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Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Speichervorrichtungen zur Aufnahme, Speicherung und Abgabe elektrischer Energie.
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Durch die zunehmende Elektromobilität gewinnen Speichervorrichtungen zur Aufnahme, Speicherung und Abgabe elektrischer Energie immer größere Bedeutung, da sie die für den Antrieb von Fahrzeugen benötigte Energie zur Verfügung stellen.
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Die Aufnahme und Abgabe elektrischer Energie kann dabei prinzipiell auf elektrochemischen Umsetzungen oder auf physikalischen Ladungsverschiebungen beruhen.
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Wenn die Aufnahme und Abgabe auf elektrochemischen Umsetzungen beruhen, kann es sich bei der Speichervorrichtung bevorzugt um eine Batterievorrichtung handeln. Wenn die Aufnahme und Abgabe auf physikalischen Ladungsverschiebungen beruhen, kann es sich bei der Speichervorrichtung bevorzugt um eine Kondensatorvorrichtung handeln.
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Für Batterievorrichtungen sind insbesondere drei Zellsysteme üblich, zylindrische Zellen, prismatische Zellen und Pouchzellen.
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Insbesondere zylindrische oder prismatische Zellen können bei der Montage direkt in dafür vorgesehene Halterungen eines Batteriemoduls eingebracht werden. Die Zellen werden mechanisch bzw. stoffschlüssig gehalten. Es werden zusätzliche Kühlsysteme benötigt, die z.B. Kühlleitungen und/oder Kühlplatten umfassen können.
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Ein solches Batteriemodul ist nur mit relativ großem Aufwand herstellbar. Denn es müssen die Speicherzellen in die Halterungen eingebracht und Kühlleitungen und/oder Kühlplatten integriert werden. Die mechanische bzw. stoffschlüssige Anbindung der Speicherzelle kann außerdem einen notwendigen Toleranzausgleich der Speicherzelle im Modul erschweren oder verhindern.
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DE 10 2015 013 800 A1 beschreibt eine Batterie-Haftfixierstruktur umfassend eine Mehrzahl von Batteriezellen, einen Halter, ein Haftmittel, eine Mehrzahl von Sammelschienen und einen Isolator. Der Halter umfasst eine Mehrzahl von Halterlöchern. Das Haftmittel verklebt oder verbindet die Batteriezellen mit dem Halter. Der Isolator liegt zwischen den Sammelschienen und dem Halter. Haltelöcher werden auch als Haltebohrungen bezeichnet. Der Durchmesser der Haltelöcher scheint über die Länge der Haltelöcher konstant zu sein. Das Haftmittel wird zwischen einer Halterloch-Innenumfangsfläche der Halterlöcher und einer Batterie-Außenumfangsfläche der Batteriezellen angeordnet.
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DE 10 2018 218 343 A1 beschreibt eine Zellgehäuseplatte zur Anordnung von Rundzellen, umfassend eine an der Oberseite der Zellgehäuseplatte angeordnete Deckplatte sowie eine gegenüberliegend von der Deckplatte an der Unterseite der Zellgehäuseplatte angeordnete Bodenplatte, wobei die Deckplatte und die Bodenplatte eine Mehrzahl von gegenüberliegend voneinander angeordnete Ausnehmungen zur Aufnahme der Rundzellen aufweisen, wobei die Ausnehmungen jeweils einen radial zum Inneren der Ausnehmungen weisenden Kragen zur Aufnahme eines Dichtmaterials und eine innerhalb des Kragens angeordnete Öffnung zur Durchführung der Rundzellen aufweisen, wobei die Deckplatte und die Bodenplatte derart zueinander angeordnet sind, dass die Ausnehmungen der Deckplatte und die gegenüberliegend angeordneten Ausnehmungen der Bodenplatte Kavitäten zur Aufnahme von Dichtmaterial zur Abdichtung der innerhalb der Zellgehäuseplatte anordenbaren Rundzellen bilden.
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DE 10 2018 218 343 A1 beschreibt auch im Inneren der Zellgehäuseplatte angeordneten Kavitäten zur Aufnahme von Dichtmaterial sowie innerhalb des Kragens angeordneten Öffnungen zur Aufnahme von Rundzellen. Nach einem Einsetzen von Rundzellen in die Öffnung kann über die Öffnung Dichtmaterial in die Kavitäten eingeführt werden, wobei die innerhalb der Kavitäten vorhandene Luft über eine zur Luftabführung vorgesehene Öffnung ausgelassen wird.
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In
DE 10 2014 106 852 A1 ist eine Batteriemodul beschrieben. Es weist einen rahmenförmigen Batteriekasten auf, in dem eine Vielzahl zylinderförmigen, vertikal ausgerichteten Batteriezellen eingesetzt sind. Ein Zwischenraum soll zwischen den Batteriezellen und dem Batteriekasten mit einer aus einer ausgehärteten Vergussmasse bestehenden Isolierschicht fluiddicht ausgefüllt sein.
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Unterhalb der Isolierschicht ist gemäß
DE 10 2014 106 852 A1 ein mit dem Batteriekasten verbundenes oberes Halteblech vorgesehen, mit dem die Batteriezellen geeignet angeordnet und ausgerichtet sind. Zwischen dem oberen Halteblech und der Isolierschicht ist eine Dichtmatte vorgesehen, die beim Vergießen der Vergussmasse für die Isolierschicht auf dem oberen Halteblech ruht und verhindert dass die Vergussmasse durch eine zwischen dem oberen Halteblech und der Batteriezelle und/oder eine zwischen dem oberen Halteblech und dem Batteriekasten ausgebildeten Spielpassung hindurchfließen kann.
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Im Wesentlichen symmetrisch dazu ist gemäß
DE 10 2014 106 852 A1 im unteren Bereich des Batteriemoduls ein unteres Halteblech, eine unterhalb des unteren Halteblechs angeordnete weitere Dichtmatte und eine unterhalb der weiteren Dichtmatte angeordnete weitere Isolierschicht vorgesehen. Durch den Batteriekasten, die Isolierschicht und die weitere Isolierschicht soll ein Kühlraum ausgebildet sein, in dem ein Kühlfluid einen in dem Kühlraum angeordneten Teil der Batteriezellen umströmen kann, um Wärme abzuführen und die Batteriezellen zu kühlen.
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DE 10 2014 106 852 A1 sieht also an beiden Enden der Batteriezellen jeweils einen relativ komplizierten dreischichtigen Aufbau vor, umfassend jeweils eine Isolierschicht, eine Dichtmatte und ein Halteblech.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine mit geringem Aufwand herstellbare und effizient temperierbare Speichervorrichtung sowie Komponenten für eine solche Speichervorrichtung bereitzustellen. Insbesondere soll die Speichervorrichtung die Toleranzen der Form einer Speicherzelle gut ausgleichen können.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst.
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Die erfindungsgemäße Speichervorrichtung ist mit geringem Aufwand herstellbar. Es kann zunächst ein Zellmodul in der gewünschten Größe, d.h. z.B. mit X Zell-Reihen, wobei jede Zellreihe Y Zellen umfasst, bereitgestellt und als ein einheitlicher Block in ein Gehäuseelement einer entstehenden Speichervorrichtung eingesetzt werden. Die Zahlen X und Y können dabei in weiten Bereichen frei gewählt werden. Dabei können mit Hilfe der Dichtungseinheit, die dabei zugleich als Begrenzungselement fungieren kann, ein oder zwei von einem Temperierfluid durchströmbare Temperierzonen definiert werden.
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Zugleich ist die erfindungsgemäße Speichervorrichtung effizient temperierbar. Denn eine typische Speicherzelle weist ohnehin einen fluiddichten Zellmantel auf, welcher die Speicherzelle nach außen hin begrenzt. Erfindungsgemäß kann sich z.B. ein Bereich des Zellmantels einer Speicherzelle direkt in die vom Temperierfluid durchströmbare Temperierzone erstrecken. Wärme kann mit der Strömung des Temperierfluids besonders effizient zu- oder abgeführt werden.
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Außerdem vermag die erfindungsgemäße Speichervorrichtung Toleranzen der Form einer Speicherzelle gut auszugleichen. Bereiche einer Speicherzelle, die sich in die vom Temperierfluid durchströmbare Temperierzone erstrecken, können sich beim Auf- oder Entladen der Zelle in üblicher Weise verformen, ohne mit einer Wand einer Halterung zu kollidieren. Ein Bereich der Speicherzelle, der sich in die Temperierzone erstreckt, steht bevorzugt nicht mit einer Wand einer Halterung in Kontakt, sondern erstreckt sich in ein Temperierfluid, welches die Speicherzelle im Wesentlichen unabhängig von etwaigen Verformungen der Speicherzelle umströmen kann.
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Die Speichervorrichtung zur Aufnahme, Speicherung und Abgabe elektrischer Energie kann eine elektrochemische Speichervorrichtung oder eine kapazitive oder eine elektrochemische und kapazitive Speichervorrichtung sein.
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Es kann sich um eine Speichervorrichtung für ein ganz oder vollständig elektrisch betriebenes Fahrzeug handeln. Der Begriff Fahrzeug umfasst ein Landfahrzeug (z.B. ein Straßenfahrzeug oder ein Schienenfahrzeug), ein Luftfahrzeug (z.B. ein Flugzeug) und ein Wasserfahrzug (z.B. ein Schiff).
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Die Speichervorrichtung umfasst eine Speicherzelle. Selbstverständlich kann die Speichervorrichtung ein oder mehrere, z.B. eine Vielzahl weiterer Speicherzellen umfassen.
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Die Speicherzelle ist bevorzugt eine Batteriezelle oder eine Kondensatorzelle.
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Die Batteriezelle ist bevorzugt eine wiederaufladbare Batteriezelle. Die Batteriezelle kann z.B. eine wiederaufladbare Lithiumionen-Batteriezelle sein.
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Die Speicherzelle kann z.B. eine zylindrische Speicherzelle oder eine prismatische Speicherzelle sein, bevorzugt eine zylindrische Speicherzelle.
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Die Kondensatorzelle kann z.B. einen Kondensator enthalten. Der Kondensator kann bevorzugt ein Superkondensator oder ein Doppelschichtkondensator sein, besonders bevorzugt ein Superkondensator.
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Der Superkondensator kann z.B. eine statische Speicherung elektrischer Energie durch Ladungstrennung in Helmholtz-Doppelschichten in einer Doppelschichtkapazität und zusätzlich eine elektrochemische Speicherung elektrischer Energie durch faradayschen Ladungstausch mit Hilfe von Redoxreaktionen in einer Pseudokapazität ermöglichen. Es ist bekannt, dass die Doppelschicht- und Pseudokapazität sich bei einem sogenannten Superkondensatoren, der in der Kondensatorzelle enthalten sein kann, zu einer Gesamtkapazität summieren.
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Die Speichervorrichtung umfasst eine Dichtungseinheit. Die Dichtungseinheit weist ein Dichtelement auf.
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Das Dichtelement kann ein Kunststoff-Dichtelement sein, z.B. ein Elastomer-Dichtelement.
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Das Dichtelement kann ein Dichtungsring sein. Der Querschnitt des Dichtungsrings kann z.B. eckig oder rund sein. Im unverpressten Zustand kann der Dichtungsring einen runden, z.B. O-förmigen, Querschnitt haben. Das Dichtelement kann also z.B. ein O-Ring sein.
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Besonders vorteilhaft kann es sein, wenn eine Vergussmasse das Dichtelement oder einen Teil des Dichtelements bildet.
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Die Speichervorrichtung umfasst eine Temperierzone auf einer Seite der Dichtungseinheit. Wenigstens ein Bereich der Speicherzelle erstreckt sich in die Temperierzone.
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Das Dichtelement umgibt einen Zellmantel der Speicherzelle und grenzt die Temperierzone von einer benachbarten Zone ab.
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Das Dichtelement kann sich z.B. rings um einen Bereich des Zellmantels der Speicherzelle erstrecken und den Zellmantel dadurch umgeben.
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Das Dichtelement kann z.B. eine dichtende Trennung der Temperierzone von der benachbarten Zone bewirken oder begünstigen, insbesondere eine dichtende Trennung gegen einen Übertritt eines Temperierfluids, z.B. eines wässrigen Temperierfluids.
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Das Dichtelement kann einem Austritt eines Temperierfluids entlang des Zellmantels aus der Temperierzone entgegenwirken.
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Die Speicherzelle kann z.B. in eine Ausnehmung der Dichtungseinheit aufgenommen sein. Das Dichtelement kann einen Spalt zwischen dem Zellmantel und dem Rand der Ausnehmung abdichten.
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Die Dichtungseinheit kann bevorzugt einen Dichtelementträger aufweisen. Das Dichtelement kann von dem Dichtelementträger gegen den Zellmantel gepresst sein.
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Es kann besonders vorteilhaft sein, wenn die Vergussmasse direkt auf einer Oberfläche des Dichtelementträgers angeordnet ist.
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Die Vergussmasse kann sich bis unmittelbar an den Zellmantel erstrecken.
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Jeder hierin beschriebene Dichtelementträger kann ein Metall-Dichtelementträger, z.B. aus einem Stahl oder Aluminium, oder ein Kunststoff-Dichtelementträger, z.B. ein durch Spritzguss erhältlicher Kunststoff-Dichtelementträger sein.
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Bevorzugt umfasst der Dichtelementträger eine Vielzahl an gleichartigen und/oder gleichförmigen Ausnehmungen. Die Ausnehmungen können regelmäßig angeordnet sein. So können z.B. die Mittelpunkte von jeweils mehreren Ausnehmungen auf parallel zueinander verlaufenden Geraden liegen. Drei Mittelpunkte von drei zueinander unmittelbar benachbarten Ausnehmungen können über die drei Strecken, die die Mittelpunkte der Ausnehmungen verbinden, ein gleichschenkliges, bevorzugt ein gleichseitiges Dreieck bilden. Die gleichartigen und/oder gleichförmigen Ausnehmungen können zur Aufnahme von gleichartigen und/oder gleichförmigen Speicherzellen dienen.
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Besonders vorteilhaft kann es sein, wenn der Dichtelementträger eine Einführschräge aufweist, die Einführschräge dem Zellmantel zugewandt und zur Oberfläche des Zellmantels geneigt ist. Die Einführschräge kann sich bevorzugt rings um den Zellmantel erstrecken.
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Der Abstand zwischen unmittelbar benachbarten Ausnehmungen kann vorteilhaft höchstens 5 mm, besonders vorteilhaft höchstens 3 mm, ganz besonders vorteilhaft höchstens 2 mm, z.B. höchstens 1,5 mm betragen. Weisen ein oder mehrere unmittelbar benachbarte Ausnehmungen Einführschrägen auf, wird der Abstand von Engbereich zu Engbereich bestimmt.
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Es zeigte sich, dass die sich daraus ergebenden geringen Speicherzell-Abstände für eine hinreichende Kühlung ausreichen können und folglich zugleich eine hohe Energie- und Leistungsdichte erzielt werden kann.
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Die Einführschräge kann sich von einem Weitbereich der Ausnehmung zu einem Engbereich der Ausnehmung erstrecken.
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Im Bereich der Einführschräge kann die Ausnehmung sich im Wesentlichen konisch von dem Weitbereich zu dem Engbereich erstrecken.
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Im Weitbereich kann ein Durchmesser der Ausnehmung um höchstens 3 mm, bevorzugt um höchstens 2 mm, besonders bevorzugt um höchstens 1 mm, z.B. um höchstens 0,6 mm größer sein, als ein Durchmesser der Ausnehmung im Engbereich.
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Im Weitbereich kann ein Durchmesser der Ausnehmung um wenigstens 0,05 mm, bevorzugt um wenigstens 0,1 mm, besonders bevorzugt um wenigstens 0,15 mm, z.B. um wenigstens 0,2 mm größer sein, als ein Durchmesser der Ausnehmung im Engbereich.
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Wenn die Ausnehmung nicht kreisförmig ist, können die Durchmesser im Weitbereich und Engbereich z.B. über die Ausnehmung hinweg an der Stelle gemessen werden, an der die Ausnehmung den größten Durchmesser aufweist.
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Die Einhaltung der oben angegebenen Unterschiede der Durchmesser im Weitbereich und Engbereich kann eine Aufnahme der Speicherzelle durch den Weitbereich problemlos ermöglichen und zugleich im Bereich des Engbereichs ein äußerst geringes Spaltmaß ermöglichen. Dies kann insbesondere die Anwendung schnell auftragbarer Vergussmassen niedriger Viskosität zulassen, aus denen sich das Dichtelement herstellen und mit denen sich zugleich eine Verbindung des Dichtelementträgers zum Zellmantel herstellen lässt. Denn ein geringes Spaltmaß am Engbereich stellt auch bei einer niedrig viskosen Vergussmasse sicher, dass möglichst keine Vergussmasse zwischen dem Engbereich und dem Zellmantel hindurchsickern und in die Temperierzone gelangen kann.
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Der Dichtelementträger kann bevorzugt ein Temperierzonenbegrenzungselement, z.B. eine Begrenzungsplatte, sein. Das Temperierzonenbegrenzungselement, z.B. die Begrenzungsplatte, kann zusammen mit dem Dichtelement und der Speicherzelle, bevorzugt gemeinsam mit einer Vielzahl an Dichtelementen und Speicherzellen, die Temperierzone von der benachbarten Zone abgrenzen.
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Der Dichtelementträger kann mindestens einen Durchlass für ein Temperierfluid aufweisen. Insbesondere wenn die benachbarte Zone eine weitere Temperierzone ist, kann ein Übertritt von Temperierfluid aus der Temperierzone in die benachbarte Zone gewünscht sein.
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Ein Temperierfluid kann durch die Temperierzone geführt werden, durch den mindestens einen Durchlass in die weiter Temperierzone geleitet und dann durch die weitere Temperierzone geführt werden.
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Die Zahl der Temperierzonen der Speichervorrichtung kann z.B. 1 bis 20, bevorzugt 1 bis 16, besonders bevorzugt 1 bis 8, betragen. Benachbarte Temperierzonen können dabei durch je eine Dichtungseinheit separiert sein, wobei mindestens ein Durchlass, z.B. mindestens ein Durchlass in einem Dichtelementträger der Dichtungseinheit, einen Übertritt von einer in Strömungsrichtung des Temperierfluids vorgelagerten in eine in Strömungsrichtung des Temperierfluids nachgelagerte Temperierzone ermöglicht.
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Es können sich mehrere, entlang der Längsachse der Speicherzelle aufeinanderfolgende Bereiche der Speicherzelle in verschiedene Temperierzonen erstrecken.
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Im Vergleich zu einer Speichervorrichtung mit nur einer Temperierzone kann dies vorteilhaft sein, da eine im Wesentlichen gleichmäßige Temperierung sämtlicher Zellen mit mehr als einer Temperierzone mit geringerem Aufwand erzielt werden kann. Dazu kann ein Temperierfluidstrom z.B. so geführt werden, dass eine erste Speicherzelle in einer Temperierzone im Temperierfluidstrom stromaufwärts zu einer zweiten Speicherzelle angeordnet ist, in der benachbarten Temperierzone aber die zweite Speicherzelle im Temperierfluidstrom stromaufwärts zu der ersten Speicherzelle angeordnet ist. Obwohl sich die Temperatur des durch die Temperierzonen strömenden Temperierfluids stetig verändert, werden die erste und die zweite Speicherzelle dann - über beide Temperierzonen betrachtet - insgesamt im Wesentlichen gleichmäßig temperiert. Selbstverständlich ist die Zahl der Speicherzellen in einer Speichervorrichtung typischerweise viel höher als zwei, wobei die angestellten Überlegungen aber für jedes beliebige Paar zweier Zellen aus einer Vielzahl von Zellen gelten können.
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Die Betrachtung im vorstehenden Absatz gilt insbesondere, wenn das Temperierfluid in den beiden benachbarten Temperierzonen im Gegenstrom geführt wird.
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Es kann bevorzugt sein, wenn die Zahl der Temperierzonen der Speichervorrichtung mindestens 2 beträgt, sich mehrere entlang der Längsachse mehrerer Speicherzellen aufeinanderfolgende Bereiche der Speicherzellen in benachbarte Temperierzonen der Speichervorrichtung erstrecken und ein oder mehrere Einlässe, Durchlässe und Auslässe so ausgebildet sind, dass die Hauptströmungsrichtungen eines durch benachbarte Temperierzonen führbaren Temperierfluids in wenigstens zwei benachbarten Temperierzonen im Wesentlichen gegenläufig sind. Im Westlichen gegenläufig bedeutet, dass der Winkel zwischen den Hauptströmungsrichtungen 180° +/- 40°, bevorzugt 180° +/-25° beträgt.
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Besonders vorteilhaft kann es sein, wenn sich der Bereich der Speicherzelle durch die Temperierzone bis zu einer weiteren Dichtungseinheit erstreckt und bevorzugt beide Dichtungseinheiten je einen Dichtelementträger aufweisen.
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Besonders vorteilhaft kann es insbesondere sein, wenn sich die Speicherzelle durch eine einzige Temperierzone erstreckt. Die Temperierzone kann durch zwei Dichtelementträger begrenzt sein. Es kann bevorzugt sein, wenn mindestens 50 % der Oberfläche des Zellmantels, z.B. mindestens 65 % der Oberfläche des Zellmantels, in der Temperierzone zu liegen kommen. Unter der Oberfläche des Zellmantels wir die Oberfläche der Speicherzelle verstanden, die sich von einer Stirnseite zur anderen Stirnseite der Speicherzelle erstreckt. Dies kann besonders vorteilhaft sein, da zwei Dichtelementträger sich auf technische besonders einfache Weise an der Speicherzelle anordnen lassen, wie hierin exemplarisch insbesondere mit Bezug zu den 14 und 15 erläutert wird.
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Besonders vorteilhaft kann es insbesondere sein, wenn wenigstens an einer von der Temperierzone abgewandten Oberfläche eines Dichtelementträgers eine Vergussmasse angeordnet ist, die Vergussmasse ein Dichtelement bildet und den Zellmantel mit der von der Temperierzone abgewandten Oberfläche des Dichtelementträgers und/oder mit der Einführschräge verbindet.
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Besonders vorteilhaft kann es insbesondere sein, wenn beide Dichtelementträger je eine Einführschräge aufweisen und die Einführschrägen jeweils dem Zellmantel zugewandt und zur Oberfläche des Zellmantels geneigt sind.
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Beide Einführschrägen können sich bevorzugt rings um den Zellmantel erstrecken.
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Bevorzugt können beide Einführschrägen gleichsinnig geneigt sein.
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Dies kann insbesondere bedeuten, dass eine in die beiden Ausnehmungen der beiden Dichtelementträger aufgenommene Speicherzelle sich, ausgehend von einem Ende der Speicherzelle zum anderen Ende der Speicherzelle, zuerst durch den Weitbereich und dann durch den Engbereich der Ausnehmung eines Dichtelementträgers und, beabstandet durch die Temperierzone, anschließend durch den Weitbereich und dann durch den Engbereich der Ausnehmung des anderen Dichtelementträgers erstreckt.
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Ein Dichtelementträger kann an einer Ausnehmung einen der Temperierzone zugewandten Engbereich aufweisen. Der andere Dichtelementträger kann an einer Ausnehmung einen dieser Temperierzone zugewandten Weitbereich aufweisen.
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Weiterhin ist es möglich, dass ein Dichtelementträger, dessen Ausnehmung einen der Temperierzone zugewandten Weitbereich aufweist, zusätzlich zu diesem Weitbereich und dessen Engbereich, einen weiteren von der Temperierzone abgewandten Weitbereich aufweist. Es kann sich ein sanduhrartiger Oberflächenverlauf ergeben, mit einem zwischen zwei Weitbereichen angeordnetem Engbereich.
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Besonders vorteilhaft kann es insbesondere sein, wenn an den beiden von den Temperierzonen abgewandten Oberflächen beider Dichtelementträger jeweils eine Vergussmasse angeordnet ist.
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Die jeweilige Vergussmasse kann jeweils das Dichtelement des Dichtelementträgers bilden, an dessen Oberfläche es angeordnet ist. Die jeweilige Vergussmasse kann den Zellmantel mit der von der Temperierzone abgewandten Oberfläche des Dichtelementträgers und/oder mit der Einführschräge verbinden.
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Wenn der Dichtelementträger, dessen Ausnehmung einen der Temperierzone zugewandten Weitbereich aufweist, zusätzlich zu diesem Weitbereich und dessen Engbereich, einen weiteren von der Temperierzone abgewandten Weitbereich aufweist, kann sich in dem weiteren Weitbereich Vergussmasse befinden. Dies kann vorteilhaft sein, um die Dichtwirkung im Bereich zwischen Zellmantel und dieser Ausnehmung weiter zu steigern.
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Die Speichervorrichtung kann wenigstens ein erfindungsgemäßes Zellmodul aufweisen, wobei die genannte Speicherzelle(n), Dichtungseinheit(en) mit Dichtelement(en) und Dichtelementträger(n) von dem Zellmodul umfasst sein können.
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Das Zellmodul kann eine austauschbare Einheit der Speichervorrichtung sein.
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Dies kann den Vorteil haben, dass weder eine gesamte Speichervorrichtung noch einzelne Speicherzellen ausgetauscht werden müssen, wenn die Speicherzellen nach einer Vielzahl an Ladezyklen erschöpft sind. Ein Austausch der einzelnen Zellen wäre sehr arbeitsintensiv. Beim Austausch der gesamten Speichervorrichtung würden unnötigerweise auch Komponenten ausgetauscht, die nicht verbraucht sind, z.B. auch Gehäusebauteile. Dies sollte aus ökologischer und ökonomischer Sicht vermieden werden, da die Gehäusebauteil oft hochwertige, faserverstärkte Leichtbauteile sind, die Speicherzellen vor mechanische Beschädigung schützen können und z.B. bei elektrisch betriebenen Fahrzeugen einen Intrusionsschutz bewirken.
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Die Speichervorrichtung kann einen Aufnahmebereich umfassen, in den mindestens ein Randbereich einer Dichtungseinheit oder mindestens ein Randbereich eines von eines Dichtungseinheit umfassten Dichtelementträgers aufgenommen werden kann. Vorzugsweise ist die Speichervorrichtung am Aufnahmebereich mit einem Randaufnahmedichtelement und/oder der Randbereich mit einem Randaufnahmedichtelement ausgestattet. Auch das Randaufnahmedichtelement kann dazu beitragen, dass die Temperierzone der Speichervorrichtung von der benachbarten Zone abgegrenzt ist.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß auch durch die Merkmale von Anspruch 7 gelöst.
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Die hierin an anderer Stelle, z.B. im Zusammenhang mit der Speichervorrichtung angegebenen Merkmale und Vorteile können bevorzugt auch für das Zellmodul gelten. Dies gilt auch umgekehrt.
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Das Zellmodul und/oder die Speichervorrichtung kann bevorzugt außerdem eine weitere Dichtungseinheit umfassen, wobei die weitere Dichtungseinheit ein weiteres Dichtelement und einen weiteren Dichtelementträger aufweist; wobei auch das weitere Dichtelement den Zellmantel der Speicherzelle umgibt und wobei sich ein Bereich der Speicherzelle zwischen den Dichtungseinheiten durch eine Temperierzone erstreckt, die durch die beiden Dichtungseinheiten begrenzt ist.
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Der Dichtelementträger kann einen ersten Trägerbereich und einen zweiten Trägerbereich umfassen und ein Bereich des Dichtelements zwischen den beiden Trägerbereichen angeordnet sein.
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Die Trägerbereiche können z.B. beabstandet zueinander und entlang der beiden Oberflächen des Dichtelementträgers verlaufen.
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Der Dichtelementträger kann eine Ausnehmung zur Aufnahme der Speicherzelle aufweisen. Ein Rand des ersten Trägerbereichs und ein Rand des zweiten Trägerbereichs können sich bis an die Ausnehmung erstrecken. Die Ausnehmung kann zwischen dem Rand des ersten und dem Rand des zweiten Trägerbereichs eine umlaufende Vertiefung aufweisen. Der Bereich des Dichtelements, der zwischen den beiden Trägerbereichen angeordnet ist, kann in der umlaufenden Vertiefung angeordnet sein.
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Es können eine Kante am Rand des ersten Trägerbereichs und eine Kante am Rand des zweiten Trägerbereichs so ausgebildet sein, dass der Bereich des Dichtelements in eine durch die beiden Kanten definierte Vertiefung aufgenommen ist. Diese Vertiefung kann die umlaufende Vertiefung sein.
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Der erste und der zweite Trägerbereich können sich bis an einen Verbindungsbereich des Dichtelementträgers erstrecken. Bevorzug umfasst der Dichtelementträger eine Vielzahl an Verbindungsbereichen. Von der Fläche des Dichtelementträgers nimmt der Verbindungsbereich (bevorzugt die Verbindungsbereiche) insgesamt 2 % bis 30 % ein, z.B. 4 % bis 25 %. Als Fläche des Dichtelementträgers wird dabei allein die vom Dichtelementträger überdeckte Fläche berücksichtigt. Es wird ein Dichtelementträger ohne Dichtelemente und ohne Speicherzellen zugrunde gelegt. Die von Ausnehmungen eingenommene Fläche trägt also nicht zu der vom Dichtelementträger überdeckten Fläche bei.
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Es kann bevorzugt sein, wenn der erste und der zweite Trägerbereich in einem Verbindungsbereich, bevorzugt in mehreren oder sämtlichen Verbindungsbereichen, kraftschlüssig, formschlüssig und/oder stoffschlüssig miteinander verbunden, z.B. heißverstemmt, sind.
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Mit dem Begriff Heißverstemmen ist hierin jede Form des Heißverstemmens gemeint, einschließlich klassischem Heißverstemmen mit einem erhitzten Stempel und berührungsloses Heißverstemmen, welches z.B. das Laserheißverstemmen sowie das Infrarotheißverstemmen beinhaltet.
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Bevorzugt kann die Heißstemmvorrichtung einen Dichtelementträger aus Dichtelementträgerteilen erzeugen oder auf einen Dichtelementträger einwirken und dadurch eine Kraft erzeugen oder verstärken, die das Dichtelement fester auf den Zellmantel presst.
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Der Dichtelementträger kann zwei in wenigstens einem Verbindungsbereich teilflächig, z.B. durch Heißverstemmen, verbundene Dichtelementträgerlagen umfassen. Die Dichtelementträgerlagen erstrecken sich bevorzugt über die gesamte Fläche des Dichtelementträgers, wobei Ausnehmungen des Dichtelementträgers mit sich gegenseitig deckenden Ausnehmungen der verbundenen Dichtelementträgerlagen zusammenfallen.
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Dies kann im Hinblick auf eine effiziente Fertigung vorteilhaft sein. So können z.B. die Dichtelemente an den Speicherzellen angeordnet werden. Dies kann automatisiert erfolgen. Die Speicherzellen können anschließend in die Ausnehmungen einer Dichtelementträgerlage eingeführt werden, wobei das Dichtelement einen Anschlag bildet, der verhindert, dass die Speicherzellen durch die Ausnehmungen hindurchfallen. Anschließend wir die zweite Dichtelementträgerlage aufgelegt, so dass an jeder Speicherzelle je ein Dichtelement zwischen den Ausnehmungsrändern der beiden Dichtelementträgerlagen zu liegen kommt. Dann werden die Verbindungen der Dichtelementträgerlagen erzeugt, z.B. durch Heißverstemmen. Dies kann bewirken, dass das zwischen den Dichtelementträgerlagen eingequetschte Dichtelement auf den Zellmantel gepresst wird.
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Das Dichtelement kann so fest gegen den Zellmantel gepresst sein, dass eine entlang einer Speicherzelllängsachse wirkende Kraft F, die dem 20-fachen, bevorzugt dem 30-fachen, besonders dem 50-fachen, z.B. dem 60-fachen, einer auf die Speicherzelle wirkenden Gewichtskraft G entspricht, nicht ausreicht, um die Speicherzelle aus dem angepressten Dichtelement herauszuziehen. Es ist für den Fachmann in Kenntnis der Erfindung ohne Weiteres möglich, die beiden Dichtelementträgerlagen sowie deren Material und Dicke so zu wählen, dass sich ein entsprechend hoher Anpressdruck des Dichtelements an der Mantelfläche erzielen lässt.
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Besonders bevorzugt kann der Dichtelementträger heißverstemmt sein.
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Infolge des Heißverstemmens kann das Dichtelement gegen den Zellmantel gepresst sein.
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Der erste Trägerbereich kann ein Deckelbereich und der zweite Trägerbereich ein Basisbereich sein. Ein Basisbereich kann ein vertiefter Bereich auf einer Oberfläche eins Dichtelementträgerbasiselements sein, der sich bis an eine Ausnehmung des Dichtelementträgerbasiselements erstreckt. In dem vertieften Bereich kann ein Dichtelementträgerdeckelelement, das den Deckelbereich aufweist, angeordnet sein und sich ebenfalls bis an die Ausnehmung erstrecken. Das Dichtelementträgerdeckelelement kann eine Ausnehmung aufweisen, die mit einer Ausnehmung des Dichtelementträgerbasiselements zusammenfällt, so dass beiden Ausnehmungen zusammen die Ausnehmung des Dichtelementträgers bilden. Der vertiefte Bereich und das darin angeordnete Dichtelementträgerdeckelelement können ringförmig oder ringscheibenförmig sein.
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Ein Dichtungsabschnitt des Dichtelements kann sich zwischen die beiden Trägerbereiche, z. B. zwischen den Deckelbereich und den Basisbereich, erstrecken.
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Das Dichtelement kann stoffschlüssig mit dem Dichtelementträger verbunden sein.
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Das Dichtelement kann stoffschlüssig mit den Trägerbereichen verbunden sein, z.B. mit dem Deckelbereich und dem Basisbereich. Insbesondere kann der Dichtungsabschnitt stoffschlüssig mit den Trägerbereichen verbunden sein, z.B. mit dem Deckelbereich und dem Basisbereich verbunden sein.
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Solche stoffschlüssigen Verbindungen lassen sich z.B. erreichen, wenn ein Dichtelementträger bereitgestellt wird, der eine Ausnehmung zur Aufnahme einer Speicherzelle aufweist und eine Dichtungszuführöffnung und einen Kanalbereich umfasst, wobei der Kanalbereich sich von der Dichtungszuführöffnung bis zur Ausnehmung erstreckt. Der Kanalbereich kann z.B. durch den ersten Trägerbereich und den zweiten Trägerbereich begrenzt sein. Die Ausnehmung des Dichtelementträgers kann mit einem Dichtelement ausgestattet werden, indem ein verflüssigtes Dichtungsmaterial durch die Dichtungszuführöffnung und den Kanalbereich in die Ausnehmung befördert wird.
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Es ist möglich, dass der Kanalbereich sich zwischen dem Deckelbereich und dem Basisbereich erstreckt.
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Durch die Wahl einer geeigneten Kombination des Materials des Dichtelementträgers und des Dichtungsmaterials sowie der Temperatur des Dichtelementträgers und des verflüssigten Dichtungsmaterials ergibt sich dabei die stoffschlüssige Verbindung. Die stoffschlüssige Verbindung kann z.B. über das Dichtungsmaterial vom Dichtelementträgerdeckelelement zum Dichtelementträgerbasiselement bestehen.
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Andererseits können Materialien und Temperaturen auch so gewählt werden, dass keine stoffschlüssige Verbindung des Dichtelements mit dem Dichtelementträger entsteht.
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Das Dichtelement kann formschlüssig und/oder kraftschlüssig mit den Trägerbereichen verbunden sein, z.B. mit dem Deckelbereich und dem Basisbereich. Insbesondere kann der Dichtungsabschnitt formschlüssig und/oder kraftschlüssig mit den Trägerbereichen verbunden sein, z.B. mit dem Deckelbereich und dem Basisbereich verbunden sein. Dabei kann zusätzlich eine stoffschlüssige Verbindung bestehen oder nicht.
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Ein Formschluss und/oder Kraftschluss kann sich (ggf. zusätzlich zu einem optionalen Stoffschluss) z.B. einstellen, wenn das verflüssigte Dichtungsmaterial durch die Dichtungszuführöffnung und den Kanalbereich in die Ausnehmung befördert wird.
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Das Dichtelement kann z.B. stoffschlüssig an einer dem Zellmantel zugewandten Oberfläche des Dichtelementträgers angebracht sein.
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Das Dichtelement kann bevorzugt an der dem Zellmantel zugewandten Oberfläche des Dichtelementträgers angespritzt sein.
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Das Dichtelement kann z.B. durch Heißverstemmen stoffschlüssig an einer dem Zellmantel zugewandten Oberfläche des Dichtelementträgers angebracht sein. Die dem Dichtelementträger oder den Dichtelementträgerlagen zugeführte Wärme, insbesondere beim Heißverstemmen zugeführte Wärme, kann z.B. so gewählt werden, dass der Übergangsbereich vom Dichtelementträger zum Dichtelement so warm wird, dass sich die Oberflächen von Dichtelementträger und Dichtelement stoffschlüssig verbinden.
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Es kann besonders vorteilhaft sein, wenn die Speichervorrichtung und/oder das Zellmodul eine Vergussmasse aufweist, wobei
- - die Vergussmasse das Dichtelement bildet,
- - die Vergussmasse das Dichtelement mit dem Dichtelementträger verbindet, und/oder
- - die Vergussmasse die Speicherzelle mit dem Dichtelementträger verbindet.
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Die Vergussmasse kann z.B. schmelzbar, gießbar, aushärtbar, schäumbar und/oder gehärtet sein. Die schmelzbare und/oder fließfähige Vergussmasse kann insbesondere thermoplastbasiert sei. Die gehärtete und/oder aushärtbare Vergussmasse kann insbesondere harzbasiert, z.B. kunstharzbasiert, sein. Eine schäumbare Vergussmasse kann beispielsweise auf PU-Basis sein.
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Selbst wenn die Speichervorrichtung kein (austauschbares) Zellmodul umfasst, können in der Speichervorrichtung z.B. die Speicherzelle(n), die Dichtungseinheit(en) und die Dichtelement(e) sowie ggf. Dichtelementträger so beschaffen sein und so miteinander wechselwirken, wie es hierin insbesondere im Zusammenhang mit dem Zellmodul beschrieben ist.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß auch durch die Merkmale von Anspruch 12 gelöst.
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Der Mitnehmer kann zwischen mehreren Ausnehmungen an dem anderen Dichtelementträger angeordnet oder ausgebildet sein.
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Der Mitnehmer kann bevorzugt einen Speicherzell-Anschlag bilden. Der Speicherzell-Anschlag kann eine maximale Aufnahmetiefe einer in die Ausnehmung aufnehmbaren Speicherzelle festlegen. Unter der Aufnahmetiefe wird die Strecke verstanden, die eine Speicherzelle innerhalb der Ausnehmung in Richtung hin zu dem Anschlag zurücklegen kann, bis sie in Kontakt zum Speicherzell-Anschlag tritt.
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Insbesondere kann ein Anschlagabschnitt des Mitnehmers beabstandet zur Ausnehmung verlaufen und dort eine von der Ausnehmung eingenommene Ausnehmungsfläche ganz oder teilweise überlagern.
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Der zwischen mehreren (z.B. drei) Ausnehmungen an dem anderen Dichtelementträger angeordnete oder ausgebildete Mitnehmer kann zugleich einen Speicherzell-Anschlag für mehrere (z.B. drei) Speicherzellen bilden, der eine maximale Aufnahmetiefe der in diese Ausnehmungen aufnehmbaren Speicherzellen festlegt. Es kann sich z.B. um einen Mitnehmer aus Metall handeln, der an einem Metall-Dichtelementträger angebracht ist. Es können z.B. drei Anschlagabschnitte in drei Richtungen beabstandet zu drei benachbarten Ausnehmungen verlaufen und dort je eine der drei von den Ausnehmungen eingenommenen Ausnehmungsflächen ganz oder teilweise überlagern.
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An einem Kunststoff-Dichtelementträger können mehrere Mitnehmer (z.B. sämtliche Mitnehmer) sich jeweils gleichsinnig geneigt erstrecken. Die kann den Vorteil bewirken, dass der Kunststoff-Dichtelementträger einschließlich der daran ausgebildeten Mitnehmer am Stück durch Spritzguss hergestellt und aus der Spritzgussform ohne Zerstörung der entstandenen Mitnehmer entnommen werden kann.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß auch durch die Merkmale von Anspruch 14 gelöst.
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Der erfindungsgemäße Dichtelementträger kann auch ein hierin als anderer oder weiterer Dichtelementträger beschriebener Dichtelementträger sein. Er kann also z.B. auch einen Mitnehmer aufweisen.
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Der Abstand zwischen unmittelbar benachbarten Ausnehmungen kann besonders vorteilhaft höchstens 3 mm, ganz besonders vorteilhaft höchstens 2 mm, z.B. höchstens 1,5 mm betragen.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß auch durch die Merkmale von Anspruch 15 gelöst.
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Bevorzugt kann die Anbringung des Dichtelements die Aufbringung einer Vergussmasse umfassen. Die Vergussmasse kann z.B. auf einer von der Temperierzone abgewandten Oberfläche des Dichtelementträgers aufgebracht werden. Dabei kann eine am Zellmantel haftende Vergussmasse die Position der Speicherzelle in der Ausnehmung festlegen.
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Es kann besonders vorteilhaft sein, wenn:
- - die Speicherzelle auch in die Ausnehmung eines weiteren Dichtelementträgers aufgenommen wird und
- - ein Abstand der beiden Dichtelementträger gesteigert wird, während die Speicherzelle in die beiden Ausnehmungen aufgenommen ist und anschließend die Festlegung der Position erfolgt.
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Es kann besonders vorteilhaft sein, wenn wenigstens der Dichtelementträger, in dessen Ausnehmung die Speicherzelle zuerst aufgenommen wird, an der Ausnehmung eine Einführschräge aufweist, die sich von einem Weitbereich der Ausnehmung zu einem Engbereich der Ausnehmung erstreckt, wobei:
- - die Speicherzelle in die Ausnehmung so aufgenommen wird, dass die Speicherzelle zuerst in den Weitbereich und dann in den Engbereich gelangt.
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Es kann besonders vorteilhaft sein, wenn der weitere Dichtelementträger einen Mitnehmer aufweist, wobei:
- - der Abstand der beiden Dichtelementträger dadurch gesteigert wird, dass die Speicherzelle in den Ausnehmungen gegen den Mitnehmer geführt und
- - der über den Mitnehmer in Kontakt zur Speicherzelle stehende weitere Dichtelementträger unter Zunahme des Abstands der beiden Dichtelementträger mit der Speicherzelle weitergeführt wird und/oder
- - der Dichtelementträger, der keinen Mitnehmer aufweist, entlang des Zellmantels vom weiteren Dichtelementträger, der über den Mitnehmer in Kontakt zur Speicherzelle steht, entfernt wird.
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Besonders vorteilhaft kann es sein, die Position der Speicherzelle in den beiden Ausnehmungen der beiden Dichtelementträger durch Anbringung je eines Dichtelements festzulegen. Die Anbringung des jeweiligen Dichtelements kann die Aufbringung einer Vergussmasse umfassen.
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Es kann bevorzugt sein, eine Vergussmasse zunächst auf einer von der Temperierzone abgewandten Oberfläche eines Dichtelementträgers aufzubringen, das entstehende Zellmodul zu wenden und weitere Vergussmasse auf einer von der Temperierzone abgewandten Oberfläche des weiteren Dichtelementträgers aufzubringen.
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Alternativ oder zusätzlich kann an der Speicherzelle, z.B. am Zellmantel, ein Mitnehmer angeordnet sein und die Maße der beiden Ausnehmungen, in die die Speicherzelle aufgenommen wird, so auf die Form der Speicherzelle und den Mitnehmer angepasst sein, dass der Mitnehmer nur die Ausnehmung, in die die Speicherzelle zuerst aufgenommen wird, passiert und nur der über den Mitnehmer in Kontakt zur Speicherzelle stehende weitere Dichtelementträger unter Zunahme des Abstands der beiden Dichtelementträger mit der Speicherzelle weitergeführt wird.
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Alternativ oder zusätzlich kann der Dichtelementträger eine Dichtungszuführöffnung und einen Kanalbereich umfassen, wobei der Kanalbereich sich von der Dichtungszuführöffnung bis zur Ausnehmung erstreckt und wobei die Position der Speicherzelle in der Ausnehmung durch Anbringung des Dichtelements festgelegt wird, indem ein verflüssigtes Dichtungsmaterial durch die Dichtungszuführöffnung und den Kanalbereich in die Ausnehmung befördert wird.
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Der Kanalbereich kann z.B. durch den ersten Trägerbereich und den zweiten Trägerbereich begrenzt sein und sich zwischen dem ersten Trägerbereich und dem zweiten Trägerbereich von der Dichtungszuführöffnung bis zur Ausnehmung erstrecken.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß auch durch die Merkmale von Anspruch 20 gelöst.
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Die Kraft kann z.B. die auf die Speicherzelle(n) wirkende Schwerkraft sein oder umfassen.
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Die Kraft kann selektiv über Mitnehmer auf einen der beiden Dichtelementträger übertragen werden.
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Beim Verschieben des einen Dichtelementträgers relativ zu dem anderen Dichtelementträger kann ein Abstand zwischen den Dichtelementträgern gesteigert werden, bis die gewünschte Ausdehnung einer sich entlang des Zellmantels der Speicherzelle erstreckenden Temperierzone erreicht ist.
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Ein oder mehrere Merkmale, die in Verbindung mit einem Gegenstand der Erfindung beschrieben sind, also in Verbindung mit der Speichervorrichtung, mit dem Zellmodul, mit dem Bauteilset, mit dem Dichtelementträger, mit dem Verfahren oder in Verbindung mit der Verwendung, können vorzugsweise ebenso ein oder mehrere Merkmale eines anderen Gegenstands der Erfindung bilden.
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Weitere bevorzugte Merkmale und/oder Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen.
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In den Zeichnungen zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Zellmoduls mit Blickrichtung auf die Oberfläche einer Dichtungseinheit;
- 2 eine andere schematische Darstellung des Zellmoduls aus 1 mit Blickrichtung entlang einer Oberfläche einer Dichtungseinheit;
- 3 einen Schnitt durch eine schematisch dargestellte Speichervorrichtung;
- 4 eine schematische Darstellung eines Ausschnitts eines ersten Zellmoduls vor dem Heißverstemmen;
- 5 eine schematische Darstellung des Ausschnitts aus 4 nach dem Heißverstemmen;
- 6 einen vergrößerten Ausschnitt aus 5;
- 7 eine schematische Darstellung eines Ausschnitts eines zweiten Zellmoduls;
- 8 eine schematische Darstellung eines Ausschnitts eines dritten Zellmoduls;
- 9 eine schematische Darstellung eines Ausschnitts eines vierten Zellmoduls;
- 10 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Zellmoduls mit Blickrichtung entlang der Oberflächen zweier Dichtungseinheiten;
- 11 und 12 schematische Darstellungen der Herstellung eines erfindungsgemäßen Zellmoduls;
- 13 eine schematische Darstellung eines gemäß 11 und 12 erhältlichen, erfindungsgemäßen Zellmoduls;
- 14 eine schematische Darstellung des Auftragens von Vergussmasse an einer Oberseite bei der Herstellung des in 13 gezeigten Zellmoduls; und
- 15 eine schematische Darstellung des Auftragens von Vergussmasse an einer Unterseite bei der Herstellung des in 13 gezeigten Zellmoduls.
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Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in sämtlichen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt ein Zellmodul 100 in Form eines Batteriezellmoduls 102. Das Zellmodul 100 umfasst eine Vielzahl an Speicherzellen 140 in Form von zylindrischen Batteriezellen 142 und eine Dichtungseinheit 110.
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2 zeigt einen Ausschnitt des Zellmoduls aus 1 in Blickrichtung entlang der Oberflächen der Dichtungseinheit 110. Die Dichtungseinheit 110 weist ein Dichtelement 120 und einen Dichtelementträger 114 auf. Das Dichtelement 120 ist in dem hier gezeigten Beispiel als Dichtflächenelement 122 ausgeführt. Das Dichtelement 120 umgibt die Zellmäntel 144 der Speicherzellen 140. Der Dichtelementträger 114 ist ein Begrenzungselement 112, das in einer Speichervorrichtung 200 im Übergang von einer Temperierzone zu einer anderen Temperierzone zu liegen kommen kann. Je ein Bereich der Speicherzellen 140 erstreckt sich dann in die beiden Temperierzonen.
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3 zeigt eine Speichervorrichtung 200 zur Aufnahme, Speicherung und Abgabe elektrischer Energie. Es handelt sich um eine Batterievorrichtung 202, die ein Zellmodul 100 umfasst. Die Speichervorrichtung 200 umfasst eine Vielzahl an Speicherzellen 140. Die Speicherzellen sind zylindrische Batteriezellen 142. Die Speichervorrichtung 200 umfasst auch eine Dichtungseinheit 110. Die Dichtungseinheit 110 weist eine Vielzahl an Dichtelementen 120 auf. Die Dichtelemente 120 sind Dichtungsringe 124. Die Speichervorrichtung 200 umfasst auch eine Temperierzone 130 auf einer Seite der Dichtungseinheit 110. Je ein Bereich der Speicherzellen 140 erstreckt sich in die Temperierzone 130, in der die Speicherzellen von einem Temperierfluid 132 umströmt werden. Jedes Dichtelement 120 umgibt einen Zellmantel 144 einer Speicherzelle 140 und grenzt die Temperierzone 130 gemeinsam mit dem als Begrenzungselement 112 fungierenden Dichtelementträger 114 von einer benachbarten Zone ab. In 3 ist die benachbarte Zone oberhalb der Dichtungseinheit 110 dargestellt. Das Gehäuse der Speichervorrichtung umfasst das oberen Gehäuseelement 204 und das untere Gehäuseelement 206.
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4 bis 9 zeigen beispielhaft verschiedene Möglichkeiten zur Anordnung von Speicherzellen 140 in Speichervorrichtungen 200 und Zellmodulen 100.
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4 und 5 illustrieren eine Möglichkeit, ein Dichtelement 120, das ein Dichtungsring 124 sein kann, besonders fest gegen den Zellmantel 144 zu pressen. 4 zeigt einen Zustand vor dem Heißverpressen. 5 zeigt einen Zustand nach dem Heißverpressen. Das Dichtelement 120 wird in 5 von dem Dichtelementträger 114 gegen den Zellmantel 144 gepresst. Dazu wurde die schmelzbare und/oder fließfähige Masse des Heißverpresselements 115, das in 4 in seiner ursprünglichen Form dargestellt ist, in die Ebene des Dichtelementträgers heißverpresst.
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Der Dichtelementträger 114 umfasst einen ersten Trägerbereich 116 und einen zweiten Trägerbereich 118. Ein Bereich des Dichtelements 120 ist zwischen den beiden Trägerbereichen 116 und 118 angeordnet.
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6 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt aus 5. Eine Kante 117 am Rand des ersten Trägerbereichs 116 und eine Kante 119 am Rand des zweiten Trägerbereichs 118 sind so ausgebildet, dass der Bereich des Dichtelements 120, der zwischen den beiden Trägerbereichen 116 und 118 angeordnet ist, in eine durch die beiden Kanten 117 und 119 definierte Vertiefung aufgenommen ist. In dem gezeigten Beispiel sind die Kanten 117 und 119 einander zugeneigt.
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Die Kante 117 des ersten Trägerbereichs 116 und die Kante 119 des zweiten Trägerbereichs 118 liegen am Dichtelement 120 an. Durch die Neigung der Kanten 117 und 119 und die beim Heißverpressen aufgebaute Kraft, können die beiden Trägerbereiche 116 und 118 gespreizt sein, wie es in 6 gezeigt ist. Die dabei aufgebaute Vorspannung der Trägerbereiche 116 und 118 trägt mit dazu bei, dass das Dichtelement 120 gegen den Zellmantel 144 gepresst wird.
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Durch das Heißverpressen kann auf besonders einfache Weise erreicht werden, dass die Speicherzelle 140 sehr fest in der Dichtungseinheit 110 sitzt. Selbst eine entlang einer Speicherzelllängsachse wirkende Kraft F, die dem 20-fachen oder gar dem 50-fachen einer auf die Speicherzelle 140 wirkenden Gewichtskraft G entspricht, reicht dann nicht aus, um die Speicherzelle 140 aus dem angepressten Dichtelement 120 herauszuziehen.
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Der erste und der zweite Trägerbereich 116 und 118 können separate Plattenelemente sein. Das Heißverstemmen kann je nach Wahl der Materialien der Plattenelemente und des Heißverstemmelements 115 dazu führen, dass die Trägerbereiche 116 und 118 in einem Verbindungsbereich kraftschlüssig, formschlüssig und/oder stoffschlüssig miteinander verbunden werden.
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Im Beispiel der 7 ist der erste Trägerbereich 116 ein Deckelbereich 128 und der zweite Trägerbereich 118 ein Basisbereich 126. Ein Dichtungsabschnitt 121 des Dichtelements 120 erstreckt sich zwischen den Deckelbereich 128 und den Basisbereich 126. Dabei ist das Dichtelement 120 stoffschlüssig mit dem Dichtelementträger 114 verbunden. Insbesondere ist der Dichtungsabschnitt 121 stoffschlüssig mit dem Deckelbereich 128 und dem Basisbereich 126 verbunden. Das Dichtelement 120 ist dabei auch stoffschlüssig an einer dem Zellmantel 144 zugewandten Oberfläche des Dichtelementträgers 114 angebracht. Der Dichtelementträger 114 umfasst eine Dichtungszuführöffnung 125 und einen Kanalbereich, der sich von der Dichtungszuführöffnung 125 bis zur Ausnehmung 240 erstreckt durch den ersten Trägerbereich 116 und den zweiten Trägerbereich 118 begrenzt ist. In dem gezeigten Beispiel wurde ein verflüssigtes Dichtungsmaterial durch die Dichtungszuführöffnung 125 und den Kanalbereich eingeführt und dadurch das stoffschlüssig am Dichtelementträger 114 angebundene Dichtelement 120 mit gebildet.
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Im Beispiel der 8 ist an einer Oberfläche des Dichtelementträgers 114, die der Temperierzone 130 zugewandt ist, ein flächiges Halteelement 123 angeordnet. Das flächige Halteelement 123 umgibt den Zellmantel 144. Es ist zum Dichtelement 120 beabstandet. Das flächige Halteelement 123 ist im gezeigten Beispiel aus einer Vergussmasse gebildet. Das Halteelement 123 kann eine zusätzliche Dichtwirkung entfalten.
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Im Beispiel der 9 ist das Dichtelement 120 stoffschlüssig an einer dem Zellmantel 144 zugewandten Oberfläche des Dichtelementträgers 114 angespritzt.
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10 zeigt exemplarisch zwei Speicherzellen 140, z.B. Batteriezellen 142, eines Zellmoduls mit Blickrichtung entlang der Oberflächen zweier Dichtungseinheiten 110.
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Eine Dichtungseinheit 110 ist an dem einen Ende der Speicherzellen 140 angeordnet. Die andere Dichtungseinheit 110 ist am anderen Ende der beiden Speicherzellen 140 angeordnet.
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Die Dichtungseinheiten 110 umfassen jeweils einen Dichtelementträger 114, der jeweils als Begrenzungselement 112 fungiert. Denn die Dichtelementträger begrenzen einen Temperierzone 130.
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Die Dichtungseinheiten 110 umfassen außerdem jeweils ein Dichtelement 120, das hier jeweils als Dichtflächenelement 122 ausgebildet ist. Wie aus den Angaben zu den nachfolgenden 11 bis 14 deutlich wird, kann es sich um ein aus einer Vergussmasse 127 gebildetes Dichtflächenelement 122 handeln.
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11 illustriert, wie die Aufnahme einer Speicherzelle in übereinander fluchtend angeordnete Ausnehmungen 240 zweier Dichtelementträger 114 erfolgen kann.
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Die beiden Dichtelementträger 114 können zunächst naher beieinander angeordnet sein, z.B. kann ein Dichtelementträger auf dem anderen Dichtelementträger liegen, wie es in 11 angedeutet ist.
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Die Dichtelementträger 114 weisen an deren Ausnehmungen 240 jeweils eine Einführschräge 103 auf.
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Die Einführschrägen 103 erstrecken sich von einem Weitbereich 104 der jeweiligen Ausnehmung 240 zu einem Engbereich 105 der jeweiligen Ausnehmung 240.
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Die Speicherzelle 140 wird in die Ausnehmungen 240 nacheinander in Pfeilrichtung nach unten so aufgenommen, dass die Speicherzelle zuerst in den Weitbereich 104 und dann in den Engbereich 105 der jeweiligen Ausnehmung gelangt.
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Die Abmessungen eines Engbereichs 105 oder beider Engbereiche 105 können auf die Außenabmessungen des Zellmantels 144 so angepasst sein, dass die Speicherzelle 140 nicht in dem Engbereich 105 oder den Engbereichen 105 stecken zu bleiben droht und dass eine später aufzubringende Vergussmasse 127 nicht zwischen Zellmantel 144 und dem Engbereich 105 abfließen kann.
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12 illustriert, wie ein Abstand der beiden Dichtelementträger 114 gesteigert werden kann, während die Speicherzelle 140 in die beiden Ausnehmungen 240 aufgenommen ist.
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Ein Dichtelementträger 114 weist einen Mitnehmer 106 auf, der in 11 weggelassen wurde. Der Abstand der beiden Dichtelementträger 114 wird dadurch gesteigert, dass die Speicherzelle 140 in den Ausnehmungen 240 gegen den Mitnehmer 106 geführt und nur der über den Mitnehmer 106 in Kontakt zur Speicherzelle 140 stehende Dichtelementträger 114, der in 12 unten dargestellt ist, unter Zunahme des Abstands der beiden Dichtelementträger mit der Speicherzelle 140 weitergeführt wird.
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Der Mitnehmer 106 bildet in dem gezeigten Beispiel einen Speicherzell-Anschlag 108, der eine maximale Aufnahmetiefe einer in die Ausnehmung aufnehmbaren Speicherzelle 140 festlegt.
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Die schematische Darstellung eines gemäß 11 und 12 erhältlichen, erfindungsgemäßen Zellmoduls, die in 13 gezeigt ist, stellt exemplarisch nur eine einzelne Speicherzelle 140 dar.
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Benachbarte Speicherzellen 140 können sich in vorteilhaften erfindungsgemäßen Zellmodulen 100 in direkter Nachbarschaft zur Speicherzelle 140 befinden, wobei die Zellmäntel 144 z.B. nur 1 bis 2 mm voneinander entfernt sein können. Zur Vereinfachung sind in 13 benachbarte Speicherzellen 140 und die zugehörigen benachbarten Ausnehmungen 240 jedoch nicht gezeigt.
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13 zeigt, dass an den von der Temperierzone 130 abgewandten Oberflächen der beiden Dichtelementträger 114 jeweils eine Vergussmasse 127 angeordnet ist. Die Vergussmasse 127 bildet jeweils ein Dichtelement 120 und verbindet den Zellmantel 144 mit den beiden von der Temperierzone 130 abgewandten Oberflächen der beiden Dichtelementträger 114.
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Die Vergussmasse 127 verbindet den Zellmantel 144 auch mit der Einführschräge 103 des in 13 oben dargestellten Dichtelementträgers 114. Dorthin kann die Vergussmasse 127 durch den Weitbereich 104 des in 13 oben dargestellten Dichtelementträgers 114 gelangen.
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Es ist möglich, dass Vergussmasse 127 den Zellmantel 144 auch mit der Einführschräge 103 des in 13 unten dargestellten Dichtelementträgers 114 verbindet. Beispielsweise kann die Verbindung durch etwas Vergussmasse 127 gebildet sein, die durch den Engbereich 105 des in 13 unten dargestellten Dichtelementträgers hindurchgesickert ist.
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14 stellt das Auftragen von Vergussmasse 127 aus einer Vergussmassequelle 129 an einer Oberseite dar. So kann das Auftragen z. B. bei der Herstellung des in 13 gezeigten Zellmoduls erfolgen. Nachdem der Abstand der beiden Dichtelementträger 114 auf ein gewünschtes Maß gesteigert wurde, kann die Position der Speicherzelle 140 in der Ausnehmung durch Anbringung eines Dichtelements 120 festgelegt werden, wobei die Anbringung des Dichtelements 120 in dem hier gezeigten Beispiel durch die Aufbringung einer Vergussmasse 127 erfolgt und die Vergussmasse 127 das Dichtelement 120 bildet.
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15 zeigt das entstehende Zellmodul in einem gewendeten Zustand, der ein Auftragen von Vergussmasse 127 aus der Vergussmassequelle 129 an der (nun nach oben hin orientierten) Unterseite ermöglicht. Die Position der Speicherzelle 140 kann auch in der Ausnehmung des nun oben dargestellten Dichtelementträgers 114 durch Anbringung eines Dichtelements 120 festgelegt werden, wobei die Anbringung des Dichtelements 120 in dem hier gezeigten Beispiel durch die Aufbringung einer Vergussmasse 127 erfolgt und die Vergussmasse 127 das Dichtelement 120 bildet.
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Etwas durch den Engbereich 105 hindurchgesickerte Vergussmasse 127 verbindet den Zellmantel 144 in dem hier gezeigten Beispiel auch mit der Einführschräge 103 des in 13 unten dargestellten Dichtelementträgers 114.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Zellmodul
- 102
- Batteriezellmodul
- 103
- Einführschräge
- 104
- Weitbereich
- 105
- Engbereich
- 106
- Mitnehmer
- 108
- Speicherzell-Anschlag
- 110
- Dichtungseinheit
- 112
- Begrenzungselement
- 114
- Dichtelementträger
- 115
- Heißverstemmelement
- 116
- Trägerbereich
- 117
- Kante
- 118
- Trägerbereich
- 119
- Kante
- 120
- Dichtelement
- 121
- Dichtungsabschnitt
- 122
- Dichtflächenelement
- 123
- Halteelement
- 124
- Dichtungsring
- 125
- Dichtungszuführöffnung
- 126
- Basisbereich
- 127
- Vergussmasse
- 128
- Deckelbereich
- 129
- Vergussmassequelle
- 130
- Temperierzone
- 132
- Temperierfluid
- 140
- Speicherzelle
- 142
- Batteriezelle
- 144
- Zellmantel
- 200
- Speichervorrichtung
- 202
- Batterievorrichtung
- 204
- Gehäuseelement
- 206
- Gehäuseelement
- 240
- Ausnehmung
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015013800 A1 [0008]
- DE 102018218343 A1 [0009, 0010]
- DE 102014106852 A1 [0011, 0012, 0013, 0014]
