Die Erfindung betrifft einen Zellblock für eine elektrische Batterie gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a cell block for an electric battery according to the preamble of claim 1.
Batterien für Fahrzeuganwendungen, insbesondere Hochvolt-Batterien, sind aus dem Stand der Technik bekannt und bestehen aus einer Anzahl elektrisch seriell und/oder parallel geschalteter Einzelzellen, die sich mit der dazugehörenden Elektronik und Kühlung in einem gemeinsamen Gehäuse befinden. Die Einzelzellen sind in so genannten Zellblöcken zusammengefasst, die jeweils eine Mehrzahl von Einzelzellen inklusive deren mechanischer Fixierung, Kontaktierung und Einrichtungen zur Temperierung umfassen.Batteries for vehicle applications, in particular high-voltage batteries, are known from the prior art and consist of a number of electrically series and / or parallel-connected individual cells, which are located with the associated electronics and cooling in a common housing. The individual cells are combined in so-called cell blocks, each comprising a plurality of individual cells including their mechanical fixation, contacting and temperature control devices.
Beispielsweise offenbart US 2009/0208828 A1 einen Zellblock für eine Batterie, der mehrere parallel zueinander angeordnete Batteriemodule aufweist, wobei jedes Batteriemodul zwei Batteriezellen aufweist. Zwischen den Batteriemodulen ist ein Strömungskanal ausgebildet, durch den Luft zur Kühlung hindurchströmt. Des Weiteren weist der Zellblock Druckkontaktelemente auf, die jeweils einen Hohlraum zur Ausbildung des Strömungskanals aufweisen.For example disclosed US 2009/0208828 A1 a cell block for a battery having a plurality of mutually parallel battery modules, each battery module having two battery cells. Between the battery modules, a flow channel is formed through which air flows through for cooling. Furthermore, the cell block on pressure contact elements, each having a cavity for forming the flow channel.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen gegenüber dem Stand der Technik verbesserten Zellblock anzugeben.The invention is based on the object of specifying a comparison with the prior art improved cell block.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.The object is achieved with the features specified in claim 1.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.
Ein Zellblock für eine elektrische Batterie umfasst eine Anzahl von elektrisch seriell miteinander verschalteter Einzelzellen, die nebeneinander in einem Stapel angeordnet sind, eine Anzahl von Zellhaltern, mittels welchen die Einzelzellen im Stapel gehalten sind und zwei Druckplatten, die den Stapel jeweils endseitig abschließen.A cell block for an electric battery comprises a number of individual cells connected electrically in series with one another, which are arranged next to one another in a stack, a number of cell holders, by means of which the individual cells are held in the stack, and two pressure plates, which end each end of the stack.
Erfindungsgemäß ist eine Mehrzahl von Schneidkanten vorgesehen, wobei jeweils mindestens eine Schneidkante an einer Federzunge angeordnet ist, wobei die Federzungen an mindestens einem Fixierelement angeordnet oder ausgebildet sind und wobei die Schneidkanten in den Zellhaltern eingeschnitten sind und dabei einen Formschluss mit den Zellhaltern bilden.According to the invention a plurality of cutting edges is provided, wherein in each case at least one cutting edge is arranged on a spring tongue, wherein the spring tongues are arranged or formed on at least one fixing element and wherein the cutting edges are cut in the cell holders and thereby form a positive connection with the cell holders.
Beim Verspannen des Zellblocks schneiden sich die an den Federzungen angeordneten oder ausgebildeten Schneidkanten in die Zellhalter ein und fixieren diese formschlüssig im Zellblock. Daraus resultiert eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Fixierung der Zellhalter und somit der Einzelzellen im Zellblock. Des Weiteren können die Zellhalter mittels der Schneidkanten in jeder beliebigen Position im Zellblock fixiert werden, so dass ein Ausgleich von Toleranzen innerhalb des Zellblocks möglich ist, die aufgrund fertigungsbedingt verschiedener Höhen der Einzelzellen und/oder Zellhalter und gegebenenfalls weiterer Komponenten des Zellblocks auftreten. Die Fixierung der Zellhalter und damit der Einzelzellen im Zellblock ist mittels des derart ausgebildeten Zellblocks mit geringen Teilekosten und Bauraumbedarf umsetzbar und eine Montage des Zellblocks ist besonders einfach. Eine nachträgliche Demontage und Wiedermontage, z. B. im Reparaturfall des Zellblocks, ist auf einfache Art und Weise sowie ohne den Ersatz von Zellblockkomponenten möglich. Aufgrund der gegenüber dem Stand der Technik verbesserten Fixierung der Einzelzellen kann eine Leistungsfähigkeit und Lebensdauer des Zellblocks und damit der elektrischen Batterie erhöht werden.When the cell block is clamped, the cutting edges arranged or formed on the spring tongues cut into the cell holders and fix them positively in the cell block. This results in a comparison with the prior art improved fixation of the cell holder and thus the individual cells in the cell block. Furthermore, the cell holders can be fixed by the cutting edges in any position in the cell block, so that a balance of tolerances within the cell block is possible, which occur due to manufacturing different heights of the individual cells and / or cell holder and possibly other components of the cell block. The fixation of the cell holder and thus the individual cells in the cell block can be implemented by means of the thus formed cell block with low parts costs and space requirements and a mounting of the cell block is particularly simple. Subsequent dismantling and reassembly, z. As in the case of repair of the cell block is possible in a simple manner and without the replacement of cell block components. Due to the improved fixation of the single cells compared to the prior art, a performance and lifetime of the cell block and thus of the electric battery can be increased.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.Embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to drawings.
Dabei zeigen:Showing:
1 schematisch eine Schnittdarstellung eines Zellblocks im zusammengesetzten Zustand mit Fixierelementen in einem ersten Ausführungsbeispiel, 1 FIG. 2 schematically a sectional view of a cell block in the assembled state with fixing elements in a first embodiment, FIG.
2 schematisch einen vergrößerten Ausschnitt aus dem in 1 gezeigten Zellblock mit zwei Federzungen eines Fixierelements, 2 schematically an enlarged section of the in 1 shown cell block with two spring tongues of a fixing element,
3 bis 8 schematische Schnittdarstellungen eines Zellblocks im zusammengesetzten Zustand mit Fixierelementen in weiteren Ausführungsbeispielen, 3 to 8th schematic sectional views of a cell block in the assembled state with fixing elements in further embodiments,
9 schematisch eine Explosionsdarstellung eines Doppelzellmoduls, 9 schematically an exploded view of a double cell module,
10 schematisch eine perspektivische Darstellung des Doppelzellmoduls im zusammengesetzten Zustand, 10 schematically a perspective view of the double cell module in the assembled state,
11 schematisch eine teilweise Explosionsdarstellung eines Zellblocks mit 5 Doppelzellmodulen, 11 schematically a partial exploded view of a cell block with 5 double cell modules,
12 schematisch eine perspektivische Darstellung eines Fixierelements gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, 12 schematically a perspective view of a fixing element according to the first embodiment,
13 schematisch einen vergrößerten Ausschnitt aus dem in 12 gezeigten Fixierelement mit einer Mehrzahl von Federzungen und Schneidkanten, 13 schematically an enlarged section of the in 12 shown fixing with a plurality of spring tongues and cutting edges,
14 schematisch eine teilweise Explosionsdarstellung eines Zellblocks mit Fixierelementen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, 14 1 is a schematic exploded view of a cell block with fixing elements according to the first embodiment;
15 schematisch eine perspektivische Darstellung des Zellblocks im zusammengesetzten Zustand mit Fixierelementen und Schweißnähten zur Fixierung der Verbindungsleisten, 15 1 is a schematic perspective view of the cell block in the assembled state with fixing elements and welds for fixing the connection strips;
16 schematisch eine Schnittdarstellung des Zellblocks gemäß 15, 16 schematically a sectional view of the cell block according to 15 .
17 schematisch einen vergrößerten Ausschnitt aus dem Zellblock gemäß 16, 17 schematically an enlarged section of the cell block according to 16 .
18 schematisch eine perspektivische Einzeldarstellung eines Fixierelements gemäß einer zweiten Ausführungsform, 18 1 is a schematic perspective view of a fixing element according to a second embodiment,
19 schematisch ein vergrößerter Ausschnitt aus dem in 18 gezeigten Fixierelement, 19 schematically an enlarged section of the in 18 shown fixing element,
20 schematisch eine perspektivische Einzeldarstellung eines Fixierelements gemäß einer dritten Ausführungsform und 20 schematically an individual perspective view of a fixing element according to a third embodiment and
21 schematisch ein vergrößerter Ausschnitt aus dem in 20 gezeigten Fixierelement. 21 schematically an enlarged section of the in 20 shown fixing.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts are provided in all figures with the same reference numerals.
1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines Zellblocks 1 für eine nicht näher dargestellte elektrische Batterie, insbesondere für eine Hochvolt-Batterie für ein Fahrzeug, in einer Schnittdarstellung, insbesondere in einem Längsschnitt. Bei dem Fahrzeug kann es sich um ein Elektrofahrzeug, um ein Hybridfahrzeug oder um ein mit Brennstoffzellen betriebenes Fahrzeug handeln, wobei die elektrische Batterie eine Traktionsbatterie ist. 1 shows a first embodiment of a cell block 1 for a non-illustrated electric battery, in particular for a high-voltage battery for a vehicle, in a sectional view, in particular in a longitudinal section. The vehicle may be an electric vehicle, a hybrid vehicle, or a fuel cell powered vehicle, wherein the electric battery is a traction battery.
Der Zellblock 1 umfasst im vorliegenden Ausführungsbeispiel vier Doppelzellmodule 2, die jeweils aus einem Zellhalter 3 und zwei Einzelzellen 4 (siehe 9) gebildet sind und die zu einem Stapel 1.1 in eine Längsrichtung x zusammengefasst sind. Die Einzelzellen 4 sind beispielsweise als sogenannte Pouchzellen oder Coffee-Bag-Zellen ausgebildet. Die Zellhalter 3 weisen beispielsweise eine Doppelhalbschalenform auf und sind aus Kunststoff gefertigt. In jeweils eine Halbschale eines Zellhalters 3 ist eine Einzelzelle 4 eingesetzt und kraft- und/oder form- und/oder stoffschlüssig mit dem Zellhalter 3 verbunden.The cell block 1 in the present embodiment comprises four double cell modules 2 each made up of a cell holder 3 and two single cells 4 (please refer 9 ) are formed and that to a pile 1.1 are summarized in a longitudinal direction x. The single cells 4 For example, they are designed as so-called pouch cells or coffee-bag cells. The cell holders 3 For example, have a double half-shell shape and are made of plastic. In each case a half-shell of a cell holder 3 is a single cell 4 used and force and / or positive and / or cohesive with the cell holder 3 connected.
An einer jeweiligen Stirnseite des Stapels 1.1 ist eine metallische Druckplatte 5 angeordnet, über die eine beim Verpressen des Zellblocks 1 entstehende Kraft in den Zellblock 1 eingeleitet wird. Der Stapel 1.1 ist somit aus den Doppelzellmodulen 2 und den Druckplatten 5 gebildet. Beim Verpressen des Zellblocks 1 drücken die Zellhalter 3 jeweils auf eine umlaufende Siegelnaht 4.1 (siehe 9) der Einzelzelle 4, so dass die Einzelzellen 4 im axial verpressten Zustand des Zellblockes 1 im Wesentlichen kraft- und formschlüssig fixiert sind.At a respective end of the stack 1.1 is a metallic pressure plate 5 arranged over the one when pressing the cell block 1 developing force in the cell block 1 is initiated. The stack 1.1 is thus from the double cell modules 2 and the printing plates 5 educated. When pressing the cell block 1 Press the cell holders 3 each on a circumferential sealing seam 4.1 (please refer 9 ) of the single cell 4 so that the single cells 4 in the axially compressed state of the cell block 1 are fixed substantially non-positively and positively.
Zur Versteifung des Zellblocks 1 ist an jeder Kante des Stapels 1.1 ein Fixierelement 6 vorgesehen, welches als Verbindungsleiste ausgebildet ist, die sich in Längsrichtung x des Zellblocks 1, insbesondere über eine gesamte Länge der Kante, erstreckt und mit den Druckplatten 5 mittels einer Schweißstelle S stoffschlüssig verbunden ist. Die Fixierelemente 6 sind winkelförmig ausgebildet und weisend dabei zwei in einem Winkel von ca. 90° zueinander abgewinkelte Abschnitte auf. Des Weiteren sind die Fixierelemente 6 aus einem Metall oder einer Metalllegierung gebildet.For stiffening the cell block 1 is on each edge of the stack 1.1 a fixing element 6 provided, which is designed as a connection strip extending in the longitudinal direction x of the cell block 1 , in particular over an entire length of the edge, extending and with the pressure plates 5 by means of a weld S is materially connected. The fixing elements 6 are angularly formed and pointing while two at an angle of approximately 90 ° to each other angled sections. Furthermore, the fixing elements 6 formed from a metal or a metal alloy.
Zwischen jeweils einer Kante des Stapels 1.1 und einem Fixierelement 6 ist ein weiteres Fixierelement 7 angeordnet, welches einer gegenüber konventionellen Zellblöcken verbesserten Fixierung der Einzelzellen 4 dient. Die weiteren Fixierelemente 7 sind dabei ebenfalls winkelförmig ausgebildet und sind aus einem Stahl, z. B. gehärteter Stahl oder Federstahl, gebildet. Zur Fixierung der Einzelzellen 4 weisen die weiteren Fixierelemente 7 eine Mehrzahl von Federzungen 7.1 auf, an deren freien Enden jeweils eine Schneidkante 7.2 angeordnet oder ausgebildet ist.Between each edge of the stack 1.1 and a fixing element 6 is another fixing element 7 arranged, which compared to conventional cell blocks improved fixation of the individual cells 4 serves. The other fixing elements 7 are also angular and are made of a steel, z. As hardened steel or spring steel formed. For fixation of single cells 4 have the other fixing elements 7 a plurality of spring tongues 7.1 on, at their free ends in each case a cutting edge 7.2 arranged or formed.
Die Federzungen 7.1 sind fensterartig aus den weiteren Fixierelementen 7 herausgeschnitten (siehe 13) und in eine bestimmte Richtung, insbesondere in Richtung der Zellhalter 3, gebogen. Dadurch, dass die Zellhalter 3 aus Kunststoff gebildet sind und damit eine geringere Härte als die Schneidkanten 7.2 aufweisen, können sich die an den Federzungen 7.1 angeordneten Schneidkanten 7.2 in die Zellhalter 3 einschneiden oder eingraben und damit die Zellhalter 3 und die Einzelzellen 4 im Zellblock 1 mittels Formschluss fixieren. Die federnde Lagerung der Schneidkanten 7.2 an den freien Enden der Federzungen 7.1 ermöglicht gleichzeitig ein Einschneiden der Schneidkanten 7.2 in das Material der Zellhalter 3 und einen Ausgleich von Toleranzen, die aufgrund fertigungsbedingter unterschiedlicher Höhen der Zellhalter 3 und/oder der Einzelzellen 4 auftreten. Da die Schneidkanten 7.2 den Formschluss nach dem sogenannten Freilaufprinzip bilden und Kräfte jeweils in nur eine Richtung übertragen können, ist eine Anordnung der Schneidkanten 7.2 in den Zellhaltern 3 in alle drei Raumachsen und in je zwei Richtungen erforderlich. Dies wird mittels der Verwendung von den vier weiteren Fixierelementen 7 und mit einer Anordnung der Schneidkanten 7.2 gemäß einem beispielsweise in 12 und 13 gezeigten Ausführungsbeispiel erreicht.The spring tongues 7.1 are like a window from the other fixing elements 7 cut out (see 13 ) and in a certain direction, especially in the direction of the cell holder 3 , bent. By doing that the cell holder 3 are made of plastic and thus a lower hardness than the cutting edges 7.2 may have, on the spring tongues 7.1 arranged cutting edges 7.2 in the cell holder 3 cut or dig in, and with it the cell holders 3 and the single cells 4 in the cell block 1 fix by means of positive locking. The resilient mounting of the cutting edges 7.2 at the free ends of the spring tongues 7.1 at the same time allows cutting of the cutting edges 7.2 into the material of the cell holder 3 and a compensation of tolerances due to production-different heights of the cell holder 3 and / or the single cells 4 occur. Because the cutting edges 7.2 form the positive connection according to the so-called freewheeling principle and can transmit forces in each case in only one direction, is an arrangement of the cutting edges 7.2 in the cell holders 3 in all three spatial axes and in two directions required. This is done by using the four other fixing elements 7 and with an arrangement of the cutting edges 7.2 according to one example in 12 and 13 achieved embodiment shown.
In einer alternativen Ausführungsform sind die Einzelzellen 4 nicht mittels Zellhalter 3 im Zellblock 1 fixiert. Hierbei bilden die Schneidkanten 7.2 mit einem Zellgehäuse der Einzelzellen 4 einen Formschluss, wobei das Zellgehäuse zweckmäßigerweise aus einem Material mit einer gegenüber den Schneidkanten 7.2 geringeren Härte gebildet ist. Das Zellgehäuse ist dazu beispielsweise aus Aluminium bei nicht spannungsführenden Zellgehäusen gebildet oder mit einem Kunststoffüberzug bei spannungsführenden Zellgehäusen versehen.In an alternative embodiment, the single cells are 4 not by means of cell holders 3 in the cell block 1 fixed. Here are the cutting edges 7.2 with a cell housing of the single cells 4 a positive connection, wherein the cell housing expediently made of a material with respect to the cutting edges 7.2 lower hardness is formed. For this purpose, the cell housing is made of aluminum, for example, for non-live cell housings or provided with a plastic coating for live cell housings.
2 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt aus dem in 1 gezeigten Zellblock 1 mit zwei sich gegenüberliegend angeordneten Federzungen 7.1 des Fixierelements 7. 2 shows an enlarged section of the in 1 shown cell block 1 with two oppositely arranged spring tongues 7.1 of the fixing element 7 ,
Eine zum Einschneiden der Schneidkanten 7.2 erforderliche Normalkraft FN wird mittels der seitlich am Zellblock 1 angeordneten Fixierelemente 6 unterstützt, da hierbei ein Ausweichen oder Ausknicken der weiteren Fixierelemente 7 weitestgehend verhindert wird. Eine zur Fixierung der Zellhalter 3 erforderliche Fixierkraft FF wird bei Herstellung des Formschlusses zwischen den Zellhaltern 3 und den weiteren Fixierelementen 7 quer zur Normalkraft FN abgeleitet. Im gezeigten Ausschnitt wird der Zellhalter 3 in zwei entgegengesetzte Richtungen parallel zur Längsrichtung x fixiert.One for cutting the cutting edges 7.2 required normal force F N is determined by the side of the cell block 1 arranged fixing elements 6 supports, since in this case an evasion or buckling of the other fixing elements 7 is largely prevented. One for fixing the cell holder 3 required fixing force F F is when producing the positive connection between the cell holders 3 and the other fixing elements 7 derived across the normal force F N. In the detail shown becomes the cell holder 3 fixed in two opposite directions parallel to the longitudinal direction x.
3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel des Zellblocks 1 in einer Schnittdarstellung, insbesondere in einem Längsschnitt. 3 shows a second embodiment of the cell block 1 in a sectional view, in particular in a longitudinal section.
Hierbei sind die Federzungen 7.1 pro Zellhalter 3 abwechselnd in Richtung der Zellhalter 3 und in Richtung der Fixierelemente 6 gebogen. Die Fixierelemente 6 sind dabei aus einem Material gebildet, welches eine gegenüber den Schneidkanten 7.2 geringere Härte aufweist. Beispielsweise sind die Fixierelemente 6 aus Aluminium oder einem nicht gehärteten Stahl gebildet. Dies ermöglicht einen Formschluss sowohl zwischen den weiteren Fixierelementen 7 und den Zellhaltern 3 als auch zwischen den weiteren Fixierelementen 7 und den Fixierelementen 6, wodurch die Fixierkräfte FF auf die Zellhalter 3 und damit auf die Einzelzellen 4 gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel erhöht wird. Damit kann der Toleranzausgleich weiter verbessert werden.Here are the spring tongues 7.1 per cell holder 3 alternately in the direction of the cell holder 3 and in the direction of the fixing elements 6 bent. The fixing elements 6 are formed from a material which one opposite the cutting edges 7.2 having lower hardness. For example, the fixing elements 6 made of aluminum or a non-hardened steel. This allows a positive connection both between the other fixing elements 7 and the cell holders 3 as well as between the other fixing elements 7 and the fixing elements 6 , causing the fixing forces F F on the cell holder 3 and thus on the single cells 4 is increased compared to the first embodiment. Thus, the tolerance compensation can be further improved.
Insbesondere werden die im Zellblock 1 nebeneinander angeordneten Zellhalter 3 jeweils abwechselnd in nur einer Richtung axial in Längsrichtung x fixiert, wobei die Fixierung in die jeweils andere Richtung mittels der benachbarten Zellhalter 3 erfolgt. Die Fixierung der Fixierelemente 6 erfolgt mittels der Schneidkanten 7.2, die an den in Richtung der Fixierelementen 6 gebogenen Federzungen 7.1 angeordnet sind.In particular, those in the cell block 1 juxtaposed cell holders 3 each alternately fixed axially in the longitudinal direction x in only one direction, wherein the fixation in the respective other direction by means of the adjacent cell holder 3 he follows. The fixation of the fixing elements 6 takes place by means of the cutting edges 7.2 attached to the direction of the fixing elements 6 curved spring tongues 7.1 are arranged.
4 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel des Zellblocks 1 in einer Schnittdarstellung, insbesondere in einem Längsschnitt. 4 shows a third embodiment of the cell block 1 in a sectional view, in particular in a longitudinal section.
Hierbei sind die Federzungen 7.1 nicht jeweils aus den weiteren Fixierelementen 7 herausgetrennt, sondern als separate Komponenten an die als Verbindungsleisten ausgebildeten Fixierelemente 6 angeschweißt. Der hier gezeigte Zellblock 1 umfasst somit keine weiteren Fixierelemente 7.Here are the spring tongues 7.1 not in each case from the further fixing elements 7 separated out, but as a separate components to the connecting elements designed as fixing elements 6 welded. The cell block shown here 1 thus includes no further fixing elements 7 ,
Die Federzungen 7.1 sind jeweils in Richtung der Zellhalter 3 gebogen, wie auch durch das in 1 gezeigte erste Ausführungsbeispiel beschrieben, so dass die Fixierelemente 6 jeweils mit den Zellhaltern 3 über die Schneidkanten 7.2 einen Formschluss bilden. Die Fixierelemente 6 sind aus einem hinreichend elastischen Material gebildet.The spring tongues 7.1 are each in the direction of the cell holder 3 bent, as well as in the 1 Shown first embodiment described, so that the fixing elements 6 each with the cell holders 3 over the cutting edges 7.2 form a positive connection. The fixing elements 6 are made of a sufficiently elastic material.
5 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel des Zellblocks 1 in einer Schnittdarstellung, insbesondere in einem Längsschnitt. 5 shows a fourth embodiment of the cell block 1 in a sectional view, in particular in a longitudinal section.
Hierbei sind die Federzungen 7.1 jeweils aus den als Verbindungsleisten ausgebildeten Fixierelementen 6 herausgetrennt, so dass der Zellblock 1 hierbei ebenfalls keine weiteren Fixierelemente 7 umfasst. Die Federzungen 7.1 sind jeweils in Richtung der Zellhalter 3 gebogen, so dass die Fixierelemente 6 jeweils mit den Zellhaltern 3 über die Schneidkanten 7.2 einen Formschluss bilden.Here are the spring tongues 7.1 in each case from the fixing elements designed as connecting strips 6 cut out, leaving the cell block 1 this also no further fixing 7 includes. The spring tongues 7.1 are each in the direction of the cell holder 3 bent so that the fixing elements 6 each with the cell holders 3 over the cutting edges 7.2 form a positive connection.
6 zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel des Zellblocks 1 in einer Schnittdarstellung, insbesondere in einem Längsschnitt. 6 shows a fifth embodiment of the cell block 1 in a sectional view, in particular in a longitudinal section.
Hierbei sind die Schneidkanten 7.2 nicht an Federzungen 7.1, sondern direkt an den Fixierelementen 6 angeordnet oder ausgebildet. Die Schneidkanten 7.2 ragen senkrecht von einer Oberfläche der jeweiligen Fixierelemente 6 in Richtung der Zellhalter 3 ab und sind entweder einteilig mit den Fixierelementen 6 ausgebildet oder mit diesen verschweißt. Hierbei werden die Zellhalter 3 ebenfalls beidseitig axial fixiert.Here are the cutting edges 7.2 not on spring tongues 7.1 but directly on the fixing elements 6 arranged or formed. The cutting edges 7.2 project perpendicularly from a surface of the respective fixing elements 6 in the direction of the cell holder 3 and are either integral with the fixing elements 6 trained or welded with these. Here are the cell holders 3 also axially fixed on both sides.
Zur Verbesserung einer Verklammerung der Schneidkanten 7.2 mittels Formschluss können die Zellhalter 3 oder die Einzelzellen 4 mit einer Oberflächenstruktur versehen sein. Dazu zeigt 7 ein sechstes Ausführungsbeispiel des Zellblocks 1 in einer Schnittdarstellung, insbesondere in einem Längsschnitt.To improve a clamping of the cutting edges 7.2 By means of positive locking, the cell holders 3 or the single cells 4 be provided with a surface structure. In addition shows 7 a sixth embodiment of the cell block 1 in a sectional view, in particular in a longitudinal section.
Der Zellblock 1 ist in 7 gemäß dem in 1 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel ausgebildet, wobei die Zellhalter 3 zusätzlich mit einer Rillenstruktur R versehen sind. The cell block 1 is in 7 according to the in 1 formed shown in the first embodiment, wherein the cell holder 3 additionally provided with a groove structure R.
8 zeigt ein siebtes Ausführungsbeispiel des Zellblocks 1 in einer Schnittdarstellung, insbesondere in einem Längsschnitt. 8th shows a seventh embodiment of the cell block 1 in a sectional view, in particular in a longitudinal section.
Der Zellblock 1 weist hierbei fünf Doppelzellmodule 2 auf. Da der Zellblock 1 somit länger als in den in den 1 bis 7 gezeigten Ausführungsbeispielen ausgebildet ist, ist eine Zwischenabstützung zur Vermeidung eines Ausweichens oder Ausknicken der weiteren Fixierelemente 7 und der Fixierelemente 6 mittels zusätzlicher Befestigungselemente 8 vorgesehen. Die Befestigungselemente 8 sind beispielsweise Schrauben oder Nieten, die jeweils durch ein Fixierelement 6, ein weiteres Fixierelement 7 und einen Zellhalter 3 geführt sind und diese damit kraftschlüssig miteinander verbinden. In Abhängigkeit einer Länge des Stapels 1.1 ist für jede Kante des Stapels 1.1 eine bestimmte Anzahl von Befestigungselementen 8 vorgesehen. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist für jede Kante des Stapels 1.1 ein Befestigungselement 8 vorgesehen, welches das Fixierelement 6 und das weitere Fixierelement 7 mit einem in Längsrichtung x mittig im Stapel 1.1 angeordneten Zellhalter 3 kraftschlüssig verbindet.The cell block 1 here has five double cell modules 2 on. Because the cell block 1 thus longer than in the 1 to 7 shown embodiments is an intermediate support to avoid dodging or buckling of the other fixing elements 7 and the fixing elements 6 by means of additional fastening elements 8th intended. The fasteners 8th For example, screws or rivets, each by a fixing 6 , another fixing element 7 and a cell holder 3 are guided and thus connect them non-positively. Depending on a length of the stack 1.1 is for each edge of the stack 1.1 a certain number of fasteners 8th intended. According to the present embodiment, for each edge of the stack 1.1 a fastener 8th provided, which is the fixing element 6 and the further fixing element 7 with one in the longitudinal direction x in the middle of the stack 1.1 arranged cell holders 3 positively connects.
9 zeigt eine Explosionsdarstellung eines Doppelzellmoduls 2. 10 zeigt das Doppelzellmodul 2 perspektivisch in einem zusammengesetzten Zustand. 11 zeigt eine Explosionsdarstellung eines Zellblocks 1 mit fünf Doppelzellmodulen 2. 12 zeigt eine perspektivische Einzeldarstellung eines weiteren Fixierelements 7 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. 13 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt aus dem in 12 gezeigten weiteren Fixierelement 7. 15 zeigt einen Zellblock 1 perspektivisch im zusammengesetzten Zustand. 16 zeigt eine Schnittdarstellung, insbesondere einen Querschnitt, des Zellblocks 1 im zusammengesetzten Zustand. 17 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt aus dem Zellblock 1 gemäß 16. 9 shows an exploded view of a double cell module 2 , 10 shows the double cell module 2 in perspective in an assembled state. 11 shows an exploded view of a cell block 1 with five double cell modules 2 , 12 shows a perspective detailed view of another fixing element 7 according to the first embodiment. 13 shows an enlarged section of the in 12 shown further fixing 7 , 15 shows a cell block 1 in perspective in the assembled state. 16 shows a sectional view, in particular a cross section of the cell block 1 in the assembled state. 17 shows an enlarged section of the cell block 1 according to 16 ,
Wie bereits zuvor beschrieben, ist ein Doppelzellmodul 2 aus einem Zellhalter 3 und zwei Einzelzellen 4 gebildet.As previously described, is a double cell module 2 from a cell holder 3 and two single cells 4 educated.
Die Einzelzellen 4 sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel als sogenannte Pouchzellen oder Coffee-Bag-Zellen ausgebildet, bei denen ein elektrochemisch aktiver Inhalt von einer folienartigen Verpackung umgeben ist. Die Verpackung ist aus zwei übereinander angeordneten Folienabschnitten gebildet, die im überlappenden Randbereich beispielsweise mittels eines Heißpressverfahrens stoffschlüssig miteinander verbunden werden, wobei eine Siegelnaht 4.1 gebildet wird. An einer Seite der Einzelzelle 4 sind elektrische Pole 4.2 als Anschlüsse in Blechform aus der Verpackung herausgeführt.The single cells 4 are formed in the present embodiment as so-called pouch cells or coffee-bag cells, in which an electrochemically active content is surrounded by a film-like packaging. The packaging is formed from two film sections arranged one above the other, which in the overlapping edge region are bonded to one another in a material-bonded manner, for example by means of a hot pressing process, one sealed seam 4.1 is formed. On one side of the single cell 4 are electrical poles 4.2 as connections in sheet form led out of the packaging.
Der Zellhalter 3 ist als Doppelhalbschale ausgebildet und nimmt mit jeweils einer Halbschale eine Einzelzelle 4 auf. Beispielsweise sind die Einzelzellen 4 flächig mit einer Trennwand 3.1 des Zellhalters 3 verklebt. Somit sind die Einzelzellen 4 mechanisch stabil zueinander angeordnet und zumindest in Längsrichtung x positioniert und gegeneinander elektrisch isoliert.The cell holder 3 is designed as a double half-shell and takes each with a half-shell a single cell 4 on. For example, the single cells 4 flat with a partition 03.01 of the cell holder 3 bonded. Thus, the individual cells 4 arranged mechanically stable to each other and positioned at least in the longitudinal direction x and electrically isolated from each other.
Zur Bildung des Zellblocks 1 werden die Doppelzellmodule 2 in Längsrichtung x nebeneinander angeordnet, wobei die Einzelzellen 4 elektrisch seriell miteinander verschaltet werden. Dazu werden die Pole 4.2 der Einzelzellen 4 entsprechend übereinander gebogen und miteinander verschweißt.To form the cell block 1 become the double cell modules 2 arranged side by side in the longitudinal direction x, wherein the individual cells 4 electrically connected to each other in series. These are the poles 4.2 of the single cells 4 bent over each other and welded together.
Des Weiteren umfasst der gezeigte Zellblock 1 zwei Stromkollektorplatten 9, die jeweils zwischen einem endseitig angeordneten Doppelzellmodul 2 und einer Druckplatte 5 angeordnet sind. Die Stromkollektorplatten 9 umfassen jeweils massive Stromschienen (nicht gezeigt), die mit Kunststoff umspritzt sind und außenliegende Hochvolt-Kontakte 9.1 aufweisen. Mittels der Hochvolt-Kontakte 9.1 ist eine Stromeinleitung und Stromentnahme aus dem Zellblock 1 möglich.Furthermore, the cell block shown comprises 1 two current collector plates 9 , each between a double-cell module arranged at the end 2 and a printing plate 5 are arranged. The current collector plates 9 Each includes solid busbars (not shown), which are encapsulated in plastic and external high-voltage contacts 9.1 exhibit. By means of high-voltage contacts 9.1 is a current injection and current drain from the cell block 1 possible.
Eine mechanische Fixierung der Einzelzellen 4 erfolgt im Wesentlichen kraftschlüssig durch Reibung zwischen den Zellhaltern 3 und den Einzelzellen 4, wenn der Zellblock 1 verpresst wird. Eine beim Verpressen des Zellblocks 1 entstehende Kraft wird über die stirnseitig angeordneten Druckplatten 5 in den Zellblock 1 eingeleitet, wenn diese mit den seitlich an der Kante des Stapels 1.1 verlaufenden, metallischen Fixierelementen 6 und Fixierelementen 7 mittels Schweißnähten SN verschweißt werden (siehe 15) und dabei eine Druckvorspannung aufbringen.A mechanical fixation of the individual cells 4 occurs essentially non-positively by friction between the cell holders 3 and the single cells 4 if the cell block 1 is pressed. One when pressing the cell block 1 The resulting force is generated by the pressure plates arranged on the front side 5 in the cell block 1 when introduced with the side of the edge of the stack 1.1 extending, metallic fixing elements 6 and fixing elements 7 Welded by means of welds SN (see 15 ) while applying a compressive bias.
Die Fixierung der Doppelzellmodule 2 im Zellblock 1 erfolgt mittels der weiteren Fixierelemente 7, die jeweils eine Mehrzahl von Federzungen 7.1 mit scharfkantigen Schneidkanten 7.2 aufweisen. Wie bereits beschrieben, sind die Federzungen 7.1 aus den weiteren Fixierelementen 7 fensterartig herausgeschnitten (siehe 12) und in Betrachtungsrichtung nach unten gebogen, so dass diese im zusammengesetzten Zustand des Zellblocks 1 den Zellhaltern 3 zugewandt sind. Zur Fixierung der Einzelzellen 4 in alle Richtungen sind an jeder Kante eines Zellhalters 3 zwei mal vier Schneidkanten 7.2 vorgesehen, wie es die 14, 16 und 17 zeigen.The fixation of the double cell modules 2 in the cell block 1 takes place by means of the further fixing elements 7 , each having a plurality of spring tongues 7.1 with sharp-edged cutting edges 7.2 exhibit. As already described, the spring tongues 7.1 from the other fixing elements 7 cut out like a window (see 12 ) and bent in the viewing direction downwards, so that these in the assembled state of the cell block 1 the cell holders 3 are facing. For fixation of single cells 4 in all directions are on each edge of a cell holder 3 two times four cutting edges 7.2 provided, like the 14 . 16 and 17 demonstrate.
18 und 19 zeigen ein zum ersten Ausführungsbeispiel alternatives Ausführungsbeispiel des weiteren Fixierelements 7, wobei 18 eine perspektivische Einzeldarstellung des weiteren Fixierelements 7 zeigt. 19 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt aus dem in 18 gezeigten weiteren Fixierelement 7. 18 and 19 show an alternative to the first embodiment Embodiment of the further fixing element 7 , in which 18 a perspective individual representation of the further fixing element 7 shows. 19 shows an enlarged section of the in 18 shown further fixing 7 ,
Die Federzungen 7.1 sind analog zum ersten Ausführungsbeispiel fensterartig aus dem weiteren Fixierelement 7 herausgetrennt und in Betrachtungsrichtung nach unten gebogen. Ebenso sind an jeder Kante eines Zellhalters 3 zwei mal vier Schneidkanten 7.2 vorgesehen. Zusätzlich weisen die Federzungen 7.1 einen in eine Gegenrichtung abgespreizten Teil 7.1.1 auf, welcher in Betrachtungsrichtung nach oben gebogen ist, so dass der abgespreizte Teil 7.1.1 im zusammengesetzten Zustand des Zellblocks 1 den Fixierelementen 6 zugewandt ist. Damit wird eine auf die Schneidkanten 7.2 wirkende Anpresskraft gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel deutlich erhöht.The spring tongues 7.1 are similar to the first embodiment window-like from the further fixing 7 cut out and bent down in viewing direction. Likewise, on each edge of a cell holder 3 two times four cutting edges 7.2 intended. In addition, the spring tongues 7.1 a splayed in a opposite direction part 7.1.1 which is bent in the viewing direction upwards, so that the splayed part 7.1.1 in the assembled state of the cell block 1 the fixing elements 6 is facing. This is one on the cutting edges 7.2 acting contact force compared to the first embodiment significantly increased.
Die 20 und 21 zeigen ein weiteres alternatives Ausführungsbeispiel, wobei 20 eine perspektivische Einzeldarstellung des weiteren Fixierelements 7 zeigt. 21 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt aus dem in 20 gezeigten weiteren Fixierelement 7.The 20 and 21 show a further alternative embodiment, wherein 20 a perspective individual representation of the further fixing element 7 shows. 21 shows an enlarged section of the in 20 shown further fixing 7 ,
Hierbei sind an jeder Kante eines Zellhalters 3 ebenfalls zwei mal vier Schneidkanten 7.2 vorgesehen, jedoch sind jeweils vier Federzungen 7.1 derart aus dem weiteren Fixierelement 7 herausgeschnitten, dass diese kreisförmig nebeneinander angeordnet sind und somit eine kreisförmige Aussparung bilden. Somit sind sich jeweils zwei Schneidkanten 7.2 gegenüberliegend angeordnet.Here are on each edge of a cell holder 3 also two times four cutting edges 7.2 provided, however, each four spring tongues 7.1 such from the further fixing element 7 cut out that they are arranged in a circle next to each other and thus form a circular recess. Thus, in each case two cutting edges 7.2 arranged opposite.
Eine Herstellung des weiteren Fixierelements 7 mit den Federzungen 7.1 und Schneidkanten 7.2 ist hier gegenüber den in den 12 bis 19 gezeigten Ausführungsbeispielen einfacher und das weitere Fixierelement 7 wird weniger mechanisch geschwächt.A preparation of the further fixing element 7 with the spring tongues 7.1 and cutting edges 7.2 is opposite here in the 12 to 19 shown embodiments easier and the further fixing 7 is less mechanically weakened.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
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11
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Zellblockcell block
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1.11.1
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Stapelstack
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22
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DoppelzellmodulDouble cell module
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33
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Zellhaltercell holder
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3.13.1
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Trennwandpartition wall
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44
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Einzelzellesingle cell
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4.14.1
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Siegelnahtseal
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4.24.2
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Polpole
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55
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Druckplatteprinting plate
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66
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Fixierelementfixing
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6.16.1
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Federzungespring tongue
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6.26.2
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Schneidkantecutting edge
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77
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Fixierelementfixing
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7.17.1
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Federzungespring tongue
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7.1.17.1.1
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abgespreizter Teilsplayed part
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7.27.2
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Schneidkantecutting edge
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88th
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Befestigungselementfastener
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99
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StromkollektorplatteCurrent collector plate
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9.19.1
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Hochvolt-KontaktHigh-voltage contact
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FF F F
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Fixierkraftfixing force
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FN F N
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Normalkraftnormal force
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RR
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Rillenstrukturgroove structure
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SS
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Schweißstelleweld
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SNSN
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SchweißnahtWeld
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xx
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Längsrichtunglongitudinal direction
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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US 2009/0208828 A1 [0003] US 2009/0208828 A1 [0003]
