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Die Erfindung betrifft einen Energiespeicher für ein Kraftfahrzeug mit einer Schutzvorrichtung zum Schutz zumindest einer Batteriezelle des Energiespeichers, wobei der Energiespeicher mindestens ein Bauteil aus einem Kunststoffmaterial umfasst. Des Weiteren betrifft die Erfindung auch ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Energiespeicher und ein Verfahren zum Herstellen eines Energiespeichers.
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Energiespeicher für Kraftfahrzeuge, insbesondere Hochvolt-Batterien, sollten idealerweise sehr gut vor einem Eindringen von Flüssigkeit in das Batteriegehäuse geschützt sein, da es sonst zu Kurzschlüssen kommen kann. Um die Sicherheit im Zusammenhang mit solchen Energiespeichern zu erhöhen, ist es zudem bekannt, Superabsorbermaterial in eine solche Hochvolt-Batterie einzubringen, um Wasser zu binden.
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Beispielsweise beschreibt die
DE 10 2020 104 650 A1 eine Energiespeichervorrichtung mit einer Energiespeicherkomponente, welche in einem von einem Gehäuseelement begrenzten Volumen angeordnet ist, in dem auch ein Absorptionselement mit einem Absorptionsmittel angeordnet ist, das dazu ausgebildet ist, bei Vorhandensein einer elektrisch leitfähigen Flüssigkeit in dem Volumen die Flüssigkeit zu absorbieren. Absorptionsmittel kann einen Superabsorber umfassen.
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Das Vorsehen solcher Absorptionselemente erfordert zusätzlichen Bauraum. Denkbar ist es auch, Superabsorbermaterial durch Auffüllen von Hohlräumen in eine bestimmte Komponente einzubringen. Auch dies setzt einen gewissen Platzbedarf voraus. Außerdem ist mit dem Vorsehen solcher Absorptionselemente entsprechend immer ein zusätzliches Gewicht verbunden. Oftmals kann Superabsorbermaterial als feines Granulat bereitgestellt und eingebracht werden, was jedoch den Nachteil hat, dass Granulat rieselt und daher nur schwierig an einer bestimmten Position zu halten ist.
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Weiterhin können wasserabsorbierende Polymergebilde auch in einen Verbund integriert werden, wie dies in der
DE 10 2012 220 400 A1 offenbart ist. Dazu kann ein Faservlies mit einem wasserabsorbierenden Polymergebilde beschichtet und dann mit einem weiteren Faservlies abgedeckt werden. Ein solcher Verbund kann als zusätzliche Ummantelungsschicht für ein Kabel vorgesehen sein. Auch hierbei wird zusätzlicher Bauraum benötigt und es entsteht ein zusätzliches Gewicht.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Energiespeicher für ein Kraftfahrzeug, ein Kraftfahrzeug und ein Verfahren bereitzustellen, die es erlauben, den Schutz eines Energiespeichers zu erhöhen, und dies auf möglichst bauraumsparende und gewichtssparende Weise.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Energiespeicher, ein Kraftfahrzeug und ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung, sowie der Figuren.
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Ein erfindungsgemäßer Energiespeicher für ein Kraftfahrzeug weist eine Schutzvorrichtung zum Schutz zumindest einer Batteriezelle des Energiespeichers auf, wobei der Energiespeicher mindestens ein Bauteil aus einem Kunststoffmaterial umfasst. Dabei ist das Bauteil Teil der Schutzvorrichtung und das Kunststoffmaterial umfasst ein Superabsorber-Material, so dass das mindestens eine Bauteil zur Absorption von Flüssigkeit ausgebildet ist, wobei dem Bauteil zusätzlich eine von der Absorption von Flüssigkeit verschiedene Zusatzfunktion zugeordnet ist.
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Die Erfindung beruht dabei auf der Erkenntnis, dass Superabsorber-Materialien, die im Folgenden zum Teil auch einfach als Superabsorber bezeichnet werden, in Abwesenheit von Wasser gewohnt „harte“ Kunststoffstrukturen darstellen. Erst im Kontakt mit Wasser beginnen die Superabsorber aufzuquellen und verlieren ihre mechanische Stabilität. Dies ermöglicht es vorteilhafterweise, solche Superabsorber-Materialien als Teil von Konstruktionskunststoffen zu verwenden, oder einen solchen Konstruktionskunststoff aus dem Superabsorber zu bilden und daraus ein beliebiges Kunststoffbauteil innerhalb des Energiespeichers herzustellen. Ein solches Bauteil kann dann entsprechend im normalen Betriebszustand des Energiespeichers, wenn also das Superabsorber-Material nicht mit Flüssigkeit in Kontakt ist und nicht vollgesogen ist, eine bestimmte Funktion übernehmen, die von einer Absorption von Flüssigkeit verschieden ist. Mit anderen Worten können bislang üblicherweise in einem Energiespeicher verwendete oder angeordnete Bauteile aus Kunststoff wie bisher gefertigt beziehungsweise verwendet werden, nur dass diese nunmehr nicht aus einem herkömmlichen Kunststoffmaterial gefertigt sind, sondern zumindest anteilig ein Superabsorber-Material umfassen. Im Normalzustand, wenn also vom Bauteil keine Flüssigkeit absorbiert wird, wird die normale Funktion dieser Bauteile, die vorliegend als Zusatzfunktion bezeichnet wird, auch nicht durch den Superabsorber-Materialanteil beeinträchtigt. Zusätzlich hat die Ausbildung eines solchen Bauteils anteilig zumindest aus Superabsorber-Material jedoch den großen Vorteil, dass in einem Fehlerfall, in welchem zum Beispiel Flüssigkeit in den Energiespeicher eindringt, durch das Bauteil diese Flüssigkeit zumindest zum Teil absorbiert werden kann. Auch Luftfeuchtigkeit kann durch das Bauteil reduziert werden. Die Erfindung erlaubt es damit vorteilhafterweise, Superabsorber-Materialien in einen Energiespeicher einzubringen, ohne dass hierbei zusätzliches Gewicht verursacht wird oder zusätzlicher Bauraum erforderlich ist, da solche Superabsorber-Materialien synergetisch über Kunststoff-Konstruktionsmaterialien eingebracht werden können und nicht als separate zusätzliche Komponente in einem Bauteil. Dies bedeutet eine enorme Gewichts- und Packageersparnis. Ein weiterer Vorteil ist, dass das eingebrachte Superabsorber-Material wie beschrieben die Luftfeuchtigkeit innerhalb des Energiespeichers reduzieren kann und zudem bei Undichtigkeiten gegebenenfalls eindringendes Wasser absorbiert werden kann. Damit kann die Sicherheit im Zusammenhang mit dem Energiespeicher deutlich gesteigert werden, und zwar auf besonders bauraumeffiziente und gewichtssparende Weise.
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Unter einem Superabsorber-Material kann insbesondere ein Superabsorber-Polymer bzw. ein superabsorbierendes Polymer verstanden werden. Im Allgemeinen sind Superabsorber wasserunlösliche, vernetzte Polymere, die in der Lage sind, unter Quellung und Ausbildung von Hydrogelen große Mengen an Wasser, wässrigen Flüssigkeiten oder ähnliches aufzunehmen und unter Druck zurückzuhalten. Superabsorber können dabei zum Beispiel mindestens das 100fache ihres Eigengewichts an Wasser absorbieren.
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Der Energiespeicher ist bevorzugt als Hochvoltenergiespeicher, insbesondere als Hochvolt-Batterie ausgebildet. Im Allgemeinen kann ein solcher Energiespeicher ein Batteriegehäuse mit mehreren darin angeordneten Batteriezellen aufweisen. Diese können optional auch zu Batteriemodulen zusammengefasst sein. Der Energiespeicher kann also beispielsweise auch mehrere Batteriemodule mit jeweils mehreren Batteriezellen umfassen. Die Batteriezellen können zum Beispiel als Lithium-Ionen-Zellen ausgebildet sein. Die Module können zudem über ein eigenes Modulgehäuse verfügen. Grundsätzlich kann das Bauteil, welches den Superabsorber als Konstruktionswerkstoff umfasst, als Teil jener dieser genannten Komponenten oder zahlreicher weiterer, in einem solchen Energiespeicher vorkommenden Komponenten ausgebildet sein, die aus einem Kunststoffmaterial sind. Beispiele hierfür sind zum Beispiel Abdeckungen, Kabelführungsteile, Konstruktionsstrukturen, Kabelbinder, Ummantelungen, und so weiter. Weitere Bauteile werden später noch näher erläutert.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Kunststoffmaterial als materialschlüssige Verbindung des Superabsorber-Materials mit mindestens einem von einem Superabsorber-Material verschiedenen Kunststoff bereitgestellt, insbesondere in Form einer homogenen Materialmischung. Die Kombination mit mindestens einem weiteren Kunststoff ist dabei sehr vorteilhaft, da es dies auf einfache Weise erlaubt, das Bauteil mit den gewünschten Eigenschaften zu versehen. Solche Eigenschaften beziehen sich dabei zum Beispiel auf die thermische Leitfähigkeit des Bauteils, auf die elektrische Leitfähigkeit des Bauteils, mechanische Eigenschaften des Bauteils, eine Temperaturstabilität des Bauteils, das Kriechverhalten des Bauteils, das Quellverhalten im Kontakt mit Wasser, und so weiter. All diese Eigenschaften lassen sich durch eine Kunststoffmischung mit zumindest einem weiteren Kunststoff gezielt einstellen. Somit lässt sich das Bauteil mit den zur Ausführung der Zusatzfunktion geeigneten Eigenschaften bereitstellen und gleichzeitig zusätzlich mit wasserabsorbierenden oder im Allgemeinen flüssigkeitsabsorbierenden Eigenschaften versehen, ohne zusätzlich hierfür extra Bauraum oder Gewicht einzufordern. Je nach Kunststoffmischung kann das Bauteil zum Beispiel als formstabiles, steifes Bauteil ausgebildet sein, oder auch biegbar oder elastisch deformierbar oder komprimierbar oder ähnliches.
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Dabei kann das Kunststoffmaterial mindestens einen von einem Superabsorber-Material verschiedenen Kunststoff umfassen und ein Polymerblend oder eine Polymerlegierung darstellen. Hierdurch kann vorteilhafterweise eine stoffschlüssige Verbindung zwischen verschiedenen Kunststoffmaterialien, umfassend das Superabsorber-Material, bereitgestellt werden. Dadurch lässt sich das Kunststoffmaterial auf besonders einfache Weise zum Beispiel mit homogenen Materialeigenschaften bereitstellen, was für sehr viele Bauteile von Vorteil ist. Nichts desto weniger wäre eine formschlüssige Vermischung verschiedener Kunststoffkomponenten zur Bereitstellung des Kunststoffmaterials, umfassend das Superabsorber-Material, ebenfalls denkbar.
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Grundsätzlich können das Superabsorber-Material und der mindestens eine weitere Kunststoff dabei auf verschiedene Weisen gemischt werden bzw. auf mikroskopischer Ebene eine Verbindung eingehen. Insbesondere können sich die Polymerketten des Superabsorber-Materials und die Polymerketten des mindestens einen weiteren Kunststoffs miteinander verwinden bzw. verknäulen, ohne dabei auf mikroskopischer Ebene eine materialschlüssige Verbindung einzugehen, oder sie können sich zu gemeinsamen Polymerketten materialschlüssig verbinden, so dass eine einzelne Polymerkette des Kunststoffmaterials des Bauteils dann z.B. einen Abschnitt aufweist, der durch eine Polymerkette des Superabsorber-Materials bereitgestellt ist und einen Abschnitt, der durch eine Polymerkette des weiteren Kunststoffmaterials bereitgestellt ist. Dies ist z.B. bei einem Copolymer der Fall.
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Zudem kann es auch vorgesehen sein, dass das Kunststoffmaterial einen faserverstärkten Kunststoff umfasst, insbesondere umfassend Verstärkungsfasern, die als Glasfasern und/oder Karbonfasern bereitgestellt sind. Dadurch kann das Kunststoffmaterial mit besonders hohen Festigkeitseigenschaften bereitgestellt sein, zum Beispiel mit einer besonders hohen Zugfestigkeit, wodurch das Kunststoffmaterial besonders geeignet ist, um zum Beispiel ein Spannband zur Verspannung eines Zellstapels des Energiespeichers als das Bauteil bereitzustellen. Die Ausbildung als faserverstärkter Kunststoff ist aber auch für zahlreiche andere Bauteile im Energiespeicher sehr vorteilhaft.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Kunststoffmaterial vollständig durch das Superabsorber-Material bereitgestellt. Wenngleich auch weniger bevorzugt, so ist es dennoch möglich, das gesamte Bauteil aus dem Superabsorber-Material herzustellen beziehungsweise bereitzustellen. Dadurch kann das Bauteil mit einem sehr großen Flüssigkeitsabsorptionsvermögen bereitgestellt werden. Dies ist von Vorteil, wenn sonst keine großen Anforderungen an die vom Bauteil zu erfüllende Zusatzfunktion gestellt werden und das Bauteil zum Beispiel lediglich als Abdeckung oder ähnliches fungiert.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das mindestens eine Bauteil als ein Spritzguss-Bauteil und/oder Tiefziehbauteil und/oder 3D-Druckbauteil und/oder Pressbauteil ausgebildet. Mit anderen Worten kann der unter Verwendung des Superabsorber-Materials bereitgestellte Konstruktionskunststoff vorteilhafterweise verwendet werden, um beliebige Bauteile in einem Spritzgussverfahren zu formen oder herzustellen oder mittels eines Tiefziehverfahrens oder mittels 3D-Druck oder mittels Pressens, insbesondere Warmfließpressens, oder auch mittels eines beliebigen anderen Herstellungsverfahrens. Somit lässt sich fast jedes beliebige Kunststoffbauteil auf besonders einfache Weise fertigen und mit flüssigkeitsabsorbierenden Eigenschaften versehen.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst der Energiespeicher mehrere Batteriezellen, wobei das Bauteil zwischen mindestens zwei der Batteriezellen als ein Zelltrennelement angeordnet ist, insbesondere wobei die Batteriezellen zur Bildung eines Zellstapels in einer Stapelrichtung nebeneinander angeordnet sind und der Energiespeicher mehrere der Bauteile umfasst, wobei zwischen je zwei der in der Stapelrichtung benachbart angeordneten Batteriezellen eines der Bauteile als Zelltrennelement angeordnet ist.
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Diese Ausgestaltung ist besonders vorteilhaft, da durch das Bauteil als Zelltrennelement eine besonders große Schutzfunktion durch die zusätzlichen flüssigkeitsabsorbierenden Eigenschaften des Bauteils erzielt werden können. Ein Zelltrennelement kann dabei im Allgemeinen mehrere Funktionen erfüllen. Insbesondere ist ein solches Zelltrennelement beispielsweise dazu ausgelegt, die Batteriezellen, zwischen denen es angeordnet ist, elektrisch und auch thermisch voneinander zu isolieren. Auch kann ein solches Zelltrennelement zumindest zum Teil deformierbar beziehungsweise komprimierbar, insbesondere elastisch deformierbar, ausgebildet sein, um Verspannkräfte und Swellingkräfte der Zellen aufnehmen zu können. Gerät nunmehr ein solches Zelltrennelement, zum Beispiel wenn unerwünschterweise Flüssigkeit in den Energiespeicher eintritt, mit dieser Flüssigkeit in Kontakt, so kann das den Superabsorber umfassende Zelltrennelement nunmehr diese Flüssigkeit absorbieren, zumindest zum Teil, und schwillt dabei an. Durch das Aufquellen verliert das Zelltrennelement entsprechend seine Struktursteifigkeit und kann sich in kleinste Ritzen und Zwischenräume pressen. Dieses „Wasserpolster“ zwischen den Zellen kann dann entsprechend als zusätzliche thermische Barriere zwischen den Zellen dienen, was vor allem im Falle eines thermischen Durchgehens einer Batteriezelle sehr vorteilhaft ist. Gerade im Fehlerfall sorgen solche Zelltrennelemente mit dem Superabsorber-Material dann dafür, dass eine mögliche thermische Propagation innerhalb des Energiespeichers aufgehalten werden kann.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Energiespeicher mindestens eine der folgenden Komponenten auf und das Bauteil ist als zumindest ein Teil mindestens einer dieser folgenden aufgeführten Komponenten ausgeführt: Ein Batteriegehäuse, in welchem mehrere Batteriezellen, insbesondere mehrere Batteriemodule mit jeweils mehreren Batteriezellen angeordnet sind, ein Modulgehäuse eines Batteriemoduls, in welchem mehrere vom Energiespeicher umfasste Batteriezellen angeordnet sind, eine Spanneinrichtung zum Verspannen eines vom Batteriemodul umfassten Zellstapels mehrerer in einer Stapelrichtung gestapelter Batteriezellen, mindestens eine von zwei Endplatten der Spanneinrichtung und/oder ein Spannband der Spanneinrichtung, das die Endplatten zusammen mit dem Zellstapel umspannt, ein Gehäuse einer Elektronikkomponente, die an eine der Endplatten des Modulgehäuses angeordnet ist, ein Gehäuse einer anderen Elektronikkomponente, ein Komponentengehäuse, das insbesondere vom Batteriegehäuse und vom Modulgehäuse verschieden ist, insbesondere ein Komponentengehäuse eines Sensors, eines elektrischen und/oder anderen Elektronikbauteils, eine Halterung oder ein Griff, insbesondere an einem oder mehreren Batteriemodulen, eine Kabelhalterung beziehungsweise ein Kabelbinder und/oder Kabelführungsteile und/oder eine mehrere Kabel umschließende Kabelummantelung, ein Befestigungselement, ein Berührschutz, insbesondere an einem spannungsführenden Bauteil, wie z.B. an einem Zellverbinder, der Batteriezellen elektrisch miteinander verbindet, und/oder an einem Polterminal einer Batteriezelle und/oder an einem Modulverbinders zur elektrischen Verbindung zweier Batteriemodule, eine Abdeckung, insbesondere eine Schutzabdeckung, ein Abstandshalter, ein Verkleidungsbauteil, eine Batterieschalteinheit beziehungsweise eine Battery Junction Box, oder ein Isolationselement zur elektrischen Isolierung einer ersten Komponente gegenüber einer Umgebung oder gegenüber einer zweiten Komponente, insbesondere wobei die erste Komponente einen Zellpol oder einen Zellverbinder oder einen Modulverbinder darstellt, und die zweite Komponente eine elektrisch leitfähige Komponente, insbesondere ein Teil des Batteriegehäuses oder einer Kühleinrichtung oder ähnliches.
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Damit stehen vorteilhafterweise zahlreiche Möglichkeiten bereit, ein Superabsorber-Material als Konstruktionskunststoff in eine oder mehrere oder alle dieser genannten Komponenten zu integrieren oder auch in andere vorliegend nicht explizit genannte Komponenten als Bauteile zu integrieren. Damit stehen zahlreiche Einsatzmöglichkeiten bereit.
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Entsprechend stellt es eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung dar, wenn die dem mindestens einen Bauteil zugeordnete Zusatzfunktion mindestens eine der folgenden darstellt: Eine elektrisch isolierende Funktion, eine Schutzfunktion, eine einhausende Funktion, eine haltende oder stabilisierende Funktion, eine Bereitstellung eines Mindestabstands zweier Komponenten des Energiespeichers zueinander, eine Funktion einer Zelltrennung zweier Batteriezellen, insbesondere räumlich, elektrisch und thermisch, eine befestigende und/oder fixierende Funktion, eine abdeckende Funktion.
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Grundsätzlich kann diese Zusatzfunktion auch als Primärfunktion des Bauteils bezeichnet werden, während die flüssigkeitsabsorbierende Funktion als Zusatzfunktion bezeichnet werden kann. Das Bauteil dient also primär einem anderen Zweck als dem, Flüssigkeit im Energiespeicher zu absorbieren. Abgesehen von der möglichen Absorption oder Reduktion der Luftfeuchtigkeit im Energiespeicher übernimmt das Bauteil diese flüssigkeitsabsorbierende Funktion nur im Ausnahmefall beziehungsweise Notfall. Regulär ist das Bauteil für einen anderen Hauptzweck vorgesehen. Dies macht die Integration des Superabsorbers in den Konstruktionswerkstoff dieses Bauteils besonders effizient, da weder zusätzlicher Bauraum noch zusätzliches Gewicht die Folge ist, um diese flüssigkeitsabsorbierende Zusatzfunktion in ein Bauteil zu integrieren, die ohnehin nur sehr selten wenn überhaupt zum Einsatz kommt, dann jedoch die Sicherheit des Energiespeichers deutlich steigern kann.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung auch ein Kraftfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Energiespeicher oder eine seiner Ausgestaltungen.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Herstellen eines Energiespeichers mit einer Schutzvorrichtung für zumindest eine Batteriezelle des Energiespeichers, wobei der Energiespeicher mit mindestens einem Bauteil aus einem Kunststoffmaterial hergestellt wird. Dabei wird das mindestens eine Bauteil als Teil der Schutzvorrichtung aus einem Kunststoffmaterial hergestellt, das ein Superabsorber-Material umfasst, so dass das mindestens eine Bauteil zur Absorption von Flüssigkeit ausgebildet ist, wobei dem Bauteil zusätzlich eine von der Absorption von Flüssigkeit verschiedene Zusatzfunktion zugeordnet ist.
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Die für den erfindungsgemäßen Energiespeicher und seine Ausgestaltungen genannten Vorteile gelten in gleicher Weise für das erfindungsgemäße Verfahren.
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Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Energiespeichers beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens hier nicht noch einmal beschrieben.
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Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, oder als Personenbus oder Motorrad ausgestaltet.
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Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen. Die Erfindung umfasst also auch Realisierungen, die jeweils eine Kombination der Merkmale mehrerer der beschriebenen Ausführungsformen aufweisen, sofern die Ausführungsformen nicht als sich gegenseitig ausschließend beschrieben wurden.
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Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung eines Energiespeichers gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 2 eine schematische Darstellung eines Energiespeichers gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 3 eine schematische Darstellung eines Batteriemoduls für einen Energiespeicher gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
- 4 eine schematische Darstellung eines Batteriemoduls für einen Energiespeicher gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
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In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Energiespeichers 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der Energiespeicher 10 ist dabei in Form einer Hochvolt-Batterie 10 ausgebildet. Weiterhin zeigt 1 den Energiespeicher 10 dabei in einem nur zum Teil zusammengebauten Zustand. Der Energiespeicher 10 weist dabei ein Batteriegehäuse 12 auf, welches wiederum mehrere Aufnahmebereiche 14 zur Aufnahme von Batteriemodulen 16 bereitstellt. Ein Batteriemodul 16 umfasst dabei wiederum mehrere Batteriezellen 18. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind nur einige der Zellen 18, der Batteriemodule 16 und der Aufnahmebereiche 14 mit einem Bezugszeichen versehen. Die Aufnahmebereiche 14 sind weiterhin durch Trennwände 20 des Gehäuses 12 voneinander separiert. Die Batteriemodule 16 sind über Modulverbinder 22 miteinander elektrisch verschaltet, von denen in 1 vorliegend lediglich die die Modulverbinder 22 als Berührschutz elektrisch isolierenden Isolationen 24 zu sehen sind. Auf den Batteriemodulen 16 ist zudem eine Abdeckung 26 angeordnet, die vorliegend ebenfalls nur zum Teil montiert ist. Der Energiespeicher 10 umfasst zudem noch eine Batterieschalteinheit 28 mit den Hochvolt-Anschlüssen 30, von denen ebenfalls vorliegend lediglich der diese ummantelnde Berührschutz 32 zu sehen ist.
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Auch von den Modulverbindern 22 beziehungsweise deren elektrischen Isolierungen 24 sind aus Gründen der Übersichtlichkeit nur manche mit einem Bezugszeichen versehen.
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Auch die Batteriemodule 16 sind oberseitig mit einer Abdeckung 17 versehen. Damit gibt es in einem Energiespeicher 10 zahlreiche Bauteile 34, die aus Kunststoff 36 gefertigt sind, wobei dieser Kunststoff 36 bevorzugt ein Superabsorber-Material 38 umfasst. Mit anderen Worten soll dabei ein solches Superabsorber-Material 38 beziehungsweise ein Superabsorber-Polymer Teil des Konstruktionskunststoffs 36 sein, aus welchem diese Bauteile 34 gefertigt sind. Bei diesen Bauteilen 34 kann es sich zum Beispiel um die Abdeckung 17 der Batteriemodule 16 handeln, um den Berührschutz 24 der Modulverbinder, um die oberseitige Abdeckung 26, um den Berührschutz 32 der Hochvolt-Anschlüsse 30, und so weiter. Auch Gehäuse 40 von elektrischen oder elektronischen Komponenten können solche Bauteile 34 darstellen.
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2 zeigt eine schematische Darstellung eines Energiespeichers 10 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dieser kann grundsätzlich wie zu 1 beschrieben ausgebildet sein, lediglich sind hierbei die Gestaltung des Innenraums des Gehäuses 12 und der Batteriemodule 16 etwas anders ausgeführt. Hierbei ist zum Beispiel zu sehen, dass die Batteriezellen 18 durch Zelltrennelemente 42 voneinander elektrisch und thermisch isoliert sind, die dabei ebenfalls ein solches Bauteil aus einem Kunststoffmaterial 36 mit einem Superabsorber-Material 38 darstellen können. Ebenfalls ein solches Bauteil 34 können noch folgende Komponenten darstellen: Abdeckungs- und Verkleidungsbauteile 44, Kabelummantelungen 46, in denen insbesondere mehrere Einzelkabel geführt sind, Griffe 48 an den Batteriemodulen 16 zum Handling der Batteriemodule im Zusammenbau, Isolierungen 50 beziehungsweise Gehäuse 50 von Lüsterklemmen 52 beziehungsweise Kontaktierungseinheiten 52 zum elektrischen Verbinden von elektrischen Leitern, und so weiter.
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3 zeigt eine schematische Darstellung eines Batteriemoduls 16 für einen Energiespeicher 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Batteriemodul 16 weist wie beschrieben eine Abdeckung 17 auf, die ebenfalls als solches Bauteil 34 mit einem Superabsorber-Material 38 ausgeführt werden kann. Zudem ist in dieser Darstellung noch ersichtlich, dass das Modul 16 ein Modulgehäuse 51 umfasst. Dieses weist zum Beispiel zwei Endplatten 53 auf, die das Modul 26 in und entgegen Stapelrichtung x begrenzen. Diese können mit Seitenplatten 54 oder einem geschlossen umlaufenden Spannband zueinander verspannt sein. An einer der Endplatten 53 ist zudem ein Zellmodul-Controller 56 angeordnet, der ebenfalls ein Gehäuse 58 aufweist. Außerdem ist im Bereich einer der Endplatten 53 auch noch ein Modulanschluss beziehungsweise Hochvolt-Anschluss 60 und dessen Isolierung 62 dargestellt. All diese aus Kunststoffen gefertigte Komponenten können ebenfalls das Bauteil 34 mit einem Superabsorber-Material 38 darstellen.
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4 zeigt nochmal eine schematische Darstellung eines Batteriemoduls 16 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Zellgehäuse der Zellen 18 können dabei von elektrischen Isolierungen 64 ummantelt sein, die ebenfalls als Bauteil mit einem Superabsorber-Material 38 bereitgestellt sein können. Diese genannten Kunststoffteile 34 müssen dabei nicht zu 100 Prozent aus dem Superabsorber-Material 38 gefertigt sein, was dennoch prinzipiell möglich ist, sondern es ist auch möglich und bevorzugt, das Superabsorber-Material 38 zur Bereitstellung des Konstruktionskunststoffs 36, aus welchem diese Bauteile 34 gefertigt sind, mit üblichen Konstruktionskunststoffen zu vermischen und zum Beispiel als so genannten Blend bereitzustellen. Damit kann das Superabsorber-Material 38 zur Bereitstellung des Kunststoff 36 stoffschlüssig mit anderen Konstruktionskunststoffen vermischt werden. Durch die Kunststoffmischung können alle gewünschten beziehungsweise relevanten Eigenschaften, zum Beispiel thermische Leitfähigkeit, elektrische Leitfähigkeit, mechanische Eigenschaften, Temperaturstabilität, Kriechverhalten, und so weiter, Quellverhalten im Kontakt mit Wasser, gezielt eingestellt werden. Um also Bauteile 34 mit superabsorbierenden Eigenschaften zu versehen, sind keine zusätzlichen Komponenten erforderlich, sondern diese Bauteile können wie üblich ausgebildet werden, jedoch aus einem anderen als bislang üblichen Kunststoffmaterial 36, welches zumindest anteilig ein superabsorbierendes Polymer umfasst.
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Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch die Erfindung Superabsorber als Konstruktionskunststoffmaterial innerhalb einer Hochvolt-Batterie bereitgestellt werden können. Der große Vorteil dabei ist, dass Superabsorber, welche mit extra Gewicht und Bauraum eingebracht werden würden, nunmehr synergetisch über Kunststoff-Konstruktionsmaterialien eingebracht werden, was eine Gewichts- und Package-Ersparnis mit sich bringt. Ein weiterer Vorteil ist, dass eingebrachtes Superabsorber-Material die Luftfeuchtigkeit innerhalb der Batterie reduziert. Zudem würde bei Undichtigkeit gegebenenfalls eindringendes Wasser absorbiert werden. Die Sicherheit des Energiespeichers kann damit auf einfache und kostengünstige Weise deutlich gesteigert werden, ohne zusätzlich Gewicht oder Bauraum zu beanspruchen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102020104650 A1 [0003]
- DE 102012220400 A1 [0005]
