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Die Erfindung betrifft einen elektrischen Energiespeicher für ein Kraftfahrzeug, vorzugsweise ein Nutzfahrzeug. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen eines elektrischen Energiespeichers für ein Kraftfahrzeug.
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Hybrid-, Plug-In-Hybrid-, Brennstoffzellen- und Elektrofahrzeuge verfügen über Traktionsenergiespeicher, welche zur Aufnahme von elektrischer Rekuperationsenergie und Bereitstellung von elektrischer Antriebsenergie dienen können. Traktionsenergiespeicher können auf Basis von Akkumulatoren, z. B. Li-lonen-Batterien, gebildet sein. Derartige Traktionsenergiespeicher können beispielsweise modular aufgebaut sein, wobei einzelne Batteriezellen stapelartig oder nebeneinander angeordnet und elektrisch zu einzelnen Batteriemodulen zusammengefasst sind, die wiederum innerhalb eines Gehäuses in Reihe oder parallel geschaltet sind.
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Herkömmliche Anordnungen von Batteriezellen können den Nachteil aufweisen, dass ein relativ großer Bauraumbedarf besteht und damit die Energiedichte bezogen auf das benötigte Bauraumvolumen relativ gering ist.
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Nachteilig am bekannten Stand der Technik kann ferner sein, dass die Halterungen bzw. Träger der Batteriezellen nur vergleichsweise aufwendig und damit kostenintensiv gefertigt werden können.
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Ein weiterer Nachteil herkömmlicher Techniken kann in der ungenügenden Berücksichtigung der Recyclebarkeit zum Ende der Lebensdauer der elektrischen Energiespeicher hin bestehen. Beispielsweise kann die Recyclebarkeit herkömmlich schon bei der Demontage durch viele Klebestellen usw. beeinträchtigt sein.
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Die
DE 10 2008 059 966 B4 offenbart eine Batterie mit mehreren in einem Zellenverbund angeordneten Batteriezellen, einer Kühlvorrichtung zur Temperierung der Batteriezellen und elektrischen Bauelementen zur Überwachung und/oder Steuerung von Batteriefunktionen. Die Kühlvorrichtung weist eine am Zellenverbund angeordnete Kühlplatte auf, welche in ihrem Inneren einen Kühlkanal aufweist, der von einem Kühlmittel durchströmbar ist. Am Zellenverbund ist eine Andruckplatte zum Andrücken der Batteriezellen an die Kühlplatte angeordnet. Die Andruckplatte enthält wenigstens eines der elektrischen Bauelemente. Der Zellenverbund und die Kühlplatte sind durch um sie herum geführte Spannelemente aneinandergepresst, wobei die Spannelemente elastische Mittel enthalten.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine verbesserte Technik zum Tragen von Batteriezellen eines elektrischen Energiespeichers zu schaffen, die vorhandene Nachteile, z. B. die oben genannten Nachteile, zumindest teilweise überwindet.
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Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung angegeben.
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Ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft einen elektrischen Energiespeicher für ein Kraftfahrzeug, vorzugsweise ein Nutzfahrzeug. Der elektrische Energiespeicher weist einen, vorzugsweise schalenförmigen, (z. B. Blech-) Tragkasten auf. Der elektrische Energiespeicher weist mehrere Batteriezellen, die nebeneinander in dem Tragkasten angeordnet sind (z. B. vollständig innerhalb des Tragkastens und/oder in gemeinsamen Ausrichtungsebene), auf, vorzugsweise gruppiert zu mehreren (z. B. parallel) nebeneinander angeordneten Batteriezellenstapeln. Der elektrische Energiespeicher weist mehrere (z. B. öffenbare bzw. lösbare) Spannbänder auf, die (z. B. vollständig) um den Tragkasten zum Verspannen des Tragkastens gespannt sind.
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Vorteilhaft können durch den Tragkasten mit Spannfunktion durch die Spannbänder Batteriezellen kompakt und mit geringer Komplexität miteinander verspannt und bspw. in einem Au-ßengehäuse integriert werden. Durch die Verspannung ist es vorzugsweise nicht notwendig, dass die Batteriezellen mit Klebstoffen untereinander verbunden werden. Vorteilhaft können dadurch die Montierbarkeit und die Demontierbarkeit verbessert werden. Mittels der Spannbänder können die Batteriezellen einen einstellbaren Gegendruck erfahren, um ein mögliches Altern der Batteriezellen zu verlangsamen. Mittels der Spannbänder kann der Tragkasten versteift werden, wodurch sich die Konstruktion des Tragkastens selbst vereinfachen lässt, da dieser an sich auch weniger steif konstruiert werden kann. Das Verspannen kann bevorzugt über Zugspannbänder realisiert werden. Der verspannte Tragkasten kann somit in sich steif sein, hohe Eigenfrequenzen aufweisen und innere Kräfte (z. B. Swelling der Batteriezellen) gut kompensieren. Vorteilhaft kann der Tragkasten daher ermöglichen, dass nur wenige Anbindungspunkte zu einem Außengehäuse notwendig sind. Dies kann vorzugsweise ein gutes thermisches Verhalten und eine verbesserte Crashsicherheit ermöglichen. Vorteilhaft ermöglicht die Tragkastenform zudem, dass die Konstruktion für verschiedene Zellformen (z. B. Pouchzellen, Rundzellen usw.) verwendet werden kann.
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Besonders bevorzugt sind Batteriezellen der Batteriezellenstapel nicht miteinander und/oder nicht mit dem Tragkasten verklebt. Vorteilhaft kann damit sowohl eine Montage als auch eine Demontage erleichtert werden.
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In einem Ausführungsbeispiel sind die mehreren Spannbänder längs und/oder quer um den Tragkasten gespannt. Vorteilhaft kann der Tragkasten somit an mehreren, vorzugsweise allen Seiten, versteift werden.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel weisen die mehreren Spannbänder mindestens ein Längs-Spannband auf, das den Tragkasten entlang einer Längsachse des Tragkastens und/oder quer, vorzugsweise senkrecht, zu einer Stapelrichtung eines der mehreren Batteriezellenstapel umspannt. Vorzugsweise kann das mindestens eine Längs-Spannband die mehreren Batteriezellenstapel gegeneinander und/oder gegen den Tragkasten verspannen. Vorteilhaft kann der Tragkasten somit entlang seiner Längsachse verspannt und versteift werden.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel weisen die mehreren Spannbänder mindestens ein Quer-Spannband auf, das den Tragkasten entlang einer Querachse des Tragkastens und/oder parallel zu einer Stapelrichtung eines der mehreren Batteriezellenstapel umspannt. Vorzugsweise kann das mindestens eine Quer-Spannband jeweils Batteriezellen eines der mehreren Batteriezellenstapel gegeneinander und/oder gegen den Tragkasten verspannen. Vorteilhaft kann der Tragkasten somit entlang seiner Querachse verspannt und versteift werden.
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In einer Ausführungsform weist der Tragkasten mindestens eine, vorzugsweise mit Kühlmittel durchströmbare, Kühleinrichtung, vorzugsweise Kühlplatte, zum Kühlen der mehreren Batteriezellen auf. Vorteilhaft kann die Kühleinrichtung somit direkt in den Tragkasten integriert werden. Separate Kühl- und Stützplatte sowie deren Verschraubung, wie herkömmlich vorgesehen, können damit entfallen.
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In einer weiteren Ausführungsform weist die mindestens eine Kühleinrichtung eine Boden-Kühleinrichtung, die in einer Bodenplatte des Tragkastens integriert ist, und/oder mindestens eine Querseiten-Kühleinrichtung, die in einer Querseitenwand oder beiden Querseitenwänden des Tragkastens integriert ist, und/oder mindestens eine Längsseiten-Kühleinrichtung, die in einer Längsseitenwand oder beiden Längsseitenwänden des Tragkastens integriert ist, auf. Vorteilhaft kann der Tragkasten somit eine besonders kompakte und wirksame Kühlung der Batteriezellen ermöglichen.
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In einer weiteren Ausführungsform sind die mehreren Batteriezellen zu mehreren, vorzugsweise zwei, drei, vier, fünf oder mehr, Batteriezellenstapeln gruppiert, die zumindest teilweise parallel nebeneinander und/oder in einer gemeinsamen Ausrichtungsebene angeordnet sind.
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In einer Ausführungsvariante ist der Tragkasten aus einer Bodenplatte, zwei Längsseitenwänden, die einander gegenüberliegen, und zwei Querseitenwänden, die einander gegenüberliegen, gebildet. Vorteilhaft kann somit eine einfache und dennoch vollfunktionsfähige Konstruktion ermöglicht werden.
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In einer weiteren Ausführungsvariante weist der elektrische Energiespeicher ferner eine Abdeckung (z. B. Deckplatte) auf, die den Tragkasten abdeckt (z. B. von oben). Vorzugsweise können die mehreren Spannbänder um den Tragkasten und die Abdeckung zum Verspannen des Tragkastens gespannt sein. Vorteilhaft kann damit eine besonders steife Struktur ermöglicht werden.
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Beispielsweise kann der Tragkasten oben offen sein, und die Abdeckung kann an einem oberen, umlaufenden Rand des Tragkastens angeordnet sein.
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In einem Ausführungsbeispiel kann der Tragkasten ein Aluminiumblech-Tragkasten sein.
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Alternativ kann der Tragkasten beispielsweise teilweise oder vollständig als ein Guss-Tragkasten, vorzugsweise Strangguss-Tragkasten, ausgeführt sein. Es ist auch möglich, dass der Tragkasten teilweise als ein U-Strangguss-Tragkasten gebildet ist.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann die Abdeckung eine Stahlblech-Abdeckung sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Abdeckung aus einem Material mit einer größeren Steifigkeit (z. B. E-Modul) hergestellt sein als ein Material, aus dem der Tragkasten hergestellt ist. Alternativ oder zusätzlich kann die Abdeckung den Tragkasten versteifen.
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Es ist auch möglich, dass keine Abdeckung (z. B. Deckplatte) für den Tragkasten umfasst ist bzw. dass der Tragkasten abdeckungsfrei (deckplattenfrei) ist.
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In einer Ausführungsform weist die Abdeckung mehrere Durchgangsöffnungen zum Entgasen der mehreren Batteriezellen auf. vorzugsweise können die mehreren Durchgangsöffnungen als Langlöcher ausgeführt sein, deren Längsachsen parallel zu Längsachsen der mehreren Batteriezellenstapel angeordnet sind. Alternativ oder zusätzlich können die mehreren Durchgangsöffnungen direkt oberhalb von Entgasungselementen der mehreren Batteriezellen angeordnet sein.
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In einer weiteren Ausführungsform weist der elektrische Energiespeicher ferner ein, vorzugsweise rahmenförmiges, Außengehäuse auf, wobei der Tragkasten in dem Außengehäuse angeordnet, vorzugsweise eingehängt, ist.
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In einer Ausführungsvariante weist der Tragkasten an dessen Außenumfang mehrere, (z. B. ≤ 10, ≤ 8, ≤ 6 oder ≤ 4) säulenförmig vorstehende oder rippenförmig vorstehende Stützabschnitte auf, an denen der Tragkasten innen an dem Außengehäuse abgestützt ist. Vorteilhaft kann damit der Vorteil der steifen Konstruktion aus Tragkasten und Spannbändern zum Verbessern des thermischen Verhaltens und der Crashsicherheit ausgenutzt werden.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft ein Kraftfahrzeug, vorzugsweise Nutzfahrzeug, besonders bevorzugt Lastkraftwagen oder Omnibus, aufweisend mindestens einen elektrischen Energiespeicher wie hierin offenbart.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines elektrischen Energiespeichers, vorzugsweise wie hierin offenbart, für ein Kraftfahrzeug. Das Verfahren weist ein Bereitstellen eines, vorzugsweise schalenförmigen, (z. B. Blech-) Tragkastens und mehrerer Batteriezellen, die nebeneinander in dem Tragkasten angeordnet sind (z. B. vollständig innerhalb des Tragkastens und/oder in einer gemeinsamen Ausrichtungsebene), vorzugsweise gruppiert zu mehreren (z. B. parallel) nebeneinander angeordneten Batteriezellenstapeln. Das Verfahren weist ferner ein Umspannen (z. B. Längsumspannen und/oder Querumspannen) des Tragkastens mit mehreren (z. B. öffenbaren bzw. lösbaren) Spannbändern zum Verspannen des Tragkastens und vorzugsweise der darin angeordneten Batteriezellen auf. Vorteilhaft können mit der Verfahren die gleichen Vorteile erzielt werden, die bereits unter Bezugnahme auf den elektrischen Energiespeicher erläutert wurden.
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In einem Ausführungsbeispiel weist das Verfahren ferner ein Abdecken des Tragkastens mit einer Abdeckung, bevor der Tragkasten zusammen mit der Abdeckung von den mehreren Spannbändern umspannt wird, auf.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel weist das Bereitstellen auf:
- - Bereitstellen (z. B. Fertigen) eines ersten Abschnitts des Tragkastens, wobei der erste Abschnitt eine Bodenplatte, eine erste Querseitenwand und eine erste Längsseitenwand aufweist,
- - Positionieren der mehreren Batteriezellen in dem ersten Abschnitt, und vorzugsweise danach
- - Verbinden eines zweiten Abschnitts des Tragkastens mit dem ersten Abschnitt, wobei der zweite Abschnitt eine zweite Querseitenwand und eine zweite Längsseitenwand aufweist, vorzugsweise zum Vorverspannen der mehreren Batteriezellen in dem Tragkasten.
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Die zuvor beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen und Merkmale der Erfindung sind beliebig miteinander kombinierbar. Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden im Folgenden unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
- 1 eine perspektivische Ansicht eines Bereichs eines elektrischen Energiespeichers gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung;
- 2 eine perspektivische Ansicht von Komponenten des beispielhaften elektrischen Energiespeichers, nämlich eines Tragkastens gefüllt mehreren Batteriezellenstapeln und verspannt mit mehreren Spannbändern;
- 3 eine perspektivische Ansicht von Komponenten des beispielhaften elektrischen Energiespeichers, nämlich eines Tragkastens gefüllt mehreren Batteriezellenstapeln;
- 4 eine perspektivische Ansicht eines Tragkastens und einer Abdeckung des beispielhaften elektrischen Energiespeichers;
- 5 eine perspektivische Ansicht eines Tragkastens des beispielhaften elektrischen Energiespeichers; und
- 6 eine weitere perspektivische Ansicht eines Tragkastens des beispielhaften elektrischen Energiespeichers.
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Die in den Figuren gezeigten Ausführungsformen stimmen zumindest teilweise überein, so dass ähnliche oder identische Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind und zu deren Erläuterung auch auf die Beschreibung der anderen Ausführungsformen bzw. Figuren verwiesen wird, um Wiederholungen zu vermeiden.
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Die 1 zeigt einen Bereich eines elektrischen Energiespeichers 10 für ein Kraftfahrzeug.
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Das Kraftfahrzeug ist vorzugsweise als ein Nutzfahrzeug, z. B. ein Lastkraftwagen oder ein Omnibus, ausgeführt. Beispielsweise kann der Lastkraftwagen einen (z. B. Lade-) Aufbau aufweisen oder als ein Sattelzugfahrzeug ausgeführt sein.
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Bevorzugt ist das Kraftfahrzeug elektrisch angetrieben. Der Energiespeicher 10 kann als eine Traktionsbatterie zum Bereitstellen von elektrischer Energie zum Antreiben des Kraftfahrzeugs ausgebildet sein. Beispielsweise kann das Kraftfahrzeug mittels eines zentralen Elektroantriebs, mittels mehrerer Elektroradnabenantriebe oder mehrerer radnaher Elektroantriebe angetrieben sein. Der Energiespeicher 10 kann beispielsweise extern über ein an einer Ladesteckdose des Kraftfahrzeugs angeschlossenes elektrisches Ladekabel und/oder mittels Rekuperation geladen werden.
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Bevorzugt kann der Energiespeicher 10 an einem Fahrzeugrahmen des Kraftfahrzeugs angebracht sein. Der Fahrzeugrahmen kann beispielsweise als Gitterrahmen oder bevorzugt als Leiterrahmen ausgeführt sein. Der Energiespeicher 10 kann vorzugsweise außen an einem Hauptlängsträger des Leiterrahmens oder zwischen den beiden Hauptlängsträgern des Leiterrahmens angeordnet sein.
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Der Energiespeicher 10 weist Batteriezellen 14, z. B. gruppiert zu mehreren Batteriezellenstapeln 12, auf. Der Energiespeicher 10 weist ferner einen Tragkasten 18 und mehrere Spannbänder 40, 42 auf.
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Die Batteriezellen 14 sind nebeneinander in dem Tragkasten 18 angeordnet.
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Die Batteriezellenstapel 12 können jeweils mehrere Batteriezellen 14 aufweisen. Bevorzugt sind die Batteriezellenstapel 12 parallel nebeneinander in dem Tragkasten 18 angeordnet, wie beispielsweise in 1, 2 und 3 dargestellt ist. Im Einzelnen können beispielsweise die jeweiligen Stapelrichtungen oder Längsachsen der Batteriezellenstapel 12 parallel zueinander angeordnet sein. Es ist allerdings auch möglich, dass die Batteriezellenstapel 12 zumindest teilweise winkelig, z. B. quer, zueinander angeordnet sind (nicht in den Figuren dargestellt). Die Batteriezellenstapel 12 können in einer gemeinsamen Ausrichtungsebene bzw. in einer gemeinsamen Lage angeordnet sein. Eine Anzahl der Batteriezellenstapel 12 in dem Tragkasten 18 kann bspw. zwei, drei, vier, fünf oder mehr sein.
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Der besseren Übersicht halber sind in den Figuren nur einige der Batteriezellen 14 mit einem eigenen Bezugszeichen versehen.
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Die Batteriezellen 14 sind bevorzugt prismatische Batteriezellen. Beispielsweise können die Batteriezellen 14 im Wesentlichen quaderförmig sein. Alternativ können die Batteriezellen 14 bspw. als Rundzellen ausgeführt sein. Die Batteriezellen 14 können aufrecht ausgerichtet sein.
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Benachbarte Batteriezellen 14 und/oder benachbarte Batteriezellenstapel 12 können aneinander, vorzugsweise nur, über elastische Elemente abgestützt sein. Alternativ oder zusätzlich können die jeweils stirnseitigen Batteriezellen 14 der Batteriezellenstapel 12 innen an dem Tragkasten 18, vorzugsweise nur, über elastische Elemente abgestützt sein. Beispielsweise können die elastischen Elemente als Gummiplatten, z. B in Rahmenform, ausgeführt sein. Die Gummiplatten können bevorzugt als sogenannte „rubber frames“ ausgeführt sein.
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Die Batteriezellen 14 können mehrere Entgasungselemente 16 zum Schutz der Batteriezellen 14 vor einem schädigenden Überdruck aufweisen. Der besseren Übersicht halber sind in den Figuren nur einige der Entgasungselemente 16 mit einem eigenen Bezugszeichen versehen.
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Bevorzugt kann jede Batteriezelle 14 ein eigenes Entgasungselement 16 aufweisen. Die Entgasungselemente 16 können jeweils an einer gleichen Seitenfläche der Batteriezellen 14 angeordnet sein, z. B. an einer Oberseite der Batteriezellen 14.
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Die Entgasungselemente 16 können beispielsweise jeweils in Form eines Überdruckventils und/oder in Form einer Materialschwächung bzw. Sollbruchstelle, z. B. in Form einer Berstscheibe, ausgebildet sein. Die Entgasungselemente 16 können selbsttätig bei Überschreiten eines Druckschwellenwertes im Inneren der jeweiligen Batteriezelle 14 bzw. innerhalb von deren Zellgehäuse öffnen. Die Entgasungselemente 16 können einen Gasstrom aus einem jeweiligen Innenraum des Zellgehäuses, z. B. entlang eines vorbestimmten Entgasungspfades, in eine Umgebung der jeweiligen Batteriezelle 14 entweichen zu lassen.
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Der Tragkasten 18 kann die Batteriezellen 14 tragen. Der Tragkasten 18 kann die Batteriezellen 14 verspannen, z. B. längs und quer zu einer Stapelrichtung eines jeweiligen Batteriezellenstapels 12.
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Bevorzugt kann der Tragkasten 18 eine Schalenform aufweisen. Die Schalenform kann bevorzugt eine rechteckige Außenkontur aufweisen. Die Schalenform kann oben offen sein.
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Der Tragkasten 18 kann beispielsweise eine Bodenplatte 20, zwei Längsseitenwände 22 und zwei Querseitenwände 24 aufweisen.
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Die Bodenplatte 20 kann die Batteriezellenstapel 12 bodenseitig abstützen. Zwischen der Bodenplatte 20 und dem Batteriezellenstapel 12 kann ein sogenannter Gapfiller angeordnet sein. Der Gapfiller kann bspw. eine Höhe von ≤ 1,5 mm aufweisen.
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Die zwei Längsseitenwände 22 können einander gegenüberliegen. Die Längsseitenwände 22 können parallel zu einer Längsachse des Tragkastens 18 ausgerichtet sein.
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Die zwei Querseitenwände 24 können einander gegenüberliegen. Die Querseitenwände 24 können quer zu der Längsachse des Tragkastens 18 ausgerichtet sein. Die Querseitenwände 24 können parallel zu den Stapelrichtungen der Batteriezellenstapel 12 ausgerichtet sein.
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Die Längsseitenwände 22 und die Querseitenwände 24 können plattenförmig sein. Die Längsseitenwände 22 und die Querseitenwände 24 können senkrecht bezüglich der Bodenplatte 20 ausgerichtet sein.
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Die Längsseitenwände 22 und die Querseitenwände 24 können mit der Bodenplatte 20 fest verbunden sein. Die Verbindung kann bspw. mittels lösbarer mechanischer Verbbindungen, z. B. Schraubverbindungen, erfolgen. Alternativ kann die Verbindung bspw. stoffschlüssig erfolgen, z. B. mittels Verkleben oder Verschweißen. Es ist auch möglich, dass die Längsseitenwände 22, die Querseitenwände 24 und die Bodenplatte 20 integral-einstückig ausgebildet sind, z. B. aus einem entsprechend umgeformten Blech.
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Vorzugsweise kann der Tragkasten 18 als ein Blech-Tragkasten, vorzugsweise ein Aluminiumblech-Tragkasten, aus mehreren Blechen ausgeführt sein. Beispielsweise können die Bodenplatte 20, die Längsseitenwände 22 und/oder die Querseitenwände 24 als Bleche, vorzugsweise Aluminiumbleche, ausgeführt sein. Die Bleche können bevorzugt jeweils eine Stärke ≥ 5 mm und/oder ≤ 20 mm aufweisen. Vorzugsweise können die Bleche eine Stärke von rund 10 mm aufweisen.
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Bevorzugt ist der Tragkasten 18 mit einer Abdeckung 26 abgedeckt. Die Abdeckung 26 kann an einem oberen, umlaufenden Rand des Tragkastens 18 angeordnet sein. Die Abdeckung 26 kann beispielsweise als eine Deckplatte ausgeführt sein.
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Beispielsweise kann die Abdeckung 26 eine obere Zugangsöffnung des Tragkastens 18 abdecken. Die Zugangsöffnung kann durch die zwei Längsseitenwände 22 und die zwei Querseitenwände 24 begrenzt sein.
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Die Abdeckung 26 kann bevorzugt beabstandet zu einer Oberseite der Batteriezellenstapel 12 angeordnet sein. Beispielsweise kann in einem Zwischenraum zwischen der Abdeckung 26 und dem Batteriezellenstapeln 12 noch ein Isolierelement und/oder ein Zellkontaktiersystem zum elektrischen Kontaktieren der Batteriezellen 14 der Batteriezellenstapel 12 angeordnet sein (nicht in den Figuren dargestellt).
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Die Abdeckung 26 kann fest mit dem Tragkasten 18 verbunden sein. Die Verbindung kann bspw. mittels lösbarer mechanischer Verbbindungen, z. B. Schraubverbindungen, erfolgen. Alternativ kann die Verbindung bspw. stoffschlüssig erfolgen, z. B. mittels Verkleben oder Verschweißen. Die Abdeckung 26 kann mit dem Tragkasten 18 verbunden werden, nachdem die Batteriezellen 14 nebeneinander in dem Tragkasten 18 angeordnet wurden.
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Die Abdeckung 26 ist bevorzugt derart ausgeführt und mit dem Tragkasten 18 verbunden, dass sie den Tragkasten 18 versteift. Bevorzugt kann die Abdeckung 26 aus einem Material, z. B. einem Stahl, hergestellt sein, das eine größere Steifigkeit (z. B. gemessen als E-Modul) aufweist als ein Material, z. B. Aluminium, aus dem der Tragkasten 18 hergestellt ist.
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Vorzugsweise kann die Abdeckung 26 mehrere Durchgangsöffnungen 28 zum Entgasen der Batteriezellen 14 aufweisen. Bevorzugt sind die Durchgangsöffnungen 28 direkt oberhalb der Entgasungselemente 16 angeordnet.
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Die Durchgangsöffnungen 28 können als Langlöcher ausgeführt sein. Längsachsen der Langlöcher können parallel zu Längsachsen der mehreren Batteriezellenstapel 12 angeordnet sein. Beispielsweise können die Durchgangsöffnungen 28 als ovale Langlöcher ausgeführt sein. Die Durchgangsöffnungen 28 können eine Unterseite der Abdeckung 26 und eine Oberseite der Abdeckung 26 miteinander verbinden.
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Der Tragkasten 18 kann, vorzugsweise zusammen mit der Abdeckung 26, in einem Außengehäuse 30 des elektrischen Energiespeichers 10 angeordnet sein (siehe 1). Das Außengehäuse 30 kann rahmenförmig, z. B. rechteckrahmenförmig, sein. Der Tragkasten 18 kann vorzugsweise in das Außengehäuse 30 eingehängt sein.
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Es ist möglich, dass der elektrische Energiespeicher 10 mehrere gestapelte Außengehäuse 30 aufweist, in denen jeweils ein Tragkasten 18 mit Batteriezellen 14 angeordnet ist (nicht in den Figuren dargestellt). Es ist auch möglich, dass in dem Außengehäuse 30 mehrere Tragkästen 18 mit Batteriezellen 14 angeordnet sind (nicht in den Figuren dargestellt).
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Bevorzugt ist der Tragkasten 18 nur stellenweise an dem Außengehäuse 30 abgestützt. Beispielsweise kann der Tragkasten 18 an dessen Außenumfang bzw. Außenmantel mehrere Stützabschnitte 32 aufweisen.
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Die Stützabschnitte 32 sind bevorzugt säulenförmig oder rippenförmig. Die Stützabschnitte 32 können nach außen vorstehen. Die Stützabschnitte 32 können hochkant ausgerichtet sein. Längsachsen der Stützabschnitte 32 können bspw. parallel zu einer Hochachse des Tragkastens 18 verlaufen. Die Stützabschnitte 32 können um einen Außenumfang des Tragkastens 18 herum verteilt angeordnet sein. Beispielsweise können ≤ 10, ≤ 8, ≤ 6 oder ≤ 4 Stützabschnitte 32 umfasst sein.
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Der Tragkasten 18 kann mittels der Stützabschnitte 32 innen an dem Außengehäuse 30 abgestützt sein. Beispielsweise können die Stützabschnitte 32 innen an dem Außengehäuse 30 anliegen und/oder innen an dem Außengehäuse 30 befestigt sein. Die Stützabschnitte 32 können integral-einstückig mit den Längs- und/oder Querseitenwänden 22, 24 ausgeführt sein. Alternativ können die Stützabschnitte 32 bspw. mit den Längs- und/oder Querseitenwänden 22, 24 gefügt sein.
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Es ist möglich, dass der Tragkasten 18 mindestens eine Kühleinrichtung 34, 36 und/oder 38 aufweist (schematisch in 6 skizziert).
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Die Kühleinrichtung 34, 36 und/oder 38 ist bevorzugt als eine Kühlplatte ausgeführt. Die Kühleinrichtung 34, 36 und/oder 38 kann von einem Kühlmittel durchströmbar sein. Mittel der Kühleinrichtung 34, 36 und/oder 38 können die Batteriezellen 14 gekühlt werden.
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Die Kühleinrichtung 34, 36 und/oder 38 kann bevorzugt direkt in den Tragkasten 18 als eine Kastenwand des Tragkastens 18 integriert sein. Beispielsweise kann eine Boden-Kühleinrichtung 34 umfasst sein, die in einer Bodenplatte des Tragkastens 18 integriert ist. Alternativ oder zusätzlich kann mindestens eine Längsseiten-Kühleinrichtung 36 umfasst sein, die in einer Längsseitenwand 22 oder beiden Längsseitenwänden 22 des Tragkastens 18 integriert ist. Alternativ oder zusätzlich kann mindestens eine Querseiten-Kühleinrichtung 38 umfasst sein, die in einer Querseitenwand 24 oder beiden Querseitenwänden 24 des Tragkastens 18 integriert ist.
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Die Spannbänder 40, 42 sind um den Tragkasten 18 gespannt, um den Tragkasten 18 zu verspannen (siehe 1 und 2). Sofern die optionale Abdeckung 26 vorhanden ist, können die Spannbänder 40, 42 um den Tragkasten 18 und die Abdeckung 26 gespannt sein.
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Bevorzugt umspannen die Spannbänder 40, 42 den Tragkasten 18 jeweils vollständig. Die Spannbänder 40, 42 sind bevorzugt öffenbar bzw. lösbar. Die Spannbänder 40, 42 können vorzugsweise direkt an dem Tragkasten 18 anliegen.
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Die Spannbänder 40, 42 können eine einstellbare Spannlänge aufweisen. Mittels der einstellbaren Spannlänge kann eine auf die Batteriezellen 14 ausgeübte Spannkraft eingestellt werden. Beispielsweise kann die Spannlänge der Spannbänder 40, 42 jeweils abhängig von einer beim Umspannen durchgeführten Messung einer durch das jeweilige Spannband 40, 42 ausgeübten Spannkraft auf die Batteriezellen 14 eingestellt werden.
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Es ist auch möglich, dass die Spannbänder 40, 42 ein elastisches Element, wie bspw. eine Feder, aufweisen.
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Die Spannbänder 40, 42 können längs und/oder quer um den Tragkasten 18 gespannt sein.
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Beispielsweise kann mindestens ein Längs-Spannband 40 umfasst sein, das den Tragkasten 18 entlang einer Längsachse des Tragkastens 18 und/oder quer, vorzugsweise senkrecht, zu einer Stapelrichtung eines der mehreren Batteriezellenstapel 12 umspannt. Vorzugsweise kann das mindestens eine Längs-Spannband 40 die mehreren Batteriezellenstapel 12 gegeneinander und/oder gegen den Tragkasten 18 verspannen. Sofern mehrere Längs-Spannbänder 40 vorhanden sind (nicht in den Figuren dargestellt), können diese bevorzugt beabstandet zueinander bezüglich einer Querachse des Tragkastens 18 angeordnet sein, besonders bevorzugt parallel beabstandet zueinander.
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Beispielsweise kann mindestens ein Quer-Spannband 42 umfasst sein, das den Tragkasten 18 entlang einer Querachse des Tragkastens 18 und/oder parallel zu einer Stapelrichtung eines der mehreren Batteriezellenstapel 12 umspannt. Vorzugsweise kann das mindestens eine Quer-Spannband 42 die Batteriezellen 14 eines oder mehrerer Batteriezellenstapel 12 gegeneinander und/oder gegen den Tragkasten 18 verspannen. Sofern mehrere Quer-Spannbänder 42 vorhanden sind (siehe 1 und 2), können diese bevorzugt beabstandet zueinander bezüglich einer Längsachse des Tragkastens 18 angeordnet sein, besonders bevorzugt parallel beabstandet zueinander.
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Ein Herstellverfahren für den Energiespeicher 10 kann beispielsweise die folgenden Schritte aufweisen.
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Allgemein werden der Tragkasten 18 und die mehrerer Batteriezellen 14, die nebeneinander in dem Tragkasten 18 angeordnet sind, bereitgestellt.
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Beispielsweise kann hierfür zunächst ein erster Abschnitt des Tragkastens 18 bereitgestellt werden. Der erste Abschnitt kann eine Bodenplatte 20, eine erste Querseitenwand 24 und eine erste Längsseitenwand 22 aufweisen. Die mehreren Batteriezellenstapel 12 können in dem ersten Abschnitt positioniert werden. Ein zweiter Abschnitt des Tragkastens 18 kann dann mit dem ersten Abschnitt verbunden werden, vorzugsweise zum Vorverspannen der mehreren Batteriezellen 14 in dem Tragkasten 18. Der zweite Abschnitt kann eine zweite Querseitenwand 24 und eine zweite Längsseitenwand 22 aufweisen.
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Der Tragkasten 18 wird mit den mehreren Spannbändern 40, 42 zum Verspannen des Tragkastens 18 mit den darin angeordneten Batteriezelle 14 umspannt.
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Vorzugsweise kann der Tragkasten 18 zuvor mit einer Abdeckung 26 abgedeckt werden. Die Spannbänder 40, 42 können dann entsprechend den Tragkasten 18 und die Abdeckung 26 gemeinsam umspannen.
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Optional kann der mit den Spannbändern 40, 42 umspannte Tragkasten 18 in dem Außengehäuse 30 angeordnet, vorzugsweise eingehängt, werden.
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Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen möglich, die ebenfalls von dem Erfindungsgedanken Gebrauch machen und deshalb in den Schutzbereich fallen. Insbesondere beansprucht die Erfindung auch Schutz für den Gegenstand und die Merkmale der Unteransprüche unabhängig von den in Bezug genommenen Ansprüchen. Insbesondere sind die einzelnen Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 jeweils unabhängig voneinander offenbart. Zusätzlich sind auch die Merkmale der Unteransprüche unabhängig von sämtlichen Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 und beispielsweise unabhängig von den Merkmalen bezüglich des Vorhandenseins und/oder der Konfiguration des Tragkastens, der Batteriezellenstapel und/oder der Spannbänder des unabhängigen Anspruchs 1 offenbart. Alle Bereichsangaben hierin sind derart offenbart zu verstehen, dass gleichsam alle in den jeweiligen Bereich fallenden Werte einzeln offenbart sind, z. B. auch als jeweils bevorzugte engere Au-ßengrenzen des jeweiligen Bereichs.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Elektrischer Energiespeicher
- 12
- Batteriezellenstapel
- 14
- Batteriezelle
- 16
- Entgasungselement
- 18
- Tragkasten
- 20
- Bodenplatte
- 22
- Längsseitenwand
- 24
- Querseitenwand
- 26
- Abdeckung
- 28
- Durchgangsöffnung
- 30
- Außengehäuse
- 32
- Stützabschnitt
- 34
- Boden-Kühleinrichtung
- 36
- Längsseiten-Kühleinrichtung
- 38
- Querseiten-Kühleinrichtung
- 40
- Längs-Spannband
- 42
- Quer-Spannband
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008059966 B4 [0006]
