DE102019110240A1

DE102019110240A1 - Aufnahmeeinrichtung für Energiespeichereinheiten und Verfahren zur Herstellung einer Aufnahmeeinrichtung

Info

Publication number: DE102019110240A1
Application number: DE102019110240.5A
Authority: DE
Inventors: Bastian Mayer
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2019-04-18
Filing date: 2019-04-18
Publication date: 2020-10-22

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer temperierbaren Aufnahmeeinrichtung für insbesondere elektrische Energiespeichereinheiten, umfassend das Bereitstellen eines Grundkörpers (64) mit Ausnehmungen (66) in vordefinierter Anordnung für Aufnahmeelemente (50), die mindestens einer Energiespeichereinheit zugeordnet sind, und Anordnen der Aufnahmeelemente (50) in den Ausnehmungen (66), das Bereitstellen eines Haltekörpers (16) zum Fixieren der Aufnahmeelemente (50), wobei der Haltekörper (16) zumindest abschnittsweise um den Grundkörper (64) herum gebildet wird und am Haltekörper (16) ein Einlass (42) für ein Wärmeträgermedium und ein Auslass (46) für das Wärmeträgermedium angeordnet oder gebildet werden, und das Zersetzen des Grundkörpers (64). Außerdem betrifft die Erfindung eine Aufnahmeeinrichtung.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer temperierbaren Aufnahmeeinrichtung für insbesondere elektrische Energiespeichereinheiten.
Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung eine temperierbare Aufnahmeeinrichtung für insbesondere elektrische Energiespeichereinheiten.
Aufnahmeeinrichtungen für elektrische Energiespeichereinheiten, insbesondere Batteriezellen, sind beispielsweise aus der DE 10 2008 010 821 A1 und der DE 10 2015 013 377 A1 bekannt. Derartige Aufnahmeeinrichtungen bilden beispielsweise Module, um im Hinblick auf die Anwendung auf einfache Weise skalierbar elektrische Leistung bereitzustellen. Im Fall elektrischer Batterien laufen die elektrochemischen Vorgänge temperaturabhängig ab. Es bedarf daher einer Temperierung. Hohe Temperaturen erweisen sich als vorteilhaft für die Kapazität der Batterien und erhöhen deren Ionen- und Elektronenmobilität. Überhöhte Temperaturen sind jedoch zu vermeiden, da hierdurch irreversible chemische Reaktionen oder der Verlust von Elektrolyten hervorgerufen werden können.
Bei der Temperierung von Batterien ist es bekannt, ein Wärmeträgermedium einzusetzen, das insbesondere flüssig sein kann. Beispielsweise wird ein Wasser-Glysantin-Gemisch eingesetzt. Bekannt ist es, dass die Energiespeichereinheiten von einem Hohlkörper eingefasst sind, der von dem Wärmeträgermedium durchströmt ist.
Bei herkömmlichen Aufnahmeeinrichtungen kommen viele einzelne Bauteile zum Einsatz, die relativ zueinander abgedichtet werden müssen und einen beträchtlichen Herstellungsaufwand erfordern. Im Innenraum des Hohlkörpers können sich Toträume bilden, die vom Wärmeträgermedium nicht durchströmt werden, wodurch Bereiche überhöhter Temperaturen an den Energiespeichereinheiten entstehen können und dadurch Ausfälle hervorrufen können.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum kostengünstigen und einfachen Herstellen einer temperierbaren Aufnahmeeinrichtung für Energiespeichereinheiten bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer temperierbaren Aufnahmeeinrichtung für insbesondere elektrische Energiespeichereinheiten gelöst, das Verfahren umfassend:

- Bereitstellen eines Grundkörpers mit Ausnehmungen in vordefinierter Anordnung für Aufnahmeelemente, die mindestens einer Energiespeichereinheit zugeordnet sind, und Anordnen der Aufnahmeelemente in den Ausnehmungen;
- Bereitstellen eines Haltekörpers zum Fixieren der Aufnahmeelemente, wobei der Haltekörper zumindest abschnittsweise um den Grundkörper herum gebildet wird und im Haltekörper ein Einlass für ein Wärmeträgermedium und ein Auslass für das Wärmeträgermedium angeordnet oder gebildet werden;
- Zersetzen des Grundkörpers.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden Ausnehmungen für die Aufnahmeelemente an oder in einem Grundkörper gebildet. Es besteht die Möglichkeit, die Aufnahmeelemente am Grundkörper vorzufixieren. Mittels des Haltekörpers können die Aufnahmeelemente in Sollage für die Aufnahmeeinrichtung fixiert werden, wobei der Haltekörper den Grundkörper zumindest abschnittsweise und vorzugsweise vollständig umgibt. Das erfindungsgemäße Verfahren sieht ferner vor, den Grundkörper zu zersetzen. Die Aufnahmeelemente bleiben dabei am Haltekörper fixiert und sind zumindest abschnittsweise in dessen Innenraum angeordnet. Im Betrieb der Aufnahmeeinrichtung kann ein Wärmeträgermedium vom Einlass zum Auslass strömen und Wärme von den Aufnahmeelementen, in die die Energiespeichereinheiten eingesetzt werden können, abführen.
Es zeigt sich, dass durch das erfindungsgemäße Verfahren eine Fertigung der Aufnahmeeinrichtung mit wenigen Fertigungsschritten und unter Einsatz weniger Bauteile möglich ist.
Der Grundkörper kann, bevor er zersetzt wird, als Innenkörper angesehen werden, der innerhalb des einen Außenkörper bildenden Haltekörpers angeordnet ist. Der Haltekörper kann dabei insbesondere ein den Grundkörper allseits einfassendes Gehäuse ausbilden, das nach dem Zersetzen des Grundkörpers ein Gehäuse der Aufnahmeeinrichtung ist.
Der Haltekörper wird vorteilhafterweise so gebildet, dass die Aufnahmeelemente mit Einführöffnungen für die Energiespeichereinheiten aus dem Grundkörper herausragen. Der Haltekörper kann dann so angeordnet werden, dass die Einführöffnungen in einer Wandung des Haltekörpers angeordnet sind oder über diese hervorstehen. Dies erlaubt es, die Energiespeichereinheiten herstellungstechnisch einfach in die Aufnahmeelemente einzusetzen.
Insbesondere werden nach dem Zersetzen des Grundkörpers Batteriezellen als Energiespeichereinheiten in die Aufnahmeelemente eingesetzt und elektrisch kontaktiert.
Günstig ist es, wenn vor dem Bereitstellen des Haltekörpers den Einlass und den Auslass bildende Anschlusselemente am Grundkörper angeordnet werden, die nicht zersetzt werden. Die Anschlusselemente werden beispielsweise beim Bereitstellen des Haltekörpers durch diesen fixiert und verbleiben dies auch nach dem Zersetzen des Grundkörpers.
Der Einlass und der Auslass, insbesondere die beiden Anschlusselemente, werden vorteilhafterweise an einander abgewandten Endseiten der Aufnahmeeinrichtung angeordnet.
Vorteilhaft ist es, wenn der Grundkörper durch Auflösen mittels einer Flüssigkeit zersetzt wird. Der Grundkörper ist dabei vorteilhafterweise aus einem flüssigkeitslöslichen Material gefertigt, insbesondere aus einem wasserlöslichen Material, einem mittels Alkohol (insbesondere Ethanol) löslichen Material oder einem durch Terpen löslichen Material (zum Beispiel Limonen/Limonene). Nach dem Bereitstellen des Haltekörpers kann der Grundkörper der Flüssigkeit ausgesetzt und dadurch herstellungstechnisch einfach aufgelöst werden.
Beispielsweise erfolgt der Schritt des Auflösens mittels eines Tauchbades, in das der den Grundkörper umgebende Haltekörper getaucht wird, oder das Auflösen des Grundkörpers wird mittels durch den Haltekörper strömender Flüssigkeit durchgeführt.
Der Grundkörper ist beispielsweise zumindest teilweise aus Polyvinylacetat (PVA), High-Impact-Polystyrene (HIPS), aus Isomalt oder einem Salz (z.B. uniaxial gepresst oder als Gussteil) oder aus einem auf diesen basierenden Material gefertigt. Diese Materialien sind flüssigkeitslöslich und erlauben eine einfache Zersetzung des Grundkörpers zum, Beispiel im Tauchbad. Beispielsweise ist PVA wasserlöslich, und HIPS löst sich in Limonen.
Als geeignet kann sich zum Beispiel das PVA-basierte Material Ethy-Lay erweisen, das sich in Alkohol (z.B. Brennspiritus) auflösen lässt (https://3druck.com/3d-druckmaterialien/lay-away-filament-reihe-fuerstuetzstrukturen-entwickelt-von-kai-parthy-1344455/) und höheren Temperaturen standhalten kann als PVA. Ethy-Lay lässt sich zum Beispiel unter der Produktnummer MNQSU7M8 von der Firma Matterhackers, Foothill Ranch (CA), USA, beziehen (https://www.matterhackers.com/).
Vorteilhaft kann es sein, wenn der Grundkörper durch mechanische Einwirkung zersetzt wird, wobei der Grundkörper vorzugsweis aus einem versprödenden Material gefertigt ist. Als geeignet kann sich zum Beispiel das Material Spoolworks Scaffold SNAP erweisen, das zum Teil aus HIPS besteht, beim Aushärten versprödet und zerbrochen werden kann (https:/ /www.3dmensionals.de/spoolworks-scaffold-snap-support-filamentsilber-silver). Überreste können entfernt werden. Spoolworks Scaffold SNAP lässt sich zum Beispiel unter der Produktnummer MRZDU4J1 von der Firma Matterhackers, Foothill Ranch (CA), USA, beziehen (https://www.matterhackers.com/).
Der Grundkörper kann beispielsweise durch ein additives Verfahren bereitgestellt werden, insbesondere durch 3D-Druck. Dabei können die Ausnehmungen vorteilhafterweise integral während des additiven Verfahrens im Grundkörper gebildet werden. Dementsprechend ist das Material zum Fertigen des Grundkörpers vorzugsweise ein 3D-Druck-fähiges Material, wie etwa PVA, HIPS, Ethy-Lay oder Spoolworks Scaffold SNAP.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass der Grundkörper durch ein Gießverfahren bereitgestellt wird, wobei auch in diesem Fall die Ausnehmung vorzugsweise integral im Grundkörper gebildet wird.
Die Aufnahmeelemente können bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens beispielsweise durch Vergießen oder durch Einpressen in den Aufnahmen positioniert werden. Beispielsweise können die Aufnahmeelemente umgossen werden, wenn der Grundkörper durch ein Gießverfahren bereitgestellt wird. Bei einem durch additive Fertigung, besonders 3D-Druck, hergestellten Grundkörper könnte dieser zum Beispiel um die Aufnahmeelemente herum gedruckt werden.
Die Aufnahmeelemente werden vorteilhafterweise formschlüssig in den Aufnahmen angeordnet.
Günstig ist es, wenn die Ausnehmungen als Durchgangsöffnungen des Grundkörpers gebildet werden und wenn die Aufnahmeelemente mit mindestens einem Endabschnitt und bevorzugt zwei einander gegenüberliegenden Endabschnitten aus dem Grundkörper herausragen, wobei an mindestens einem Endabschnitt eine Einführöffnung für die Energiespeichereinheit gebildet ist. Beispielsweise kann der Haltekörper derart bereitgestellt werden, dass er den Endabschnitt des Aufnahmeelementes umgibt, wobei die Einführöffnung zum Einführen der Energiespeichereinheit frei zugänglich bleibt.
Vorgesehen sein kann, dass der Grundkörper und/oder die Aufnahmeelemente vor dem Bereitstellen des Haltekörpers insbesondere im Bereich von Rändern der Ausnehmungen beschichtet werden. Beispielsweise wird der Grundkörper beschichtet, wobei zum Beispiel Zwei-Komponenten-Epoxid-Verbindungen oder Flüssiggummi zum Einsatz kommen können. Alternativ oder ergänzend ist eine Beschichtung der Aufnahmeelemente denkbar. Mittels der Beschichtung, insbesondere im Bereich von Rändern der Ausnehmungen am Aufnahmeelement und/oder am Grundkörper, kann zum Beispiel vermieden werden, dass Material, das zum Gießen des Haltekörpers verwendet wird, in den Grundkörper und/oder die Ausnehmungen eindringt.
Eine Beschichtung an den Aufnahmeelementen kann ferner den Vorteil aufweisen, dass eine Abdichtung erzielt werden kann, so dass im Betrieb der Aufnahmeeinrichtung kein Wärmeträgermedium zwischen dem Haltekörper und den Aufnahmeelementen nach außen gelangt.
Die Aufnahmeelemente sind beispielsweise hülsenförmig ausgestaltet.
Vorteilhafterweise sind die Aufnahmeelemente aus einem thermisch leitfähigen Material gefertigt, beispielsweise aus einem Metall, insbesondere aus Aluminium.
Der Haltekörper wird bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens günstigerweise durch Vergießen an dem und insbesondere Umgießen des die Aufnahmeelemente umfassenden Grundkörper(s) hergestellt.
Der Haltekörper wird zum Beispiel mittels eines Kunststoffgussverfahrens gefertigt, beispielsweise durch Vakuumguss aus Polyurethan oder durch ein Spritzgussverfahren. Bei Spritzgussverfahren können unterschiedliche Werkstoffe zum Einsatz kommen, zum Beispiel ABS, ABS/PC, HDPE, LDPE, LSR, Nylon-Polyamid, PPT, PC, PEEK, PEI, POM (Acetat), PP, PPS, PS, TPC-ET, TPE/TPV oder TPU.
Als Material zum Gießen des Haltekörpers kommt zum Beispiel ein Vakuumgießharz (z. B. SG95) zum Einsatz.
Als Gießform für den Haltekörper kann zum Beispiel eine Silikonnegativform eingesetzt werden.
Der Haltekörper wird vorteilhafterweise aus einem flüssigkeitsunlöslichen, insbesondere wasserunlöslichen, und/oder einem thermisch und/oder elektrisch nichtleitenden Material gefertigt.
Vorteilhaft ist es, wenn der Haltekörper in Eingriff mit Anbindungsbereichen der Aufnahmeelemente steht. Auf diese Weise können die Aufnahmeelemente fixiert werden und verbleiben am Haltekörper fixiert, wenn der Grundkörper zersetzt worden ist.
Die Anbindungselemente sind beispielsweise Nuten der Aufnahmeelemente, in die der Haltekörper eingreift. Beispielsweise stehen die Aufnahmeelemente mit einem jeweiligen Abschnitt, an dem der Anbindungsbereich angeordnet ist, über den Grundkörper hervor. Beim Anordnen des Haltekörpers, insbesondere im Gießverfahren, kann dessen Material in Eingriff mit den Anbindungsbereichen gelangen und dadurch an den Aufnahmeelementen fixiert werden. Beispielsweise kann das Gießmaterial für den Haltekörper in die vorstehend genannten Nuten eingreifen.
Günstigerweise sind durch den bestehenden Eingriff des Haltekörpers mit den Aufnahmeelementen zwischen diesen positionierte, nach Zersetzen des Grundkörpers verbleibende Bereiche nach außen abgedichtet. Der Innenraum des Haltekörpers wird dementsprechend insbesondere dadurch abgedichtet, dass der Haltekörper mit den Aufnahmeelementen in Eingriff steht.
Insbesondere besteht ein Eingriff zwischen den Aufnahmeelementen an den vorstehend genannten Anbindungsbereichen mit Wandungen des Haltekörpers, die den Innenraum der Aufnahmeeinrichtung einfassen.
Günstig ist es, wenn die Aufnahmeelemente in regelmäßiger Anordnung positioniert werden. Beispielsweise sind Reihen jeweils seitlich nebeneinander positionierter Aufnahmeelemente vorgesehen, wobei die Aufnahmeelemente in benachbarten Reihen auf Lücke zueinander angeordnet sind. Vorgesehen sein kann, dass die Aufnahmeelemente in Draufsicht auf die Aufnahmeeinrichtung an Eckpunkten gleichseitiger Dreiecke positioniert sind, ähnlich wie bei einer Anordnung gemäß dichtester „Kugel“packung.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass insgesamt 28 Aufnahmeelemente vorhanden sind, die in drei Reihen angeordnet sind, in einer mittleren Reihe von zehn Stück und zwei äußeren Reihen von jeweils neun Stück.
Von Vorteil ist es, wenn die Aufnahmeelemente nach dem Zersetzen des Grundkörpers frei von Kontakt miteinander sind. Temperaturbrücken zwischen den Aufnahmeelementen lassen sich dadurch vermeiden. Die Kühleigenschaften der Aufnahmeeinrichtung werden verbessert, indem das Wärmeträgermedium an den Aufnahmeelementen vorbeiströmen kann.
Vorzugsweise sind die Aufnahmeelemente quer zu einer Erstreckungsrichtung von dem Wärmeträgermedium umströmbar.
Die Aufnahmeelemente sind vorteilhafterweise orientierungsgleich im Grundkörper aufgenommen. Beispielsweise sind die Aufnahmeelemente wie vorstehend erwähnt hülsenförmig mit parallel zueinander verlaufenden Achsen gebildet.
Als vorteilhaft erweist es sich im Hinblick auf die konstruktive Vereinfachung, wenn die Aufnahmeelemente identisch oder funktionsgleich ausgebildet werden.
Günstig ist es, wenn am Haltekörper Kopplungselemente gebildet werden zum Zusammenwirken mit korrespondierenden Kopplungselementen einer baugleichen Aufnahmeeinrichtung. Insbesondere besteht die Möglichkeit, dass korrespondierende Kopplungselemente benachbarter Aufnahmeeinrichtungen formschlüssig aneinander anliegen oder ineinander eingreifen. Eine Mehrzahl von Aufnahmeeinrichtungen kann auf diese Weise kompakt angeordnet werden.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich wie eingangs erwähnt auch auf eine Aufnahmeeinrichtung. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Aufnahmeeinrichtung bereitzustellen, die auf einfachere Weise herstellbar ist.
Diese Aufgabe wird durch eine erfindungsgemäße Aufnahmeeinrichtung gelöst, die nach einem Verfahren der vorstehend beschriebenen Art hergestellt wird, und bei der in den Aufnahmeelementen elektrische Energiespeichereinheiten angeordnet und elektrisch kontaktiert sind.
Die Aufgabe wird ferner durch eine erfindungsgemäße Aufnahmeeinrichtung gelöst, umfassend einen Haltekörper mit einer Wandung und einem von der Wandung umgebenen Innenraum, einem Einlass in den Innenraum zum Anschließen einer Zufuhrleitung und einen Auslass aus dem Innenraum zum Anschließen einer Abgabeleitung, wobei die Aufnahmeeinrichtung ferner am Haltekörper fixierte Aufnahmeelemente umfasst, die zumindest abschnittsweise im Innenraum positioniert sind und eine jeweilige Einführöffnung aufweisen zum Einführen einer insbesondere elektrischen Energiespeichereinheit, wobei die Aufnahmevorrichtung ferner in die Aufnahmeelemente eingesetzte Energieversorgungseinrichtungen umfasst und wobei der Haltekörper im Bereich von Öffnungen der Wandung für die Aufnahmeelemente abgedichtet ist.
Die Vorteile der erfindungsgemäßen Aufnahmeeinrichtung ergeben sich aus den bereits vorangehenden Erläuterungen. Diesbezüglich wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf die voranstehenden Ausführungen verwiesen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Aufnahmeeinrichtung ergeben sich durch vorteilhafte Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens, so dass auch diesbezüglich auf die voranstehenden Ausführungen verwiesen werden kann.
Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung der Erfindung. Es zeigen:

1: eine schematische perspektivische Darstellung eines Grundkörpers zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Aufnahmeeinrichtung;
2: eine Schnittansicht längs der Linie 2-2 in 1;
3: eine Darstellung entsprechend 1 nach dem Einsetzen von Aufnahmeelementen in den Grundkörper und Anordnen von Anschiusselementen;
4: eine Schnittansicht längs der Linie 4-4 in 3;
5: eine vergrößerte Darstellung von Detail A in 4;
6: eine Darstellung entsprechend 3 nach dem Bereitstellen eines den Grundkörper umgebenden Haltekörpers;
7: eine Schnittansicht längs der Linie 7-7 in 6;
8: eine vergrößerte Darstellung von Detail B in 7;
9: den Grundkörper mit Aufnahmeelementen und den diesen umgebenden Haltekörper in einem Tauchbad zum Zersetzen des Grundkörpers; und
10: eine Mehrzahl erfindungsgemäßer Aufnahmeeinrichtungen mit darin aufgenommenen elektrischen Versorgungseinheiten in perspektivischer Darstellung.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer temperierbaren Aufnahmeeinrichtung für Energiespeichereinheiten, bei denen es sich vorliegend insbesondere um elektrische Energiespeichereinheiten in Form von Batterien handelt. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung eine erfindungsgemäße Aufnahmeeinrichtung.
10 zeigt in perspektivischer Darstellung eine Mehrzahl von baugleichen, jeweils insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 belegten vorteilhaften Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Aufnahmeeinrichtung, in denen jeweils eine Mehrzahl von Batterien 12 aufgenommen ist, vorliegend 28 Stück.
Die jeweilige Aufnahmeeinrichtung 10 umfasst ein Gehäuse 14, das von einem Haltekörper 16 gebildet ist. Das Gehäuse 14 definiert weitgehend die äußere Erscheinungsform und Kontur der Aufnahmeeinrichtung 10. Das Gehäuse 14 ist blockartig ausgestaltet und weist eine Längserstreckung entlang einer Längsrichtung 18 auf. Eine Wandung 20 ist vorgesehen mit einer oberen Wand 22, einer davon beabstandeten unteren Wand 24 und einer umlaufenden Seitenwand 26. Vorliegend sind die Wände 22, 24 im Wesentlichen planar ausgestaltet und parallel zueinander ausgerichtet. Dies ist jedoch nicht zwingend erforderlich.
Die Seitenwand 26 ist an einer vorderen Seite 28 und einer hinteren Seite 30 jeweils gewellt ausgestaltet und an die Kontur nachfolgend noch erläuterter Aufnahmeelemente angepasst. An der vorderen Seite 28 und der hinteren Seite 30 sind jeweils Kopplungselemente 32 bzw. 34 positioniert. Diese Kopplungselemente 32, 34 können mit korrespondierenden Kopplungselementen 34 bzw. 32 einer benachbarten Aufnahmeeinrichtung 10 zusammenwirken. Mehrere Aufnahmeeinrichtungen 10, die jeweils für sich ein Modul zur Aufnahme von Batterien 12 bilden, können auf diese Weise kompakt miteinander verbunden werden.
Im vorliegenden Fall sind die Kopplungselemente 34 als Rippen ausgestaltet, die in die als Nuten ausgestalteten Kopplungselemente 32 eingreifen.
Stirnseitig weist das Gehäuse 14 eine erste Stirnwand 36 auf und an einer gegenüberliegenden Seite eine zweite Stirnwand 38. An der Stirnwand 36 ist ein Anschlusselement 40 zum Anschließen einer in der Zeichnung nicht dargestellten Zufuhrleitung angeordnet. Am Anschlusselement 40 bildet die Aufnahmeeinrichtung 10 einen Einlass 42.
An der Stirnwand 38 ist ein Anschlusselement 44 angeordnet zum Anschließen einer in der Zeichnung nicht dargestellten Abgabeleitung. Am Anschlusselement 44 bildet die Aufnahmeeinrichtung 10 einen Auslass 46.
Ein Wärmeträgermedium, insbesondere ein Wasser-Glysantin-Gemisch, kann durch die Aufnahmeeinrichtung 10 hindurchströmen, da das Gehäuse 14 inneinseitig hohl ausgestaltet ist und einen Innenraum 48 einschließt, in dem Aufnahmeelemente 50 für die Batterien 12 (Batteriezellen) im Abstand zueinander positioniert sind. Das Wärmeträgermedium durchströmt den Innenraum 48 und Zwischenräume 52 zwischen den Aufnahmeelementen 50 quer zur deren Erstreckungsrichtung. An den Aufnahmeelementen 50 auftretende Wärme kann dadurch wirkungsvoll abgeführt werden.
Die Aufnahmeeinrichtung 10 umfasst einer jeweiligen Batterie 12 zugeordnet ein Aufnahmeelement 50. Die Aufnahmeelemente 50 sind längserstreckte Hülsen 56, die parallel zueinander ausgerichtet sind. Im vorliegenden Fall sind entsprechend der Anzahl der Batterien 12 28 Hülsen 56 vorgesehen.
Die Hülsen 56, und damit die Batterien 12, sind in regelmäßiger Anordnung positioniert. In Draufsicht auf die Aufnahmeeinrichtung 10 sind die Hülsen 56 an Eckpunkten gedachter Dreiecke angeordnet, ähnlich einer dichtesten „Kugel“packung. Die Hülsen 56 sind dabei seitlich nebeneinander in Reihen positioniert, wobei die Hülsen benachbarter Reihen „auf Lücke“ angeordnet sind.
Die Hülsen 56 weisen allerdings einen Abstand voneinander auf und kontaktieren einander insbesondere mit in dem Innenraum 48 angeordneten Abschnitten 58 nicht. Das Wärmeträgermedium kann dadurch die Zwischenräume 52 durchströmen. Ein thermischer Kontakt zwischen den Hülsen 56 wird vermieden. Auch zur Seitenwand 26 weisen die Hülsen 56 einen jeweiligen Abstand auf, so dass das Wärmeträgermedium zwischen den Hülsen 56 und der Seitenwand 26 hindurchströmen kann.
Die Hülsen 56 greifen endseitig in Öffnungen 62 des Gehäuses und insbesondere der Wände 22, 24 ein.
In die Hülsen 56 sind die Batterien 12 eingesetzt und darin elektrisch kontaktiert. Je nach Bedarf kann dabei eine Reihenschaltung oder Parallelschaltung vorgesehen sein.
Nachfolgend wird unter Verweis auf die 1 bis 9 auf ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel zum Herstellen der Aufnahmeeinrichtung 10 eingegangen.
Das Verfahren zeichnet sich insbesondere durch eine einfache und kostengünstige Herstellung unter Einsatz weniger Bauteile aus.
In einem ersten Verfahrensschritt (1 und 2) wird ein Grundkörper 64 bereitgestellt. Der Grundkörper 64 wird zum Beispiel mittels eine additiven Verfahrens, insbesondere 3D-Druck, oder durch ein Gießverfahren hergestellt.
Vorteilhaft ist es, wenn die Form des Grundkörpers 64 bereits an die später zu erzielende Form des Gehäuses 14 angepasst oder weitgehend oder im Wesentlichen angepasst ist. Insbesondere können die Außenkontur des Grundkörpers 64 und des Gehäuses 14 näherungsweise räumlich kongruent sein.
Im Grundkörper 64 werden Ausnehmungen 66 zur späteren Aufnahme der Aufnahmeelemente 50 in definierter Anordnung bereitgestellt. Im vorliegenden Fall werden die Ausnehmungen 66 als Durchgangsöffnungen des Grundkörpers 64 insbesondere integral bei dessen Herstellung gebildet. Die Ausnehmungen 66 sind entsprechend der späteren Anordnung der Aufnahmeelemente 50 regelmäßig angeordnet, gemäß der Anordnung der Aufnahmeelemente 50 auf Lücke an Eckepunkten gedachter gleichseitiger Dreiecke.
Am Grundkörper 64 sind an einander gegenüberliegenden Seiten, die den späteren Seiten 28, 30 entsprechen, Ansätze 68, 70 gebildet, zum Beispiel in Form zapfenartiger Vorsprünge.
In einem nachfolgenden Verfahrensschritt werden die Aufnahmeelemente 50 in den Ausnehmungen 66 angeordnet. Vorliegend sind die Aufnahmeelemente 50 so bemessen, dass sie in einer Umfangsrichtung formschlüssig in die Ausnehmungen 66 eingesetzt werden. Dabei ragen sie mit einander gegenüberliegenden Endabschnitten 72 jeweils aus dem Grundkörper 64 heraus.
Die Festlegung der Aufnahmeelemente 50 am Grundkörper 64 erfolgt im vorliegenden Beispiel mittels eines Presssitzes. Alternativ ist denkbar, dass die Aufnahmeelemente 50 bei Fertigung des Grundkörpers 64 im Gießverfahren direkt in diesen eingegossen werden, d.h. während des Gießverfahrens werden die „Ausnehmungen“ nicht freigelegt, sondern die Aufnahmeelemente 50 sind bereits in diesen angeordnet.
An den Endabschnitten 72 umfassen die Aufnahmeelemente 50 Anbindungsbereiche 74, zur späteren Fixierung am Haltekörper 16. Günstig ist es hierbei zum Beispiel, wenn die Anbindungsbereiche Nuten 76 umfassen, die umlaufend an den Hülsen 56 angeordnet sind (4 und 5). Die Aufnahmeelemente 50 sind dabei so bemessen, dass die Nuten 76 über die Ränder der Ausnehmungen 66 hervorragen.
Am Grundkörper 64 werden ferner die Anschlusselemente 40 und 44 an den Ansätzen 68 bzw. 70 angeordnet. Die Anschlusselemente 40 sind im vorliegenden Fall hülsenförmig und so bemessen, dass sie die Ansätze 68, 70 übergreifen (4).
Möglich ist es, den Grundkörper 64 vor dem Bereitstellen des Haltekörpers 16 zu beschichten, zum Beispiel mit einem Zwei-Komponenten-Epoxidmaterial oder Flüssiggummi. Günstigerweise werden dabei insbesondere die Aufnahmeelemente 50 an den Anbindungsbereichen 74 und Ränder der Ausnehmungen 66 beschichtet. Dies erweist sich als vorteilhaft für die spätere Abdichtung des Gehäuses 14 relativ zu den Hülsen 56.
In einem nachfolgenden Verfahrensschritt wird der Haltekörper 16 bereitgestellt. Günstig ist es dabei zum Beispiel, wenn der Haltekörper 16 durch ein Gießverfahren bereitgestellt wird. Dabei kommt zum Beispiel ein Vakuumgießharz, etwa SG 95, zum Einsatz, mit dem der Grundkörper 64 in einer äußeren Negativform umgossen wird. Durch diese Form erhält der Haltekörper 16 die spätere Form des Gehäuses 14. Der Haltekörper 16 umgibt den Grundkörper 64 allseits.
Insbesondere ist es von Vorteil, wenn die Aufnahmeelemente 50 mittels des Haltekörpers 16 fixiert werden (7 und 8). Das Material des Haltekörpers 16 greift an den Anbindungsbereichen 74 an und insbesondere in die Nuten 76 ein. Beim Aushärten des Materials sind die Aufnahmeelemente 50 dadurch an ihrer späteren Position gesichert. Zugleich wird eine Abdichtung zwischen dem Material des Haltekörpers 16 und den Aufnahmeelementen 50 sichergestellt.
Vorteilhaft ist es, wenn die Schichtdicke des Materials des Haltekörpers 16, mit der der Grundkörper 64 umgossen wird, homogen oder im Wesentlichen homogen ist.
Nach dem Bereitstellen und Aushärten des Materials des Haltekörpers 16 sind Einführöffnungen 78 der Aufnahmeelemente 50 zum Einführen der Batterien 12 weiterhin frei zugänglich. Durch diese Einführöffnungen 78 hindurch können die Batterien 12 in die Aufnahmeelemente 50 eingesetzt und anschließend elektrisch kontaktiert werden.
Wie bereits erwähnt, ist der Grundkörper 64 aus einem flüssigkeitslöslichen und insbesondere wasserlöslichen Material gefertigt. Demgegenüber ist der Haltekörper 16 aus einem flüssigkeits- und insbesondere wasserunlöslichen Material gefertigt. Darüber hinaus ist das Material des Haltekörpers 16 nur von geringer thermischer Leitfähigkeit. Im Betrieb erwärmt sich das Gehäuse 14 daher im Wesentlichen nicht. Abwärme wird über das Wärmeträgermedium abgeführt.
In einem nachfolgenden Verfahrensschritt wird der Grundkörper 64 zersetzt (9). Die Zersetzung erfolgt dabei durch Auflösen des Materials des Grundkörpers 64 mittels einer Flüssigkeit.
Günstigerweise wird ein Tauchbad 80, das beispielsweise mit Wasser 82 als Flüssigkeit gefüllt ist, bereitgestellt. In das Tauchbad 80 wird der umgossene Grundkörper 64 getaucht und aufgelöst.
Es verbleibt die Aufnahmeeinrichtung 10 mit dem durch den Haltekörper 16 gebildeten Gehäuse 14, an dem die Anschlusselemente 40 und 44 sowie die Aufnahmeelemente 50 fixiert sind.
Bezugszeichenliste

10: Aufnahmeeinrichtung
12: Batterie
14: Gehäuse
16: Haltekörper
18: Längsrichtung
20: Wandung
22: obere Wand
24: untere Wand
26: Seitenwand
28: vordere Seite
30: hintere Seite
32: Kopplungselement
34: Kopplungselement
36: Stirnwand
38: Stirnwand
40: Anschlusselement
42: Einlass
44: Anschlusselement
46: Auslass
48: Innenraum
50: Aufnahmeelement
52: Zwischenraum
56: Hülse
58: Abschnitt
62: Öffnung
64: Grundkörper
66: Ausnehmung
68: Ansatz
70: Ansatz
72: Endabschnitt
74: Anbindungsbereich
76: Nut
78: Einführöffnung
80: Tauchbad
82: Wasser

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008010821 A1 [0003]
DE 102015013377 A1 [0003]

Claims

Verfahren zur Herstellung einer temperierbaren Aufnahmeeinrichtung für insbesondere elektrische Energiespeichereinheiten, umfassend: - Bereitstellen eines Grundkörpers (64) mit Ausnehmungen (66) in vordefinierter Anordnung für Aufnahmeelemente (50), die mindestens einer Energiespeichereinheit zugeordnet sind, und Anordnen der Aufnahmeelemente (50) in den Ausnehmungen (66); - Bereitstellen eines Haltekörpers (16) zum Fixieren der Aufnahmeelemente (50), wobei der Haltekörper (16) zumindest abschnittsweise um den Grundkörper (64) herum gebildet wird und am Haltekörper (16) ein Einlass (42) für ein Wärmeträgermedium und ein Auslass (46) für das Wärmeträgermedium angeordnet oder gebildet werden; - Zersetzen des Grundkörpers (64).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Haltekörper (16) so gebildet wird, dass die Aufnahmeelemente (50) mit Einführöffnungen (78) für die Energiespeichereinheiten aus dem Grundkörper (64) herausragen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Zersetzen des Grundkörpers (64) Batteriezellen (12) als Energiespeichereinheiten in die Aufnahmeelemente (50) eingesetzt und elektrisch kontaktiert werden.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Bereitstellen des Haltekörpers (16) den Einlass (42) und den Auslass (46) bildende Anschlusselemente (40, 44) am Grundkörper (64) angeordnet werden, die nicht zersetzt werden.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (64) durch Auflösen mittels einer Flüssigkeit zersetzt wird, wobei der Grundkörper (64) aus einem flüssigkeitslöslichen Material gefertigt wird, insbesondere einem wasserlöslichen Material.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Auflösens mittels eines Tauchbades (80) oder mittels durch den Haltekörper (16) strömender Flüssigkeit durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (64) durch mechanische Einwirkung zersetzt wird, wobei der Grundkörper (64) aus einem versprödenden Material gefertigt wird.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (64) durch ein additives Verfahren, insbesondere 3D-Druck, oder durch ein Gießverfahren bereitgestellt wird, wobei die Ausnehmungen (66) vorzugsweise integral in dem Grundkörper (64) gebildet werden.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmeelemente (50) durch Vergießen oder durch Einpressen in den Ausnehmungen (66) positioniert werden und/oder dass die Aufnahmeelemente (50) formschlüssig in den Ausnehmungen (66) angeordnet werden.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen (66) als Durchgangsöffnungen des Grundkörpers (64) gebildet werden und dass die Aufnahmeelemente (50) mit mindestens einem Endabschnitt (72) und bevorzugt zwei einander gegenüberliegenden Endabschnitten (72) aus dem Grundkörper (64) herausragen, wobei an mindestens einem Endabschnitt (72) eine Einführöffnung (78) für die Energiespeichereinheit gebildet ist.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (64) und/oder die Aufnahmeelemente (50) vor dem Bereitstellen des Haltekörpers (16) insbesondere im Bereich von Rändern der Ausnehmungen (66) beschichtet werden.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmeelemente (50) hülsenförmig ausgestaltet sind und/oder aus einem thermisch leitfähigen Material gefertigt sind, beispielsweise aus einem Metall.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Haltekörper (16) durch Vergießen an dem und insbesondere Umgießen des die Aufnahmeelemente (50) umfassenden Grundkörper(s) (64) hergestellt wird.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Haltekörper (16) aus einem flüssigkeitsunlöslichen, insbesondere wasserunlöslichen, und/oder einem thermisch und/oder elektrisch nichtleitenden Material gefertigt wird.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Haltekörper (16) in Eingriff mit Anbindungsbereichen (74) der Aufnahmeelemente (50) steht, insbesondere dass die Anbindungsbereiche (74) Nuten (76) sind oder umfassen, in die der Haltekörper (16) eingreift.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass durch den bestehenden Eingriff zwischen dem Haltekörper (16) und den Aufnahmeelementen (50) zwischen diesen positionierte, nach Zersetzen des Grundkörpers (64) verbleibende Bereiche nach außen abgedichtet sind.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmeelemente (50) in regelmäßiger Anordnung positioniert sind, insbesondere dass Reihen jeweils seitlich nebeneinander positionierter Aufnahmeelemente (50) vorgesehen sind, wobei die Aufnahmeelemente (50) in benachbarten Reihen auf Lücke zueinander angeordnet sind und/oder dass die Aufnahmeelemente (50) in Draufsicht an Eckpunkten gleichseitiger Dreiecke positioniert sind.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmeelemente (50) nach Zersetzen des Grundkörpers (64) frei von Kontakt miteinander sind und/oder dass die Aufnahmeelemente (50) quer zu einer Erstreckungsrichtung von einem Wärmeträgermedium umströmbar sind.
Aufnahmeeinrichtung, hergestellt nach einem Verfahren gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, wobei in den Aufnahmeelementen (50) elektrische Energiespeichereinheiten angeordnet und elektrisch kontaktiert sind.
Aufnahmeeinrichtung, umfassend einen Haltekörper (16) mit einer Wandung und einem von der Wandung (20) umgebenen Innenraum (48), einem Einlass (42) in den Innenraum (48) zum Anschließen einer Zufuhrleitung und einen Auslass (46) aus dem Innenraum (48) zum Anschließen einer Abgabeleitung, wobei die Aufnahmeeinrichtung (10) ferner am Haltekörper (16) fixierte Aufnahmeelemente (50) umfasst, die zumindest abschnittsweise im Innenraum (48) positioniert sind und eine jeweilige Einführöffnung (78) aufweisen zum Einführen einer insbesondere elektrischen Energiespeichereinheit, wobei die Aufnahmevorrichtung (10) ferner in die Aufnahmeelemente (50) eingesetzte Energieversorgungseinrichtungen umfasst und wobei der Haltekörper (16) im Bereich von Öffnungen (62) der Wandung (20) abgedichtet ist.