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Die Erfindung betrifft eine Traktionsbatterie für ein Kraftfahrzeug. Die Traktionsbatterie weist zumindest ein Batteriemodul mit einem Zellpaket aus einer Vielzahl von Batteriezellen sowie mit einem Zellmodulrahmen aufweisend zwei Seitenteile, welche sich entlang von einander gegenüberliegenden Seitenbereichen des Zellpakets erstrecken, auf. Außerdem weist die Traktionsbatterie zumindest zwei Befestigungsschienen zum Halten des zumindest einen Batteriemoduls, wobei das Batteriemodul im Bereich der Seitenteile an den Befestigungsschienen angeordnet ist, sowie eine Befestigungseinrichtung zum Befestigen des zumindest einen Batteriemoduls an den Befestigungsschienen auf. Die Erfindung betrifft außerdem ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug.
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Vorliegend richtet sich das Interesse auf Traktionsbatterien, beispielsweise Hochvoltakkumulatoren, für elektrisch antreibbare Kraftfahrzeuge, also Hybrid- oder Elektrofahrzeuge. Solche Traktionsbatterien weisen üblicherweise mehrere Batteriemodule auf, welche miteinander verschaltet sind und in einem Batteriegehäuse angeordnet sind. Die Batteriemodule weisen jeweils ein Zellpaket aus mehreren Batteriezellen auf, welche in einem Zellmodulrahmen angeordnet sind. Um die Batteriemodule in dem Batteriegehäuse zu befestigen, weist das Batteriegehäuse üblicherweise Befestigungsschienen auf, auf welchen die Batteriemodule angeordnet sind und an welchen die Batteriemodule mittels einer Befestigungseinrichtung befestigt sind. Die Befestigungseinrichtung weist in der Regel eine Vielzahl von Schrauben auf, mittels welchen die Batteriemodule im Bereich des Zellmodulrahmens an den Befestigungsschienen angeschraubt sind. Schrauben weisen einen hohen Montageaufwand auf. Da jedes Batteriemodul außerdem mit einer Vielzahl von Schrauben an den Befestigungsschienen befestigt ist, tragen diese zu einer unerwünschten Gewichtserhöhung sowie zu einer unerwünschten Kostenerhöhung der Traktionsbatterie bei.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine kostengünstige und gewichtssparende Lösung zum Befestigen von Batteriemodulen einer Traktionsbatterie eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Traktionsbatterie sowie ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung sowie der Figuren.
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Eine erfindungsgemäße Traktionsbatterie für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug weist zumindest ein Batteriemodul mit einem Zellpaket aus einer Vielzahl von Batteriezellen sowie mit einem Zellmodulrahmen aufweisend zwei Seitenteile, welche sich entlang von einander gegenüberliegenden Seitenbereichen des Zellpakets erstrecken, auf. Außerdem weist die Traktionsbatterie zumindest zwei Befestigungsschienen zum Halten des zumindest einen Batteriemoduls, wobei das Batteriemodul im Bereich der Seitenteile an den Befestigungsschienen angeordnet ist, sowie eine Befestigungseinrichtung zum Befestigen des zumindest einen Batteriemoduls an den Befestigungsschienen auf. Die Befestigungseinrichtung weist zumindest ein Umreifungsband auf, mit welchem das zumindest eine Batteriemodul und die Befestigungsschienen vertikal umreift sind.
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Die Traktionsbatterie ist insbesondere eine wiederaufladbare Hochvoltbatterie bzw. ein Hochvoltakkumulator und stellt elektrische Antriebsenergie für eine Antriebsmaschine des elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs bereit. Die Traktionsbatterie weist das zumindest eine Batteriemodul auf, welches ein Zellpaket mit Batteriezellen umfasst. Die Batteriezellen können beispielsweise als prismatische Batteriezellen mit einem flachquaderförmigen Zellgehäuse ausgebildet sein und entlang einer Stapelrichtung zu dem Zellpaket in Form von einem Zellstapel gestapelt sein. Die Batteriezellen können aber beispielsweise auch als Pouchzellen oder Rundzellen ausgebildet sein. Das Zellpaket weist Seitenbereiche auf, welche sich entlang einer Längsrichtung, welche insbesondere der Stapelrichtung der Batteriezellen entspricht, erstrecken. Die Seitenbereiche liegen sich in einer Querrichtung, quer zur Längsrichtung, gegenüber. Außerdem weist das Zellpaket eine Oberseite und eine Unterseite, welche sich in einer Hochrichtung gegenüberliegen, sowie eine Vorderseite und ein Rückseite auf, welche sich in Längsrichtung gegenüberliegen.
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Der Zellmodulrahmen weist die Seitenteile auf, welche an den Seitenbereichen des Zellpakets angeordnet sind. Die Seitenteile erstrecken sich also entlang der Längsrichtung des Zellpakets. Die Seitenteile können plattenartige Elemente sein, welche die Seitenbereiche des Zellpakets zumindest bereichsweise überdecken. Beispielsweise können sich die Seitenteile auch zumindest bereichsweise über die Vorderseite und die Rückseite des Zellpakets erstrecken, sodass jedes Seitenteil das Zellpaket klauenartig aufnimmt bzw. umschließt. Auch können sich die Seitenteile bereichsweise über die Oberseite und die Unterseite des Zellpakets erstrecken. Die Seitenteile können beispielsweise aus Kunststoff gebildet sein und somit ein besonders geringes Gewicht aufweisen.
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Außerdem weist die Traktionsbatterie die Befestigungsschienen auf, an welchen das zumindest eine Batteriemodul befestigt wird. Die Befestigungsschienen können beispielsweise als Profilschienen, insbesondere aus Metall, ausgebildet sein. Die Befestigungsschienen sind parallel zueinander orientiert und erstrecken sich entlang der Längsrichtung des Zellpakets. Die Traktionsbatterie weist insbesondere ein Batteriegehäuse mit einem Gehäuseunterteil und einem Gehäuseoberteil auf, wobei die Befestigungsschienen an dem Gehäuseunterteil befestigt sind. Beispielsweise können die Befestigungsschienen an dem Gehäuseunterteil festgeschweißt sein. Zum Befestigen des Batteriemoduls an den Befestigungsschienen wird das Batteriemodul insbesondere derart an den Befestigungsschienen angeordnet, dass die Seitenteile des Zellmodulrahmens auf den Befestigungsschienen aufliegen.
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Um das zumindest eine Batteriemodul nun an Befestigungsschienen befestigen zu können, weist die Traktionsbatterie die Befestigungseinrichtung auf. Die Befestigungseinrichtung weist das zumindest eine Umreifungsband auf. Das Umreifungsband bzw. Verschlussband ist ein Spannband, welches vertikal um das zumindest eine Batteriemodul sowie die Befestigungsschienen gewickelt wird. Das Umreifungsband verläuft also entlang der Unterseite des Zellpakets, unter Einschluss bzw. Einbezug der Befestigungsschienen, an den Seitenteilen des Zellmodulrahmens entlang über die Oberseite des Zellpakets. Anders ausgedrückt verläuft das Umreifungsband in einer Vertikaleben entlang der Querrichtung und der Hochrichtung. Das Umreifungsband bildet also einen geschlossenen Ring um das zumindest eine Batteriemodul und die Befestigungsschienen herum. Das Umreifungsband ist beispielsweise aus einem Metall, Kunststoff und/oder einem Textil ausgebildet. Es können auch mehrere Umreifungsbänder zur Befestigung des Batteriemoduls an den Befestigungsschienen vorgesehen sein. Beispielsweise können entlang der Längsrichtung mehrere Umreifungsbänder beabstandet zueinander angeordnet sein und somit das Batteriemodul entlang seiner Länge an mehreren Orten an den Befestigungsschienen fixieren. Das Umreifungsband weist dabei insbesondere einen Verschluss auf, welcher durch ein separates Element, beispielsweise eine Klammer oder eine Hülse, und/oder durch Fügen, beispielsweise Schweißen, ausgebildet werden kann.
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Durch das zumindest partielle Ersetzten von Schrauben durch das zumindest eine Umreifungsband für die Befestigung des Batteriemoduls an den Befestigungsschienen kann die Traktionsbatterie besonders kostengünstig und gewichtssparend ausgebildet werden.
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Dabei kann vorgesehen sein, dass die Befestigungsschienen Wandbereiche und eine Auflagefläche, auf welche die Seitenteile aufgelegt sind, aufweisen. In einer Ausführungsform der Erfindung weisen die Befestigungsschienen jeweils zumindest eine durch die Wandbereiche hindurchgeführte Durchgangsöffnung auf, durch welche das zumindest eine Umreifungsband unterhalb der Auflagefläche verlaufend durchgefädelt ist. Jede Befestigungsschiene weist also die zumindest eine, sich entlang der Querrichtung erstreckende Durchführung auf, durch welche das zumindest eine Umreifungsband durchgeführt werden kann und somit die Befestigungsschienen in die Umreifung miteinschließt. Das Umreifungsband wird also seitlich über die Wandbereiche in die Durchgangsöffnung eingeführt und durch die Befestigungsschiene hindurchgefädelt. Dabei verläuft das Umreifungsband unterhalb der Auflagefläche, insbesondere zwischen der Auflagefläche und dem Gehäuseunterteil des Batteriegehäuses, an welchem die Befestigungsschienen befestigt sind.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Auflagefläche zumindest eine L-förmige Öffnung auf, in welche das Umreifungsband einführbar ist und dabei nur bereichsweise unterhalb der Auflagefläche verläuft. Gemäß dieser Ausführungsform kann das Umreifungsband von oben über die Auflagefläche an der Befestigungsschiene befestigt werden. Dazu weist die Befestigungsschiene die zumindest eine L-förmige Öffnung auf. Die Öffnung, in welcher das Umreifungsband verläuft, wird also durch einen überstehenden Abschnitt der Auflagefläche bereichsweise bedeckt bzw. verschlossen, welcher auch über das Umreifungsband verläuft und dieses somit in der Öffnung hält. Diese Ausführungsform ist besonders einfach in der Montage. Beispielsweise kann das Batteriemodul zuerst mit dem Umreifungsband umwickelt werden. Beim Anordnen des Batteriemoduls an den Befestigungsschienen kann dann das Umreifungsband in die L-förmigen Öffnungen beider Befestigungsschienen eingeschoben werden.
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In einer Weiterbildung der Erfindung weist die Traktionsbatterie Elemente zum Kantenschutz und/oder zum Führen des zumindest einen Umreifungsbandes auf, auf welchen das zumindest eine Umreifungsband zumindest im Bereich von Kanten der Seitenteile läuft. Die Elemente können beispielsweise Kantenschutzwinkel sein, welche unterhalb des Umreifungsbandes angeordnet ist. Die Elemente dienen zum Schützen von Kanten des Batteriemoduls sowie zur Kraftverteilung beim Befestigen des Batteriemoduls an den Befestigungsschienen. Die Elemente können beispielsweise separate Kantenschutzmittel sein, welche zwischen den Seitenteilen und dem Umreifungsband angeordnet sind. Auch können die Elemente als Oberflächenprofil des jeweiligen Seitenteils einteilig mit dem jeweiligen Seitenteil ausgebildet sein. Beispielsweise können die Seitenteile zum Ausbilden der Elemente bereichsweise abgerundete Kanten und/oder eine Materialverstärkung aufweisen.
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Insbesondere weisen die Elemente jeweils ein Führungsprofil zum Führen des zumindest einen Umreifungsband auf. Das Führungsprofil kann beispielsweise als eine Führungsnut ausgebildet sein, innerhalb welcher das Umreifungsband geführt wird. Auch kann das Führungsprofil aus Stegen bzw. Erhebungen an den Elementen gebildet sein, zwischen welchen das zumindest eine Umreifungsband verläuft. Das Führungsprofil kann beispielsweise als Oberflächenprofil direkt in dem Seitenteil ausgebildet sein.
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In einer Weiterbildung der Erfindung weisen die Befestigungsschienen und das zumindest eine Batteriemodul zueinander korrespondierende Positionierelemente zum Positionieren des zumindest einen Batteriemoduls auf den Befestigungsschienen auf. Beispielsweise weist das Batteriemodul Positionierstifte als erste Positionierelemente auf und die Befestigungsschienen weisen jeweils zumindest eine Stecköffnung als zweite Positionierelemente auf, in welche die Positionierstifte einsteckbar sind. Auch können die zueinander korrespondierenden Positionierelemente als Schrauben und Schraublöcher ausgebildet sein. Durch die zueinander korrespondierenden Positionierelemente kann das Batteriemodul an einer bestimmten Position auf den Befestigungsschienen positioniert werden und zusätzlich gehalten werden.
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Die Erfindung betrifft außerdem ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Traktionsbatterie. Das Kraftfahrzeug ist insbesondere als ein Personenkraftwagen ausgebildet.
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Die mit Bezug auf die erfindungsgemäße Traktionsbatterie vorgestellten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar.
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Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Teildarstellung einer ersten Ausführungsform einer Traktionsbatterie;
- 2 eine schematische Teildarstellung einer zweiten Ausführungsform einer Traktionsbatterie;
- 3 eine schematische Teildarstellung einer dritten Ausführungsform einer Traktionsbatterie;
- 4 eine schematische Darstellung eines Ausschnitts der Traktionsbatterie; und
- 5 eine schematische Darstellung von Befestigungsschienen.
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In den Figuren sind gleiche sowie funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1, 2 und 3 zeigen Teildarstellungen von Ausführungsformen einer Traktionsbatterie 1. Die Traktionsbatterie 1 ist insbesondere ein Hochvoltenergiespeicher, welcher elektrische Antriebsenergie für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug bereitstellt. Die Traktionsbatterie 1 weist ein Batteriemodul 2 auf, welches an Befestigungsschienen 3 befestigt ist. Die Befestigungsschienen 3 sind an einem hier nicht gezeigten Batteriegehäuse der Traktionsbatterie 1 befestigt, beispielsweise festgeschweißt. Die Befestigungsschienen 3 sind hier metallische Profilschienen mit einer Auflagefläche 4 und Wandbereichen 5. Die Befestigungsschienen 3 erstrecken sich entlang einer Längsrichtung L sowie einer Hochrichtung H und sind in einer Querrichtung Q beabstandet zueinander angeordnet.
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Das Batteriemodul 2 weist ein Zellpaket 6 aus Batteriezellen 7 auf, welche hier entlang der Längsrichtung L aneinander gestapelt sind. Außerdem weist das Batteriemodul 2 einen Zellmodulrahmen 8 auf, welcher beispielsweise aus Kunststoff gebildet sein kann. Der Zellmodulrahmen 8 weist zwei, in Querrichtung Q beabstandete Seitenteile 9 auf. Die Seitenteile 9 sind seitlich am Zellpaket 6 angeordnet und erstrecken sich entlang der Längsrichtung L über Seitenbereiche 10 des Zellpakets 6. Die Seitenteile 9 sind hier außerdem bereichsweise über eine Oberseite 11 des Zellpakets 6 geführt. Außerdem sind eine Vorderseite 12 und eine Rückseite 13 des Zellpakets 6 zumindest bereichsweise von dem Zellmodulrahmen 8 umgeben. Bei der Ausführungsform der Traktionsbatterie 1 gemäß 1 weist der Zellmodulrahmen 8 ein Vorderteil 14, welches die Vorderseite 12 des Zellpakets 6 überdeckt, und ein Rückteil 15, welches die Rückseite 13 des Zellpakets 6 überdeckt, auf, welche gemeinsam mit den Seitenteilen 8 einen rechteckförmigen, einstückigen Zellmodulrahmen 8 ausbilden. Bei den Ausführungsformen der Traktionsbatterie 1 gemäß 2 und 3 sind die Seitenteile 9 bereichsweise über die Vorderseite 12 und die Rückseite 13 des Zellpakets 6 geführt, sodass die Seitenteile 9 das Zellpaket 6 umgreifen. Der Zellmodulrahmen 8 ist hier zweiteilig ausgebildet.
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Das Batteriemodul 2 ist auf den Befestigungsschienen 3 angeordnet und steht dabei im Bereich der Seitenteile 9 auf den Auflageflächen 4 der Befestigungsschienen 3 auf. Um das Batteriemodul 2 an den Befestigungsschienen 3 halten zu können, weist die Traktionsbatterie 1 außerdem eine Befestigungseinrichtung 16 auf, welche Umreifungsbänder 17 umfasst. Die Umreifungsbänder 17 können beispielsweise aus Metall, einem Textil oder einem Kunststoff ausgebildet sein. Die Umreifungsbänder 17 umreifen dabei das Batteriemodul 2 sowie die Befestigungsschienen 3 vertikal. Dies bedeutet, dass die Umreifungsbänder 17 in einer vertikalen Ebene, aufgespannt durch die Querrichtung Q und die Hochrichtung H, verlaufen. Dazu wird das Batteriemodul 2 mit dem zunächst streifenförmigen Umreifungsband 17 umwickelt, wobei die Befestigungsschienen 3 mit eingewickelt werden. Das streifenförmige Umreifungsband 17 wird ringartig um das Batteriemodul 2 sowie die Befestigungsschienen 3 gelegt und verschlossen. Ein Verschluss 18 des Umreifungsbandes 17 kann dabei durch Verschweißen von Enden des streifenförmigen Umreifungsbandes 17 hergestellt werden.
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Auch kann der Verschluss 18 durch ein separates Verschlusselement, beispielsweise eine Klammer, hergestellt sein.
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Um die Befestigungsschienen 3 miteinwickeln zu können, können diese, wie in 4 gezeigt, in den Wandbereichen 5 sich in Querrichtung Q erstreckende Durchgangsöffnungen 19 aufweisen, durch welche die Umreifungsbänder 17 durchgefädelt bzw. durchgeführt sind. Die Umreifungsbänder 17 verlaufen also unterhalb der Auflageflächen 4 der Befestigungsschienen 3 durch die Wandbereiche 5 der Befestigungsschienen 3 hindurch. Alternativ dazu können die Befestigungsschienen 3, wie in 5 gezeigt, an der Auflagefläche 4 L-förmige Öffnungen 20 aufweisen. Das Umreifungsband 17 kann also über die Auflagefläche 4 in die Öffnungen 20 eingeschoben werden. Das Umreifungsband 17 verläuft dabei nur bereichsweise unterhalb der Auflagefläche 4, wobei ein überstehender Abschnitt 21 der Auflagefläche 4 über das Umreifungsband 17 verläuft und dieses hält. Bei dieser Ausgestaltung der Befestigungsschienen 3 kann das Batteriemodul 2 zuerst mit den Umreifungsbändern 17 umwickelt werden. Beim Anordnen des Batteriemoduls 2 auf den Befestigungsschienen 3 wird dabei das Batteriemodul 2 in Längsrichtung L verschoben und dabei die Umreifungsbänder 17 in die Öffnungen 20 eingeführt.
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Das Batteriemodul 2 und die Befestigungsschienen 3 weisen außerdem zueinander korrespondierende Positionierelemente 22, 23 auf. In der Ausführungsform der Traktionsbatterie 1 gemäß 1 und 2 sind die Positionierelemente 22 aufseiten des Batteriemoduls 2 als Schrauben 24 sowie aufseiten der Befestigungsschienen 3 als hier nicht sichtbare, in den Befestigungsschienen 3 ausgebildete Schraublöcher ausgebildet. Die Schrauben 24 dienen hier außerdem als weitere Befestigung des Batteriemoduls 2 an den Befestigungsschienen 3. In der Ausführungsform der Traktionsbatterie 1 gemäß 1 sind hier an dem Vorderteil 14 und dem Rückteil 15 Strangpressprofile 25 befestigt, welche Aufnahmen für die Schrauben 24 aufweisen. In der Ausführungsform der Traktionsbatterie 1 gemäß 2 weisen die Seitenteile 9 in dem Bereich, in welchem sie über die Vorderseite 12 und die Rückseite 13 des Zellpakets 6 geführt ist, Aufnahmehülsen 26 für die Schrauben 24 auf. Bei der Ausführungsform der Traktionsbatterie 1 gemäß 3 sind die Positionierelemente 22, 23 lediglich zusammensteckbar, beispielsweise in Form von einem Positionierstift 27, hier aufseiten des Batteriemoduls 2, und einer Stecköffnung, hier aufseiten der Befestigungsschienen 3.
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Darüber hinaus weist die Traktionsbatterie 1 Elemente 28 zum Kantenschutz und/oder zur Führung der Umreifungsbänder 17 auf, auf welchen die Umreifungsbänder 17 laufen.
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Bei der Ausführungsform der Traktionsbatterie 1 gemäß 1 sind die Elemente 28 als separate Teile ausgebildet, welche zwischen den Seitenteilen 9 und den Umreifungsbändern 17 angeordnet sind, und welche sich hier über eine gesamte Höhe der Seitenteile 9 sowie über Kanten 29 der Seitenteile 9 erstrecken. Außerdem weisen die Elemente 28 hier eine Führungsnut auf, in welcher das jeweilige Umreifungsband 17 angeordnet ist und in einer vorbestimmten Lage fixiert wird. Bei den Ausführungsformen der Traktionsbatterie 1 gemäß 2 und 3 sind die Elemente 28 einstückig mit den Seitenteilen 9 ausgebildet. Hier sind die Elemente 28 nur im Bereich der Kanten 29 als Oberflächenprofilierung der Seitenteile 9 ausgebildet (siehe auch 4). Durch die Elemente 28 sind die Kanten 29 in den Bereichen, in welchen die Umreifungsbänder 17 über die Kanten 29 laufen, abgerundet. Hier weisen die Elemente 28 stegartige, in den Seitenteilen 9 ausgebildete Erhöhungen 30 (siehe 4) auf, zwischen welchen jeweils eine Führungsnut zum Aufnehmen der Umreifungsbänder 17 gebildet ist.
