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Die Erfindung betrifft ein Strukturbauteil für einen Energiespeicher nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem einen mit einem solchen Strukturbauteil ausgestatteten Energiespeicher und ein Verfahren zur Ermittlung von bei der Montage von Energiespeichern erforderlichen Toleranzen.
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Gattungsgemäße Strukturbauteile für Energiespeicher sind beispielsweise aus der
DE 10 2019 210 193 A1 bekannt. Diese Strukturbauteile sind relativ schwer, was für zahlreiche Anwendungen nachteilig ist.
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Die Aufgabe der Erfindung liegt darin, eine verbesserte oder zumindest eine andere Ausführungsform für ein Strukturbauteil für einen Energiespeicher anzugeben. Insbesondere soll ein Energiespeicher mit einem solchen Strukturbauteil angegeben werden. Weiterhin soll insbesondere ein Verfahren zur Bereitstellung eines Energiespeichers mit einem solchen Strukturbauteil angegeben werden.
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Bei der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe insbesondere durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche und der Beschreibung.
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Hierzu ist ein Strukturbauteil für einen Energiespeicher vorgesehen, aufweisend zwei Bestückungsflächen, an denen jeweils zumindest eine wiederaufladbare Energiespeicherzelle montierbar oder montiert ist, sowie zwei Verbindungsabschnitte. Wesentlich ist, dass das Strukturbauteil zumindest ein Element oder Elemente aufweist, die dazu eingerichtet sind, an den Verbindungsabschnitten Funktionen zur multifunktionalen Nutzung des Strukturbauteils bereitzustellen. Dadurch ist das Strukturbauteil mit zahlreichen Funktionen bereitgestellt oder bereitstellbar, die erlauben, einen mit dem erfindungsgemäßen Strukturbauteil ausgerüsteten Energiespeicher beispielsweise montagefreundlicher und/oder mit Blick auf seine mechanischen Sicherheitseigenschaften günstiger und insbesondere leichtgewichtiger zu gestalten.
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Zweckmäßig ist, wenn die besagten Elemente durch Positionierelemente gebildet sind, die dazu eingerichtet sind, mit Gegen-Positionierelementen eines Energiespeichers zusammenzuwirken, um eine Positionierung des Strukturbauteils innerhalb eines Gehäuses eines Energiespeichers zu realisieren. Dadurch kann das Strukturbauteil innerhalb eines Gehäuses des Energiespeichers lagegenau positioniert werden. In diesem Zusammenhang kann es zweckmäßig sein, wenn die Positionierelemente jeweils durch Positionierausnehmungen im Strukturbauteil realisiert sind, wobei die Verbindungsabschnitte jeweils eine Verbindungsfläche bilden oder begrenzen, wobei an zumindest einer oder an beiden Verbindungsflächen zumindest eine Positionierausnehmung ausmündet. Dadurch sind bevorzugte Positionierelemente angegeben. Zweckmäßig ist ferner, wenn zumindest eine Positionierausnehmung eine Sacklochbohrung oder eine Durchgangsbohrung ist. Entsprechende Positionierausnehmungen lassen sich relativ einfach und schnell fertigen, was einen wirtschaftlichen Vorteil bei der Bereitstellung von Strukturbauteilen und/oder Energiespeicher mit solchen Strukturbauteilen gewährt.
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Weiter zweckmäßig ist, wenn die besagten Elemente durch Zellen-Positionierelemente gebildet sind, mittels denen zumindest eine Energiespeicherzelle am Strukturbauteil positionierbar oder positioniert ist, und/oder die Elemente durch Zellen-Fixierelemente gebildet sind, mittels denen zumindest eine Energiespeicherzelle am Strukturbauteil fixierbar oder fixiert ist. Dadurch sind bevorzugte Elemente zum Positionieren und Fixieren von Energiespeicherzellen am Strukturbauteil angegeben.
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Zweckmäßig ist, wenn die besagten Elemente durch weitere Positionierelemente gebildet sind, mittels denen Zellhalter und/oder Kühlbleche am Strukturbauteil positionierbar oder positioniert sind. Die weiteren Positionierelemente können zweckmäßigerweise von Nuten, die am Strukturbauteil ausgebildet sind, oder Vorsprüngen, die am Strukturbauteil an zumindest einer Verbindungsfläche eines Verbindungsabschnitts angeordnet und mit mindestens einer Nut versehen sind, ausgebildet sein. Die Nuten sind zweckmäßigerweise dazu eingerichtet, mit Zellhaltern oder Kühlblechen positionierend zusammenzuwirken, in der Art, dass die Zellhalter und/oder Kühlbleche in einer vorgebbaren oder vorgegebenen Position zum Strukturbauteil angeordnet sind.
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Weiterhin können die besagten Elemente durch weitere Fixierelemente gebildet sein, mittels denen Zellhalter und/oder Kühlbleche am Strukturbauteil fixierbar oder fixiert sind. Man kann sich zumindest vorstellen, dass die besagten weiteren Fixierelemente durch die zum Positionieren der Zellhalter und/oder Kühlbleche genutzten Nuten realisiert sind.
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Weiter zweckmäßig ist, wenn die Elemente durch Kühlstrukturen gebildet sind, mittels denen, um eine Kühlung zumindest des Strukturbauteils zu realisieren, Kühlmittel durch das Strukturbauteil führbar oder geführt ist. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Kühlstrukturen jeweils durch mindestens einen Kanal realisiert sind, wobei die Verbindungsabschnitte des Strukturbauteils jeweils eine Verbindungsfläche bilden oder begrenzen, wobei an zumindest einer oder an beiden Verbindungsflächen zumindest ein Kanal ausmündet. Zweckmäßigerweise kann dabei zumindest ein Kanal durch eine Durchgangsbohrung realisiert sein. Dadurch sind bevorzugte Kühlstrukturen zum Kühlen von Energiespeicherzellen und/oder des Strukturbauteils angegeben.
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Zweckmäßig ist, wenn die Elemente durch Versteifungsstrukturen zum Versteifen des Strukturbauteils gebildet sind. Zusätzlich oder alternativ kann zumindest eine Versteifungsstruktur durch eine Zuganker oder eine Verriegelungsbetätigung gebildet sein. Dadurch sind bevorzugte Versteifungsstrukturen zum Versteifen des Strukturbauteils angegeben.
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Weiter zweckmäßig ist, wenn die Elemente durch eine zentral am Strukturbauteil angeordnete Montageausnehmung gebildet sind, die an beiden Verbindungsflächen ausmünden. Die Montageausnehmung bildet eine Öffnung im Strukturbauteil durch die beispielsweise mit einem Werkzeug hindurchgegriffen werden kann. Das hat den Vorteil, dass, wenn das Strukturbauteil in einem Energiespeicher montiert ist, seither verdeckte Bereiche des Energiespeichers zugänglich sind. Beispielsweise kann ein vom Strukturbauteil verdeckter Verriegelungsmechanismus, der zumindest einen aus einer Vielzahl von Energiespeicherzellen gebildeten Zellenstapel formschlüssig an einem Gehäuse des Energiespeichers fixieren kann, betätigt werden, indem mit einem geeigneten Werkzeug durch die besagte Montageausnehmung hindurchgegriffen wird. Dadurch ist das Strukturbauteil relativ flexibel und trägt zu einer einfachen und kostengünstigen Montage des Energiespeichers bei. Zweckmäßig ist, wenn die Montageausnehmung durch eine Durchgangsbohrung realisiert ist.
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Zweckmäßig ist, wenn die Elemente durch Isolationselemente gebildet sind, die in Bereichen des Strukturbauteils angeordnet sind, die elektrisch leitfähigen Komponenten eines Energiespeichers zugewandt sind, insb. Zellterminals oder Zellverbinder. Dadurch kann das Strukturbauteil beispielsweise bei äußeren Kraftbelastungen und/oder einer Verformung des Gehäuses des Energiespeichers ausreichend gegen elektrische Kurzschlüsse gesichert sein.
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Weiter zweckmäßig ist, wenn das Strukturbauteil von einem Druckgussteil oder einem Strangpressprofil gebildet ist. Dadurch kann das Strukturbauteil relativ kostengünstig und in hohen Stückzahlen gefertigt werden.
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Zweckmäßig ist, wenn das Strukturbauteil aus Aluminium oder hochfestem Kunststoff oder faserverstärkter Kunststoff gebildet ist. Dadurch kann das Strukturbauteil relativ steif realisiert werden, so dass es gegenüber durch äußere Kraftbelastungen induzierten Verformungen relativ widerstandsfähig ist. Das ist insb. dann von Vorteil, wenn das Strukturbauteil in einen Energiespeicher montiert ist, wo es im Zusammenspiel mit einem Gehäuse des Energiespeichers eine effektive Gesamtversteifung realisieren kann.
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Ein weiterer Grundgedanke der Erfindung, der zusätzlich oder alternativ zum vorhergehenden Grundgedanken realisierbar ist, kann darin liegen, einen Energiespeicher anzugeben, der mit mindestens einem Strukturbauteil nach der vorhergehenden Beschreibung ausgerüstet ist. Der Energiespeicher weist darüber hinaus mindestens zwei Energiespeicherzellen oder zwei aus denselben gebildeten Zellenstapeln und ein, insbesondere aus Kunststoff oder Metallblech gebildetes Gehäuse auf. Das Strukturbauteil ist im Inneren des Gehäuses angeordnet, in der Art, dass eine Versteifung des Gehäuses erreicht ist. An den beiden Bestückungsflächen mindestens eines Strukturbauteils sind zumindest eine Energiespeicherzelle oder ein aus denselben gebildeter Zellenstapel angeordnet, so dass das Strukturbauteil mittig zwischen den Energiespeicherzellen oder den Zellenstapeln angeordnet ist. Um das Strukturbauteil multifunktional zu gestalten sind die besagten Verbindungsabschnitte des Strukturbauteils mit zumindest einem Element oder Elementen aus der nachfolgenden, nicht abschließenden Liste ausgerüstet: Positionierelemente und/oder Kühlstrukturen und/oder Montageausnehmung. Dadurch ist eine bevorzugte Ausführungsform für einen Energiespeicher mit einem Strukturbauteil angegeben. Das Strukturbauteil kann insb. bei einer äußeren Kraftbelastung auf das Gehäuse des Energiespeichers eine Verformung des Gehäuses verhindert oder zumindest reduzieren, wodurch ein vorteilhaftes Verhalten des Energiespeichers beispielsweise bei Unfällen realisiert werden kann. Da das Gehäuse insbesondere aus Kunststoff gebildet ist, kann der Energiespeicher weiterhin relativ leichtgewichtig gefertigt werden, so dass er sich beispielsweise auch für Leichtbauanwendungen eignet.
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Zweckmäßig ist weiterhin, wenn der besagte Energiespeicher am Gehäuse aufweist:
- - Gegen-Positionierelemente, die durch Positioniervorsprünge, bevorzugt Positionierstifte, gebildet sind und mit Positionierelementen des Strukturbauteils koppelbar sind und mit diesen zusammenwirken oder zusammenwirken können, um das Strukturbauteil innerhalb des Gehäuses zu positionieren,
- - mindestens einen Kühlmitteleinlass und mindestens einen Kühlmittelauslass, die mit mindestens einer Kühlstruktur des Strukturbauteils fluidisch koppelbar sind und mit dieser zusammenwirken oder zusammenwirken können, um eine Kühlung des Strukturbauteils und/oder von Energiespeicherzellen und/oder von Zellenstapel zu bewirken,
- - Montageöffnungen, die mit der Montageausnehmung des Strukturbauteils koppelbar sind und mit diesen zusammenwirken oder zusammenwirken können, um einen Montagedurchgang für Werkzeug zu bilden.
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Weiterhin weist der besagte Energiespeicher am an den Energiespeicherzellen oder den Zellenstapeln auf:
- - Zellen-Gegen-Positionierelemente, die mit Zellen-Positionierelementen des Strukturbauteils koppelbar sind und mittels denen zumindest eine Energiespeicherzelle und/oder ein Zellenstapel am Strukturbauteil positionierbar oder positioniert ist.
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Ein weiterer Grundgedanke der Erfindung, der zusätzlich oder alternativ zu den vorhergehenden Grundgedanken realisierbar ist, kann darin liegen, ein Verfahren zur Ermittlung von bei der Montage von Energiespeichern erforderlichen Toleranzen anzugeben. Hierzu ist vorgesehen, dass zunächst ein Strukturbauteil nach der vorhergehenden Beschreibung und zumindest eine Energiespeicherzelle oder zumindest ein aus Energiespeicherzellen gebildeter Zellenstapel bereitgestellt werden, wobei durch das Strukturbauteil ein Montage-Bezugspunkt bereitgestellt wird. Anschließend wird zumindest eine Energiespeicherzelle oder zumindest ein Zellenstapel an der zumindest einen Bestückungsfläche des Strukturbauteils montiert, wobei für jede am Strukturbauteil montierte Energiespeicherzelle oder jeden am Strukturbauteil montierten Zellenstapel ausgehend vom Montage-Bezugspunkt eine Zellenstapelbreite mit Maßtoleranz ermittelt wird. Hierdurch kann eine effizientere Fertigung eines Energiespeichers erreicht werden, da eine Verkleinerung, bevorzugt eine Halbierung, der für eine Zellenstapelbreite einer Energiespeicherzelle oder einen Zellstapel zu beachtenden Maßtoleranzen realisierbar ist. Dies wird erreicht, indem sich die Zellenstapelbreiten der Energiespeicherzelle bzw. des Zellenstapels auf den vom Strukturbauteil vorgegebenen Montage-Bezugspunkt beziehen und nicht beispielsweise auf die gesamte Zellbereite. Das hat insbesondere den Vorteil, dass der in einem Gehäuse des Energiespeichers vorgegebene Bauraum relativ effizient genutzt werden kann.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
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Es zeigen, jeweils schematisch
- 1 eine perspektivische Ansicht eines bevorzugten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Strukturbauteils und
- 2 in einer Schnittansicht das entlang einer in 1 mit einem gestrichelten Rahmen angedeuteten Ebene I aufgeschnittene Strukturbauteil aus 1 mit Blick in Richtung eines Pfeils 11.
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Die 1 und 2 zeigen ein bevorzugtes, stark vereinfachtes Ausführungsbeispiel eines im Gesamten mit der Bezugsziffer 1 bezeichneten Strukturbauteils für einen Energiespeicher 2. Das Strukturbauteil 1 weist einen insgesamt plattenartigen, quaderförmigen Grundkörper auf, der zwei zueinander entgegengesetzte, ebene Bestückungsflächen 5 aufweist, an denen jeweils zumindest eine wiederaufladbare Energiespeicherzelle 6 oder zumindest ein aus denselben zusammengesetzter Zellenstapel 7 berührend angeordnet werden kann, so dass das Strukturbauteil 1 etwa mittig zwischen diesen positioniert ist. In 1 ist exemplarisch angedeutet, dass an jeder Bestückungsfläche 5 ein nur ausschnittsweise angedeuteter, aus mehreren Energiespeicherzellen 6 gebildeter Zellenstapel 7 angeordnet ist. Das Strukturbauteil 1 bzw. dessen Grundkörper besitzt ferner zwei zueinander entgegengesetzt orientierte Verbindungsabschnitte 8, die jeweils eine stirnseitige Verbindungsfläche 9 bilden, die bezüglich der Bestückungsflächen 5 orthogonal ausgerichtet sind. Vorliegend kann unter einer Verbindungsfläche 9 auch eine Agglomeration verschiedener, mehr oder weniger in einer Ebene liegender Einzelverbindungsflächen verstanden werden, welche von einem Verbindungsabschnitt 8 gebildet werden. Wesentlich ist, dass das Strukturbauteil 1 zumindest ein einziges, bevorzugt mehrere verschiedene Elemente 11, 15, 19 besitzt oder damit ausgerüstet ist oder diese bildet, die dazu eingerichtet sind, an den Verbindungsabschnitten 8 Funktionen zur multifunktionalen Nutzung des Strukturbauteils 1 bereitzustellen.
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Ein erstes Element 11, 15, 19 ist exemplarisch durch Positionierelemente 11 gebildet. Diese sind dazu eingerichtet, mit nur ausschnittsweise in 2 angedeuteten Gegen-Positionierelementen 12, vorliegend zylinderförmige Positionierstifte, eines nur abschnittsweises illustrierten Gehäuses 3 eines Energiespeichers 2 zusammenzuwirken, um eine Positionierung des Strukturbauteils 1 innerhalb des Gehäuses 3 des Energiespeichers 2 zu realisieren. Damit kann das Strukturbauteil 1 sowie die daran angeordneten Energiespeicherzellen 6/Zellenstapel 7 innerhalb des Gehäuses 3 des Energiespeichers 2 lagegenau positioniert werden. Zweckmäßigerweise sind die Positionierelemente 11 jeweils durch Positionierausnehmungen 13 realisiert, vorliegend exemplarisch durch Sacklochbohrungen, die jeweils im Bereich der Verbindungsabschnitte 8 angeordnet sind und an einer der besagten Verbindungsflächen 9 ausmünden.
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Ein weiteres, zusätzliches Element 11, 15, 19 ist vorliegend zusätzlich durch weitere Positionierelemente 23 gebildet, mittels denen beispielsweise Zellhalter (nicht illustriert) und/oder Kühlbleche (nicht illustriert) am Strukturbauteil 1 positionierbar sind. Die weiteren Positionierelemente 23 sind rein exemplarisch durch Vorsprünge mit Nuten realisiert, die am Strukturbauteil 1 an den Verbindungsabschnitten 8 angeordnet sind und über die Verbindungsflächen 9 vorstehen. Man kann sich zumindest vorstellen, dass die besagten Vorsprünge mit Nuten Fixierelementen bilden oder wie solche wirken und daher zum Positionieren und zum Fixieren von Zellhaltern und/oder Kühlblechen genutzt werden können.
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Ein weiteres, zusätzliches Element 11, 15, 19 ist exemplarisch durch eine Kühlstruktur 15 gebildet, die vorliegend am Strukturbauteil 1 angeordnet ist. In 1 und 2 ist angedeutet, dass die Kühlstruktur 15 von zwei, separaten und jeweils fluiddurchströmbaren Kanälen 16 gebildet ist. Mittels dieser Kühlstruktur 15 kann Kühlmittel durch das Strukturbauteil 1 geströmt werden, um eine Kühlung desselben und/oder von daran angeordneten Energiespeicherzellen 6 und/oder Zellenstapel 7 zu realisieren. Weiterhin können durch die Kanäle 16 Gase abgeführt werden, die sich in den Bereichen um die Energiespeicherzellen 6 / Zellenstapel 7 ansammeln könnten. Somit können die Kanäle 16 auch zur Entlüftung genutzt werden, um ein gleichmäßiges Umströmen der Energiespeicherzellen 6 / Zellenstapel 7 bzw. Kontaktieren derselben mit Kühlmittel zu erreichen. Die beiden Kanäle 16 münden vorliegend jeweils an beiden Verbindungsflächen 9 unter Ausbildung von Mündungsöffnungen aus und sind jeweils mit am Gehäuse 3 des Energiespeichers 2 angeordneten Kühlmitteleinlässen 17 und Kühlmittelauslässen 18 fluidisch gekoppelt, so dass Kühlmittel ein- und ausströmen kann, um die besagte Kühlung des Strukturbauteils 1 und/oder der Energiespeicherzellen 6 und/oder der Zellenstapel 7 zu bewirken.
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Ein weiteres, zusätzliches Element 11, 15, 19 ist exemplarisch durch eine zentral am Strukturbauteil 1 angeordnete Montageausnehmung 19 gebildet, die das Strukturbauteil 1 vollständig durchsetzt und an beiden Verbindungsflächen 9 unter Ausbildung von Mündungsöffnungen ausmündet. Die Montageausnehmung 19 kann mit am Gehäuses 3 des Energiespeichers 2 angeordneten Montageöffnungen 20 gekoppelt werden, so dass insgesamt ein lichter Montagedurchgang gebildet ist, durch den mit Werkzeug durchgegriffen werden kann, um beispielsweise ein am Strukturbauteil 1 angeordneten Verriegelungsmechanismus zu betätigen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102019210193 A1 [0002]
