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Die Erfindung betrifft eine Akkumulatoranordnung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Antrieb sowie ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Antrieb und einer Akkumulatoranordnung.
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Akkumulatoranordnungen der in Rede stehenden Art weisen eine Mehrzahl Zellen zur Speicherung elektrischer Energie auf. Hierbei weist jede Zelle ein eigenes Zellgehäuse auf. Die Zellen sind mittels einer Umfassung zu der Akkumulatoranordnung zusammengefasst. Die auf diese Weise entstehenden zusammenhängenden Module lassen sich durch die mechanische Verbindung der einzelnen Zellen in der Akkumulatoranordnung durch die Umfassung gut handhaben.
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Bei derartigen Akkumulatoranordnungen spielt die elektrische Isolation der einzelnen Elemente voneinander eine wesentliche Rolle. In diesem Zusammenhang sind bereits eine Reihe fortschrittliche Isolationskonzepte entwickelt worden, die beispielsweise in den Druckschriften
DE 10 2016 211 721 A1 ,
DE 10 2012 217 370 A1 und
DE 10 2014 211 821 A1 offenbart sind. Diese Konzepte betreffen jedoch sämtlich lediglich die Isolation der Zellgehäuse einzelner Zellen.
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Die Umfassungen sind hierbei regelmäßig aus einer Mehrzahl Teilen zusammengesetzt. Um die nötige mechanische Stabilität zu gewährleisten, kommen hierbei häufig metallische Werkstoffe zum Einsatz. Da diese jedoch elektrisch leitend sind, ist es aus Sicherheitsgründen notwendig, eine elektrische Isolierung zwischen der Umfassung und den Zellgehäusen der Zellen vorzusehen. In der Praxis wird dies dadurch bewerkstelligt, dass Isolationselemente, beispielsweise Folien zwischen der Umfassung und den Zellen eingelegt werden, die, beispielsweise mittels Verklebungen, an der Umfassung fixiert werden. Die Montage der Umfassungen gestaltet sich hierdurch vergleichsweise umständlich.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Akkumulatoranordnung nach der vorstehend beschriebenen Art aufzuzeigen, die einfacher und daher kostengünstiger herzustellen ist.
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Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass wenigstens ein Teil der Umfassung aus einem Halbzeug aus einem elektrisch isolierend beschichteten metallischen Werkstoff hergestellt ist.
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Es hat sich im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung gezeigt, dass die Verwendung elektrisch isolierend beschichteter Halbzeuge den Fertigungsprozess erheblich vereinfacht. Derartige elektrisch isolierend beschichtete Halbzeuge stehen als vorgefertigte Halbzeuge bereits auf dem Markt zur Verfügung oder können mittels vergleichsweise kostengünstiger Herstellungsverfahren in einfacher Weise zur Verfügung gestellt werden. Kommen derartige Halbzeuge zum Einsatz, entfallen die vergleichsweise umständlichen Montageschritte, die notwendig sind, um die elektrische Isolierung zwischen der Umfassung und den Zellen bzw. den Zellgehäusen während der Herstellung der Akkumulatoranordnung zu montieren.
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Hierbei ist es vorteilhaft, wenn ein weiterer Teil der Umfassung aus einem weiteren Halbzeug aus einem elektrisch isolierend beschichteten metallischen Werkstoff hergestellt ist. Die Umfassungen können aus einer Mehrzahl Teile zusammengesetzt sein. Es ist vorteilhaft, wenn nicht nur ein Teil der Umfassung, sondern vorzugsweise auch wenigstens ein weiterer Teil der Umfassung aus einem weiteren Halbzeug aus einem elektrisch isolierend beschichteten metallischen Werkstoff hergestellt ist. Es versteht sich, dass es in diesem Zusammenhang besonders vorteilhaft ist, möglichst viele Teile der Umfassung aus entsprechenden Halbzeugen herzustellen, idealerweise sämtliche Teile der Umfassung, die mit den Zellen in Kontakt gelangen, aus entsprechenden Halbzeugen aus elektrisch isolierend beschichteten metallischen Werkstoffen herzustellen.
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Bei dem Halbzeug und/oder dem weiteren Halbzeug kann es sich um ein elektrisch isolierend beschichtetes Blech handeln. Derartige Bleche können in einfacher Weise in großer Menge hergestellt werden, teilweise sind sie sogar bereits als Fertigprodukte am Markt verfügbar. Es hat sich gezeigt, dass solche Bleche in einfacher Weise verarbeitet werden können, so dass sich Teile der Umfassung besonders kostengünstig aus derartigen Blechen herstellen lassen.
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Weiterhin kann es sich bei dem Halbzeug und/oder dem weiteren Halbzeug um ein elektrisch isolierend beschichtetes Gussteil, insbesondere um ein elektrisch isolierend beschichtetes Druckgussteil handeln. Gussteile können kostengünstig hergestellt werden, wobei insbesondere auch komplexe Formgebungen vergleichsweise leicht hergestellt werden können. Druckgussteile weisen in diesem Zusammenhang besonders vorteilhafte Eigenschaften auf, zudem ist deren Herstellungsprozess gerade bei großen Stückzahlen besonders wirtschaftlich.
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Beispielsweise kann es sich um ein Gussteil oder Druckgussteil aus einer Aluminiumlegierung handeln. Derartige Guss- oder Druckgussteile können in einfacher Weise mit einer elektrisch isolierenden Beschichtung versehen werden, so dass die elektrisch isolierend beschichteten Guss- oder Druckgussteile als Halbzeuge kostengünstig und an die jeweiligen konstruktiven Erfordernisse angepasst leicht zur Verfügung gestellt werden können.
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Bei der elektrisch isolierenden Beschichtung des Halbzeugs und/oder des weiteren Halbzeugs kann es sich um eine Kunststoffbeschichtung handeln. Kunststoffbeschichtungen haben den Vorteil, dass sie vergleichsweise robust sind und in einfacher Weise hergestellt werden können.
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Die elektrisch isolierende Beschichtung des Halbzeugs und/oder des weiteren Halbzeugs kann beispielsweise durch das Umspritzen, insbesondere mit einem Thermoplasten, durch eine Lackierung, durch eine Tauch-Lackierung, durch eine Pulverbeschichtung und/oder durch Folieren hergestellt sein. Bei all diesen Verfahren handelt es sich um vergleichsweise bewährte Verfahren, mit denen elektrisch isolierende Beschichtungen, insbesondere elektrisch isolierende Kunststoffbeschichtungen, zuverlässig und kostengünstig hergestellt werden können.
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Bei der elektrisch isolierende Beschichtung des Halbzeugs und/oder des weiteren Halbzeugs kann es sich insbesondere um eine Polyamid-Beschichtung handeln. Die Polyamid-Beschichtung kann insbesondere aus Polyamid 12 sein. Polyamid weist hinsichtlich seiner Robustheit und anderer Eigenschaften eine besonders gute Eignung im Hinblick auf die Verwendung bei derartigen Akkumulatoranordnungen auf. Insbesondere Polyamid 12, das sich beispielsweise insbesondere hinsichtlich seiner niedrigen Wasseraufnahmefähigkeit unter den Polyamiden auszeichnet, ist im Hinblick auf die elektrische Isolationsaufgabe besonders gut geeignet.
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Die elektrisch isolierende Beschichtung des Halbszeugs und/oder des weiteren Halbzeugs kann insbesondere eine Durchschlagsfestigkeit von wenigstens 300 Volt aufweisen. Es hat sich gezeigt, dass diese Durchschlagsfestigkeit bereits ausreicht, um einen sicheren Betrieb in Rede stehender Akkumulatoranordnungen zu ermöglichen. Vorzugsweise beträgt die Durchschlagsfestigkeit jedoch wenigstens 3 kV. Bei dieser Durchschlagsfestigkeit sind Durchschläge auch beim Zusammentreffen ungünstiger Umstände praktisch ausgeschlossen.
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Die einzelnen Zellgehäuse können eine, zumindest im Wesentlichen, quaderförmige Grundform aufweisen. Unter einer zumindest im Wesentlichen quaderförmigen Grundform ist insbesondere zu verstehen, dass die Zellen in ihrer geometrischen Gestaltung einen als quaderförmig erkennbaren Umriss aufweisen, die einzelnen Flächen, insbesondere an den Schmalseiten, können jedoch auch angeschrägt und/oder abgerundet sein, insbesondere Kanten können abgerundet sein und/oder Abschrägungen aufweisen. Unter Zellen von quaderförmiger Grundform sind hierbei insbesondere solche Zellen zu verstehen, die zwei zueinander parallele Flächenseiten aufweisen, deren Abmessungen wesentlich größer sind als die der Schmalseiten der Zelle. Insbesondere solche Zellen können zu einer Reihe in der Akkumulatoranordnung angeordnet sein, sodass die Flächenseiten benachbarter Zellen einander zugewandt sind, insbesondere aneinander anliegen.
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Das Halbzeug und/oder das weitere Halbzeug können bei der Herstellung des Teils und/oder des weiteren Teils der Umfassung aus dem jeweiligen Halbzeug und/oder weiteren Halbzeug einem Trennverfahren und/oder einem Umformverfahren unterzogen werden. Es hat sich gezeigt, dass die Halbzeuge mit Trennverfahren und/oder Umformverfahren bei der Herstellung der Umfassung weiterverarbeitet werden können, ohne dass hierbei die elektrisch isolierende Funktion der Beschichtung gefährdet wird. So kann es sich, insbesondere wenn es sich bei dem Halbzeug und/oder dem weiteren Halbzeug um ein beschichtetes Blech handelt, bei einem Teil der Umfassung um ein aus einem großflächigeren Halbzeug und/oder dem weiteren Halbzeug ausgestanztes Teil handeln. Auch kann, insbesondere dann, wenn es sich bei dem Halbzeug und/oder dem weiteren Halbzeug um ein Blech handelt, ein Biegeverfahren zum Einsatz kommen, um die Umfassung bzw. den entsprechenden Teil der Umfassung aus dem jeweiligen Halbzeug und/oder weiteren Halbzeug herzustellen. Insbesondere kann das betreffende Teil oder weitere Teil der Umfassung eine Umbiegung einer seiner Kanten, insbesondere einer Mehrzahl seiner Kanten, aufweisen. Die Umbiegung kann insbesondere derart gestaltet sein, dass die isolierende Beschichtung im Bereich der Biegung nach außen weist.
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Derartige Akkumulatoranordnungen lassen sich besonders vorteilhaft in Kraftfahrzeugen mit einem elektrischen Antrieb verwenden. Unter dem elektrischen Antrieb ist in diesem Zusammenhang der Fahrantrieb zum Bewegen des Kraftfahrzeugs zu verstehen. Es versteht sich, dass das Kraftfahrzeug neben dem elektrischen Antrieb auch einen weiteren Antrieb aufweisen kann, bei dem es sich beispielsweise um einen Verbrennungsmotor handeln kann. Derartige Hybridfahrzeuge können ebenfalls in vorteilhafter Weise mit einer Akkumulatoranordnung der vorstehend beschriebenen Art ausgestattet werden.
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Weitere praktische Ausführungsformen der Erfindung sind nachfolgend im Zusammenhang mit den Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
- 1 eine schematische Schnittdarstellung einer Akkumulatoranordnung nach dem Stand der Technik,
- 2 eine schematische Schnittdarstellung einer beispielhaften Akkumulatoranordnung nach der vorliegenden Erfindung,
- 3 eine perspektivische Darstellung einer beispielhaften Akkumulatoranordnung nach der vorliegenden Erfindung,
- 4 eine Schnittdarstellung eines Teils der Umfassung der Akkumulatoranordnung aus 3.
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In 1 ist eine beispielhafte Akkumulatoranordnung 10 nach dem Stand der Technik dargestellt. Diese weist eine Mehrzahl Zellen 12 zur Speicherung elektrischer Energie auf, wobei jede der Zellen 12 ein eigenes Zellgehäuse aufweist. Die Mehrzahl Zellen 12 sind mittels einer Umfassung zu der Akkumulatoranordnung 10 zusammengefasst. Die Umfassung ist aus einer Mehrzahl Teile 14, 16 gebildet, wobei Teile 14 bzw. 16 gleichen Typs an einander gegenüberliegenden Seiten der Akkumulatoranordnung 10 angeordnet sind.
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Die Akkumulatoranordnung 10 nach dem Stand der Technik weist eine Mehrzahl Isolationselemente in Gestalt von Folien 18 auf, die zwischen der Umfassung und den Zellgehäusen der Zelle 12 angeordnet sind. Um den Verbleib der Folien 18 an der gewünschten Position sicherzustellen, sind die Folien bereichsweise durch Verklebungen 20 mit den Teilen 14, 16 der Umfassung verbunden. Das Verkleben der Folien 18 mit den Teilen 14, 16 der Umfassung erfolgt bei derartigen Akkumulatoranordnungen 10 während des Zusammenbaus der Akkumulatoranordnung 10 aus den Zellen 12 und den Teilen 14, 16 der Umfassung.
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Bei der in 2 dargestellten Akkumulatoranordnung 10 wird die Umfassung beispielhaft ebenfalls aus jeweils zwei Teilen 14 und zwei weiteren Teilen 16 gebildet. Anders als im Falle des Standes der Technik jedoch können wie im gezeigten Beispiel die Teile 14 der Umfassung und die weiteren Teile 16 der Umfassung aus elektrisch isolierend beschichteten metallischen Werkstoffen hergestellt sein.
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So ist es beispielsweise möglich, dass es sich wie im gezeigten Beispiel bei den Teilen 14 der Umfassung um Teile handelt, die aus einem Halbzeug hergestellt sind, bei dem es sich um ein elektrisch isolierend beschichtetes Blech handelt. Ebenfalls können wie im gezeigten Beispiel die weiteren Teile 16 der Umfassung aus weiteren Halbzeugen hergestellt sein, bei denen es sich um elektrisch isolierend beschichtete Druckgussteile handelt.
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Bei der elektrisch isolierenden Beschichtung 22 der Halbzeuge, aus denen die Teile 14 und die weiteren Teile 16 der Umfassung im gezeigten Beispiel hergestellt sind, kann es sich um eine Kunststoffbeschichtung, beispielsweise eine Polyamid-Beschichtung, insbesondere aus Polyamid 12, handeln.
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Wie im gezeigten Beispiel können die einzelnen Zellen 12 bzw. deren Zellgehäuse eine zumindest im Wesentlichen quaderförmige Grundform mit jeweils zwei Flächenseiten 24 und vier Schmalseiten 26 aufweisen. Die Zellgehäuse können wie im gezeigten Beispiel derart in der Akkumulatoranordnung 10 zu einer Reihe angeordnet sein, dass die Flächenseiten 24 benachbarter Zellen 12 einander zugewandt sind. Dies ist insbesondere in 3 zu erkennen. Die einzelnen Zellen können an einer ihrer Schmalseiten 26 wie im gezeigten Beispiel elektrische Kontaktelemente 28 zur elektrischen Kontaktierung der Zellen 12 aufweisen. Die Akkumulatoranordnung 10 ist insbesondere wie im gezeigten Beispiel derart gebildet, dass die Zellen an Flächenseiten 24 und Schmalseiten 26, die keine elektrischen Kontaktelemente 28 aufweisen, von der Umfassung umfasst werden. Alternativ und/oder ergänzend kann die Umfassung die Zellen auch an weiteren Seiten umfassen, als es im gezeigten Beispiel dargestellt ist.
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Wie im gezeigten Beispiel können die Teile 14 der Umfassung aus Halbzeugen hergestellt sein, die im Rahmen der Herstellung der Umfassung einem Trenn- und/oder einem Umformverfahren unterzogen worden sind. Im vorliegenden Fall handelt es sich in vorteilhafter Weise bei den Teilen 14 um beschichtete Bleche, die aus einem Halbzeug, bei dem es sich um ein großformatiges Blech handelt, ausgestanzt wurden. Weiterhin sind Bereiche 30 der aus den Halbzeugen gestanzten Teile bei der Herstellung der Teile 14 der Umfassung beispielhaft im Bereich ihrer Kanten gebogen worden. Hierbei kann insbesondere, wie dargestellt, die isolierende Beschichtung 22 im Bereich der Biegung nach außen weisen. Die hierdurch erzeugte Biegung von Randbereichen der Teile 14 der Umfassung sorgt dafür, dass die isolierende Beschichtung 22 den umgebogenen Bereich 30 des Teils 14 beidseitig umgibt, sodass eine ungewollte Kontaktierung im Randbereich des Teils 14 verhindert wird.
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Die so gebildete Akkumulatoranordnung 10 kann insbesondere der Bestandteil eines Kraftfahrzeugs mit einem elektrischen Antrieb und einer solchen Akkumulatoranordnung 10 sein, dabei kann es sich sowohl um ein rein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug, als auch um ein Hybridfahrzeug handeln.
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Die in der vorliegenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein. Die Erfindung kann im Rahmen der Ansprüche und unter Berücksichtigung der Kenntnisse des zuständigen Fachmanns variiert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Akkumulatoranordnung
- 12
- Zellen
- 14
- Teil der Umfassung
- 16
- weiteres Teil der Umfassung
- 18
- Folien
- 20
- Verklebungen
- 22
- elektrisch isolierende Beschichtung
- 24
- Flächenseite
- 26
- Schmalseite
- 28
- elektrisches Kontaktelement
- 30
- gebogener Bereich
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016211721 A1 [0003]
- DE 102012217370 A1 [0003]
- DE 102014211821 A1 [0003]
