DE102019125382A1 - Battery with a pressure-limiting device, functional device with a battery and method for pressure-limiting - Google Patents

Battery with a pressure-limiting device, functional device with a battery and method for pressure-limiting Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Batterie (12) mit mittels einer jeweiligen Verspannvorrichtung (18) zu Zellstapeln (14) mechanisch verspannten Batteriezellen (16). Auf die Batteriezellen (16) wirkt ein Gesamtdruck (P), der aus einem Verspanndruck (Pv) und einem durch eine betriebsbedingte Volumenzunahme der Batteriezellen (16) erzeugten und fortschreitenden Anschwelldruck resultiert. Die Batterie (12) weist eine Druckbegrenzungsvorrichtung zum Begrenzen des Gesamtdrucks (P) auf einen maximal zulässigen Grenzdruck (PG) auf, wobei die Druckbegrenzungsvorrichtung zumindest ein Druckbegrenzungselement (24) aufweist, welches zwischen zumindest zwei oder einigen oder jeder der Batteriezellen (16) und/oder einer jeweiligen endständigen Batteriezelle (16) des Zellstapels (14) und einer zu der jeweiligen endständigen Batteriezelle (16) benachbart angeordneten und ihr zugeordneten Verspannplatte (22) der Verspannvorrichtung (18) angeordnet ist. Das jeweilige Druckbegrenzungselement (24) ist elastisch ausgebildet und dazu ausgelegt, bei Überschreiten des vorbestimmten maximalen Grenzdrucks (PG) unter Beibehaltung der Elastizität sich plastisch zu verformen, wodurch der Gesamtdruck (P) auf den zulässigen maximalen Grenzdruck (PG) beschränkt ist.The invention relates to a battery (12) with battery cells (16) mechanically braced to form cell stacks (14) by means of a respective bracing device (18). A total pressure (P), which results from a clamping pressure (Pv) and a progressive swelling pressure generated by an operationally-related increase in volume of the battery cells (16), acts on the battery cells (16). The battery (12) has a pressure limiting device for limiting the total pressure (P) to a maximum permissible limit pressure (PG), the pressure limiting device having at least one pressure limiting element (24) which is located between at least two or some or each of the battery cells (16) and / or a respective terminal battery cell (16) of the cell stack (14) and a clamping plate (22) of the clamping device (18) arranged adjacent to the respective terminal battery cell (16) and assigned to it. The respective pressure limiting element (24) is elastic and designed to plastically deform when the predetermined maximum limit pressure (PG) is exceeded while maintaining the elasticity, whereby the total pressure (P) is limited to the maximum permissible limit pressure (PG).

Description

Die Erfindung betrifft eine Batterie, umfassend eine Vielzahl an Batteriezellen, wobei jeweils eine vorbestimmte Anzahl der Batteriezellen mittels einer mechanischen Verspannvorrichtung zu einem jeweiligen Zellstapel mechanisch verspannt ist. Die vorbestimmte Anzahl liegt dabei bevorzugt bei eins, zwei, drei oder mehr. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine zumindest teilweise elektrisch angetriebene/betriebene Funktionsvorrichtung mit einer solchen Batterie sowie ein Verfahren zur Druckbegrenzung in einer solchen Batterie.The invention relates to a battery comprising a multiplicity of battery cells, a predetermined number of the battery cells being mechanically braced in each case by means of a mechanical bracing device to form a respective cell stack. The predetermined number is preferably one, two, three or more. In addition, the invention relates to an at least partially electrically driven / operated functional device with such a battery and a method for limiting pressure in such a battery.

Eine Batterie im Sinne der Erfindung umfasst eine Vielzahl elektrisch miteinander verschalteter Batteriezellen, welche beispielsweise als prismatische Zellen oder als Pouch-Zellen ausgestaltet sein können. Durch die elektrische Verschaltung der Batteriezellen kann eine solche Batterie beispielsweise auf der Grundlage mehrerer Batteriezellen eine elektrische Spannung von mehr als 60 Volt und insbesondere von mehreren 100 Volt bereitstellen, weshalb sie dann auch als Hochvolt-Batterie bezeichnet wird. Bevorzugt sind die Batteriezellen derart zu Zellstapeln aneinander angeordnet, dass die Zellpole oder elektrischen Anschlüsse oder Kontaktpole der Batteriezellen ohne oder mit nur geringem konstruktiven Mehraufwand elektrisch miteinander verschaltet werden können. Das Verschalten kann beispielsweise durch Aufschweißen eines elektrisch leitenden Kontaktierungsmittels wie beispielsweise einer elektrisch leitenden Schiene (Stromschiene) oder eines sogenannten Busbars erfolgen. Bei Pouch-Zellen bestehen die elektrischen Kontakte in der Regel aus Folien, die an Stromschienen oder Busbars befestigt sind. A battery within the meaning of the invention comprises a multiplicity of battery cells electrically interconnected with one another, which can be designed, for example, as prismatic cells or as pouch cells. Due to the electrical connection of the battery cells, such a battery can provide an electrical voltage of more than 60 volts and in particular of several 100 volts, for example on the basis of several battery cells, which is why it is then also referred to as a high-voltage battery. The battery cells are preferably arranged next to one another in cell stacks in such a way that the cell poles or electrical connections or contact poles of the battery cells can be electrically connected to one another with little or no additional structural effort. The interconnection can take place, for example, by welding on an electrically conductive contacting means such as, for example, an electrically conductive rail (busbar) or a so-called busbar. With pouch cells, the electrical contacts usually consist of foils that are attached to busbars or busbars.

In einer solchen Batterie kann eine Vielzahl von Batteriezellenmodulen mit Zellstapeln angeordnet sein, welche wiederum mittels Zellmodulverbindern elektrisch miteinander verbunden sein können.In such a battery, a multiplicity of battery cell modules with cell stacks can be arranged, which in turn can be electrically connected to one another by means of cell module connectors.

Die Batteriezellen einer solchen Batterie schwellen betriebsbedingt an (sog. Swelling). Durch das Swelling der mechanisch miteinander verspannten Batteriezellen wird in dem Zellstapel ein fortschreitender und auf die Batteriezellen wirkender Anschwelldruck erzeugt, der eine Deformation der einzelnen Batteriezellen und letztendlich eine Deformation der aus Batteriezellen aufgebauten und mechanisch verspannten Zellstapel bedingen kann, was insbesondere zu Relativbewegungen zwischen den Zellpolen und den mit den Zellpolen verschweißten oder anderweitig fest verbundenen elektrisch leitenden Schienen führt. Dieser Deformation der Zellstapel wird in der Regel mittels mechanischer Verspannvorrichtungen entgegengewirkt. In grundsätzlich bekannten Anordnungen kann eine solche Verspannvorrichtung beispielsweise Begrenzungselemente und Zugelemente aufweisen und dazu ausgebildet sein, einen Verspanndruck auf den Zellstapel zu übertragen.The battery cells of such a battery swell due to operation (so-called swelling). Due to the swelling of the mechanically clamped battery cells, a progressive swelling pressure acting on the battery cells is generated in the cell stack, which can cause deformation of the individual battery cells and ultimately a deformation of the mechanically clamped cell stacks made up of battery cells, which in particular leads to relative movements between the cell poles and leads the electrically conductive rails welded to the cell poles or otherwise firmly connected. This deformation of the cell stacks is usually counteracted by means of mechanical bracing devices. In basically known arrangements, such a bracing device can have, for example, limiting elements and tension elements and be designed to transmit a bracing pressure to the cell stack.

So beschreibt beispielsweise die DE 10 2004 027 694 B4 einen Brennstoffzellenstapel mit einem Spannsystem. Das Spannsystem umfasst mindestens ein Federelement, das im vollständig gespannten Zustand zwei einander gegenüberliegende Flachseiten aufweist, von denen im ungespannten Zustand eine konvex ausgebildet ist und die andere konkav. Durch das Swelling und die damit einhergehende Volumenzunahme der Batteriezellen wird das genannte Federelement immer weiter zusammengedrückt und die auf die Batteriezellen des Zellstapels wirkende Kraft steigt stetig an. Durch die Geometrie der Feder soll die Kraft homogen entlang der äußersten Zelle des Brennstoffzellenstapels verteilt werden. Eine Druckbegrenzung findet nachteilig nicht statt.For example, the DE 10 2004 027 694 B4 a fuel cell stack with a clamping system. The tensioning system comprises at least one spring element which, in the fully tensioned state, has two opposite flat sides, of which one is convex in the non-tensioned state and the other is concave. As a result of the swelling and the associated increase in volume of the battery cells, the said spring element is pressed more and more together and the force acting on the battery cells of the cell stack increases steadily. Due to the geometry of the spring, the force should be distributed homogeneously along the outermost cell of the fuel cell stack. The disadvantage is that there is no pressure limitation.

Auch aus der DE 10 2010 031 641 A1 ist ein Batteriemodul mit einer Anpressplatte bekannt. Die Anpressplatte ist auch hier federnd ausgebildet und übt in einem durch eine Verspannungseinheit verspannten Zustand eine Rückstellkraft auf die Verspannungseinheit aus. Auch hier ergibt sich der nachteilige Effekt, dass durch das fortschreitende Swelling der Batteriezellen und die damit einhergehende Volumenzunahme ein auf die Batteriezellen wirkender Gesamtdruck stetig und unbegrenzt ansteigt.Also from the DE 10 2010 031 641 A1 a battery module with a pressure plate is known. The pressure plate is also designed to be resilient here and, in a state that is braced by a bracing unit, exerts a restoring force on the bracing unit. Here, too, there is the disadvantageous effect that, due to the progressive swelling of the battery cells and the associated increase in volume, a total pressure acting on the battery cells increases continuously and without limitation.

Eine ähnliche Ausgestaltung eines Batteriemoduls ist durch die WO 2014/072119 A1 beschrieben. Auch hier sind Verspanneinheiten oder Anpressplatten als federnde Elemente ausgebildet. Mit steigender Lebensdauer der Batterie wird auch hier ein fortschreitender Anschwelldruck auf die Batteriezellen übertragen, so dass die Druckbelastung im Inneren des Batteriemoduls über eine Gesamtlebensdauer stetig zunimmt.A similar configuration of a battery module is through the WO 2014/072119 A1 described. Here, too, bracing units or pressure plates are designed as resilient elements. As the service life of the battery increases, increasing pressure is transferred to the battery cells, so that the pressure load inside the battery module increases steadily over its entire service life.

Obwohl die bekannten Lösungen mittels der beschriebenen federnden Anpressplatten eine gewisse Flexibilität hinsichtlich einer gerichteten Druckeinleitung in einen jeweiligen Zellstapel ermöglichen, ist ihnen doch der Nachteil gemeinsam, dass der auf die Batteriezellen wirkende Gesamtdruck als Summe eines jeweiligen Verspanndrucks und eines jeweiligen betriebsbedingten Anschwelldrucks in Folge des fortschreitenden Swellings der einzelnen Batteriezellen über die Anzahl an Ladezyklen unbegrenzt im Inneren eines jeweiligen Zellstapels ansteigen kann. Dies führt in nachteiliger Weise zu einem erhöhten Verschleiß der Batteriezellen.Although the known solutions by means of the resilient pressure plates described allow a certain flexibility with regard to a directed introduction of pressure into a respective cell stack, they have the common disadvantage that the total pressure acting on the battery cells as the sum of a respective clamping pressure and a respective operationally-related swelling pressure as a result of the progressive Swellings of the individual battery cells can increase indefinitely over the number of charging cycles inside a respective cell stack. This disadvantageously leads to increased wear on the battery cells.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den druckbedingten Verschleiß von Batteriezellen einer Batterie der eingangs beschriebenen Art zu verringern.The invention is based on the object of reducing the pressure-related wear of battery cells of a battery of the type described above.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Lebensdauer einer Batteriezelle positiv dadurch beeinflusst werden kann, dass ein auf sie wirkender Druck nicht nur möglichst homogen verteilt und über ihre gesamte Lebensdauer möglichst konstant gehalten wird, sondern auch dadurch, dass ein jeweiliges maximal zulässiges Druckniveau nicht überschritten wird.The invention is based on the knowledge that the service life of a battery cell can be positively influenced by the fact that a pressure acting on it is not only distributed as homogeneously as possible and kept as constant as possible over its entire service life, but also by the fact that a respective maximum permissible pressure level is not is exceeded.

Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die abhängigen Patentansprüche, die folgende Beschreibung sowie die Figuren beschrieben.The object is achieved by the subjects of the independent claims. Advantageous further developments of the invention are described by the dependent claims, the following description and the figures.

Durch die Erfindung ist eine Batterie der eingangs beschriebenen Art mit einer Vielzahl an zu Zellstapeln mechanisch miteinander verspannten Batteriezellen bereitgestellt. In der erfindungsgemäßen Batterie addieren sich aufgrund der eingangs beschriebenen Effekte ein jeweiliger Verspanndruck der Verspannvorrichtung und ein durch eine betriebsbedingte Volumenzunahme der Batteriezellen erzeugter und fortschreitender Anschwelldruck zu einem auf einen jeweiligen Zellstapel wirkenden Gesamtdruck. Eine anfänglich rein durch den Verspanndruck auf die Batteriezellen des Zellstapels wirkende Kraft kann dabei beispielsweise bei 3 bis 7 kN, insbesondere bei 5 kN liegen. Ausgehend von diesem Wert und bedingt durch den fortschreitenden Anschwelldruck steigt also der auf den Zellstapel wirkende Gesamtdruck über die Gesamtlebensdauer der Batteriezellen des Zellstapels stetig an.The invention provides a battery of the type described at the outset with a multiplicity of battery cells mechanically braced to one another to form cell stacks. In the battery according to the invention, due to the effects described above, a respective clamping pressure of the clamping device and a progressive swelling pressure generated by an operationally-related increase in volume of the battery cells add up to a total pressure acting on a respective cell stack. A force initially acting purely through the clamping pressure on the battery cells of the cell stack can be, for example, 3 to 7 kN, in particular 5 kN. Starting from this value and due to the progressive increase in pressure, the total pressure acting on the cell stack increases steadily over the total service life of the battery cells of the cell stack.

Erfindungsgemäß weist die Batterie eine Druckbegrenzungsvorrichtung zum Begrenzen des Gesamtdrucks auf einen maximal zulässigen Grenzdruck auf. Der maximal zulässige Grenzdruck liegt dabei bevorzugt unterhalb einer batterieindividuellen und bekannten kritischen Druckbelastung und entspricht bevorzugt einer auf die Batteriezellen wirkenden Kraft in von maximal 20 kN, bevorzugt zwischen 10 und 15 kN. Der maximal zulässige Grenzdruck ist also ein vorgegebener maximaler Druckwert, den der Fachmann festlegen kann. Durch die Druckbegrenzungsvorrichtung kann also die auf die Batteriezellen wirkende Kraft auf einen Wert von maximal 15 kN und bevorzugt auf einen Wert von 10 oder sogar 8 kN begrenzt werden.According to the invention, the battery has a pressure limiting device for limiting the total pressure to a maximum permissible limit pressure. The maximum permissible limit pressure is preferably below a battery-specific and known critical pressure load and preferably corresponds to a force acting on the battery cells of a maximum of 20 kN, preferably between 10 and 15 kN. The maximum permissible limit pressure is therefore a predetermined maximum pressure value that a person skilled in the art can define. The pressure-limiting device can therefore limit the force acting on the battery cells to a value of at most 15 kN and preferably to a value of 10 or even 8 kN.

Die Druckbegrenzungsvorrichtung weist erfindungsgemäß zumindest ein Druckbegrenzungselement auf, wobei ein jeweiliges Druckbegrenzungselement zwischen zumindest zwei oder einigen oder jeder der Batteriezellen und/oder einer jeweiligen endständigen Batteriezelle des Zellstapels und einer zu der jeweiligen endständigen Batteriezelle benachbart angeordneten und ihr zugeordneten Verspannplatte der Verspannvorrichtung angeordnet ist. Eine Verspannplatte oder Endplatte der Verspannvorrichtung kann beispielsweise durch eine Metallplatte oder eine Kunststoffplatte realisiert sein. Mit anderen Worten kann ein jeweiliges Druckbegrenzungselement als ein Zwischenelement oder eine Zwischenlage zwischen den jeweiligen Batteriezellen des Zellstapels ausgebildet sein. Als eine solche Zwischenlage kann das jeweilige Druckbegrenzungselement beispielsweise bei der Montage des Zellstapels an die gewünschten Positionen zwischen den Batteriezellen und/oder zwischen eine jeweilige endständige Batteriezelle und der ihr zugeordneten Verspannplatte der Verspannvorrichtung eingelegt werden.According to the invention, the pressure limiting device has at least one pressure limiting element, a respective pressure limiting element being arranged between at least two or some or each of the battery cells and / or a respective terminal battery cell of the cell stack and a bracing plate of the bracing device that is arranged adjacent to the respective terminal battery cell and assigned to it. A bracing plate or end plate of the bracing device can be implemented, for example, by a metal plate or a plastic plate. In other words, a respective pressure-limiting element can be designed as an intermediate element or an intermediate layer between the respective battery cells of the cell stack. As such an intermediate layer, the respective pressure limiting element can be inserted, for example, when assembling the cell stack at the desired positions between the battery cells and / or between a respective terminal battery cell and the bracing plate of the bracing device assigned to it.

Erfindungsgemäß weist das jeweilige Druckbegrenzungselement eine Elastizität auf und ist dazu ausgelegt, sich bei Überschreiten oder im Moment des Überschreitens des vorbestimmten maximalen Grenzdrucks unter Beibehaltung dieser Elastizität plastisch zu verformen. Mit anderen Worten handelt es sich bei dem Druckbegrenzungselement um ein grundsätzlich elastisches Element oder Bauteil, welches sich in Folge einer Druckbelastung elastisch verformt und bei Wegfall der Druckbelastung bestrebt ist, wieder eine Ausgangsform anzunehmen oder in die Ausgangsform zurückzukehren, die es vor der Druckbelastung aufwies. Mit anderen Worten übt das Druckbegrenzungselement eine Rückstellkraft aus, wenn man es zusammendrückt. Überschreitet der auf das Druckbegrenzungselement wirkende Gesamtdruck allerdings nun den Wert des maximal zulässigen Grenzdrucks, so verformt sich das Druckbegrenzungselement plastisch. Es weicht dem Gesamtdruck also bei Überschreiten des Grenzdrucks aus oder vor ihm zurück, wodurch der Gesamtdruck auf den maximal zulässigen Grenzdruck beschränkt ist. Im Zuge des Zurückweichens ermöglicht das Druckbegrenzungselement also der jeweils gegen es drückenden Batteriezelle ein kontrolliertes Dickenwachstum oder eine kontrollierte Volumenzunahme. Die elastischen Eigenschaften des Druckbegrenzungselements ändern sich durch die plastische Verformung jedoch nicht. Es stellt sich lediglich ein neuer Arbeitspunkt des elastischen Druckbegrenzungselements ein, der an die vergrößerte Batteriezelle angepasst ist. Die durch das Druckbegrenzungselement ausgeübte Rückstellkraft bleibt also trotz der plastischen Verformung erhalten.According to the invention, the respective pressure limiting element has an elasticity and is designed to be plastically deformed when the predetermined maximum limit pressure is exceeded or at the moment when this elasticity is maintained. In other words, the pressure-limiting element is a fundamentally elastic element or component which is elastically deformed as a result of a pressure load and, when the pressure load ceases, endeavors to take on an original shape again or to return to the original shape that it had before the pressure load. In other words, the pressure-limiting element exerts a restoring force when it is pressed together. However, if the total pressure acting on the pressure-limiting element now exceeds the value of the maximum permissible limit pressure, the pressure-limiting element is plastically deformed. When the limit pressure is exceeded, it evades or backs away from the total pressure, so that the total pressure is limited to the maximum permissible limit pressure. In the course of the retreat, the pressure-limiting element thus enables the battery cell pressing against it a controlled growth in thickness or a controlled increase in volume. However, the elastic properties of the pressure-limiting element do not change as a result of the plastic deformation. Only a new operating point of the elastic pressure-limiting element is established, which is adapted to the enlarged battery cell. The restoring force exerted by the pressure limiting element is therefore retained despite the plastic deformation.

Durch die Erfindung ergibt sich der Vorteil, dass eine über die Lebensdauer der Batteriezellen nach oben begrenzte Druckbeaufschlagung der Batteriezellen und eine kontrollierte Volumenzunahme der Batteriezellen ermöglicht ist. Hierdurch lassen sich in vorteilhafterweise die Lebensdauer der Batteriezellen erhöhen sowie der Verschleiß vermindern.The invention results in the advantage that the application of pressure to the battery cells, which is limited upward over the service life of the battery cells, and a controlled increase in volume of the battery cells is made possible. In this way, the service life of the battery cells can advantageously be increased and wear can be reduced.

Zu der Erfindung gehören auch Ausführungsformen, durch die sich zusätzliche Vorteile ergeben.The invention also includes embodiments which result in additional advantages.

Die betriebsbedingte Volumenzunahme der Batteriezellen erfolgt bevorzugt fortschreitend und in aufeinanderfolgenden Zyklen. Ein jeweiliger Zyklus umfasst ein Anschwell- und ein Abschwellintervall, welche sich in der Art eines Ein- und Ausatmens aneinander anschließen. Das Anschwellintervall kann beispielsweise mit einem Aufladevorgang einer jeweiligen Batteriezelle einhergehen, während ein jeweiliges Abschwellintervall mit einem Entladevorgang der jeweiligen Batteriezelle einhergehen kann. Im Zuge des Anschwellintervalls findet ein Anschwellen der jeweiligen Batteriezelle gegenüber einer Ausgangsdicke statt. Im Verlauf des Abschwellintervalls erfolgt ein Abschwellen der jeweiligen Batteriezelle auf eine von der Ausgangsdicke verschiedene Enddicke. Die Ausgangsdicke entspricht also einer Dicke der jeweiligen Batteriezelle zu Beginn des jeweiligen Zyklus, und die Enddicke entspricht der Dicke der jeweiligen Batteriezelle am Ende des jeweiligen Zyklus. Die Enddicke ist dabei größer als die Ausgangsdicke. Das heißt in anderen Worten, dass die Batteriezelle nach Ablauf eines jeweiligen Zyklus insgesamt eine größere Dicke aufweist als zu Beginn des jeweiligen Zyklus. Mit anderen Worten findet ein fortschreitendes Dickenwachstum oder eine fortschreitende Volumenzunahme der jeweiligen Batteriezelle statt. Das Fortschreiten des Dickenwachstums ist dabei überlagert von dem zyklischen Atmen der jeweiligen Batteriezelle. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung begleitet das elastische Druckbegrenzungselement genau dieses zyklische Atmen der jeweiligen Batteriezelle. Das Druckbegrenzungselement ist demnach dazu ausgelegt, unabhängig von einem jeweils aktuellen Gesamtdruck durch das Anschwellen elastisch zusammengedrückt zu werden und sich bei dem Abschwellen auszudehnen. Hierdurch wirkt ein dem jeweiligen aktuellen Gesamtdruck entgegengesetzter vorbestimmter Gegendruck während einer gesamten Dauer des jeweiligen Zyklus' auf die jeweilige Batteriezelle. Wie oben beschrieben, deformiert sich das Druckausgleichselement in dem Moment plastisch, in dem der jeweils aktuelle Gesamtdruck den vorbestimmten und maximal zulässigen Grenzdruck überschreitet. Da die beschriebene Elastizität jedoch unabhängig von dem jeweils aktuellen Gesamtdruck bestehen bleibt, ermöglicht die beschriebene Ausführungsform in vorteilhafterweise ein Fortführen der elastischen Begleitung des Atmens der jeweiligen Batteriezelle auch nach einer jeweiligen plastischen Deformation. Somit wird in vorteilhafterweise ein unkontrolliertes Swelling der jeweiligen Batteriezelle nach erfolgter plastischer Deformation vermieden.The operation-related increase in volume of the battery cells takes place preferably progressively and in successive cycles. A respective cycle comprises a swelling and a decongesting interval, which follow one another in the manner of an inhalation and an exhalation. The swelling interval can be associated, for example, with a charging process of a respective battery cell, while a respective decongesting interval can be associated with a discharging process of the respective battery cell. In the course of the swelling interval, the respective battery cell swells compared to an initial thickness. In the course of the swelling interval, the respective battery cell swells down to a final thickness different from the initial thickness. The initial thickness thus corresponds to a thickness of the respective battery cell at the beginning of the respective cycle, and the final thickness corresponds to the thickness of the respective battery cell at the end of the respective cycle. The final thickness is greater than the initial thickness. In other words, the battery cell has a greater thickness overall after the end of a respective cycle than at the beginning of the respective cycle. In other words, there is a progressive growth in thickness or a progressive increase in volume of the respective battery cell. The progress of the growth in thickness is superimposed by the cyclical breathing of the respective battery cell. According to an advantageous embodiment of the invention, the elastic pressure-limiting element accompanies precisely this cyclical breathing of the respective battery cell. The pressure-limiting element is accordingly designed to be elastically compressed by the swelling, independently of a respective current total pressure, and to expand when the swelling decreases. As a result, a predetermined counter pressure opposite to the respective current total pressure acts on the respective battery cell for an entire duration of the respective cycle. As described above, the pressure compensation element deforms plastically at the moment in which the current total pressure exceeds the predetermined and maximum permissible limit pressure. However, since the described elasticity remains independent of the respective current total pressure, the described embodiment advantageously enables the elastic accompaniment of the breathing of the respective battery cell to be continued even after a respective plastic deformation. Thus, in an advantageous manner, uncontrolled swelling of the respective battery cell after plastic deformation has taken place is avoided.

Bevorzugt ist die Elastizität und die bei dem Überschreiten des Grenzdrucks auftretende plastische Verformbarkeit durch ein Material des zumindest einen Druckbegrenzungselements bedingt. Als Material kann beispielsweise ein Metall oder eine Metalllegierung oder ein Kunststoff oder ein Faserverbund-Werkstoff vorgesehen sein. Auch eine strukturelle Bedingtheit der Elastizität ist denkbar und kann beispielsweise durch vorbestimmte Schwächezonen des Druckbegrenzungselements realisiert sein.The elasticity and the plastic deformability that occurs when the limit pressure is exceeded are preferably caused by a material of the at least one pressure limiting element. For example, a metal or a metal alloy or a plastic or a fiber composite material can be provided as the material. A structural condition of the elasticity is also conceivable and can be implemented, for example, by predetermined weak zones of the pressure limiting element.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist das zumindest eine Druckbegrenzungselement als eine Blattfeder oder eine Spiralfeder oder ein Wellblech oder als ein Verbund aus mehreren Tellerfedern ausgestaltet. Im Falle des Verbunds ist also das Zusammenwirken mehrerer Tellerfedern als ein einziges Druckbegrenzungselement zu verstehen, das an den jeweiligen Positionen der Tellerfedern einen Druckpunkt erzeugen kann. Zum Einstellen einer lokalen Federhärte kann die Flächendichte der Tellerfedern entsprechend vorgegeben werden.According to an advantageous embodiment, the at least one pressure-limiting element is designed as a leaf spring or a spiral spring or a corrugated sheet metal or as a composite of several cup springs. In the case of the composite, the interaction of several disc springs is to be understood as a single pressure-limiting element that can generate a pressure point at the respective positions of the disc springs. To set a local spring stiffness, the surface density of the disc springs can be specified accordingly.

Da die beschriebene betriebsbedingte Volumenzunahme einer jeweiligen Batteriezelle in der Regel nicht homogen oder gleichmäßig entlang eines Umfangs der jeweiligen Batteriezelle wirkt, sondern ganz im Gegenteil im Zuge der betriebsbedingten Volumenzunahme das Aufblähen der jeweiligen Batteriezelle bevorzugt in einem zentralen Bereich der Batteriezelle stattfindet, ist es gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform vorgesehen, dass die Elastizität des zumindest einen Druckbegrenzungselements entlang einer Ebene, die senkrecht bezüglich des auf das Druckbegrenzungselement wirkenden Gesamtdrucks und/oder senkrecht bezüglich des Verspanndrucks verläuft, variiert. Hierzu kann es beispielsweise vorgesehen sein, dass der Verbund aus mehreren Tellerfedern in einem Bereich erhöhter Elastizität eine dichtere Anordnung aus Tellerfedern vorsieht, als in einem Bereich geringerer Elastizität, wo eine weniger dichte oder lockere Anordnung von Tellerfedern vorgesehen sein kann. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Variation der Elastizität über strukturell geschwächte Bereiche des Druckbegrenzungselements realisiert ist. Dies können beispielsweise geschlitzte oder durchbrochene Bereiche eines Wellblechs sein. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass die auf die anschwellende Batteriezelle wirkende Rückstellkraft, welche durch die Elastizität des Druckbegrenzungselements bedingt ist, homogen entlang der Ebene verteilt ist.Since the described operation-related increase in volume of a respective battery cell does not generally work homogeneously or uniformly along a circumference of the respective battery cell, but on the contrary, in the course of the operation-related increase in volume, the respective battery cell is preferably inflated in a central area of the battery cell, it is according to one In an advantageous embodiment, the elasticity of the at least one pressure limiting element varies along a plane which runs perpendicularly with respect to the total pressure acting on the pressure limiting element and / or perpendicularly with respect to the clamping pressure. For this purpose, it can be provided, for example, that the composite of several disc springs provides a denser arrangement of disc springs in an area of increased elasticity than in an area of lower elasticity, where a less dense or loose arrangement of disc springs can be provided. It can also be provided that the elasticity is varied over structurally weakened areas of the pressure limiting element. This can be, for example, slotted or perforated areas of a corrugated metal sheet. This has the advantage that the restoring force acting on the swelling battery cell, which is caused by the elasticity of the pressure limiting element, is distributed homogeneously along the plane.

Für den Fall, dass ein jeweiliges Druckbegrenzungselement aus einem Metall oder aus einem anderweitig wärmeleitenden Material ausgebildet ist, sieht eine bevorzugte Ausführungsform vor, dass jeweils benachbarte Batteriezellen des Zellstapels gegeneinander mittels jeweils zwischen den benachbarten Batteriezellen angeordneten Zwischenschichten thermisch voneinander isoliert sind. Eine jeweilige Zwischenschicht ist also bevorzugt aus einem thermisch isolierenden Material ausgebildet. Eine jeweilige Zwischenschicht weist bevorzugt eine Mindestdicke auf, welche beispielsweise in einem Bereich von 0,5 bis 1,5 mm, bevorzugt bei 1 mm liegt. Das thermisch isolierende Material weist bevorzugt einen Wärmeleitkoeffizienten zwischen 0,004 und 0,04 Watt pro Meter und Kelvin (W/m*K) auf. Als mögliches thermisch isolierendes Material kann beispielsweise eine Keramikschicht vorgesehen sein.In the event that a respective pressure-limiting element is formed from a metal or from another thermally conductive material, a preferred embodiment provides that adjacent battery cells of the cell stack are thermally insulated from one another by means of intermediate layers arranged between the adjacent battery cells. A respective intermediate layer is therefore preferably formed from a thermally insulating material. A respective intermediate layer preferably has a minimum thickness which is, for example, in a range from 0.5 to 1.5 mm, preferably 1 mm. The thermally insulating material preferably has a coefficient of thermal conductivity between 0.004 and 0.04 watts per meter and Kelvin (W / m * K). A ceramic layer, for example, can be provided as a possible thermally insulating material.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist die jeweilige Zwischenschicht aus einem kompressiblen Material ausgebildet. Als kompressibles Material kann beispielsweise ein Kunststoff oder ein Kunstharz oder ein Polyurethan verwendet werden. Die beschriebene kompressible Zwischenschicht ist bevorzugt in einem Druckbereich, welcher kleiner als der vorbestimmte maximal zulässige Grenzdruck ist, um mindestens 5%, 10%, 15% oder mehr in der Dicke zusammendrückbar. Hierdurch kann vorteilhaft eine Verformung der Batteriezellen durch die Zwischenschicht aufgenommen werden.According to a preferred development, the respective intermediate layer is made from a compressible material. For example, a plastic or a synthetic resin or a polyurethane can be used as the compressible material. The compressible intermediate layer described is preferably compressible in thickness by at least 5%, 10%, 15% or more in a pressure range which is less than the predetermined maximum permissible limit pressure. In this way, deformation of the battery cells can advantageously be absorbed by the intermediate layer.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist zwischen zumindest zwei oder einigen oder jeder der Batteriezellen und/oder einer jeweiligen endständigen Batteriezelle des Zellstapels und einer zu der jeweiligen endständigen Batteriezelle benachbart angeordneten und ihr zugeordneten Verspannplatte der Verspannvorrichtung als ein Abstandshalteelement zumindest ein Rahmen angeordnet, der ein darin, also in dem Rahmen, angeordnetes Druckbegrenzungselement umrandet und einen von dem Verspanndruck freigehaltenen Freiraum abgrenzt. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass innerhalb des von dem Verspanndruck freigehaltenen Freiraums zwischen den Batteriezellen eine betriebsbedingte Deformation oder Volumenzunahme der Batteriezellen stattfinden kann, ohne dass die Deformation zu einer Deformation in Form einer Längenausdehnung des Zellstapels führt. Die Zellpole der Batteriezellen bleiben in ihrer Position unverändert. Da in dieser Ausführungsform der Freiraum von dem Verspanndruck freigehalten wird, kann der Verspanndruck dem maximal zulässigen Grenzdruck entsprechen.According to a preferred embodiment, at least one frame is arranged as a spacer element between at least two or some or each of the battery cells and / or a respective terminal battery cell of the cell stack and a bracing plate of the bracing device which is arranged adjacent to the respective terminal battery cell and is assigned to it, as a spacer element, which has a that is, in the frame, arranged pressure-limiting element and delimits a free space kept free from the tensioning pressure. This results in the advantage that an operational deformation or increase in volume of the battery cells can take place within the free space between the battery cells that is kept free from the clamping pressure, without the deformation leading to a deformation in the form of a linear expansion of the cell stack. The position of the cell poles of the battery cells remains unchanged. Since the free space is kept free from the clamping pressure in this embodiment, the clamping pressure can correspond to the maximum permissible limit pressure.

Darüber hinaus umfasst die Erfindung eine zumindest teilweise elektrisch angetriebene/betriebene Funktionsvorrichtung mit einer Batterie. Die Funktionsvorrichtung ist in bevorzugter Weise ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug. Das Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, oder als Personenbus oder Motorrad, das über einen zumindest teilweise elektrischen Antrieb verfügt, ausgestaltet. Die Funktionsvorrichtung kann beispielsweise auch ein elektrischer Stationärspeicher sein.In addition, the invention comprises an at least partially electrically driven / operated functional device with a battery. The functional device is preferably an at least partially electrically driven motor vehicle. The motor vehicle is preferably designed as a motor vehicle, in particular as a passenger vehicle or truck, or as a passenger bus or motorcycle, which has an at least partially electric drive. The functional device can, for example, also be an electrical stationary storage device.

Zu der Erfindung gehört auch ein Verfahren zur Begrenzung eines auf einen Zellstapel einer Batterie wirkenden Gesamtdrucks, wobei der Zellstapel eine Vielzahl von mechanisch mittels einer Verspannvorrichtung miteinander verspannten Batteriezellen umfasst, wobei durch die Verspannvorrichtung ein Verspanndruck auf die Batteriezellen des Zellstapels übertragen wird, wobei der Verspanndruck durch einen in Folge eines betriebsbedingten fortschreitenden Anschwellens der Batteriezellen erzeugten zunehmenden Anschwelldruck zu dem auf den Zellstapel wirkenden resultierenden Gesamtdruck ergänzt wird.The invention also includes a method for limiting a total pressure acting on a cell stack of a battery, the cell stack comprising a plurality of battery cells mechanically clamped together by means of a clamping device, the clamping device transmitting a clamping pressure to the battery cells of the cell stack, the clamping pressure is supplemented by an increasing swelling pressure generated as a result of a progressive swelling of the battery cells caused by operation to the resulting total pressure acting on the cell stack.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass für die Batterie eine Druckbegrenzungsvorrichtung zum Begrenzen des Gesamtdrucks auf einen maximal zulässigen Grenzdruck bereitgestellt wird. Hierbei wird zumindest ein Druckbegrenzungselement der Druckbegrenzungsvorrichtung zwischen zumindest zwei oder einigen oder jeder der Batteriezellen und/oder einer jeweiligen endständigen Batteriezelle des Zellstapels und einer zu der jeweiligen endständigen Batteriezelle benachbart angeordneten und ihr zugeordneten Verspannplatte der Verspannvorrichtung angeordnet. Das jeweilige Druckbegrenzungselement weist erfindungsgemäß eine Elastizität auf und wird bei Überschreiten, also im Moment des Überschreitens, des vorbestimmten maximalen Grenzdrucks unter Beibehaltung der Elastizität plastisch verformt. Hierdurch wird der Gesamtdruck auf den zulässigen maximalen Grenzdruck beschränkt. Mit anderen Worten wird der Gesamtdruck in einem Druckniveaubereich oder Druckbereich zwischen dem Verspanndruck und dem maximal zulässigen Grenzdruck gehalten. Es stellt sich mit anderen Worten ein Druckplateau auf dem Niveau des zulässigen maximalen Grenzdrucks ein, von dem zwar nach unten, nicht jedoch nach oben abgewichen werden kann. Mit anderen Worten bleibt die auf die Batteriezellen wirkende Kraft konstant bis ein jeweiliger Ladevorgang beendet ist und sich mit der Entladung die Kraft wieder vermindert.The method according to the invention is characterized in that a pressure limiting device for limiting the total pressure to a maximum permissible limit pressure is provided for the battery. Here, at least one pressure limiting element of the pressure limiting device is arranged between at least two or some or each of the battery cells and / or a respective terminal battery cell of the cell stack and a clamping plate of the clamping device which is arranged adjacent to the respective terminal battery cell and assigned to it. According to the invention, the respective pressure limiting element has elasticity and is plastically deformed when the predetermined maximum limit pressure is exceeded, that is to say at the moment of exceeding, while maintaining the elasticity. This limits the total pressure to the maximum permissible limit pressure. In other words, the total pressure is kept in a pressure level range or pressure range between the clamping pressure and the maximum permissible limit pressure. In other words, a pressure plateau arises at the level of the maximum permissible limit pressure, from which it is possible to deviate downwards, but not upwards. In other words, the force acting on the battery cells remains constant until a respective charging process has ended and the force decreases again with the discharge.

Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Batterie beschrieben worden sind. Gleiches gilt für Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Funktionsvorrichtung. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen hier nicht noch einmal beschrieben.The invention also includes further developments of the method according to the invention which have features as they have already been described in connection with the further developments of the battery according to the invention. The same applies to developments of the functional device according to the invention. For this reason, the relevant training courses are not described again here.

Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen.The invention also includes the combinations of the features of the described embodiments.

Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:

  • 1 eine schematische Darstellung eines Zellstapels mit zwischen den Batteriezellen angeordneten Druckbegrenzungselementen;
  • 2 eine schematische Darstellung eines Zellstapels mit einem endständig angeordneten Druckbegrenzungselement;
  • 3 ein Diagramm eines zeitlichen Druckverlaufs aus Sicht einer Batteriezelle; und
  • 4 ein Druck-Federweg-Diagramm für ein Druckbegrenzungselement.
Exemplary embodiments of the invention are described below. This shows:
  • 1 a schematic representation of a cell stack with pressure-limiting elements arranged between the battery cells;
  • 2 a schematic representation of a cell stack with a terminally arranged pressure limiting element;
  • 3rd a diagram of a pressure profile over time from the perspective of a battery cell; and
  • 4th a pressure-spring-travel diagram for a pressure-limiting element.

Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.The exemplary embodiments explained below are preferred embodiments of the invention. In the exemplary embodiments, the described components of the embodiments each represent individual features of the invention which are to be considered independently of one another and which also further develop the invention in each case independently of one another. Therefore, the disclosure is also intended to include combinations of the features of the embodiments other than those illustrated. Furthermore, the described embodiments can also be supplemented by further features of the invention already described.

In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.In the figures, the same reference symbols denote functionally identical elements.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer Funktionsvorrichtung 10 mit einer erfindungsgemäßen Batterie 12 und einem Zellstapel 14. Der Zellstapel 14 der 1 umfasst beispielhaft drei Batteriezellen 16. Die Batteriezellen 16 sind mittels einer Verspannvorrichtung 18, welche seitliche Zugelemente 20 und endständig angeordnete Verspannplatten 22 aufweist, mechanisch miteinander zu dem Zellstapel 14 verspannt. In der 1 ist in einem jeweiligen Zwischenraum zwischen einer Batteriezelle 16 und der zu ihr benachbarten Batteriezelle 16 sowie zwischen einer jeweiligen endständigen Batteriezelle 16 und der ihr zugeordneten Verspannplatte 22 ein jeweiliges Druckbegrenzungselement 24 angeordnet. Die beispielhaft gezeigten vier Druckbegrenzungselemente 24 der 1 sind als jeweilige Wellbleche ausgestaltet, die in den genannten Zwischenräumen angeordnet oder eingeklemmt sind. 1 shows a schematic representation of a functional device 10 with a battery according to the invention 12th and a cell stack 14th . The cell stack 14th of the 1 includes, for example, three battery cells 16 . The battery cells 16 are by means of a tensioning device 18th , which lateral tension elements 20th and clamping plates arranged at the end 22nd has, mechanically together to form the cell stack 14th tense. In the 1 is in a respective space between a battery cell 16 and the battery cell adjacent to it 16 as well as between a respective terminal battery cell 16 and the bracing plate assigned to it 22nd a respective pressure relief element 24 arranged. The four pressure relief elements shown as an example 24 of the 1 are designed as respective corrugated sheets, which are arranged or clamped in the spaces mentioned.

2 zeigt unter Bezugnahme auf die im Zusammenhang mit 1 gezeigten und beschriebenen Komponenten einen Zellstapel 14, wobei in dem Zellstapel 14 der 2 ein einzelnes Druckbegrenzungselement 24 als ein Federelement endständig zwischen einer endständigen Batteriezelle 16 und der ihr zugeordneten Verspannplatte 22 angeordnet ist. Außerdem zeigt die 2 eine jeweilige Zwischenschicht 26, welche als eine thermisch isolierende Schicht und/oder als eine komprimierbare oder kompressible Zwischenschicht ausgestaltet sein kann. 2 shows with reference to those related to 1 components shown and described a cell stack 14th , being in the cell stack 14th of the 2 a single pressure relief element 24 as a spring element between a terminal battery cell 16 and the bracing plate assigned to it 22nd is arranged. Also shows the 2 a respective intermediate layer 26th which can be designed as a thermally insulating layer and / or as a compressible or compressible intermediate layer.

3 zeigt einen schematischen Druckverlauf über die Zeit (P-t-Diagramm) aus der Sicht einer Batteriezelle 16. Gezeigt sind insgesamt sieben Zyklen 28a-g oder Ladezyklen. Ein jeder der Zyklen 28a-g weist ein jeweiliges Anschwellintervall mit einer Druckzunahme und ein jeweiliges Abschwellintervall mit einer Druckabnahme auf. Aufgrund der fortschreitenden Volumenzunahme der Batteriezellen 16 über die aufeinanderfolgenden Zyklen 28a-g hinweg ergibt sich eine fortschreitende Zunahme des Anschwelldrucks und somit eine fortschreitende Zunahme des Gesamtdrucks P. Ausgehend von dem Vorspanndruck Pv, welcher beispielsweise zwischen 3 und 7 kN, insbesondere bei 5 kN liegen kann, steigt der Gesamtdruck P auf die Batteriezelle 16 bis zu dem maximal zulässigen Grenzdruck PG an. Im Laufe des Zyklus' 28e wird der Grenzdruck PG, welcher beispielsweise zwischen 9 und 15 kN, insbesondere bei 10 kN, liegen kann, erreicht. Zum Zeitpunkt T1 verformt sich das Druckbegrenzungselement 24 plastisch. Infolge der plastischen Verformung kann der Gesamtdruck P, welcher auf die Batteriezelle 16 wirkt, nicht weiter ansteigen, obwohl ein Anschwellen der Batteriezelle 16 oder eine Vergrößerung oder eine Dickenzunahme der Batteriezelle 16 weiterhin stattfindet. Das Dickenwachstum oder die kontrollierte Volumenzunahme kann beispielsweise zwischen 0,1 und 0,3 mm liegen, ohne dass der auf die Batteriezelle 16 wirkende Gesamtdruck P sich erhöht, weil das Druckbegrenzungselement 24 vor der Ausdehnung der Batteriezelle 16 durch plastische Verformung zurückweicht. Da die Elastizitätseigenschaften des Druckbegrenzungselements 24 durch die plastische Verformung nicht beeinflusst werden, begleitet das elastische Druckbegrenzungselement 24 das Abschwellintervall des Zyklus 28e unter Ausübung eines vorbestimmten Gegendrucks solange, bis zum Zeitpunkt T2 der Zyklus 28e abgeschlossen und somit eine jeweilige Enddicke der Batteriezelle 16 erreicht ist. Der beschriebene Vorgang wiederholt sich für die darauf folgenden Ladezyklen 28f und 28g, wobei jeweils bei Überschreiten des maximal zulässigen Grenzdrucks PG die plastische Verformung des Druckbegrenzungselements 24 stattfindet. 3rd shows a schematic pressure curve over time (Pt diagram) from the perspective of a battery cell 16 . A total of seven cycles are shown 28a-g or charging cycles. Each of the cycles 28a-g has a respective swelling interval with an increase in pressure and a respective decongestion interval with a decrease in pressure. Due to the progressive increase in volume of the battery cells 16 over the successive cycles 28a-g away there is a progressive increase in the surge pressure and thus a progressive increase in the total pressure P. Starting from the preload pressure Pv, which can be between 3 and 7 kN, in particular 5 kN, the total pressure P on the battery cell rises 16 up to the maximum permissible limit pressure P G. In the course of the cycle '28e, the limit pressure P G , which can be between 9 and 15 kN, in particular 10 kN, is reached. At time T 1 , the pressure-limiting element deforms 24 plastic. As a result of the plastic deformation, the total pressure P exerted on the battery cell 16 does not increase further, although the battery cell swells 16 or an enlargement or an increase in thickness of the battery cell 16 continues to take place. The growth in thickness or the controlled increase in volume can be between 0.1 and 0.3 mm, for example, without affecting the battery cell 16 acting total pressure P increases because the pressure relief element 24 before the expansion of the battery cell 16 receding through plastic deformation. Because the elasticity properties of the pressure relief element 24 are not influenced by the plastic deformation, accompanies the elastic pressure-limiting element 24 the decongestion interval of the cycle 28e while exerting a predetermined counter pressure until the time T 2 of the cycle 28e completed and thus a respective final thickness of the battery cell 16 is reached. The process described is repeated for the subsequent charging cycles 28f and 28g , with the plastic deformation of the pressure-limiting element in each case when the maximum permissible limit pressure P G is exceeded 24 takes place.

Es erfolgt also immer nur eine minimale plastische Deformation, wenn die Obergrenze oder der Grenzdruck PG, beispielsweise bei 10 kN, überschritten wird. Die Rückstellkraft des Druckbegrenzungselements 24 vermindert sich nicht, sie stoppt bei dem Grenzdruck PG, also beispielsweise bei 10 kN, und kann nicht weiter erhöht werden, weil es zu der plastischen Deformation kommt, sich also beispielsweise das Wellblech verbiegt. Die elastischen Eigenschaften des Druckbegrenzungselements 24 ändern sich nicht/minimal, nur der Arbeitspunkt ändert sich.So there is always only a minimal plastic deformation when the upper limit or the limit pressure P G , for example at 10 kN, is exceeded. The restoring force of the pressure relief element 24 does not decrease, it stops at the limit pressure P G , for example at 10 kN, and cannot be increased any further because the plastic deformation occurs, for example the corrugated sheet bends. The elastic properties of the pressure relief element 24 do not change / minimally, only the operating point changes.

In einem konkreten Ausführungsbeispiel kann für das in 3 beschriebene Szenario das folgende angenommen werden: im Verlauf des Zyklus' 28e würde der auf die Batteriezelle 16 wirkende Gesamtdruck P gerne auf 10,5 kN ansteigen, kommt aber nur bis 10 kN (als Grenzdruck PG) da hier die plastische Deformation einsetzt. Die Batteriezelle 16 wächst um 0,1 mm, ohne dass die Kraft oder der Gesamtdruck P sich erhöht. Beim Entladen oder im Verlauf des Abschwellintervalls des Zyklus' 28e geht die Kraft wieder auf 8 kN zurück. Zu Beginn des darauffolgenden Zyklus' 28f liegt der Gesamtdruck P wieder bei 8 kN und würde wieder auf 10,5 kN ansteigen, das funktioniert aber nicht, da die letzten 0,5 kN zu einer kleinen plastischen Deformation führen. Die Batteriezelle 16 wächst um 0,1 mm, ohne dass die Kraft oder der Gesamtdruck P sich erhöht. Beim Entladen fällt der Gesamtdruck P wieder auf 8 kN zurück. Die Batteriezelle 16 ist etwas dicker geworden, aber die Kraft hat sich nicht erhöht. Das Gleiche für alle weiteren Ladezyklen 28g und folgende.In a specific embodiment, for the in 3rd The following scenario can be assumed: in the course of the Cycle '28e would be the one on the battery cell 16 acting total pressure P like to increase to 10.5 kN, but only comes up to 10 kN (as limit pressure P G ) because this is where the plastic deformation begins. The battery cell 16 increases by 0.1 mm without increasing the force or the total pressure P. When unloading or during the decongestion interval of cycle 28e, the force falls back to 8 kN. At the beginning of the following cycle 28f, the total pressure P is again at 8 kN and would rise again to 10.5 kN, but this does not work because the last 0.5 kN lead to a small plastic deformation. The battery cell 16 increases by 0.1 mm without increasing the force or the total pressure P. When unloading, the total pressure P falls back to 8 kN. The battery cell 16 has gotten a little thicker, but the strength has not increased. The same for all further charging cycles 28g and the following.

4 illustriert die beiden Arbeitsbereiche I und II anhand eines schematischen Druck-Federweg-Diagramms (P-s-Diagramm). Bis zu einem Federweg S1 findet die elastische Verformung gemäß des Kurvenverlaufs im Bereich I statt, bei Erreichen des Federwegs S1 findet die plastische Verformung des Druckbegrenzungselements 24 statt (zwei Zyklen im vorliegenden Beispiel). Bis zum Punkt S1 wird also sowohl der Gesamtdruck P, als auch der Federweg s erhöht. Im Verlauf des Abschwellintervalls des zweiten Zyklus' der 4 „atmet die Batteriezelle 16 aus“ (Abschwellen), der Gesamtdruck P sinkt wieder ab, bleibt jedoch oberhalb desjenigen Gesamtdrucks P, von dem aus der zweite Zyklus gestartet ist. Im weiteren Verlauf, also im Verlauf des dritten Zyklus' der 4, wird der Gesamtdruck P wieder erhöht, bis der Grenzdruck PG erreicht ist. Ab diesem Punkt wird der Gesamtdruck P aufgrund des plastischen Zurückweichens des Druckbegrenzungselements 24 nicht weiter erhöht, sondern läuft entlang eines Plateaus in Höhe des Grenzdrucks PG. Das Anschwellen der Batteriezelle 16 geht jedoch weiter. Im Verlauf des Abschwellintervalls des dritten Zyklus' der 4 findet wieder ein „Ausatmen“ und eine Verkleinerung der Batteriezelle 16 statt, so dass der auf sie wirkende Gesamtdruck P wieder abfällt. Das elastische Druckbegrenzungselement 24 folgt der Verkleinerung der Batteriezelle 16, bis sich wieder derjenige Gesamtdruck P eingestellt hat, von dem aus der dritte Zyklus gestartet ist. Von diesem Punkt aus startet der vierte und jeder folgende Zyklus der 4. 4th illustrates the two work areas I and II using a schematic pressure-spring deflection diagram (Ps diagram). Up to a spring travel S 1 , the elastic deformation takes place according to the curve profile in area I, when the spring travel S 1 is reached, the plastic deformation of the pressure-limiting element takes place 24 instead of (two cycles in this example). Up to point S 1 , both the total pressure P and the spring travel s are increased. During the decongestion interval of the second cycle of the 4th “The battery cell breathes 16 off “(decongestion), the total pressure P drops again, but remains above the total pressure P from which the second cycle started. In the further course, i.e. in the course of the third cycle of 4th , the total pressure P is increased again until the limit pressure P G is reached. From this point on, the total pressure P becomes due to the plastic receding of the pressure limiting element 24 not increased further, but runs along a plateau at the level of the limit pressure P G. The swelling of the battery cell 16 goes on, however. During the decongestion interval of the third cycle of the 4th finds an "exhalation" again and a reduction in size of the battery cell 16 instead, so that the total pressure P acting on them drops again. The elastic pressure relief element 24 follows the downsizing of the battery cell 16 until that total pressure P has been set again from which the third cycle started. From this point the fourth and each subsequent cycle of the 4th .

In den Hochvolt-Batterien elektrisch betriebener Fahrzeuge oder zumindest teilweise elektrisch angetriebener/betriebener Funktionsvorrichtungen 10 werden derzeit überwiegend Lithium-Ionen-Zellen oder Batteriezellen 16 in verschiedenen Packungsformen wie Rundzellen, prismatische Zellen (Cans) oder Pouch-Zellen verwendet. Alle diese Zelltypen altern mit der Anzahl der Ladezyklen oder Zyklen 28 über die Lebensdauer. Die damit verbundene Volumenzunahme der Zellen nennt man Swelling.In the high-voltage batteries of electrically powered vehicles or at least partially electrically powered / operated functional devices 10 are currently predominantly lithium-ion cells or battery cells 16 used in various packaging forms such as round cells, prismatic cells (cans) or pouch cells. All of these cell types age with the number of charge cycles or cycles 28 over the service life. The associated increase in cell volume is called swelling.

Zur Maximierung der Lebensdauer der Batteriezellen 16 ist ein kontrollierter Swelling-Prozess erforderlich. Dazu sind die einzelnen Batteriezellen 16 durch einen möglichst homogenen, über die Lebensdauer spezifizierten oder vorbestimmten Druck zu beaufschlagen. Der Druck muss dabei nicht konstant sein.To maximize the life of the battery cells 16 a controlled swelling process is required. The individual battery cells are for this purpose 16 to apply a pressure that is as homogeneous as possible, specified or predetermined over the service life. The pressure does not have to be constant.

Bisherige Zellmodule oder Zellstapel 14 mit prismatischen Batteriezellen 16 bestehen aus einer seriellen Aneinanderreihung von Batteriezellen 16, die von einander durch eine Zwischenschicht elektrisch und thermisch isoliert, miteinander verklebt und zwischen zwei Endplatten, den so genannten „Endplates“ oder Verspannplatten 22, eingespannt werden. Dabei werden die Batteriezellen 16 mit einer bestimmten Vorspannkraft oder einem Verspanndruck beaufschlagt. Unter dieser Vorspannkraft werden die beiden Endplates mit zwei außen anliegenden Blechen, den „Sideplates“ oder Zugelementen 20, verschweißt, so dass die Vorspannkraft nach der Montage des Zellmoduls weiterhin auf die einzelnen Batteriezellen 16 wirkt.Previous cell modules or cell stacks 14th with prismatic battery cells 16 consist of a series of battery cells 16 that are electrically and thermally insulated from one another by an intermediate layer, glued together and between two end plates, the so-called "end plates" or bracing plates 22nd be clamped. This is where the battery cells are 16 applied with a certain pre-tensioning force or a tensioning pressure. Under this pretensioning force, the two end plates with two externally adjacent metal sheets, the "sideplates" or tension elements 20th , welded so that the pre-tensioning force continues to act on the individual battery cells after the cell module has been installed 16 works.

Mit dem ersten Ladevorgang der Batteriezellen 16 eines bislang bekannten Zellstapels 14 setzt das Swelling ein, das Volumen der einzelnen Batteriezellen 16 nimmt zu. Beim Entladen geht das Volumen allerdings nicht wieder bis auf den Ausgangswert zurück. Damit wird der Spalt zwischen den Batteriezellen 16 pro Ladezyklus oder Zyklus 28 enger, das Material in der Zwischenschicht wird komprimiert. Aufgrund des linear elastischen Verhaltens der Zwischenschicht und der hohen Steifigkeit der Sideplates steigt der Druck oder Gesamtdruck auf die Batteriezellen 16 proportional zur Verformung an. Über die Anzahl der Ladezyklen und der damit zunehmenden Verformung steigt der Druck so stark an, dass die Lebensdauer der Batteriezellen 16 deutlich abnimmt. Zudem führt eine inhomogene Druckbeaufschlagung zu einer zusätzlichen Reduktion der Lebensdauer, da hier der kritische Druck PK punktuell überschritten werden kann.With the first charging of the battery cells 16 of a previously known cell stack 14th Swelling sets in, the volume of the individual battery cells 16 increases. When discharging, however, the volume does not go back to the initial value. This creates the gap between the battery cells 16 per charge cycle or cycle 28 tighter, the material in the intermediate layer is compressed. Due to the linear elastic behavior of the intermediate layer and the high rigidity of the side plates, the pressure or total pressure on the battery cells increases 16 proportional to the deformation. Over the number of charging cycles and the resulting increasing deformation, the pressure rises so much that the service life of the battery cells 16 decreases significantly. In addition, an inhomogeneous application of pressure leads to an additional reduction in the service life, since here the critical pressure P K can be exceeded at certain points.

In einer konkreten Ausführungsform der Erfindung wird vorgeschlagen, die Ausgleichsschicht/Zwischenschicht als Druckbegrenzungselement 24 so auszuführen, dass dieses im erwarteten Verformungsbereich bei einem bestimmten Kraftniveau (Grenzdruck PG) von rein elastischer in den Bereich der plastischen Verformung wechselt. Das Kraftniveau ist dabei (z.B. durch konstruktive Ausgestaltung, wie Dickenwahl und/oder Formwahl, und/oder durch Materialwahl) so zu wählen, dass während der gesamten Lebensdauer der Batterie 12 die für die Zellalterung kritische Belastung PK nicht auftritt (vgl. 4).In a specific embodiment of the invention, it is proposed that the compensation layer / intermediate layer be used as a pressure-limiting element 24 designed in such a way that it changes from purely elastic to the area of plastic deformation in the expected deformation range at a certain level of force (limit pressure P G). The level of force is to be selected (for example through structural design, such as choice of thickness and / or choice of shape, and / or through choice of material) so that during the entire service life of the battery 12th the load P K, which is critical for cell aging, does not occur (cf. 4th ).

Durch die Erfindung ergibt sich der Vorteil einer homogenen, über die Lebensdauer der Batteriezellen 16 nach oben begrenzten Druckbeaufschlagung der Batteriezellen 16. Dadurch erfolgt eine signifikante Erhöhung der Lebensdauer.The invention has the advantage of being homogeneous over the life of the battery cells 16 upwardly limited pressurization of the battery cells 16 . This results in a significant increase in service life.

In einer konkreten Ausführungsform der Erfindung ist die Zwischenschicht oder das Druckbegrenzungselement 24 als dünnes Wellblech ausgestaltet. Dieses Wellblech ist derart gestaltet, dass die plastische Verformung vor Erreichen der kritischen Zellbelastung PK einsetzt. Zur thermischen Isolation der Zellen kann eine thermische Isolierschicht 26 bspw. aus Keramik eingebracht werden. Der schematische Aufbau des Zellmoduls ist in 1 dargestellt.In a specific embodiment of the invention is the intermediate layer or the pressure-limiting element 24 designed as a thin corrugated sheet. This corrugated sheet is designed in such a way that the plastic deformation begins before the critical cell load P K is reached. A thermal insulating layer can be used for thermal insulation of the cells 26th For example, be introduced from ceramic. The schematic structure of the cell module is shown in 1 shown.

Ein weiterer Vorteil dieser Ausführung besteht in der homogenen Verteilung der Swellingkraft über die gesamte Zellfläche. Dadurch werden lokale Druckspitzen vermieden, an denen der Alterungsprozess frühzeitig einsetzen kann.Another advantage of this design is the homogeneous distribution of the swelling force over the entire cell surface. This avoids local pressure peaks at which the aging process can start early.

Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch die Erfindung eine homogene Kraftverteilung auf die Batteriezellen 16 über die gesamte Lebensdauer der Batterie 12 gewährleistet werden kann.Overall, the examples show how the invention enables a homogeneous force distribution to the battery cells 16 over the entire life of the battery 12th can be guaranteed.

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Claims (10)

Batterie (12) mit einer Vielzahl an Batteriezellen (16), wobei jeweils eine vorbestimmte Anzahl der Batteriezellen (16) mittels einer mechanischen Verspannvorrichtung (18) zu einem Zellstapel (14) verspannt ist, wobei die Verspannvorrichtung (18) dazu ausgebildet ist, einen Verspanndruck (Pv) auf den Zellstapel (14) zu übertragen, wobei der Verspanndruck (Pv) und ein durch eine betriebsbedingte Volumenzunahme der Batteriezellen (16) erzeugter und fortschreitender Anschwelldruck sich zu einem auf den Zellstapel (14) wirkenden Gesamtdruck (P) addieren, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie (12) eine Druckbegrenzungsvorrichtung zum Begrenzen des Gesamtdrucks (P) auf einen maximal zulässigen Grenzdruck (PG) aufweist, wobei die Druckbegrenzungsvorrichtung zumindest ein Druckbegrenzungselement (24) aufweist, wobei ein jeweiliges Druckbegrenzungselement (24) zwischen zumindest zwei oder einigen oder jeder der Batteriezellen (16) und/oder einer jeweiligen endständigen Batteriezelle (16) des Zellstapels (14) und einer zu der jeweiligen endständigen Batteriezelle (16) benachbart angeordneten und ihr zugeordneten Verspannplatte (22) der Verspannvorrichtung (18) angeordnet ist, wobei das jeweilige Druckbegrenzungselement (24) eine Elastizität aufweist und dazu ausgelegt ist, bei Überschreiten des vorbestimmten maximalen Grenzdrucks (PG) unter Beibehaltung der Elastizität sich plastisch zu verformen, wodurch der Gesamtdruck (P) auf den zulässigen maximalen Grenzdruck (PG) beschränkt ist.Battery (12) with a plurality of battery cells (16), a predetermined number of the battery cells (16) being braced by means of a mechanical bracing device (18) to form a cell stack (14), the bracing device (18) being designed to have a Transferring clamping pressure (Pv) to the cell stack (14), the clamping pressure (Pv) and a progressive swelling pressure generated by an operational increase in volume of the battery cells (16) adding up to a total pressure (P) acting on the cell stack (14), characterized in that the battery (12) has a pressure limiting device for limiting the total pressure (P) to a maximum permissible limit pressure (P G ), the pressure limiting device having at least one pressure limiting element (24), with a respective pressure limiting element (24) between at least two or some or each of the battery cells (16) and / or a respective terminal battery cell (16) of the cell stack (14) and a tensioning plate (22) of the tensioning device (18) which is arranged adjacent to the respective terminal battery cell (16) and assigned to it, the respective pressure limiting element (24) having an elasticity and being designed to withstand the predetermined maximum limit pressure (P G ) while maintaining the elasticity to plastically deform, whereby the total pressure (P) is limited to the maximum permissible limit pressure (P G ). Batterie (12) nach Anspruch 1, wobei die betriebsbedingte Volumenzunahme der Batteriezellen (16) fortschreitend und in aufeinanderfolgenden Zyklen (28) erfolgt, wobei ein jeweiliger Zyklus (28) ein Anschwellintervall mit einem Anschwellen einer jeweiligen Batteriezelle (16) gegenüber einer Ausgangsdicke und ein Abschwellintervall mit einem Abschwellen der jeweiligen Batteriezelle (16) auf eine von der Ausgangsdicke verschiedene Enddicke umfasst, wobei die Ausgangsdicke einer Dicke der jeweiligen Batteriezelle (16) zu Beginn des jeweiligen Zyklus' (28) entspricht, und wobei die Enddicke der Dicke der jeweiligen Batteriezelle (16) am Ende des jeweiligen Zyklus' (28) entspricht und größer als die Ausgangsdicke ist, wobei das zumindest eine Druckbegrenzungselement (24) dazu ausgelegt ist, unabhängig von einem jeweils aktuellen Gesamtdruck (P) durch das Anschwellen elastisch zusammengedrückt zu werden und sich bei dem Abschwellen auszudehnen, wodurch ein dem jeweiligen aktuellen Gesamtdruck (P) entgegengesetzter vorbestimmter Gegendruck während einer gesamten Dauer des jeweiligen Zyklus' (28) auf die jeweilige Batteriezelle (16) wirkt.Battery (12) Claim 1 , wherein the operational increase in volume of the battery cells (16) takes place progressively and in successive cycles (28), with a respective cycle (28) a swelling interval with a swelling of a respective battery cell (16) compared to an initial thickness and a swelling interval with a swelling of the respective battery cell (16) comprises a final thickness different from the initial thickness, wherein the initial thickness corresponds to a thickness of the respective battery cell (16) at the beginning of the respective cycle (28), and wherein the final thickness corresponds to the thickness of the respective battery cell (16) at the end of the respective Cycle '(28) and is greater than the initial thickness, the at least one pressure limiting element (24) being designed to be elastically compressed by the swelling independently of a current total pressure (P) and to expand during the swelling, whereby a the respective current total pressure (P) opposite vorbes Timmed back pressure acts on the respective battery cell (16) for an entire duration of the respective cycle (28). Batterie (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Elastizität und die bei dem Überschreiten des Grenzdrucks (PG) auftretende plastische Verformbarkeit durch ein Material des zumindest einen Druckbegrenzungselements (24) bedingt ist und als Material ein Metall oder eine Metalllegierung oder ein Kunststoff oder ein Faserverbund-Werkstoff vorgesehen ist.Battery (12) according to one of the preceding claims, wherein the elasticity and the plastic deformability occurring when the limit pressure (P G ) is exceeded is due to a material of the at least one pressure limiting element (24) and the material is a metal or a metal alloy or a plastic or a fiber composite material is provided. Batterie (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zumindest eine Druckbegrenzungselement (24) als eine Blattfeder oder eine Spiralfeder oder ein Wellblech oder als ein Verbund aus mehreren Tellerfedern ausgestaltet ist.Battery (12) according to one of the preceding claims, wherein the at least one pressure-limiting element (24) is designed as a leaf spring or a spiral spring or a corrugated sheet or as a composite of several cup springs. Batterie (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Elastizität des zumindest einen Druckbegrenzungselements (24) entlang einer Ebene, die senkrecht bezüglich des auf das Druckbegrenzungselement (24) wirkenden Gesamtdrucks (P) und/oder senkrecht bezüglich des Verspanndrucks (Pv) verläuft, variiert.Battery (12) according to one of the preceding claims, wherein the elasticity of the at least one pressure-limiting element (24) runs along a plane that is perpendicular to the total pressure (P) acting on the pressure-limiting element (24) and / or perpendicular to the clamping pressure (Pv) , varies. Batterie (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jeweils benachbarte Batteriezellen (16) des Zellstapels (14) gegeneinander mittels jeweils zwischen den benachbarten Batteriezellen (16) angeordneten Zwischenschichten (26) voneinander isoliert sind, wobei eine jeweilige Zwischenschicht (26) aus einem thermisch isolierenden Material ausgebildet ist.Battery (12) according to one of the preceding claims, wherein in each case adjacent battery cells (16) of the cell stack (14) are insulated from one another by means of intermediate layers (26) arranged between the adjacent battery cells (16), wherein a respective intermediate layer (26) consists of a thermally insulating material is formed. Batterie (12) nach Anspruch 6, wobei die jeweilige Zwischenschicht (26) aus einem kompressiblen Material ausgebildet ist.Battery (12) Claim 6 , wherein the respective intermediate layer (26) is formed from a compressible material. Batterie (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen zumindest zwei oder einigen oder jeder der Batteriezellen (16) und/oder einer jeweiligen endständigen Batteriezelle (16) des Zellstapels (14) und einer zu der jeweiligen endständigen Batteriezelle (16) benachbart angeordneten und ihr zugeordneten Verspannplatte (22) der Verspannvorrichtung (18) als ein Abstandshalteelement zumindest ein Rahmen angeordnet ist, der ein darin angeordnetes Druckbegrenzungselement (24) umrandet und einen von dem Verspanndruck (Pv) freigehaltenen Freiraum abgrenzt.Battery (12) according to one of the preceding claims, wherein between at least two or some or each of the battery cells (16) and / or a respective terminal battery cell (16) of the cell stack (14) and one adjacent to the respective terminal battery cell (16) and its associated bracing plate (22) of the bracing device (18) is arranged as a spacer element at least one frame which borders a pressure limiting element (24) arranged therein and delimits a free space kept free from the bracing pressure (Pv). Funktionsvorrichtung (10) mit einer Batterie (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Functional device (10) with a battery (12) according to one of the preceding claims. Verfahren zur Begrenzung eines auf einen Zellstapel (14) einer Batterie (12) wirkenden Gesamtdrucks (P), wobei der Zellstapel (14) eine Vielzahl von mechanisch mittels einer Verspannvorrichtung (18) miteinander verspannten Batteriezellen (16) umfasst, wobei durch die Verspannvorrichtung (18) ein Verspanndruck (Pv) auf die Batteriezellen (16) des Zellstapels (14) übertragen wird, wobei der Verspanndruck (Pv) durch einen in Folge eines betriebsbedingten fortschreitenden Anschwellens der Batteriezellen (16) erzeugten zunehmenden Anschwelldruck zu dem auf den Zellstapel (14) wirkenden resultierenden Gesamtdruck (P) ergänzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass für die Batterie (12) eine Druckbegrenzungsvorrichtung (24) zum Begrenzen des Gesamtdrucks (P) auf einen maximal zulässigen Grenzdruck (PG) bereitgestellt wird, wobei zumindest ein Druckbegrenzungselement (24) der Druckbegrenzungsvorrichtung (18) zwischen zumindest zwei oder einigen oder jeder der Batteriezellen (16) und/oder einer jeweiligen endständigen Batteriezelle (16) des Zellstapels (14) und einer zu der jeweiligen endständigen Batteriezelle (16) benachbart angeordneten und ihr zugeordneten Verspannplatte (22) der Verspannvorrichtung (18) angeordnet wird, wobei das jeweilige Druckbegrenzungselement (24) eine Elastizität aufweist und bei Überschreiten des vorbestimmten maximalen Grenzdrucks (PG) unter Beibehaltung der Elastizität plastisch verformt wird, wodurch der Gesamtdruck (P) auf den zulässigen maximalen Grenzdruck (PG) beschränkt wird.A method for limiting a total pressure (P) acting on a cell stack (14) of a battery (12), the cell stack (14) comprising a plurality of battery cells (16) mechanically clamped together by means of a clamping device (18), wherein the clamping device ( 18) a clamping pressure (Pv) is transmitted to the battery cells (16) of the cell stack (14), the Clamping pressure (Pv) is supplemented by an increasing swelling pressure generated as a result of a progressive swelling of the battery cells (16) caused by operation to the resulting total pressure (P) acting on the cell stack (14), characterized in that a pressure limiting device (12) for the battery (12) 24) for limiting the total pressure (P) to a maximum permissible limit pressure (P G ) is provided, with at least one pressure limiting element (24) of the pressure limiting device (18) between at least two or some or each of the battery cells (16) and / or a respective one terminal battery cell (16) of the cell stack (14) and a tensioning plate (22) of the tensioning device (18) which is arranged adjacent to the respective terminal battery cell (16) and assigned to it, the respective pressure limiting element (24) having an elasticity and when exceeded the predetermined maximum limit pressure (P G ) while maintaining tion of elasticity is plastically deformed, whereby the total pressure (P) is limited to the maximum permissible limit pressure (P G ).
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