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Die Erfindung betrifft eine Energiespeichervorrichtung umfassend zumindest eine Energiespeicherkomponente, welche in einem von einem ersten Hüllelement eines Gehäuses gebildeten ersten Volumen angeordnet ist. Weiterhin betrifft die Erfindung auch ein Kraftfahrzeug mit einer entsprechenden Energiespeichervorrichtung.
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Eine solche Energiespeichervorrichtung kann beispielsweise eine elektrische Energiequelle sein. Zum Beispiel kann die Energiespeichervorrichtung als ein Hochvoltspeicher oder eine Hochvoltbatterie (HV-Batterie) ausgebildet sein. Der Begriff „Hochvolt“ beschreibt dabei eine Betriebsspannung von etwa 30 V bis etwa 1 kV für Wechselspannungen oder von etwa 60 V bis etwa 1,5 kV für Gleichspannungen. Entsprechend kann die zumindest eine Energiespeicherkomponente oder Elektrokomponente der Energiespeichervorrichtung beispielsweise als eine Batteriezelle und/oder ein Batteriemodul und/oder ein Steuergerät und/oder eine Verkabelung der Energiespeicherkomponenten der jeweiligen Energiespeicherkomponente ausgestaltet sein.
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Die Energiespeichervorrichtung weist weiterhin ein Gehäuse mit einem ersten Hüllelement auf. Dieses Hüllelement bildet das erste Volumen, das heißt, jeweilige Wandungen des Hüllelements umschließen das erste Volumen. In diesem derart gebildeten Volumen ist die zumindest eine Energiespeicherkomponente, also eine oder mehrere Energiespeicherkomponenten, angeordnet. Das heißt, die zumindest eine Energiespeicherkomponente ist von dem ersten Hüllelement umschlossen. Bevorzugt weist das erste Hüllelement dabei wenigstens eine Durchführöffnung auf, über welche beispielsweise eine Verkabelung oder ein Anschluss der jeweiligen Energiespeicherkomponente nach außen geführt werden kann.
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Eine Funktion des Gehäuses ist es dabei, zum Beispiel einen durch die innenliegenden Elektrokomponenten verursachten Brand einzudämmen oder beispielsweise aus einer Batteriezelle austretende Chemikalien einzuschließen, so dass beispielsweise außenliegende Komponenten oder Bauteile in der Umgebung der Energiespeichervorrichtung davon unbeschädigt bleiben. Das Gehäuse weist somit eine Eindämmungsfunktion auf.
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Dazu ist beispielsweise aus der
EP 3 201 974 B1 ist Batteriemodul bekannt mit einer oder mehreren Unterbaugruppen, die verhindern, dass ein verbrannter Flüssigkeitsstrom oder Flammen aus dem Gehäuse des Batteriemoduls an die außenliegende Umgebung gelangen. Dazu kann das Batteriemodul beispielsweise ein Hitzeschild aufweisen, welches in einem durch das Gehäuse gebildeten Volumen angeordnet ist.
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Weiterhin ist aus der
CN 208819956 U ein Batteriegehäuse mit feuerfesten und elektromagnetisch abschirmenden Funktionen offenbart. Das Gehäuse umfasst dabei mehrere Schichten, wie zum Beispiel eine feuerfeste Schicht, eine Strukturschicht, eine elektromagnetische Abschirmschicht.
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Ein Nachteil des genannten Stands der Technik ist es, dass es im Fall eines Unfalls leicht zu einer Beschädigung des Batteriegehäuses, wie zum Beispiel einem Riss im Gehäuse oder einem Eindrücken des Gehäuses, kommen kann. Dadurch kann das Gehäuse die Eindämmungsfunktion nicht mehr ausreichend bereitstellen. Andererseits kann es auch zu einer Beschädigung der Batteriezellen selbst kommen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Betriebssicherheit der Energiespeichervorrichtung weiter zu verbessern.
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Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die abhängigen Patentansprüche, die folgende Beschreibung sowie die Figuren offenbart.
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Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass aktuelle Batteriegehäuse, also Gehäuse einer entsprechenden Energiespeichervorrichtung, nur ein Hüllelement aufweisen. Dadurch kann das Gehäuse im Fall eines von der innenliegenden Energiespeicherkomponente verursachten Brandes oder daraus austretender Chemikalien schnell beschädigt werden oder durchbrennen. Im Fall eines Unfalls kann das Gehäuse in der Regel schnell beschädigt oder zusammengedrückt und dadurch auch die Energiespeicherkomponenten beschädigt werden.
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Um dies zu vermeiden, sieht die Erfindung ein Gehäuse mit zwei Hüllelementen, also ein mehrschaliges Gehäuse vor. Dadurch kann das Gehäuse die genannte Eindämmungsfunktion ausführen. Gemäß einer weiteren Funktion kann das Gehäuse zudem im Falle eines Unfalls die Energiespeicherkomponenten vor einer Beschädigung schützen. Somit weist das Gehäuse zusätzlich noch eine Schutzfunktion für die Energiespeicherkomponente auf.
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Anders ausgedrückt, betrifft die Erfindung eine Energiespeichervorrichtung, umfassend zumindest eine Energiespeicherkomponente, welche in einem von einem ersten Hüllelement eines Gehäuses gebildeten ersten Volumen angeordnet ist. Dabei ist das erste Hüllelement in einem von einem zweiten Hüllelement des Gehäuses gebildeten zweiten Volumen angeordnet. Das erste Hüllelement ist somit von dem zweiten Hüllelement umschlossen. Das erste Hüllelement kann somit auch als Innenhülle und das zweite Hüllelement kann somit auch als Außenhülle des Gehäuses bezeichnet werden. Das Gehäuse der Energiespeichervorrichtung umfasst somit zwei ineinanderliegende Hüllen oder Hüllelemente. Vorzugsweise weisen das erste Hüllelement und das zweite Hüllelement dabei eine Form auf, die miteinander korrespondieren. Das heißt, eine Form der Innenhülle kann beispielsweise an eine Form der Außenhülle angepasst sein und umgekehrt.
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Bevorzugt umschließen die beiden Hüllelemente dabei die zumindest eine Energiespeicherkomponente. Dabei kann jedes der Hüllelemente wenigstens eine Durchführöffnung aufweisen, durch welche beispielsweise eine Verkabelung der zumindest einen Energiespeicherkomponente in die außenliegende Umgebung herausgeführt werden kann.
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Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass ein zusätzlicher Schutz der Energiespeicherkomponenten der Energiespeichervorrichtung gegeben ist. Ein Durchbrennen oder eine sonstige Beschädigung des Gehäuses der Energiespeichervorrichtung und damit das Austreten von Feuer oder das Austreten von Chemikalien in die Umgebung kann verhindert oder wenigstens verzögert werden. Zudem können die innenliegenden Energiespeicherkomponenten im Falle eines Unfalls vor einer Beschädigung geschützt werden.
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Zu der Erfindung gehören auch Ausführungsformen, durch die sich zusätzliche Vorteile ergeben.
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Eine Ausführungsform sieht vor, dass das erste Hüllelement zweiteilig ausgebildet ist. Dazu weist das erste Hüllelement ein erstes Wandungselement und ein zweites Wandungselement auf. Die Wandungselemente begrenzen dabei im zusammengesetzten Zustand das erste Volumen. Bevorzugt kann das erste Wandungselement als eine Oberschale oder ein Deckel ausgebildet sein, während das zweite Wandungselement bevorzugt als eine Unterschale oder eine Wanne ausgebildet sein kann.
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In vorteilhafter Weise kann auch das zweite Hüllelement entsprechend zweiteilig ausgestaltet sein.
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Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass zum Beispiel im Fall einer Reparatur besonders einfach auf die zumindest eine Energiespeicherkomponente zugegriffen werden kann.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehenen, dass das genannte erste Wandungselement einen Öffnungsbereich aufweist und das genannten zweite Wandungselement ebenfalls einen Öffnungsbereich aufweist. In dem zusammengesetzten Zustand der Wandungselemente ist dabei der Öffnungsbereich des zweiten Wandungselements mittels des Öffnungsbereichs des ersten Wandungselements umgriffen.
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Anders ausgedrückt, ist der Öffnungsbereich der Oberschale größer als der Öffnungsbereich der Unterschale. Im zusammengesetzten Zustand können die Oberschale, insbesondere eine Wandung der Oberschale, die Unterschale, insbesondere eine Wandung der Unterschale, in einem vorbestimmten Überlappungsbereich oder Verbindungsbereich überlappen. Der jeweilige Überlappungsbereich kann dabei bevorzugt durch eine Form der Oberschale und der Unterschale bestimmt sein. Die Unterschale ist somit vorzugsweise in die Oberschale einsetzbar oder die Oberschale ist vorzugsweise auf die Unterschale aufsetzbar.
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Durch das Überlappen der Oberschale ergibt sich der Vorteil, dass ein Ausschlagen von Flammen von dem ersten Volumen an das zweite Volumen und entsprechend auch an die das Gehäuse umliegende Umgebung noch effektiver verhindert werden kann.
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Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass das erste Volumen und das zweite Volumen fluidisch verbundene Räume darstellen. Durch den vorgenannten Überlappungsbereich ist somit eine gasdurchlässige Verbindungsstelle zwischen dem ersten Volumen und dem zweiten Volumen bereitgestellt. Die Oberschale und die Oberschale sind somit nicht stoffschlüssig miteinander verbunden. Ein Ausgasen einer Batteriezelle als Energiespeicherkomponente kann somit weiterhin ermöglicht werden.
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Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass das erste Hüllelement ein feuerfestes Material umfasst. Vorzugsweise kann das erste Hüllelement dabei aus einem feuerfesten Material gebildet sein. Mit einem feuerfesten Material oder feuerfestem Werkstoff im Sinne der Erfindung sind dabei Werkstoffe oder Materialien gemeint, welche eine Einsatztemperatur oder Schmelztemperatur, insbesondere einen Kegelfallpunkt, von mehr als 600°C, insbesondere von mehr als 1500°C aufweisen. Zu den Materialien können insbesondere metallische oder keramische Werkstoffe, auch Refraktärwerkstoffe genannt, zählen. Zum Beispiel kann das Material Keramik, Glas, Glaskeramik, Aluminium, Aluminiumoxid, Kohlenstoff, Molybdän und/oder ein Edelmetall oder Stahl umfassen.
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Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass insbesondere die Innenhülle der Energiespeichervorrichtung die genannte Austrittsfunktion ausführen kann. Bei einer Wahl eines Materials für die Außenhülle braucht somit beispielsweise nicht mehr auf eine Feuerfestigkeit geachtet werden. Dadurch kann ein Material für die Außenhülle gewählt werden als ein Material für die Innenhülle. Somit können insgesamt Kosten für die Bereitstellung des Gehäuses eingespart werden.
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In einer weiteren Ausführungsform ist in diesem Zusammenhang vorgesehen, dass das erste Hüllelement aus Stahl oder Aluminium oder glasfaserverstärktem Kunststoff oder kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff gebildet ist.
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In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass das erste Hüllelement und das zweite Hüllelement in wenigstens einem Flächenbereich flächig aneinander anliegen oder aufeinander aufliegen. Das heißt, die Innenhülle und die Außenhülle liegen vorzugsweise flächig aufeinander auf. Somit kann eine Form der Außenhülle mit einer Form der Innenhülle korrespondieren und umgekehrt. Dadurch kann das Gehäuse insgesamt besonders platzsparend ausgebildet sein.
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Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass das Gehäuse eine Abstandshalteeinrichtung aufweist, welche zwischen dem ersten Hüllelement und dem zweiten Hüllelement angeordnet ist. Die Abstandshalteeinrichtung kann zum Beispiel aus stegförmigen Erhöhungen oder Erhebungen gebildet sein, wobei die Erhöhungen und Erhebungen sozusagen Abstandshalter zwischen der Außenhülle und der Innenhülle bilden. Ferner bildet sich ein Luftspalt zwischen einer jeweiligen Wandung der Innenschale und der Außenschale. Durch diesen Luftspalt kann eine Isolation, insbesondere in Bezug auf eine Temperaturübertragung oder Wärmeableitung, zwischen der Innenhülle und der Außenhülle verbessert werden.
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Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass die genannte Abstandshalteeinrichtung entweder an einer Außenwandung des ersten Hüllelements oder einer Innenwandung des zweiten Hüllelements angeordnet ist. Die Abstandshalteeinrichtung kann somit ein Teil der Außenhülle oder der Innenhülle darstellen und somit beispielsweise stoffschlüssig oder formschlüssig mit der Außenhülle oder Innenhülle verbunden sein. Dazu kann die Abstandshalteeinrichtung beispielsweise innerhalb eines vorgegebenen Abstandhaltebereichs an eine innere Wandlungsfläche des zweiten Hüllelements oder eine zweite Wandlungsfläche des ersten Hüllelements angebracht sein.
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Die jeweilige innere Wandlungsfläche stellt dabei eine der dem jeweiligen Volumen beziehungsweise der zumindest einen Energiespeicherkomponente zugewandte Fläche des jeweiligen Hüllelements dar. Hingegen stellt die jeweilige äußere Wandlungsfläche oder Außenwandung eine der Umgebung des jeweiligen Hüllelements zugewandte Fläche dar.
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Die Erfindung betrifft auch ein Kraftfahrzeug mit einer entsprechenden Energiespeichervorrichtung, wie sie zuvor beschrieben wurde. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, oder als Personenbus oder Motorrad ausgestaltet.
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Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Energiespeichervorrichtung beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs hier nicht noch einmal beschrieben.
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Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen.
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Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt die einzige Fig. eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einer Energiespeichervorrichtung, welche ein mehrwandiges Gehäuse aufweist.
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Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
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In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.
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Die Fig. zeigt ein Kraftfahrzeug 10 mit einer Energiespeichervorrichtung 12. Die Energiespeichervorrichtung 12 kann zum Beispiel als Hochvolt-Batterie des Kraftfahrzeugs 10 ausgebildet sein. Die Energiespeichervorrichtung 12 weist gemäß der Fig. eine Energiespeicherkomponente 16 auf. Als Energiespeicherkomponente 16 kann beispielsweise eine Batteriezelle oder Akkumulatorzelle der vorgenannten Hochvoltbatterie vorliegen. Vorzugsweise kann die Energiespeichervorrichtung 12 auch mehr als eine Energiespeicherkomponente 16 umfassen.
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Die Energiespeicherkomponente 16 ist in einem Gehäuse 14 der Energiespeichervorrichtung 12 angeordnet. Das Gehäuse 14 stellt dabei einerseits eine Eindämmungsunktion für einer Umgebung U und insbesondere von übrigen Komponenten des Kraftfahrzeugs 10 bereit. Das heißt, das Gehäuse 14 kann die Umgebung U vor einem von der Energiespeicherkomponente 16 verursachten Brand oder auslaufenden Chemikalien, wie beispielsweise Batteriesäure, schützen. Andererseits stellt das Gehäuse 14 auch eine Schutzfunktion für die Energiespeicherkomponente 16 bereit. Das heißt, das Gehäuse 14 kann im Falle eines Unfalls des Kraftfahrzeugs die Energiespeicherkomponente 16 vor einer Beschädigung abschirmen oder schützen.
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Das Gehäuse 14 umfasst dazu zwei ineinander liegende Hüllelemente 20, 30, die die Energiespeicherkomponente 16 umschließen. Das erste der Hüllelemente ist somit als Innenhülle ausgebildet, während das zweite Hüllelemente als Außenhülle des Gehäuses 14 ausgebildet ist.
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Insbesondere umschließt oder bildet das erste Hüllelement 20 ein erstes Volumen V1, in dem die jeweilige Energiespeicherkomponente 16 angeordnet ist. Dabei weist das erste Hüllelement 20 eine Innenwandung 21 oder Innenwandungsfläche auf, die dem ersten Volumen V1 beziehungsweise der Energiespeicherkomponente 16 zugewandt ist. Eine Außenwandung 22 oder Außenwandungsfläche des ersten Hüllelements 20 ist hingegen der die Energiespeichervorrichtung 12 außenliegenden Umgebung U zugewandt.
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Entsprechend umschließt oder bildet auch das zweite Hüllelement 30 ein zweites Volumen V2, in welchem das erste Hüllelement 20 angeordnet ist. Eine Innenwandung 31 oder Innenwandungsfläche des zweiten Hüllelements 30 ist dabei dem zweiten Volumen V2 beziehungsweise dem ersten Hüllelement 20 zugewandt. Eine Außenwandung 32 oder Außenwandungsfläche des zweiten Hüllelements 30 ist hingegen der die Energiespeichervorrichtung 12 umgebenden Umgebung U zugewandt.
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Wie in der Fig. gezeigt, ist das erste Hüllelement 20 zweiteilig ausgebildet. Das erste Hüllelement 20 umfasst dabei ein erstes Wandungselement 23, welches eine Oberschale oder ein Deckel zum Einfassen der Energiespeicherkomponente 16 darstellt. Zum Begrenzen des ersten Volumens V1 weist das erste Hüllelement 20 noch ein zweites Wandungselement 24 auf, welches als eine Unterschale oder ein Boden zum Einfassen oder Einbetten der Energiespeicherkomponente 16 ausgebildet ist. Im zusammengesetzten Zustand bilden das erste Wandungselement 23 und das zweite Wandungselement 24 dabei das erste Hüllelement 20 und somit das erste Volumen V1. Das erste Wandungselement 23 weist dazu einen jeweiligen Öffnungsbereich 25 auf. Analog weist auch das zweite Wandungselement 24 einen jeweiligen Öffnungsbereich auf. Eine Form der beiden Wandungselemente 23, 24 ist dabei derart gewählt, dass im zusammengesetzten Zustand der Wandungselemente 23, 24 mittels des Öffnungsbereichs 25 des ersten Wandungselements 23 der Öffnungsbereich 26 des zweiten Wandungselements 24 umgriffen ist.
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Somit umschließt oder überlappt das erste Wandungselement 23 das zweite Wandungselement 24 zumindest in einem vorgegebenen Überlappungsbereich 27. Dabei ist die Form der beiden Wandungselemente 23, 24 derart gewählt, dass in dem Überlappungsbereich 27 eine gasdurchlässige Verbindungsstelle entsteht. Das heißt, das erste Volumen V1 und das zweite Volumen V2 sind fluidisch miteinander verbunden.
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Alternativ könnten die Wandungselemente 23, 24 zum Beispiel auch formschlüssig, zum Beispiel mittels einer Schraubverbindung oder stoffschlüssig zum Beispiel mittels einer Schweißverbindung miteinander verbunden werden.
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Wie in der Fig. gezeigt, ist das zweite Hüllelement 30 ebenfalls zweiteilig ausgebildet. Dementsprechend umfasst das zweite Hüllelement 30 ein erstes Wandungselement 33 und ein zweites Wandungselement 34, welche im zusammengesetzten Zustand das zweite Hüllelement 30 bilden und somit das zweite Volumen V2 begrenzen. Das erste Wandungselement 33 ist dabei als Oberschale oder Deckel für das zweite Wandungselement 34, welches eine Unterschale oder einen Boden darstellt, ausgebildet.
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Zum Ermöglichen der Schutzfunktion, also um zum Beispiel ein Austreten von der innenliegenden Elektrokomponente 16 verursachten Feuers oder des Austretens von Chemikalien zu verhindern, ist das erste Hüllelement 20 vorzugsweise aus einem feuerfesten Material gebildet. Zum Beispiel kann das erste Hüllelement 20 aus Stahl oder Aluminium oder glasfaserverstärktem Kunststoff oder kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff gebildet sein.
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Um zusätzlich eine Temperaturübertragung oder Wärmeableitung im Falle eines Brands einer der Elektrokomponente 16 zu verhindern und somit eine Isolation zu verbessern und auch im Falle eines Unfalls die Energiespeicherkomponente 16 vor einer Beschädigung zu schützen, weist das Gehäuse 14 noch eine Abstandshalteeinrichtung 40 auf. Die Abstandshalteeinrichtung 40 umfasst dabei stegförmige Erhöhungen oder Erhebungen 41 und ist zwischen dem ersten Hüllelement 20 und dem zweiten Hüllelement 30 angeordnet. Bevorzugt kann die Abstandshalteeinrichtung 40 Teil des ersten Hüllelements 20 oder des zweiten Hüllelements 30 sein. Dementsprechend können die stegförmigen Erhebungen 41 zum Beispiel an der Außenwandung 22 des ersten Hüllelements 20 oder an der Innenwandung 31 des zweiten Hüllelements 30 angeordnet oder angebracht sein. Bevorzugt sind die Erhebungen nur in einem vorgegebenen Abstandshaltebereich 42 angeordnet. Wie in der Fig. gezeigt, kann der Abstandshaltebereich 42 beispielsweise durch eine Bemessung des jeweiligen zweiten Wandungselements 24, 34 der Hüllelemente 20, 30 vorgegeben sein.
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Insgesamt zeigen die Beispiele also, wie durch die Erfindung ein Batteriegehäuse mit einem zusätzlichen innenliegenden Hüllelement 20 bereitgestellt wird. Dadurch wird das Gehäuse 14 insgesamt stabiler und kann vor von der Energiespeicherkomponente 16 verursachtem Feuer oder davon austretenden Chemikalien schützen. Auch im Fall eines Unfalls kann ein Verbiegen und somit ein Beschädigen der Energiespeicherkomponente vermieden werden. Somit kann insgesamt eine Beschädigung der Energiespeichervorrichtung 12 durch das derartig aufgebaute Gehäuse 14 verhindert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 3201974 B1 [0005]
- CN 208819956 U [0006]
