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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Zellkontaktierungssystem für eine elektrochemische Vorrichtung, welche mehrere elektrochemische Zellen umfasst, wobei das Zellkontaktierungssystem mindestens einen Zellverbinder umfasst, welcher mindestens zwei elektrochemische Zellen elektrisch leitend miteinander verbindet.
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Die elektrochemische Vorrichtung kann beispielsweise eine Batterie oder ein Batteriemodul sein.
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Die elektrochemische Vorrichtung kann beispielsweise als Energiequelle für ein Kraftfahrzeug oder für einen stationären Energiespeicher dienen.
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Die elektrochemischen Zellen können beispielsweise Batteriezellen, insbesondere Lithium-Ionen-Batteriezellen, sein.
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Der mindestens eine Zellverbinder des Zellkontaktierungssystems bildet einen Bestandteil eines Stromleitungssystems des Zellkontaktierungssystems und dient dazu, mindestens zwei elektrochemische Zellen der elektrochemischen Vorrichtung parallel zueinander oder in Reihe zu schalten.
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Es ist aus dem Stand der Technik bekannt, solche Zellverbinder aus großen Platten eines elektrisch leitfähigen metallischen Materials, beispielsweise aus Aluminium-Platten, in Form eines Stanzgitters auszustanzen oder durch Laserschneiden herauszutrennen.
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Hierbei entsteht ein hoher Verlust an dem Ausgangsmaterial, aus welchem die Zellverbinder herausgetrennt werden, was mit hohen Herstellungskosten verbunden ist.
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Ferner sind sehr große Werkzeuge und Trennvorrichtungen erforderlich, um die hohen Kräfte aufzubringen, welche dazu erforderlich sind, ein Stanzgitter längs der Stanzlinien aller gleichzeitig auszustanzenden Zellverbinder eines Stanzgitters aus dem Ausgangsmaterial herauszutrennen.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Zellkontaktierungssystem der eingangs genannten Art zu schaffen, welches mit geringem Verbrauch von Ausgangsmaterial und mit vergleichsweise kleinen und einfachen Werkzeugen und/oder Maschinen herstellbar ist.
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Diese Aufgabe wird bei einem Zellkontaktierungssystem mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass mindestens ein Zellverbinder einen Grundkörper umfasst, der - in einer parallel zu Terminalachsen der Zellterminals ausgerichteten Kontaktierungsrichtung des Zellkontaktierungssystems gesehen - eine wellenförmige Gestalt aufweist.
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Aus der Wellenform des Grundkörpers des Zellverbinders resultiert eine Geometrieoptimierung, welche dazu führt, dass beim Heraustrennen der Zellverbinder aus dem Ausgangsmaterial ein möglichst geringer Materialverlust anfällt.
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Vorzugsweise umfassen mehrere Zellverbinder des Zellkontaktierungssystems einen Grundkörper, der - in der parallel zu den Terminalachsen der Zellterminals ausgerichteten Kontaktierungsrichtung des Zellkontaktierungssystems gesehen - eine wellenförmige Gestalt aufweist.
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Besonders günstig ist es, wenn alle Zellverbinder des Zellkontaktierungssystems jeweils einen Grundkörper umfassen, der - in der parallel zu den Terminalachsen der Zellterminals ausgerichteten Kontaktierungsrichtung des Zellkontaktierungssystems gesehen - eine wellenförmige Gestalt aufweist.
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Die Terminalachsen der Zellterminals verlaufen im Falle von elektrochemischen Zellen, die als Rundzellen ausgebildet sind, parallel zu der Längsmittelachse der Rundzellen.
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Vorzugsweise umfassen mehrere Zellverbinder des Zellkontaktierungssystems jeweils Grundkörper, welche eine miteinander identische Gestalt aufweisen. Ein solcher Einsatz von Gleichteilen führt zu einer Vereinfachung der Herstellung und zu einer Kosteneinsparung, da alle miteinander identischen Grundkörper mit derselben Trennvorrichtung und demselben Trennwerkzeug herstellbar sind.
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Besonders günstig ist es, wenn alle Zellverbinder des Zellkontaktierungssystems Grundkörper umfassen, welche miteinander identische Gestalt aufweisen.
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Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Grundkörper erste Kontaktierungsabschnitte, welche in einer senkrecht zur Kontaktierungsrichtung ausgerichteten Längsrichtung des Grundkörpers gegeneinander versetzt sind, und zweite Kontaktierungsabschnitte, welche in der Längsrichtung des Grundkörpers gegeneinander versetzt sind, aufweist, wobei die zweiten Kontaktierungsabschnitte gegenüber den ersten Kontaktierungsabschnitten in einer senkrecht zur Kontaktierungsrichtung und senkrecht zur Längsrichtung des Grundkörpers ausgerichteten Querrichtung des Grundkörpers gegeneinander versetzt sind.
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Dabei kann vorgesehen sein, dass die ersten Kontaktierungsabschnitte und/oder die zweiten Kontaktierungsabschnitte sich im Wesentlichen parallel zu der Längsrichtung des Grundkörpers erstrecken.
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Ferner kann vorgesehen sein, dass jeweils einer der ersten Kontaktierungsabschnitte und einer der zweiten Kontaktierungsabschnitte durch jeweils einen Verbindungsabschnitt miteinander verbunden sind, wobei der jeweilige Verbindungsabschnitt sich quer zu der Längsrichtung des Grundkörpers und/oder quer zu der Querrichtung des Grundkörpers erstreckt.
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Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass der Winkel, welchen der jeweilige Verbindungsabschnitt mit der Längsrichtung des Grundkörpers einschließt, größer ist als 20°, insbesondere größer als 30°, besonders bevorzugt größer als 40°.
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Ferner kann vorgesehen sein, dass der Winkel, den die Längsrichtung des Verbindungsabschnitts mit der Längsrichtung des Grundkörpers einschließt, kleiner ist als 70°, insbesondere kleiner als 60°, besonders bevorzugt kleiner als 50°.
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Der Winkel, welchen der Verbindungsabschnitt mit der Querrichtung des Grundkörpers einschließt, ist vorzugsweise größer als 20°, insbesondere größer als 30°, besonders bevorzugt größer als 40°.
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Ferner ist der Winkel, welchen der Verbindungsabschnitt mit der Querrichtung des Grundkörpers einschließt, vorzugsweise kleiner als 70°, insbesondere kleiner als 60°, besonders bevorzugt kleiner als 50°.
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Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Verbindungsabschnitte erste Verbindungsabschnitte umfassen, welche sich im Wesentlichen parallel zu einer ersten Verbindungsrichtung erstrecken, und zweite Verbindungsabschnitte umfassen, welche sich parallel zu einer zweiten Verbindungsrichtung erstrecken, wobei die erste Verbindungsrichtung und die zweite Verbindungsrichtung quer zueinander ausgerichtet sind.
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Bei einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Grundkörper eine Basiseinheit oder Basisstruktur umfasst, welche sich längs einer Längsrichtung des Grundkörpers mehrfach wiederholt.
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Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass sich die Basisstruktur längs der Längsrichtung des Grundkörpers mindestens dreifach, insbesondere mindestens vierfach, besonders bevorzugt mindestens achtfach, wiederholt.
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Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Zellkontaktierungssystem mehrere Zellverbinder umfasst, deren Grundkörper eine miteinander identische Gestalt aufweisen.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass mindestens drei Zellverbinder, insbesondere mindestens vier Zellverbinder, besonders bevorzugt mindestens acht Zellverbinder, des Zellkontaktierungssystems jeweils Grundkörper umfassen, die eine miteinander identische Gestalt aufweisen.
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Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Grundkörper einen ersten Seitenrand und einen zweiten Seitenrand aufweist, wobei der zweite Seitenrand komplementär zu dem ersten Seitenrand ausgebildet ist.
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Besonders günstig ist es, wenn der Grundkörper des Zellverbinders aus einem flächenförmigen Ausgangsmaterial, beispielsweise aus einem Blech eines metallischen Ausgangsmaterials, herausgetrennt ist.
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Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, dass die Grundkörper des Zellverbinders materialverlustfrei aus dem flächenförmigen Ausgangsmaterial herausgetrennt sind.
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Der Grundkörper des Zellverbinders ist vorzugsweise im Wesentlichen eben ausgebildet.
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Grundsätzlich können die Grundkörper der Zellverbinder in jeder beliebigen geeigneten Weise elektrisch leitend mit Zellterminals mindestens zweier verschiedener elektrochemischer Zellen der elektrochemischen Vorrichtung verbunden sein.
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Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Grundkörper mit mindestens einem Zellterminal einer der elektrochemischen Zellen der elektrochemischen Vorrichtung durch eine Bondverbindung elektrisch leitend verbunden ist.
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Eine solche Bondverbindung umfasst mindestens einen Bondleiter, der an den Grundkörper des Zellverbinders und an das jeweils mit dem Zellverbinder zu verbindende Zellterminal einer elektrochemischen Zelle der elektrochemischen Vorrichtung gebondet ist.
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Der Bondleiter kann insbesondere durch Ultraschallbonden mit dem Grundkörper und/oder mit dem jeweils zugeordneten Zellterminal verbunden sein.
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Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Bondleiter durch Drahtbonden mit dem Grundkörper des Zellverbinders und/oder mit dem jeweils zugeordneten Zellterminal verbunden ist.
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Der Bondleiter kann als Bondmaterial einen Bonddraht umfassen. Dabei kann der Querschnitt des Bonddrahtes beliebige Gestalt aufweisen, beispielsweise im Wesentlichen kreisförmig oder im Wesentlichen rechteckig sein.
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Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, dass mindestens ein Bondleiter eine mehrdrahtige Litze als Bondmaterial umfasst.
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Der Bondleiter umfasst ein elektrisch leitendes Material.
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Insbesondere kann vorgesehen sein, dass mindestens ein Bondleiter Kupfer, Aluminium, Gold, Platin und/oder Messing umfasst.
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Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass mindestens ein Bondleiter eine Kupferlegierung, eine Aluminiumlegierung, eine Goldlegierung, eine Platinlegierung oder eine Messinglegierung umfasst.
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Der Bondleiter kann blank, das heißt ohne eine elektrische Isolation, ausgebildet sein.
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Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, dass mindestens ein Bondleiter eine elektrische Isolation umfasst.
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Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Grundkörper mit mindestens zwei Zellterminals gleicher Polarität elektrisch leitend verbunden ist.
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Dabei werden die mindestens zwei Zellterminals gleicher Polarität durch den Zellverbinder parallel zueinander geschaltet.
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Ferner kann vorgesehen sein, dass der Grundkörper mit mindestens zwei Zellterminals unterschiedlicher Polarität elektrisch leitend verbunden ist.
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Dabei werden die mindestens zwei Zellterminal unterschiedlicher Polarität durch den Zellverbinder in Reihe geschaltet.
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Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen eines Zellkontaktierungssystems für eine elektrochemische Vorrichtung, welche mehrere elektrochemische Zellen umfasst, wobei das Verfahren Folgendes umfasst:
- - Heraustrennen eines Grundkörpers eines Zellverbinders aus einem flächenförmigen Ausgangsmaterial;
- - elektrisch leitendes Verbinden des Grundkörpers mit mehreren Zellterminals von elektrochemischen Zellen der elektrochemischen Vorrichtung.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die weitere Aufgabe zugrunde, ein solches Verfahren zum Herstellen eines Zellkontaktierungssystems für eine elektrochemische Vorrichtung zu schaffen, welches einfach und mit geringem Materialverbrauch sowie unter Verwendung einfacher und kleiner Trennvorrichtungen durchführbar ist.
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Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zum Herstellen eines Zellkontaktierungssystems für eine elektrochemische Vorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 14 erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Grundkörper - in einer parallel zu Terminalachsen der Zellterminals ausgerichteten Kontaktierungsrichtung des Zellkontaktierungssystems gesehen - eine wellenförmige Gestalt aufweist.
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Bei einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass das Ausgangsmaterial ein Endlosband ist, welches einer Trennvorrichtung längs einer Zuführrichtung zugeführt wird, wobei die Trennvorrichtung jeweils einen Grundkörper von dem Endlosband abtrennt, worauf das Endlosband um die Ausdehnung eines Grundkörpers längs der Zuführrichtung weiter der Trennvorrichtung zugeführt wird, worauf dann ein weiterer Grundkörper von dem Endlosband abgetrennt wird.
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Vorzugsweise wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren bei jedem Trennvorgang der Trennvorrichtung nur ein einziger Grundkörper, vorzugsweise nur längs eines einzigen Seitenrandes des Grundkörpers, von dem flächenförmigen Ausgangsmaterial abgetrennt.
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Im Vergleich zu einem Herstellungsverfahren, bei welchem jeder Grundkörper längs zweier Seitenränder oder gar längs seiner gesamten Außenkontur gleichzeitig aus dem Ausgangsmaterial herausgetrennt wird, ist die aufzubringende Abtrennkraft bei einer solchen Verfahrensführung deutlich niedriger, weshalb eine einfachere und/oder kleinere Trennvorrichtung für die Durchführung des Verfahrens verwendbar ist.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die Grundkörper vorzugsweise so von dem flächenförmigen Ausgangsmaterial abgetrennt, dass zwischen zwei nacheinander von dem Ausgangsmaterial abgetrennten Grundkörpern kein Verlustmaterial verbleibt, also kein Material, welches keinen Bestandteil eines der abgetrennten Grundkörper bildet.
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In diesem Fall ist das erfindungsgemäße Verfahren also verlustmaterial- und/oder vorschubverlustfrei.
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Weitere besondere Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines Zellkontaktierungssystems für eine elektrochemische Vorrichtung sind bereits vorstehend im Zusammenhang mit besonderen Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Zellkontaktierungssystems für eine elektrochemische Vorrichtung erläutert worden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich beispielsweise zum Herstellen des erfindungsgemäßen Zellkontaktierungssystems.
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Das erfindungsgemäße Zellkontaktierungssystem ist als Bestandteil einer elektrochemischen Vorrichtung, welche mehrere elektrochemische Zellen und das erfindungsgemäße Zellkontaktierungssystem umfasst, verwendbar.
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Die vorliegende Erfindung betrifft daher auch eine elektrochemische Vorrichtung, welche mehrere elektrochemische Zellen und ein erfindungsgemäßes Zellkontaktierungssystem umfasst.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung eines Ausführungsbeispiels.
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In den Zeichnungen zeigen:
- 1 eine perspektivische ausschnittsweise Darstellung einer elektrochemischen Vorrichtung in Form eines Batteriemoduls, welche mehrere elektrochemische Zellen umfasst, wobei die elektrochemische Vorrichtung ein Zellkontaktierungssystem umfasst, durch welches die elektrochemischen Zellen in Zellgruppen parallel geschaltet werden und mittels welchem mehrere Zellgruppen in Reihe geschaltet werden, wobei das Zellkontaktierungssystem mehrere Zellverbinder umfasst, welche jeweils eine Mehrzahl von Zellterminals von verschiedenen elektrochemischen Zellen elektrisch leitend miteinander verbinden;
- 2 eine vergrößerte Darstellung des Bereichs I aus 1;
- 3 eine Draufsicht auf die elektrochemische Vorrichtung aus den 1 und 2 von oben, parallel zu Terminalachsen von Zellterminals der elektrochemischen Zellen der elektrochemischen Vorrichtung;
- 4 eine vereinzelte Darstellung von Grundkörpern der Zellverbinder des Zellkontaktierungssystems der elektrochemischen Vorrichtung aus den 1 bis 3; und
- 5 eine Darstellung der Begrenzungslinien oder Trennlinien, längs welcher die Grundkörper der Zellverbinder aus 4 von einem flächenförmigen Ausgangsmaterial abgetrennt werden.
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Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
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Eine in den 1 bis 3 dargestellte, als Ganzes mit 100 bezeichnete elektrochemische Vorrichtung umfasst eine Vielzahl von elektrochemischen Zellen 102, welche im dargestellten Ausführungsbeispiel als im Wesentlichen zylindrische Rundzellen 104 ausgebildet sind.
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Die elektrochemischen Zellen 102 sind vorzugsweise an den Positionen eines Hexagonal-Gitters angeordnet, so dass (außer den randständigen elektrochemischen Zellen 102) jede elektrochemische Zelle 102 von jeweils sechs benachbarten elektrochemischen Zellen 102 umgeben ist.
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Jede der elektrochemischen Zellen 102 umfasst ein erstes Zellterminal 106, welches mittig an der elektrochemischen Zelle 102 angeordnet ist und sich längs einer Terminalachse 198 erstreckt, welche parallel zu der Längsmittelachse der jeweiligen elektrochemischen Zelle 102 ausgerichtet ist.
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Eine Kontaktierungsrichtung 110 (im Folgenden auch als die Z-Richtung bezeichnet) der elektrochemischen Vorrichtung 100 ist parallel zu den Terminalachsen 108 der elektrochemischen Zellen 102 ausgerichtet.
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Jede der elektrochemischen Zellen 102 weist ferner ein zweites Zellterminal 112 auf, dessen Polarität der Polarität des ersten Zellterminals 106 entgegengesetzt ist.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weisen die ersten Zellterminals 106 eine positive Polarität und die zweiten Zellterminals 112 eine negative Polarität auf.
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Grundsätzlich kann aber auch vorgesehen sein, dass die ersten Zellterminals 106 eine negative Polarität und die zweiten Zellterminals 112 eine positive Polarität aufweisen.
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Bei dem zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass das zweite Zellterminal 112 einer elektrochemischen Zelle 102 an derselben Stirnseite 114 der elektrochemischen Zelle 102 angeordnet ist wie das erste Zellterminal 106.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das zweite Zellterminal 112 das erste Zellterminal 106 ringförmig umgibt.
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Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das zweite Zellterminal 112 am äußeren Umfang der Stirnseite 114 der elektrochemischen Zelle 102 angeordnet ist.
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Selbstverständlich sind das erste Zellterminal 106 und das zweite Zellterminal 112 derselben elektrochemischen Zelle 102 elektrisch voneinander isoliert.
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Wie am besten aus 1 zu ersehen ist, sind die elektrochemischen Zellen 102 in einem Gehäuse 116 der elektrochemischen Vorrichtung 100 angeordnet.
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Das Gehäuse 116 umfasst erste Begrenzungswände 118, welche sich in einer Längsrichtung 120 der elektrochemischen Vorrichtung 100 erstrecken, die im Folgenden auch als die X-Richtung der elektrochemischen Vorrichtung 100 bezeichnet wird.
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Ferner umfasst das Gehäuse 116 zweite Begrenzungswände 122, welche sich in einer Querrichtung 124 der elektrochemischen Vorrichtung 100 erstrecken, die im Folgenden auch als die Y-Richtung der elektrochemischen Vorrichtung bezeichnet wird.
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Ferner umfasst das Gehäuse 116 einen Gehäuseboden 126, auf welchem die elektrochemischen Zellen 102 angeordnet sind und welcher vorzugsweise mittels einer (nicht dargestellten) Kühlvorrichtung der elektrochemischen Vorrichtung 100 kühlbar ist oder selbst einen Bestandteil einer solchen Kühlvorrichtung bildet.
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Der Gehäuseboden 126 ist vorzugsweise senkrecht zu der Kontaktierungsrichtung 110 oder Z-Richtung der elektrochemischen Vorrichtung 100 ausgerichtet.
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Die Längsrichtung 120 oder X-Richtung der elektrochemischen Vorrichtung 100 und die Querrichtung 124 oder Y-Richtung der elektrochemischen Vorrichtung sind vorzugsweise senkrecht zu der Kontaktierungsrichtung 110 oder Z-Richtung der elektrochemischen Vorrichtung 100 ausgerichtet.
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Ferner sind vorzugsweise die Längsrichtung 120 oder X-Richtung der elektrochemischen Vorrichtung 100 und die Querrichtung 124 oder Y-Richtung der elektrochemischen Vorrichtung 100 senkrecht zueinander ausgerichtet.
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Die elektrochemische Vorrichtung 100 umfasst ferner ein Zellkontaktierungssystem 128, welches vorzugsweise eine Mündungsöffnung 130 des Gehäuses 116 der elektrochemischen Vorrichtung 100 verschließt.
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Das Zellkontaktierungssystem 128 umfasst vorzugsweise ein Trägerelement 132 und an dem Trägerelement 132 angeordnete Zellverbinder 134.
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Das Trägerelement 132 umfasst vorzugsweise eine im Wesentlichen ebene Trägerplatte 136, die für jede der elektrochemischen Zellen 102 jeweils eine Durchtrittsöffnung 138 aufweist, durch welche die Zellterminals 106 und 112 der jeweiligen elektrochemischen Zelle 102 für eine elektrische Kontaktierung mittels der Zellverbinder 134 zugänglich sind.
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Das Trägerelement 132 ist vorzugsweise aus einem elektrisch isolierenden Material, beispielsweise aus einem elektrisch isolierenden Kunststoffmaterial, ausgebildet.
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Die elektrochemischen Zellen 102 bilden Zellgruppen 140, deren erste Zellterminals 106 und/oder deren zweite Zellterminals 112 jeweils auf demselben elektrischen Potential liegen.
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Bei dem zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispiel bilden jeweils dreizehn elektrochemische Zellen 102, deren erste Zellterminals 106 auf demselben elektrischen Potential liegen, eine Zellgruppe 140, wobei die ersten Zellterminals 106 dieser elektrochemischen Zellen 102 durch einen Zellverbinder 134 elektrisch leitend miteinander verbunden sind.
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Durch die elektrisch leitende Verbindung mit dem Zellverbinder 134 sind alle elektrochemischen Zellen 102 derselben Zellgruppe 140 parallel zueinander geschaltet.
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Der Zellverbinder 134 dient somit als ein Parallelschalt-Zellverbinder.
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Durch denselben Zellverbinder 134 ist die Zellgruppe 140 mit einer weiteren Zellgruppe 140' in Reihe geschaltet, indem die zweiten Zellterminals 112 der elektrochemischen Zellen 102 der zweiten Zellgruppe 140' elektrisch leitend mit demselben Zellverbinder 134 verbunden sind, mit welchem die ersten Zellterminals 106 der elektrochemischen Zellen 102 der ersten Zellgruppe 140 elektrisch leitend verbunden sind.
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Auf diese Weise ist es möglich, mittels eines Zellverbinders 134 jeweils zwei Zellgruppen 140 und 140' in Reihe zu schalten, wobei in jeder der Zellgruppen 140 und 140' jeweils n elektrochemische Zellen 102, im dargestellten Ausführungsbeispiel jeweils 13 elektrochemische Zellen 102, parallel zueinander geschaltet sind.
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Wie aus den 1 bis 3 zu ersehen ist, umfasst jeder der Zellverbinder 134 jeweils einen Grundkörper 142, der - in einer parallel zu den Terminalachsen 108 der Zellterminals 106 und 112 ausgerichteten Kontaktierungsrichtung 110 (Z-Richtung) des Zellkontaktierungssystems 128 gesehen - eine wellenförmige Gestalt aufweist.
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Diese wellenförmige Gestalt der Grundkörper 142 ist am besten aus der 4 zu ersehen, in welcher fünf solcher Grundkörper 142 in einer Draufsicht längs der Kontaktierungsrichtung 110 (Z-Richtung) dargestellt sind.
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Jeder der Grundkörper 142 weist erste Kontaktierungsabschnitte 144, welche in einer senkrecht zur Kontaktierungsrichtung 110 (Z-Richtung) ausgerichteten Längsrichtung 146 des Grundkörpers 142 gegeneinander versetzt sind, und zweite Kontaktierungsabschnitte 148, welche ebenfalls in der Längsrichtung 146 des Grundkörpers 142 gegeneinander versetzt sind, auf.
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Dabei sind die zweiten Kontaktierungsabschnitte 148 gegenüber den ersten Kontaktierungsabschnitten 144 in einer senkrecht zu der Kontaktierungsrichtung 110 (Z-Richtung) und senkrecht zu der Längsrichtung 146 des Grundkörpers 142 ausgerichteten Querrichtung 150 des Grundkörpers 142 gegeneinander versetzt.
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Die ersten Kontaktierungsabschnitte 144 und die zweiten Kontaktierungsabschnitte 148 des Grundkörpers 142 erstrecken sich im Wesentlichen parallel zu der Längsrichtung 146 des Grundkörpers 142.
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Jeweils einer der ersten Kontaktierungsabschnitte 144 und einer der zweiten Kontaktierungsabschnitte 148 des Grundkörpers 142 sind durch jeweils einen Verbindungsabschnitt 152 miteinander verbunden.
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Dabei erstreckt sich der jeweilige Verbindungsabschnitt 152 quer zu der Längsrichtung 146 des Grundkörpers 142 und quer zu der Querrichtung 150 des Grundkörpers 142.
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Die Verbindungsabschnitte 152 des Grundkörpers 142 umfassen erste Verbindungsabschnitte 152a, welche sich im Wesentlichen parallel zu einer ersten Verbindungsrichtung 154a erstrecken, und zweite Verbindungsabschnitte 152b, welche sich im Wesentlichen parallel zu einer zweiten Verbindungsrichtung 154b erstrecken, wobei die erste Verbindungsrichtung 154a und die zweite Verbindungsrichtung 154b quer zueinander ausgerichtet sind.
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Jeweils ein erster Kontaktierungsabschnitt 144, ein erster Verbindungsabschnitt 152a, ein zweiter Kontaktierungsabschnitt 148 und ein zweiter Verbindungsabschnitt 152b bilden zusammen eine Basiseinheit oder Basisstruktur 156 des Grundkörpers 142, welche sich längs der Längsrichtung 146 des Grundkörpers mehrfach, im in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel fünffach, wiederholt.
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Der Grundkörper 142 weist somit in seiner Längsrichtung 146 eine Periodizität auf, deren Periodizitätslänge dem Versatz V zwischen zwei längs der Längsrichtung 146 des Grundkörpers 142 aufeinanderfolgenden ersten Kontaktabschnitten 144 oder dem Versatz V zwischen zwei in der Längsrichtung 146 des Grundkörpers 142 aufeinanderfolgenden zweiten Kontaktierungsabschnitten 148 entspricht.
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Wie aus den 1 bis 4 zu ersehen ist, umfasst das Zellkontaktierungssystem 128 der elektrochemischen Vorrichtung 100 mehrere solcher Zellverbinder 134, deren Grundkörper 142 eine miteinander identische Gestalt aufweisen.
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Jeder der Grundkörper 142 weist einen ersten Seitenrand 158 und einen zweiten Seitenrand 160 auf, wobei der zweite Seitenrand 160 komplementär zu dem ersten Seitenrand 158 ausgebildet ist, so dass durch das Aneinanderanliegen von mehreren Grundkörpern 142 eine lückenlose Flächenfüllung entsteht, wie dies in 5 dargestellt ist.
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Es ist daher möglich, die Grundkörper 142 der Zellverbinder 134 materialverlustfrei aus einem flächenförmigen Ausgangsmaterial 162 herauszutrennen.
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Der erste Seitenrand 158 und der zweite Seitenrand 160 jedes Grundkörpers 142 sind in der Querrichtung 150 des Grundkörpers 142 um eine Breite s des Grundkörpers 142 voneinander beabstandet und vorzugsweise miteinander identisch ausgebildet.
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Die Grundkörper 142 sind im Wesentlichen eben ausgebildet.
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Wie aus den 1 bis 3 zu ersehen ist, ist der Grundkörper 142 jedes Zellverbinders 134 an jedem seiner ersten Kontaktierungsabschnitte 144 durch eine Bondverbindung 164 elektrisch leitend mit einem ersten Zellterminal 106 einer elektrochemischen Zelle 102 einer ersten Zellgruppe 140 verbunden.
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Ferner ist der Grundkörper 142 jedes Zellverbinders 134 an jedem seiner zweiten Kontaktierungsabschnitte 148 mittels einer Bondverbindung 164 elektrisch leitend mit einem zweiten Zellterminal 112 einer elektrochemischen Zelle 102 einer zweiten Zellgruppe 140' verbunden.
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Auf diese Weise ist der Grundkörper 142 des jeweiligen Zellverbinders 134 mit den ersten Zellterminals 106 der ersten Polarität, beispielsweise der positiven Polarität, der ersten Zellgruppe 140 und mit den zweiten Zellterminals 112 der zweiten Polarität, beispielsweise der negativen Polarität, der zweiten Zellgruppe 140' elektrisch leitend verbunden.
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Jede der Bondverbindungen 164 umfasst einen elektrisch leitenden Bondleiter 165, welcher einerseits an den Grundkörper 142 eines Zellverbinders 134 und andererseits an ein Zellterminal 106 oder 112 einer elektrochemischen Zelle 102 gebondet ist.
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Darüber hinaus sind die zweiten Zellterminals 112 der ersten Zellgruppe 140a von elektrochemischen Zellen 102 der elektrochemischen Vorrichtung 100 mit einer (nicht dargestellten) Stromschiene elektrisch leitend verbunden, welche zu einem ersten Stromanschluss 166a der elektrochemischen Vorrichtung 100 führt.
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Die ersten Zellterminals 106 der (in den Zeichnungen nicht dargestellten) letzten Zellgruppe 140b der elektrochemischen Vorrichtung 100 sind mit einer (nicht dargestellten) zweiten Stromschiene elektrisch leitend verbunden, welche bis zu einem zweiten Stromanschluss 166b der elektrochemischen Vorrichtung 100 geführt ist.
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Dabei können die Stromanschlüsse 166a und 166b unterschiedlicher Polarität der elektrochemischen Vorrichtung 100 benachbart zueinander angeordnet sein, wie dies aus 1 zu ersehen ist.
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Über die Stromanschlüsse 166a, 166b kann die als ein Batteriemodul 168 ausgebildete elektrochemische Vorrichtung 100 an eine Verbraucherschaltung, an eine Ladeschaltung oder an eine andere elektrochemische Vorrichtung 100, beispielsweise in Form eines Batteriemoduls 168, angeschlossen sein.
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Bei der Herstellung der Zellverbinder 134 des Zellkontaktierungssystems 128 der vorstehend beschriebenen elektrochemischen Vorrichtung 100 wird wie folgt vorgegangen:
- Es wird ein flächenförmiges Ausgangsmaterial aus einem elektrisch gut leitenden Material, insbesondere aus einem metallischen Material, beispielsweise Aluminium oder eine Aluminiumlegierung oder Kupfer oder eine Kupferlegierung, bereitgestellt.
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Das flächenförmige Ausgangsmaterial kann beispielsweise als ein Endlosband von einer Rolle des Ausgangsmaterials abgezogen werden.
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Das flächenförmige Ausgangsmaterial wird einer Trennstation zugeführt, in welcher das flächenförmige Ausgangsmaterial mittels eines Trennwerkzeugs längs einer dem ersten Seitenrand 158 eines Grundkörpers 142 entsprechenden Trennlinie 170 durchtrennt wird.
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Anschließend wird das flächenförmige Ausgangsmaterial längs einer Zuführrichtung 172, welche parallel zu der Querrichtung 150 der aus dem Ausgangsmaterial herauszutrennenden Grundkörper 142 ausgerichtet ist, um eine Zuführstrecke s weiter bewegt, welche dem Abstand zwischen dem ersten Seitenrand 158 und dem zweiten Seitenrand 160 eines Grundkörpers 142 eines Zellverbinders 134 längs der Querrichtung 150 der Grundkörper 142 entspricht.
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Nach diesem Zuführvorgang wird das Trennwerkzeug erneut betätigt, so dass der Grundkörper 142, dessen erster Seitenrand 158 in dem vorangegangenen Trennvorgang gebildet worden ist, nun längs der Trennlinie 170, welche nun dem zweiten Seitenrand 160 des betreffenden Grundkörpers 142 entspricht, von dem verbleibenden flächenförmigen Ausgangsmaterial 162 abgetrennt wird.
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Das Trennwerkzeug, mit welchem die Durchtrennung des flächenförmigen Ausgangsmaterials 162 längs der Trennlinie 170 erfolgt, kann ein Stanzwerkzeug oder ein Schneidwerkzeug, beispielsweise ein Laser zum Laserschneiden, sein.
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Das Trennwerkzeug kann in einer Trennstation eines Folgeverbundwerkzeugs angeordnet sein.
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Nach dem Heraustrennen aus dem flächenförmigen Ausgangsmaterial 162 werden die Grundkörper 142 der Zellverbinder 134 an den für dieselben vorgesehenen Positionen des Trägerelements 132 des Zellkontaktierungssystems 128 angeordnet.
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Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Trägerelement 132, insbesondere die Trägerplatte 136, mit Vertiefungen 174 versehen ist, welche jeweils einen Grundkörper 142 eines Zellverbinders 134 aufnehmen.
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Die Vertiefungen 174 können insbesondere als jeweils eine Nut 176 ausgebildet sein.
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Vorzugsweise entspricht die Tiefe der Vertiefung 174, das heißt deren Erstreckung längs der Kontaktierungsrichtung 110 (Z-Richtung) mindestens der Dicke der Grundkörper 142, das heißt der Ausdehnung der Grundkörper 142 längs der Kontaktierungsrichtung 110 (Z-Richtung), so dass die Grundkörper 142 vollständig oder zumindest im Wesentlichen vollständig in der jeweils zugeordneten Vertiefung 174 aufgenommen sind, ohne über die jeweils zugeordnete Vertiefung 174 überzustehen.
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Vorzugsweise sind die Grundkörper 142 so an dem Trägerelement 132 angeordnet, dass die Längsrichtungen 146 der Grundkörper 142 parallel zu der Längsrichtung 120 (X-Richtung) des Zellkontaktierungssystems 128 und der elektrochemischen Vorrichtung 100 ausgerichtet sind und/oder dass die Querrichtungen 150 der Grundkörper 142 parallel zu der Querrichtung 124 (Y-Richtung) des Zellkontaktierungssystems 128 und der elektrochemischen Vorrichtung 100 ausgerichtet sind.
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Das mit dem Grundkörper 142 versehene Trägerelement 132 wird so an dem Gehäuse 116 der elektrochemischen Vorrichtung 100 angeordnet, dass die Zellterminals 106 und 112 der elektrochemischen Zellen 102 der elektrochemischen Vorrichtung 100 durch die Durchtrittsöffnungen 138 in der Trägerplatte 136 hindurch für einen Kontaktierungsvorgang zugänglich sind.
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Anschließend werden die ersten Kontaktierungsabschnitte 144 und die zweiten Kontaktierungsabschnitte 148 der Grundkörper 142 mittels jeweils einer Bondverbindung 164 mit jeweils einem demselben zugeordneten ersten Zellterminal 106 einer elektrochemischen Zelle 102 der elektrochemischen Vorrichtung 100 elektrisch leitend verbunden.
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Ebenso werden die ersten Kontaktierungsabschnitte 144 und die zweiten Kontaktierungsabschnitte 148 der Grundkörper 142 mit jeweils einem zweiten Zellterminal 112 einer elektrochemischen Zelle 102 der elektrochemischen Vorrichtung 100 mittels einer Bondverbindung 164 elektrisch leitend verbunden.
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Damit ist die Herstellung des Zellkontaktierungssystems 128 der elektrochemischen Vorrichtung 100 abgeschlossen.
