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Die Erfindung betrifft ein Begrenzungsblech für ein Zellmodul oder für eine Batteriezelle einer Energiespeichervorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung einer Energiespeichervorrichtung, sowie ein Zellmodul und eine Energiespeichervorrichtung mit einem solchen Begrenzungsblech.
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In der Zellmodulkonstruktion werden typischerweise die Gehäusebleche, wie beispielsweise Begrenzungsbleche und Zugankerbleche, im Nasslackverfahren mit einem UV-aushärtenden Lack beschichtet, um den Anforderungen an Kriechstromfestigkeit und elektrische Durchschlagsfestigkeit gerecht zu werden.
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Bei der Lackapplikation im Nassverfahren kann es durch das Material und/oder den Applikationsprozess zu einem geringen Deckvermögen in der Lackschichtdicke, im speziellen an Radien und Kanten (Kantenflucht), kommen. Dies kann zu Problemen bei der Durchschlagsfestigkeit führen.
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Außerdem kann die Robustheit von Klebeverbindungen im Bereich der Lackschicht teilweise kritisch sein, insbesondere in Bezug auf die Haftung des Lacks auf dem Blechkörper (typischerweise eine Aluminiumlegierung, kann aber auch eine Stahllegierung oder ein anderer Metallwerkstoff sein).
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Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Oberflächenbeschichtung für Bleche von Zellmodulen und/oder Energiespeichervorrichtungen zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Begrenzungsblech mit den Merkmalen von Anspruch 1, ein Zellmodul mit den Merkmalen von Anspruch 7, eine Energiespeichervorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 8 sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Energiespeichervorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 9. Die abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Begrenzungsblech für ein Zellmodul einer Energiespeichervorrichtung bereitgestellt. Das Begrenzungsblech kann insbesondere als Teil eines Modulgehäuses ausgebildet sein und weist einen metallischen Blechkörper mit wenigstens zwei Seitenflächen und wenigstens einer Seitenkante auf, wobei wenigstens ein Teilbereich wenigstens einer der Seitenflächen und gegebenenfalls ein diesen Teilbereich begrenzender Kantenabschnitt eine Oberflächenbeschichtung aufweist.
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Die Oberflächenbeschichtung ist eine Pulverbeschichtung, wobei unter einer Pulverbeschichtung insbesondere zu verstehen ist, dass die Oberflächenbeschichtung ausgehend von einem festen, insbesondere pulverförmigen Halbzeug auf das Blech aufgebracht wird. Insbesondere wird das Beschichtungshalbzeug dabei erwärmt und/oder gegen das Blech beschleunigt, sodass beim Auftreffen auf das Blech einzelne Partikel des Halbzeugs durch den Aufprall abgeflacht werden und gemeinsam mit einer Vielzahl anderer Partikel eine stark adhäsiv haftende Beschichtung auf dem Blech ausbilden. Insbesondere sind die Partikelgrenzen (also beispielsweise die Grenzen zwischen den einzelnen abgeflachten Pulverkörnern) in der Beschichtung erkennbar, beispielsweise in einem Querschnitt oder Längsschnitt der Oberflächenbeschichtung.
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Gemäß einer Ausführung ist das Begrenzungsblech als Zuganker ausgebildet. Bei dieser Ausführung ist besonders wichtig, dass die Oberflächenbeschichtung des Bleches in einem Bereich, in welchem in einem verbauten Zustand des Blechs große Zugkräfte wirken (also insbesondere an einem Zugangriffspunkt), aufbaufähig für eine Klebeverbindung mit den Zellmodulen ist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Zellmodul für eine Energiespeichervorrichtung, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, bereitgestellt, aufweisend eine Mehrzahl von Batteriezellen, und wenigstens ein Begrenzungsblech gemäß einer Ausführung der Erfindung, wobei das Begrenzungsblech mittels einer Klebeverbindung mit einem, mehreren oder allen der Batteriezellen unmittelbar oder mittelbar, insbesondere über ein Zellgehäuse, verbunden ist, und wobei die Klebeverbindung zumindest in einem Teilbereich ihrer Erstreckung an der Pulverbeschichtung des Begrenzungsblechs ausgebildet ist. Die Klebeverbindung zwischen der Batteriezelle und dem Begrenzungsblech und/oder zwischen einem oder mehreren Zellgehäusen und dem Begrenzungsblech an sich kann mit fachüblichen Klebmassen für den jeweiligen Anwendungsfall ausgeführt sein, wobei insbesondere eine Anpassung auf das Beschichtungsmaterial vorgesehen sein kann.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Energiespeichervorrichtung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, bereitgestellt, die eine Mehrzahl von Zellmodulen gemäß einer Ausführung der Erfindung aufweist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer Energiespeichervorrichtung, insbesondere gemäß einer Ausführung der Erfindung, vorgeschlagen. Das Verfahren weist insbesondere folgende Verfahrensschritte auf: i) Beschichten wenigstens eines Teilbereichs wenigstens einer Seitenfläche und gegebenenfalls eines diesen Teilbereich begrenzenden Kantenabschnitts eines Begrenzungsblechs, wobei das Beschichten mittels eines Verfahrens der Pulverbeschichtung erfolgt; ii) Bereitstellen eines Klebstoffs für eine Klebeverbindung zwischen mehreren Batteriezellen einerseits und dem Begrenzungsblech andererseits; iii) Verkleben der Batteriezellen und des Verbindungsblechs zu einem Zellmodul; iv) Montieren mehrerer Zellmodule zu einer Energiespeichervorrichtung.
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Der Erfindung liegt unter anderem die Erkenntnis zugrunde, dass bei lackierten Begrenzungsblechen in Zugscherversuchen die Klebeverbindung zwischen dem Begrenzungsblech und dem Zellmodul zumeist adhäsiv versagt, d.h. die Klebeverbingung versagt durch fehlende Haftung des Lacks an dem Blechkörper des Begrenzungsblechs.
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Die Erfindung basiert nun unter anderem auf der Idee, die Schutzschicht gegen Kriechströme und Durchschlagen in einer anderen Weise auf den Blechkörper aufzubringen, die eine ausreichend große Adhäsion zwischen der Schutzschicht und dem Blechkörper ermöglicht, sodass diese Adhäsion nicht mehr den Schwachpunkt einer Klebeverbindung zwischen dem Blech und dem Zellmodul darstellt.
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Serienversuche (Zugscherversuche) der Anmelderin haben ergeben, dass bei Klebeverbindungen, die im Bereich einer erfindungsgemäßen Pulverbeschichtung der Oberfläche des Begrenzungsblechs ausgebildet sind, der Anteil des adhäsiven Versagens durch Ablösen der Oberflächenbeschichtung von dem Blechkörper deutlich geringer ausfällt als bei lackierten Blechen.
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Die Pulverbeschichtung, aufgebracht beispielsweise im Warmspritzverfahren, Kaltspritzverfahren oder auch durch Tauchbaden im Wirbelsinterverfahren, führt zu einer aufbaufähigen Oberfläche für Strukturklebeverbindungen, die bei einem geeigneten Material des Pulvers auch unter anderem elektrisch isolierend und thermisch leitfähig ist.
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Gemäß einer Ausführung ist die Pulverbeschichtung zumindest im Bereich wenigstens eines Zugangriffspunkts des Zugankers ausgebildet, um zumindest dort eine ausreichende Adhäsion zwischen der Oberflächenbeschichtung und dem Blechkörper sicherzustellen. Gemäß einer Ausführung ist die Oberflächenbeschichtung zumindest an einem Bereich hoher Zug- und/oder Scherbelastung der Klebeverbindung ausgebildet. Gemäß einer Ausführung ist die Klebeverbindung zumindest im Bereich des wenigstens einen Zugangriffspunkts des Zugankers ausgebildet ist.
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Gemäß einer Ausführung weist die Pulverbeschichtung eine Vielzahl von abgeplatteten, insbesondere jeweils mit wenigstens einem anderen Pulverkorn adhäsiv verbundenen, Pulverkörnern auf. Dadurch wird eine hohe Adhäsion zwischen zwischen der Oberflächenbeschichtung und dem Blechkörper sichergestellt.
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Gemäß einer Ausführung weist das Beschichtungsmaterial ein Polymer und/oder ein Epoxidharz auf, damit die mechanischen, elektrischen und thermischen Anforderungen an das Zellmodul bzw. die Energiespeichervorrichtung erreicht werden können.
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Als geeignetes Material für das Pulver zur Pulverbeschichtung werden beispielsweise Polymere bzw. Epoxidharze, wie beispielsweise Resicoat® EL HLF59R von AkzoNobel®, verwendet. Vorzugsweise sind Schichtdicken von 200 bis 300 µm auf der Blechoberfläche vorgesehen.
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Um eine hohe Qualität der Pulverbeschichtung zu erreichen, wird gemäß einer Ausführung die Pulverbeschichtung mittels eines Verfahrens des Pulverspritzens aufgebracht. Dann ist die Pulverbeschichtung insbesondere eine Pulverspritzbeschichtung, wie sie insbesondere mittels eines Verfahrens des thermischen Spritzens aufbringbar ist.
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Bei den Verfahren des thermischen Spritzens wird das Beschichtungsmaterial als Zusatzwerkstoff (sogenannter Spritzzusatz), innerhalb oder außerhalb eines Spritzbrenners ab-, an- oder aufgeschmolzen und/oder in einem Gasstrom in Form von Spritzpartikeln beschleunigt und auf die Oberfläche des zu beschichtenden Begrenzungsblechs geschleudert. Die Oberfläche des Blechs wird dabei nicht angeschmolzen und nur gering thermisch belastet. Die Oberflächenbeschichtung wird ausgebildet, indem die Spritzpartikel, vorliegend also insbesondere die Pulverkörner, beim Auftreffen auf die Blechoberfläche prozess- und materialabhängig abflachen, hauptsächlich durch mechanische Verklammerung haften bleiben und lagenweise eine Spritzschicht aufbauen. Die erzielten Schichteigenschaften (geringe Porosität, gute Adhäsion an das Blech, Rissfreiheit und homogene Mikrostruktur) werden insbesondere beeinflusst von der Temperatur und der Geschwindigkeit der Spritzpartikel zum Zeitpunkt ihres Auftreffens auf die zu beschichtende Oberfläche. Der Oberflächenzustand (Reinheit, Aktivierung, Temperatur) übt ebenfalls maßgeblichen Einfluss auf Qualitätsmerkmale wie die Haftfestigkeit aus. Diese Faktoren können von Fachleuten fallspezifisch auf die Erfindung angepasst und entsprechend eingestellt werden.
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Gemäß einer Ausführung wird das Verfahren mittels Kunststoffflammspritzen durchgeführt und damit eine Polymerschicht und/oder eine Epoxidschicht das Blech aufgebracht. Beispielsweise wird in einem schützenden Druckluftpolster das Pulver durch eine kurze Azetylen-Sauerstoffflamme erhitzt. Dabei entstehen Kunststofftröpfchen, die auf das Blech geblasen werden. Dort erstarren die Tröpfchen und bilden durch Abplattung eine geschlossene Oberfläche. Zur Herstellung der Oberflächenbeschichtung kann das Blech nötigenfalls vorerhitzt werden.
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Beim Flammspritzen können insbesondere pulverförmige Zusatzwerkstoffe verarbeitet und auf die Blechoberfläche aufgespritzt werden. Die notwendige Prozessenergie resultiert aus der Verbrennung eines Brenngas-Sauerstoff-Gemischs und/oder aus unter Druck eingebrachten Gase (z.B. Druckluft), die unter anderem der Erhöhung der kinetischen Energie dienen.
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Gemäß einer Ausführung wird das Verfahren mittels Hochgeschwindigkeitsflammspritzen durchgeführt, wobei der in der Brennkammer erzeugte hohe Druck des brennenden Kraftstoff-Sauerstoff-Gemisches und eine Expansionsdüse (insbesondere Lavaldüse) die notwendige hohe Geschwindigkeit des Gasstrahls erzeugen. Der pulverförmige Spritzwerkstoffe (Korngröße beispielsweise eins bis 300 µm) werden axial in der Brennkammer oder radial im Bereich der Expansionsdüse zugeführt. Dadurch werden die Pulverkörner auf hohe Geschwindigkeiten beschleunigt, die zu sehr dichten Spritzschichten mit hervorragender Adhäsion führen. Durch die regelbare und gerade ausreichende Wärmeeinbringung wird der Spritzwerkstoff durch den Spritzprozess nur gering metallurgisch verändert.
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Gemäß einer Ausführung wird das Verfahren mittels Kaltgasspritzen (Cold Spray, CS) durchgeführt. Dabei wird der Beschichtungswerkstoff in Pulverform mit sehr hoher Geschwindigkeit auf das Begrenzungsblech aufgebracht. Das auf wenige hundert Grad aufgeheizte Prozessgas wird durch Expansion in einer Lavaldüse auf Überschallgeschwindigkeit beschleunigt. Anschließend werden die Pulverkörner in den Gasstrahl injiziert und dabei auf eine so hohe Geschwindigkeit beschleunigt, dass sie im Gegensatz zu anderen thermischen Spritzverfahren auch ohne vorangehendes An- oder Aufschmelzen beim Aufprall auf das Substrat eine dichte und fest haftende Schicht bilden.
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Um eine hohe Qualität der Pulverbeschichtung zu erreichen, wird gemäß einer Ausführung die Pulverbeschichtung mittels eines Verfahrens des Wirbelsinterns aufgebracht. Dann ist die Pulverbeschichtung eine Wirbelsinterbeschichtung. Dabei wird das Beschichtungspulver durch eine Wirbelschicht gleichmäßig auf das, insbesondere erwärmte, Begrenzungsblech aufgebracht. Durch das Aufschmelzen des Kunststoffs entsteht ein dichter Überzug.
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Um die Wirbelschicht zu generieren, wird Luft von unten in eine trockene Schicht aus Beschichtungspulver geblasen, wobei sich die Pulverschicht in einem Becken mit Siebboden befindet. Durch die eingeblasene Luft werden die Pulverpartikel in Schwebe gehalten. Es können nahezu alle fluidisierbaren bzw. mikronisierbaren Polymere und Epoxide eingesetzt werden, wenn die Korngröße - wie gemäß einer Ausführung - im Bereich von etwa 50 - 300 µm liegt.
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Als Beschichtungspulver sind gemäß verschiedener anwendungsbezogener Ausführungen Polyamid, Polyethylen, Polyester, Epoxid und Polyethylen-Co-Chlortrifluorethylen (ECTFE) und/oder Mischungen der vorgenannten Materialien vorgesehen. Je nach Kunststoffpulver besitzt die entstehende Schicht unterschiedliche Eigenschaften.
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Gemäß einer Ausführung wird das zu beschichtende Bleche auf eine Temperatur von 100 - 200 °C über den Schmelzpunkt des Beschichtungspulvers vorgewärmt.
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Das, ggf. vorgewärmte, Blech wird dann unter Drehen in das Wirbelbett getaucht und verbleibt dort für eine vorbestimmte Zeit, insbesondere ein bis drei Sekunden. Das Beschichtungspulver schmilzt am, ggf. vorerhitzten Blech auf, solange dieses über der Schmelztemperatur liegt bzw. die Oberflächentemperatur die Schmelztemperatur des Beschichtungspulvers nicht unterschreitet. Die erreichbare Schichtdicke hängt insbesondere von der Vorwärmtemperatur und der Eintauchzeit ab.
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Gemäß einer Ausführung wird zum Montieren der Energiespeichervorrichtung wenigstens ein Zugangriffspunkt jeweils wenigstens eines Zugankers der Zellmodule verbunden, insbesondere in einen Zugverbund zur Verspannung der Zellmodule, insbesondere untereinander, eingebunden. In einer derart montierten Energiespeichervorrichtung kommen wegen der Zugscherkräfte, die auf die Klebeverbindung wirken, die Vorteile der Erfindung, insbesondere hinsichtlich einer verstärkten Adhäsion der Zugankerbleche und deren Oberflächenbeschichtung, zur Geltung.
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Gemäß einer Ausführung werden wenigstens ein Begrenzungsblech eines Zellbegrenzungsblechtyps und wenigstens ein Begrenzungsblech eines Modulbegrenzungsblechtyps pulverbeschichtet, wobei das Begrenzungsblech des Zellbegrenzungsblechtyps als Teil eines Zellgehäuses mit einer Batteriezelle direkt verklebt wird, und wobei das Begrenzungsblech des Modulbegrenzungsblechtyps mit wenigstens einem Begrenzungsblech des Zellbegrenzungsblechtyps verklebt wird. Dadurch kann die Robustheit der Klebeverbindung(en) weiter verbessert werden.
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Um die Klebeverbindung(en) noch robuster zu machen, sind gemäß einer Ausführung die Klebeverbindung(en) des/r Begrenzungsbleche/s des Zellbegrenzungsblechtyps und die Klebeverbindung(en) des/r Begrenzungsbleche/s des Modulbegrenzungsblechtyps zumindest in einem Teilbereich ihrer Erstreckung an der Pulverbeschichtung des jeweiligen Begrenzungsblechs ausgebildet.
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Gemäß einer Ausführung wird wenigstens ein Begrenzungsblech eines Zellbegrenzungsblechtyps pulverbeschichtet, wobei die Pulverbeschichtung zeitlich vor der Montage der Batteriezelle mit dem Begrenzungsblech erfolgt. Die Pulverbeschichtung auf der Zellcan muss also insbesondere stattfinden, bevor die Zelle komplettiert wird, um den Einfluss der hohen Einbrenntemperatur zum Aushärten des Pulvers von der Zellchemie selbst zu entkoppeln.
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Typische Zellgeometrien für eine solche Anwendung der Erfindung sind insbesondere die an sich bekannten prismatischen Formate, aber auch die Zellcans (Zellgehäuse) andere Zellformate, wie z.B. Rundzellen oder Pouchzellen, können entsprechend einer Ausführung der Erfindung pulverbeschichtet werden.
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Weitere Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Figuren.
- 1 zeigt eine Energiespeichervorrichtung mit mehreren Zellmodulen nach einer beispielhaften Ausführung der Erfindung in einer schematischen Schnittansicht.
- 2 zeigt ein Zellmodul nach einer beispielhaften Ausführung der Erfindung in einer schematischen Schnittansicht.
- 3 zeigt ein als Zuganker ausgebildetes Begrenzungsblech nach einer beispielhaften Ausführung der Erfindung in verschiedenen schematischen Ansichten.
- 4 illustriert ein Wirbelsinter-Verfahren zur Pulverbeschichtung eines Begrenzungsblechs bei der Herstellung einer Energiespeichervorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführung der Erfindung.
- 5 illustriert ein Kunststoffflammspritz-Verfahren zur Pulverbeschichtung eines Begrenzungsblechs bei der Herstellung einer Energiespeichervorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführung der Erfindung.
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1 zeigt eine Energiespeichervorrichtung 1 für ein Kraftfahrzeug. Die Energiespeichervorrichtung 1 weist in der Darstellung vier Zellmodule 2 auf, kann aber in typischen Konfigurationen in Kraftfahrzeugen deutlich mehr Zellmodule 2 aufweisen, die in anwendungsspezifisch geeigneter Weise elektrisch miteinander verschaltet sind.
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Jedes der Zellmodule 2 weist eine Mehrzahl von Batteriezellen 4 - in der Darstellung neun Batteriezellen 4 - auf, die in anwendungsspezifisch geeigneter Weise elektrisch miteinander verschaltet sind.
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Zudem ist jedes Zellmodul 2 mit jeweils zwei frontalen Begrenzungsblechen 6 und jeweils zwei seitlichen Begrenzungsblechen 8 von der Umgebung bzw. von den benachbarten Zellmodulen 2 abgegrenzt. Ein Gehäuseboden und ein Gehäusedeckel zur unteren und oberen Abdeckung der Zellmodule 2 ist nicht dargestellt.
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Die seitlichen Begrenzungsbleche 8 sind - insbesondere, wenn bei der Energiespeichervorrichtung ein benachbartes Zellmodul vorgesehen ist - als Zuganker 8 ausgebildet. Dabei ist im Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass die einander zugewandten Zuganker 8 benachbarter Zellmodule 2 zur Aufnahme von Zugkräften zwischen den benachbarten Zellmodulen 2 miteinander verbunden werden können. Diese Verbindung kann beispielsweise durch ein Einrasten, ein Verschrauben, oder in sonstiger, an sich bekannter Weise erfolgen.
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Jedes der Begrenzungsbleche 6, 8 ist mittels einer Klebeverbindung 10 bzw. 12 mit einem Teil der oder allen angrenzenden Batteriezellen 4 verbunden. Dabei ist die Verbindung insbesondere unmittelbar mit der Hülle der Batteriezelle(n) 4 ausgebildet.
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Wenn die benachbarten Zellmodule 2 auf Zug belastet werden, werden die resultierenden Zugkräfte F von den Zugankern 8 aufgenommen. Dadurch werden die Klebeverbindungen 12 einer Zug- und/oder einer Zug-Scher-Belastung ausgesetzt.
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In 2 ist beispielhaft eines der Zellmodule 2 der Energiespeichervorrichtung zur besseren Darstellung der Erfindung vergrößert dargestellt.
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Aus der Darstellung ist ersichtlich, dass die Begrenzungsbleche 6 und die Zuganker 8 zumindest im Bereich der Schnittdarstellung mit einer Oberflächenbeschichtung 14 beschichtet sind. Diese Oberflächenbeschichtung 14 ist zumindest an einem Teil der Klebeverbindungen 10 bzw. 12 ausgebildet.
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Das ist insbesondere in besonderem Maß bei den Zugankern 8 wichtig, weil diese verhältnismäßig große Zugkräfte F zwischen den Zellmodulen 2 aufnehmen und damit die Klebeverbindungen 12 auf Zug und/oder auf Zug-Scherung beanspruchen. Bei den Zugankern 8 ist die Oberflächenschicht zumindest an einem Teil der Klebeverbindungen 12 ausgebildet, der in einem Bereich liegt, an dem ein Zugangriffspunkt 16 des jeweiligen Zugankers 8 angeordnet ist.
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Bei bekannten Begrenzungsblechen 6 bzw. 8 ist die Oberflächenschicht ein mittels Nasslackieren aufgebrachte Lackschicht. Die Oberflächenbeschichtung 14 der Begrenzungsbleche 6 und der Zuganker 8 der Zellmodule 2 ist hingegen eine Pulverbeschichtung.
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Die Pulverbeschichtung 12 ist im Ausführungsbeispiel mit dem Epoxidpulver Resicoat® EL HLF59R von AkzoNobel® ausgebildet und weist eine Schichtdicke von ca. 200 µm auf. Die Pulverbeschichtung weist eine deutlich höhere spezifische Adhäsion mit dem Blechkörper 7 bzw. 9 auf als dies bei nasslackierten Lacken der Fall ist, aber auch eine Adhäsion, die größer ist als die Kohäsion der typischerweise im kraftfahrzeugbau und/oder im Batteriebau eingesetzten Klebesysteme. Damit ist die Adhäsion zwischen der Oberflächenbeschichtung 14 und dem Blechkörper 7 bzw. 9 als Schwachstelle der Klebeverbindungen 10 bzw. 12 eliminiert.
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In 3 ist beispielhaft einer der Zuganker 8 aus 2 in drei Orthogonal-Ansichten darstellt. 3a ist eine seitliche Schnittansicht, 3b ist eine Draufsicht aus dem Zellmodul 2 heraus, 3c ist eine Schnittansicht von oben.
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Aus den 3a und 3b ist ersichtlich, dass die Pulverbeschichtung 14 insbesondere in einem oberen Bereich 18 auf einer der Klebeverbindung 12 zugewandten Seite des Zugankers 8 ausgebildet ist. Der 3a ist zudem zu entnehmen, dass dieser obere Bereich 18 in einem Querschnittsbereich angeordnet ist, an dem auf der der Klebeverbindung 12 abgewandten Seite die Zugangriffspunkte 16 angeordnet sind. Daher sind in dem oberen Bereich 18 besonders große Zug- und/oder Zug-Scher-Belastungen zu erwarten, die durch die verstärkte Adhäsion der Pulverbeschichtung 14 abgefangen werden können.
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4 illustriert ein Wirbelsinter-Verfahren 40 nach einer beispielhaften Ausführung zur Herstellung der Pulverbeschichtung 14 bei einem Begrenzungsblech 6, 8. Dabei wird das Beschichtungspulver 42 durch eine Wirbelschicht 44 gleichmäßig auf das, insbesondere erwärmte, Begrenzungsblech 6, 8 aufgebracht. Durch das Aufschmelzen des Kunststoffs entsteht ein dichter Überzug.
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Um die Wirbelschicht 44 zu generieren, wird Luft 46 von unten in eine trockene Schicht aus Beschichtungspulver 42 geblasen, wobei sich die Pulverschicht in einem Becken 48 mit Siebboden 49 befindet. Durch die eingeblasene Luft werden die Pulverpartikel in Schwebe gehalten.
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Im Ausführungsbeispiel wird das zu beschichtende Blech 6, 8 auf eine Temperatur von 100 - 200 °C über den Schmelzpunkt des Beschichtungspulvers 42 vorgewärmt.
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Das vorgewärmte Blech 6, 8 wird dann unter Drehen in das Wirbelbecken 48 getaucht und verbleibt dort für ein bis drei Sekunden. Das Beschichtungspulver 42 schmilzt am vorerhitzten Blech 6, 8 auf und bildet die Pulverbeschichtung 14 aus, solange dieses über der Schmelztemperatur liegt bzw. die Oberflächentemperatur die Schmelztemperatur des Beschichtungspulvers 42 nicht unterschreitet. Die Schichtdicke wird durch Einstellung der Vorwärmtemperatur und der Eintauchzeit auf ca. 200 µm eingestellt.
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5 illustriert ein Kunststoffflammspritz-Verfahren 50 zur Pulverbeschichtung eines Begrenzungsblechs 6, 8. Dabei wird das Beschichtungsmaterial 52 als Zusatzwerkstoff (sogenannter Spritzzusatz), innerhalb eines Spritzbrenners 53 angeschmolzen und in einem Gasstrom in Form von Spritzpartikeln 54 beschleunigt und auf die Oberfläche 7, 9 des zu beschichtenden Begrenzungsblechs 6, 8 geschleudert.
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Die Oberfläche 7, 9 des Blechs 6, 8 wird dabei nicht angeschmolzen und nur gering thermisch belastet. Die Oberflächenbeschichtung 14 wird ausgebildet, indem die Spritzpartikel 54, beim Auftreffen auf die Blechoberfläche abflachen, hauptsächlich durch mechanische Verklammerung haften bleiben und lagenweise eine Spritzschicht (= die Oberflächenbeschichtung 14) aufbauen. Die erzielten Schichteigenschaften werden insbesondere beeinflusst von der Temperatur und der Geschwindigkeit der Spritzpartikel zum Zeitpunkt ihres Auftreffens auf die zu beschichtende Oberfläche 7, 9 und können von Fachleuten anforderungsentsprechend eingestellt werden.
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Bei dem Verfahren wird entsprechend dem gewählten Beschichtungsmaterial EL HLF59R eine Epoxidschicht als Oberflächenbeschichtung 14 auf das Blech 6, 8 aufgebracht.
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Das Pulver wird in einem schützenden Druckluftpolster erhitzt, das die Partikel von dem Gemisch aus Brenngas 55 und Luft 56 trennt. Die dabei entstehenden Tröpfchen bzw. angeschmolzenen Partikel 54 werden auf das Blech 6, 8 geblasen. Dort erstarren sie und bilden durch Abplattung eine geschlossene Oberfläche, wie besonders aus dem vergrößert dargestellten Ausschnitt in 5 deutlich wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Energiespeichervorrichtung
- 2
- Zellmodul
- 4
- Batteriezelle
- 6
- Begrenzungsblech
- 7
- Blechkörper
- 8
- Zuganker
- 9
- Blechkörper
- 10
- Klebeverbindung
- 12
- Klebeverbindung
- 14
- Pulverbeschichtung (als Oberflächenbeschichtung)
- 16
- Zugangriffspunkt
- 18
- oberer Bereich
- 40
- Wirbelsinter-Verfahren
- 42
- Beschichtungspulver
- 44
- Wirbelschicht
- 46
- Luft
- 48
- Wirbelbecken
- 49
- Siebboden
- 50
- Kunststoffflammspritz-Verfahren
- 52
- Beschichtungsmaterial
- 53
- Spritzbrenner
- 54
- Spritzpartikel
- 55
- Brenngas
- 56
- Luft
- F
- Zugkräfte
