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Die Erfindung betrifft eine Energiespeicheranordnung mit wenigstens einem Energiespeichermodul gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zum Herstellen der Energiespeicheranordnung.
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Eine Traktionsbatterie wird in einem Elektro- oder in einem Hybridfahrzeug verwendet, um einen elektrischen Antrieb mit Energie zu versorgen. Die Traktionsbatterie weist dabei mehrere Batteriemodule auf, in denen einzelne Batteriezellen parallel oder in der Reihe zu dem jeweiligen Batteriemodul verschaltet sind. Bei der Stromerzeugung wird in den Batteriemodulen Wärme erzeugt, die abgeführt werden muss. Insbesondere müssen die einzelnen Batteriezellen in dem Batteriemodul ausreichend gekühlt werden. Dazu sind die einzelnen Batteriezellen zwischen wärmeableitenden und üblicherweise metallischen Platten angeordnet, so dass das Batteriemodul im Wesentlichen ein aus den Batteriezellen und den wärmeableitenden Platten alternierender ist. Zum Kühlen des Batteriemoduls und der einzelnen Batteriezellen sind die wärmeableitenden Platten an einer durch ein Kühlmittel durchfließbaren Kühlungsplatte kraft- oder stoffschlüssig festgelegt. Traktionsbatterien mit derartigen Batteriemodulen sind beispielsweise aus
DE 2012 101 141 A1 und
EP 2 200 109 B1 bekannt.
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Bei den kraftschlüssig an der Kühlungsplatte festgelegten wärmeableitenden Platten müssen zum Reduzieren des thermischen Widerstands zwischen den wärmeableitenden Platten und der Kühlungsplatte zusätzliche wärmeleitende Interfacematerialien - beispielsweise Pasten oder Folien - angeordnet werden. Da die Interfacematerialien im Vergleich zu den wärmeableitenden Platten einen mehrmals höheren thermischen Widerstand aufweisen, können die einzelnen Batteriezellen in dem Batteriemodul nicht ausreichend gekühlt werden. Ferner werden dadurch der Herstellungsaufwand sowie die Gesamtkosten des Batteriemoduls erhöht. Bei den stoffschlüssig an der Kühlungsplatte festgelegten wärmeableitenden Platten weist der Stapel des Batteriemoduls eine hohe Steifigkeit auf, so dass bei einer Wärmeausdehnung der Batteriezellen irreparable Schaden in dem Batteriemodul entstehen können.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Energiespeicheranordnung sowie ein Verfahren zum Herstellen der Energiespeicheranordnung bereitzustellen, bei denen die genannten Nachteile überwunden werden.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, in einer Energiespeicheranordnung mit wenigstens einem Energiespeichermodul ein besseres Kühlen ohne ein Erhöhen der Steifigkeit des Energiespeichermoduls zu erzielen. Das wenigstens eine Energiespeichermodul weist dabei mehrere Wärmeleitplatten auf, wobei die jeweiligen Wärmeleitplatten parallel zueinander angeordnet sind und zwischen den jeweils zwei Wärmeleitplatten eine Aufnahmetasche gebildet ist. In der jeweiligen Aufnahmetasche ist jeweils ein Energiespeicherelement beidseitig an den jeweiligen Wärmeleitplatten anliegend angeordnet und die mehreren Wärmeleitplatten sind senkrecht an einer flächigen Kühlungsanordnung angeordnet. Erfindungsgemäß weist die Kühlungsanordnung wenigstens ein durch ein Kühlmittel durchfließbares Kühlungsrohr auf und die jeweilige Wärmeleitplatte ist zumindest einseitig an dem wenigstens einen Kühlungsrohr stoffschlüssig festgelegt.
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Durch das stoffschlüssige Festlegen der jeweiligen Wärmeleitplatte an dem wenigstens einen Kühlungsrohr der Kühlungsanordnung kann das Kühlen der Wärmeleitplatten und folglich der jeweiligen zwischen den Wärmeleitplatten in den Aufnahmetaschen angeordneten Energiespeicherelemente verbessert werden. Das wenigstens eine Kühlungsrohr kann im Vergleich zu einer Kühlungsplatte senkrecht zu seiner Längsachse elastisch verformt werden, so dass bei einer Wärmeausdehnung der Energiespeicherelemente irreparable Schaden in dem Energiespeichermodul vermieden werden. Die Kühlungsanordnung kann dabei beispielsweise aus Aluminium gelötet und vorgefertigt sein und sowohl ein Kühlungsrohr als auch mehrere geprägte oder extrudierte Kühlungsrohre aufweisen. Um das Energiespeichermodul besser zu kühlen, ist ferner vorgesehen, dass die Wärmeleitplatten beidseitig jeweils an wenigstens einem Kühlungsrohr der Kühlungsanordnung stoffschlüssig festgelegt sind.
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Eine stoffschlüssige Verbindung liegt dann vor, wenn die Verbindungspartner durch atomare oder molekulare Kräfte zusammengehalten werden. Stoffschlüssige Verbindungen sind gleichzeitig nicht lösbare Verbindungen, insoweit, als dass sich diese Verbindungen nur durch Zerstörung der Verbindungsmittel trennen lassen. Stoffschlüssige Verbindungen sind insbesondere Lötverbindungen, Schweißverbindungen, Klebverbindungen und Vulkanisationsverbindungen. Die genannten Verbindungsmittel sind dann die dabei gegebenenfalls zum Einsatz kommenden Lötmittel, Schweißmittel, Klebstoffe und Vulkanisierungsstoffe.
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Bei einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung ist vorgesehen, dass die jeweilige Wärmeleitplatte an dem wenigstens einen Kühlungsrohr durch ein Laserschweißen stoffschlüssig festgelegt ist. Durch das Laserschweißen kann eine stoffschlüssige Verbindung der jeweiligen Wärmeleitplatte mit dem wenigstens einen Kühlungsrohr aufwandreduziert hergestellt werden. Dadurch werden zum einen die Herstellungskosten der Energiespeicheranordnung reduziert und zum anderen ein sicheres und dauerhaftes Festlegen der Wärmeleitplatten ohne ein Erhöhen des thermischen Widerstandes zwischen der jeweiligen Wärmeleitplatte und dem wenigstens einen Kühlungsrohr der Kühlungsanordnung ermöglicht.
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Dabei ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass eine Dicke der jeweiligen Wärmeleitplatte zumindest in einem Stoffschlussbereich einer Dicke des entsprechenden Kühlungsrohrs entspricht. Der Stoffschlussbereich ist dabei als ein Bereich auf dem wenigstens einen Kühlungsrohr definiert, an dem die jeweilige Wärmeleitplatte stoffschlüssig festgelegt ist. Zweckgemäß erstreckt sich der Stoffschlussbereich entlang der Längsachse des wenigstens einen Kühlungsrohrs über die gesamte Breite der jeweiligen an dem wenigstens einen Kühlungsrohr stoffschlüssig festgelegten Wärmeleitplatte.
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Um ein positionssicheres Anordnen der jeweiligen Wärmeleitplatte an dem wenigstens einen Kühlungsrohr zu ermöglichen, ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass die jeweilige Wärmeleitplatte eine der Kühlungsanordnung zugewandte Anschlagabkröpfung aufweist, die an dem wenigstens einen Kühlungsrohr einen Anschlag für die jeweilige Wärmeleitplatte bildet. Durch die Anschlagabkröpfung ist die jeweilige Wärmeleitplatte an dem Kühlungsrohr positionssicher angeordnet und stoffschlüssig festgelegt. Zusätzlich kann die Anschlagabkröpfung die Energiespeicherelemente bei dem stoffschlüssigen Festlegen schützen. Insbesondere verhindert die Anschlagabkröpfung bei dem Laserschweißen ein Auftreffen des Laserstrahls auf das jeweilige Energiespeicherelement und dadurch auch seine Beschädigung. Alternativ oder zusätzlich kann das jeweilige Energiespeicherelement auch ein Kunststoffgehäuse aufweisen. Bevorzugt ist das Kunststoffgehäuse durch ein Umspritzen des jeweiligen Energiespeicherelements hergestellt. Das Kunststoffgehäuse kann zweckgemäß das Energiespeicherelement ummanteln und dieses vor einer Beschädigung schützen. Insbesondere kann das Kunststoffgehäuse ein Auftreffen des Laserstrahls auf das Energiespeicherelement bei dem Laserschweißen vorteilhaft verhindern.
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Vorteilhafterweise weist die jeweilige Wärmeleitplatte eine hohe Wärmeleitfähigkeit auf und besteht aus Aluminium oder aus einer Aluminiumlegierung oder aus Graphit oder aus Graphen oder aus einem wärmeleitenden Verbundmaterial. Die Wärmeleitplatten können dabei sowohl eine isotrope als auch eine anisotrope Wärmeleitfähigkeit aufweisen. Bei einer derartig ausgestalteten Wärmeleitplatte kann die in den Energiespeicherelementen erzeugte Wärme besser zu der Kühlungsanordnung geleitet und abgegeben werden.
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Bei einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Energiespeicheranordnung ist vorgesehen, dass das jeweilige Energiespeicherelement zwei Energiespeichereinheiten aufweist, die durch ein plattenförmiges Federelement voneinander getrennt sind. Die beiden Energiespeichereinheiten liegen folglich jeweils einseitig an einer der Wärmeleitplatten und andersseitig an dem plattenförmigen Federelement an. Die in den Energiespeichereinheiten erzeugte Wärme wird folglich durch die einseitig anliegenden Wärmeleitplatten an die Kühlungsanordnung geleitet und abgegeben. Durch das plattenförmige Federelement liegt die jeweilige Energiespeichereinheit vollflächig an der jeweiligen Wärmeleitplatte an und der thermische Widerstand zwischen der jeweiligen Energiespeichereinheit und der jeweiligen Wärmeleitplatte wird reduziert. Dadurch kann die in den Energiespeichereinheiten erzeugte Wärme besser an die Wärmeleitplatten abgegeben werden. Das plattenförmige Federelement ist zweckgemäß dauerelastisch, so dass die Fertigungstoleranzen und die durch die Wärmeausdehnung der Wärmeleitplatten und der Energiespeichereinheiten entstehenden Toleranzen auch nach mehrmaligen Temperaturschwankungen ausgeglichen sind.
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Um das Federelement in dem Energiespeicherelement festzulegen, ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass das Federelement beidseitig jeweils eine Haftschicht aufweist, durch die das Federelement beidseitig an den jeweiligen Energiespeichereinheiten stoffschlüssig festgelegt ist. Die Haftschicht kann beispielsweise eine Klebeschicht sein, die ein dauerhaftes Festlegen des Federelements in dem Energiespeicherelement ermöglicht und ein Verschieben des Federelements an den Energiespeichereinheiten verhindert.
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Vorteilhafterweise ist ferner vorgesehen, dass das Energiespeicherelement wenigstens eine elektrisch isolierende Beschichtung aufweist, die zwischen der jeweiligen Wärmeleitplatte und der jeweiligen Energiespeichereinheit angeordnet ist. Die Beschichtung ist elektrisch isolierend und kann insbesondere bei den elektrisch leitenden Wärmeleitplatten vorgesehen sein, um eine Stromleckage von der Energiespeichereinheit in die jeweilige Wärmeleitplatte und zu der Kühlungsanordnung zu verhindern. Die Beschichtung kann beispielsweise eine dünne Kunststofffolie sein, durch die die Energiespeichereinheit elektrisch von der jeweiligen Wärmeleitplatte isoliert wird. Alternativ kann die elektrisch isolierende Beschichtung auch eine Laminierung sein, die auf die Wärmeleitplatte und/oder auf die jeweilige Energiespeichereinheit in einem Beschichtungsverfahren aufgetragen ist. Vorteilhafterweise kann die Beschichtung auch eine Klebeschicht mit elektrisch isolierenden Eigenschaften sein, durch die die jeweilige Energiespeichereinheit von der jeweiligen Wärmeleitplatte elektrisch isoliert und zusätzlich an der jeweiligen Wärmeleitplatte festgelegt wird.
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Um die Energiespeichereinheit an der jeweiligen Wärmeleitplatte festlegen zu können, ist vorgesehen, dass die elektrisch isolierende Beschichtung beidseitig jeweils eine Haftschicht aufweist, durch die die elektrisch isolierende Beschichtung an der jeweiligen Energiespeichereinheit und an der jeweiligen Wärmeleitplatte stoffschlüssig festgelegt ist. Die Haftschicht kann beispielsweise eine Klebeschicht sein, durch die die elektrisch isolierende Beschichtung - und insbesondere eine Beschichtung in Form einer Kunststofffolie - an der jeweiligen Energiespeichereinheit und der jeweiligen Wärmeleitplatte festgelegt werden kann. Durch die Haftschichten auf der elektrisch isolierenden Beschichtung werden auch die Energiespeichereinheit und das gesamte Energiespeicherelement in der durch die benachbarten Wärmeleitplatten gebildeten Aufnahmetasche festgelegt und ein unerwünschtes Verschieben des Energiespeicherelements in der Aufnahmetasche vorteilhaft verhindert.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Energiespeicheranordnung ist vorgesehen, dass das wenigstens eine Energiespeichermodul eine Verspannanordnung aufweist, durch die ein durch die Wärmeleitplatten und die Energiespeicherelemente gebildeter Stapel in Stapelrichtung verspannt ist. In dem in Stapelrichtung verspannten Stapel weisen die Wärmeleitplatten einen definierten Abstand zueinander auf und ein vollflächiges Anliegen der Energiespeicherelemente an den Wärmeleitplatten ist sichergestellt. Dadurch kann die in den Energiespeicherelementen erzeugte Wärme besser zu den jeweiligen Wärmeleitplatten und zu der Kühlungsanordnung abgeleitet und die jeweiligen Energiespeicherelemente besser gekühlt werden.
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Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass die Verspannanordnung zwei in Stapelrichtung an dem Stapel anliegende Spannplatten aufweist, wobei die Spannplatten durch wenigstens einen Spanngurt und/oder durch einen Deckel und einen Boden miteinander verspannt sind. Die Spannplatten liegen dabei zweckgemäß an den jeweiligen den Stapel schließenden Wärmeleitplatten oder an den jeweiligen den Stapel schließenden Energiespeicherelementen großflächig an, so dass ein Verspannen des Stapels durch die Spannplatten in Stapelrichtung möglich ist. Durch die Spannplatten wird die Spannkraft gleichmäßig und großflächig auf die Wärmeleitplatten und die Energiespeicherelemente in dem Stapel ausgeübt, so dass ein unerwünschtes Verzerren der Wärmeleitplatten und eine Beschädigung der üblicherweise wenig elastischen Energiespeicherelemente vorteilhaft verhindert werden. Bevorzugt bestehen die Spannplatten aus einem Kunststoffmaterial.
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Die beiden Spannplatten können beispielsweise durch den wenigstens einen Spanngurt miteinander verspannt werden. Um dabei ein gleichmäßiges Verspannen zu ermöglichen, können auf den beiden Spannplatten beispielsweise abgerundete Kanten sowie Auflageflächen für den wenigstens einen Spanngurt vorgesehen sein. Zusätzlich kann dadurch auch ein unerwünschtes seitliches Verschieben des Spanngurts an den beiden Spannplatten verhindert werden. Alternativ oder zusätzlich können die beiden Spannplatten durch den Deckel und den Boden miteinander verspannt sein. Der Deckel und der Boden sind dabei zweckgemäß entlang der Stapelrichtung und senkrecht zu den beiden Spannplatten einander gegenüberliegend angeordnet. Sowohl an dem Deckel als auch an dem Boden kann dabei jeweils beidseitig eine Festlegeinheit vorgesehen sein, durch die die beiden Spannplatten an dem Boden und an dem Deckel kraft- oder formschlüssig festgelegt sind. Die Festlegeinheit kann beispielsweise in Form einer Schraubenverbindung oder einer Nut-Feder-Verbindung realisiert sein. Durch die Festlegeinheiten in dem Boden und in dem Deckel kann auch die endgültige Stapellänge definiert werden.
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Um das Energiespeichermodul in der Energiespeicheranordnung für die Montage zeitweilig anordnen zu können, ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass die Spannplatten jeweils wenigstens einen Federrasthacken aufweisen, durch den das jeweilige Energiespeichermodul in einem Gehäuse lösbar festlegbar ist. Durch den Federrasthacken ist das Energiespeichermodul lösbar und zugänglich in dem Gehäuse festlegbar, so dass eine Montage an dem Energiespeichermodul vorgenommen werden kann. So kann insbesondere ein Verschalten des jeweiligen Energiespeichermoduls mit anderen Energiespeichermodulen oder mit einer externen fluidischen und/oder elektrisch leitenden und/oder datenleitenden Komponente erfolgen.
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Zum dauerhaften Festlegen des wenigstens einen Energiespeichermoduls in dem Gehäuse ist vorgesehen, dass die Spannplatten jeweils wenigstens eine Formschlussnase aufweisen, durch die das jeweilige Energiespeichermodul in einem Gehäuse in einer der Formschlussnase komplementären Ausnehmung kraftschlüssig festlegbar ist. Durch die Formschlussnase kann das Energiespeichermodul beispielsweise nach einem Verschalten des jeweiligen Energiespeichermoduls mit anderen Energiespeichermodulen oder mit einer externen fluidischen und/oder elektrisch leitenden und/oder datenleitenden Komponente dauerhaft in dem Gehäuse festgelegt werden.
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Bei der vorteilhaften Ausgestaltung der Kühlungsanordnung ist vorgesehen, dass die Kühlungsanordnung wenigstens ein in Stapelrichtung angeordnetes Sammelrohr aufweist, in das das wenigstens eine Kühlungsrohr einmündet und dass ein Einlassstutzen und ein Auslassstutzen an wenigstens einem Sammelrohr fluidleitend festgelegt sind. Bevorzugt weist die Kühlungsanordnung mehrere Kühlungsrohre, wobei an jedem der Kühlungsrohre jeweils eine der Wärmeplatten oder jeweils zwei Wärmeplatten gegenüberliegend und parallel zueinander stoffschlüssig festgelegt sind. Die jeweiligen Kühlungsrohre münden beidseitig in die gemeinsame entlang der Stapelrichtung angeordnete Sammelrohre und der Einlassstutzen und der Auslassstutzen an einem der Sammelrohre ermöglichen ein Durchfließen des Kühlmittel - wie beispielsweise Wasser - durch die beiden Sammelrohr und die jeweiligen Kühlungsrohre.
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Um die Energiespeicheranordnung platzsparend auszugestalten, ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass Längsachsen des Einlassstutzens und des Auslassstutzens senkrecht zu Stapelrichtung sind und dass die Einlassstutzen und die Auslassstutzen zweier zueinander gespiegelt angeordneten Energiespeichermodule eine gemeinsame zu Stapelrichtung und zu der jeweiligen Längsachsen senkrechte Gerade senkrecht schneiden. Auf diese Weise können die beiden benachbarten Energiespeichermodule platzsparend in der Energiespeicheranordnung angeordnet und dadurch auch die Energiespeicheranordnung kompakt ausgestaltet werden.
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Insgesamt kann in der erfindungsgemäßen Energiespeicheranordnung durch das stoffschlüssige Festlegen der jeweiligen Wärmeleitplatte an dem wenigstens einen Kühlungsrohr der Kühlungsanordnung das Kühlen der Wärmeleitplatten und folglich der jeweiligen zwischen den Wärmeleitplatten in den Aufnahmetaschen angeordneten Energiespeicherelemente verbessert werden. Zusätzlich weist die erfindungsgemäße Energiespeicheranordnung im Vergleich zu herkömmlichen Energiespeicheranordnungen eine geringere Steifigkeit aus, so dass bei einer Wärmeausdehnung der Energiespeicherelemente und der Wärmeleitplatten irreparable Schaden an dem Energiespeichermodul verhindert werden. Ferner weist die erfindungsgemäße Energiespeicheranordnung einen reduzierten Bauraumbedarf auf und kann platzsparend in einem Elektro- oder Hybridfahrzeug angeordnet werden.
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Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Herstellen der oben beschriebenen Energiespeicheranordnung. Das Verfahren umfasst dabei ein Formen eines Stapels aus sich alternierenden Energiespeicherelementen und Wärmeleitplatten; ein Anordnen der Wärmeleitplatten senkrecht an einer flächigen Kühlungsanordnung mit wenigstens einem Kühlungsrohr und ein stoffschlüssiges Festlegen der jeweiligen Wärmeleitplatten an dem wenigstens einen Kühlungsrohr.
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Vorteilhafterweise ist dabei vorgesehen, dass bei dem stoffschlüssigen Festlegen die jeweiligen Wärmeleitplatten an dem wenigstens einen Kühlungsrohr durch ein Laserschweißen festgelegt werden. Durch das Laserschweißen können die Herstellungskosten der Energiespeicheranordnung vorteilhaft reduziert werden und die jeweiligen Wärmeleitplatten aufwandreduziert an dem wenigstens einen Kühlungsrohr festgelegt werden.
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Um die Energiespeicherelemente insbesondere bei dem Laserschweißen nicht zu beschädigen, ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass vor oder nach dem Formen des Stapels an den jeweiligen Wärmeleitplatten eine der Kühlungsanordnung zugewandte Anschlagabkröpfung geformt wird und dass bei dem Anordnen der Wärmeleitplatten an der Kühlungsanordnung die Anschlagabkröpfung an dem wenigstens einem Kühlungsrohr anliegend angeordnet wird. Durch die Anschlagabkröpfung kann insbesondere bei dem Laserschweißen ein Auftreffen des Laserstrahls auf das jeweilige Energiespeicherelement und eine Beschädigung des jeweiligen Energiespeicherelements vermieden werden. Zusätzlich kann der geformte Stapel positionssicher an dem wenigstens einen Kühlungsrohr der Kühlungsanordnung angeordnet und stoffschlüssig festgelegt werden, wodurch die Fertigungstoleranzen vorteilhafterweise minimiert werden.
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Um das dauerhafte Anliegen der Wärmeleitplatten an den jeweiligen Energiespeicherelementen zu sichern, ist vorgesehen, dass vor dem Anordnen der Wärmeleitplatten an der Kühlungsanordnung der Stapel durch zwei an dem Stapel in Stapelrichtung anliegenden Spannplatten mittels einer Verspannungsvorrichtung zeitweilig verspannt wird. Durch die Verspannungsvorrichtung wird folglich der Stapel auf eine definierte Stapellänge reduziert, so dass die Wärmeleitplatten an dem wenigstens einen Kühlungsrohr der Kühlungsanordnung positionssicher festgelegt werden können. Ferner ist vorgesehen, dass nach dem stoffschlüssigen Festlegen der jeweiligen Wärmeleitplatten der Stapel durch wenigstens einen Spanngurt und/oder durch einen Deckel und einen Boden verspannt wird und dass nach dem Verspannen des Stapels mit dem wenigstens einen Spanngurt und/oder mit dem Deckel und dem Boden die Verspannungsvorrichtung von dem Stapel gelöst wird.
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Insgesamt kann durch das erfindungsgemäße Verfahren die Energiespeicheranordnung aufwandreduziert und kostensparend hergestellt werden.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
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Es zeigen, jeweils schematisch
- 1 eine Ansicht einer erfindungsgemäßen Energiespeicheranordnung mit einem Energiespeichermodul;
- 2 eine Ansicht einer erfindungsgemäßen Energiespeicheranordnung mit einem Energiespeichermodul;
- 3 eine weitere Ansicht der in 2 gezeigten Energiespeicheranordnung mit einem Energiespeichermodul;
- 4 eine Ansicht einer erfindungsgemäße Energiespeicheranordnung mit zwei gespiegelt zueinander angeordneten Energiespeichermodulen;
- 5 bis 10 einzelne Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung der in 1 gezeigten Energiespeicheranordnung mit einem Energiespeichermodul.
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1 zeigt eine Ansicht einer erfindungsgemäßen Energiespeicher-anordnung 1 mit einem Energiespeichermodul 2. Das Energiespeichermodul 2 weist mehrere Wärmeleitplatten 3 auf, die parallel zueinander angeordnet sind. Zwischen den jeweils zwei Wärmeleitplatten 3 ist eine Aufnahmetasche 4 gebildet, in der jeweils ein Energiespeicherelement 5 beidseitig an den jeweiligen Wärmeleitplatten 3 anliegend angeordnet ist. Die alternierenden Wärmeleitplatten 3 und die Energiespeicherelemente 5 sind in Stapelrichtung 6 gestapelt und bilden einen Stapel 7.
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Die Wärmeleitplatten 3 sind senkrecht an einer flächigen Kühlungsanordnung 8 mit mehreren durch ein Kühlmittel durchfließbaren Kühlungsrohren 9 angeordnet, wobei die einzelnen Kühlungsrohre 9 in ein Sammelrohr 10 einmünden. Die Wärmeleitplatten 3 weisen eine hohe Wärmeleitfähigkeit auf und können die in den Energiespeicherelementen 5 erzeugte Wärme an die Kühlungsanordnung 8 ableiten. Die Wärmeleitplatten 3 sind an jeweils einem Kühlungsrohr 9 in einem Stofflegbereich 11 stoffschlüssig - beispielsweise durch ein Laserschweißen - festgelegt. Durch das stoffschlüssige Festlegen der Wärmeleitplatten 3 an jeweils einem Kühlungsrohr 9 der Kühlungsanordnung 8 kann das Kühlen der Wärmeleitplatten 3 und folglich der zwischen den Wärmeleitplatten 3 in den Aufnahmetaschen 4 angeordneten Energiespeicherelemente 5 deutlich verbessert werden.
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Die Wärmeleitplatten 3 weisen jeweils eine der Kühlungsanordnung 8 zugewandte Anschlagabkröpfung 12 auf, die an dem jeweiligen Kühlungsrohr 9 anliegt. Durch die Anschlagabkröpfung 12 sind die Wärmeleitplatten 3 an dem jeweiligen Kühlungsrohr 9 positionssicher festgelegt. Zusätzlich kann die Anschlagabkröpfung 12 die Energiespeicherelemente 5 bei dem stoffschlüssigen Festlegen - insbesondere bei dem Laserschweißen vor einem Auftreffen des Laserstrahls auf das Energiespeicherelement 5 - schützen. Die Kühlungsrohre 9 sind entlang der jeweiligen Wärmeplatte 3 angeordnet und sind aufbaubedingt elastisch in Stapelrichtung 6 verformbar. Bei einer Wärmeausdehnung der Energiespeicherelemente 5 und der Wärmeleitplatten 3 können auf diese Weise irreparable Schaden in dem Energiespeichermodul 2 vorteilhaft vermieden werden.
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Die in den Aufnahmetaschen 4 angeordnete Energiespeicherelemente 5 weisen jeweils zwei Energiespeichereinheiten 13 auf, die durch ein plattenförmiges Federelement 14 voneinander getrennt sind. Jede der Energiespeichereinheiten 13 liegt einseitig an der Wärmeleitplatte 3 und andersseitig an dem Federelement 14 an. Durch das dauerelastische Federelement 14 ist der thermische Widerstand zwischen der jeweiligen Energiespeichereinheit 13 und der jeweiligen Wärmeleitplatte 3 deutlich reduziert und die in den Energiespeichereinheiten 13 erzeugte Wärme kann besser an die Wärmeleitplatte 3 abgegeben werden. Das Federelement 14 ist beidseitig an den Energiespeichereinheiten 13 und die Energiespeichereinheiten 13 sind an den anliegenden Wärmeleitplatten 3 stoffschlüssig - beispielsweise durch eine Klebeschicht - festgelegt, so dass ein unerwünschtes Verschieben des Energiespeicherelements 5 in der Aufnahmetasche 4 verhindert wird.
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Das Energiespeichermodul 2 weist zudem eine Verspannanordnung 15 auf, durch die der Stapel 7 in Stapelrichtung 6 verspannt ist. In dem Stapel 7 weisen die Wärmeleitplatten 3 auf diese Weise einen definierten Abstand zueinander auf und die Energiespeicherelemente 5 liegen vollflächig an den Wärmeleitplatten 3 an. Die Verspannanordnung 15 weist zwei Spannplatten 16 auf, die in Stapelrichtung 6 an dem Stapel 7 großflächig anliegen. Durch die Spannplatten 16 wird die Spannkraft gleichmäßig und großflächig auf die Wärmeleitplatten 3 und die Energiespeicherelemente 5 in dem Stapel 7 ausgeübt und ein unerwünschtes Verzerren der Wärmeleitplatten 3 und ein Beschädigen der Energiespeicherelemente 5 verhindert. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Spannplatten 16 durch einen Spanngurt 17 und durch einen Deckel 18a und einen Boden 18b miteinander verspannt. Der Deckel 18a und der Boden 18b sind entlang der Stapelrichtung 6 und senkrecht zu den beiden Spannplatten 16 einander gegenüberliegend angeordnet. Sowohl an dem Deckel 18a als auch an dem Boden 18b sind mehrere Festlegeinheiten 19 in Form jeweils einer Nut-Feder-Verbindung vorgesehen, durch die die beiden Spannplatten 16 und die Wärmeleitplatten 3 an dem Deckel 18a und an dem Boden 18b formschlüssig festgelegt sind.
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2 und 3 zeigen Ansichten der erfindungsgemäßen Energiespeicheranordnung 1 mit dem Energiespeichermodul 2. Hier weisen die Spannplatten 16 mehrere Federrasthacken 20 auf, durch die das Energiespeichermodul 2 in einem Gehäuse - hier nicht gezeigt - lösbar festlegbar ist. Durch die Federrasthacken 20 kann das Energiespeichermodul beispielsweise zum Verschalten mit einer externen Komponente lösbar und zugänglich und nachfolgend durch mehrere auf den Spannplatten 16 integral ausgebildete Formschlussnasen 21 dauerhaft in dem Gehäuse festgelegt werden. Durch die Federrasthacken 20 und die Formschlussnasen 21 wird die Montage des Energiespeichermoduls 2 deutlich vereinfacht. Ferner sind zum Durchfließen eines Kühlmittels durch das Sammelrohr 10 und die Kühlungsrohre 9 an dem Sammelrohr 10 ein Einlassstutzen 22 und ein Auslassstutzen 23 fluidleitend festgelegt, wobei eine Längsachse 22a des Einlassstutzens 22 und eine Längsachse 23a des Auslassstutzens 23 parallel zueinander und senkrecht zu Stapelrichtung 6 angeordnet sind.
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4 zeigt nun eine Ansicht der erfindungsgemäßen Energiespeicheranordnung 1 mit zwei Energiespeichermodulen 2. Die beiden Energiespeichermodule 2 sind gespiegelt zueinander angeordnet, wobei die Längsachsen 22a der beiden Einlassstutzen 22 und die Längsachsen 23a der beiden Auslassstutzen 23 eine gemeinsame zu Stapelrichtung 6 und zu den jeweiligen Längsachsen 22a und 23a senkrechte Gerade A senkrecht schneiden. Auf diese Weise können die beiden benachbarten Energiespeichermodule 2 platzsparend in der Energiespeicheranordnung 1 angeordnet werden.
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Insgesamt kann in der erfindungsgemäßen Energiespeicheranordnung 1 das Kühlen der Energiespeicherelemente 5 durch die stoffschlüssig an der Kühlungsanordnung 8 festgelegten Wärmeleitplatten 3 deutlich verbessert werden. Zusätzlich weist der Stapel 7 der erfindungsgemäßen Energiespeicheranordnung 1 eine geringere Steifigkeit aus und ein irreparabler Schaden an dem Energiespeichermodul 2 infolge einer Wärmeausdehnung der Energiespeicherelemente 5 und der Wärmeleitplatten 3 kann vorteilhaft vermieden werden. Ferner können die Energiespeichermodule 2 platzsparend in der erfindungsgemäßen Energiespeicheranordnung 1 angeordnet werden und der Bauraumbedarf für die erfindungsgemäße Energiespeicheranordnung 1 in einem Elektro- oder Hybridfahrzeug reduziert werden.
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5 bis 10 zeigen einzelne Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung der Energiespeicheranordnung 1 mit dem Energiespeichermodul 2. Gemäß 1 werden zuerst die Energiespeicherelemente 5 mit jeweils einem Federelement 14 und mit jeweils zwei Energiespeichereinheiten 13 alternierend mit den Wärmeleitplatten 3 zu dem Stapel 7 geformt. Gemäß 6 wird der Stapel 7 mit zwei Spannplatten 16 mittels einer Verspannungsvorrichtung 24 in Spannrichtung 6 verspannt. Gemäß 7 wird der verspannte Stapel 7 an den Kühlungsrohren 9 der Kühlungsanordnung 8 stoffschlüssig - bevorzugt durch ein Laserschweißen - festgelegt. Durch die Anschlagabkröpfungen 12 an den Wärmeleitplatten 3 werden dabei die Energiespeicherelemente 5 bei dem Laserschweißen vor einem Auftreffen des Laserstrahls geschützt. Gemäß 8 werden der Deckel 18a und der Boden 18b an dem Stapel 7 formschlüssig festgelegt. Anschließend wird das Energiespeichermodul 2 mit dem wenigstens einen Spanngurt 17 verspannt und gemäß 10 die Verspannungsvorrichtung 24 von dem Energiespeichermodul 2 gelöst. Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann die Energiespeicheranordnung 1 aufwandreduziert und kostensparend hergestellt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 2012101141 A1 [0002]
- EP 2200109 B1 [0002]
