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Die Erfindung betrifft eine Energiespeicheranordnung umfassend mehrere Energiespeicherelemente sowie mehrere Stege, welche zur Bildung einer mehrere Fächer umfassenden Fachstruktur angeordnet sind, wobei die Energiespeicherelemente in den Fächern angeordnet sind.
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Energiespeicheranordnungen kommen beispielsweise bei Kraftfahrzeugen mit elektrischem Antrieb zum Einsatz, bei denen Energiespeicherelemente wie Batterien bzw. Akkumulatoren zur Speicherung der für den elektrischen Antrieb benötigten elektrischen Energie dienen. Die Energiespeicheranordnungen müssen dafür so ausgeführt sein, dass sie ihre Energiespeicherelemente während des Betriebs des Kraftfahrzeugs oder bei einem Unfall vor Beschädigungen schützen. Es ist dazu aus dem Stand der Technik bekannt, die Energiespeicherelemente in Fächern anzuordnen, welche von mehreren Stegen gebildet werden. Die Stege dienen dabei zur Aufnahme und zur Weiterleitung von Kräften, die von außen auf die Energiespeicheranordnung einwirken. Die in den Fächern angeordneten Energiespeicherelemente werden dadurch vor Beschädigungen durch die Krafteinwirkung geschützt.
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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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Druckschrift
DE 10 2009 031 127 A1 beschreibt eine Elektroenergiespeichervorrichtung mit einer Mehrzahl von flachen Speicherzellen, welche in Rahmenelementen gehaltert sind. Die Rahmenelemente mit den Zellen werden durch ein Spannmittel zu einem Stapel verspannt. Durch in den Rahmenelementen vorgesehene Aussparungen können Messelemente an die Zellen herangeführt werden.
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Ausgehend vom Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine verbesserte Energiespeicheranordnung anzugeben.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass auf zumindest einem Teil der Stege jeweils wenigstens ein die Seitenflächen des Steges zumindest teilweise umgreifendes Knickschutzelement angeordnet ist, welches an wenigstens einem benachbart angeordneten Energiespeicherelement anliegt.
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Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, dass das Knickschutzelement Beschädigungen des oder der benachbart zu einem Steg angeordneten Energiespeicherelemente bei einer Verformung des Steges auf Grund von auf ihn einwirkenden Kräfte verhindert. Das auf dem Steg angeordnete Knickschutzelement nimmt bei einer Verformung des Steges diese auf und vermeidet einen direkten Kontakt des sich verformenden Steges mit dem Energiespeicherelement. Bevorzugt ist vorgesehen, dass in den Fächern der von den Stegen gebildeten Fachstruktur jeweils ein Energiespeicherelement pro Fach angeordnet ist. Die Form der durch die Stege begrenzten Fächer ist bevorzugt korrespondierend zu der Form der Energiespeicherelemente, um eine bestmögliche Raumnutzung der Energiespeicheranordnung zu erzielen. Es ist vorgesehen, dass zumindest auf einem Teil der Stege jeweils ein Knickschutzelement angeordnet ist, welches die Seitenflächen des Steges ganz oder teilweise umgreift, wobei das Knickschutzelement bevorzugt mit seinem die Seitenflächen umgreifenden Teilen an wenigstens einem benachbarten Energiespeicherelement anliegt. Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass ein Knickschutzelement zu beiden Seiten des Steges jeweils an wenigstens einem benachbarten Energiespeicherelement anliegt. Durch das Anliegen des Knickschutzelementes an wenigstens einem benachbarten Energiespeicherelement ist der Steg an dieser Stelle gegen eine Auslenkung in Richtung der Stegbreite gelagert, wodurch sich die Knicklänge des Steges gegenüber einem Zustand ohne Knickschutz verkleinern kann.
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Für die Stege der Energiespeicheranordnung kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass sie einen Sockelabschnitt, einen Mittelabschnitt sowie einen oberen Abschnitt umfassen, wobei die Stegbreite im Mittelabschnitt geringer ist als die Stegbreite im Sockelabschnitt und die Stegbreite im oberen Abschnitt. Der obere Abschnitt des Steges und der Sockelabschnitt können zum Beispiel mit einer gleichen Stegbreite ausgeführt sein. Auf Grund der geringeren Stegbreite des Mittelabschnitts ist eine Verformung bzw. ein Knicken des Steges in Richtung der Stegbreite bei Belastung des Steges möglich. Ein auf dem Steg angeordnetes Knickschutzelement kann beispielsweise den oberen Abschnitt des Steges umgreifen.
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Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die Länge eines einzelnen auf einem Steg angeordneten Knickschutzelements mindestens die Hälfte und höchstens die gesamte Länge des Stegs beträgt und/oder dass die Länge von mehreren auf einem Steg angeordneten Knickschutzelementen zusammen mindestens die Hälfte und höchstens die gesamte Länge des Steges beträgt. Bei einem Steg, auf dem wenigstens ein Knickschutzelement angeordnet ist, ist folglich mindestens die Hälfte der Länge des Steges durch einen oder mehrere auf dem Steg angeordnete Knickschutzelemente belegt. Es kann auch ein größerer Anteil der Länge des Steges, bis maximal zur gesamten Länge des Steges, durch Knickschutzelemente belegt sein. Mehrere auf einem Steg angeordnete Knickschutzelemente können dabei mit ihren Stirnflächen aneinander anliegen oder beabstandet voneinander auf dem Steg angeordnet sein. Abhängig von der Anordnung und der Länge der Stege kann ein Steg einem oder mehreren Fächer seitlich und/oder entlang seiner Länge zugeordnet sein.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Stege als wenigstens ein Längssteg und als Querstege, welche jeweils an einem oder an zwei Längsstegen anliegen, angeordnet sind, wobei auf dem oder den Längsstegen und den Querstegen jeweils wenigstens ein Knickschutzelement angeordnet ist. Bevorzugt wird dadurch eine Fächerstruktur mit rechteckigen Fächern gebildet. Ein auf einem Längssteg angeordnetes Knickschutzelement kann dabei entlang der Steglänge seitlich an mehreren Energiespeicherelementen anliegen. Es ist insbesondere möglich, dass dieses Knickschutzelement an allen Energiespeicherelementen, welche in den von dem Längssteg begrenzten Fächern angeordnet sind, anliegt. Das Knickschutzelement kann dazu in den Bereichen, in denen die Querstege an dem Längssteg anliegen, seitliche Aussparungen aufweisen, um die Anordnung des Knickschutzelements auf dem Längssteg zu ermöglichen.
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Für ein Knickschutzelement kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass es einen U-förmigen oder C-förmigen Querschnitt aufweist. Die im Querschnitt U-förmigen bzw. C-förmigen Knickschutzelemente können dabei jeweils mit der Öffnung der Querschnittsform auf den Steg gesetzt werden, so dass die Schenkel der U-Form bzw. der C-Form des Querschnitts die Seitenflächen des Steges zumindest teilweise umgreifen. Bereichsweise können Aussparungen in den Schenkeln des U-förmigen oder C-förmigen Querschnitts vorgesehen sein, so dass ein Aufliegen des Knickschutzelements auf einem Steg auch in Bereichen möglich ist, an denen weitere, beispielsweise quer zu dem Steg verlaufende, Stege an den Steg mit dem Knickschutzelement anschließen.
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Für ein Knickschutzelement kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass es aus Kunststoff, insbesondere aus einem faserverstärkten Kunststoff oder einem Polyamid, besteht. Durch die Verwendung eines Kunststoffmaterials können Knickschutzelemente in einfacher Weise in verschiedenen Längen und Querschnittsformen gefertigt werden.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Stege aus Strangpressprofilen oder aus Metallblech, insbesondere aus Stahlblech oder Aluminiumblech, gefertigt sind. Die Stege können dabei einstückig als Strangpressprofil, beispielsweise als Aluminiumstrangpressprofil, mit entsprechender Länge gefertigt werden. Alternativ dazu können die Stege auch durch Falten eines Metallblechs oder durch mehrere, gefaltete und aneinander befestigte Metallbleche gebildet werden. Eine Befestigung von mehreren ein Steg bildenden Metallblechen kann beispielsweise durch Verschweißung, Verschraubung oder Vernietung erfolgen.
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Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die Energiespeicherelemente jeweils von einem Elementgehäuse umschlossen sind, wobei das Knickschutzelement mit wenigstens einer in Steglängsrichtung verlaufenden Seitenfläche an wenigstens einem Elementgehäuse anliegt. Ein Elementgehäuse umschließt dabei das Innere eines Energiespeicherelements, beispielsweise die Zellen einer Batterie bzw. eines Akkumulators. Die Elementgehäuse können beispielsweise aus Metallblech oder Kunststoff gefertigt sein. Bevorzugt liegt das Knickschutzelement zu beiden Seiten mit je einer in Steglängsrichtung verlaufenden Seitenfläche an wenigstens einem Elementgehäuse eines benachbart angeordneten Energiespeicherelements an.
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Weiterhin kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass die Elementgehäuse jeweils aus einem Material bestehen, welches härter ist als das Material benachbarter Knickschutzelemente. Dadurch wird eine Verformung des Elementgehäuses bei einer Verformung des Steges auf Grund von auf den Steg einwirkender Kräfte zunächst durch eine Verformung des Knickschutzes verhindert. Beispielsweise können Elementgehäuse aus Metallblech und Knickschutzelemente aus Kunststoff verwendet werden, um den Unterschied in der Härte der Materialien zu erhalten.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Energiespeicheranordnung ein Gehäuse mit wenigstens einem Bodenelement umfasst, auf dem die Energiespeicherelemente und die Stege angeordnet sind, wobei das Bodenelement die Fläche an einer Unterseite begrenzt. Das Bodenelement kann beispielsweise an einem Rahmen befestigt sein, welcher die auf dem Bodenelement angeordneten Stege bzw. die von den Stegen gebildete Fachstruktur seitlich umschließt. Randseitige Fächer der Fachstruktur können dabei neben einer Begrenzung durch einen oder mehrere Stege auch teilweise durch den Rahmen begrenzt sein. Alternativ dazu kann es sich bei dem Bodenelement um einen Bodenabschnitt einer Batteriewanne handeln, in der die Stege bzw. die durch die Stege gebildete Fachstruktur angeordnet sind. In diesem Fall können randseitige Fächer der Fachstruktur seitlich teilweise von Wandabschnitten von der Batteriewanne begrenzt werden. Alternativ dazu ist es in beiden genannten Fällen auch möglich, dass alle Fächer der Fachstruktur zu allen Seiten jeweils von Stegen begrenzt sind.
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Für ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug ist vorgesehen, dass es eine erfindungsgemäße Energiespeicheranordnung umfasst. Die Energiespeicherelemente der Energiespeicheranordnung können in diesem Fall beispielsweise zur Speicherung von für einen elektrischen Antrieb des Kraftfahrzeugs benötigter elektrischer Energie dienen. Als Energiespeicherelemente können beispielsweise Batterien bzw. Akkumulatoren oder Kondensatoren verwendet werden.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
- 1 eine schematische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs,
- 2 eine geschnittene Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Energiespeicheranordnung,
- 3 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Energiespeicheranordnung,
- 4 eine Aufsicht auf ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Energiespeicheranordnung, sowie
- 5 eine Aufsicht auf ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Energiespeicheranordnung.
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Das in 1 dargestellte Kraftfahrzeug 1 weist eine Energiespeicheranordnung 2 auf, welche über elektrische Verbindemittel 3 mit einem als Elektromotor ausgeführten Antriebsmotor 4 des Kraftfahrzeugs 1 verbunden ist. Innerhalb der Energiespeicheranordnung 2 befinden sich beispielsweise als Batterien oder als Akkumulatoren ausgeführte Energiespeicherelemente (hier nicht dargestellt), welche Energie für den Betrieb des Antriebsmotors 4 des Kraftfahrzeugs 1 speichern.
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In 2 ist eine geschnittene Seitenansicht eines Ausschnitts einer erfindungsgemäßen Energiespeicheranordnung dargestellt. Ein Knickschutz 5 ist dabei auf einem aus zwei Teilen 6 gebildeten Steg 7 angeordnet. Der Steg umfasst dabei einen oberen Abschnitt 8, einen Mittelabschnitt 9 sowie einen Sockelabschnitt 10, wobei der Mittelabschnitt 9 eine geringere Stegbreite aufweist als der obere Abschnitt 8 und der Sockelabschnitt 10. Die jeweilige Breite der Abschnitte 8, 9, 10 des Steges 7 wird durch die Form der Teile 6 bestimmt. Die Teile 6, aus denen der Steg 7 gebildet ist, können beispielsweise aus entsprechend gebogenem Metallblech bestehen, wobei die Teile 6 beispielsweise durch Verschraubung, Verschweißung oder Vernietung aneinander zur Bildung des Steges 7 befestigt sind. Das Knickschutzelement weist einen U-förmigen Querschnitt auf, wobei Schenkel 11 des U-förmigen Querschnitts den oberen Abschnitt 8 des Steges 7 seitlich umgreifen. Über die Schenkel 11 seines U-förmigen Querschnitts liegt das Knickschutzelement 5 an benachbart angeordneten Energiespeicherelementen 12 an. Die Energiespeicherelemente 12 können von einem Elementgehäuse umgeben sein, welches beispielsweise aus Metallblech besteht. Das Knickschutzelement 5 kann in diesem Ausführungsbeispiel aus einem Kunststoff, beispielsweise aus einem Polyamid, bestehen, so dass es eine geringere Härte aufweist als die Gehäuse der Energiespeicherelemente 12. Bei einer Verformung bzw. bei einem Abknicken des Steges 7 sind die Energiespeicherelemente 12 durch das Knickschutzelement 5 vor Beschädigungen aufgrund des abknickenden Steges 7 geschützt. Eine Befestigung des Steges 7, beispielsweise an anderen Stegen der Energiespeicheranordnung 2, kann über seine Stirnflächen durch Verschweißung, Verschraubung, Vernietung oder Verklebung erfolgen. Zusätzlich dazu kann der Steg 7 mit seinem Sockelabschnitt 10 an einem Bodenelement 13 der Energiespeicheranordnung 2 befestigt werden, wobei auch diese Befestigung beispielsweise durch Verschraubung, Verschweißung, Vernietung oder Verklebung erfolgen kann.
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In 3 ist eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Energiespeicheranordnung 2 dargestellt. Die Stege 7 sind in diesem Ausführungsbeispiel als Querstege angeordnet. Zusätzlich dazu umfasst die Energiespeicheranordnung 2 einen Längssteg 14. Auf den als Querstege angeordneten Stegen 7 ist jeweils ein Knickschutzelement 5 angeordnet und auf dem Längssteg 14 ein Knickschutzelement 15. Die durch die Stege 7, 14 gebildete Fachstruktur ist seitlich von einem Rahmen 16 umschlossen und umfasst mehrere Fächer 17 mit rechteckigem Querschnitt. In jedem der Fächer 17 ist ein Energiespeicherelement 12 angeordnet. Das Knickschutzelement 15 des Längssteges 14 liegt dabei entlang der Steglänge des Längssteges 14 an mehreren Energiespeicherelementen 12 seitlich an. In den Bereichen, an denen die als Querstege angeordneten Stege 5 jeweils an dem Längssteg 14 anliegen, weist das Knickschutzelement 15 jeweils eine Aussparung 18 auf, so dass das Knickschutzelement 15 bündig auf dem Längssteg 14 aufliegen kann.
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In 4 ist eine Aufsicht auf ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Energiespeicheranordnung 2 dargestellt. Die Energiespeicheranordnung 2 umfasst dabei mehrere Längsstege 14, zwischen denen die Stege 7 als Querstege angeordnet sind, so dass mehrere Fächer 17 ausgebildet werden. In jedem der Fächer 17 ist dabei ein Energiespeicherelement 12 angeordnet. Auf den Stegen 7 ist jeweils ein Knickschutzelement 5 angeordnet. Auf den Längsstegen 14 sind jeweils mehrere Knickschutzelemente 5 derart angeordnet, dass die Knickschutzelemente 5 jeweils seitlich an die in den jeweils benachbarten Fächern 17 angeordneten Energiespeicherelemente 12 anliegen. Die Knickschutzelemente 5 weisen eine solche Länge auf, dass mindestens die Hälfte der Steglänge der Längsstege 14 bzw. der als Querstege angeordneten Stege 7 von einem oder mehreren Knickschutzelementen 5 bedeckt ist.
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In 5 ist eine Aufsicht auf ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Energiespeicheranordnung 2 dargestellt. In diesem Ausführungsbeispiel sind auf den Längsstegen 14 und den als Querstegen angeordneten Stegen 7 jeweils mehrere Knickschutzelemente 5 so angeordnet, dass an jede Seite der in den Fächern 17 angeordneten Energiespeicherelemente 12 jeweils zwei Knickschutzelemente 5 anliegen. Die an einer Seite eines Energiespeicherelements 12 anliegenden Knickschutzelemente 5 sind dabei auf den Längsstegen 14 bzw. den Stegen 7 beabstandet voneinander angeordnet. Alternativ können zu jeder Seite eines Energiespeicherelements 12 auch mehr als die hier dargestellten zwei Knickschutzelemente 5 angeordnet werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015006299 B3 [0003]
- DE 102009031127 A1 [0004]
