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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 einer Längsrichtung an 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 einer Längsrichtung an einander gegenüberliegenden Seitenbereichen des Zellpakets erstrecken, auf. Außerdem weist die Traktionsbatterie zumindest zwei Befestigungsschienen zum Halten des zumindest einen Batteriemoduls auf, wobei das Batteriemodul im Bereich der Seitenteile an den Befestigungsschienen angeordnet ist. Ferner weist die Traktionsbatterie eine Befestigungseinrichtung zum Befestigen des zumindest einen Batteriemoduls an den Befestigungsschienen auf. Die Befestigungseinrichtung weist modulseitige Befestigungselemente und schienenseitige Befestigungselemente auf, wobei die schienenseitigen Befestigungselemente als Führungsprofile in den Befestigungsschienen ausgebildet sind und die modulseitigen Befestigungselemente als an den Seitenteilen angeordnete Vorsprünge ausgebildet sind. Die Vorsprünge sind zum formschlüssigen Verbinden des Batteriemoduls und der Befestigungsschienen durch eine Steck-Schiebe-Bewegung des Batteriemoduls bezüglich der Befestigungsschienen in die Führungsprofile einsteckbar und entlang der Längsrichtung in den Führungsprofilen verschiebbar. Durch die formschlüssige Verbindung ist ein Lösen der Batteriemoduls von den Befestigungsschienen entlang einer quer zur Längsrichtung orientierten Hochrichtung blockiert.
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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 der 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 entlang der 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 bzw. Befestigungsleisten auf, an welchen das zumindest eine Batteriemodul befestigt wird. Die Befestigungsschienen können beispielsweise als Profilschienen aus Metall oder Kunststoff ausgebildet sein. Die Befestigungsschienen sind parallel zueinander orientiert und erstrecken sich entlang der Längsrichtung des Zellpakets. Die Traktionsbatterie weist insbesondere ein Batteriegehäuse auf, an welchem die Befestigungsschienen befestigt sind. Das Batteriegehäuse weist beispielsweise ein Gehäuseunterteil und ein Gehäuseoberteil auf, wobei die Befestigungsschienen insbesondere an dem Gehäuseunterteil befestigt sind. Beispielsweise können die Befestigungsschienen an dem Gehäuseunterteil festgeschweißt, geklebt oder geschraubt sein. Im befestigten Zustand ist das zumindest eine 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 die modulseitigen Befestigungselemente, welche Teil des zumindest einen Batteriemoduls sind, und die schienenseitigen Befestigungselemente auf, welche Teil der Befestigungsschienen sind. Die modulseitigen Befestigungselemente und die schienenseitigen Befestigungselemente können eine formschlüssige Verbindung ausbilden, indem sie durch die Steck-Schiebe-Bewegung verbunden werden. Die formschlüssige Verbindung ist dabei dergestalt, dass eine Bewegung des Batteriemoduls in zumindest zwei Richtungen, nämlich der Querrichtung und der Hochrichtung, verhindert wird. Anders ausgedrückt wird das Batteriemodul entlang der Querrichtung und der Hochrichtung fixiert. Dabei wird die Verbindung entlang der Längsrichtung gefügt. Dazu werden die modulseitigen Befestigungselemente in die schienenseitigen Befestigungselemente eingesteckt, indem die Seitenteile des zumindest einen Batteriemoduls auf den Befestigungsschienen angeordnet werden und dabei die als Vorsprünge bzw. Zapfen ausgebildeten modulseitigen Befestigungselemente in die als Führungsprofile ausgebildeten schienenseitigen Befestigungselemente eingeführt bzw. eingeschuht werden. Die Vorsprünge sind dabei insbesondere an einer den Befestigungsschienen zugewandten Unterseite der Seitenteile angeordnet. Die Vorsprünge sind beispielsweise aus einem Kunststoff ausgebildet. Die Seitenteile und die Vorsprünge können einstückig bzw. einteilig ausgebildet sein. Dann wird das Batteriemodul entlang der Längsrichtung auf den Befestigungsschienen verschoben, wobei dadurch die Vorsprünge in den Führungsprofilen entlang gleiten, bis das zumindest eine Batteriemodule seine bestimmungsgemäße Lage auf den Befestigungsschienen erreicht bzw. eingenommen hat.
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Durch die steckbare Verbindung zwischen dem Batteriemodul und den Befestigungsschienen kann das zumindest eine Batteriemodul in nur einem Montageschritt in dem Batteriegehäuse angeordnet und dort befestigt werden. Außerdem werden keine oder nur wenige zusätzliche Befestigungselemente, beispielsweise in Form von Schrauben, benötigt, sodass die Traktionsbatterie besonders kostengünstig und gewichtssparend ausgebildet werden kann.
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In einer Weiterbildung der Erfindung weisen die Führungsprofile jeweils eine in den Befestigungsschienen ausgebildete Längsnut auf, in welche die Vorsprünge des zumindest einen Batteriemoduls einsteckbar und verschiebbar sind. Die Längsnuten erstrecken sich dabei von einer Oberseite der Befestigungsschienen in die Befestigungsschienen hinein. Insbesondere weisen die Längsnuten zumindest abschnittsweise eine mit einer Querschnittsform der Vorsprünge korrespondierende Querschnittsform auf, wobei im angeordneten Zustand der Vorsprünge in der Längsnut durch die zueinander korrespondierenden Querschnittsformen das Lösen des Batteriemoduls entlang der Hochrichtung blockiert ist. Die als Längsnuten ausgebildeten Führungsprofile weisen also Führungsabschnitte auf, deren Querschnittsform mit der Querschnittsform der Vorsprünge bzw. Zapfen korrespondiert. Dadurch greifen die Führungsabschnitte und die Vorsprünge nach dem Schlüssel-Schloss-Prinzip ineinander. Beispielsweise sind die Längsnuten zumindest abschnittsweise als T-Nuten ausgebildet und die Vorsprünge weisen einen T-förmigen Querschnitt auf.
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Es erweist sich als vorteilhaft, wenn die Längsnuten an die Führungsabschnitte angrenzende Zugangsabschnitte aufweisen, wobei die Vorsprünge durch eine Steckbewegung in die Zugangsabschnitte einsteckbar sind und durch eine Schiebebewegung aus den Zugangsabschnitten in die Führungsabschnitte einschiebbar sind. Vorzugsweise weist jedes Seitenteil mehrere, in Längsrichtung beabstandete Vorsprünge auf und jede Befestigungsschiene weist mehrere, in Längsrichtung beabstandete Zugangsabschnitte auf. Die Zugangsabschnitte sind dabei Bereiche der Längsnut, in welche die Vorsprünge zum Anordnen in der Längsnut entlang der Hochrichtung einsteckbar sind. Durch Schieben des Batteriemoduls entlang der Längsrichtung können die Vorsprünge aus den Zugangsabschnitten in die Führungsabschnitte eingeschoben und dort gehalten werden.
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Es erweist sich als vorteilhaft, wenn die Vorsprünge entlang der Längsrichtung keilförmig ausgebildet sind, sodass die Vorsprünge zum zusätzlichen kraftschlüssigen Verbinden des zumindest einen Batteriemoduls mit den Befestigungsschienen am Ende der Steck-Schiebe-Bewegung in die Führungsprofile eingepresst sind. Das Batteriemodul wird also unter Kraftaufwand entlang der Befestigungsschienen verschoben, sodass die keilförmigen Vorsprünge in den Befestigungsschienen eingepresst bzw. eingeklemmt werden und somit das Batteriemodul sowohl kraftschlüssig als auch formschlüssig mit den Befestigungsschienen verbunden wird. Durch die kraftschlüssige Verbindung wird das Batteriemodul also zusätzlich entlang der Längsrichtung fixiert.
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Besonders bevorzugt weisen die Vorsprünge und/oder die Führungsprofile Anschlagelemente auf, welche dazu ausgelegt sind, die Schiebe-Bewegung des zumindest einen Batteriemoduls zu stoppen, sobald dieses seine bestimmungsgemäße Lage an den Befestigungsschienen erreicht hat. Durch die Anschlagelementente können die modulseitigen Befestigungselemente und die schienenseitigen Befestigungselemente ineinander einrasten, sobald die bestimmungsgemäße Lage des Batteriemoduls erreicht ist. Beispielsweise können die Anschlagelemente einstückig mit den Vorsprüngen ausgebildet sein. Die Anschlagelemente können beispielsweise entlang der Hochrichtung orientiert sein und an einen Rand der Zugangsabschnitte anschlagen bzw. anstoßen, nachdem die Vorsprünge über die Zugangsabschnitte in den Führungsabschnitten angeordnet wurden. So kann gewährleistet werden, dass die Vorsprünge in den Führungsabschnitten verbleiben.
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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 Ausführungsform einer Traktionsbatterie;
- 2 ein vergrößerter Ausschnitt der Traktionsbatterie beim Zusammenfügen eines Batteriemoduls und einer Befestigungsschiene der Traktionsbatterie;
- 3 ein vergrößerter Ausschnitt der Traktionsbatterie im zusammengefügten Zustand des Batteriemoduls und der Befestigungsschiene der Traktionsbatterie; und
- 4 ein weiterer vergrößerter Ausschnitt der Traktionsbatterie im zusammengefügten Zustand des Batteriemoduls und der Befestigungsschiene.
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In den Figuren sind gleiche sowie funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt einen Ausschnitt aus 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 bzw. Befestigungsstreben befestigt wird. Die Befestigungsschienen 3 sind an einem Gehäuseteil 4, beispielsweise einem Gehäuseboden, eines Batteriegehäuses der Traktionsbatterie 1 befestigt. Die Befestigungsschienen 3 weisen eine dem Batteriemodul 2 zugewandte Oberseite 5 auf. Die Befestigungsschienen 3 erstrecken sich entlang einer Längsrichtung L und sind in einer Querrichtung Q beabstandet zueinander angeordnet.
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Das Batteriemodul 2 weist ein Zellpaket 6 aus hier nicht gezeigten Batteriezellen auf. Die Batteriezellen können beispielsweise prismatische Zellen oder Pouchzellen sein, welche entlang der Längsrichtung L aneinander gestapelt sind. Außerdem weist das Batteriemodul 2 einen Zellmodulrahmen 7 auf, welcher beispielsweise aus Kunststoff oder Metall gebildet sein kann. Der Zellmodulrahmen 7 weist zwei, in Querrichtung Q beabstandete Seitenteile 8 auf. Die Seitenteile 8 sind seitlich am Zellpaket 6 angeordnet und erstrecken sich entlang der Längsrichtung L zumindest über Seitenbereiche des Zellpakets 6. Das Batteriemodul 2 ist auf den Befestigungsschienen 3 angeordnet und steht dabei im Bereich der Seitenteile 8 auf den Oberseiten 5 der Befestigungsschienen 3 auf.
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Um das Batteriemodul 2 an den Befestigungsschienen 3 halten zu können, weist die Traktionsbatterie 1 eine Befestigungseinrichtung 9 auf, welche modulseitige Befestigungselemente 10 und schienenseitige Befestigungselemente 11 aufweist. Als die modulseitigen Befestigungselemente 10 weist das Batteriemodul 2 hier pro Seitenteil 8 mehre entlang einer Hochrichtung H nach unten hin abstehende, in Längsrichtung L beabstandete flügelartige Vorsprünge 12 auf. Die flügelartigen Vorsprünge 12 bzw. Zapfen bzw. Spunde weisen hier einen T-förmigen Querschnitt auf und sind, wie in 2 gezeigt, entlang der Längsrichtung L keilförmig ausgebildet. Die Vorsprünge 12 können aber auch eine andere Form, beispielsweise eine Schwalbenschwanzform, aufweisen. Außerdem weisen die modulseitigen Befestigungselemente 10 an den Vorsprüngen 12 angeordnete, sich entlang der Hochrichtung H erstreckende Anschlagelemente 13 auf. Die modulseitigen Befestigungselemente 10 sind hier einteilig mit den Seitenteilen 8 ausgebildet.
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Die Befestigungsschienen 3 weisen als die schienenseitigen Befestigungselemente 11 Führungsprofile 14 auf. Die Führungsprofile 14 sind als Längsnuten 15 bzw. längliche Vertiefungen ausgebildet, welche abschnittsweise eine mit der Querschnittsform der Vorsprünge 12 korrespondierende Querschnittsform aufweisen. Die Längsnuten 15 sind hier abschnittsweise als T-Nuten ausgebildet und weisen somit Führungsabschnitte 16 mit einem T-förmigen Querschnitt auf. Innerhalb der T-förmigen Führungsabschnitte 16 weist die Längsnut 15 eine entlang der Hochrichtung H veränderliche Breite auf. Dabei ist eine Breite eines sich in Hochrichtung H erstreckenden, vertikalen Bereiches des Führungsabschnittes 16 kleiner als eine Breite eines horizontalen, flanschartigen Abschnittes der T-förmigen Vorsprünge 12 und eine Breite eines sich in Querrichtung Q erstreckenden, horizontalen Bereiches des Führungsabschnittes 16 zumindest so groß wie die Breite des horizontalen Abschnittes der T-förmigen Vorsprünge 12. Das Batteriemodul 2 kann mit den Befestigungsschienen 3 formschlüssig verbunden werden, indem die Vorsprünge 12 in den Führungsabschnitte 16 angeordnet werden.
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Außerdem weist das Führungsprofil 14 Zugangsabschnitte 17 auf, über welche die Vorsprünge 12 in den Führungsabschnitten 16 angeordnet werden können. Die Zugangsabschnitte 17 weisen eine entlang der Hochrichtung H eine kontinuierliche Breite auf, welche zumindest der Breite eines horizontalen Abschnittes der T-förmigen Vorsprünge 12 entspricht. Um nun das Batteriemodul 2 mit den Befestigungsschienen 3 zu verbinden, werden die Vorsprünge 12 mittels einer entlang der Hochrichtung H orientierten, vertikalen Steckbewegung S1 in die Zugangsabschnitte 17 eingesteckt. Mittels einer Schiebebewegung S2 wird das Batteriemodul 2 entlang der Längsrichtung L horizontal bezüglich der Befestigungsschienen 3 geschoben, sodass die Vorsprünge 12 aus den Zugangsabschnitten 17 in die T-förmigen Führungsabschnitte 16 eingeschoben werden. Dabei können die Vorsprünge 12 aufgrund der größeren Breite der horizontalen Abschnitte nicht aus den vertikalen Bereichen der Führungsabschnitte 16 hinausrutschen, sodass das Batteriemodul 2 entlang der Hochrichtung H fixiert ist. Durch die keilförmigen Vorsprünge 12 werden die Vorsprünge 12 außerdem bei der Schiebebewegung S2 in die Längsnuten 15 einpresst, sodass zusätzlich eine kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Batteriemodul 2 und den Befestigungsschienen 3 entsteht. Das Batteriemodul 2 wird dabei so lange entlang der Längsrichtung L verschoben, bis die Anschlagelemente 13 der Vorsprünge 12 an einen Rand der Zugangsabschnitte 17 anschlagen. Dann hat das Batteriemodul 2 seine bestimmungsgemäße Lage an den Befestigungsschienen 3 erreicht. In 3 ist die Verbindung zwischen den modulseitigen Befestigungselementen 10 und den schienenseitigen Befestigungselementen 11 gezeigt.
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In 4 ist gezeigt, dass außerdem zumindest ein Fixierungselement 18, beispielsweise in Form von einer Schraube 19, an den Befestigungsschienen 3 angeordnet werden kann. Das Fixierungselement 18 verhindert, dass sich das Batteriemodul 2 entlang der Längsrichtung L verschieben kann und somit die mechanische Verbindung zwischen dem Batteriemodul 2 und den Befestigungsschienen 3 in unerwünschter Weise wieder gelöst wird. Das Fixierungselement 18 bildet also hier ebenfalls einen Anschlag bzw. einen Stopper für das Batteriemodul 2.
