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Die vorliegende Erfindung betrifft Stromspeicherbatterien im Allgemeinen, insbesondere für Kraftfahrzeuge.
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Es ist möglich, Kraftfahrzeuge mit elektrischen Batterien auszustatten, die eine große Anzahl Stromspeicherzellen enthalten. Diese Stromspeicherzellen können gekühlt werden, indem sie in eine dielektrische Flüssigkeit getaucht werden.
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Die Verwendung einer dielektrischen Flüssigkeit ermöglicht die direkte Kühlung der stromführenden Teile, ohne den Betrieb dieser Teile zu beeinträchtigen, da die elektrische Leitfähigkeit der Flüssigkeit als gleich Null angesehen werden kann. Diese Art der Kühlung ist sehr effizient, und mit dieser ist es möglich, gute Austauschdichten zu erhalten. Außerdem können damit große Flächen gekühlt werden.
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Bei Kühlsystemen durch indirekten Kontakt hingegen kann im Allgemeinen nicht die gesamte Fläche des wärmeabgebenden Teils gekühlt werden. In einem derartigen System wird meist nur der am besten zugängliche Teil gekühlt. Dies führt unweigerlich zu unerwünschten Temperaturgradienten.
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Insbesondere bei der Kühlung durch Luftzirkulation ist die Wärmeaustauschdichte sehr gering, selbst wenn die Konvektion durch Lüftung erzwungen wird.
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Demgegenüber hat die Kühlung durch eine dielektrische Flüssigkeit den Nachteil, kostspielig zu sein, zumal der Preis für die dielektrische Flüssigkeit hoch ist.
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Um das Volumen der verwendeten dielektrischen Flüssigkeit zu verringern, können im Inneren der Batterie Teile aus einem Kunststoffmaterial mit niedriger Dichte vorgesehen werden. Diese Teile können so geformt sein, dass sie eine Zirkulationsbahn für die dielektrische Flüssigkeit begrenzen, so dass ein möglichst großer Teil jeder der in der Batterie angeordneten Zellen gekühlt werden kann.
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In diesem Zusammenhang zielt die Erfindung darauf ab, eine Stromspeicherbatterie bereitzustellen, in der die Aufnahme derartiger Teile aus einem Kunststoff mit niedriger Dichte vereinfacht ist.
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Zu diesem Zweck betrifft die Erfindung gemäß einem ersten Aspekt eine Stromspeicherbatterie, wobei die Batterie Folgendes aufweist:
- - mehrere Module, wobei jedes Modul mehrere Stromspeicherzellen umfasst;
- - ein Gehäuse, das innen ein Volumen für die Aufnahme der Module begrenzt, wobei das Gehäuse einen unteren Teil und eine Abdeckung umfasst;
- - Balken, die mit dem Gehäuse fest verbunden sind und das Aufnahmevolumen in mehrere Fächer unterteilen, wobei jedes Modul in einem der Fächer aufgenommen ist;
- - ein Kunststoffmaterial mit niedriger Dichte, das einen oberen Teil aufweist, der auf die Balken aufgeformt ist, wobei jedes Fach durch eine Innenfläche begrenzt ist, die zumindest teilweise von dem oberen Teil des Kunststoffmaterials mit niedriger Dichte definiert ist.
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Die Tatsache, dass das Kunststoffmaterial mit niedriger Dichte auf die Balken aufgeformt ist, ermöglicht eine einfache Aufnahme des Kunststoffmaterials in das Innere der Stromspeicherbatterie.
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Die Toleranzen für die Abmessungen der Innenflächen der einzelnen Fächer, die durch das aufgeformte Kunststoffmaterial definiert sind, sind gering und akzeptabel. Bei diesen Toleranzen handelt es sich im Wesentlichen um die Dickentoleranz der Schicht aus Kunststoff mit niedriger Dichte, die zwischen dem Balken und der Innenfläche des Fachs liegt. Diese Dicke ist verringert, wodurch sich auch die entsprechende Toleranz verringert.
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Eine andere Möglichkeit zur Herstellung der Teile aus Kunststoff mit niedriger Dichte wäre, diese Teile durch Stanzen oder Formen herzustellen und sie an den Balken anzuordnen. Bei dieser nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform werden die Teile aus Kunststoff mit niedriger Dichte nicht auf die Balken aufgeformt. Dies hat zur Folge, dass die Toleranzen für die Positionen der Innenflächen der einzelnen Fächer wesentlich höher sind. Dies liegt daran, dass sich die Fertigungs- und Montagetoleranzen der Balken in der Hülle und die Fertigungstoleranzen der Teile aus Kunststoff mit niedriger Dichte addieren. Insgesamt sind die Toleranzen viel höher als bei der Erfindung.
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Da außerdem einige der Innenflächen der einzelnen Fächer durch den Kunststoff mit niedriger Dichte definiert sind, haben diese Innenflächen eine gewisse Flexibilität. Dies erleichtert das Einsetzen der Module trotz der Toleranzen bei den Abmessungen und der Position der Innenflächen.
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Da ein Teil der Innenflächen der einzelnen Fächer durch Aufformen des Kunststoffs mit niedriger Dichte auf die Balken hergestellt wird, ist es außerdem möglich, die zwischen den Stromspeicherzellen und dem Kunststoff mit niedriger Dichte definierten Fluidzirkulationskanäle auf einfache Weise herzustellen. Diese Kanäle können z.B. als vertiefte Bereiche auf der Oberfläche des Kunststoffmaterials mit niedriger Dichte hergestellt werden, die beim Aufformen entstehen.
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Die Stromspeicherbatterie kann ferner eines oder mehrere der folgenden Merkmale aufweisen, die einzeln oder in jeder technisch möglichen Kombination betrachtet werden:
- - bei dem Kunststoffmaterial mit niedriger Dichte handelt es sich um einen Schaum;
- - die Innenfläche jedes Fachs weist eine Seitenfläche mit geschlossener Kontur auf, die im Wesentlichen parallel zu einer Hauptrichtung verläuft, die von dem oberen Teil des Kunststoffmaterials mit niedriger Dichte definiert ist, wobei das Fach im leeren Zustand einen ersten Querschnitt senkrecht zur Hauptrichtung hat, wobei das in dem Fach aufgenommene Modul senkrecht zur Hauptrichtung einen zweiten Querschnitt hat, der größer ist als der erste Querschnitt;
- - der untere Teil weist einen Bereich auf, der einen unteren Boden des Gehäuses definiert, wobei das Kunststoffmaterial mit niedriger Dichte einen unteren Teil aufweist, der auf den unteren Boden aufgeformt ist, wobei die Innenfläche jedes Fachs eine untere Fläche aufweist, die das Fach zum unteren Boden hin begrenzt und von dem unteren Teil des Kunststoffmaterials mit niedriger Dichte definiert ist;
- - das Kunststoffmaterial mit niedriger Dichte hat eine erste Elastizität, wobei Einsatzstücke aus einem elastischen Material zwischen der Innenfläche der Fächer und den Balken angeordnet sind, wobei das elastische Material eine zweite Elastizität hat, die höher ist als die erste Elastizität;
- - die Batterie weist einen Kühlkreislauf mit Fluidzirkulationskanälen auf, die zwischen den Stromspeicherzellen und dem Kunststoff mit niedriger Dichte definiert sind, wobei ein dielektrisches Fluid die Zirkulationskanäle füllt;
- - der Kunststoff mit niedriger Dichte ist mit einer Außenschicht aus einem Material bedeckt, das gegenüber dem dielektrischen Fluid undurchlässig ist;
- - jede Stromspeicherzelle hat eine prismatische Form und weist zwei große Flächen sowie vier kleine Flächen auf, welche die beiden großen Flächen miteinander verbindet, wobei eine der kleinen Flächen zwei elektrische Kontakte trägt, wobei jeder Zirkulationskanal eine in dem Kunststoff mit niedriger Dichte ausgebildete vertiefte Aussparung ist und sich längs der anderen drei kleinen Flächen erstreckt;
- - das Gehäuse weist einen Einlass für dielektrisches Fluid und einen Auslass für dielektrisches Fluid auf, wobei der Kühlkreislauf einen Sammler zur Verteilung des dielektrischen Fluids aufweist, der mit dem Einlass für dielektrisches Fluid in Strömungsverbindung steht und zumindest teilweise von dem Kunststoffmaterial mit niedriger Dichte begrenzt ist, und/oder wobei der Kühlkreislauf einen Sammler zum Ablassen des dielektrischen Fluids aufweist, der mit dem Auslass für dielektrisches fluid in Strömungsverbindung steht und zumindest teilweise von dem Kunststoff mit niedriger Dichte begrenzt ist;
- - ein Block aus dem Kunststoffmaterial mit niedriger Dichte ist fest mit der Abdeckung verbunden, wobei der Block den Sammler zur Verteilung des dielektrischen Fluids und/oder den Sammler zum Ablassen des dielektrischen Fluids begrenzt;
- - der Kühlkreislauf weist einen Untersammler zur Verteilung des dielektrischen Fluids auf, der für jedes Modul im Block vorgesehen ist, wobei der Verteiluntersammler den Verteilsammler mit den Zirkulationskanälen, die die Stromspeicherzellen des Moduls speisen, strömungsmäßig verbindet, und/oder wobei der Kühlkreislauf einen Untersammler zum Ablassen des dielektrischen Fluids aufweist, der für jedes Modul im Block vorgesehen ist, wobei der Ablassuntersammler die Zirkulationskanäle, die die Stromspeicherzellen des Moduls speisen, mit dem Ablasssammler strömungsmäßig verbindet.
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Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Stromspeicherbatterie mit den obigen Merkmalen, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:
- - Ausbilden einer ersten Formseite, die den unteren Teil des Gehäuses und die am unteren Teil angebrachten Balken umfasst,
- - Ausbilden einer zweiten Formseite, die negative Eindrückungen der Fächer aufweist;
- - Bilden einer Form unter Verwendung der ersten und zweiten Formseite, wobei die zweite Formseite in Bezug auf die erste Formseite so angeordnet ist, dass die negativen Eindrückungen der Fächer zwischen den Balken der ersten Formseite in Eingriff sind, wobei zwischen der ersten und der zweiten Formseite ein Formhohlraum definiert wird;
- - Einleiten einer Flüssigkeit in den Formhohlraum und Ausbilden des Kunststoffs mit niedriger Dichte aus der Flüssigkeit.
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Das Herstellungsverfahren kann ferner eines oder mehrere der nachfolgenden Merkmale aufweist, die einzeln oder in jeder technisch möglichen Kombination betrachtet werden:
- - das Verfahren umfasst Folgende Schritte:
- * Ausbilden einer dritten Formseite, die die Abdeckung des Gehäuses umfasst;
- * Ausbilden einer vierten Formseite, die zumindest negative Eindrückungen des Verteiluntersammlers und/oder Ablassuntersammlers aufweist;
- * Bilden einer Form unter Verwendung der dritten und vierten Formseite, wobei zwischen der dritten und vierten Formseite ein weiterer Formhohlraum definiert wird;
- * Einleiten eine Flüssigkeit in den weiteren Formhohlraum und Ausbilden des Blocks aus Kunststoff mit niedriger Dichte aus der Flüssigkeit;
- - das Verfahren umfasst einen Schritt zum Aufbringen der Außenschicht auf das Kunststoffmaterial mit niedriger Dichte, der nach dem Schritt zum Einleiten einer Flüssigkeit in den Formhohlraum und zum Ausbilden des Kunststoffmaterials mit niedriger Dichte aus der Flüssigkeit durchgeführt wird;
- - das Verfahren umfasst einen Schritt zum Warmformen einer Platte aus dem Material, das gegenüber dem dielektrischen Fluid dicht ist, gegen die negativen Eindrückungen der Fächer, der vor dem Schritt zum Einleiten einer Flüssigkeit in den Formhohlraum und zum Ausbilden des Kunststoffs mit niedriger Dichte aus der Flüssigkeit durchgeführt wird.
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Gemäß einem dritten Aspekt betrifft die Erfindung ein Fahrzeug, das mit einer Stromspeicherbatterie mit den oben genannten Merkmalen ausgestattet ist.
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Das Fahrzeug weist einen Kreislauf zum Kühlen des dielektrischen Fluids auf, der mit der Einlass- und Auslassöffnung für das dielektrische Fluid in Strömungsverbindung steht, wobei der Kreislauf mindestens ein Element für die Zirkulation des dielektrischen Fluids längs des Kreislaufs und einen Wärmetauscher umfasst, der zum Kühlen des im Kreislauf zirkulierenden dielektrischen Fluids angeordnet ist.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nachstehenden detaillierten Beschreibung ersichtlich, die unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beispielhaft gegeben und keineswegs einschränkend ist. Darin zeigen:
- 1 eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen Stromspeicherbatterie, wobei die Abdeckung von dem unteren Teil des Gehäuses getrennt gezeigt ist, die Stromspeicherzellen nicht vorhanden sind und die Balken vor dem Aufformen des Kunststoffmaterials mit niedriger Dichte gezeigt sind;
- 2 eine perspektivische Ansicht, die 1 ähnlich ist, wobei die Abdeckung nicht gezeigt ist und der Kunststoff mit niedriger Dichte auf die Balken und den unteren Teil des Gehäuses aufgeformt ist;
- 3 eine perspektivische Ansicht eines Teils eines Moduls der Stromspeicherbatterie aus 1 und der Schicht aus Kunststoff mit niedriger Dichte, die die Innenfläche des Fachs zur Aufnahme des Moduls definiert;
- 4 eine Draufsicht auf die in 2 gezeigte Unterbaugruppe, wobei die Module in die Fächer eingesetzt gezeigt sind und die Bahn des dielektrischen Fluids durch die Batterie symbolisch durch graue Linien dargestellt ist;
- 5 eine Querschnittsansicht eines Teils der Batterie aus 1 in einer vertikalen Querebene;
- 6 eine Schnittansicht eines Teils der Batterie aus 1 in einer vertikalen Längsebene; und
- 7 eine perspektivische Ansicht, die den zweiten Teil der Form zur Herstellung des in 2 gezeigten Kunststoffmaterials mit niedriger Dichte sowie die Balken und die Außenschicht zur Bedeckung des Kunststoffmaterials mit niedriger Dichte zeigt.
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Die in den 1 bis 4 gezeigte elektrische Batterie ist für die Ausrüstung eines Fahrzeugs bestimmt, üblicherweise eines Kraftfahrzeugs wie etwa eines Pkw, Busses oder Lkw.
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Bei dem Fahrzeug handelt es sich um ein Fahrzeug, das beispielsweise von einem Elektromotor angetrieben wird, wobei der Motor von der elektrischen Batterie elektrisch gespeist wird. Bei einer Variante ist das Fahrzeug ein Hybridfahrzeug, das somit einen Verbrennungsmotor und einen Elektromotor aufweist, der von der elektrischen Batterie elektrisch gespeist wird. Gemäß einer weiteren Variante wird das Fahrzeug von einem Verbrennungsmotor angetrieben, wobei die elektrische Batterie zur elektrischen Versorgung anderer Fahrzeuggeräte vorgesehen ist, z.B. für den Anlasser, die Beleuchtung usw.
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Die Stromspeicherbatterie 1 besteht aus mehreren Modulen 3 (4) und einem Gehäuse 5 (1), das innen ein Volumen 7 zur Aufnahme der Module 3 begrenzt.
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Wie in den 3 und 4 zu sehen ist, umfasst jedes Modul 3 mehrere Stromspeicherzellen 9.
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Die Anzahl der Module 3 richtet sich nach der Stromspeicherkapazität der Batterie 1. In dem gezeigten Beispiel enthält die Batterie sechzehn Module 3. Die Batterie kann jedoch auch mehr als sechzehn Module oder weniger als sechzehn Module enthalten.
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Die Stromspeicherzellen 9 können von jedem geeigneten Typ sein: Lithium-Ionen-Polymer- (Li-Po-), Lithium-Eisen-Phosphat- (LFP-), Lithium-Kobalt- (LCO-), Lithium-Mangan- (LMO-), Nickel-Mangan-Kobalt- (NMC-) oder NiMH- (Nickel-Metallhydrid-) Zellen.
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In dem in 4 gezeigten Beispiel enthält jedes Modul 3 zwölf Zellen. Die Anzahl der Zellen in einem einzelnen Modul kann jedoch von zwölf abweichen: sie ist entweder größer als zwölf oder kleiner als zwölf.
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Üblicherweise hat jede Stromspeicherzelle 9 eine prismatische Form.
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Sie weist zwei große Flächen 11, 13 und vier kleine Flächen 15, 17, 19, 21 auf, welche die beiden großen Flächen 11, 13 miteinander verbinden (3, 5 und 6).
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Die beiden großen Flächen 11, 13 sind parallel und liegen einander gegenüber. Die vier kleineren Flächen 15, 17, 19, 21 stehen senkrecht zueinander und senkrecht zu den größeren Flächen 11, 13.
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Jede Stromspeicherzelle 9 weist zwei elektrische Kontakte 23 auf.
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Diese elektrischen Kontakte 23 werden von der kleinen Fläche 15 getragen.
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In einem einzelnen Modul 3 sind die Stromspeicherzellen 9 in Querrichtung nebeneinander angeordnet. Die Querrichtung ist in den Figuren durch einen Pfeil T dargestellt.
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Die Zellen 9 stehen über ihre jeweiligen großen Flächen 11, 13 miteinander in Kontakt.
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Die kleinen Flächen 15, die die elektrischen Kontakte 23 tragen, sind in die gleiche Richtung gerichtet und nebeneinander angeordnet.
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Die elektrischen Kontakte 23 der verschiedenen Zellen ein- und desselben Moduls 3 sind miteinander verbunden, so dass die Stromspeicherzellen 9 in Reihe und/oder parallel angeordnet sind. Die Verbinder zur Verbindung der elektrischen Kontakte 23 der Zellen sind in den Figuren nicht gezeigt.
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Jedes Modul 3 hat daher die Form eines quaderförmigen Blocks mit einer langgestreckten Form längs der Querrichtung T.
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Wie in 1 zu sehen ist, weist das Gehäuse 5 einen unteren Teil 25 und eine Abdeckung 27 auf. Üblicherweise ist der untere Teil 25 des Gehäuses nach unten, d.h. im Falle einer Fahrzeugbatterie zur Lauffläche gerichtet. Die Abdeckung 27 ist nach oben gerichtet.
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In dem gezeigten Beispiel hat der untere Teil 25 die Form einer im Wesentlichen flachen Platte, die einen starren Rahmen bildet, der die Module 3 trägt. In einer Variante hat der untere Teil die Form eines Behälters oder eine andere geeignete Form.
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Die Abdeckung 27 ist zum unteren Teil 25 hin konkav.
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Der untere Teil 25 und die Abdeckung 27 liegen entlang einer Umfangslinie eng aneinander an. Im gezeigten Beispiel ist der untere Teil 25 rechteckig, und die Berührungslinie ist ebenfalls rechteckig.
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In dem gezeigten Beispiel sind der untere Teil 25 und die Abdeckung 27 durch Klammern 29 und Schrauben (nicht dargestellt) aneinander befestigt.
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Die Klammern 29 sind hier längs jeder der vier Seiten des unteren Teils 25 angeordnet. Jede Klammer 29 klemmt den Rand des unteren Teils 25 an den vorstehenden Flansch der Abdeckung 27.
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Die Batterie 1 weist ferner Balken 33, 35 auf, die mit dem Gehäuse 5, üblicherweise dem unteren Teil 25 des Gehäuses 5, fest verbunden sind und das Aufnahmevolumen 7 in mehrere Fächer 37 unterteilen.
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Jedes Modul 3 ist in einem der Fächer 37 aufgenommen.
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Vorzugsweise nimmt jedes Fach 37 ein einziges Modul 3 auf.
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Bei den Balken 33, 35 handelt es sich üblicherweise um Metallprofile. Die Balken 33 sind in Längsrichtung und die Balken 35 in Querrichtung ausgerichtet.
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Die Balken 33, 35 sind mit dem unteren Teil 25 des Gehäuses 5 fest verbunden. Sie sind an einer oberen Fläche 39 des unteren Teils 25 befestigt.
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Die Befestigung kann auf beliebige Weise erfolgen: Schweißen, Schrauben, Löten usw.
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In dem gezeigten Beispiel sind die Querbalken 35 C-Profile, wie in 6 gezeigt. Die Längsbalken 33 haben einen gewellten Querschnitt (5).
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Üblicherweise erstreckt sich jeder Querbalken 35 über die gesamte Querbreite des Gehäuses 5.
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Ebenso erstreckt sich jeder Längsbalken 33 über die gesamte in Längsrichtung verlaufende Länge eines Fachs 37.
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Die Längsbalken 33 verbinden zwei aufeinanderfolgende Querbalken 35.
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In dem gezeigten Beispiel sind zwischen den Balken 33, 35 zwei Längsreihen von Fächern 37 definiert.
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Die Fächer 37 sind in Querrichtung langgestreckt. Alle Fächer 37 der ersten Reihe liegen quer nebeneinander und sind quer in der Verlängerung eines Fachs 37 der zweiten Reihe angeordnet.
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Wie in den 2, 5 und 6 deutlicher zu sehen ist, weist die Batterie 1 vorteilhafterweise ein Kunststoffmaterial 41 mit niedriger Dichte auf, von dem ein oberer Teil 42 auf die Balken 33, 35 aufgeformt ist.
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Ein Kunststoffmaterial mit niedriger Dichte ist ein Kunststoffmaterial mit einer Dichte von weniger als 0,2 kg pro Liter.
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Als solches ist jedes Fach 37 durch eine Innenfläche 43 begrenzt, die zumindest teilweise von dem oberen Teil 42 des Kunststoffmaterials 41 mit niedriger Dichte definiert ist.
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Die Innenfläche 43 des Fachs 37 weist eine Seitenfläche 45 mit geschlossener Kontur, eine untere Fläche 47 und eine obere Fläche 49 auf, die in 6 sichtbar sind.
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Die Seitenfläche 45 der Innenfläche 43 des Fachs 37 verläuft im Wesentlichen parallel zu einer Hauptrichtung, die in den Figuren durch Pfeile P gekennzeichnet ist. Diese Hauptrichtung P verläuft im Wesentlichen senkrecht zur Lauffläche, wenn die Batterie im Fahrzeug eingebaut ist.
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Die untere Fläche 47 bildet den Boden des Fachs 37. Sie ist zum unteren Teil 25 des Gehäuses 5 gerichtet. Sie verläuft im Wesentlichen senkrecht zur Hauptrichtung P.
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Die Seitenfläche 45 weist zwei große einander gegenüberliegende Flächen 51 auf, die in Ebenen liegen, die die Querrichtung T und die Hauptrichtung P enthalten (2 und 3). Sie weist auch zwei kleine Flächen 53 auf, die einander gegenüberliegen und in den jeweiligen Ebenen liegen, die die Längsrichtung L und die Hauptrichtung P enthalten (2 und 3).
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Die Seitenfläche 45 wird üblicherweise von dem Kunststoffmaterial 41 mit niedriger Dichte definiert.
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Genauer gesagt wird sie von dem oberen Teil 42 des Kunststoffmaterials 41 mit niedriger Dichte definiert, das auf die Balken 33, 35 aufgeformt ist.
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Die großen Flächen 51 werden von dem auf die Querbalken 35 aufgeformten Kunststoffmaterial 41 mit niedriger Dichte definiert, und die kleinen Flächen 53 werden von dem auf die Längsbalken 33 aufgeformten Kunststoffmaterial 41 mit niedriger Dichte definiert.
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Der untere Teil 25 des Gehäuses 5 weist einen Bereich auf, der einen unteren Boden 54 des Gehäuses 5 definiert. Dieser untere Boden 54 entspricht in dem gezeigten Beispiel dem mittleren Bereich des unteren Teils 25 und trägt die Module 3.
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Das Kunststoffmaterial 41 mit niedriger Dichte weist auch einen unteren Teil 55 auf, der auf den unteren Boden 54 des Gehäuses 5 aufgeformt ist.
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Genauer gesagt ist dieser untere Teil 55 auf die obere Fläche 39 des unteren Teils 25 aufgeformt.
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Die untere Fläche 47 jedes Fachs 37 wird von dem unteren Teil 55 des Kunststoffmaterials 41 mit niedriger Dichte definiert.
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Wie in den 5 und 6 zu sehen ist, ist ein Block 57 aus dem Kunststoffmaterial 41 mit niedriger Dichte fest mit der Abdeckung 27 des Gehäuses 5 verbunden.
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Der Block 57 ist innerhalb der Abdeckung 27 angeordnet.
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Wie insbesondere in 1 zu sehen ist, weist die Abdeckung 27 ein oberes Ende 59 und einen um den gesamten Umfang des oberen Endes 59 aufgerichteten Rand 61 auf, der durch einen nach außen vorstehenden Flansch 63 verlängert ist, der am unteren Teil 25 des Gehäuses 5 anliegt.
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Der Block 57 bedeckt einen mittleren Teil des oberen Endes 59.
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Der Block 57 definiert die obere Fläche 49 jedes Fachs 37 (siehe 5 und 6).
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Wie nachstehend beschrieben, ist der Block 57 vorteilhafterweise in die Abdeckung 27 des Gehäuses 5 aufgeformt.
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In einer Variante wird der Block 57 durch ein beliebiges geeignetes Verfahren, z.B. durch Formen hergestellt und dann in der Abdeckung 27 befestigt.
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Wie in 5 zu sehen ist, sind die Längsbalken 33 vollständig in das Kunststoffmaterial 41 mit niedriger Dichte eingebettet. Somit befinden sich oberhalb, unterhalb und quer auf jeder Seite jedes Längsbalkens 33 Schichten aus Kunststoffmaterial 41 mit niedriger Dichte.
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Wie in 6 zu sehen ist, sind die Querbalken 35 ebenfalls vollständig in das Kunststoffmaterial 41 mit niedriger Dichte eingebettet, außer an ihren unteren Rändern, die direkt mit dem unteren Teil 25 des Gehäuses 5 verbunden sind. Somit befinden sich oberhalb und in Längsrichtung auf beiden Seiten jedes Querbalkens 35 Schichten aus Kunststoff 41 mit niedriger Dichte.
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Das Kunststoffmaterial 41 mit niedriger Dichte bildet somit einen einteiligen Körper 65, der von dem Boden 54 des Gehäuses 5 zur Abdeckung 27 vorsteht.
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Dieser Körper 65 definiert einen Rahmen 65C und mehrere innere Trennwände 65I innerhalb des Rahmens 65C (2).
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Der Rahmen 65C und die inneren Trennwände 651 entsprechen der Ausgestaltung der Balken 33, 35.
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Eine äußere Seitenfläche 65S1 des Rahmens 65C liegt an dem aufgerichteten Rand 61 der Abdeckung 27 des Gehäuses 5 an (5 und 6). Die Oberkante 65S2 des Rahmens 65C liegt am oberen Ende 59 der Abdeckung 27 des Gehäuses 5, um den Block 57 herum und auch am Umfang des Blocks 57 an.
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Die Oberkanten 65S3 der inneren Trennwände 65I liegen an der freien Oberfläche des Blocks 57 an.
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Die Oberkante 65S2 ist breiter als die Oberkanten 65S3 der inneren Trennwände 65I.
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Das Kunststoffmaterial 41 mit niedriger Dichte und der Block 57 nehmen zusammen mindestens 70%, vorzugsweise mindestens 80%, weiter vorzugsweise 90% des freien Raums innerhalb des Gehäuses 5 ein. Unter „freiem Raum“ ist hier der Raum zu verstehen, der nicht von den Modulen 3 und den im Gehäuse 5 untergebrachten elektronischen Bauteilen eingenommen wird.
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Das Kunststoffmaterial 41 mit niedriger Dichte ist üblicherweise ein Schaum. Der Schaum hat üblicherweise eine Dichte zwischen 0,050 und 0,15 Kilogramm pro Liter, vorzugsweise zwischen 0,07 und 0,13 Kilogramm pro Liter.
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Üblicherweise handelt es sich bei dem Schaum um einen Polyurethanschaum. In einer Variante ist der Schaum ein Polyurethan-/Polyharnstoff-, Poly(EVA)-, Polyethylen-, Polypropylen- oder Silikonschaum, der entweder durch reaktive Verfahren oder durch Gasexpansion, z.B. mit Dampf, hergestellt wird.
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Vorzugsweise ist der Schaum ein geschlossenzelliger Schaum. In einer Variante handelt es sich um einen offenzelligen Schaum.
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In jedem Fall ist das Kunststoffmaterial 41 mit niedriger Dichte vorteilhafterweise mit einer Außenschicht 67 aus einem Material bedeckt, das für das dielektrische Fluid, das die Zellen der Batterie 1 kühlt, undurchlässig ist.
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Eine derartige Außenschicht 67 ermöglicht es, die Absorption des dielektrischen Fluids durch das Kunststoffmaterial 41 mit niedriger Dichte zu begrenzen. Dies ist besonders nützlich, wenn das Kunststoffmaterial 41 mit niedriger Dichte ein offenzelliger Schaum ist. In geringerem Maße ist es auch für geschlossenzellige Schaumstoffe nützlich.
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Diese Außenschicht 67 bedeckt zumindest die Flächen des Kunststoffmaterials 41 mit niedriger Dichte, die wahrscheinlich mit dem dielektrischen Fluid in Kontakt gelangen. Vorzugsweise bedeckt sie alle freien Flächen des Kunststoffmaterials 41 mit niedriger Dichte.
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Sie bedeckt zumindest die Seitenfläche 45 und die untere Fläche 47 jedes Fachs 37. Sie bedeckt auch die äußere Seitenfläche 65S1 und die Oberkante 65S2 des Rahmens 65C sowie die Oberkanten 65S3 der inneren Trennwände 65I.
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Die Außenschicht 67 ist eine Schicht aus Epoxidharz (RTM) oder dergleichen, oder eine Schicht aus Acryl, Polyharnstoff oder Polyurethan.
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Sie wird üblicherweise durch ein Gieß- oder Sprühverfahren aufgebracht. In einer Variante wird die Außenschicht 67 aus einer Kunststoffplatte hergestellt, die in die gewünschte Form warmgeformt wird. Diese Außenschicht wird dann aus Polystyrol, Polycarbonat oder einem anderen geeigneten Material hergestellt. Dieser Vorgang wird später beschrieben.
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Die Außenschicht 67 verhindert jeden direkten Kontakt zwischen dem dielektrischen Fluid und dem Kunststoffmaterial 41 mit niedriger Dichte.
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Darüber hinaus ist die Außenschicht 67 mechanisch reiß- und abriebfester als das Kunststoffmaterial 41 mit niedriger Dichte. Beim Einsetzen der Module 3 in die Fächer 37 ist die Gefahr einer Beschädigung des Kunststoffmaterials 41 mit niedriger Dichte daher geringer. Die Langzeitleistung der Batterie 1 wird verbessert.
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Vorteilhafterweise wird die Außenschicht 67 aus einem Material mit geringem Reibungswiderstand hergestellt. Dadurch erleichtert die Außenschicht 67 das Einsetzen der Module 3 und widersteht Mikrovibrationen zwischen den Modulen 3 und der Innenfläche 43 der einzelnen Fächer 37.
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Der Block 57 aus Kunststoffmaterial 41 mit niedriger Dichte ist vorteilhafterweise auch mit einer Außenschicht 68 aus einem für das dielektrische Fluid undurchlässigen Material bedeckt.
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Wie zuvor bedeckt die Außenschicht 68 zumindest die Flächen des Blocks 57 aus Kunststoffmaterial 41 mit niedriger Dichte, die möglicherweise mit dem dielektrischen Fluid in Kontakt gelangen. Vorzugsweise bedeckt sie die gesamte freie Fläche des Blocks 57 aus Kunststoffmaterial 41 mit niedriger Dichte. Sie bedeckt zumindest die obere Fläche 49 jedes Fachs 37.
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Jedes Fach 37 hat im unbeladenen Zustand einen ersten Querschnitt senkrecht zur Hauptrichtung P. Unter „unbeladen“ ist der Querschnitt des Fachs 37 zu verstehen, wenn das Modul 3 nicht darin untergebracht ist. Dieser erste Querschnitt wird durch die Seitenfläche 45 begrenzt.
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Das in dem Fach 37 aufgenommene Modul 3 hat einen zweiten Querschnitt senkrecht zur Hauptrichtung P, der größer ist als der erste Querschnitt.
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Üblicherweise hat jedes Modul 3 eine Längsbreite, die größer ist als die des entsprechenden Fachs 37. Die Längsbreite wird zwischen den beiden großen Flächen 51 der Seitenfläche 45 der Innenfläche 43 des Fachs 37 gemessen.
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Ebenso hat das Modul 3 eine Querlänge, die größer ist als die Länge des entsprechenden Fachs 37. Die Länge des Fachs wird zwischen den beiden kleinen Flächen 53 der Seitenfläche 45 der Innenfläche 43 des Fachs 37 gemessen.
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Der Unterschied in der Querlänge beträgt beispielsweise zwischen 1 mm und 1,5 mm, und der Unterschied in der Längsbreite beträgt zwischen 0,2 mm und 0,5 mm.
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So werden die Zellen 9 durch den Druck, den das Kunststoffmaterial 41 mit niedriger Dichte ausübt, in dem entsprechenden Fach 37 gegeneinander fixiert. Sie werden insbesondere in Querrichtung T gegeneinandergepresst.
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Dies hat zur Folge, dass die Zellen 9 jedes Moduls 3 mit einem speziellen Boxenwerkzeug spielfrei in das entsprechende Fach 37 eingesetzt werden müssen.
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Eine derartige Anordnung ist besonders vorteilhaft, da es nicht mehr notwendig ist, spezielle Mittel zur Befestigung der Zellen 9 eines einzelnen Moduls 3 aneinander vorzusehen. Die unter der Nr.
FR1900228 eingereichte Patentanmeldung sieht vor, die Zellen zwischen zwei Endflanschen anzuordnen, wobei die Flansche und die Zellen mit einem um das Modul gewickelten Band gegeneinandergepresst werden. Die Flansche und das Band sind bei der vorliegenden Batterie aufgrund des Drucks, der durch das Kunststoffmaterial 41 mit niedriger Dichte auf die Zellen 9 ausgeübt wird, nicht sinnvoll.
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Wie insbesondere in den 4 bis 7 zu sehen ist, sind die Zellen so angeordnet, dass die kleine Fläche 15, die die elektrischen Kontakte 23 jeder Zelle 9 trägt, dem oberen Ende 59 der Abdeckung 27 gegenüberliegt. Die kleine Fläche 17, die der kleinen Fläche 15 gegenüberliegt, wird gegen die untere Fläche 47 der Innenfläche 43 des Fachs 37 gedrückt. Die kleinen Flächen 19 und 21 werden gegen die Seitenfläche 45 der Innenfläche 43 des Fachs 37 gedrückt, genauer gesagt gegen die beiden großen Flächen 51 der Seitenfläche 45.
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Die großen Flächen 11 und 13 der beiden Zellen 9, die sich an den Querenden des Moduls 3 befinden, liegen an den kleinen Flächen 53 der Seitenfläche 45 an.
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Vorteilhafterweise sind zwischen den elektrischen Speicherzellen 9 und dem Kunststoffmaterial 41 mit niedriger Dichte Fluidzirkulationskanäle 69 definiert.
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Die Zirkulationskanäle 69 sind für die Zirkulation eines dielektrischen Fluids vorgesehen, das für die Kühlung der Zellen 9 sorgt.
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Bei diesen Zirkulationskanälen 69 handelt es sich üblicherweise um vertiefte Aussparungen, die in dem Kunststoffmaterial 41 mit niedriger Dichte definiert sind.
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Vorteilhafterweise weist die Batterie 1 einen Zirkulationskanal 69 für jede Zelle 9 jedes Moduls 3 auf.
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Der Zirkulationskanal 69 erstreckt sich längs der drei kleinen Flächen 17, 19, 21 der Zelle 9, die nicht die elektrischen Kontakte 23 tragen.
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Der Zirkulationskanal 69 ist also U-förmig, mit einem ersten Abschnitt 71, der in eine der großen Flächen 51 der Seitenfläche 45 geschnitten ist, einem zweiten Abschnitt 73, der in die untere Fläche 47 geschnitten ist, und einem dritten Abschnitt 75, der in die andere große Fläche 51 der Seitenfläche 45 der Innenfläche 43 des Fachs 37 geschnitten ist.
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Die Zirkulationskanäle 69 sind zu den Zellen 9 hin offen.
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Die Zirkulationskanäle 69, die zwei benachbarte Zellen 9 speisen, sind durch flache Felder 70 voneinander getrennt, die an den kleinen Flächen 17, 19, 21 der Zellen anliegen.
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Wenn das Kunststoffmaterial 41 mit niedriger Dichte eine Außenschicht 67 aufweist, ist die Oberfläche jedes Zirkulationskanals 69 von der Außenschicht 67 bedeckt.
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Wie in 4 zu sehen ist, weist das Gehäuse 5 eine Einlassöffnung 77 für dielektrisches Fluid und eine Auslassöffnung 79 für dielektrisches Fluid auf.
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Die Batterie 1 weist einen Kühlkreislauf auf, der die Öffnung 77 für dielektrisches Fluid mit der Öffnung 79 für dielektrisches Fluid strömungsmäßig verbindet.
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Dieser Kühlkreislauf verteilt das dielektrische Fluid auf die verschiedenen Fächer 37 und ist so angeordnet, dass das dielektrische Fluid in Kontakt mit den Stromspeicherzellen 9 zirkuliert.
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Die Zirkulationskanäle 69 sind Teil des Kühlkreislaufs.
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Üblicherweise sind die Einlass- und Auslassöffnungen 77, 79 an zwei gegenüberliegenden Stellen der Abdeckung 27 angeordnet, z.B. an zwei Ecken des Rahmens 65C.
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Außerdem weist der Kühlkreislauf einen Sammler 81 zur Verteilung des dielektrischen Fluids auf, der mit dem Einlass 77 für das dielektrische Fluid verbunden ist.
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Ebenso weist der Kühlkreislauf einen Sammler 83 zum Ablassen des dielektrischen Fluids auf, der mit dem Auslass 79 für das dielektrische Fluid verbunden ist.
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Wie in den 2, 4 und 5 zu sehen ist, wird der Verteilsammler 81 zumindest teilweise durch das Kunststoffmaterial 41 mit niedriger Dichte begrenzt. Insbesondere wird er zwischen dem Kunststoffmaterial 41 mit niedriger Dichte und dem in der Abdeckung 27 des Gehäuses 5 untergebrachten Block 57 begrenzt.
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Im dem veranschaulichten Beispiel weisen das Kunststoffmaterial 51 mit niedriger Dichte und der Block 57 jeweils gegenüberliegende vertiefte Aussparungen auf, die zusammen den Verteilsammler 81 definieren.
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In dem gezeigten Beispiel ist die vertiefte Aussparung des Materials 41 mit niedriger Dichte länger der Oberkante 65S2 des Rahmens 65C vorgesehen. Der Verteilsammler 81 erstreckt sich längs einer Längsseite des Rahmens 65C.
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In ähnlicher Weise ist der Ablasssammler 83 vorteilhafterweise zumindest teilweise durch das Kunststoffmaterial 41 mit niedriger Dichte begrenzt. Genauer gesagt, ist zwischen dem Kunststoffmaterial 41 mit niedriger Dichte und dem in der Abdeckung 27 des Gehäuses 5 untergebrachten Block 57 der Ablasssammler 83 begrenzt.
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Das Kunststoffmaterial 41 mit niedriger Dichte und der Block 57 weisen jeweils gegenüberliegende vertiefte Aussparungen auf, die zusammen den Ablasssammler 83 begrenzen.
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In dem veranschaulichten Beispiel ist die vertiefte Aussparung des Materials 41 mit niedriger Dichte längs der Oberkante 65S2 des Rahmens 65C vorgesehen. Der Ablasssammler 83 erstreckt sich längs einer anderen Längsseite des Rahmens 65C gegenüber dem Verteilsammler 81.
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Vorzugsweise weist der Kühlkreislauf einen Untersammler 85 für die Verteilung des dielektrischen Fluids auf, der für jedes Modul 3 in Block 57 vorgesehen ist (4, 5, 6).
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In ähnlicher Weise weist der Kühlkreislauf einen Untersammler 87 für das Ablassen des dielektrischen Fluids auf, der für jedes Modul 3 im Block 57 vorgesehen ist.
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Der Verteiluntersammler 85 verbindet den Verteilsammler 81 strömungsmäßig mit den Zirkulationskanälen 69, die die Zellen 9 des entsprechenden Moduls 3 speisen.
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Die Verteiluntersammler 85 sind in 4 schematisch gezeigt. Es ist zu erkennen, dass sie alle parallel zueinander verlaufen und sich ausgehend von dem Verteilsammler 81 quer erstrecken.
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In dem gezeigten Beispiel speist jeder Verteiluntersammler 85 die beiden quer in einer Linie zueinander angeordneten Module 3.
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Jeder Verteiluntersammler 85 ist eine in die freie Fläche des Blocks 57 geschnittene vertiefte Aussparung (6).
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Der erste Abschnitt 71 jedes Zirkulationskanals 69 mündet in den entsprechenden Verteiluntersammler 85.
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Der Ablassuntersammler 87 verbindet den Ablasssammler 83 strömungsmäßig mit den Zirkulationskanälen 69, die die Zellen 9 des entsprechenden Moduls 3 speisen.
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Die Ablassuntersammler 87 sind in 4 schematisch gezeigt. Es ist zu erkennen, dass sie alle parallel zueinander verlaufen und sich ausgehend von dem Ablasssammler 83 quer erstrecken.
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In dem gezeigten Beispiel speist jeder Ablassuntersammler 87 die beiden quer in einer Linie zueinander angeordneten Module 3.
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Jeder Ablassuntersammler 87 ist eine in die freie Fläche des Blocks 57 geschnittene vertiefte Aussparung (6).
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Der zweite Abschnitt 75 jedes Zirkulationskanals 69 mündet in den entsprechenden Ablassuntersammler 87.
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Der Verteil- und Ablassuntersammler 85, 87, die ein und dasselbe Modul 3 speisen, verlaufen nebeneinander. Sie sind durch einen durchgehende Körper 89 voneinander getrennt, der in der freien Fläche des Blocks 57 ausgebildet ist und auf der kleinen Fläche 15 der Zellen aufliegt, die die elektrischen Kontakte 23 tragen.
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Die elektrischen Kontakte 23 der Zellen ein und desselben Moduls 3 sind in zwei Querlinien 91, 93 angeordnet. Die elektrischen Kontakte 23 der Querlinie 91 greifen in den Verteiluntersammler 85 und die der Querlinie 93 in den Ablassuntersammler 87 ein.
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Die oben beschriebene Anordnung der Sammler und Untersammler gewährleistet, dass die Bahn des dielektrischen Fluids von dem Einlass zum Auslass immer gleich lang ist, unabhängig davon, welchen Verteiluntersammler, welcher Zirkulationskanal und welcher Ablassuntersammler es durchläuft. Auch die Druckverluste sind praktisch dieselben. Die Temperaturhomogenität im Inneren der Batterie 1 ist sehr gut, da die Temperaturgradienten sehr gering sind.
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Es ist zu beachten, dass die Flächen, die die Verteilsammler 81 und die Ablasssammler 83 sowie die Verteil- und Ablassuntersammler 85, 87 definieren, von den Außenschichten 67 und 68 bedeckt sind.
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Ferner ist zu beachten, dass der Block 57 über seine gesamte freie Fläche mit dem Kunststoffmaterial 41 mit niedriger Dichte in Kontakt steht, mit Ausnahme der Bereiche vor den Fächern 37, der Bereiche vor den Verteil- und Ablasssammlern 81, 83 und der Bereiche vor den Verteil- und Ablassuntersammlern 85, 87. Dadurch wird eine Abdichtung zwischen den Verteil- und Ablasssammlern 81, 83 erreicht.
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Das Kunststoffmaterial 41 mit niedriger Dichte hat gute mechanische Eigenschaften. Bei einem Polyurethanschaum mit einer Dichte von 100 Gramm pro Liter beträgt der Druck, der erforderlich ist, um einen Block von 60 mm x 60 mm x 60 mm, also 6 % seiner Höhe, zu pressen, 586 N, d.h. ein Druck von 165 kPa.
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Im Gegensatz dazu hat es eine mäßige Elastizität. Elastizität ist die Fähigkeit eines Materials, mit der gleichen Geschwindigkeit in seine Ausgangslage zurückzukehren, mit der es verformt wurde. Bei einem halbstarren Polyurethanschaum, wie er für die Herstellung des Kunststoffmaterials 41 mit niedriger Dichte verwendet wird, beträgt die Elastizität z.B. zwischen 15 und 30%. Die Druckfestigkeit bei 40% Verformung beträgt mehr als 200 kPa.
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Wie in den 5 und 6 gezeigt, sind vorteilhafterweise zwischen der Innenfläche 43 der Fächer 37 und den Balken 33, 35 Einsatzstücke 95, 97 aus einem elastischen Material eingesetzt.
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Dieses elastische Material hat eine zweite Elastizität, die größer ist als die erste Elastizität.
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Üblicherweise sind die Einsatzstücke 95 zwischen den Längsbalken 33 und der Seitenfläche 45 jedes Fachs 37 angeordnet, genauer gesagt zwischen den Längsbalken 33 und den kleinen Flächen 53 der Seitenfläche 45.
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In ähnlicher Weise sind die Einsatzstücke 97 zwischen den Querbalken 35 und der Seitenfläche 45 jedes Fachs 37 angeordnet, genauer gesagt zwischen den Querbalken 35 und den großen Flächen 51 der Seitenfläche 45.
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Die Einsatzstücke 95, 97 bestehen vorteilhafterweise aus einem Schaumstoff mit hoher Dichte, z.B. aus Polyamid, Polypropylen oder Polyurethan mit 120 bis 200 Gramm pro Liter.
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Ein Schaumstoff mit hoher Dichte ist ein Schaumstoff mit einer Dichte von mehr als 100 Gramm pro Liter.
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Die Einsatzstücke 95, 97 werden z.B. durch Ankleben an die Balken 33, 35 in Position gebracht, bevor das Kunststoffmaterial 41 mit niedriger Dichte aufgeformt wird.
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Die Einsatzstücke 95, 97 bieten mehrere Vorteile.
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Der Druck in den Zellen 9 variiert entsprechend dem Wechsel von elektrischen Ladungen und Entladungen. Dieser Druck beeinflusst die Geometrie der Zellen 9, insbesondere an den großen Flächen 11 und 13 der Stromspeicherzellen 9. Die kumulative Schwellung aller Zellen 9 eines einzigen Moduls 3 längs der Querrichtung T kann an den kleinen Flächen 53 der Seitenfläche 45 eine Belastung von bis zu 500 Kilogramm erzeugen. Die längs der Längsbalken 33 angeordneten Einsatzstücke 95 ermöglichen eine Aufnahme dieser Kraft ohne Beschädigung. Ohne diese Einsatzstücke 95 könnte das dort angebrachte, weniger elastische Kunststoffmaterial 41 mit niedriger Dichte auf Dauer beschädigt werden.
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Diese Einsatzstücke 95 ermöglichen auch die Aufnahme von Querbeschleunigungen, denen die Module 3 ausgesetzt sind und die einen erheblichen Druck auf die kleinen Flächen 53 der Seitenfläche 45 ausüben. Diese Beschleunigungen können durch die normale Bewegung des Fahrzeugs oder durch Stöße verursacht werden.
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Die Einsatzstücke 97, die entlang der großen Flächen 51 der Seitenfläche 45 angeordnet sind, ermöglichen auch eine Aufnahme der Längsbeschleunigungen, denen die Module 3 ausgesetzt sind. Diese Längsbeschleunigungen resultieren aus der normalen Bewegung des Fahrzeugs (Beschleunigung und Bremsung) oder aus Stößen.
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Darüber hinaus erleichtern die Einsatzstücke 95, 97 aufgrund ihrer hohen Elastizität das Einsetzen der Module 3 in die Fächer 37.
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Die Einsatzstücke 95 erstrecken sich vorzugsweise über die gesamte Längsbreite jedes Fachs 37. Ebenso erstrecken sich die Einsatzstücke 97 vorzugsweise über die gesamte Querlänge jedes Fachs 37.
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Im Folgenden wird das Verfahren zur Herstellung der oben beschriebenen Stromspeicherbatterie 1 beschrieben.
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Dieses Verfahren umfasst folgende Schritte:
- - Ausbilden einer ersten Formseite 99, die den unteren Teil 25 des Gehäuses 5 und die am unteren Teil 25 des Gehäuses 5 angebrachten Balken 33, 35 umfasst,
- - Ausbilden einer zweiten Formseite 101, die negative Eindrückungen 103 der Fächer 37 aufweist;
- - Bilden einer Form unter Verwendung der ersten und zweiten Formseite 99, 101, wobei die zweite Formseite 101 in Bezug auf die erste Formseite 99 so angeordnet ist, dass die negativen Eindrückungen 103 der Fächer 37 zwischen den Balken 33, 35 der ersten Formseite 99 in Eingriff gelangen, wobei zwischen der ersten und der zweiten Formseite 99, 101 ein (nicht gezeigter) Formhohlraum definiert wird;
- - Einleiten einer Flüssigkeit in den Formhohlraum und Ausbilden des Kunststoffmaterials 41 mit niedriger Dichte aus der Flüssigkeit.
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In 7 ist die erste Formseite 99 nicht vollständig dargestellt. Der untere Teil 25 des Gehäuses 5 wurde weggelassen. Es sind nur die Balken 33, 35 gezeigt.
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Im Gegensatz dazu ist die zweite Formseite 101 in 7 sichtbar und umfasst einen Rahmen 105, der die negativen Eindrückungen 103 der Fächer 37 umgibt.
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Jedes Fach 37 hat eine hohle Form. Der negative Hohlraum 103 des Fachs 37 ist eine massive Form, die genau der Hohlform des Fachs 37 entspricht.
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Die negative Eindrückung 103 passt genau in das entsprechende Fach 37.
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Die negative Eindrückung 103 zeichnet genau das gesamte Relief der Seitenfläche 45 des Fachs 37 und der Innenfläche 47 des Fachs 37.
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Insbesondere zeichnet die negative Eindrückung 103 die verschiedenen Zirkulationskanäle 69 als Vorsprünge.
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Es ist zu beachten, dass die zweite Formseite 101 auch negative Eindrückungen der Verteil- und Ablasssammler 81, 83 aufweist.
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Nach dem Bilden der Form hat der Formhohlraum eine Gestalt, die genau der des Kunststoffmaterials 41 mit niedriger Dichte entspricht.
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Handelt es sich bei dem Kunststoffmaterial 41 mit niedriger Dichte um einen Schaum, so ist die in den Formhohlraum eingebrachte Flüssigkeit ein Gemisch aus Reaktionsflüssigkeiten, das zur Bildung des Schaums führt. Üblicherweise dauert die Reaktion, die zur Bildung des Schaums führt, zwischen drei und zehn Minuten.
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Das Kunststoffmaterial 41 mit niedriger Dichte haftet von Natur aus am unteren Teil 25 des Gehäuses 5 und an den Balken 33, 35.
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Wenn das Kunststoffmaterial 41 mit niedriger Dichte nicht mit einer Außenschicht 67 beschichtet ist, wird ein Trennmittel auf die zweite Formseite 101 aufgetragen, um ein Anhaften des Kunststoffmaterials 41 mit niedriger Dichte an der zweiten Formseite 101 zu verhindern.
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Es ist zu beachten, dass im oberen Teil der Form eine Entlüftungsöffnung vorgesehen werden muss, damit die im Hohlraum enthaltene Luft und die bei der Schaumbildungsreaktion entstehenden Gase, z.B. CO2, abgeführt werden können.
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Beim Schäumen steigt mit der Schaumbildung im Formhohlraum der Flüssigkeitsstand an. Diese Flüssigkeit muss gleichmäßig im gesamten Formhohlraum verteilt werden, um zu vermeiden, dass eine schaumfreie Zone entsteht, in der Luft und Gase, die bei der Reaktion entstehen, eingeschlossen werden.
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Um diese Verteilung zu erleichtern, sind die Längsbalken 33 und die Querbalken 35 mit Löchern 107 versehen, so dass die Gase zwischen den Fächern 37 und in die Entlüftungsöffnungen zirkulieren können. Auf diese Weise kann der Flüssigkeitsstand beim Ansteigen homogenisiert werden. Diese Löcher 107 können je nach chemischer Beschaffenheit der Flüssigkeit, der Anzahl der Einleitungspunkte und der Komplexität der Geometrie in unterschiedlichen Höhen und an unterschiedlichen Stellen angeordnet werden.
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Vorteilhafterweise wird der Block 57 aus Kunststoffmaterial 41 mit niedriger Dichte durch ein ähnliches Verfahren hergestellt.
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Das Verfahren zur Herstellung der Batterie umfasst dann folgende Schritte:
- - Ausbilden einer dritten Formseite, die die Abdeckung 27 des Gehäuses 5 umfasst;
- - Ausbilden einer vierten Formseite, die zumindest negative Eindrückungen des Verteiluntersammlers und/oder Ablassuntersammlers 85, 87 aufweist;
- - Bilden einer Form unter Verwendung der dritten und vierten Formseite, wobei zwischen der dritten und vierten Formseite ein weiterer Formhohlraum definiert wird;
- - Einleiten einer Flüssigkeit in den weiteren Formhohlraum und Ausbilden des Blocks 57 aus Kunststoffmaterial 41 mit niedriger Dichte aus der Flüssigkeit.
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Üblicherweise weist die vierte Formseite nicht nur die negativen Eindrückungen der Untersammler 85, 87 auf, sondern auch die negativen Eindrückungen der Teile der Verteil- und Ablasssammler 81, 83, die im Block 57 vorgesehen sind.
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Das Einleiten der Flüssigkeit und die Bildung des Kunststoffmaterials 41 mit niedriger Dichte aus der Flüssigkeit erfolgen wie oben beschrieben.
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Wenn das Kunststoffmaterial 41 mit niedriger Dichte mit einer Außenschicht 67 beschichtet ist, umfasst das Herstellungsverfahren vorteilhafterweise einen Schritt zum Anordnen der Außenschicht 67 auf das Kunststoffmaterial 41 mit niedriger Dichte, der nach dem Schritt zum Einleiten der Flüssigkeit in den Formhohlraum und zum Ausbilden des Kunststoffmaterials 41 mit niedriger Dichte aus der Flüssigkeit erfolgt.
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Mit anderen Worten wird die Außenschicht 67 nach dem Formen des Schaums hergestellt. Die Außenschicht 67 wird üblicherweise unter Anwendung bekannter Verfahren, die hier nicht beschrieben werden, auf das Kunststoffmaterial 41 mit niedriger Dichte gegossen oder aufgesprüht.
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In einer Variante wird die Außenschicht 67 durch Warmformung hergestellt.
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In diesem Fall umfasst das Herstellungsverfahren einen Schritt zum Warmformen einer Platte aus dem Material, das gegenüber dem dielektrischen Fluid dicht ist, gegen die zweite Formseite 101.
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Insbesondere wird das Warmformen gegen die negativen Eindrückungen 103 der Fächer 37 durchgeführt.
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Dieser Warmformungsschritt wird vor dem Schritt zum Einleiten der Flüssigkeit in den Formhohlraum und zum Ausbilden des Kunststoffmaterials 41 mit niedriger Dichte aus der Flüssigkeit durchgeführt.
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Die zweite Formseite 101 ist so angeordnet, dass sie ein Warmformen ermöglicht. Üblicherweise ist sie mit Mitteln zur Erwärmung der Platte und mit Öffnungen zum Aufbringen eines Vakuums ausgestattet, so dass die Platte, die einer Warmformung unterzogen werden soll, gegen die Innenfläche der zweiten Formseite 101 gepresst wird. Ein derartiges Verfahren ist bekannt und wird hier nicht im Detail beschrieben.
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In diesem Fall wird im Einleitungsschritt Flüssigkeit zwischen die warmgeformte Platte 109 (in 7 sichtbar) und die erste Formseite 99 eingeleitet.
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Dadurch, dass die Außenschicht 67 vorhanden ist, ist im Allgemeinen kein Trennfluid notwendig.
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Die Außenschicht 68 des Einsatzstücks kann in der gleichen Weise wie die Außenschicht 67 erhalten werden.
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Gemäß einem dritten Aspekt betrifft die Erfindung ein Fahrzeug, das mit der oben beschriebenen Stromspeicherbatterie 1 ausgestattet ist.
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Das Fahrzeug weist einen Kreislauf zum Kühlen des dielektrischen Fluids auf, der mit der Einlass- und der Auslassöffnung 77, 79 für dielektrisches Fluid in Strömungsverbindung steht.
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Der Kreislauf weist mindestens eine Vorrichtung für die Zirkulation des dielektrischen Fluids längs des Kreislaufs und einen Wärmetauscher auf, der zum Kühlen des in dem Kreislauf zirkulierenden dielektrischen Fluids eingerichtet ist.
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Bei der Zirkulationsvorrichtung handelt es sich beispielsweise um eine Pumpe. Der Wärmetauscher ist ein Luftwärmetauscher oder ein Wärmetauscher eines anderen geeigneten Typs.
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Bei dem dielektrischen Fluid handelt es sich z.B. um ein Kühlmittel, das fluoridhaltig ist oder nicht, oder um ein Mineralöl oder um ein modifiziertes pflanzliches Öl.
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Die Erfindung ist für eine Batterie beschrieben worden, die von einem dielektrischen Fluid gekühlt wird, das direkt mit den Stromspeicherzellen in Kontakt ist. Sie ist jedoch bei Batterien anwendbar, deren Stromspeicherzellen durch indirekten Wärmeaustausch gekühlt werden. In diesem Fall ist das Kunststoffmaterial mit niedriger Dichte dazu vorgesehen, bestimmte Innenflächen der Fächer zu erhalten, um die Module zu halten und die Beschleunigungen, die diese Module erfahren, zu dämpfen. Das Kühlen kann in diesem Fall über den Boden des Gehäuses erfolgen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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