildende Seitenplatte angeordnet ist, wobei jede Seitenplatte an den Bodenabschnitt und die Wandabschnitte des Wannenbauteils anschließt.
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Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, dass durch die Verwendung des Wannenbauteils der Bodenabschnitt und zwei gegenüberliegende Wandabschnitte einstückig gebildet sind und somit abhängig von der Größe des verwendeten Wannenbauteils zur Bildung einer Batteriewanne in beliebiger Größe verwendet werden können. Um umlaufende Wandabschnitte zu erhalten, können dabei an jeder Stirnfläche des Wannenbauteils die jeweils einen Wandabschnitt bildenden Seitenplatten angeordnet werden. Es können folglich Batteriewannen in beliebiger Größe aus nur drei Teilen zusammengesetzt werden. Die von dem Wannenbauteil gebildeten einander gegenüberliegende Wandabschnitte sind dabei an zwei Kanten des Bodenabschnittes angeordnet, beispielsweise können sie entlang von Längsseiten des Bodenabschnittes angeordnet sein, wobei an den querseitigen Stirnflächen des Wannenbauteils jeweils eine Seitenplatte angeordnet wird. Die Seitenplatten können dabei derart an der Stirnfläche angeordnet werden, dass sie sowohl den Bodenabschnitt als auch die Wandabschnitte des Wannenbauteils jeweils zumindest teilweise übergreifen und dadurch das Wannenbauteil an dieser Stirnfläche begrenzen. Alternativ dazu ist es möglich, dass die Seitenplatten auf dem Bodenabschnitt zwischen den zwei Wandabschnitten des Wannenbauteils angeordnet werden, so dass sie an den Bodenabschnitt und diese Wandabschnitte anschließen. Dadurch, dass die Seitenplatten an den Stirnflächen jeweils an dem Bodenabschnitt und an die Wandabschnitte des Wannenbauteils anschließen, weist der Bodenabschnitt umlaufende Wandabschnitte auf, wobei die Seitenplatten je einen Wandabschnitt bilden.
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Für den Bodenabschnitt kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass er eine viereckige, insbesondere eine rechteckige oder eine trapezförmige, Grundfläche aufweist. Die einstückig mit dem Bodenabschnitt durch das Wannenbauteil gebildeten, gegenüberliegenden Wandabschnitte können dabei an beliebigen gegenüberliegenden Kanten der Grundfläche angeordnet sein. Bei einer trapezförmigen Grundfläche bedeutet dies, dass sie sowohl an den parallel verlaufenden Kanten als auch an den unter einem Winkel zueinander verlaufenden Kanten gebildet werden können. An den zwei verbleibenden Kanten wird durch die am Bodenabschnitt und die Wandabschnitte des Wannenbauteils anschließenden Seitenplatten jeweils ein weiterer Wandabschnitt gebildet, wodurch der Bodenabschnitt von randseitig umlaufenden Wandabschnitten begrenzt wird.
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Für einen Wandabschnitt kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass er einen I-förmigen oder L-förmigen Querschnitt aufweist. Wandabschnitte mit einem I-förmigen Querschnitt erstrecken sich dabei nur in eine Richtung, wohingegen Wandabschnitte mit einem L-förmigen Querschnitt einen zusätzlichen, von einer I-förmigen Grundfläche abstehenden Schenkel aufweisen. Dieser Schenkel kann nach außen gerichtet sein und dabei insbesondere parallel zum Bodenabschnitt verlaufen. Der Bodenabschnitt und ein daran anschließender Wandabschnitt können im beliebigen Winkel zueinander stehen, bevorzugt jedoch in einem Winkel von 90°.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Wannenbauteil ein Metallblech ist und/oder dass jede Seitenplatte ein Metallblech oder ein Strangpressprofil ist. Die Wandabschnitte des Wannenbauteils können dabei durch Falten des Metallblechs entlang von Biegelinien gebildet werden. Abhängig von der Form des Querschnitts der Wandabschnitte kann das Metallblech dabei insbesondere an mehreren, parallel zueinander verlaufenden Biegelinien gefaltet werden. Auch die Seitenplatten können aus einem Metallblech bestehen und insbesondere bei Wandabschnitten mit L-förmigen Querschnitt auch durch ein gefaltetes Metallblech gebildet werden. Für das Metallblech für Wannenbauteil und Seitenplatten kann vorgesehen sein, dass es sich um ein Stahlblech oder ein Aluminiumblech mit einer Dicke von 0,5 cm oder weniger handelt. Alternativ dazu ist es möglich, dass die Seitenplatten Strangpressprofile sind, durch deren Profilquerschnitt die Querschnittsform der von den Seitenplatten gebildeten Wandabschnitte bestimmt wird. Die Strangpressprofile können beispielsweise als Aluminiumstrangpressprofile ausgeführt sein.
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Zur Befestigung der Seitenplatten am Wannenbauteil kann vorgesehen sein, dass die Seitenplatten mit dem Bodenabschnitt und/oder den Wandabschnitten, insbesondere durch Verschweißung, Verlötung oder Verklebung, stoffschlüssig und dicht verbunden sind. Durch eine solche Verschweißung, Verlötung oder Verklebung wird die Dichtheit der Verbindungsstellen zwischen Bodenabschnitt und Seitenplatten bzw. zwischen den Wandabschnitten des Wannenbauteils und den Seitenplatten gewährleistet. Der Bodenabschnitt mit den umlaufenden Wandabschnitten bildet somit eine flüssigkeitsdichte Wanne zur Aufnahme von Energiespeicherelementen aus.
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Weiterhin kann vorgesehen sein, dass zwischen den Wandabschnitten und den Seitenplatten Stege zur Bildung einer mehrere Fächer umfassenden Fachstruktur angeordnet sind. Die Stege können dabei z. B. als Querstege und als Längsstege angeordnet werden. Dadurch werden Fächer gebildet, welche seitlich jeweils durch wenigstens einen Steg und/oder, bei randseitigen Fächern, durch die Wandabschnitte der Batteriewanne begrenzt werden. In diesen Fächern kann jeweils wenigstens ein Energiespeicherelement angeordnet werden. Durch durchgängig zwischen den Wandabschnitten der Batteriewanne angeordnete Stege kann weiterhin die mechanische Stabilität der Batteriewanne erhöht werden, da die Stege in diesem Fall die Wandabschnitte gegeneinander versteifen.
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Erfindungsgemäß kann für die Stege vorgesehen sein, dass sie aus Metallblech und/oder Strangpressprofilen sind. Bevorzugt kann dabei vorgesehen sein, dass die Stege aus demselben Material wie das Wannenbauteil und/oder die Seitenplatten sind. Die Stege können an den Bodenabschnitten und/oder den Wandabschnitten der Batteriewanne beispielsweise durch Verschraubung oder durch Verschweißung befestigt werden.
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Für ein erfindungsgemäßes Batteriegehäuse ist vorgesehen, dass es einen Rahmen, einen Deckel sowie eine erfindungsgemäße Batteriewanne umfasst, wobei die Batteriewanne in dem Rahmen angeordnet ist und der Deckel an der Batteriewanne und/oder dem Rahmen befestigt ist. Der Rahmen kann dabei insbesondere als umlaufender Rahmen ausgeführt sein, so dass die in ihn eingesetzte Batteriewanne an allen vier Seiten von dem Rahmen begrenzt ist. Der Rahmen kann beispielsweise aus Metall oder einem Faserverbundwerkstoff gefertigt sein. Eine Befestigung der Batteriewanne am Rahmen kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass die Batteriewanne Wandabschnitte mit L-förmigem Querschnitt aufweist, wobei ein Schenkel des L-förmigen Querschnitts nach außen gerichtet ist, so dass die Batteriewanne durch diesen Schenkel mit dem Rahmen, beispielsweise durch Verschraubung oder Verschweißung, verbunden werden kann. Um die Batteriewanne bzw. das Batteriegehäuse nach oben hin zu verschließen, kann der Deckel aufgesetzt und an der Batteriewanne und/oder dem Rahmen befestigt werden. Diese Befestigung kann bevorzugt durch Verschraubung erfolgen, damit das Innere des Batteriegehäuses durch Entfernen des Deckels zugänglich gemacht werden kann.
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Für ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug ist vorgesehen, dass es ein erfindungsgemäßes, mit Energiespeicherelementen belegtes Batteriegehäuse umfasst. Die Energiespeicherelemente können dabei Batterien, Akkumulatoren oder Kondensatoren sein, deren gespeicherte Energie zum Betrieb eines das Kraftfahrzeug antreibenden Elektromotors verwendet wird.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
- 1 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs,
- 2 eine perspektivische Ansicht eines Wannenbauteils,
- 3 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Batteriewanne,
- 4 eine perspektivische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Batteriewanne,
- 5 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Batteriegehäuses,
- 6 eine perspektivische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Wannenbauteils, sowie
- 7 eine perspektivische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Batteriewanne.
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Das in 1 dargestellte Kraftfahrzeug 1 weist eine Batterie umfassend ein Batteriegehäuse 2 auf, wobei die Batterie über ein elektrisches Verbindungsmittel 3 mit einem als Elektromotor ausgeführten Antriebsmotor 4 des Kraftfahrzeugs 1 verbunden ist. Das Batteriegehäuse 2 ist dabei mit Energiespeicherelementen (nicht dargestellt) belegt, welche Energie zum Betrieb des Antriebsmotors 4 speichern.
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2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Wannenbauteils 5. Das Wannenbauteil 5 umfasst einen Bodenabschnitt 6 sowie zwei gegenüberliegende Wandabschnitte 7. Das Wannenbauteil 5 besteht aus einem Metallblech, beispielsweise ein Stahl- oder Aluminiumblech mit einer Dicke von 0,5 cm oder weniger, wobei der Bodenabschnitt 6 und die Wandabschnitte 7 durch Falten des Wannenbauteils 5 entlang der Biegelinien 8 und 9 erfolgt. Aufgrund des Faltens entlang der Biegelinien 8, 9 weisen die Wandabschnitte 7 ein L-förmiges Querschnittsprofil auf, wobei ein Schenkel 10 des L-förmigen Querschnitts nach außen gerichtet ist. Abhängig von der Größe des Ausgangsbleches vor dem Falten, können verschieden große Wannenbauteile 5 gefertigt werden.
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In 3 ist eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Batteriewanne 11 dargestellt. Diese Batteriewanne 11 besteht aus dem in 2 dargestellten Wannenbauteil 5, wobei an den Stirnflächen des Wannenbauteils jeweils eine Seitenplatte 12 angeordnet ist. Die Seitenplatten 12 schließen dabei direkt an den Bodenabschnitt 6 sowie an die Wandabschnitte 7 des Wannenbauteils 5 an und bilden dadurch zwei weitere Wandabschnitte 23 der Batteriewanne 11. Auch die durch die Stirnplatten 12 gebildeten Wandabschnitte 23 weisen in diesem Ausführungsbeispiel einen L-förmigen Querschnitt auf, wobei die Schenkel 10 des L-förmigen Querschnitts sind nach außen hin gerichtet. Die Seitenplatten 12 können aus gefaltetem Metallblech gefertigt werden, wobei insbesondere das gleiche Material wie für das Wannenbauteil verwendet wird. Alternativ dazu können sie als Strangpressprofile gefertigt werden. Eine Befestigung der Seitenplatten 12 am Wannenbauteil 5 kann dadurch erfolgen, dass eine Seitenplatte entlang der gesamten Kontaktfläche zwischen Seitenplatte 12 und Wandabschnitten 7 sowie Seitenplatte 12 und Bodenabschnitt 6 verschweißt, verlötet oder verklebt wird. Durch eine durchgehende Verschweißung entlang der gesamten Kontaktfläche wird die Dichtigkeit der Batteriewanne 11 entlang den Kontaktflächen zwischen Seitenplatten 12, Bodenabschnitt 6 sowie Wandabschnitten 7 gewährleistet.
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In der in 4 gezeigten, alternativen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Batteriewanne 11 kann die in 3 gezeigte Batteriewanne 11 durch Stege 13, 15 zur Bildung einer mehrere Fächer 14 umfassenden Fachstruktur ergänzt werden. Die Stege 13, 15 sind dabei als Querstege 15 sowie als Längsstege 13 angeordnet. Die Stege können aus Metallblech, insbesondere aus Stahlblech oder Aluminiumblech, bestehen oder als Strangpressprofil gefertigt werden. Abhängig von der Anzahl der verwendeten Stege 13, 15 kann eine beliebige Anzahl an Fächern 14 in der Batteriewanne 11 erzeugt werden, da Längsstege 13 und Querstege 15 in beliebig vielen, bevorzugt jeweils parallel verlaufenden, Reihen angeordnet werden können. Die einzelnen Fächer 14 werden dabei abhängig von ihrer Position in der Fachstruktur von wenigstens zwei Stegen 13, 15 begrenzt sowie gegebenenfalls von den Wandabschnitten 7 des Wannenbauteils 5 und/oder den von den Seitenplatten 12 gebildeten Wandabschnitten 23.
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5 zeigt eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Batteriegehäuses 2. Das Batteriegehäuse 2 umfasst neben der Batteriewanne 11 einen Rahmen 16 sowie einen Deckel 17. Die Batteriewanne 11 weist hierbei Wandabschnitte 7 mit L-förmigem Querschnitt sowie von den Seitenplatten 12 gebildete Wandabschnitte mit L-förmigem Querschnitt auf. Die Schenkel 10 der jeweiligen L-förmigen Querschnitte sind nach außen hin gerichtet, wobei die Batteriewanne 11 durch an den Schenkeln 10 angebrachte Verschraubungen (nicht dargestellt) mit dem Rahmen 16 verbunden werden kann. In den Fächern 14 der von den Stegen 13, 15 gebildeten Fachstruktur sind Energiespeicherelemente 18 angeordnet. Das Batteriegehäuse 2 kann nach oben hin durch den Deckel 17 verschlossen werden, wozu der Deckel 17 über die Verschraubungen 19 am Rahmen 16 befestigt werden kann. Der Deckel 17 sowie der Rahmen 16 können aus einem Faserverbundwerkstoff oder aus Metall bestehen. Durch das Batteriegehäuse 2 werden die beispielsweise als Batterien oder Akkumulatoren ausgeführten Energiespeicherelemente 18 vor äußeren Einflüssen sowie vor Beschädigungen geschützt.
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In 6 ist eine alternative Ausführungsform eines Wannenbauteils 5 dargestellt. In diesem Ausführungsbeispiel umfasst das Wannenbauteil 5 einen Bodenabschnitt 20 mit trapezförmiger Grundfläche. An zwei gegenüberliegenden Seiten der trapezförmigen Grundfläche des Bodenabschnitts 20 ist jeweils ein Wandabschnitt 21 einstückig durch das Wannenbauteil 5 gebildet. Die Wandabschnitte 21 weisen hierbei einen I-förmigen Querschnitt auf und können durch Falten des Wannenbauteils entlang der Biegelinie 22 gebildet werden. Auch in diesem Ausführungsbeispiel kann das Wannenbauteil 5 aus Metallblech bestehen. Alternativ zu dieser Ausführungsform ist es möglich, dass die gegenüberliegenden Wandabschnitte 21 des Wannenbauteils 5 auch an den anderen, parallel verlaufenden Kanten der trapezförmigen Grundfläche des Bodenabschnitts 20 gebildet werden.
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7 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Batteriewanne 11, welche auf dem in 6 gezeigten Wannenbauteil 5 basiert. Anschließend an den Bodenabschnitt 20 sowie an die einstückig vom Wannenbauteil 5 gebildeten Wandabschnitten 21 sind Seitenplatten 12 derart angeordnet, dass sie auf dem Bodenabschnitt 20 aufliegen und seitlich jeweils an den Wandabschnitten 21 anliegen. Die beispielsweise aus Metallblech oder als Strangpressprofil gefertigten Seitenplatten 12 können durch Anschweißen entlang der Kontaktfläche zwischen Seitenplatte 12 und Bodenabschnitt 20 sowie den Wandabschnitten 21 befestigt werden. Zur Bildung einer mehrere Fächer 14 umfassenden Fachstruktur sind die Stege 13, 15 in der Batteriewanne 11 angeordnet. In den Fächern 14 können Energiespeicherelemente angeordnet werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008027293 A1 [0004]
- DE 102011051627 A1 [0005]
- DE 102011107007 A1 [0006]
- DE 102012015818 A1 [0007]
- DE 102014225845 A1 [0008]
- DE 102015006299 B3 [0009]
