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Die Erfindung betrifft ein Batteriegehäuse, eine Baugruppe mit einem Batteriegehäuse, ein Fahrzeug und ein Verfahren zur Montage eines Batteriegehäuses. Der Einsatzzweck des Batteriegehäuses ist insbesondere ein teilweise elektrisch betriebenes Fahrzeug zum Personen- und/oder Lasttransport.
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Der elektrische Energiespeicher nimmt in elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugen einen relativ großen Bauraum ein. Daher ist jede Bauraumoptimierung von Vorteil. Gleichzeitig unterscheidet sich das Platzangebot in Abhängigkeit vom Fahrzeugmodell. Entsprechend ist es notwendig, die Form des Batteriegehäuses an die Geometrie des im Fahrzeug zur Verfügung stehenden Bauraumes anzupassen. Beispielsweise ist bei Hybrid-Fahrzeugen, die teils elektrisch und teils über einen Verbrennungsmotor betrieben werden, oft eine Abgasleitung in dem Bereich des Fahrzeugbodens verlegt, in dem auch das Batteriegehäuse mit den elektrischen Energiespeicherzellen angeordnet werden muss.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Lösung zu schaffen, mit der ein Batteriegehäuse flexibel an vorgegebene Bauraumgeometrien angepasst werden kann.
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Diese Aufgabe wird mit einem Batteriegehäuse mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Das Batteriegehäuse weist ein schalenförmiges Unterteil auf, das einen Innenraum definiert, der dazu vorgesehen ist, wenigstens einen elektrischen Energiespeicher aufzunehmen, wobei das Unterteil einen umlaufenden Rahmen umfasst, der an einer Unterseite zwei Ausbuchtungen aufweist, die dazu vorgesehen sind, bei der Montage an einem Fahrzeug eine am Fahrzeug verlaufende Leitung aufzunehmen.
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Die Ausbuchtungen erlauben es, das Batteriegehäuse so im Fahrzeug zu platzieren, dass die Leitung durch die Ausbuchtungen und somit teilweise unter der Unterseite des Batteriegehäuses hindurch verläuft. Somit lässt sich das Batteriegehäuse sozusagen auf die Leitung aufsetzen, ohne zusätzliche Abstandshalter zu verwenden, die die Gesamthöhe des Batteriegehäuses unnötig vergrößern würden. Es ist keine Interaktion der Leitung mit dem Batteriegehäuse oder den Energiespeichern vorgesehen. Insbesondere ist nicht vorgesehen, dass die Leitung in den Innenraum des Batteriegehäuses eindringt. Die Ausbuchtungen dienen lediglich dazu, den Platzbedarf des Batteriegehäuses zu verringern.
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Die Leitung verläuft dabei im am Fahrzeug montierten Zustand des Batteriegehäuses vorteilhaft unterhalb des Batteriegehäuses von einer Seite des Rahmens zu einer anderen Seite des Rahmens.
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Bei der Leitung handelt es sich im Normalfall um eine Abgasleitung, die mit dem Verbrennungsmotor eines Hybridfahrzeugs, das teilweise elektrisch und teilweise mittels eines Verbrennungsmotors angetrieben wird, verbunden ist und über die Abgase des Verbrennungsmotors in die Umgebung des Fahrzeugs geleitet werden. Die Leitung kann direkt unter dem Batteriegehäuse liegen, oder die Leitung kann zusätzlich unter einer Verkleidung am Boden des Fahrzeugs verlaufen, die dann zwischen der Leitung und dem Batteriegehäuse liegt. Selbstverständlich lässt sich die Erfindung auch für andere Komponenten umsetzen, die im Fahrzeug an einer Stelle angeordnet sind, an der sie für die Platzierung des Batteriemoduls störend sind.
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Die Position der Ausbuchtungen wird bei der Fertigung des Batteriegehäuses vorab in Abhängigkeit des Fahrzeugmodells, in dem das Batteriegehäuse eingesetzt werden soll, festgelegt, und die Ausbuchtungen werden entsprechend dieser Vorgabe am Rahmen ausgebildet.
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Auf den grundlegenden Aufbau des Batteriegehäuses, auf die Form des Innenraums des Batteriegehäuses oder auf die Anordnung von Komponenten im Innenraum hat die Position der Ausbuchtungen dabei vorzugsweise keinen Einfluss.
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Da es für den grundlegenden Aufbau des Batteriegehäuses keine Rolle spielt, an welcher Position am Rahmen die Ausbuchtungen vorgesehen sind, kann eine einzige Grundform des schalenförmigen Unterteils für eine praktisch beliebige Ausrichtung und Anordnung der Leitung im Fahrzeug einfach angepasst werden.
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Somit ergibt sich ein sehr flexibles Baukastensystem, um die Fertigung des Batteriegehäuses einfach an unterschiedliche Fahrzeugtypen anpassen zu können. Es kann daher darauf verzichtet werden, für jeden Fahrzeugtyp ein eigenes Batteriegehäuse bereitzustellen.
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Um das Batteriegehäuse zu vervollständigen, ist vorteilhaft ein vom Unterteil separater Deckel vorgesehen, der zusammen mit dem Unterteil einem geschlossenen, abgedichteten Kasten ergibt, in dem die Energiespeicher aufgenommen sind und der den Innenraum an einer Oberseite abschließt. Der Deckel wird auf das Unterteil aufgesetzt, nachdem die Energiespeicher im Innenraum montiert sind.
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Die elektrischen Energiespeicher können beliebige bekannte Energiespeicher, beispielsweise Lithium-Akkumulatoren, sein, wie sie in elektrisch betriebenen Fahrzeugen zum Einsatz kommen. Die Energiespeicher liefern dabei vorzugsweise Energie für einen Antrieb des Fahrzeugs, der einen Verbrennungsmotor zeitweise ersetzt oder dessen Antriebsleistung ergänzt.
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Vorzugsweise ist der Rahmen aus mehreren einzelnen Abschnitten zusammengesetzt, die fest miteinander verbunden sind. Auf diese Weise vereinfacht sich die Fertigung, und unterschiedliche Größen für das Batteriegehäuse, beispielsweise zur Aufnahme einer unterschiedlichen Anzahl von Energiespeichern, lassen sich einfach und flexibel realisieren.
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Um eine hohe Stabilität zu erreichen, sind aneinandergrenzende Abschnitte des Rahmens vorzugsweise miteinander verschweißt.
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Der Rahmen erfüllt für das Batteriegehäuse auch die Funktion eines Aufprallschutzes, indem er Bewegungsenergie durch eine Verformung der äußeren Bereiche des Rahmens abbaut, ohne dass die Form des Innenraums verändert wird. Somit lassen sich auch die gesetzlichen Vorgaben zum Aufprallschutz erfüllen.
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Dabei ist es vorteilhaft, wenn die einzelnen Abschnitte des Rahmens Profilabschnitte sind, die einen geeigneten Querschnitt aufweisen. Insbesondere sind Hohlprofilabschnitte vorteilhaft, deren Hohlräume eine Verformung des Rahmens ausgleichen können.
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Die Profilabschnitte können aus extrudierten Profilen beispielsweise aus Aluminium oder einer geeigneten Aluminiumlegierung bestehen, die auf eine gewünschte Länge zugeschnitten werden.
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Die Schutzwirkung wird verbessert, wenn der Rahmen seitlich über die Energiespeicher übersteht (bezogen auf die vom Rahmen umschlossene Fläche). Der Rahmen bildet normalerweise den Teil des Batteriegehäuses mit der größten Wandstärke. Insbesondere kann der Deckel eine deutlich geringere Wandstärke als der Rahmen haben.
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Außer dem Rahmen weist das Unterteil vorzugsweise noch eine Bodenplatte auf, die in den Rahmen eingesetzt ist. Der Rahmen sollte über die Bodenplatte überstehen, sodass zwischen der Unterseite des Rahmens und der Unterseite der Bodenplatte ein Freiraum gebildet ist, durch den die Leitung verlaufen kann.
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Zu diesem Zweck hat der Rahmen z.B. eine innenseitig umlaufende Schulter, auf die die Bodenplatte gelegt wird.
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Die Ausbuchtungen sind lediglich an der Unterseite des Rahmens vorgesehen und erstrecken sich keinesfalls bis in den Innenraum des Batteriegehäuses. Aus Gründen der Stabilität ist es vorteilhaft, wenn der Rahmen im Bereich der Ausbuchtungen nicht komplett unterbrochen ist.
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Auch die Bodenplatte besteht vorzugsweise aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung.
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Insbesondere lässt sich die Bodenplatte aus mehreren einzelnen Profilplatten zusammensetzen, was das Konzept einer baukastenartigen flexiblen Anpassung der Form und Größe des Batteriegehäuses an verschiedene Fahrzeugtypen weiter unterstützt.
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Es ist möglich, sämtliche Bauteile des Unterteils miteinander zu verschweißen.
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Bevorzugt ist die Unterseite des Rahmens zusätzlich verstärkt und gegen Abrieb geschützt. Hierzu können seitlich neben den Ausbuchtungen Befestigungselemente für Bodenschutzabdeckungen vorgesehen sein, an denen jeweils seitlich der Leitung eine Bodenschutzabdeckung fixiert werden kann. Die restlichen Außenränder der Bodenschutzabdeckungen lassen sich am Rahmen selbst befestigen. Derartige Bodenschutzabdeckungen (Skid Plates) bestehen meist aus einem faserverstärkten RTM-Material, das in einem Harzinjektionsverfahren hergestellt wird.
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Die Befestigungselemente sind beispielsweise Leisten, die parallel zum Verlauf der Leitung über die Unterseite des Unterteils verlaufen und die an ihren Längsenden jeweils fest mit dem Rahmen verbunden sind.
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Zur Kühlung der Energiespeicher ist vorzugsweise ein plattenförmiges Kühlelement innerhalb des Innenraums angeordnet, das dazu vorgesehen ist, in thermischen Kontakt mit den Energiespeichern gebracht zu werden. Das Kühlelement kann als Wärmetauscher aufgebaut und von Kühlmittelleitungen durchzogen sein, um Wärme von den Energiespeichern aufzunehmen und nach außen abzuführen. Hierzu sind dann Durchführung für die Kühlmittelleitungen im Unterteil und/oder im Deckel vorgesehen. Diese Durchführungen sind aber vollständig unabhängig von den Ausbuchtungen für die (Abgas)Leitung.
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Zur Montage wird das Kühlelement vorzugsweise im Innenraum auf die Bodenplatte gelegt und an der Bodenplatte und/oder am Rahmen fixiert.
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Die oben genannte Aufgabe wird auch mit einer Baugruppe mit einem Batteriegehäuse, wie es oben beschrieben wurde und einer Leitung, die an einer vorgegebenen Position in einem Fahrzeug angeordnet ist, erfüllt, wobei die Position der Ausbuchtungen an der Unterseite des Rahmens auf die Position der Leitung abgestimmt ist.
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Im Allgemeinen ist die Ausrichtung des Batteriegehäuses im Fahrzeug vorgegeben. Dadurch, dass die Position der Ausbuchtungen an die Position der Leitung angepasst wird, ist es einfach möglich, eine solche Vorgabe zu erfüllen. Indem die Position der Ausbuchtungen fahrzeugspezifisch angepasst wird, kann auf einfache Weise die gewünschte Einbaulage für das Batteriegehäuse beibehalten werden, ohne für jedes Fahrzeugmodell ein komplettes eigenes Batteriegehäuse zu entwerfen.
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Oft ist die Leitung bei verschiedenen Fahrzeugtypen oder verschiedenen Modellen eines Fahrzeugs an unterschiedlichen Stellen angeordnet, wobei aber identische Anforderungen an die elektrischen Energiespeicher gestellt werden und somit prinzipiell für alle Fahrzeugtypen ein identisches Batteriegehäuse zum Einsatz kommen könnte. Erfindungsgemäß müssen lediglich für alle Leitungspositionen geeignete Positionen für die Ausbuchtungen am Rahmen bestimmt werden. Bei der Fertigung des Batteriegehäuses für den jeweiligen Fahrzeugtyp wird dann dementsprechend der Rahmen mit Ausbuchtungen an der passenden Position gefertigt. Bis auf die Position der Ausbuchtungen kann somit das Batteriegehäuse für alle Fahrzeugtypen identisch sein.
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Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung eines Batteriegehäuses wie es oben beschrieben wurde und zur Montage des Batteriegehäuses in einem Fahrzeug, wobei die Positionen der Ausbuchtungen im Rahmen in Abhängigkeit der Anordnung der Leitung im Fahrzeug festgelegt werden, der Rahmen einschließlich der Ausbuchtungen gefertigt wird, das Batteriegehäuse einschließlich des Energiespeichers zusammengesetzt wird und das Batteriegehäuse im Fahrzeug so montiert wird, dass die Leitung des Fahrzeugs in den Ausbuchtungen liegt. Bei der Fertigung des Rahmens wird also wie bereits diskutiert der Verlauf der Leitung im Fahrzeug berücksichtigt, sodass das Batteriegehäuse bei der Montage im Fahrzeug in der gewünschten Einbaulage passgenau auf die Leitung aufgesetzt wird und diese unterhalb des Batteriegehäuses liegt.
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Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Fahrzeug mit einem Batteriegehäuse, wie es oben beschrieben wurde und mit einer Leitung, insbesondere einer Abgasleitung, wobei das Batteriegehäuse so im Fahrzeug montiert ist, dass die Leitung durch die Ausbuchtungen des Rahmens verläuft, wie bereits oben beschrieben wurde.
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Das Fahrzeug ist insbesondere ein teilweise elektrisch betriebenes Fahrzeug.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die beigefügten Figuren näher beschrieben. In den Zeichnungen zeigen:
- - 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Baugruppe aus einem Unterteil eines erfindungsgemäßen Batteriegehäuses und einer Leitung in einem Fahrzeug, wobei unterschiedliche mögliche Positionen für die Leitung dargestellt sind;
- - 2 eine schematische perspektivische Darstellung eines Rahmens eines erfindungsgemäßen Batteriegehäuses;
- - 3 eine schematische perspektivische Darstellung einer Bodenplatte eines Unterteils eines erfindungsgemäßen Batteriegehäuses;
- - 4 einen vergrößerten Ausschnitt aus 3;
- - 5 eine schematische perspektivische Darstellung eines Unterteils eines erfindungsgemäßen Batteriegehäuses betrachtet von dessen Unterseite;
- - 6 eine schematische Explosionsdarstellung eines Unterteils eines erfindungsgemäßen Batteriegehäuses mit einem Kühlelement und mehreren Energiespeichern;
- - 7 eine schematische perspektivische Darstellung eines Deckels eines erfindungsgemäßen Batteriegehäuses; und
- - 8 Schritte der Herstellung eines erfindungsgemäßen Batteriegehäuses nach einem erfindungsgemäßen Verfahren.
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1 zeigt eine Baugruppe 10 aus einem Batteriegehäuse 12, genauer gesagt einem Unterteil 14 des Batteriegehäuses 12, sowie einer Leitung 16, die ortsfest an einem nicht näher dargestellten Fahrzeug montiert ist. Das Fahrzeug ist insbesondere ein Hybrid-Fahrzeug (z.B. ein PHEV), das über einen Antrieb verfügt, der einen Verbrennungsmotor und zumindest einen Elektromotor umfasst.
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Die Leitung 16 ist hier eine Abgasleitung des Verbrennungsmotors des Fahrzeugs, wobei zwischen der Leitung 16 und dem Unterteil 14 des Batteriegehäuses 12 noch eine hier nicht dargestellte Abdeckung angeordnet sein könnte.
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Das gesamte Batteriegehäuse 12 ist näher in den 6 bis 8 gezeigt.
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Das Unterteil 14 des Batteriegehäuses 12 umfasst einen Rahmen 18 sowie eine in den Rahmen 18 eingesetzte Bodenplatte 20. Senkrecht zur Fläche der Bodenplatte 20 steht der Rahmen 18 in beide Richtungen über die Bodenplatte 20 über (siehe auch 5 und 6).
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An einer der Leitung 16 zugewandten Unterseite 22 des Rahmens 18 sind in dem Bereich des Rahmens 18, der über die Bodenplatte 20 übersteht, zwei Ausbuchtungen 24 vorgesehen. Die Ausbuchtungen 24 ergeben sich z.B. dadurch, das Material des Rahmens 18 entfernt wird, beispielsweise durch Schneiden oder Fräsen.
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Der Rahmen 18 ist aus mehreren einzelnen Abschnitten 26, die an ihren Längsenden aneinandergrenzen, zusammengesetzt und hat in seinem Inneren eine durchgehende Öffnung 30, wie 2 und 8 zeigen.
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Die einzelnen Abschnitte 26 sind hier aus Hohlprofilen, insbesondere aus extrudierten Hohlprofilen, gebildet, die auf die gewünschte Länge zugeschnitten und dann miteinander verbunden, insbesondere verschweißt, werden.
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Als Material sowohl für den Rahmen 18 als auch für die Bodenplatte 20 wird beispielsweise Aluminium oder eine Aluminiumlegierung (z.B. aus der 6000er-Serie) verwendet.
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Die Bodenplatte 20 ist in diesem Beispiel aus mehreren Profilplatten 28 zusammengesetzt, die an ihren Längsrändern mittels einer Nut- und Federgeometrie ineinandergesteckt sind (siehe 4).
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Die Bodenplatte 20 ist hier am Rand der inneren Öffnung 30 des Rahmens 18 fest und dicht befestigt, beispielsweise verschweißt.
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Diese Grundform des Unterteils 14 des Batteriegehäuses 12 wird für verschiedene Fahrzeugtypen oder Modelle eines Fahrzeugs verwendet, bei denen die Leitung 16 am Fahrzeug in unterschiedlichen Positionen verläuft. Dies ist in 1 für drei unterschiedliche Positionen der Leitung 16 angedeutet. Im Fahrzeug ist normalerweise nur eine einzige der Leitungen 16 in einer einzigen Position vorgesehen.
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Abhängig von der Anordnung der Leitung 16 im Fahrzeug wird die Position der beiden Ausbuchtungen 24 im Rahmen 18 bei der Fertigung des Rahmens 18 festgelegt. Die restliche Geometrie des Batteriegehäuses 12 sowie die Einbaulage ist für alle drei hier gezeigten Varianten identisch.
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Die gestrichelten Linien in 1 verdeutlichen einen möglichen Verlauf der Leitung 16 unterhalb des Batteriegehäuses 12 und auch die Position der zweiten Ausbuchtung 24, die jeweils an der gegenüberliegenden Seite des Rahmens 18 an der Stelle angeordnet ist, wo die Leitung 16 wieder unter dem Batteriegehäuse 12 zum Vorschein kommt. Die hier gezeigte Anordnung entspricht normalerweise auch der Einbaulage im Fahrzeug, sodass die Leitung 16 in Vertikalrichtung V betrachtet unterhalb des Batteriegehäuses 12 liegt.
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Das Batteriegehäuse 12 umfasst außerdem an der Unterseite 22 des Rahmens 18 einen Abriebs- und Verschleißschutz, der hier in Form von zwei Bodenschutzabdeckungen 34 gebildet ist. Die Bodenschutzabdeckungen 34 bestehen aus einem faserverstärkten RTM-Material. Die beiden Bodenschutzabdeckungen 34 decken hier mit Ausnahme des Bereichs, in dem die Leitung 16 verläuft, die gesamte Unterseite 22 des Rahmens 18 ab und sind an drei ihrer Außenränder direkt am Rahmen 18 befestigt (siehe auch 6).
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An ihrem vierten Rand sind die Bodenschutzabdeckungen 34 jeweils an einem Befestigungselement 36 fixiert, dass neben der Leitung 16 seitlich neben den Ausbuchtungen 24 angeordnet ist.
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In diesem Beispiel sind die Befestigungselemente 36 durch zwei parallele Leisten gebildet, die jeweils neben der Leitung 16 verlaufen und die an ihren Längsrändern neben den Ausbuchtungen 24 am Rahmen 18 fixiert sind.
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Das Unterteil 14 umschließt einen Innenraum 38. Im Innenraum 38 ist ein plattenförmiges Kühlelement 40 angeordnet, das auf der Bodenplatte 20 liegt und das z.B. nicht dargestellte Kühlmittelleitungen umfasst. Die Kühlmittelleitungen weisen insbesondere Anschlüsse auf, die durch das Batteriegehäuse 12 gedichtet nach außen geführt sind, um das Kühlelement 40 an einen geeigneten Kühlkreislauf anschließen zu können.
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Zur Fertigung des Batteriegehäuses 12 wird zunächst festgelegt, an welcher Stelle am Rahmen 18 die Ausbuchtungen 24 angeordnet sein sollen. Dies ist abhängig von der Position der Leitung 16 im Fahrzeug.
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Aufgrund dieser Daten wird das Unterteil 14 einschließlich der entsprechend positionierten Ausbuchtungen 24 am Rahmen 18 gefertigt.
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Anschließend wird das Kühlelement 40 in den Innenraum 38 eingesetzt und am Rahmen 18 fixiert (siehe 6 und 8).
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Danach werden die Energiespeicher 46 im Innenraum 38 auf dem Kühlelement 40 platziert, sodass sie in thermischen Kontakt mit dem Kühlelement 40 sind. Die Energiespeicher 46 lassen sich auf bekannte Weise z.B. am Rahmen 18 fixieren, beispielsweise mithilfe von Schrauben 48 (angedeutet in 6).
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Auch eine bekannte Batterieelektronik und/oder eine Zellelektronik können zusammen mit den Energiespeichern 46 im Batteriegehäuse 12 aufgenommen sein (nicht dargestellt).
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Nachdem die Energiespeicher 46 eingesetzt wurden, wird ein Deckel 50 auf das Unterteil 14 aufgesetzt und dicht mit diesen verbunden, beispielsweise mittels Schrauben 52 (schematisch dargestellt in 7).
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Außerdem werden die Bodenschutzabdeckungen 34 an der Unterseite 22 des Rahmens und an den Befestigungselementen 36 montiert.
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Das so vorgefertigte Batteriegehäuse 12 (inklusive der eingesetzten Energiespeicher 46) wird in der gewünschten Einbaulage im Fahrzeug verbaut, indem das Batteriegehäuse 12 an der gewünschten Position im Fahrzeug eingesetzt wird. Dabei kommen die Ausbuchtungen 24 über der Leitung 16 zu liegen, sodass die Leitung 16 in den Ausbuchtungen 24 aufgenommen ist und sich die Leitung 16 unterhalb des Batteriegehäuses 12 durch die Ausbuchtungen 24 erstreckt. Da die Bodenplatte 20 in Vertikalrichtung V höher liegt als die Unterseite 22 des Rahmens 18, behindert die Bodenplatte 20 den Verlauf der Leitung 16 nicht.
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Die Bodenschutzabdeckungen 34 liegen beidseits der Leitung 16.
