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Die Erfindung betrifft eine elektrische Energiespeichereinrichtung sowie ein Kraftfahrzeug mit einer solchen elektrischen Energiespeichereinrichtung.
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Elektrische Energiespeichereinrichtungen werden typischerweise verwendet, um elektrischen Strom in Kraftfahrzeugen oder in anderen mobilen oder stationären Einrichtungen zu speichern. Beispielsweise kann eine solche elektrische Energiespeichereinrichtung zur Stromspeicherung in einem batterieelektrischen Fahrzeug verwendet werden. Es hat sich gezeigt, dass derartige elektrische Energiespeichereinrichtungen je nach Einbaulage unterschiedlich von Unfallereignissen betroffen sind.
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Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, eine elektrische Energiespeichereinrichtung bereitzustellen, welche im Vergleich zu bekannten Ausführungen beispielsweise bei bestimmten Aufprallereignissen besser geschützt ist. Es ist des Weiteren eine Aufgabe der Erfindung, ein Kraftfahrzeug mit einer solchen elektrischen Energiespeichereinrichtung bereitzustellen. Dies wird erfindungsgemäß durch eine elektrische Energiespeichereinrichtung sowie ein Kraftfahrzeug gemäß den jeweiligen Hauptansprüchen erreicht. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind beispielsweise in den Unteransprüchen beansprucht. Der Inhalt der Ansprüche wird durch ausdrückliche Inbezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
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Die Erfindung betrifft eine elektrische Energiespeichereinrichtung. Die elektrische Energiespeichereinrichtung weist eine oder mehrere Energiespeicherzellen auf. Sie weist eine Begrenzungsplatte auf. Des Weiteren weist sie ein oder mehrere Schutzelemente auf, wobei jedes Schutzelement mindestens eine zugeordnete Energiespeicherzelle ganz oder teilweise umgibt und mindestens eine Kontaktfläche aufweist, welche der Begrenzungsplatte zugewandt ist. Die elektrische Energiespeichereinrichtung weist ferner mindestens ein Abstützelement auf. Mindestens ein Schutzelement ist angrenzend an ein Abstützelement angeordnet, so dass bei einer Verbiegung der Begrenzungsplatte an der zugeordneten Energiespeicherzelle die Begrenzungsplatte das Schutzelement an einer Kontaktfläche gegen das Abstützelement drückt.
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Mittels einer solchen elektrischen Energiespeichereinrichtung kann die Reaktion der elektrischen Energiespeichereinrichtung auf ein Eindrücken der Begrenzungsplatte verbessert werden. Das Schutzelement kann eine Gegenkraft gegen ein Eindrücken erzeugen und kann die Begrenzungsplatte dadurch stabilisieren. Dadurch wird eine weitere Verformung verhindert, wodurch Schäden an den Energiespeicherzellen vermieden oder verringert werden können. Die Resistenz einer elektrischen Energiespeichereinrichtung gegen Aufprallereignisse, beispielsweise im Fall eines Unfalls eines Kraftfahrzeugs, kann dadurch erheblich erhöht werden.
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Die Energiespeicherzellen können insbesondere elektrische Energiespeicherzellen sein. Sie können insbesondere geladen und entladen werden. Eine Begrenzungsplatte kann insbesondere als flache Platte ausgeführt sein. Sie kann jedoch auch gebogen sein. Sie kann insbesondere eine äußere Begrenzung der elektrischen Energiespeichereinrichtung darstellen. Sie kann beispielsweise als Gehäuse der Energiespeichereinrichtung oder als Teil eines solchen Gehäuses ausgebildet sein. Die Schutzelemente dienen insbesondere dazu, die Energiespeicherzellen zu schützen. Es kann ein Schutzelement vorgesehen sein oder es können mehrere Schutzelemente vorgesehen sein. Dadurch, dass ein Schutzelement eine Energiespeicherzelle ganz oder teilweise umgibt, kann die Energiespeicherzelle von dem Schutzelement geschützt werden. Ein Eindrücken der Energiespeicherzelle ist in diesem Fall dadurch erschwert, dass das Schutzelement mit eingedrückt und/oder zerstört werden müsste. Dadurch schützt das Schutzelement die Energiespeicherzelle gegen Eindrücken oder sonstige Beschädigung. Beispielsweise kann ein Schutzelement eine Energiespeicherzelle im Querschnitt gesehen auf drei Seiten umgeben. Dies kann insbesondere in einer Ebene quer zu einer Längserstreckung der Energiespeicherzelle erfolgen. Die Kontaktfläche weist insbesondere auf die Begrenzungsplatte zu. Dies kann bedeuten, dass die Kontaktfläche an der Begrenzungsplatte anliegt. Sie kann jedoch auch dazu beabstandet sein. Beispielsweise kann die Kontaktfläche parallel zur Begrenzungsplatte ausgerichtet sein. Das Abstützelement kann insbesondere dazu dienen, für den Fall eines Drucks auf die Kontaktfläche ein Gegenlager zu bilden, um die Bewegung des Schutzelements zu begrenzen. Dadurch kann die Schutzwirkung erreicht oder verbessert werden. Wenn die Kontaktfläche unmittelbar an die Begrenzungsplatte angrenzt, kann insbesondere jede Verbiegung der Begrenzungsplatte in Richtung auf das Schutzelement zu einem Bewegen des Schutzelements führen. Wenn die Kontaktfläche von der Begrenzungsplatte beabstandet ist, kann insbesondere eine gewisse Verbiegung der Begrenzungsplatte auf das Schutzelement zu toleriert werden, bevor die Kontaktfläche dann kontaktiert wird und zu einer Bewegung des Schutzelements führt. Je nach Ausführung kann statt einer Bewegung des Schutzelements auch lediglich eine Krafteinleitung vorgesehen sein.
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Gemäß einer Ausführung sind ein, einige oder alle Abstützelemente für jeweils ein Schutzelement als Drehlager ausgebildet, so dass bei Druck auf eine Kontaktfläche durch die Begrenzungsplatte eine andere Kontaktfläche des Schutzelements oder ein anderer Abschnitt der Kontaktfläche die Begrenzungsplatte weg von der zugeordneten Energiespeicherzelle drückt. Dadurch kann eine unmittelbare Gegenkraft auf die Begrenzungsplatte ausgeübt werden, so dass einer Verformung entgegenwirkt wird. Sofern ein Druck auf die Begrenzungsplatte so breitflächig ist, dass sowohl an der Kontaktfläche wie auch an dem anderen Abschnitt der Kontaktfläche oder an der anderen Kontaktfläche eine Krafteinleitung erfolgt, kann die auf die Begrenzungsplatte einwirkende Kraft auf das Drehlager geleitet werden und somit ein breitflächigerer Abstützeffekt erreicht werden. Dadurch können die Energiespeicherzellen vorteilhaft geschützt werden.
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Gemäß einer Ausführung weist die elektrische Energiespeichereinrichtung eine weitere Begrenzungsplatte auf, wobei insbesondere die Energiespeicherzellen zwischen der Begrenzungsplatte und der weiteren Begrenzungsplatte angeordnet sind. Damit kann eine Begrenzung auf zwei Seiten, beispielsweise auf zwei Seitenflächen, der Energiespeichereinrichtung erfolgen. Die Schutzwirkung kann beispielsweise beidseitig realisiert werden.
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Gemäß einer Ausführung sind ein, einige oder alle Abstützelemente als jeweiliges weiteres Schutzelement ausgebildet, wobei jedes weitere Schutzelement insbesondere die Energiespeicherzelle oder die Energiespeicherzellen ganz oder teilweise umgibt, welche dem Schutzelement zugeordnet ist bzw. sind, für welches das weitere Schutzelement ein Abstützelement ist. Dadurch können Abstützelemente als Schutzelemente ausgebildet sein und können eine Schutzwirkung auf einer entgegengesetzten Seite ermöglichen. Anders ausgedrückt können die weiteren Schutzelemente so ausgebildet sein, dass sie gleichzeitig die Funktion eines Schutzelements und eines Abstützelements ausüben. Insbesondere kann durch eine solche Ausführung ein vorteilhafter beidseitiger Schutz von Energiespeicherzellen erreicht werden. Bezüglich der Ausführung der weiteren Schutzelemente sei auf die hierin gegebenen Ausführungen zu Schutzelementen verwiesen, welche entsprechend angewandt werden können.
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Insbesondere können ein, einige oder alle weiteren Schutzelemente jeweils mindestens eine weitere Kontaktfläche aufweisen, welche der weiteren Begrenzungsplatte zugewandt ist. Bezüglich der weiteren Kontaktflächen sei auf die Ausführungen zu den Kontaktflächen verwiesen, welche entsprechend anwendbar sind.
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Die weiteren Schutzelemente können insbesondere spiegelsymmetrisch zu den Schutzelementen angeordnet und/oder ausgebildet sein. Insbesondere können sie bezüglich einer Ebene spiegelsymmetrisch ausgebildet sein. Die Ebene, welche auch als Spiegelebene betrachtet werden kann, kann insbesondere zwischen den Schutzelementen und den weiteren Schutzelementen angeordnet sein.
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Gemäß einer Ausführung können die Schutzelemente und die weiteren Schutzelemente auch zumindest teilweise einstückig ausgebildet sein.
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Gemäß einer jeweiligen Ausführung sind ein, einige oder alle Schutzelemente derart ausgebildet, dass sie jeweils nur eine Kontaktfläche aufweisen, und/oder ein, einige oder alle weiteren Schutzelemente sind derart ausgebildet, dass sie jeweils nur eine Kontaktfläche aufweisen. Durch das Vorsehen nur einer Kontaktfläche am Schutzelement kann beispielsweise eine vollständige flächige Anlage oder ein gleichmäßiger Abstand zu der Begrenzungsplatte und/oder der weiteren Begrenzungsplatte vorgesehen werden. Wenn Kraft an mehreren Stellen eingeleitet werden soll, kann beispielsweise die Kontaktfläche in mehrere Abschnitte unterteilt werden, wobei diese Abschnitte beispielsweise als erkennbar getrennte Abschnitte ausgebildet sein können, beispielsweise durch Vorsehen von Einkerbungen dazwischen, oder auch rein aufgrund der Funktionalität oder durch gedachte Linien gegeneinander abgegrenzt werden können.
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Gemäß einer jeweiligen Ausführung weisen ein, einige oder alle Schutzelemente jeweils eine erste Kontaktfläche und eine dazu separate zweite Kontaktfläche auf. Gemäß einer jeweiligen Ausführung weisen ein, einige oder alle weiteren Schutzelemente jeweils eine erste weitere Kontaktfläche und eine dazu separate zweite weitere Kontaktfläche auf. Die jeweilige Kontaktfläche und die jeweilige weitere Kontaktfläche können beispielsweise baulich voneinander getrennt sein, beispielsweise dadurch, dass sie an unterschiedlichen Vorsprüngen des jeweiligen Schutzelements oder weiteren Schutzelements ausgebildet sind.
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Gemäß einer jeweiligen Ausführung ist vorgesehen, dass ein Schutzelement, einige oder alle Schutzelemente jeweils genau eine zugeordnete Energiespeicherzelle umfangsmäßig umgeben. Es kann auch vorgesehen sein, dass ein weiteres Schutzelement, einige oder alle weiteren Schutzelemente jeweils genau eine zugeordnete Energiespeicherzelle umfangsmäßig umgeben. Dadurch ist jedes Schutzelement oder weiteres Schutzelement jeweils genau einer Energiespeicherzelle zugeordnet und ist primär für deren Schutz zuständig. Grundsätzlich ist es jedoch auch möglich, dass beispielsweise ein Schutzelement oder weiteres Schutzelement mehrere Energiespeicherzellen umgibt und/oder dass es Energiespeicherzellen gibt, welche nicht von einem Schutzelement umgeben sind. Ein Umgeben einer Energiespeicherzelle durch ein Schutzelement kann insbesondere bedeuten, dass das Schutzelement die jeweilige Energiespeicherzelle an mehreren Seiten, insbesondere an drei Seiten im Querschnitt, umgibt. Beispielsweise kann eine Energiespeicherzelle an drei Seiten von einem Schutzelement umgeben sein und an einer weiteren Seite von einer Begrenzungsplatte umgeben sein.
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Gemäß einer Ausführung kann vorgesehen sein, dass eine Kontaktfläche, einige oder alle Kontaktflächen an der Begrenzungsfläche anliegen und/oder eine weitere Kontaktfläche, einige oder alle weiteren Kontaktflächen an der weiteren Begrenzungsplatte anliegen. Dadurch kann eine unmittelbare Krafteinleitung bereits bei einem leichten Verbiegen der Begrenzungsplatte bzw. bei einer entsprechend kleinen Kraft auf die Begrenzungsplatte erreicht werden.
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Die Begrenzungsplatte kann bevorzugt alle Energiespeicherzellen überdecken. Ebenso kann die weitere Begrenzungsplatte bevorzugt alle Energiespeicherzellen überdecken. Dadurch kann ein beidseitiger Einschluss der Energiespeicherzellen erreicht werden. Alternativ kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Begrenzungsplatte und/oder die weitere Begrenzungsplatte nur einen Teil der Energiespeicherzellen überdeckt.
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Die Begrenzungsplatte kann insbesondere zu den Energiespeicherzellen beabstandet sein und/oder die weitere Begrenzungsplatte kann insbesondere zu den Energiespeicherzellen beabstandet sein. Dadurch kann insbesondere erreicht werden, dass ein gewisses Eindrücken der Begrenzungsplatte oder der weiteren Begrenzungsplatte noch nicht zu einem Kontakt mit einer Energiespeicherzelle führt und somit eine Beschädigung vorteilhaft vermieden wird. Das Eindrücken kann insbesondere durch die hierin beschriebenen Maßnahmen vermieden oder begrenzt werden. Eine Beschädigung von Energiespeicherzellen kann damit wirkungsvoll verhindert werden.
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Insbesondere können eine, einige oder alle Energiespeicherzellen als Rundzellen ausgeführt sein. Sie können jedoch alternativ beispielsweise auch einen anderen Querschnitt, wie beispielsweise einen quadratischen oder rechteckigen Querschnitt, haben.
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Gemäß einer Ausführung sind in einem, einigen oder allen Schutzelementen und/oder an einem, einigen oder allen weiteren Schutzelementen jeweils ein Kühlkanal oder mehrere Kühlkanäle ausgebildet. Mittels derartiger Kühlkanäle können die Schutzelemente zusätzlich zu ihrer Schutzfunktion auch für eine Kühlwirkung Verwendung finden. Durch die Kühlkanäle kann Kühlflüssigkeit oder ein anderes Kühlmedium hindurchgeleitet werden, so dass die Energiespeicherzellen gekühlt werden können. Dies kann beispielsweise beim Laden eine Überhitzung der Energiespeicherzellen vermeiden.
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Die Kühlkanäle können insbesondere beliebige Topologien innerhalb der Schutzelemente annehmen. Sie können beispielsweise tangential entlang von Rundzellen und/oder mäanderförmig an den Mantelflächen von Rundzellen angeordnet sein.
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Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Kraftfahrzeug mit einer elektrischen Energiespeichereinrichtung wie hierin beschrieben. Bezüglich der elektrischen Energiespeichereinrichtung kann auf alle hierin beschriebenen Ausführungen und Varianten zurückgegriffen werden.
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Insbesondere kann durch die hierin beschriebenen Maßnahmen eine Umleitung von Kraft erreicht werden, so dass eine potenzielle Intrusion reduziert werden kann. Die hierin beschriebenen Elemente können auch ein Handling für eine Montage ermöglichen. Sie können auch eine Abstandsdefinition in einem Zell-Array ermöglichen.
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Eine Zellintrusion kann insbesondere geringer sein als ohne die hierin beschriebenen Maßnahmen, weil eine Gegenkraft erzeugt wird.
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung beschrieben. Dabei zeigen:
- 1: einen Ausschnitt aus einer elektrischen Energiespeichereinrichtung,
- 2: eine elektrische Energiespeichereinrichtung in einer Schnittansicht,
- 3: einen Teil einer elektrischen Energiespeichereinrichtung in einer Draufsicht,
- 4: eine elektrische Energiespeichereinrichtung in einer Schnittansicht gemäß einer weiteren Ausführung, und
- 5: einen Teil der Energiespeichereinrichtung von 4 in einer Draufsicht.
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1 zeigt einen Ausschnitt aus einer elektrischen Energiespeichereinrichtung 10. Die elektrische Energiespeichereinrichtung 10 weist mehrere Energiespeicherzellen 20 auf, wovon in 1 eine gezeigt ist. Die elektrische Energiespeicherzelle 20 ist als Rundzelle ausgebildet. Sie kann elektrischen Strom speichern, beispielsweise zur Versorgung eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs.
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Die elektrische Energiespeichereinrichtung 10 weist eine Begrenzungsplatte 30 auf. Diese überdeckt alle Energiespeicherzellen 20 an einer Seite. Dies ist beispielsweise in 2 zu sehen.
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Die elektrische Energiespeichereinrichtung 10 weist ein Schutzelement 40 auf, welches der Energiespeicherzelle 20 zugeordnet ist. Das Schutzelement 40 ist vorliegend im Querschnitt U-förmig ausgeführt. Es weist eine erste Kontaktfläche 41 und eine zweite Kontaktfläche 42 auf. Die Kontaktflächen 41, 42 liegen an der Begrenzungsplatte 30 an. Entgegengesetzt dazu ist das Schutzelement 40 an einem Abstützelement 50 abgestützt. Das Abstützelement 50 ist vorliegend als Stange ausgeführt, welches beispielsweise an einer gegenüberliegenden Platte oder an einer Karosserie abgestützt sein kann.
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Wird nun auf die Begrenzungsplatte 30 im Bereich der ersten Kontaktfläche 41 eine erste Kraft F1 ausgeübt, welche eine externe Kraft ist und beispielsweise von einem Aufprallereignis stammen kann, so wird diese Kraft F1 in das Schutzelement 40 eingeleitet. Dies ist durch Pfeile im Schutzelement 40 dargestellt. Das Abstützelement 50 wirkt in diesem Fall als Drehlager, so dass die Kraft zur zweiten Kontaktfläche 42 umgeleitet wird und an der zweiten Kontaktfläche 42 gegen die Begrenzungsplatte 30 drückt. Dies erzeugt eine Gegenkraft F2, welche die Begrenzungsplatte 30 stabilisiert und eine übermäßige Verformung der Begrenzungsplatte 30 verhindert, auch gegen eine eventuelle äußere Kraft entgegengesetzt durch Gegenkraft F2.
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2 zeigt eine Ausführung einer elektrischen Energiespeichereinrichtung 10 mit drei Energiespeicherzellen 20. Diese sind parallel zueinander ausgerichtet. Bezüglich der Begrenzungsplatte 30 und der Schutzelemente 40 sei auf die Beschreibung von 1 verwiesen.
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Im Unterschied zur Ausführung von 1 sind jedoch die Abstützelemente 50 nicht als Stab, sondern als jeweiliges weiteres Schutzelement 45 ausgebildet. Das jeweilige weitere Schutzelement 45 umgibt auch die jeweils zugeordnete Energiespeicherzelle 20 und ist wie gezeigt im Querschnitt U-förmig. Die weiteren Schutzelemente 45 liegen mit jeweiligen, nicht separat bezeichneten weiteren Kontaktflächen an einer weiteren Begrenzungsplatte 35 an, welche parallel zur Begrenzungsplatte 30 und entgegengesetzt zur Begrenzungsplatte 30 die elektrische Energiespeichereinrichtung 10 begrenzt.
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Die weiteren Schutzelemente 45 dienen wie bereits erwähnt als Abstützelemente 50 für jeweils ein Schutzelement 40. Jeweils ein Schutzelement 40 und ein weiteres Schutzelement 45 umgeben eine Energiespeicherzelle 20. Für den Fall, dass auf eine der Begrenzungsplatten 30, 35 eine externe Kraft ausgeübt wird und zu einer Verformung der Begrenzungsplatte 30, 35 führt, wird die entsprechende Kraft in eines oder mehrere Schutzelemente 40 oder weitere Schutzelemente 45 eingeleitet, welches sich an einem weiteren Schutzelemente 45 oder an einem Schutzelement 40 abstützt. Dadurch kann eine Kraftweiterleitung erfolgen, so dass auch in diesem Fall eine Gegenkraft auf die Begrenzungsplatte 30 und/oder auf die weitere Begrenzungsplatte 35 erzeugt wird. Damit kann eine Verformung der jeweiligen Begrenzungsplatte 30, 35 verringert oder verhindert werden.
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3 zeigt eine Draufsicht auf eine Energiespeicherzelle 20 mit einem umgebenden Schutzelement 40. Wie gezeigt umgibt das Schutzelement 40 die Energiespeicherzelle 20 umfangsmäßig, so dass eine allseitige Schutzwirkung erzeugt wird. Das Schutzelement 40 kann beispielsweise auch verwendet werden, um von einem Manipulator wie beispielsweise einem Roboterarm gegriffen zu werden, so dass eine einfache Positionierung des Schutzelements 40 mit einer Energiespeicherzelle 20 erfolgen kann.
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Die 4 und 5 zeigen eine elektrische Energiespeichereinrichtung im Wesentlichen entsprechend der 2 und 3. Im Unterschied dazu sind jedoch die Schutzelemente 40, 45 in der Höhe dicker ausgeführt, sie sind teilweise miteinander verbunden und sie enthalten Kühlkanäle 60, 65. Diese Kühlkanäle 60, 65 können verwendet werden, um Kühlflüssigkeit hindurchzupumpen, welche beispielsweise verwendet werden kann, um die elektrische Energiespeichereinrichtung 10 zu kühlen. Dies erlaubt die Integration einer Kühlfunktionalität in die Schutzelemente 40, 45, welche ansonsten eine Schutzfunktion ausüben. Wie in 5 zu sehen ist, können die Kühlkanäle 60, 65 beispielsweise zumindest teilweise entlang eines jeweiligen Umfangs einer Energiespeicherzelle 20 tangential geführt werden. Dies erlaubt eine direkte und effiziente Kühlung.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- elektrische Energiespeichereinrichtung
- 20
- Energiespeicherzelle
- 30
- Begrenzungsplatte
- 35
- weitere Begrenzungsplatte
- 40
- Schutzelement
- 41
- erste Kontaktfläche
- 42
- zweite Kontaktfläche
- 45
- weiteres Schutzelement
- 50
- Abstützelement
- 60
- Kühlkanal
- 65
- weiterer Kühlkanal
