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Title:
BATTERY HOUSING FOR A VEHICLE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/068332
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a battery housing (1) for a vehicle, comprising - a box (2) that is made of an outer frame (2.1), which extends laterally around the box in particular, and a base (2.2) and has an interior (2.3), - at least one transverse support (3) and/or at least one longitudinal support (4) that is arranged in the interior (2.3) of the box (2) and divides the interior (2.3) of the box (2) into multiple modular compartments (2.4) for receiving battery modules (6), - securing elements (5) for securing the battery modules (6) within the modular compartments (2.4), and - a cover for at least covering some areas of the interior (2.3) of the box (2), wherein securing elements (5) made of a sheet material are arranged within the modular compartments (2.4).

Inventors:
BREIDENBACH, Andreas (Eckdorferstraße 115 a, Brühl, 50321, DE)
NIERHOFF, Daniel (Am Rathaus 6, Mülheim a. d. Ruhr, 45468, DE)
Application Number:
EP2017/075392
Publication Date:
April 11, 2019
Filing Date:
October 05, 2017
Export Citation:
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Assignee:
THYSSENKRUPP AG (ThyssenKrupp Allee 1, Essen, 45143, DE)
THYSSENKRUPP STEEL EUROPE AG (Kaiser-Wilhelm-Straße 100, Duisburg, 47166, DE)
International Classes:
H01M2/10; B60K1/04
Foreign References:
EP2768045A12014-08-20
US20170200924A12017-07-13
Other References:
None
Attorney, Agent or Firm:
THYSSENKRUPP INTELLECTUAL PROPERTY GMBH (ThyssenKrupp Allee 1, Essen, 45143, DE)
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Claims:
Ansprüche l. Batteriegehäuse (1) für ein Fahrzeug, umfassend

- einen Kasten (2), welcher aus einem insbesondere seitlich umlaufenden Außenrahmen (2.1) und einem Boden (2.2) gebildet ist, welcher einen Innenraum (2.3) aufweist,

- mindestens einen Querträger (3) und/oder mindestens einen Längsträger (4), welcher im Innenraum (2.3) des Kastens (2) angeordnet ist und den Innenraum (2.3) des Kastens (2) in mehrere Modulfächer (2.4) zur Aufnahme von Batteriemodulen (6) unterteilt,

- Befestigungselemente (5) zum Befestigen der Batteriemodule (6) innerhalb der Modulfächer (2.4),

- einen Deckel zum zumindest bereichsweisen Abdecken des Innenraums (2.3) des Kastens (2),

dadurch gekennzeichnet, dass

innerhalb der Modulfächer (2.4) Befestigungselemente (5) aus Blechmaterial angeordnet sind.

2. Batteriegehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungselemente (5) in den Ecken der Modulfächer (2.4) angeordnet sind.

3. Batteriegehäuse nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungselement (5) ein separates Kantteil oder Tiefziehteil ist, welches insbesondere als halber Quader mit drei räumlich verlaufenden Seitenflächen (5.1) ausgebildet ist, wobei die Seitenflächen (5.1) im Wesentlichen orthogonal zueinander verlaufen.

4. Batteriegehäuse nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungselement (5) stoffschlüssig mit dem Querträger (3) und/oder dem Längsträger (4) und/oder der inneren Wandung (2.1.1) des insbesondere seitlich umlaufenden Außenrahmens (2.1) verbunden, insbesondere verschweißt (5.3) ist.

5. Batteriegehäuse nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein, insbesondere mindestens zwei Querträger (3) und mindestens ein, insbesondere zwei Längsträger (4) angeordnet sind, wobei die Verbindung zwischen dem Querträger (3) und dem Längsträger (4) und insbesondere der inneren Wandung (2.1.1) des insbesondere seitlich umlaufenden Außenrahmens (2.1) ausschließlich durch die Befestigungselemente (5) erfolgt.

6. Batteriegehäuse nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriemodule (6) mechanisch, insbesondere lösbar mit den Befestigungselementen (5) verbindbar sind.

7. Batteriegehäuse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungselement (5) in zumindest einer der Seitenflächen (5.1) ein Loch (5.2), vorzugsweise ein Langloch (5.2) aufweist.

8. Batteriegehäuse nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriemodul (6) auf die Befestigungselemente (5) aufsetzbar ist und zumindest mit der Seitenfläche (5.1) des Befestigungselementes (5) in Kontakt gelangt, welche das Loch (5.2) aufweist und parallel zur Ebene des Bodens (2.2) und/oder Deckels verläuft, wobei das Batteriemodul (6), insbesondere an seinen Ecken Löcher aufweist, die im Wesentlichen korrespondierend zu den Löchern (5.2) der Befestigungselemente (5) ausgeführt sind, durch welche jeweils eine Schraube durchschiebbar ist, welche mit einer Mutter, insbesondere einer Käfigmutter das Batteriemodul (6) kraftschlüssig und lösbar mit dem Befestigungselement verbindet.

9. Elektrisch angetriebenes Fahrzeug oder Fahrzeug mit Hybridantrieb, insbesondere ein Personenfahrzeug, Nutzfahrzeug, Sonderfahrzeug, vorzugsweise Bus, Omnibus, ein gleisgebundenes Fahrzeug, vorzugsweise Straßenbahn oder personenbefördernder Waggon, aufweisend ein Batteriegehäuse (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8.

Description:
Batteriegehäuse für ein Fahrzeug

Technisches Gebiet (Technical Field)

Die Erfindung betrifft ein Batteriegehäuse für ein Fahrzeug.

Technischer Hintergrund (Background Art)

Die zunehmende bzw. anhaltende Elektrifizierung von Fahrzeugen, insbesondere von Automobilen, und der gleichzeitige Kundenwunsch nach hohen Reichweiten solcher Fahrzeuge, erfordern die Entwicklung von leistungsfähigen Batteriekonzepten. Insbesondere Batteriegehäuse, welche die Batterien aufnehmen bzw. in welchen die Batterien integriert sind, haben in der Regel eine wesentliche Erstreckung über den Fahrzeugboden, welcher sich insbesondere im Wesentlichen unterhalb der Fahrgastzelle des Fahrzeugs befindet. Damit ergeben sich komplexe Anforderungen hinsichtlich der Faktoren Bauraum, Crashperformance, Gewicht, Dichtigkeit etc. Mehrere Batteriemodule werden entsprechend der benötigten Kapazität zu einer Fahrzeugbatterie zusammengefasst und mit Batteriemanagementsystem und Temperierungssystem (Kühlen/Heizen) in einem Batteriegehäuse montiert.

Insbesondere bestehen die an die Befestigung der einzelnen Batteriemodule im Innenraum des Batteriegehäuses vielseitige Anforderungen. Neben strukturellen Eigenschaften wie Crashsicherheit, Steifigkeit, ausreichender Deformationswiderstand bei hohen Beschleunigungen und Lebensdauer ist die Wirtschaftlichkeit der Lösung eine wichtige Eigenschaft. In den meisten Fällen wird die Befestigung der Batteriemodule mit aufwendigen Gussbauteilen (Befestigungselemente) realisiert. Die Fertigung dieser (Guss-)Bauteile ist sehr kostenaufwendig. Weiterhin verursachen diese (Guss-)Bauteile komplexe Montageprozesse mit formschlüssigen und adhäsiven Fügeprozessen.

Zusammenfassung der Erfindung (Summary of Invention)

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein im Vergleich zum Stand der Technik wirtschaftlicheres und einfach herstellbares Batteriegehäuse für ein Fahrzeug bereitzustellen.

Gelöst wird diese Aufgabe durch einen Batteriegehäuse für ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs l. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den nachgelagerten Ansprüchen aufgeführt.

Erfindungsgemäß ist ein Batteriegehäuse für ein Fahrzeug vorgesehen, welches - einen Kasten, welcher aus einem insbesondere seitlich umlaufenden Außenrahmen und einem Boden gebildet ist, welcher einen Innenraum aufweist,

- mindestens einen Querträger und/oder mindestens einen Längsträger, welcher im Innenraum des Kastens angeordnet ist und den Innenraum des Kastens in mehrere Modulfächer zur Aufnahme von Batteriemodulen unterteilt,

- Befestigungselemente zum Befestigen der Batteriemodule innerhalb der Modulfächer,

- einen Deckel zum zumindest bereichsweisen Abdecken des Innenraums des Kastens, wobei innerhalb der Modulfächer Befestigungselemente aus Blechmaterial angeordnet sind, umfasst.

Die Erfinder haben festgestellt, dass durch das Vorsehen von Befestigungselementen aus Blechmaterial zur Befestigung der Batteriemodule eine im Vergleich zum Stand der Technik Batteriegehäuse wirtschaftlicher und einfacher hergestellt werden kann, insbesondere wenn das Blechmaterial aus Stahl, vorzugsweise beschichtetem Stahl bereitgestellt wird. Auch die Verwendung eines Blechmaterials aus Leichtmetall, wie zum Beispiel Aluminium bzw. Magnesium, oder Edelstahl ist denkbar. Blechmaterialien sind im Wesentlichen individuell formbar, können insbesondere an die Bauraumverhältnisse entsprechend anpassbar sein und können im Vergleich zu Gussbauteilen massereduziert ausgeführt sein. Der Kasten, welcher aus einem insbesondere seitlich umlaufenden Außenrahmen und einem Boden gebildet ist, kann einteilig oder mehrteilig ausgeführt sein. Der Außenrahmen und der Boden können einteilig aus einem Stahl zu einem Kasten insbesondere wannenförmig tiefgezogen sein. Der Kasten kann alternativ mehrteilig, aus unterschiedlichen Bauteilen zusammengebaut sein, beispielsweise durch mehrere den Außenrahmen bildenden, miteinander verbundenen Profilen und einem an die Profile (Außenrahmen) angebundenen Boden, welcher insbesondere aus einer Platte besteht. Als bevorzugtes Material kommt Stahl, insbesondere beschichteter Stahl zum Einsatz. Im Innenraum des Kastens ist mindestens ein Querträger und/oder mindestens ein Längsträger angeordnet, welcher den Innenraum des Kastens in mehrere Modulfächer zur Aufnahme von Batteriemodulen unterteilt. Der Quer- und/oder der Längsträger ist bevorzugt ein profilartiges Bauteil, insbesondere aus Stahl, vorzugsweise aus beschichtetem Stahl, mit einem besonders bevorzugt u- oder hutförmigem Querschnitt. Zum zumindest teilweise, vorzugsweise vollständigen Abdecken respektive Schließen des Innenraums des Kastens ist ein Deckel vorgesehen, welcher insbesondere mit dem Außenrahmen verbunden ist. Da der Deckel im Wesentlichen nur die Funktion des Abdeckens erfüllen soll, kann er aus Metall oder beispielsweise zur weiteren Gewichtsreduktion aus Kunststoff bestehen. Auch die Verwendung eines Werkstoffverbundes ist denkbar. Innerhalb der Modulfächer sind erfindungsgemäß Befestigungselemente aus Blechmaterial zum Befestigen der Batteriemodule angeordnet.

Jegliche Verbindung zwischen Deckel und Außenrahmen und Boden und Außenrahmen muss dicht ausgeführt sein, um ein Eindringen von Fremdstoffen, insbesondere von Spritzwasser während des Betriebs im eingebauten Zustand des Batteriegehäuses in den Innenraum respektive Batterieraum zu vermeiden.

Unterhalb des Bodens kann auch ein weiterer Boden, ein sogenannter Unterfahrschutz angeordnet sein, welche gemeinsam einen zusätzlichen Raum, zum Beispiel als Deformationsraum und/oder Bauraum für Kühleinrichtungen, ausbilden, in welchem insbesondere Kühlelemente zum Kühlen (Temperierungssystem) des Innenraums respektive des Kühlraums und andere Elemente (Batteriemanagementsystem) angeordnet sein können.

Gemäß einer ersten Ausgestaltung sind die Befestigungselemente in den Ecken der Modulfächer insbesondere in der zur Modulbefestigung benötigten Höhe angeordnet. Durch die Anordnung der Befestigungselemente in den Ecken der Modulfächer lässt sich nicht nur in vorteilhafter Weise jedes Batteriemodul besonders stabil, insbesondere betriebs- und verrutschsicher befestigen bzw. aufnehmen, sondern diese Anordnung kann auch positiv Einfluss im Falle eines Crashs durch eine Erhöhung des Deformationswiderstandes der Modulfächer in den Ecken nehmen.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist das Befestigungselement ein separates Kantteil oder Tiefziehteil, welches insbesondere als halber Quader, beispielsweise als halber Würfel mit drei räumlich verlaufenden Seitenflächen ausgebildet ist, wobei die Seitenflächen im Wesentlichen orthogonal zueinander verlaufen. Im Falle der Anordnung der Befestigungselemente in den Ecken der Modulfächer dienen zwei der drei Seitenflächen zur Anbindung an den Querträger und/oder den Längsträger und/oder der inneren Wandung des insbesondere seitlich umlaufenden Außenrahmens. Vorzugsweise ist das Befestigungselement stoffschlüssig mit dem Querträger und/oder dem Längsträger und/oder der inneren Wandung des insbesondere seitlich umlaufenden Außenrahmens verbunden, insbesondere verschweißt. Die Positionierung des Befestigungselementes in Höhenausrichtung des Modulfaches ist individuell an die jeweiligen Bauraumverhältnisse anpassbar. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung sind mindestens ein, insbesondere mindestens zwei Querträger und mindestens ein, insbesondere zwei Längsträger angeordnet, wobei die Verbindung zwischen dem Querträger und Längsträger und insbesondere der inneren Wandung des insbesondere seitlich umlaufenden Außenrahmens ausschließlich durch die Befestigungselemente erfolgt. Bei der Herstellung respektive Zusammenbau des Batteriegehäuses kann eine vorherige Verbindung zwischen Querträger und Längsträger und insbesondere der inneren Wandung des insbesondere seitlich umlaufenden Außenrahmens entfallen, wobei diese Maßnahme eine Reduzierung des Montageaufwandes bewirken und dadurch die Wirtschaftlichkeit erhöhen kann.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung sind die Batteriemodule mechanisch, insbesondere lösbar mit den Befestigungselementen verbindbar bzw. verbunden. Dies ermöglicht einen schnellen Zugriff insbesondere Austausch und Erneuerung der Batteriemodule im Falles einer Fehlfunktion bzw. Defektes. Besonders bevorzugt weist das Befestigungselement in zumindest einer der Seitenflächen ein Loch auf. Durch das Loch sind insbesondere Mittel zur Befestigung durchschiebbar bzw. einsteckbar, beispielsweise in Form einer Schraube. Weiter bevorzugt ist das Batteriemodul auf die Befestigungselemente aufsetzbar und gelangt zumindest mit der Seitenfläche des Befestigungselementes in Kontakt, welche das Loch aufweist und parallel zur Ebene des Bodens und/oder Deckels verläuft, wobei das Batteriemodul insbesondere an seinen Ecken Löcher aufweist, die im Wesentlichen korrespondierend zu den Löchern der Befestigungselemente ausgeführt sind, durch welche jeweils eine Schraube durchschiebbar ist, welche mit einer Mutter, insbesondere einer Käfigmutter das Batteriemodul kraftschlüssig und lösbar mit dem Befestigungselement verbinden kann. Durch das Vorsehen vorzugsweise eines Langloches können Fertigungstoleranzen ausgeglichen werden. Alternativ kann das Loch auch mit einem Innengewinde versehen sein, wodurch Muttern eingespart werden können. Des Weiteren kann auch eine Schraube oder ein bolzenartiges Mittel mit einem Gewinde auf der einen Seitenfläche des Befestigungselements verbunden bzw. angebracht sein, um das Batteriemodul mittels einer Mutter zu sichern.

Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug oder ein Fahrzeug mit Hybridantrieb, insbesondere ein Personenfahrzeug, Nutzfahrzeug, Sonderfahrzeug, vorzugsweise Bus, Omnibus, ein gleisgebundenes Fahrzeug, vorzugsweise Straßenbahn oder personenbefördernder Waggon, aufweisend ein vorbeschriebenes Batteriegehäuse. Kurze Beschreibung der Zeichnungen (Brief Description of Drawings)

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Gleiche Teile sind stets mit gleichen Bezugszeichen versehen. Im Einzelnen zeigen:

Fig. 1) ein Ausführungsbeispiel eines Batteriegehäuses in einer perspektivischen

Darstellung,

Fig. 2) das Batteriegehäuse aus Figur 1 in Draufsicht,

Fig. 3) eine vergrößerte Detailansicht des strichlinierten Ausschnitts in Figur 2 in einer perspektivischen Darstellung einer ersten Ausführungsform und

Fig. 4) eine vergrößerte Detailansicht des strichlinierten Ausschnitts in Figur 2 in einer perspektivischen Darstellung einer zweiten Ausführungsform.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen (Best Mode for Carrying out the Invention)

Fig. 1) zeigt in einer perspektivischen Darstellung ein Batteriegehäuse (1) zur Aufnahme eine aus mehreren Batteriemodulen (6) zusammengesetzten Fahrzeugbatterie für ein Fahrzeug, umfassend einen Kasten (2), welcher aus einem insbesondere seitlich umlaufenden Außenrahmen (2.1) und einem Boden (2.2) gebildet ist, welcher einen Innenraum (2.3) aufweist, einen Deckel, hier nicht dargestellt, zum zumindest teilweise, vorzugsweise vollständigen und insbesondere dichten Abdecken des Kastens (2). Des Weiteren sind im Innenraum (2.3) des Kastens (2) mindestens ein Querträger (3) und/oder mindestens ein Längsträger (4), in diesem Beispiel sind es acht Querträger (3) und zwei Längsträger (2), angeordnet, die den Innenraum (2.3) des Kastens (2) in mehrere Modulfächer (2.4) zur Aufnahme von Batteriemodulen (6) unterteilen. Die Anzahl der Modulfächer (2.4) beläuft sich in diesem Beispiel auf siebenundzwanzig. Das Batteriegehäuse (1) ist ausgelegt, bis zu siebenundzwanzig Batteriemodule (6) aufzunehmen. Die Querträger (3) und/oder die Längsträger (4) können entsprechend der Anzahl der Modulfächer (2.4), die sie in ihrer Ausrichtung definieren, als Teilquer- und/oder Teillängsträger ausgeführt sein. Beispielsweise sind die zwei Längsträger (4) durchgehend von der einen inneren Wandung (2.1.1) auf der einen Seite bis zur inneren Wandung (2.1.1) auf der gegenüberliegenden Seite des insbesondere seitlich umlaufenden Außenrahmens (2.1) ausgeführt und die acht Querträger (3) sind jeweils aus drei Teilquerträgern zusammengesetzt. Zusätzlich und hier nicht dargestellt, kann ein weiterer Boden, insbesondere ein Unterfahrschutz unterhalb des Bodens (2.2) vorgesehen sein. In Figur 2 ist das Batteriegehäuse (1) aus Figur 1 in Draufsicht gezeigt. Der Übersichtlichkeit halber sind der Deckel und die Batteriemodule nicht dargestellt. Befestigungselemente (5) zur Befestigung der Batteriemodule sind innerhalb der Modulfächer (2.4) angeordnet, vorzugsweise in den Ecken der Modulfächer (2.4). Für jedes Modulfach (2.4) sind vier Befestigungselemente (5) vorgesehen. Das Befestigungselement (5) kann gemäß einer ersten Ausführungsform beispielsweise ein Tiefziehteil sein, welches als halber Quader, insbesondere als halber Würfel mit drei räumlich verlaufenden Seitenflächen (5.1) ausgebildet ist, wobei die Seitenflächen (5.1) im Wesentlichen orthogonal zueinander verlaufen, s. Figur 3. Alternativ kann das Befestigungselement (5) gemäß einer zweiten Ausführungsform ein Kantteil sein, welches aus einem beispielsweise winkelförmigen Zuschnitt zu einem Befestigungselement (5) mit drei räumlich verlaufenden Seitenflächen (5.1) gekantet ist, wobei die Seitenflächen (5.1) im Wesentlichen orthogonal zueinander verlaufen, s. Figur 4. Zwei der drei Seitenflächen (5.1) dienen zur Anbindung an einen Querträger (3) und/oder einen Längsträger (4) und/oder an die innere Wandung (2.1.1) des insbesondere seitlich umlaufenden Außenrahmens (2.1). In den Beispielen in Figur 3 und Figur 4 ist eine Anbindung respektive Verbindung des Befestigungselements (5) mit zwei seiner drei Seitenflächen (5.1) mit einem Querträger (3) bzw. Teilquerträger und der innere Wandung (2.1.1) gezeigt. Vorzugsweise ist das Befestigungselement (5) stoffschlüssig mit dem Querträger (3) und/oder dem Längsträger (3) und/oder der inneren Wandung (2.1.1) des insbesondere seitlich umlaufenden Außenrahmens (2.1) verbunden, insbesondere verschweißt (5.3). Die Querträger (3) und die Längsträger (4) und die innere Wandung (2.1.1) des seitlich umlaufenden Außenrahmens (2.1) sind ausschließlich durch die Befestigungselemente (5) miteinander verbunden. Weitere Verbindung zwischen Querträger (3) und Längsträger (4) und innerer Wandung (2.1.1) des insbesondere seitlich umlaufenden Außenrahmens (2.1) können entfallen. Zur mechanischen, insbesondere lösbaren Befestigung zwischen den Batteriemodulen und den Befestigungselementen (5) weist das Befestigungselement (5) in zumindest einer der Seitenflächen (5.1) ein Loch (5.2), vorzugsweise ein Langloch (5.2) auf. Das Batteriemodul ist auf die Befestigungselemente (5) aufsetzbar und gelangt zumindest mit der Seitenfläche (5.1) des Befestigungselementes (5) in Kontakt, welche das Loch (5.2) aufweist und parallel zur Ebene des Bodens (2.1) und/oder Deckels verläuft, wobei das Batteriemodul insbesondere an seinen Ecken Löcher aufweist, die im Wesentlichen korrespondierend zu den Löchern (5.2) der Befestigungselemente (5) ausgeführt sind, durch welche jeweils eine Schraube durchschiebbar ist, welche mit einer Mutter, insbesondere einer Käfigmutter das Batteriemodul kraftschlüssig und lösbar mit dem Befestigungselement (5) verbindet. Alternativ kann das Loch (5.2) auch mit einem Innengewinde versehen sein, wodurch bei Schraubverbindungen zusätzlich auf Muttern verzichtet werden könnte.

Die Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungen beschränkt, sondern die einzelnen Merkmale sind beliebig miteinander kombinierbar. Besonders bevorzugt kann das Batteriegehäuse (1) in Personenfahrzeugen, Nutzfahrzeugen, Lastkraftwagen, Sonderfahrzeugen, Bussen, Omnibussen, ob mit Hybrid- oder reinem elektrischen Antrieb, aber auch in gleisgebundenen Fahrzeugen, wie beispielsweise Straßenbahnen oder personenbefördernden Waggons verwendet werden.

Bezugszeichenliste

1 Batteriegehäuse

2 Kasten

2.1 Außenrahmen

2.1.1 innere Wandung des Außenrahmens

2.2 Boden

2.3 Innenraum des Kastens, Batterieraum

2.4 Modulfach

3 Querträger, Teilquerträger

4 Längsträger, Teillängsträger

5 Befestigungselement, Tiefziehteil, Kantteil

5.1 Seitenfläche

5.2 Loch, Langloch

5.3 Schweißverbindung

6 Batteriemodul