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Die Erfindung betrifft einen elektrochemischen Energiespeicher mit einer Elektrodenfolienanordnung, die von einer folienartigen Hülle umgeben ist, wobei die Hülle einen stegförmigen umlaufenden Randbereich aufweist und sich ausgehend von Seitenflächen zum Randbereich verjüngt, und ein die mit der Hülle umgebene Elektrodenfolienanordnung randseitig zumindest abschnittsweise umgebender Halterahmen vorgesehen ist, wobei der stegförmige Randbereich an dem Halterahmen befestigt ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines solchen elektrochemischen Energiespeichers und eine Batterie mit einer Mehrzahl solcher elektrisch miteinander verschalteter elektrochemischer Energiespeicher.
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Aus der
DE 10 2007 037 416 A1 ist eine elektrochemische Energiespeichereinheit bekannt. Die elektrochemische Energiespeichereinheit umfasst eine Mehrzahl von Flachzellen, die jeweils mindestens zwei Ableiter und eine Ummantelung mit einer ersten und einer zweiten Stirnseite und einer ersten und einer zweiten flächigen Seite umfassen. Die Mehrzahl an Flachzellen sind mit ihren im Wesentlichen parallel zueinander angeordneten flächigen Seiten stapelartig übereinander angeordnet, wobei die Ableiter zumindest teilweise aus der ersten und/oder zweiten Stirnseite hervortreten und zumindest ein Ableiter einer ersten Flachzelle mit zumindest einem Ableiter einer zweiten Flachzelle über zumindest ein Verbindungselement elektrisch miteinander verbunden sind. Dabei sind die zwei flächigen Seiten benachbarter Flachzellen zwischen einem Rahmen aus Kunststoff angeordnet, welcher mit der Flachzelle form- und/oder formschlüssig verbunden ist. Der Rahmen weist in seiner Mitte eine Aussparung auf, so dass die Flachzelle nur in einem Randbereich mit dem Rahmen verbunden ist.
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Zudem offenbart die
DE 10 2009 037 063 A1 ein Verfahren zum Herstellen einer Energiespeichervorrichtung für ein Fahrzeug und eine Vorrichtung zum Halten von Energiespeichereinheiten. Insbesondere ist ein Verfahren zum Herstellen einer Energiespeichervorrichtung für mindestens eine elektrochemische Energiespeichereinheit beschrieben. Das Verfahren weist einen Schritt des Bereitstellens der mindestens einen elektrochemischen Elektrospeichereinheit, die geeignet ist, um Energie für einen Antrieb eines Fahrzeuges bereitzustellen und einen Schritt des zumindest teilweise Umspritzens der mindestens einen elektrochemischen Energiespeichereinheit mit einer Vergussmasse auf, um die Energiespeichervorrichtung herzustellen. Im Schritt des Umspritzens wird die mindestens eine elektrochemische Energiespeichereinheit stoffschlüssig und/oder formschlüssig mit der Vergussmasse verbunden, wobei mittels der Vergussmasse zumindest abschnittsweise ein Rahmen gebildet ist.
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Darüber hinaus sind in der
DE 10 2010 038 308 A1 Lithium-Zellen und -Batterien und ein Verfahren zu deren Herstellung und Anwendung in mobilen und stationären elektrischen Energiespeichern beschrieben. Eine solche Batterie weist eine mit Elektrolyt gefüllte Elektroden-Separator-Anordnung auf, die zumindest teilweise mit Vergussmasse umhüllt ist. Zur Herstellung einer solchen Batterie ist vorgesehen, dass zumindest eine Elektroden-Separator-Anordnung und zumindest ein Edukt zumindest einer Vergussmasse bereitgestellt werden, wobei die Elektroden-Separator-Anordnung oder Elektroden-Separator-Anordnungen gehaltert werden, mit dem zumindest einen Edukt der Vergussmasse umhüllt werden und die Vergussmasse gehärtet und/oder polymerisiert wird.
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Weiterhin ist aus der
WO 2011/051389 A1 eine Batteriezellenanordnung bekannt. Die Batteriezellenanordnung weist eine als Folienzelle ausgebildete Batteriezelle auf, die einen flachen Zellenkörper mit zwei Stirnseiten, einen den Zellenkörper umrahmenden flexiblen Zellenrand und zwei an einer Randseite der Batteriezelle angeordnete Kontaktabschnitte umfasst. Ferner weist die Batteriezellenanordnung eine ein erstes Rahmenelement und ein zweites Rahmenelement umfassende Rahmenanordnung auf, die den Zellkörper randseitig allseitig einrahmt und die eine Klemmvorrichtung umfasst, mittels derer der Zellenrand zur Fixierung der Batteriezelle reibschlüssig zwischen den Rahmenelementen einklemmbar ist. Die Rahmenanordnung bildet zumindest wenigstens teilweise einen Kühlkanal, der sich entlang einer den Kontaktabschnitten zugeordneten Seite der Rahmenanordnung erstreckt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gegenüber dem Stand der Technik verbesserten elektrochemischen Energiespeicher, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines solchen elektrochemischen Energiespeichers und eine Batterie mit einer Anzahl solcher elektrochemischer Energiespeicher anzugeben.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß hinsichtlich des elektrochemischen Energiespeichers durch die in Anspruch 1, hinsichtlich des Verfahrens durch die in Anspruch 7 und hinsichtlich der Batterie durch die in Anspruch 9 angegebenen Merkmale gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Ein elektrochemischer Energiespeicher umfasst eine Elektrodenfolienanordnung, die von einer folienartigen Hülle umgeben ist, wobei die Hülle einen stegförmigen umlaufenden Randbereich aufweist und sich ausgehend von Seitenflächen zum Randbereich verjüngt, und ein die mit der Hülle umgebene Elektrodenfolienanordnung randseitig zumindest abschnittsweise umgebender Halterahmen vorgesehen ist, wobei der stegförmige Randbereich an dem Halterahmen befestigt ist. Erfindungsgemäß ist der stegförmige Randbereich derart an dem Halterahmen angeordnet und befestigt, dass eine Innenfläche des Halterahmens zumindest abschnittsweise mit einem vorgegebenen Abstand zu einem sich verjüngenden Bereich der folienartigen Hülle angeordnet ist und in einem durch den Abstand gebildeten Freiraum ein elektrisch isolierendes Füllmaterial angeordnet ist.
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Da der Freiraum erfindungsgemäß mit dem elektrisch isolierenden Füllmaterial ausgefüllt ist, ist die von der folienartigen Hülle umgebene Elektrodenfolienanordnung vorteilhaft in Bezug auf den Halterahmen ausrichtbar, positionierbar sowie an dem Halterahmen fixierbar. Dabei ist der Freiraum derart mit dem Füllmaterial ausgefüllt, dass das ausgehärtete Füllmaterial bündig mit Seitenflächen des Halterahmens abschließt.
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Durch das Füllmaterial ist die umhüllte Elektrodenfolienanordnung, die bevorzugt als Elektrodenfolienstapel oder -wickel ausgeführt ist, an dem Halterahmen fixierbar, so dass in ganz besonders vorteilhafter Weise möglich ist, den Halterahmen aus einem Material herzustellen, welches vergleichsweise hohen mechanischen Belastungen ausgesetzt werden kann. Insbesondere ist der Halterahmen hohen mechanischen Belastungen ausgesetzt, sofern der elektrochemische Energiespeicher Bestandteil eines mittels einer Anzahl solcher Energiespeicher gebildeten Zellblockes ist, bei welchem die Energiespeicher mittels Spannmitteln aneinander gepresst sind.
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Bei einem solchen elektrochemischen Energiespeicher handelt es sich um eine so genannte Coffee-Bag-Zelle oder auch Pouchzelle, welche aufgrund ihrer Ausbildung keine hohe Formstabilität aufweist, wodurch eine erhöhte Gefahr der Beschädigung besteht.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Füllmaterial sowohl mit der folienartigen Hülle als auch mit dem Halterahmen formschlüssig und/oder stoffschlüssig verbunden, so dass der elektrochemische Energiespeicher in Form der umhüllten Elektrodenfolienanordnung sicher an dem Halterahmen fixiert ist. Dadurch ist der Energiespeicher vorteilhaft in seiner Position fixiert, wodurch eine Anordnung des elektrochemischen Energiespeichers in einem Zellblock zur Bildung einer Batterie vereinfacht realisierbar ist.
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Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem Füllmaterial um ein Thermoplast und/oder eine Vergussmasse, so dass das Füllmaterial in besonders vorteilhafter Weise verflüssigbar ist und sich in dem Freiraum zwischen dem Halterahmen und der Hülle der Elektrodenfolienanordnung gleichmäßig verteilt und den Freiraum vorzugsweise vollständig ausfüllt. Der Thermoplast weist vorteilhaft eine Schmelztemperatur auf, die höher ist als eine im Betrieb des Energiespeichers auftretende Temperatur, so dass eine Verformung des Thermoplasts im Betrieb des Energiespeichers im Wesentlichen ausgeschlossen werden kann. Beispielsweise sind als einsetzbare Thermoplaste Polypropylen und/oder Polyamid geeignet.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Freiraum mit Vergussmasse in Form eines Elastomers, welches bevorzugt kalt aushärtet, ausgefüllt. Beispielsweise sind als Elastomer Silikone und/oder Epoxydharze in den Freiraum einfüllbar.
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In vorteilhafter Weise ist der Halterahmen in einer möglichen Ausführungsform aus einem faserverstärkten Kunststoff und/oder Aluminium gebildet, so dass der Halterahmen insbesondere hinsichtlich der Anordnung des Energiespeichers in einem Zellblock, der verpresst wird, eine vergleichsweise hohe mechanische Belastbarkeit aufweist. Das Füllmaterial ist elektrisch isolierend, so dass bei beschädigter Hülle der Elektrodenfolienanordnung die Gefahr eines Kurzschlusses aufgrund der Verwendung eines aus Aluminium und/oder einem anderen elektrisch leitfähigen Material gebildeten Halterahmens weitestgehend ausgeschlossen werden kann.
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Ist der Rahmen aus Kunststoff oder faserverstärktem Kunststoff gebildet, so ist es vorteilhaft möglich, beispielsweise Metallhülsen in den Halterahmen zu integrieren, welche zur Anordnung von Spannmitteln zur Verpressung des Zellblocks dienen.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist der Halterahmen in einem vorgegebenen Bereich einen umlaufenden Kragen und/oder abschnittsweise ausgebildete Formelemente auf, welcher bzw. welche an dem Halterahmen aus- und/oder angeformt ist bzw. sind. Dieser Kragen und/oder die abschnittsweisen Formelemente dienen in besonders vorteilhafter Weise als Montagehilfe zur Anordnung der mit der folienartigen Hülle umgebenen Elektrodenfolienanordnung in dem Halterahmen. Dabei ist die umhüllte Elektrodenfolienanordnung mittels des an- und/oder ausgeformten Kragens und/oder der abschnittsweisen Formelemente bevorzugt an dem Halterahmen vorfixierbar, wodurch der Freiraum eingestellt ist und somit eine Anordnung des Füllmaterials in dem Freiraum erleichtert ist.
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Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines solchen elektrochemischen Energiespeichers, wobei die Elektrodenfolienanordnung mit einer folienartigen Hülle umhüllt wird und die mittels der folienartigen Hülle umgebene Elektrodenfolienanordnung in dem Halterahmen angeordnet wird. Erfindungsgemäß wird der stegförmige Randbereich derart an dem Halterahmen angeordnet und befestigt, dass eine Innenfläche des Halterahmens zumindest abschnittsweise mit einem vorgegebenen Abstand zu einem sich verjüngenden Bereich der folienartigen Hülle angeordnet ist und in einem durch den Abstand gebildeten Freiraum ein elektrisch isolierendes Füllmaterial angeordnet wird.
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Insbesondere handelt es sich in einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung um ein verflüssigbares Füllmaterial, so dass der Freiraum mit dem Füllmaterial ausgespritzt und/oder ausgegossen wird, wobei das Füllmaterial anschließend gehärtet wird. In vorteilhafter Weise kann das Füllmaterial je nach verwendetem Material durch Lagerung in Umgebungsluft, durch Erhöhung der Umgebungstemperatur und/oder durch UV-Bestrahlung ausgehärtet werden.
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Zudem betrifft die Erfindung eine Batterie mit einer Anzahl elektrisch parallel und/oder seriell miteinander verschalteter elektromagnetischer Energiespeicher, die mittels des oben beschriebenen Verfahrens hergestellt wurden. Zur Ausbildung der Batterie sind die elektrochemischen Energiespeicher zur Bildung eines Zellblocks nebeneinander gestapelt und mittels Spannmitteln aneinander gepresst.
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Besondere bevorzugt handelt es sich bei der Batterie um eine Fahrzeugbatterie für ein Elektrofahrzeug, ein Hybridfahrzeug und/oder ein mit Brennstoffzellen betriebenes Fahrzeug.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Dabei zeigen:
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1 schematisch eine perspektivische Ansicht eines nicht erfindungsgemäßen elektrochemischen Energiespeichers,
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2 schematisch eine perspektivische Ansicht eines elektrochemischen Energiespeichers und eines Halterahmens,
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3 schematisch eine Schnittdarstellung des elektrochemischen Energiespeichers und des Halterahmens,
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4 schematisch eine perspektivische Ansicht eines in dem Halterahmen angeordneten elektrochemischen Energiespeichers,
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5 schematisch eine Schnittdarstellung eines in dem Halterahmen angeordneten elektrochemischen Energiespeichers,
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6 schematisch eine perspektivische Ansicht des in dem Halterahmen angeordneten elektrochemischen Energiespeichers nach einem Umspritzen mittels einer Kunststoffmasse,
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7 schematisch eine Schnittdarstellung des in dem Halterahmen angeordneten elektrochemischen Energiespeichers nach einem Umspritzen mittels einer Kunststoffmasse,
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8 schematisch eine Draufsicht des in dem Halterahmen angeordneten elektrochemischen Energiespeichers nach einem Umspritzen mittels einer Kunststoffmasse,
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9 schematisch eine perspektivische Ansicht eine teilweise Explosionsdarstellung eines aus einer Anzahl von elektrischen Energiespeichern gebildeten Zellblocks und
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10 schematisch eine perspektivische des Zellblocks im zusammengesetzten Zustand.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt einen herkömmlichen elektrochemischen Energiespeicher 1, der als sogenannte Coffee-Bag-Zelle oder sogenannte Pouchzelle ausgeführt ist. Bei einem solchen Energiespeicher 1 handelt es sich um ein flaches weitestgehend rechteckförmiges Speicherelement für Elektroenergie, welches eine nicht im Detail dargestellte Elektrodenfolienanordnung, beispielsweise in Form eines Elektrodenfolienwickels oder eines Elektrodenfolienstapels umfasst, die von einer folienartigen Hülle 1.1, insbesondere einer Kunststofffolie, umgeben ist. Aus der folienartigen Hülle 1.1 sind blechförmige Ableiter 2 als elektrische Anschlüsse des Energiespeichers 1 herausgeführt.
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Die Elektrodenfolienanordnung, die die Form eines Wickels, eines Stapels oder eine andere geeignete Form aufweist, umfasst Lagen aus Kathoden- und Anodenfolien, bei denen es sich, sofern der Energiespeicher 1 auf einer Lithium-Ionen-Zellchemie basiert, um beschichtete Aluminium- und Kupferfolien handelt. Diese Kathoden- und Anodenfolien sind jeweils mittels eines sogenannten Separators räumlich getrennt und voneinander elektrisch isoliert.
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Beispielsweise kann die Elektrodenfolienanordnung gebildet werden, indem die einzelnen Kathoden- und Anodenfolien sowie die Separatoren, die ebenfalls folienartig ausgebildet sind, in einer vorgegebenen Reihenfolge aufeinander gestapelt werden, Bänder aus den einzelnen Folien flach gewickelt werden oder ein bandförmiger Separator in Z-Form gefaltet wird und die Kathoden- und Anodenfolien jeweils seitlich in die somit gebildeten Taschen eingeschoben werden.
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Zumindest in einem Randbereich der Elektrodenfolienanordnung sind die Kathoden- und Anodenfolien unbeschichtet und aus der Elektrodenfolienanordnung herausgeführt, wobei diese unbeschichteten Bereiche von Folien einer Polarität miteinander verbunden werden.
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Diese miteinander verbundenen Bereiche werden mit den blechförmigen Ableitern 2 verbunden, die die elektrischen Anschlüsse des elektrochemischen Energiespeichers 1 bilden. D. h. über die Ableiter 2 wird Strom in den Energiespeicher 1 ein- und ausgeleitet.
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Die Elektrodenfolienanordnung wird mit der folienartigen Hülle 1.1 umhüllt und es wird ein Elektrolyt eingefüllt. Anschließend wird die folienartige Hülle 1.1, die an einer Innenseite mit einem Thermoplast beschichtet ist, bei wirkendem Unterdruck, z. B. mittels eines Heißpressvorgangs, welcher als Siegelung bezeichnet wird, verschlossen, wodurch eine Siegelnaht gebildet ist.
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Ein derart ausgebildeter Energiespeicher 1 weist eine vergleichsweise geringe Formstabilität auf und ist gegenüber mechanischen Beanspruchungen empfindlich.
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Insbesondere ist ein solcher Energiespeicher 1 zum Einsatz in einer nicht näher dargestellten Batterie, vorzugsweise einer Fahrzeugbatterie eines Elektrofahrzeuges, eines Hybridfahrzeuges oder eines mit Brennstoffzellen betriebenen Fahrzeuges geeignet.
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Um eine formstabile mechanische Fixierung eines solchen Energiespeichers 1 zur Bildung eines in 9 und 10 näher dargestellten Zellblockes 3 aus einer vorgegebenen Anzahl solcher Energiespeicher 1 zu ermöglichen, ist ein u. a. in 2 gezeigter Halterahmen 4 für jeweils einen Energiespeicher 1 vorgesehen.
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Im Detail zeigt die 2 den elektrochemischen Energiespeicher 1 und einen zu diesem beabstandeten Halterahmen 4 in einer perspektivischen Ansicht.
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Der Halterahmen 4 ist aus einem Kunststoff, beispielsweise einem faserverstärkten Kunststoff, mit einer vergleichsweise hohen Schmelztemperatur gebildet. Dabei liegt die Schmelztemperatur des Kunststoffes bzw. des faserverstärkten Kunststoffes vorzugsweise in einem Wertebereich, der höher ist als ein Wertebereich hinsichtlich der im Betrieb des Energiespeichers 1, insbesondere im Betrieb der Batterie auftretenden Temperatur. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass der Halterahmen 4 aus einem Metall, beispielsweise Aluminium, als mechanisch belastbares Material gebildet ist.
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Unabhängig davon, aus welchem Material der Halterahmen 4 gebildet ist, weist dieser, wie der Energiespeicher 1 selbst, im Wesentlichen eine Rechteckform auf.
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Die mit der folienartigen Hülle 1.1 umgebene Elektrodenfolienanordnung als Energiespeicher 1 ist innerhalb des Halterahmens 4 anordbar, wobei der Halterahmen 4 hierzu mittig eine Aussparung aufweist. Dabei weist der Halterahmen 4 Abmessungen auf, die größer gewählt sind als die Abmessungen des Energiespeichers 1, wie die Schnittdarstellung des Halterahmens 4 und des Energiespeichers 1 in 3 näher zeigt.
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Durch eine derartige Ausbildung des Halterahmens 4 ist bei in diesem angeordneten Energiespeicher 1 ein in den 4 und 5 näher dargestellter Freiraum S zwischen einem umlaufenden stegförmigen Randbereich 1.2 des Energiespeichers 1, also der Hülle 1.1 der Elektrodenfolienanordnung und einer dem Randbereich 1.2 zugewandten Innenfläche 4.1 des Halterahmens 4 gebildet. Dabei ist ein Abstand zwischen dem Randbereich 1.2 und der Innenfläche 4.1 und somit die Breite des Freiraumes S vorgegeben. Insbesondere befindet sich die Siegelnaht der im Heißpressverfahren verschlossenen Hülle 1.1 des Energiespeichers 1 in dem Randbereich 1.2.
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Wie in den 2 und 3 dargestellt ist, sind die Ableiter 2 des Energiespeichers 1 im Wesentlichen um 90° abgewinkelt, wobei die Abwinklungen in entgegen gesetzte Richtungen ausgebildet sind.
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An dem Halterahmen 4 ist diesen umlaufend ein Kragen 4.2 als Formelement angeformt und/oder ausgeformt, der einer Vorfixierung des Energiespeichers 1 bei Anordnung desselben innerhalb des Halterahmens 4 dient. Alternativ oder zusätzlich zu der Anformung und/oder Ausformung des Kragens 4.2 kann auch ein oder können mehrere nur abschnittsweise ausgebildete Formelemente an dem Halterahmen 4 angeformt und/oder ausgeformt sein, um den Energiespeicher 1 als Montagehilfe an dem Halterahmen 4 vorfixieren zu können.
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In vorgegebenen Bereichen des Halterahmens 4 sind Metallhülsen 5 eingebracht, die jeweils zwei durchgehende Aussparungen 5.1 aufweisen, deren Längsachsen senkrecht zur Längsachse des Halterahmens 4 angeordnet sind.
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Zudem ist in zwei Eckbereichen der dem Energiespeicher 1 zugewandten Seite des Halterahmens 4 jeweils eine Ausformung 4.3 als Nase ausgebildet, wobei den Ausformungen 4.3 gegenüberliegend mit Abmessungen der Ausformungen 4.3 korrespondierende Aussparungen 4.4 als Nuten ausgebildet sind.
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Diese Ausformungen 4.3 und Aussparungen 4.4 dienen der Anordnung, Ausrichtung und Fixierung hintereinander angeordneter Halterahmen 4. Dazu werden die Ausformungen 4.3 des einen Halterahmens 4 in die Aussparungen 4.4 eines nächsten Halterahmens 4 gesteckt.
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In dem Abschnitt des Halterahmens 4, in welchem sich die Ableiter 2 des Energiespeichers 1 im eingelegten Zustand desselben innerhalb des Halterahmens 4 befinden, sind entsprechend der Form des Ableiters 2 in diesem Bereich Materialausnehmungen 4.5 vorgesehen.
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Wie oben beschrieben, ist zwischen dem umlaufenden Randbereich 1.2 des Energiespeichers 1 und der Innenfläche 4.1 des Halterahmens 4 im eingelegten Zustand des Energiespeichers 1 ein Freiraum S eingestellt. Dabei ist der Energiespeicher 1 mittels des umlaufenden Kragens 4.2 des Halterahmens 4 und der abgewinkelten Ableiter 2 an diesem vorfixiert, wie in einer perspektivischen Ansicht in 4 und einer Schnittdarstellung in 5 näher gezeigt ist. Der Energiespeicher 1 ist in dem Halterahmen 4 angeordnet, wobei die Abwinklung des Ableiters 2 in deren Abschnitt des Halterahmens 4 auf diesem aufliegt und der Randbereich 1.2 des Energiespeichers 1 von dem an- und/oder ausgeformten Kragen 4.2 umlaufend eingefasst ist, wie insbesondere in 5 dargestellt ist.
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Weiterhin zeigt 5, dass die Dicke, d. h. die Tiefe des Halterahmens 4 im Wesentlichen der Dicke des Energiespeichers 1 entspricht.
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Nach dem Einlegen und der Vorfixierung des Energiespeichers 1 in dem Halterahmen 4 wird in den durch den Abstand gebildeten Freiraum S ein Füllmaterial 6 angeordnet, wie die 6, 7 und 8 näher zeigen. Das Füllmaterial 6, insbesondere eine Kunststoffmasse, wird in den Freiraum S eingespritzt, wodurch der Randbereich 1.2 des Energiespeichers 1 umspritzt wird und/oder eingegossen wird. Hierzu ist es erstrebenswert, dass es sich bei dem Füllmaterial 6 um ein verflüssigbares Material handelt. Als Füllmaterial 6 werden bzw. wird ein niedrigschmelzender Thermoplast und/oder eine kalt aushärtende Vergussmasse in den Freiraum S eingefüllt.
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Als Thermoplast können bzw. kann beispielsweise Polyamid und/oder Polypropylen in den Freiraum S eingefüllt werden. Wird alternativ oder zusätzlich Vergussmasse verwendet, so eignen sich beispielsweise Elastomere, wie z. B. Silikone und/oder Epoxydharze. Eine Aushärtung oder eine beschleunigte Aushärtung je nach verwendetem Material und der Mischung von beispielsweise zwei Komponenten unmittelbar vor dem Verguss kann durch Lagerung in Umgebungsluft, bei erhöhter Umgebungstemperatur und/oder durch Bestrahlung mit UV-Licht erfolgen.
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Besonders bevorzugt weist das verwendete Füllmaterial 6 eine vorgegebene Verformbarkeit auf, so dass eine Volumenänderung des Energiespeichers 1, insbesondere in dessen Betrieb, nicht behindert wird.
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Zum Ausfüllen des Freiraumes S zwischen Halterahmen 4 und Energiespeicher 1 sind besonders geschäumte Elastomere geeignet, da diese Elastomere die Volumenänderung im Betrieb des Energiespeichers 1 nicht beeinflussen.
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Das Füllmaterial 6 wird derart in den Freiraum S eingespritzt und/oder eingegossen, dass der Freiraum S vollständig ausgefüllt ist, wie in den 6, 7 und 8 näher dargestellt ist. Dabei zeigt 6 eine perspektivische Ansicht, 7 eine Schnittdarstellung und 8 eine Draufsicht des Energiespeichers 1 mit Halterahmen 4 und den mittels des Füllmaterials 6 vollständig ausgefüllten Freiraum S.
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Eine Anbindung des Füllmaterials 6 sowohl an den Randbereich 1.2 des Energiespeichers 1 als auch an die Innenfläche 4.1 des Halterahmens 4 erfolgt dabei formschlüssig und/oder stoffschlüssig. Zur Erhöhung der formschlüssigen Anbindung insbesondere an den Halterahmen 4 kann vorgesehen sein, dass an denselben Hinterschnitte ausgebildet, insbesondere ausgeformt sind.
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Zur stoffschlüssigen Anbindung verklebt und/oder verschmilzt das Material des Halterahmens 4 mit dem Füllmaterial 6 und der Kunststoff der folienartigen Hülle 1.1, mit der die Elektrodenfolienanordnung umhüllt ist.
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Durch eine derartige Ausbildung des Energiespeichers 1 und des Halterahmens 4 ist es vorteilhaft möglich, den Halterahmen 4 aus einem Material mit vergleichsweise hoher mechanischer Belastbarkeit herzustellen, um den Energiespeicher 1 zu positionieren und mechanisch zu fixieren.
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Die 9 und 10 zeigen den Zellblock 3, der aus einer Anzahl von einunddreißig Energiespeichern 1 mit Halterahmen 4 sowie endseitig angeordnete sogenannte Druckbrillen 7 gebildet ist, wobei in 9 eine teilweise Explosionsdarstellung und in 10 eine perspektivische Ansicht des Zellblocks 3 gezeigt ist.
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Zur Bildung des Zellblocks 3 werden die mittels der Halterahmen 4 und des Füllmaterials 6 fixierten Energiespeicher 1 nebeneinander gestapelt, wobei die jeweilige Ausformung 4.3 eines Halterahmens 4 als Nase in die korrespondierende Aussparung 4.4 des nachfolgenden Halterahmens 4 als Nut eingesteckt ist, so dass nebeneinander angeordnete Halterahmen 4 mittels einer somit gebildeten Steckverbindung zumindest formschlüssig aneinander befestigt sind. Mittels der derart ausgebildeten Steckverbindung ist die Ausrichtung der Energiespeicher 1 mit Halterahmen 4 zur Bildung des Zellblocks 3 vereinfacht, wobei gleichzeitig eine Montage des Zellblocks 3 vereinfacht ist, da der Energiespeicher 1 und der Halterahmen 4 bereits miteinander verbunden sind. Darüber hinaus ist es dadurch möglich, die gegenüber mechanischen Beanspruchungen vergleichsweise empfindlichen Energiespeicher 1 einfacher zu transportieren.
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Die Energiespeicher 1 werden mittels ihrer Ableiter 2 elektrisch seriell und/oder parallel verschaltet, wobei die elektrische Kontaktierung in Form der seriellen Verschaltung durch Verschweißen der jeweils übereinander liegenden abgewinkelten Ableiter 2 nebeneinander angeordneter Energiespeicher 1 erfolgt. Zur elektrischen Kontaktierung kann vorgesehen sein, dass der Halterahmen 4 als Trägerelement für Kontaktierungselemente, insbesondere für Zellverbinder, ausgebildet ist.
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Wie gemäß dem Ausführungsbeispiel in 2 beschrieben, sind in vorgegebenen Bereichen des Halterahmens 4 Metallhülsen 5 eingebracht, die jeweils zwei Aussparungen 5.1 aufweisen, deren Längsachsen senkrecht zur Längsachse des Halterahmens 4 angeordnet sind. Sind die Energiespeicher 1 mit den Halterahmen 4 und den Druckbrillen 7 zur Bildung des Zellblocks 3 aneinander angeordnet, so ist mittels der Aussparungen 5.1 in den Metallhülsen 5 und in korrespondierenden Aussparungen in den Druckbrillen 7 jeweils ein entlang der Längsachse des Zellblocks 3 verlaufendes Durchgangsloch gebildet. Diese axial verlaufenden Durchgangslöcher dienen der Aufnahme von Zugankern 8 als Spannelemente, wobei zumindest auf deren eines Ende nach dem Zusammensetzen des Zellblocks 3 Schraubenmuttern 9 aufschraubbar sind und der Zellblock 3 somit mittels der Druckbrillen 7 axial verpresst wird. Mittels der Metallhülsen 5 können zudem Setzverluste im Zellblock 3 weitestgehend verhindert werden.
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Dadurch, dass zwischen dem jeweiligen Halterahmen 4 und dem Energiespeicher 1 das Füllmaterial 6 angeordnet ist, wirken aus der Verpressung resultierende Druckkräfte nicht direkt auf den Randbereich 1.2, d. h. die Siegelnaht der folienartigen Hülle 1.1 des Energiespeichers 1, so dass eine Beschädigung der Hülle 1.1, beispielsweise durch Reibungskräfte in diesem Bereich, weitestgehend ausgeschlossen werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Energiespeicher
- 1.1
- Hülle
- 1.2
- Randbereich
- 2
- Ableiter
- 3
- Zellblock
- 4
- Halterahmen
- 4.1
- Innenfläche
- 4.2
- Kragen
- 4.3
- Ausformung
- 4.4
- Aussparung
- 4.5
- Materialausnehmung
- 5
- Metallhülse
- 5.1
- Aussparung
- 6
- Füllmaterial
- 7
- Druckbrille
- 8
- Zuganker
- 9
- Schraubenmutter
- S
- Freiraum
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007037416 A1 [0002]
- DE 102009037063 A1 [0003]
- DE 102010038308 A1 [0004]
- WO 2011/051389 A1 [0005]
