DE102014206868B4 - Gehäuse für eine Energiespeichervorrichtung, Energiespeichervorrichtung mit einem derartigen Gehäuse und Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents

Abstract

Energiespeichervorrichtung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem Gehäuse (1) umfassend wenigstens eine Aufnahme (3) in der wenigstens ein als Starterakkumulator ausgebildetes Energiespeicherelement (2) aus einzelnen zylinderförmigen Akkumulatorzellen angeordnet ist, wobei die Aufnahme (3) durch wenigstens einen Körper (11, 12, 13) aus einem porösen Material gebildet wird, wobei der Körper (11, 12, 13) ein vernetzter und geschäumter Kunststoff ist, und derart konfiguriert ist, um das Energiespeicherelement (2) mechanisch von einer Fahrzeugstruktur sowie thermisch von einer externen Wärmequelle zu entkoppeln, wobei das Energiespeicherelement (2) ein Übermaß gegenüber der Aufnahme (3) aufweist, wobei das Energiespeicherelement (2) durch elastische Verformung des Körpers (11) herausnehmbar in die Aufnahme (3) eingesetzt ist und kraftschlüssig sowie spielfrei in der Aufnahme (3) festgelegt ist, wobei das Gehäuse (1) einen Rahmen (4) aufweist, der wenigstens ein Druckausgleichselement umfasst, um den Druck innerhalb und außerhalb des Rahmens (4) auszugleichen und die nach Gebrauch emittierte Wärme der Akkuzellen aus dem Gehäuse zu entlassen.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Gehäuse für eine Energiespeichervorrichtung, eine Energiespeichervorrichtung mit einem derartigen Gehäuse und ein Verfahren zu deren Herstellung.
• Im Speziellen betrifft die Erfindung eine Auto- oder Motorradbatterie für den Sport- oder Hobbybereich, insbesondere für den Rennsporteinsatz, mit Lithium-Eisenphosphat-Akkuzellen (Akkuzellen auf LiFePO₄-Basis), die in einem Gehäuse mit einem Rahmen aus kohlefaserverstärktem Kunststoff (CFK) und wenigstens einem eine Aufnahme bildenden Körper aus vernetztem Polyethylenschaumstoff (PE-Schaum) angeordnet sind.
• Gerade im Rennsportbereich sind die Batterien aufgrund der extremen Beschleunigungen oder Verzögerungen sowie aufgrund der Wärmentwicklung des Motors hohen mechanischen und thermischen Belastungen ausgesetzt. Akkuzellen auf Lithium-Basis zeigen bei Einsatz außerhalb der vorgegebenen Temperaturen erhebliche Alterungseffekte und können bei unsachgemäßer Belastung thermisch reagieren, was nach heutigem Stand der Technik ein großes Sicherheitsrisiko darstellt. Diese Probleme bestehen aber z.B. auch bei gewöhnlichen Straßenfahrzeugen.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gehäuse für eine Energiespeichervorrichtung, eine Energiespeichervorrichtung mit einem derartigen Gehäuse und ein Verfahren zu deren Herstellung bereit zu stellen, um Alterungseffekte oder thermische Reaktionen von Energiespeicherelementen durch unsachgemäße Belastung zu verhindern.
• Nach einem ersten Aspekt der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch das Gehäuse für eine Energiespeichervorrichtung gemäß Anspruch 1, umfassend wenigstens eine Aufnahme für wenigstens ein Energiespeicherelement, vorzugsweise für wenigstens einen Lithium-Eisenphosphat-Akkumulator (bzw. „Becherzelle“), wobei die Aufnahme durch wenigstens einen Körper aus einem porösen Material gebildet wird.
• Das erfindungsgemäße Gehäuse bietet in mechanischer und thermischer Sicht einen hervorragenden Schutz für das empfindliche Energiespeicherelement, indem dieses in der Aufnahme aus wenigstens einem Körper aus porösem Material aufgenommen und damit weich eingebettet werden kann. Das poröse Material dient einerseits als Isolator, um ein Erhitzen des Energiespeicherelements durch externe Wärmequellen wie der Abwärme des Motors zu verhindern, andererseits bildet es einen mechanischen Puffer, der das Energiespeicherelement vor mechanischer Beanspruchung schützt. Das poröse Material umfasst in der Regel Gaseinschlüsse und weist eine geringe Dichte auf. Dadurch kann das Gehäuse auch besonders leicht ausgebildet werden, insbesondere wenn ein poröses Material zum Einsatz kommt, dass selbst eine gewisse strukturelle Festigkeit aufweist und dadurch im Wesentlichen ein eigenes Gehäuse um das Energiespeicherelement bildet.
• Es kann von Vorteil sein, wenn der wenigstens eine Körper wenigstens eines der folgenden Merkmale aufweist:
• - Der Körper ist einstückig und/oder monolithisch ausgebildet.
• - Der Körper ist quaderförmig oder würfelförmig ausgebildet.
• - Der Körper ist plattenförmig ausgebildet.
• - Der Körper umfasst eine Länge und/oder Breite und/oder Höhe im Bereich von 0,05 m bis 1,0 m, vorzugsweise im Bereich von 0,1 m bis 0,5 m, bevorzugt im Bereich von 0,15 m bis 0,25 m.
• - Der Körper ist im Materialabtragsverfahren hergestellt, vorzugsweise durch Schneiden und/oder Fräsen eines Werkstücks aus dem porösen Material.
• - Der Körper bildet zumindest abschnittsweise eine Aufnahme für eine Elektronik der Energiespeichervorrichtung.
• - Der Körper trennt eine Aufnahme für eine Elektronik von der Aufnahme für das wenigstens eine Energiespeicherelement ab.
• - Der Körper ist derart konfiguriert, um das Energiespeicherelement mechanisch von einer Fahrzeugstruktur zu entkoppeln.
• - Der Körper ist derart konfiguriert, um das Energiespeicherelement thermisch von einer externen Wärmequelle zu entkoppeln, vorzugsweise im Hinblick auf Wärmeleitung und/oder Wärmestrahlung und/oder Konvektion.
• - Der Körper ist derart konfiguriert, um elektromagnetische Strahlung abzuschirmen, vorzugsweise durch eine Strahlung abschirmende Lackierung und/oder Beschichtung und/oder durch Strahlung abschirmende Zusatzstoffe.
• - Der Körper umfasst Rippen und/oder Taschen an der Innenseite der Aufnahme, die vorzugsweise zur Positionierung des Energiespeicherelements dienen.
• - Der Körper emittiert im Brandfall Stickstoff und wirkt so brandhemmend.
• Mit den vorstehend genannten Merkmalen kann der Körper gezielt für eine Vielzahl von Anwendungen ausgestattet werden. Die einstückige oder monolithische Bauart sorgt für hohe Festigkeit und Struktur. Die Quaderform oder Würfelform erlaubt eine besonders kompakte Ausbildung des Gehäuses durch optimale Nutzung des Bauraumes.
• Es kann sich aber auch als hilfreich erweisen, wenn das poröse Material wenigstens eines der folgenden Merkmale aufweist:
• - Das poröse Material ist ein Kunststoff, vorzugsweise ein Polyolefin, bevorzugt Polyethylen.
• - Das poröse Material ist vernetzt, vorzugsweise physikalisch vernetzt und/oder chemisch vernetzt.
• - Das poröse Material ist geschäumt und/oder schaumförmig und/oder ein Schaumstoff.
• - Das poröse Material umfasst eine geschlossene Zellstruktur.
• - Das poröse Material weist eine Porengröße im Bereich von 0,1 mm bis 1,0 mm, vorzugsweise im Bereich von 0,2 mm bis 0,5 mm, bevorzugt im Bereich von 0,3 mm bis 0,4 mm auf.
• - Das poröse Material weist eine Wärmeleitfähigkeit im Bereich von 0,01 W/mK bis 0,10 W/mK, vorzugsweise im Bereich von 0,02 W/mK bis 0,05 W/mK, bevorzugt im Bereich von 0,03 W/mK bis 0,04 W/mK auf.
• - Das poröse Material weist eine Dichte im Bereich von 10 Kg/m³ bis 100 Kg/m³, vorzugsweise im Bereich von 20 Kg/m³ bis 60 Kg/m³, bevorzugt im Bereich von 25 Kg/m³ bis 50 Kg/m³ auf, wobei die Dichte vorzugsweise nach der Norm EN ISO 845 gemessen wird.
• - Das poröse Material weist eine Bruchdehnung von wenigstens 50%, vorzugsweise wenigstens 60%, bevorzugt wenigstens 80% auf, wobei die Bruchdehnung vorzugsweise nach der Norm ISO-1798 gemessen wird.
• - Das poröse Material weist eine Zugfestigkeit von wenigstens 100 kPa, vorzugsweise wenigstens 150 kPa, bevorzugt wenigstens 200 kPa auf, wobei die Zugfestigkeit vorzugsweise nach der Norm EN ISO 1926 gemessen wird.
• - Das poröse Material weist eine Entflammbarkeit von maximal 100 mm/min auf, wobei die Entflammbarkeit vorzugsweise nach der Norm FMVSS 302 oder der Norm DIN 75200 gemessen wird.
• - Eine Zellstruktur des porösen Materials ist an der Außenseite des Körpers und/oder an der Innenseite der Aufnahme freigelegt und/oder geöffnet.
• - Das poröse Material ist brand- oder flammhemmend und/oder bildet brand- oder flammhemmende Verbrennungsprodukte und/oder umfasst brand- oder flammhemmende Einschlüsse, vorzugsweise Stickstoff.
• - Das poröse Material ist flexibel und/oder elastisch und/oder formstabil.
• - Das poröse Material ist derart konfiguriert, um elektromagnetische Strahlung abzuschirmen, vorzugsweise durch wenigstens einen Strahlung abschirmenden Zuschlagstoff.
• Insbesondere ein vernetzter Polyethylenschaum ist kostengünstig verfügbar und kann viele der vorstehend genannten Merkmale aufweisen. Dieses Material kann durch geeignete Herstellungs- und Arbeitsverfahren in der erforderlichen Beschaffenheit bereitgestellt werden und ist durch Konfektionierung bestens für die vorliegende Erfindung geeignet. Das schließt jedoch nicht aus, dass im Rahmen der Erfindung auch andere poröse Materialien zum Einsatz kommen können.
• Es kann ebenfalls von Vorteil sein, wenn die Aufnahme wenigstens eines der folgenden Merkmale aufweist:
• - Die Aufnahme ist zur Anordnung wenigstens eines Energiespeicherelements ausgebildet.
• - Die Aufnahme erstreckt sich als Durchbruch durch wenigstens einen Körper aus porösem Material.
• - Die Aufnahme ist vorzugsweise reversibel verschließbar oder verschlossen, wenigstens einseitig, vorzugsweise beidseitig, bevorzugt durch wenigstens einen Körper aus porösem Material und/oder einen Deckel.
• - Die Aufnahme definiert ein in Wesentlichen quaderförmiges oder würfelförmiges Volumen zur Anordnung des wenigstens einen Energiespeicherelements.
• - Eine Innenkontur der Aufnahme ist an eine Außenkontur des wenigstens einen Energiespeicherelements angepasst.
• Die Aufnahme hat die Funktion, das Energiespeicherelement unterzubringen und quasi ein „Nest“ für das Energiespeicherelement zu bilden, in dem das Energiespeicherelement vor den auftretenden mechanischen oder thermischen Einwirkungen geschützt ist. Dazu ist die Innenkontur der Aufnahme möglichst genau auf die Außenkontur des Energiespeicherelements abgestimmt, um keine Relativbewegungen zuzulassen, so dass der Körper aus porösem Material seine Dämpfungswirkung optimal entfalten kann.
• Es kann sich auch als vorteilhaft erweisen, wenn das Gehäuse einen Rahmen aufweist, der vorzugsweise wenigstens eines der folgenden Merkmale aufweist:
• - Der Rahmen umgibt den wenigstens einen Körper zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig.
• - Der Rahmen bildet eine Aufnahme für den wenigstens einen Körper, wobei die Aufnahme vorzugsweise verschließbar oder verschlossen, bevorzugt reversibel verschließbar oder verschlossen ist, besonders bevorzugt durch einen Deckel.
• - Eine Innenkontur des Rahmens ist an eine Außenkontur des wenigstens einen Körpers angepasst, wobei der Rahmen vorzugsweise ein quaderförmiges oder würfelförmiges Volumen definiert.
• - Der Rahmen umfasst wenigstens zwei miteinander verbindbare Rahmenteile, die im verbundenen Zustand eine Aufnahme für den wenigstens einen Körper bilden.
• - Wenigstens ein Rahmenteil ist aus einem faserverstärkten Kunststoff, vorzugweise aus einem mit Kohlefaser, Glasfaser oder Aramidfaser verstärkten Kunststoff ausgebildet.
• - Wenigstens ein Rahmenteil ist im Wesentlichen plattenförmig ausgebildet, wobei die Dicke des plattenförmigen Rahmenteils vorzugsweise im Bereich von 0,1 mm bis 2 mm, bevorzugt im Bereich von 0,5 mm bis 1,5 mm liegt.
• - Wenigstens ein Rahmenteil, vorzugsweise eine Bodenplatte, umfasst wenigstens eine Befestigungsöffnung zur Befestigung des Gehäuses an einer Fahrzeugstruktur, wobei vorzugsweise mindestens zwei Befestigungsöffnungen an entgegen gesetzten Seiten des Rahmenteils angeordnet sind, wobei bevorzugt mindestens vier Befestigungsöffnungen an den vier Seiten des Rahmenteils angeordnet sind, wobei die Befestigungsöffnung besonders bevorzugt als Langloch ausgebildet ist.
• - Wenigstens ein Rahmenteil, vorzugsweise eine Bodenplatte, umfasst wenigstens eine Halterung für wenigstens ein anderes Rahmenteil, wobei vorzugsweise mehrere Rahmenteile in der Halterung derart anordenbar sind, dass die Rahmenteile gemeinsam eine Aufnahme bilden.
• - Der Rahmen ist derart konfiguriert, um elektromagnetische Strahlung abzuschirmen, vorzugsweise durch Strahlung abschirmende Einschlüsse, bevorzugt durch kohlefaserverstärkte Kunststoffe.
• Der Rahmen umfasst wenigstens ein Druckausgleichselement, vorzugsweise um den Druck innerhalb und außerhalb des Rahmens auszugleichen. Das Druckausgleichselement enthält vorzugsweise eine Membran aus expandiertem Polytetrafluorethylen (ePTFE), deren Poren größer als ein Luftmolekül sind und die ein Luftaustausch ermöglichen, wobei die Poren aber vorzugsweise so klein sind, um das Eindringen von Wasser, Schmutz und Partikeln zu verhindern. Bevorzugt ist die Membran chemisch inert, UV-beständig, oberflächenstabil und temperaturbeständig. Mit den vorstehend genannten Merkmalen lässt sich der Rahmen optimal für eine Vielzahl von Anwendungen ausstatten. Dabei kommen vorzugsweise faserverstärkte Kunststoffe zum Einsatz, die bei geringem Gewicht eine hohe Festigkeit aufweisen. In Verbindung mit einem Struktur gebenden Einsatz in Gestalt des wenigstens einen porösen Körpers, der die Aufnahme für das Energiespeicherelement bildet, kann der Rahmen sehr dünn und Gewicht sparend ausgeführt werden. Vorzugsweise sind der Rahmen und der wenigstens eine poröse Körper miteinander verklebt, um die Vorteile beider Werkstoffe - die Elastizität des porösen Körpers und die Festigkeit des faserverstärkten Kunststoffs - in einem Materialverbund zu dem erfindungsgemäßen Gehäuse zu vereinen.
• Nach einem zweiten Aspekt der Erfindung wird die eingangs genannte Ausgabe der Erfindung gelöst durch eine Energiespeichervorrichtung mit einem Gehäuse nach einer der vorangehenden Ausführungen, wobei wenigstens ein Energiespeicherelement in dem Gehäuse angeordnet ist.
• Es kann von Vorteil sein, wenn das Energiespeicherelement wenigstens eines der folgenden Merkmale aufweist:
• - Das Energiespeicherelement umfasst wenigstens eine Energiespeicherzelle, vorzugsweise eine Batteriezelle, bevorzugt eine Sekundärbatterie- oder Akkuzelle.
• - Das Energiespeicherelement umfasst wenigstens eine Lithium-Eisenphosphat-Akkuzelle, wobei die Lithium-Eisenphosphat-Akkuzelle Lithium-Eisenphosphat (LiFePO₄) vorzugsweise als Kathodenmaterial umfasst.
• - Das Energiespeicherelement ist im Wesentlichen in den wenigstens einen Körper eingebettet.
• - Das Energiespeicherelement ist kraftschlüssig und/oder formschlüssig und/oder stoffschlüssig und/oder spielfrei in der Aufnahme angeordnet.
• - Das Energiespeicherelement füllt die Aufnahme im Wesentlichen vollständig aus.
• - Das Energiespeicherelement ist zumindest teilweise, vorzugsweise um wenigstens einen Umfang, bevorzugt vollständig von dem wenigstens einen Körper umgeben.
• - Das Energiespeicherelement oder wenigstens eine Energiespeicherzelle kontaktiert den wenigstens einen Körper wenigstens an einem Teil seines Umfangs, vorzugsweise an wenigstens einem Teil seiner Mantelfläche.
• - Das Energiespeicherelement oder wenigstens eine Energiespeicherzelle ist zylindrisch, quaderförmig oder würfelförmig ausgebildet, wobei der Pluspol und der Minuspol vorzugsweise an verschiedenen Enden des Energiespeicherelements ausgebildet sind.
• - Das Energiespeicherelement umfasst einen Arbeitstemperaturbereich von - 30°C bis + 60°C, vorzugsweise von 0°C bis + 40°C, bevorzugt von +15°C bis + 25°C.
• - Das Energiespeicherelement oder wenigstens eine Energiespeicherzelle ist herausnehmbar in der Aufnahme angeordnet.
• - Das Energiespeicherelement weist ein Übermaß gegenüber der Aufnahme auf, so dass das Energiespeicherelement durch elastische Verformung des Körpers in die Aufnahme einsetzbar ist und/oder das Energiespeicherelement kraftschlüssig in der Aufnahme festgelegt ist.
• - Das Energiespeicherelement umfasst wenigstens zwei Energiespeicherzellen, die vorzugsweise im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind, wobei die Energiespeicherzellen vorzugsweise über ein Verbindungselement verbunden sind.
• - Das Energiespeicherelement umfasst eine Vielzahl von vorzugsweise parallel angeordneten Energiespeicherzellen, die zu einem Paket mit vorzugsweise wenigstens zwei Reihen und wenigstens zwei Spalten von Energiespeicherzellen verbunden sind, wobei bevorzugt wenigstens einige Energiespeicherzellen der äußeren Reihen und/oder Spalten des Pakets den wenigstens einen Körper an einem Teil ihres Umfangs kontaktieren.
• Akkuzellen auf Basis von Lithium-Eisenphosphat (LiFePO₄) zeichnen sich aus durch die geringe Wärmeentwicklung beim Ladevorgang. Diese Eigenschaft ist besonders vorteilhaft im Zusammenhang mit der Tatsache, dass die Wärmeabgabe an die Umgebung bedingt durch das als Isolator wirkende, poröse Material deutlich eingeschränkt ist. Allerdings beschränkt das poröse Material nicht nur die Wärmeabgabe an die Umgebung, sondern vor allem die Wärmeaufnahme aus der Umgebung. Im Ergebnis ist der Wärmehaushalt des Energiespeicherelements aufgrund der thermischen Isolationseigenschaften des Gehäuses gut kontrollierbar. Ein passives Druckausgleichselement sorgt dafür, warme Luft zusätzlich aus dem Gehäuse abzuführen. Es findet ein Druckausgleich statt, so dass die Umgebungsluft im Gehäuse immer maximal die das Gehäuse umgebende Temperatur hat. Im Fahrtwind kommt dieser Effekt dann besonders zum Tragen.
• Die paketförmige Anordnung einzelner Speicherzellen erleichtert die Montage und die Transport sowie die Verschaltung und Verbindung mit der Elektronik. Bei Bedarf kann das Energiespeicherelement einfach aus dem Gehäuse entfernt werden.
• Vorteilhaft kann auch Verwendung der Energiespeichervorrichtung nach einer der vorangehenden Ausführungen als Energiespeichervorrichtung für Kraftfahrzeuge sein, vorzugsweise im Rennsportbereich.
• Nach einem dritten Aspekt der Erfindung wird die eingangs genannte Aufgabe der Erfindung gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung einer Energiespeichervorrichtung, vorzugsweise der Energiespeichervorrichtung einer der vorangehenden Ausführungen, umfassend die Schritte:
• - Schritt 1: Bereitstellen eines porösen Materials.
• - Schritt 2: Herausarbeiten wenigstens eines Körpers zur Ausbildung wenigstens einer Aufnahme für wenigstens ein Energiespeicherelement aus dem porösen Material durch ein Abtragsverfahren, vorzugsweise durch ein Trennverfahren und/oder Erosionsverfahren, bevorzugt durch ein Schneidverfahren und/oder ein Fräsverfahren.
• - Schritt 3: Verbinden des wenigstens einen Körpers mit einem Rahmen zu einem Gehäuse, vorzugsweise durch Verkleben.
• - Schritt 4: Anordnen wenigstens eines Energiespeicherelements in der Aufnahme.
• Vorteilhafterweise umfasst das Verfahren wenigstens einen der folgenden Schritte:
• - Herstellen des Rahmens aus einer Vielzahl von Rahmenteilen, vorzugsweise vor Schritt 3, umfassend die Teilschritte:
• - Positionieren von Seitenteilen gegenüber einer Bodenplatte, wobei die Seitenteile und/oder die Bodenplatte aus kohlefaserverstärktem Kunststoff bestehen.
• - Verbinden der Seitenteile mit der Bodenplatte, vorzugsweise durch Verkleben.
• - Verbinden des wenigstens einen Energiespeicherelements mit einer Elektronik der Energiespeichervorrichtung, vorzugsweise als Schritt 5.
• - Verschließen der Aufnahme, vorzugsweise durch einen Deckel, bevorzugt als Schritt 6.
• Die Erfindung ist nicht auf die ausdrücklich beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Weitere vorteilhafte Ausführungsbeispiele ergeben sich durch Kombinationen der Merkmale, die in den Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen offenbart sind.
• Figurenliste
• 1 zeigt eine Explosionsdarstellung der erfindungsgemäßen Energiespeichervorrichtung.
• 2 zeigt einen Schnitt B-B durch die Explosionsdarstellung gemäß 1.
• 3 zeigt einen Schnitt C-C durch die Explosionsdarstellung gemäß 1.
• 4 zeigt die erfindungsgemäße Energiespeichervorrichtung gemäß 1 im Montagezustand.
• 5 zeigt einen Schnitt durch die erfindungsgemäße Energiespeichervorrichtung gemäß 4 orthogonal zur Z-Achse.
• 6 zeigt einen Schnitt durch die erfindungsgemäße Energiespeichervorrichtung gemäß 4 orthogonal zur Y-Achse.
• 7 zeigt einen Schnitt durch die erfindungsgemäße Energiespeichervorrichtung gemäß 4 orthogonal zur X-Achse.
• Detaillierte Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels
• Das bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die Figuren beschrieben.
• Das bevorzugte Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Energiespeichervorrichtung ist eine Auto- oder Motorradbatterie für den Rennsport mit Lithium-Eisenphosphat-Akkus (Akkus auf LiFePO₄-Basis), die in vernetzten Polyethylenschaumstoff (PE-Schaum) eingebettet und von einem Rahmen aus kohlefaserverstärktem Kunststoff (CFK) umgeben sind.
• Zunächst werden die Komponenten des erfindungsgemäßen Gehäuses 1 mit Bezug auf die Figuren erläutert, bevor die erfindungsgemäße Energiespeichervorrichtung und das Verfahren zu deren Herstellung im Detail beschrieben werden.
• Komponente A: Rahmen Wie in den Figuren zu erkennen ist, ist er Rahmen 4 ist mehrteilig aufgebaut und umfasst eine Bodenplatte 41 mit einer umlaufenden Nut, die als Halterung 45 für vier plattenförmige Seitenteile 42 dient. Dadurch können die Seitenteile 42 vor dem eigentlichen Fügen bequem ausgerichtet werden. Die Bodenplatte 41 und die Seitenteile 42 bilden gemeinsam eine quaderförmige Aufnahme 43. An den entgegengesetzten Längsseiten und Querseiten der Bodenplatte 41 sind Langlöcher 44 zur Schraubbefestigung der Energiespeichervorrichtung an einem Fahrzeug vorgesehen.
• Der Werkstoff der Bodenplatte 41 und der Seitenteile 42 ist CFK-Prepreg, bestehend aus Kohlefaser und Epoxiharz. Die Dicke der Bodenplatte 41 und der Seitenteile 42 liegt bei ca. 1 mm. Der Werkstoff CFK-Prepreg zeichnet sich durch hohe Festigkeit, Witterungs- und Chemikalienbeständigkeit aus.
• Komponente B: Körper aus porösem Material
• Der die Aufnahme 3 bildende Körper 11 mit quaderförmiger Außenkontur ist durch ein Abtragverfahren monolithisch aus einem Werkstück aus vernetztem PE-Schaum herausgearbeitet. Die Außenkontur des Körpers 11 ist exakt auf die Innenkontur der Aufnahme 43 des Rahmens 4 abgestimmt. Der Körper 11 weist eine Länge von ca. 0,25 m bei einer Breite von ca. 0,15 m und einer Höhe von ca. 0,15 m auf. Die Aufnahme 3 wird durch den Körper 11 gebildet und erstreckt sich als Durchbruch von einer Oberseite zu einer Unterseite des Körpers 11. Die Aufnahme 3 wird bodenseitig durch die passgenauen, plattenförmigen Schaumstoffkörper 12 und 13 verschlossen, die zwischen sich eine Aufnahme für die Elektronik 5 der Energiespeichervorrichtung bilden.
• Die Innenkontur der Aufnahme 3 ist zur Anordnung des Energiespeicherelements 2 genau auf die Außenkontur des Energiespeicherelements 2 abgestimmt. An der Innenseite der Aufnahme sind Rippen 14 und Taschen 15 vorgesehen, die auf die Kontur von Energiespeicherzellen 22 abgestimmt sind und zur spielfreien Positionierung des Energiespeicherelements 2 dienen.
• Die Körper 11, 12, 13 bestehen aus physikalisch vernetztem PE-Schaum, der sich durch eine geringe elektrische Leitfähigkeit (Isolator), hohe Wärmedämmung, Flammwidrigkeit, Abschirmeigenschaften gegenüber elektromagnetischer Strahlung, hohe Druckhärte und gute Energieaufnahme (insbesondere im Crashfall) auszeichnet. Der vernetzte PE- Schaumstoff weist beispielsweise eine geschlossene Zellstruktur mit einer Porengröße von ca. 0,3 mm bis 0,4 mm und einer Dichte von ca. 30 kg/m³ auf. Die Wärmeleitfähigkeit des PE-Schaumstoffs liegt etwa bei 0,035 W/mK. Mit einer Bruchdehnung von mehr als 80% und einer Zugfestigkeit von über 150 kPa (gemessen nach EN ISO 1926) ist das Material flexibel und elastisch, aber hinreichend formstabil. Vorzugsweise wird ein flammwidriger PE-Schaumstoff eingesetzt der eine Entflammbarkeit von unter 100 mm/min aufweist (gemessen nach FMVSS 302 oder DIN 7520). Alternativ oder zusätzlich bildet der PE-Schaumstoff brand- oder flammhemmende Verbrennungsprodukte oder umfasst brand- oder flammhemmende Einschlüsse wie Stickstoff, die einer Brandentwicklung entgegenwirken.
• Komponente C: Elektronik (BMS-Modul)
• In einer Aufnahme zwischen den beiden bodenseitigen Schaumplatten 12, 13 ist ein Elektronik-Modul 5 bzw. Balancer-Modul angeordnet, welches den Ladestrom der Lichtmaschine gleichmäßig auf die einzelnen Energiespeicherzellen 21 verteilt. Dadurch wird die Lebensdauer der Energiespeicherzellen 21 erhöht. Die Leitungen zur Verbindung des Elektronik-Moduls 5 mit den Energiespeicherzellen 21 erstrecken sich vorzugsweise durch die beiden bodenseitigen Schaumplatten 12, 13 in die darüber liegende Aufnahme 3. das Elektronik-Modul 5 kann aber auch oberhalb der Energiespeicherzellen 21 angeordnet sein.
• Komponente D: Energiespeicherelement
• Das Energiespeicherelement 2 ist im vorliegenden Fall als Paket von zylindrischen Energiespeicherzellen 21 ausgebildet, die mechanisch über Verbindungselemente 22 verbunden bzw. verschweißt sind. Im vorliegenden Fall umfasst das Paket vier Spalten und drei Reihen von Energiespeicherzellen 21, wobei die Energiespeicherzellen 21 exakt parallel zueinander ausgerichtet sind und die jeweils in einer Spalte und die jeweils in einer Reihe angeordneten Energiespeicherzellen 21 entlang einer geraden Linie aufgereiht sind.
• Bevorzugte Ausführungen sind Energiespeicherelemente 2 mit insgesamt 4, 8, 12, 16, 24 oder 36 LiFePo4-Akkuzellen 21, die beispielsweise folgende Anordnungen aufweisen können:
• - Vier Spalten, eine Reihe → 13,2V / 2,5Ah
• - Vier Spalten, zwei Reihen → 13,2V / 5Ah
• - Vier Spalten, drei Reihen → 13,2V / 7,5Ah
• - Vier Spalten, vier Reihen → 13,2V / 10Ah
• - Vier Spalten, sechs Reihen → 13,2V / 15Ah
• - Vier Spalten, neun Reihen → 13,2V / 22,5Ah
• Anmerkung: da bei Akkus auf Lithium Basis im Vergleich zu AGM-Akus die Nominalspannung bei Energieentnahme kaum abfällt, wird die Kapazität gemeinhin um den Faktor 3 angegeben (7,5Ah LiFePo4 entspricht ca 22,5 Ah AGM-Akku)
• Das Energiespeicherelement 2 weist ein geringes Übermaß gegenüber der Aufnahme 3 auf, so dass es unter geringfügiger elastischer Verformung des Körpers 11 in die Aufnahme 3 einsetzbar ist und dort spielfrei im Schaumstoff eingebettet ist.
• Komponente E: Deckel
• Ein plattenförmiger Deckel 6 bildet einen Verschluss für die Aufnahme 43 des Rahmens 4 sowie für die Aufnahme für das Energiespeicherelement 2. Der Deckel 6 besteht aus einem undurchsichtigen Kunststoff, z.B. Polycarbonat (PC), Acrylnitrilbutadienstyrol (ABS) oder Polyethylen (PE) und umfasst wärmegefügte Poladapter 62 aus Messing M6 oder andere Gewinde (metrisch / UNF). Diese sind in entsprechenden Abstandshaltern 61 zur Innenseite des Rahmens 4 angeordnet und mit dem Deckel 6 verklebt. Die beiden Abstandshalter 61 für die Poladapter 62 sind nicht mit dem Deckel 6 verklebt sondern werden ebenfalls mit warmgefügt. Der Deckel 6 zeichnet sich aus durch eine geringe elektrische Leitfähigkeit (Isolator), Schlagzähigkeit und gute Abschirmeigenschaften gegenüber elektromagnetischer Strahlung.
• Nachstehend wird das bevorzugte Verfahren zur Herstellung der Energiespeichervorrichtung mit Bezug auf die beiliegenden Figuren im Detail beschrieben.
• Verfahren zur Herstellung der Energiespeichervorrichtung
• Zunächst wird der Körper 11 mit einer Länge von ca. 0,25 m, einer Breite von ca. 0,15 m und einer Höhe von ca. 0,15 m aus einem blockförmigen Werkstück aus dem vernetzten PE-Schaumstoff durch Schneidbearbeitung herausgeschnitten. Anschließend wird die Aufnahme 3 zur Anordnung des Energiespeicherelements 2 von einer Oberseite des Körpers 11 durch Fräsbearbeitung eingearbeitet. Die Schaumstoffkörper 12, 13 werden vorzugsweise aus demselben porösen Material passgenau zugeschnitten. Die Lage und Abmessung der Aufnahme 3 kann je nach der Form und Anzahl der Energiespeicherelemente 2 festgelegt werden, wobei die gewünschte thermische und mechanische Entkopplung vom auszustattenden Kraftfahrzeug optimiert werden soll, die Anordnung aber gleichzeitig möglichst kompakt sein sollte.
• Anschließend wird der Rahmen 4 aus den plattenförmigen Rahmenbauteilen 41, 42 aus kohlefaserverstärktem Kunststoff in der oben beschriebenen Weise zusammengesetzt. Die Seitenteile 42 werden in die vorgesehene Halterung 45 der Bodenplatte 41 eingesteckt, um gemeinsam mit der Bodenplatte 41 die Aufnahme 43 zu bilden.
• Anschließend werden die Rahmenteile 41, 42 innenseitig mit Klebstoff beschichtet und die Schaumstoffkörper 11, 12, 13 in der in den Figuren gezeigten Anordnung unter Zwischenschaltung des Elektronik-Moduls 5 (und entsprechenden Leitungen; nicht gezeigt) in die Aufnahme 43 des Rahmens 4 eingesetzt. Der Rahmen 4 bildet sozusagen eine Hülle um die Schaumstoffkörper 11, 12, 13. Wenn die poröse Schaumstruktur des PE-Schaumstoffs zur Außenseite der Schaumstoffkörper 11, 12 freiliegt, kann ein Klebstoff in die Schaumstruktur eindringen und sich dort verankern. Dadurch kann eine Festigkeit der Klebeverbindung zwischen den Rahmenteilen 41, 42 und den Schaumstoffkörper 11, 12 zusätzlich erhöht werden.
• Anschließend wird das Energiespeicherelement 2 in die Aufnahme 3 eingepresst, so dass das Energiespeicherelement 2 zumindest mit dem Schaumstoffkörper 11 kraftschlüssig verbunden ist und lagesicher sowie spielfrei in der Aufnahme 3 positioniert ist. Die Art und Anzahl der Energiespeicherelemente 2 richtet sich nach der gewünschten Kapazität der Energiespeichervorrichtung. Das Energiespeicherelement 2 wird herausnehmbar in der Aufnahme 3 eingesetzt, so dass entweder das Energiespeicherelement 2 oder der Körper 11 bei Bedarf austauschbar ist. Der vernetzte PE-Schaumstoff weist bei sachgemäßer Behandlung in etwa eine Lebensdauer von 5 bis 7 Jahren auf.
• Vorteile der Erfindung
• Zusammengefasst bietet das bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung die folgenden Vorteile.
• Vorteil 1: Thermische Isolierung
• Energiespeicherelemente auf LiFePO₄-Basis altern bei Wärmeeinwirkung über +60°C und unter 0°C wesentlich schneller. Der bevorzugte Temperaturbereich liegt im Bereich von +15°C bis +25°C. Werden Energiespeicherelemente auf Lithium-Basis als reine Starterakkus eingesetzt, emittieren diese kaum Wärme. Verwendet man sie als Energiequelle für sämtliche Verbraucher im Fahrzeug (z. B bei Fahrten ohne Lichtmaschine) kann eine aktive oder passive Kühlung vorgesehen werden. Ein wesentlicher Vorteil der Energiespeicherelemente auf LiFePO₄-Basis liegt in der geringen Wärmeentwicklung beim Ladevorgang. Allerdings können die Energiespeicherelemente bei Einsätzen im Kraftfahrzeugbereich, insbesondere im Rennsport, durch die Abwärme des Motors, vor allem durch Wärmestrahlung in Motornähe, erheblich erhitzt werden. Die Einbettung der Energiespeicherelemente in das poröse Material des Gehäuses bewirkt eine thermische Entkopplung der Energiespeicherelemente von externen Wärmequellen wie dem Motor im Hinblick auf Wärmeleitung, Wärmestrahlung und Konvektion.
• Vorteil 2: Verbesserung der Tragstruktur
• Das poröse Gehäusematerial absorbiert mechanische Schwingungen im Fahrbetrieb und sorgt so für eine möglichst erschütterungsfreie Lagerung der Energiespeicherelemente. Die geschlossene Zellstruktur des PE-Schaumstoffs und dessen elastische Eigenschaften sorgen für gute Dämpfungseigenschaften, wobei sich die Dämpfungseffekte durch die Elastizität des Materials mit den Dämpfungseffekten aufgrund der Kompression des in den Zellen eingeschlossenen Gases überlagern. Dadurch werden die Kontaktstellen der Energiespeicherelemente geschützt und die Gefahr von Verschleiß oder Unterbrechungen an den Kontaktstellen erheblich verringert. Zugleich sorgt die geringe Dichte des porösen Materials in Verbindung mit dem sehr dünnen Verkleidungsmaterial für minimales Gewicht der gesamten Energiespeichervorrichtung. Zudem werden mechanische Beanspruchungen der Energiespeicherelemente unterbunden, die chemische Reaktionen in den Akkus auslösen können, was im schlimmsten Fall zum Brand führt.
• Vorteil 3: Verbesserung des Crashverhaltens
• Das poröse Gehäusematerial absorbiert die Aufprallenergie insbesondere auch im Crashfall. Die Energiespeicherzellen selbst werden dadurch geschützt und im Idealfall nicht beschädigt. Daher besteht auch eine wesentlich geringere Gefahr von Schäden, die auf eine Beschädigung der Energiespeicherelemente zurückzuführen sind, was im schlimmsten Fall zum Brand führen kann.
• Vorteil 4: Sicherheit im Brandfall
• Energiespeicherzellen auf Lithium-Basis können bei unsachgemäßer Belastung thermisch reagieren, was nach heutigem Stand der Technik ein großes Sicherheitsrisiko darstellt. Der Einsatz von flammwidrigem oder -hemmendem PE-Schaum wirkt einer Brandgefahr entgegen und schafft so zusätzliche Sicherheit.
• Vorteil 5: Abschirmung der elektromagnetischen Strahlung
• Der Einsatz der erfindungsgemäßen Energiespeichervorrichtung bietet neben den oben genannten Vorteilen auch den überraschendenEffekt, dass die Bordelektronik eines mit der erfindungsgemäßen Energiespeichervorrichtung ausgestatteten Fahrzeugs von den hohen Strömen beim Laden oder Entladen der Energiespeicherelemente deutlich weniger beeinträchtigt wird. Die elektromagnetische Abschirmung ist im Wesentlichen auf den Einsatz der kohlefaserverstärkten Kunststoffe in der Verkleidung zurückzuführen, da diese leitfähig sind und elektromagnetische Strahlung an die Fahrzeugstruktur ableiten.
• Dieser Abschirmeffekt kann durch geeignete Auswahl von Zusatzstoffen oder Einlagerungen in den PE-Schaum des Gehäuses oder durch geeignete Beschichtung und/oder Lackierung des Gehäuses und/oder der Verkleidung noch verstärkt werden.
• Vorteil 6: Verringerung der Herstellungskosten
• Die Material- und Fertigungskosten für die erfindungsgemäße Energiespeichervorrichtung sind ausgesprochen gering. Vernetzte PE-Schaumstoffe als Rohmaterialien sind bei diversen Anbietern kostengünstig verfügbar. Diese Rohmaterialien müssen für die Herstellung des Gehäuses 1 nur noch einzeln konfektioniert bzw. zugeschnitten und mit der erforderlichen Anzahl von Ausnahmen 3 in entsprechender Größe und Ausrichtung z.B. durch Bearbeitung mit einer CNC-Fräse ausgestattet werden. Es ist keine Form zur Herstellung des Gehäuses 1 notwendig. Auch bei den Energiespeicherzellen 21 können Standardbauteile verwendet werden, um verschiedene Kapazitäten darzustellen.
• Bezugszeichenliste

1

Gehäuse

2

Energiespeicherelement

3

Aufnahme (für Energiespeicherelement)

4

Rahmen

5

Elektronik

11

Körper (mit Aufnahme)

12

Körper (unten)

13

Körper (oben)

14

Rippe

15

Tasche (Ausnehmung)

21

Energiespeicherzelle (LiFePO4-Akkumulatorzelle)

22

Verbindungselement

41

Bodenplatte

42

Seitenteile

43

Aufnahme (für Körper)

44

Befestigungsöffnung

45

Halterung

6

Deckel

61

Abstandshalter

62

Poladapter (Messing)

Claims (9)

1. Energiespeichervorrichtung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem Gehäuse (1) umfassend wenigstens eine Aufnahme (3) in der wenigstens ein als Starterakkumulator ausgebildetes Energiespeicherelement (2) aus einzelnen zylinderförmigen Akkumulatorzellen angeordnet ist, wobei die Aufnahme (3) durch wenigstens einen Körper (11, 12, 13) aus einem porösen Material gebildet wird, wobei der Körper (11, 12, 13) ein vernetzter und geschäumter Kunststoff ist, und derart konfiguriert ist, um das Energiespeicherelement (2) mechanisch von einer Fahrzeugstruktur sowie thermisch von einer externen Wärmequelle zu entkoppeln, wobei das Energiespeicherelement (2) ein Übermaß gegenüber der Aufnahme (3) aufweist, wobei das Energiespeicherelement (2) durch elastische Verformung des Körpers (11) herausnehmbar in die Aufnahme (3) eingesetzt ist und kraftschlüssig sowie spielfrei in der Aufnahme (3) festgelegt ist, wobei das Gehäuse (1) einen Rahmen (4) aufweist, der wenigstens ein Druckausgleichselement umfasst, um den Druck innerhalb und außerhalb des Rahmens (4) auszugleichen und die nach Gebrauch emittierte Wärme der Akkuzellen aus dem Gehäuse zu entlassen.
2. Energiespeichervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Körper (11, 12, 13) wenigstens eines der folgenden Merkmale aufweist: a. Der Körper (11, 12, 13) ist einstückig und/oder monolithisch ausgebildet. b. Der Körper (11) ist quaderförmig oder würfelförmig ausgebildet. c. Der Körper (12, 13) ist plattenförmig ausgebildet. d. Der Körper (11, 12, 13) umfasst eine Länge und/oder Breite und/oder Höhe im Bereich von 0,05 m bis 1,0 m, vorzugsweise im Bereich von 0,1 m bis 0,5 m, bevorzugt im Bereich von 0,15 m bis 0,25 m. e. Der Körper (11, 12, 13) ist im Materialabtragsverfahren hergestellt, vorzugsweise durch Schneiden und/oder Fräsen eines Werkstücks aus dem porösen Material. f. Der Körper (11, 12, 13) bildet zumindest abschnittsweise eine Aufnahme für eine Elektronik der Energiespeichervorrichtung. g. Der Körper (13) trennt eine Aufnahme für eine Elektronik (5) von der Aufnahme (3) für das wenigstens eine Energiespeicherelement (2) ab. h. Der Körper (11, 12, 13) ist derart konfiguriert, um das Energiespeicherelement (2) thermisch im Hinblick auf Wärmeleitung und/oder Wärmestrahlung und/oder Konvektion von einer externen Wärmequelle zu entkoppeln. i. Der Körper (11, 12, 13) ist derart konfiguriert, um elektromagnetische Strahlung abzuschirmen, vorzugsweise durch eine Strahlung abschirmende Lackierung und/oder Beschichtung und/oder durch Strahlung abschirmende Zusatzstoffe. j. Der Körper (11, 12, 13) umfasst Rippen (14) und/oder Taschen (15) an der Innenseite der Aufnahme (3), die vorzugsweise zur Positionierung des Energiespeicherelements (2) dienen.
3. Energiespeichervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das poröse Material wenigstens eines der folgenden Merkmale aufweist: a. Das poröse Material ist ein Polyolefin, bevorzugt Polyethylen. b. Das poröse Material ist physikalisch vernetzt und/oder chemisch vernetzt. c. Das poröse Material umfasst eine geschlossene Zellstruktur. d. Das poröse Material weist eine Porengröße im Bereich von 0,1 mm bis 1,0 mm, vorzugsweise im Bereich von 0,2 mm bis 0,5 mm, bevorzugt im Bereich von 0,3 mm bis 0,4 mm auf. e. Das poröse Material weist eine Wärmeleitfähigkeit im Bereich von 0,01 W/mK bis 0,10 W/mK, vorzugsweise im Bereich von 0,02 W/mK bis 0,05 W/mK, bevorzugt im Bereich von 0,03 W/mK bis 0,04 W/mK auf. f. Das poröse Material weist eine Dichte im Bereich von 10 Kg/m³ bis 100 Kg/m³, vorzugsweise im Bereich von 20 Kg/m³ bis 60 Kg/m³, bevorzugt im Bereich von 25 Kg/m³ bis 50 Kg/m³ auf, wobei die Dichte vorzugsweise nach der Norm EN ISO 845 gemessen wird. g. Das poröse Material weist eine Bruchdehnung von wenigstens 50%, vorzugsweise wenigstens 60%, bevorzugt wenigstens 80% auf, wobei die Bruchdehnung vorzugsweise nach der Norm ISO-1798 gemessen wird. h. Das poröse Material weist eine Zugfestigkeit von wenigstens 100 kPa, vorzugsweise wenigstens 150 kPa, bevorzugt wenigstens 200 kPa auf, wobei die Zugfestigkeit vorzugsweise nach der Norm EN ISO 1926 gemessen wird. i. Das poröse Material weist eine Entflammbarkeit von maximal 100 mm/min auf, wobei die Entflammbarkeit vorzugsweise nach der Norm FMVSS 302 oder der Norm DIN 75200 gemessen wird. j. Eine Zellstruktur des porösen Materials ist an der Außenseite des Körpers (1) und/oder an der Innenseite der Aufnahme (3) freigelegt und/oder geöffnet. k. Das poröse Material ist brand- oder flammhemmend und/oder bildet brand- oder flammhemmende Verbrennungsprodukte und/oder umfasst brand- oder flammhemmende Einschlüsse, vorzugsweise Stickstoff. I. Das poröse Material ist flexibel und/oder elastisch. m. Das poröse Material ist derart konfiguriert, um elektromagnetische Strahlung abzuschirmen, vorzugsweise durch wenigstens einen Strahlung abschirmenden Zuschlagstoff.
4. Energiespeichervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme (3) wenigstens eines der folgenden Merkmale aufweist: a. Die Aufnahme (3) ist zur Anordnung wenigstens eines Lithium-Eisenphosphat-Akkumulators (2) ausgebildet. b. Die Aufnahme (3) erstreckt sich als Durchbruch durch wenigstens einen Körper (11) aus porösem Material. c. Die Aufnahme (3) ist vorzugsweise reversibel verschließbar oder verschlossen, wenigstens einseitig, vorzugsweise beidseitig, bevorzugt durch wenigstens einen Körper (12, 13) aus porösem Material und/oder einen Deckel (6). d. Die Aufnahme (3) definiert ein in Wesentlichen quaderförmiges oder würfelförmiges Volumen zur Anordnung des wenigstens einen Energiespeicherelements (2). e. Eine Innenkontur der Aufnahme (3) ist an eine Außenkontur des wenigstens einen Energiespeicherelements (2) angepasst.
5. Energiespeichervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen (4) wenigstens eines der folgenden Merkmale aufweist: a. Der Rahmen (4) umgibt den wenigstens einen Körper (11, 12, 13) zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig. b. Der Rahmen (4) bildet eine Aufnahme (43) für den wenigstens einen Körper (11, 12, 13), wobei die Aufnahme (43) vorzugsweise verschließbar oder verschlossen, bevorzugt reversibel verschließbar oder verschlossen ist, besonders bevorzugt durch einen Deckel (6). c. Eine Innenkontur des Rahmens (4) ist an eine Außenkontur des wenigstens einen Körpers (11, 12, 13) angepasst, wobei der Rahmen (4) vorzugsweise ein quaderförmiges oder würfelförmiges Volumen definiert. d. Der Rahmen (4) umfasst wenigstens zwei miteinander verbindbare Rahmenteile (41, 42), die im verbundenen Zustand eine Aufnahme (43) für den wenigstens einen Körper (11, 12, 13) bilden. e. Wenigstens ein Rahmenteil (41, 42) ist aus einem faserverstärkten Kunststoff, vorzugweise aus einem mit Kohlefaser, Glasfaser und/oder Aramidfaser verstärkten Kunststoff ausgebildet. f. Wenigstens ein Rahmenteil (41, 42) ist im Wesentlichen plattenförmig ausgebildet, wobei die Dicke des plattenförmigen Rahmenteils vorzugsweise im Bereich von 0,1 mm bis 2 mm, bevorzugt im Bereich von 0,5 mm bis 1,5 mm liegt. g. Wenigstens ein Rahmenteil (41), vorzugsweise eine Bodenplatte, umfasst wenigstens eine Befestigungsöffnung (44) zur Befestigung des Gehäuses (1) an einer Fahrzeugstruktur, wobei vorzugsweise mindestens zwei Befestigungsöffnungen (44) an entgegen gesetzten Seiten des Rahmenteils (41) angeordnet sind, wobei bevorzugt mindestens vier Befestigungsöffnungen (44) an den vier Seiten des Rahmenteils (41) angeordnet sind, wobei die Befestigungsöffnung (44) besonders bevorzugt als Langloch ausgebildet ist. h. Wenigstens ein Rahmenteil (41), vorzugsweise eine Bodenplatte, umfasst wenigstens eine Halterung (45) für wenigstens ein anderes Rahmenteil (42), wobei vorzugsweise mehrere Rahmenteile (42) in der Halterung (45) derart anordenbar sind, dass die Rahmenteile (41, 42) gemeinsam eine Aufnahme (43) bilden. i. Der Rahmen (4) ist derart konfiguriert, um elektromagnetische Strahlung abzuschirmen, vorzugsweise durch Strahlung abschirmende Einschlüsse, bevorzugt durch kohlefaserverstärkte Kunststoffe.
6. Energiespeichervorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Energiespeicherelement (2) wenigstens eines der folgenden Merkmale aufweist: a. Das Energiespeicherelement (2) umfasst wenigstens eine Lithium-Eisenphosphat-Akkuzelle, wobei die Lithium-Eisenphosphat-Akkuzelle Lithium-Eisenphosphat (LiFePO₄) als Kathodenmaterial umfasst. b. Das Energiespeicherelement (2) ist formschlüssig und stoffschlüssig in der Aufnahme (3) angeordnet. c. Das Energiespeicherelement (2) füllt die Aufnahme (3) im Wesentlichen vollständig aus. d. Das Energiespeicherelement (2) ist vollständig von dem wenigstens einen Körper (11) umgeben. e. Das Energiespeicherelement (2) oder wenigstens eine Energiespeicherzelle (21) ist zylindrisch, quaderförmig oder würfelförmig ausgebildet, wobei der Pluspol und der Minuspol vorzugsweise an verschiedenen Enden des Energiespeicherelements (2) ausgebildet sind. f. Das Energiespeicherelement (2) umfasst einen Arbeitstemperaturbereich von - 30°C bis + 60°C, vorzugsweise von 0°C bis + 40°C, bevorzugt von +15°C bis + 25°C. g. Das Energiespeicherelement (2) umfasst wenigstens zwei Energiespeicherzellen (21), die vorzugsweise im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind, wobei die Energiespeicherzellen (21) vorzugsweise über ein Verbindungselement (22) verbunden sind. h. Das Energiespeicherelement (2) umfasst eine Vielzahl von vorzugsweise parallel angeordneten Energiespeicherzellen (21), die zu einem Paket mit vorzugsweise wenigstens zwei Reihen und wenigstens zwei Spalten von Energiespeicherzellen (21) verbunden sind, wobei bevorzugt wenigstens einige Energiespeicherzellen (21) der äußeren Reihen und/oder Spalten des Pakets den wenigstens einen Körper (11) an einem Teil ihres Umfangs kontaktieren.
7. Verwendung der Energiespeichervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 als Energiespeichervorrichtung für Kraftfahrzeuge.
8. Verfahren zur Herstellung einer Energiespeichervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, umfassend die Schritte: a. Schritt 1: Bereitstellen eines porösen Materials. b. Schritt 2: Herausarbeiten des wenigstens einen Körpers (11, 12, 13) zur Ausbildung der wenigstens einen Aufnahme (3) für den wenigstens eine Energiespeicherelement (2) aus dem porösen Material durch ein Abtragsverfahren, vorzugsweise durch ein Trennverfahren und/oder Erosionsverfahren, bevorzugt durch ein Schneidverfahren und/oder ein Fräsverfahren, sodass das Energiespeicherelement (2) ein Übermaß gegenüber der Aufnahme (3) aufweist. c. Schritt 3: Verbinden des wenigstens einen Körpers (11, 12, 13) mit einem Rahmen (4) zu einem Gehäuse (1), vorzugsweise durch Verkleben. d. Schritt 4: Anordnen wenigstens eines Energiespeicherelements (2) in der Aufnahme (3) durch elastische Verformung des Körpers (11), sodass das Energiespeicherelement (2) herausnehmbar in der Aufnahme (3) eingesetzt ist und kraftschlüssig sowie spielfrei in der Aufnahme (3) festgelegt ist.
9. Verfahren nach Anspruch 8, ferner gekennzeichnet durch wenigstens einen der folgenden Schritte: a. Herstellen des Rahmens (4) aus einer Vielzahl von Rahmenteilen (41, 42), vorzugsweise vor Schritt 3, umfassend die Teilschritte: i. Positionieren von Seitenteilen (42) gegenüber einer Bodenplatte (41), wobei die Seitenteile (42) und/oder die Bodenplatte (41) aus kohlefaserverstärktem Kunststoff bestehen. ii. Verbinden der Seitenteile (42) mit der Bodenplatte (41), vorzugsweise durch Verkleben. b. Verbinden des wenigstens einen Energiespeicherelements (2) mit einer Elektronik (5) der Energiespeichervorrichtung, vorzugsweise als Schritt 5. c. Verschließen der Aufnahme (3), vorzugsweise durch einen Deckel (6), bevorzugt als Schritt 6.

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