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Die Erfindung betrifft ein Batteriesystem, umfassend ein Batteriegehäuse, welches einen Grundkörper, eine Deckplatte und eine Bodenplatte aufweist, wobei die Bodenplatte eine erste offene Stirnseite des Grundkörpers verschließt, und wobei die Deckplatte eine zweite offene Stirnseite des Grundkörpers verschließt, und mehrere Batteriezellen, welche zu einem Zellblock verbunden sind.
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Stand der Technik
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Elektrische Energie ist mittels Batterien speicherbar. Batterien wandeln chemische Reaktionsenergie in elektrische Energie um. Hierbei werden Primärbatterien und Sekundärbatterien unterschieden. Primärbatterien sind nur einmal funktionsfähig, während Sekundärbatterien, die auch als Akkumulator bezeichnet werden, wieder aufladbar sind. Eine Batterie umfasst dabei eine oder mehrere Batteriezellen.
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In einem Akkumulator finden insbesondere sogenannte Lithium-Ionen-Batteriezellen Verwendung. Diese zeichnen sich unter anderem durch hohe Energiedichten, thermische Stabilität und eine äußerst geringe Selbstentladung aus. Lithium-Ionen-Batteriezellen kommen unter anderem in Kraftfahrzeugen, insbesondere in Elektrofahrzeugen (Electric Vehicle, EV), Hybridfahrzeugen (Hybrid Electric Vehicle, HEV) sowie Plug-In-Hybridfahrzeugen (Plug-In-Hybrid Electric Vehicle, PHEV) zum Einsatz. Ferner kommen Lithium-Ionen-Batteriezellen auch in elektrisch angetriebenen Zweirädern zum Einsatz, beispielsweise in E-Bikes, in elektrischen Kleinkrafträdern und auch in Elektrorollern.
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Mehrere Batteriezellen werden dabei zu einem Zellblock verbunden und elektrisch miteinander verschaltet. Durch Serienschaltung mehrerer Batteriezellen ist die Ausgangsspannung des Zellblocks vorgebbar. Durch Parallelschaltung mehrerer in Serie geschalteter Batteriezellen ist die Kapazität des Zellblocks, beziehungsweise die in dem Zellblock speicherbare Energie, vorgebbar. Der Zellblock ist in einem Batteriegehäuse angeordnet, welches Kontakte zum Anschluss des Zellblocks aufweist. Ein gattungsgemäßes Batteriesystem umfasst ein solches Batteriegehäuse und einen solchen darin angeordneten Zellblock.
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Das Batteriegehäuse wird an die Anzahl der darin angeordneten Batteriezellen angepasst. Wenn ein Batteriesystem einen Zellblock mit einer größeren Kapazität, also mit einer größeren Anzahl von Batteriezellen, benötigt, so wird ein entsprechend großes Batteriegehäuse verwendet.
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Aus der
WO 2014/119287 A1 ist ein Batterieblock bekannt, der ein Batteriegehäuse umfasst, welches einen Grundkörper, einen Deckel und einen Boden aufweist, wobei der Deckel eine erste offene Stirnseite des Grundkörpers verschließt, und der Boden eine zweite offene Stirnseite des Grundkörpers verschließt. In dem Batteriegehäuse sind dabei mehrere Batteriezellen angeordnet.
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Aus der
US 2012/0231318 A1 ist ein Batteriemodul bekannt, das eine Vielzahl von Batteriezellen umfasst. Dabei sind mehrere Batteriezellen parallel zu einer Zellgruppe verschaltet, und mehrere Zellgruppen sind seriell verschaltet. Die Zellgruppen sind dabei in Rahmenelementen gehalten, die bevorzugt aus Kunststoff gefertigt sind.
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Offenbarung der Erfindung
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Es wird ein Batteriesystem vorgeschlagen, das ein Batteriegehäuse und mehrere in dem Batteriegehäuse angeordnete Batteriezellen umfasst. Das Batteriegehäuse weist einen Grundkörper mit zwei offenen Stirnseiten, eine Deckplatte und einer Bodenplatte auf. Dabei verschließt die Bodenplatte die erste offene Stirnseite des Grundkörpers, und die Deckplatte verschließt die zweite offene Stirnseite des Grundkörpers. Die Batteriezellen sind, vorzugsweise mechanisch und elektrisch, zu einem Zellblock verbunden.
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Erfindungsgemäß ist der Grundkörper rohrförmig ausgebildet und umgibt einen Aufnahmeraum, in welchem der Zellblock aufgenommen ist. Der Grundkörper weist somit eine verhältnismäßig einfache geometrische Form auf. Insbesondere ist der Grundkörper als Endlosprofil herstellbar und kann auf die erforderliche Länge gekürzt, beziehungsweise abgelängt, werden. Die erforderliche Länge des Grundkörpers hängt dabei von der Anzahl der Batteriezellen ab, die in dem Aufnahmeraum angeordnet sind, während der Querschnitt des Grundkörpers gleich bleibt.
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Vorzugsweise umgibt der Grundkörper genau einen Aufnahmeraum. Der Zellblock ist somit in einem einzigen Aufnahmeraum angeordnet, und damit sind auch alle Batteriezellen des Zellblocks in demselben Aufnahmeraum angeordnet. Dadurch weist der Grundkörper eine besonders einfache geometrische Form auf.
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Bevorzugt ist der Grundkörper einstückig ausgebildet. Dadurch ist der Grundkörper auf besonders einfache Art, insbesondere als Endlosprofil, herstellbar.
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Besonders bevorzugt weist der Grundkörper einen rechteckigen Querschnitt auf. Besonders bevorzugt weist auch der Aufnahmeraum einen rechteckigen Querschnitt auf. Ein solcher rechteckiger Querschnitt des Grundkörper sowie des Aufnahmeraum gestattet ein verhältnismäßig einfaches Einführen des Zellblocks in den Aufnahmeraum.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Grundkörper des Batteriegehäuses im Strangpressverfahren oder im Stranggussverfahren oder durch Extrusion hergestellt und entsprechend abgelängt. Durch das Strangpressverfahren, das Stranggussverfahren sowie durch Extrusion sind Endlosprofile, beziehungsweise Profile mit gewünschter Länge, mit konstantem Querschnitt herstellbar. Durch Ablängen des Profils kann der Grundkörper derart ausgestaltet werden, das der Aufnahmeraum eine für den Zellblock passendes Volumen aufweist.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Zellblock innerhalb des Batteriegehäuses zumindest teilwiese von einem Füllmaterial umgeben. Bei dem Füllmaterial handelt es sich beispielsweise um Schaumstoff. Das Füllmaterial füllt noch vorhandene Freiräume zwischen dem Grundkörper und dem Zellblock innerhalb des Aufnahmeraums aus und verhindert so Bewegungen des Zellblocks relativ zu dem Batteriegehäuse. Auch dämpft das als Schaumstoff ausgebildete Füllmaterial auf den Zellblock einwirkende Vibrationen und Stöße.
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Vorteilhaft sind die Batteriezellen des Zellblocks seriell und parallel elektrisch verschaltet. Durch die serielle Verschaltung mehrerer Batteriezellen ist die Ausgangsspannung des Zellblocks vorgebbar. Durch die parallele Verschaltung mehrerer in Serie geschalteter Batteriezellen ist die Kapazität des Zellblocks vorgebbar.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind in der Deckplatte elektrische Kontakte zum Anschluss des Zellblocks vorgesehen. Zu den besagten elektrischen Kontakten gehören insbesondere ein negatives Terminal und ein positives Terminal. Über diese Terminals kann eine von dem Zellblock zur Verfügung gestellte Spannung abgegriffen werden. Ferner können die Batteriezellen des Zellblocks über die Terminals auch geladen werden. Aber auch weitere elektrische Kontakte, beispielsweise zur Überwachung von Batteriezellen, können in der Deckplatte vorgesehen sein.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Batteriezellen kreiszylindrisch ausgebildet und weisen Mittelachsen auf, welche parallel zu der Deckplatte sowie parallel zu der Bodenplatte orientiert sind. Die Batteriezellen sind dabei derart zu dem Zellblock mechanisch verbunden, dass die Mittelachsen der Batteriezellen parallel zueinander verlaufen, und der Zellblock ist derart in dem Batteriegehäuse angeordnet, dass die Mittelachsen parallel zu der Deckplatte sowie parallel zu der Bodenplatte verlaufen.
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Ein erfindungsgemäßes Batteriesystem findet vorteilhaft Verwendung in einem Elektrofahrzeug, insbesondere in einem elektrisch angetriebenen Zweirad, beispielsweise in einem E-Bike, in einem elektrischen Kleinkraftrad sowie in einem Elektroroller. Aber auch eine Verwendung des erfindungsgemäßen Batteriesystems in einem vierrädrigen Elektrofahrzeug, insbesondere in einem Hybridfahrzeug sowie in einem Plug-In-Hybridfahrzeug ist denkbar und im Sinne der Erfindung.
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Vorteile der Erfindung
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Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Batteriesystems ist eine einfache Skalierung und Anpassung an bestehende Anforderungen an das Batteriesystem möglich. Unabhängig von der benötigten Kapazität des Batteriesystems sind weitgehend Gleichteile zum dessen Aufbau vorgesehen. So kann insbesondere für jedes Batteriesystem die gleiche Deckplatte sowie die gleiche Bodenplatte verwendet werden. Lediglich der Grundkörper des Batteriegehäuses ist anzupassen. Der Grundkörper hat dabei einen verhältnismäßig einfachen Aufbau und ist vorteilhaft als Endlosprofil herstellbar. Je nach benötigter Kapazität des Batteriesystems wird lediglich der Grundkörper auf die erforderliche Länge gekürzt, beziehungsweise abgelängt.
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Bei der Herstellung des Batteriesystems kann vorteilhaft zuerst die Batteriezellen zu dem Zellblock verbunden und verschaltet werden, und anschließend wird der Zellblock als Einheit in den Grundkörper des Batteriegehäuses durch eine der offenen Stirnseiten eingeführt. Anschließend werden die Deckplatte und die Bodenplatte angebracht, um die offenen Stirnseiten des Batteriegehäuses zu verschließen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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1: einen Grundkörper eines Batteriegehäuses für ein Batteriesystem gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
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2: einen Zellblock für das Batteriesystem gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
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3: eine Explosionsdarstellung des Batteriesystems gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
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4: eine perspektivische Darstellung des Batteriesystems gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
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5: einen Grundkörper eines Batteriegehäuses für ein Batteriesystem gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
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6: einen Zellblock für das Batteriesystem gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel,
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7: eine Explosionsdarstellung des Batteriesystems gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel und
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8: eine perspektivische Darstellung des Batteriesystems gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung werden gleiche oder ähnliche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente in Einzelfällen verzichtet wird. Die Figuren stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar.
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1 zeigt einen Grundkörper 70 eines Batteriegehäuses 72 für ein Batteriesystem 50 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Der Grundkörper 70 ist dabei rohrförmig ausgebildet und weist eine erste offene Stirnseite 74 und eine zweite offene Stirnseite 76 auf. Der Grundkörper 70 erstreckt sich entlang seiner Längsachse L, welche die erste Stirnseite 74 und die zweite Stirnseite 76 rechtwinklig schneidet.
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Der Grundkörper 70 für das Batteriesystem 50 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel umgibt dabei einen Aufnahmeraum 62, welcher zur Aufnahme eines Zellblocks 60 dient. Der Grundkörper 70 und der Aufnahmeraum 62 weisen, in Richtung der Längsachse L gesehen, einen rechteckigen Querschnitt auf. Das Volumen des Aufnahmeraums 62 ist proportional zu der Länge des Grundkörpers 70. Als Länge des Grundkörpers 70 wird dabei dessen Ausdehnung in Längsrichtung L bezeichnet.
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2 zeigt einen Zellblock 60 für das Batteriesystem 50 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Der Zellblock 60 umfasst mehrere Batteriezellen 2, welche mechanisch miteinander verbunden und elektrisch miteinander verschaltet sind. Die Batteriezellen 2 sind vorliegend kreiszylindrisch ausgebildet und weisen jeweils eine Mittelachse M auf. Die Batteriezellen 2 sind derart ausgerichtet, dass ihre Mittelachsen M parallel versetzt zueinander verlaufen.
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Der Zellblock 60 für das Batteriesystem 50 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel umfasst vorliegend 195 Batteriezellen 2, von denen jede eine Spannung von etwa 3,7 Volt liefert. Dabei sind jeweils 13 Batteriezellen 2 seriell verschaltet, wodurch der Zellblock 60 eine Ausgangsspannung von etwa 48 Volt liefert. Es sind 15 solcher Serienschaltungen aus je 13 Batteriezellen 2 parallel geschaltet. Somit hat der Zellblock 60 vorliegend eine Kapazität von ungefähr 2 kWh.
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3 zeigt eine Explosionsdarstellung des Batteriesystems 50 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Der Zellblock 60 wird durch die erste offene Stirnseite 74 hindurch entlang der Längsachse L des Grundkörpers 70 in den Aufnahmeraum 62 des Grundkörpers 70 eingeschoben. Dabei verlaufen die Mittelachsen M der Batteriezellen 2 rechtwinklig zu der Längsachse L des Grundkörpers 70.
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Zusätzlich wird ein hier nicht dargestelltes Füllmaterial durch die erste offene Stirnseite 74 hindurch entlang der Längsachse L des Grundkörpers 70 in den Aufnahmeraum 62 des Grundkörpers 70 eingeschoben. Das Füllmaterial umgibt den Zellblock 60. Anschließend wird die erste Stirnseite 74 von einer Bodenplatte 84 verschlossen, und die zweite Stirnseite 76 wird von einer Deckplatte 86 verschlossen.
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Die Deckplatte 86 umfasst dabei hier nicht dargestellte elektrische Kontakte zum Anschluss des Zellblocks 60. Zu den besagten elektrischen Kontakten gehören insbesondere ein negatives Terminal und ein positives Terminal, über welche die von dem Zellblock 60 gelieferte Ausgangsspannung abgegriffen werden kann, und über welche die Batteriezellen 2 des Zellblocks 60 auch geladen werden können. Die Längsachse L schneidet die Bodenplatte 84 und die Deckplatte 86 rechtwinklig.
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4 zeigt eine perspektivische Darstellung des Batteriesystems 50 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Der Grundkörper 70, die Bodenplatte 84 und die Deckplatte 86 bilden das Batteriegehäuse 72, in welchem der Zellblock 60 aufgenommen ist.
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Das Batteriesystem 50 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel weist, bedingt durch den hier nicht sichtbaren Zellblock 60, eine Ausgangsspannung von etwa 48 Volt und eine Kapazität von ungefähr 2 kWh auf. Das Batteriesystem 50 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel dient beispielsweise zum Antrieb eines Kleinkraftrads.
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5 zeigt einen Grundkörper 70' eines Batteriegehäuses 72' für ein Batteriesystem 50' gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Der Grundkörper 70' ist dabei rohrförmig ausgebildet und weist eine erste offene Stirnseite 74 und eine zweite offene Stirnseite 76 auf. Der Grundkörper 70' erstreckt sich entlang seiner Längsachse L, welche die erste Stirnseite 74 und die zweite Stirnseite 76 rechtwinklig schneidet.
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Der Grundkörper 70' für das Batteriesystem 50 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel umgibt dabei einen Aufnahmeraum 62', welcher zur Aufnahme eines Zellblocks 60' dient. Der Grundkörper 70' und der Aufnahmeraum 62' weisen, in Richtung der Längsachse L gesehen, einen rechteckigen Querschnitt auf. Das Volumen des Aufnahmeraums 62' ist proportional zu der Länge des Grundkörpers 70'. Als Länge des Grundkörpers 70' wird dabei dessen Ausdehnung in Längsrichtung L bezeichnet.
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Der Grundkörper 70' für das Batteriesystem 50' gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel weist den gleichen Querschnitt auf wie der Grundkörper 70 für das Batteriesystem 50 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Der Grundkörper 70' für das Batteriesystem 50' gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel weist jedoch eine größere Länge auf als der Grundkörper 70 für das Batteriesystem 50 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Somit ist das Volumen des Aufnahmeraums 62' des Grundkörpers 70' für das Batteriesystem 50' gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel größer als das Volumen des Aufnahmeraums 62 des Grundkörpers 70 für das Batteriesystem 50 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
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6 zeigt einen Zellblock 60' für das Batteriesystem 50 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel. Der Zellblock 60' umfasst mehrere Batteriezellen 2, welche mechanisch miteinander verbunden und elektrisch miteinander verschaltet sind. Die Batteriezellen 2 sind vorliegend kreiszylindrisch ausgebildet und weisen jeweils eine Mittelachse M auf. Die Batteriezellen 2 sind derart ausgerichtet, dass ihre Mittelachsen M parallel versetzt zueinander verlaufen.
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Der Zellblock 60' für das Batteriesystem 50 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel umfasst vorliegend 260 Batteriezellen 2, von denen jede eine Spannung von etwa 3,7 Volt liefert. Dabei sind jeweils 13 Batteriezellen 2 seriell verschaltet, wodurch der Zellblock 60' eine Ausgangsspannung von etwa 48 Volt liefert. Es sind 20 solcher Serienschaltungen aus je 13 Batteriezellen 2 parallel geschaltet. Somit hat der Zellblock 60' vorliegend eine Kapazität von ungefähr 3 kWh.
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7 zeigt eine Explosionsdarstellung des Batteriesystems 50' gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel. Der Zellblock 60' wird durch die erste offene Stirnseite 74 hindurch entlang der Längsachse L des Grundkörpers 70' in den Aufnahmeraum 62' des Grundkörpers 70' eingeschoben. Dabei verlaufen die Mittelachsen M der Batteriezellen 2 rechtwinklig zu der Längsachse L des Grundkörpers 70'.
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Zusätzlich wird ein hier nicht dargestelltes Füllmaterial durch die erste offene Stirnseite 74 hindurch entlang der Längsachse L des Grundkörpers 70' in den Aufnahmeraum 62' des Grundkörpers 70' eingeschoben. Das Füllmaterial umgibt den Zellblock 60'. Anschließend wird die erste Stirnseite 74 von einer Bodenplatte 84 verschlossen, und die zweite Stirnseite 76 wird von einer Deckplatte 86 verschlossen.
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Die Bodenplatte 84 und die Deckplatte 86 des Batteriesystems 50' gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel sind dabei baugleich mit der Bodenplatte 84 und der Deckplatte 86 des Batteriesystems 50 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Die Längsachse L schneidet die Bodenplatte 84 und die Deckplatte 86 rechtwinklig.
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8 zeigt eine perspektivische Darstellung des Batteriesystems 50' gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel. Der Grundkörper 70', die Bodenplatte 84 und die Deckplatte 86 bilden das Batteriegehäuse 72', in welchem der Zellblock 60' aufgenommen ist.
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Das Batteriesystem 50' gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel weist, bedingt durch den hier nicht sichtbaren Zellblock 60', eine Ausgangsspannung von etwa 48 Volt und eine Kapazität von ungefähr 3 kWh auf. Das Batteriesystem 50' gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel dient beispielsweise zum Antrieb eines Elektrorollers.
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Das in 4 dargestellte Batteriegehäuse 72 des Batteriesystems 50 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel und das in 8 dargestellte Batteriegehäuse 72' des Batteriesystems 50' gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel unterscheiden sich lediglich in der Länge ihrer Grundkörper 70, 70'. Die Grundkörper 70, 70' können dabei einfach von dem gleichen Profil abgelängt werden.
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Die Länge des jeweiligen Grundkörpers 70, 70' wird dabei derart gewählt, dass das Volumen des jeweiligen Aufnahmeraums 62, 62' an das erforderliche Volumen für den einzuschiebenden Zellblock 60, 60' angepasst ist. Das Volumen des jeweiligen Zellblocks 60, 60' ist dabei von der Anzahl der darin enthaltenen Batteriezellen 2 abhängig.
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Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2014/119287 A1 [0006]
- US 2012/0231318 A1 [0007]
