AT528147A1 - Zellenhalter - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Zellenhalter (3) für eine Mehrzahl an Zellen (2) für die Speicherung von elektrischer Energie einer Sekundärbatterie (1), umfassend ein oberes Zellenhalterelement (4) und ein damit verbindbares unteres Zellenhalterelement (5), wobei das obere Zellenhalterelement (4) obere Aufnahmeelemente (10) und das untere Zellenhalterelement (5) untere Aufnahmeelemente (11) für die Zellen (2) aufweisen, und in zumindest einem von dem oberen und unteren Zellenhalterelement (4, 5) ein federelastisches Axialelement (13) oder mehrere feder- elastische Axialelemente (13) für die Kraftbeaufschlagung der Zellen (2) in der Axialrichtung und/oder ein federelastisches Radialelement (14) oder mehrere feder- elastische Radialelemente (14) für die Kraftbeaufschlagung der Zellen (2) in der Radialrichtung angeordnet ist oder sind.

Description

lenhalterelement untere Aufnahmeelemente für die Zellen aufweisen.

Weiter betrifft die Erfindung eine Sekundärbatterie umfassend eine Mehrzahl von Zellen für die Speicherung von elektrischer Energie, die in einem Zellenhalter an-

geordnet sind.

Zellenhalter für Zellen von Sekundärbatterien sind aus dem Stand der Technik bereits bekannt. Beispielsweise beschreibt die WO 2020/028931 A1 eine Batterie umfassend einen oberen Zellenhalter, welcher oberhalb der Batteriezellen vorliegt, und zumindest einen unteren Zellenpakethalter, welcher unterhalb einer unteren Stromschiene vorliegt. Der obere Zellenhalter und der untere Zellenpakethalter

sind über Abstandhalter verbunden. Ein ähnlicher Zellenhalter ist auch aus der WO 2017/157968 A1 bekannt.

Die DE 10 2019 213 965 A1 beschreibt einen Zellenhalter für eine Mehrzahl von zylindrischen Li-lonen-Zellen, mit mindestens einer Aufnahme zur Anordnung einer zugeordneten zylindrischen Li-lonen-Zelle, die in Längsrichtung einen hülsenförmigen Grundkörper mit einem Längsschlitz aufweist, wobei im Bereich des Längsschlitzes mindestens ein Beaufschlagungselement zum Beaufschlagen der zugeordneten zylindrischen Li-lonen-Zelle in die mindestens eine Aufnahme angeordnet ist, und wobei das mindestens eine Beaufschlagungselement am Längs-

schlitz in radialer Richtung des hülsenförmigen Grundkörpers in die mindestens

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nem Sturz, Schock, Vibrationen auffängt.

Der Trend für Sekundärbatterien für die E-Mobilität geht in Richtung größerer Einzelzellen. Damit einher geht die Tatsache, dass bei gleicher Zellenanzahl wie bisher die Masse des Batteriepakets deutlich erhöht wird. Dies wiederum führt zu strukturellen Problemen in der Halterung, da damit auch höhere Kräfte beim Beschleunigen oder Abbremsen der Massen einhergehen. Zur Lösung dieses Problems ist bereits bekannt, dass die Zellen in einem Hartschaumstoff eingeschäumt gehalten werden. Nachteilig ist dabei allerdings, dass das Batteriepaket nicht mehr reparierbar ist, da einzelne Zellen oder Zellenmodule nicht ohne Zerstörung des

gesamten Batteriepakets ausgebaut werden können.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, diesen Nachteil zu überwinden und eine Möglichkeit zu schaffen, mit der auch Sekundärbatterien mit grö-

ßeren Zellen reparierbar bzw. zerlegbar sind.

Die Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Zellenhalter dadurch gelöst, dass in zumindest einem von dem oberen und unteren Zellenhalterelement ein federelastisches Axialelement oder mehrere federelastische Axialelemente für die Kraftbeaufschlagung der Zellen in der Axialrichtung und/oder ein federelastisches Radialelement oder mehrere federelastische Radialelemente für die Kraftbeaufschla-

gung der Zellen in der Radialrichtung angeordnet sind.

Weiter wird die Aufgabe der Erfindung mit der eingangs genannten Sekundärbatterie gelöst, die oberhalb und/oder unterhalb der Zellen zumindest ein Federele-

ment zur vorgespannten Anordnung der Zellen aufweist.

Von Vorteil ist dabei, dass —- abgesehen von der Zerlegbarkeit der Sekundärbatterie und deren Reparierbarkeit — mit dem/den federelastischen Element(en) die Steifigkeit der Sekundärbatterie verbessert werden kann, indem über diese(s) Ele-

ment(e) das Wackeln bzw. Flattern einzelner Zellen verhindert werden kann. Dies

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Fahrzeugs einzusetzen.

Nach einer Ausführungsvariante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die federelastischen Axialelemente Aufstandsflächen für die Zellen bilden. Durch die Unmittelbarkeit der Wirkung der Axialelemente auf die Zellen können Systemtoleranzen aufgrund von Fertigungstoleranzen der Einzelkomponenten reduziert werden, wodurch eine Verbesserung der voranstehend genannten Effekte erreicht werden kann oder bei gleicher Performance wie mit Zwischenbauteilen zwischen den Axialelementen und den Zellen die Steifigkeit der Axialelemente reduziert werden kann, wodurch deren Dauerhaftigkeit verbessert werden kann bzw. die Materialstärken in den Axialelementen reduziert werden können. Als Nebeneffekt kann damit auch der Bauraum des Zellenhalters bzw. der Sekundärbatterie reduziert

werden.

Entsprechend einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die federelastischen Axialelemente ringförmig oder zungenförmig oder scheibenförmig ausgebildet sind. Mit den ringförmigen bzw. zungenförmigen Ausführungsvarianten kann ein Verschluss des Zellenhalters im Bereich der Zellen vermieden werden. Es ist damit einfacher möglich, entsprechend einer Ausführungsvariante der Sekundärbatterie unterhalb der Zellen Expansionsvolumina im Zellenhalter auszubilden. Dies hat den Vorteil, dass bei Problemen mit einer einzelnen Zelle, beispielsweise aufgrund des bekannten „Aufblähens“ im Zuge eines Zellenbruchs der Druck bzw. Gase in das entsprechende Expansionsvolumen „abgelassen“ werden kann bzw. können, ohne dass dadurch Nachbarzellen betroffen sind, wie dies bei „explodierenden Akkus“ der Fall sein kann. Im Falle eines Zellenbruchs kann also eine Kettenreaktion besser vermieden werden. Dies kann auch mit der scheibenförmigen Ausbildung der Axialelement erreicht werden, wenn diese z.B. mit einer Sollbruchstelle versehen werden. Die scheibenförmige Ausbildung der Axialelemente hat zudem den Vorteil des Schutzes der Zellen, da

damit Barrieren zwischen den Expansionsvolumina und den Zellen in Richtung auf

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stellt werden.

Nach einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die federelastischen Axialelemente einstückig mit dem unteren oder oberen Zellenhalterelement ausgebildet sind. Es kann damit eine bessere Abstützung der Federelemente bzw. Einleitung von Kräften in das jeweilige Zellenhalterelement erreicht werden. Zudem ist damit auch der automatisierte Zusammenbau der Se-

kundärbatterie durch die Reduktion an Einzelteilen einfacher realisierbar.

Eine bessere Anbindung der Axialelemente an das unteren oder oberen Zellenhalterelement und/oder an die Zellen kann erreicht werden, wenn nach einer Ausführungsvariante der Erfindung die federelastischen Axialelemente ein Adhäsiv auf-

weisen oder daraus bestehen.

Gemäß einer anderen Ausführungsvariante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das obere Zellenhalterelement und das untere Zellenhalterelement über Verbindungselemente miteinander verbunden sind, wofür im oberen Zellenhalterelement und unteren Zellenhalterelement Ausnehmungen zur Aufnahme der Verbindungselemente ausgebildet sind, die im oberen Zellenhalterelement von oberen Zellenhalterwänden und im unteren Zellenhalterelement von unteren Zellenhalterwänden umgeben sind, wobei die federelastischen Radialelemente von den oberen und/oder unteren Zellenhalterwänden gebildet sind und/oder die oberen und unteren Zellenhalterwände die federelastischen Radialelemente aufweisen. Es ist damit möglich, die Zellenhalterelemente konstruktiv einfacher auszuführen, indem die Funktionalität „Radialelement“ mit der Funktionalität „Verbindungselement“

kombiniert wird.

Zur weiteren Verbesserung dieses Effekts kann nach einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung vorgesehen sein, dass in den oberen und/oder unteren Zellenhalterwänden Durchbrüche vorgesehen sind, die an die Aufnahmen für die Ver-

bindungsmittel angrenzend angeordnet sind. Über die Größe der Durchbrüche

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ohne dass dazu ein Werkstoffwechsel vorgenommen werden muss.

Es kann nach einer Ausführungsvariante der Erfindung auch vorgesehen werden, dass die federelastischen Radialelemente Vorsprünge aufweisen, die in Aufnahmen für die Zellen des oberen Zellenhalterelements oder des unteren Zellenhalterelements hineinragen, womit auf den Federweg der Radialelemente Einfluss

genommen werden kann.

Eine weitere Erhöhung der Steifigkeit der Sekundärbatterie kann erreicht werden, wenn gemäß einer Ausführungsvariante vorgesehen ist, dass am oberen Zellenhalterelement ein, insbesondere plattenförmiges, oberes Versteifungselement und/oder am unteren Zellenhalterelement ein, insbesondere plattenförmiges, unteres Versteifungselement angeordnet ist. Dabei ist von Vorteil, wenn die auf die Axialelemente und Radialelemente wirkenden Kräfte in diese Versteifungsele-

mente eingeleitet werden können.

Zur Verbesserung dieser Effekte kann nach einer Ausführungsvariante der Erfindung vorgesehen sein, dass das obere Versteifungselement mit dem oberen Zellenhalterelement und/oder das untere Versteifungselement mit dem unteren Zel-

lenhalterelement verbunden ist, insbesondere stoffschlüssig verbunden ist.

Gemäß einer Ausführungsvariante der Sekundärbatterie kann der Zellenhalter entsprechend einer oder mehrerer der voranstehend genannten Ausführungsvariante(n) ausgebildet sein, wodurch die dazu genannten Vorteile erreicht werden

können.

Zusätzlich oder alternativ zu dieser Ausführungsvariante kann vorgesehen sein, dass das Federelement durch ein sich über mehrere Zellen erstreckendes Flächenelement gebildet ist. Es kann damit eine gleichmäßigere Kraftverteilung - über die Sekundärbatterie betrachtet — erreicht werden. Dies wiederum ermöglicht einen verbesserten Einsatz der Sekundärbatterie als Strukturbauteil. Ebenso ist damit wie bei den voranstehend genannten Ausführungsvarianten des Zellenhalters

auch eine schaumlose Ausbildung der Sekundärbatterie erreichbar, wobei jedoch

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wird.

Zur weiteren Verbesserung der Strukturfestigkeit, insbesondere auch zur verbesserten Aufnahme von Querkräften, kann nach einer Ausführungsvariante der Erfin-

dung vorgesehen sein, dass das Flächenelement ein Metallblech ist.

Zur Ausbildung einer höheren Vorspannkraft kann nach einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung vorgesehen sein, dass das Flächenelement auf einer den Zellen zugewandten Überfläche einen Vorsprung oder mehrere Vorsprünge

aufweist.

Eine einfache Herstellung der und gegebenenfalls punktuell unterschiedliche Vorspannkraft kann mit einer Ausführungsvariante der Erfindung erreicht werden, bei der das Federelement oder die Federelemente mit mehreren Verbindungsmittelns

vorgespannt sind.

Eine zusätzliche Verbesserung der Steifigkeit der Sekundärbatterie kann erreicht werden, wenn gemäß einer Ausführungsvariante die Zellen in das obere Zellenhalterelement und/oder das untere Zellenhalterelement eingepresst sind. Diese zusätzliche Pressverbindung ermöglicht auch eine Entlastung der Axialelemente und der Radialelemente, womit diese dünner oder aus anderen Werkstoffen gebildet ausgeführt werden können. Gegebenenfalls können mit der Ausführungsvariante die Axialelemente und die Radialelemente oder das zumindest eine Flächenelement nur mehr als Sicherheitselemente für den Fall vorgesehen werden, sollte sich die Pressverbindung der oder einzelner Zellen im Laufe der Lebensdauer der

Sekundärbatterie lockern.

Entsprechend einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass zwischen den Zellen ein oder mehrere Temperierelemente angeordnet

sind. Es ist damit eine „Überhitzung“ der Zellen im Normalbetrieb vermeidbar, ins-

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mente bzw. generell des zumindest einen Federelements vermieden werden kann.

Zur einfacheren Realisierung der voranstehend genannten Expansionsvolumina für die Zellen kann nach einer Ausführungsvariante der Erfindung vorgesehen sein, dass die Pluspole und die Minuspole aller Zellen auf der gleichen Seite des Zellhalters angeordnet sind. Somi können alle Expansionsvolumina ebenfalls auf der gleichen Seite des Zellenhalters ausgebildet werden, insbesondere nach einer Ausführungsvariante der Erfindung im unteren Zellenhalterelement unterhalb der

Zellen.

Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese anhand der nachfolgenden

Figuren näher erläutert. Es zeigen jeweils in vereinfachter, schematischer Darstellung: Fig. 1 eine Ausführungsvariante einer Sekundärbatterie in Schrägansicht;

Fig. 2 einen Ausschnitt aus einer Sekundärbatterie im Bereich einer Zelle in

Schrägansicht; Fig. 3 eine Ausführungsvariante eines oberen Zellenhalters in Schrägansicht;

Fig. 4 einen Ausschnitt aus einer Ausführungsvariante eines unteren Zellen-

halters in Schrägansicht; Fig. 5 ein Detail des Zellenhalters nach Fig. 4 in Schrägansicht;

Fig. 6 einen Ausschnitt aus einer weiteren Ausführungsvariante eines unteren

Zellenhalters in Draufsicht;

Fig. 7 einen Ausschnitt aus einer Ausführungsvariante einer Sekundärbatterie

in Seitenansicht; Fig. 8 die Ausführungsvariante der Sekundärbatterie nach Fig. 7 in Schrägan-

sicht;

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halters in Seitenansicht;

Fig. 10 einen Ausschnitt aus einer Ausführungsvariante eines unteren Zellen-

halters in Seitenansicht;

Fig. 11 eine andere Ausführungsvariante einer Sekundärbatterie in Explosions-

darstellung; Fig. 12 einen Ausschnitt aus einem Federelement.

Einführend sei festgehalten, dass in den unterschiedlich beschriebenen Ausführungsformen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen werden, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäß auf gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen werden können. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben, unten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind diese Lage-

angaben bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen. In Fig. 1 ist eine Ausführungsvariante einer Sekundärbatterie 1 dargestellt.

Der Begriff „Sekundärbatterie“ wird im technisch üblichen Sprachgebrauch verwendet. Demnach ist die Sekundärbatterie 1 (auch als Akkumulator bezeichenbar) eine Batterie zum wiederholbaren Speichern und zur wiederholbaren Abgabe von

elektrischer Energie vorgesehen.

Die Sekundärbatterie 1 weist eine Mehrzahl an Zellen 2 für die Speicherung von elektrischer Energie auf. Eine derartige Zelle 2 ist in Fig. 2 dargestellt. Die Anzahl der Zellen 2 in der Sekundärbatterie 1 richtet sich nach den Anforderungen an die Sekundärbatterie 1. Vorzugsweise wird diese für Elektrofahrzeuge, wie insbesondere in einem HEV (Hybrid Electric Vehicle) oder einem BEV (Battery Electric Vehicle) oder einem anderen Elektrofahrzeug eingesetzt. Dementsprechend kann

also die Sekundärbatterie 1 mehr oder weniger Zellen 2 aufweisen.

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andere Zellentypen in der Sekundärbatterie 1 verbaut sein.

Die Zellen 2 werden beispielsweise in der sogenannten 1$S1P Konfiguration ange-

ordnet. Es sind aber auch andere Konfigurationen möglich.

Die Zellen 2 können z.B. Li-Polymerzellen sein. Es können aber auch anders aus-

gebildete Zellen 2 eingesetzt werden.

Weiter sind die Zellen 2 vorzugsweise prismatische Zellen 2, insbesondere sogenannte Rundzellen. Die nachfolgende Beschreibung nimmt darauf Bezug. Es ist aber möglich auch andere Formen von Zellen 2 in der Sekundärbatterie 1 anzuordnen, sodass die nachfolgende Beschreibung für diese Zellen entsprechend adaptiert werden muss. Diese Anpassungen der Formen der einzelnen Bauteile der Sekundärbatterie 1 können aber vom Fachmann aufgrund der nachfolgenden

Beschreibung einfach durchgeführt werden.

Die Zellen 2 sind in einem Zellenhalter 3 angeordnet. Der Zellenhalter 3 umfasst ein oberes Zellenhalterelement 4 (im Folgenden nur mehr als Zellenhalterelement 4 bezeichnet) und ein unteres Zellenhalterelement 5 (im Folgenden nur mehr als Zellenhalterelement 5 bezeichnet) bzw. besteht daraus. In Fig. 2 ist jeweils nur ein Ausschnitt aus dem Zellenhalterelement 4 und dem Zellenhalterelement 5 für die Aufnahme einer Zelle 2 gezeigt. Das Zellenhalterelement 4 und das Zellenhalterelement 5 sind jedoch in der Regel dazu ausgebildet, mehrere Zellen 2 in einem

Abstand zueinander zu halten.

Vorzugsweise ist die Sekundärbatterie 1 modular aufgebaut. Dazu können mehrere, insbesondere gleich ausgebildete, Module in der Sekundärbatterie 1 angeordnet sein, beispielsweise von einem gemeinsamen Rahmen gehalten werden. Die Module weisen den Zellenhalter 3 auf, in dem mehrere Zellen 2 angeordnet

sind.

Die elektrische Kontaktierung der Zellen 2 erfolgt je nach Anforderung paralle!|

oder seriell. Die elektrische Kontaktierung an sich ist aus dem Stand der Technik

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bekannt, sodass darauf verwiesen sei. In der gegenständlichen bevorzugten Ausführungsvariante der Sekundärbatterie 1 ist vorgesehen, dass die Pluspole 6 und die Minuspole 7 aller Zellen 2 der Sekundärbatterie 1 oder pro Modul von Zellen 2 für den Einsatz in der Sekundärbatterie 1 auf der gleichen Seite des Zellhalters 3 angeordnet sind, beispielsweise wie In den Figuren 1 und 2 gezeigt alle oben im Bereich des Zellenhalterelements 4. Für die Kontaktierung der Pluspole 6 und Minuspole 7 können Sammelschienen 8 vorgesehen sein. Ausschnittsweise ist in Fig. 2 eine Ausführungsvariante einer Sammelschiene 8 dargestellt. Die Sammelschiene 8 erstrecken sich vorzugsweise über eine gesamte Abmessung der Sekundärbatterie 1 bzw. eines Moduls von Zellen 2, beispielsweise über die gesamte Länge oder die gesamte Breite der Sekundärbatterie 1 bzw. eines Moduls an Zellen 2, die für die Anordnung der Zellen 2 vorgesehen sind. Die Sammelschienen 8 müssen sich also nicht bis nach außen in der jeweiligen Richtung erstrecken. Weiter können die Sammelschienen 8 sowohl Kontakte für die Pluspole 6 also auch für die Minuspole 7 oder nur für die Pluspole 6 und nur für die Minuspole 7 aufwei-

sen.

Die Sammelschienen 8 werden vorzugsweise im Zellenhalterelement 4 gehalten. Weiter weisen die Sammelschienen 8 einer Sekundärbatterie 1 bzw. eines Moduls von Zellen 2 vorzugsweise ein gemeinsames Kontaktelement 9 für den elektrischen Anschluss der Sekundärbatterie 1 bzw. eines Moduls von Zellen 2 an einen Verbraucher von elektrischer Energie oder für die weitere elektrische Verschaltung

auf.

Da die Ausbildung bzw. die Ausführung von Sammelschienen 8 bzw. Kontaktelementen 9 aus dem Stand der Technik bekannt ist, sei zu weiteren Einzelheiten

dazu darauf verwiesen.

Das Zellenhalterelement 4 weist obere Aufnahmeelemente 10 (im Folgenden nur mehr als Aufnahmeelemente 10 bezeichnet) für die Zellen 2 auf. Ebenso weist das Zellenhalterelement 5 untere Aufnahmeelemente 11 (im Folgenden nur mehr als Aufnahmeelemente 11 bezeichnet) für die Zellen 2 auf. Die Aufnahmeelemente 10, 11 sind aus der Fig. 2 bzw. für eine Ausführungsvariante des Zellenhalterele-

ments 4 aus Fig. 3 und für eine Ausführungsvariante des Zellenhalterelements 5

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aus den Fig. 4 und 5 ersichtlich. Die Aufnahmeelement 10, 11 sind vorzugsweise an die Geometrie der Zellen 2 angepasst, weisen also beispielsweise zumindest annähernd zylindrische Aufnahmen für zylindrische Zellen 2 auf. Die Zellen 2 können dadurch für deren Halterung in der Sekundärbatterie 1 bzw. in einem Modul aus Zellen 2 in die Aufnahmeelemente 10, 11 eingeschoben werden. Vorzugsweise umgreifen die Aufnahmeelement 10, 11 die Zellen 2 abschnittsweise an ei-

nem Außenumfang, wie dies aus Fig. 2 für eine Zelle 2 zu ersehen ist.

Falls das Zellenhalterelement 4 nicht direkt mit dem Zellenhalterelement 5 verbunden bzw. verbindbar ausgeführt ist, beispielsweise über eine Rastverbindung, kann vorgesehen sein, dass die Zellenhalterelemente 4, 5 über Verbindungsmittel 12, beispielsweise Schrauben (gegebenenfalls mit Schraubmuttern) verbunden werden bzw. verbindbar sind. Diese Verbindungsmittel 12 können durch entsprechende Durchbrüche, beispielsweise Bohrungen, in den Zellenhalterelementen 4, 5 geführt sein, wozu die entsprechenden Durchbrüche in den Zellenhalterelementen 4, 5 vorzugsweise deckungsgleich angeordnet sind. Wie aus Fig. 1 zu ersehen ist, sind mehrere Verbindungselemente 12 pro Sekundärbatterie 1 bzw. Modul aus Zellen 2 angeordnet, beispielsweise pro Zelle 2 zumindest ein Verbindungsele-

ment 12.

Wie aus den Fig. 3 und 4 zu ersehen ist, sind die Zellen 2 bzw. die Aufnahmeelemente 10 im Zellenhalterelement 4 und die Aufnahmeelemente 11 im Zellenhalterelement 5 in Reihen und Spalten angeordnet, wobei vorzugsweise jede zweite Spalte (oder Reihe) um ein halbes Aufnahmeelement 11 bzw. 12 versetzt angeordnet ist. Es ist damit eine dichte Packung der Zellen 2 erreichbar. Die Anord-

nung der Reihen und Spalten kann aber auch anders ausgeführt sein.

Es ist nach einer Ausführungsvariante des Zellenhalters 3 vorgesehen, dass in zumindest einem von dem oberen und unteren Zellenhalterelement 4, 5 federelastische Axialelemente 13 (im Folgenden nur mehr als Axialelemente 13 bezeichnet) für die Kraftbeaufschlagung der Zellen 2 in der Axialrichtung und/oder federelastische Radialelemente 14 (im Folgenden nur mehr als Radialelemente 14 bezeich-

net) für die Kraftbeaufschlagung der Zellen 2 in der Radialrichtung angeordnet

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sind. Die Axialrichtung und die Radialrichtung beziehen sich auf die Geometrie der Zellen 2.

Im Folgenden wird bezüglich der Axialelemente 13 und der Radialelemente 14 nur auf das Zellenhalterelement 5 Bezug genommen. Die Ausführungen dazu können auch auf das Zellenhalterelement 4 übertragen werden. Sofern die Axialelemente 13 und/oder die Radialelemente 14 nur im Zellenhalterelement 5 oder im Zellenhalterelement 4 angeordnet sind, kann das Zellenhalterelement 4 oder das Zellenhalter 5 auch anders bzw. einfacher ausgeführt sein, beispielsweise nur Einsteckabschnitte ohne Axialelemente 13 und/oder ohne Radialelemente 14 für die Zellen

2 aufweisen.

Vorzugsweise für jede der Zellen 2 ist ein oder sind mehrere Axialelemente 13 vorgesehen. Diese Axialelemente 13 können beispielsweise unterhalb der Aufnahmeelemente 11 vorgesehen sein. In einer bevorzugten Ausführungsvariante bilden die Axialelemente 13 jedoch eine Aufstandsfläche 15 für die Zellen 2, wie dies insbesondere aus Fig. 5 zu ersehen ist. Wie aus dieser Figur weiter zu ersehen ist, können an den Axialelementen 13 auch mehrere, mit Abstand zueinander angeordnete Aufstandsflächen 15 für die Zellen 2 ausgebildet sein. Die Axialelemente

13 können also indirekt oder vorzugsweise direkt an den Zellen 2 anliegen.

Es ist möglich, dass die Axialelemente 13 pro Element nur einen einzigen federelastischen Abschnitt aufweisen. Beispielweise können die Axialelemente 13 als Ringfedern ausgebildet sein, die an einem (beispielsweise einem Ringsteg) oder mehreren Vorsprüngen anliegen, die an einer inneren Mantelfläche 16 von Aufnahmen 17 für die Zellen 2 vorgesehen sein können. Die Aufnahmen 17 sind in dem Zellenhalterelement 5 angeordnet bzw. ausgebildet, und können beispielsweise für zylinderförmige Zellen 2 zumindest annähernd hohlzylindrisch ausgebildet sein. Vorzugsweise sind die Aufnahmen 17 so angeordnet, dass das Zellenhalterelement 5 gitterförmig ausgebildet ist. Die Aufnahmen 17 sind jeweils von zumindest einer Aufnahmewand 18 des Aufnahmeelements 11 umgeben, wobei bevorzugt mehrere Aufnahmen 17 abschnittsweise eine gemeinsame Aufnahme-

wand 18 haben.

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An besagten Ringstegen bzw. Vorsprüngen auf der inneren Mantelfläche 16 der Aufnahmewände 18 kann auch ein Federpaket angeordnet sein, beispielsweise

ein Ringfederpaket, um damit die Federkraft verändern zu können.

Weiter kann vorgesehen sein, dass auf der zumindest einen Aufstandsfläche 15 pro Aufnahme 17 für die Zellen 2 zumindest eine Elastomerelement angeordnet ist, beispielsweise stoffschlüssig und/oder formschlüssig damit verbunden ist. Das Elastomerelement kann auch Abschnitte bzw. Lagen aus unterschiedlich steifen Elastomeren aufweisen, womit ebenfalls Einfluss auf die Federkraft genommen werden kann. Das oder die Elastomer(e) können beispielsweise eine Naturgummi

oder eine Synthesegummi, z.B. ein thermoplastisches Elastomer, sein.

Generell kann nach einer Ausführungsvariante vorgesehen sein, dass die Axialel-

emente 13 ringförmig oder zungenförmig oder scheibenförmig ausgebildet sind.

Zungenförmige Axialelemente 13 können beispielsweise Elemente sein, die an den Aufstandsflächen 15 oder den Aufnahmewänden 18 anliegen bzw. daran angeformt sind, und z.B. radial nach innen in die Aufnahmen 17 hineinragen. Die Axialkraft kann dabei durch die freien Endabschnitte der zungenförmigen Axialele-

mente 13 auf die Zellen 2 übertragen werden.

Scheibenförmige Axialelemente 13 können beispielsweise Scheiben sein, die auf den Aufstandsflächen 15 oder an Vorsprüngen der Aufnahmewänden 18 aufliegen. Die federelastische Kraft kann dabei über den Werkstoff oder den Werkstoff-

mix, aus dem diese Axialelemente 13 hergestellt sind, erzeugt werden.

Ringförmige Axialelemente 13 können beispielsweise die bereits erwähnten Ringfedern sein. Nach einer anderen Ausführungsvariante, die in den Figuren 4 und 5 dargestellt ist, können die Axialelemente 13 auch als „Wellenfedern“ ausgebildet sein. Dazu können die Axialelemente 13 mehrere aufeinanderfolgende Abschnitte aufweisen, die in Art einer „Berg und Tal Bahn“ angeordnet sind, sodass also erste Abschnitte 19 ausgebildet sind, die höher angeordnet sind als zweite Abschnitte 20. Übergänge bzw. Übergangsabschnitte zwischen den Abschnitten 19, 20 kön-

nen gerundet oder rampenförmig ausgeführt sein.

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Die federelastische Kraft dieser Axialelemente 13 wird dadurch erzeugt, dass diese „Wellenfedern“ nicht vollumfänglich mit den Aufnahmewänden 18 der Aufnahmen 17 für die Zellen 2 verbunden sind, sondern nur abschnittsweise. Beispielsweise kann jeder oder jeder zweite höher gelegene Abschnitt 19 über einen Anbindungsabschnitt 21 mit der jeweiligen Aufnahmewand 18 verbunden sein. Die Anbindungsabschnitte 21 können unterhalb von Aufstandsflächen 15 für die Zellen 2 angeordnet sein. Es ist auch möglich, wenngleich nicht bevorzugt, dass die An-

bindung dieser Axialelemente 13 über die tiefer gelegenen Abschnitte 20 erfolgt.

Durch die lediglich abschnittsweise Anbindung dieser Axialelemente 13 an die Aufnahmewände 18 sind die restlichen Abschnitte 19, 20 der Axialelemente 13 unverbunden und beabstandet zu den Aufnahmewänden 18 ausgebildet, wie dies am besten aus Fig. 5 anhand des Abstandes 22 zu ersehen ist. Dies ermöglicht eine Verformung der Axialelemente 13 in Axialrichtung und damit auch das Aufbringen einer Axialkraft auf die Zellen 2, wenn die Axialelemente 13 mit dem Ein-

setzen der Zellen 2 in Axialrichtung durch Verformung vorgespannt werden.

Diese Ausführung der Axialelemente 13 als Wellenfedern kann auch ohne Anbindung an die Aufnahmewände 18 ausgeführt sein, indem diese wellenförmigen Axialelemente 13 auf jeweils zumindest einem über die innere Mantelflächen 16 der Aufnahmen 17 radial nach innen vorragenden Vorsprung aufliegend angeordnet

werden.

In der bevorzugten Ausführungsvariante sind die Axialelemente 13 aber einstückig mit dem unteren (oder oberen) Zellenhalterelement 5 (oder 4) ausgebildet. Beispielsweise können die Zellenhalterelemente 4, 5 aus einem polymeren Kunststoff hergestellt sein, z.B. ein Spritzgussteil sein. Es ist aber auch eine nachträgliche Anbindung der Axialelemente 13 an das untere (oder obere) Zellenhalterelement 5 (oder 4) möglich, beispielsweise über eine stoffschlüssige, z.B. eine Verklebung,

und/oder eine formschlüssige und/oder kraftschlüssige Verbindung.

Generell ist es im Rahmen der Erfindung bevorzugt, wenn die Axialelemente 13

innerhalb der Aufnahmen 17 für die Zellen 2 angeordnet bzw. ausgebildet sind,

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wie dies anhand der Ausführungsvariante nach den Fig. 4 und 5 ersichtlich ist. Innerhalb bedeutet hier, dass die Axialelemente 13 im von den Aufnahmewänden 18

umgebenen Aufnahmeraum für die Zellen 2 angeordnet sind.

Weiter ist es möglich, dass in einem Zellenhalterelement 4, 5 bzw. in einem Zellenhalter 3 bzw. in einer Sekundärbatterie 1 verschiedene Axialelemente 13 vorgesehen werden. Vorzugsweise sind jedoch alle Axialelemente 13 gleich ausgebildet.

Es ist weiter möglich, dass in einem Zellenhalterelement 4, 5 bzw. in einem Zellenhalter 3 bzw. in einer Sekundärbatterie 1 kombinierte Axialelemente 13 vorgesehen werden. Beispielsweise können auf den Aufstandsflächen 15 der wellenförmi-

gen Axialelemente 13 Elastomerelemente angeordnet oder ausgebildet sein.

Nach einer anderen Ausführungsvariante kann vorgesehen werden, dass auf den Axialelementen 13 ein Adhäsiv angeordnet ist bzw. die Axialelemente 13 aus einem adhäsiv bestehen. Dadurch wird ein „strukturelles Adhäsiv“ geschaffen, das nicht nur die federelastischen Eigenschaften aufweist bzw. über die weiteren Bestandteile des Axialelementes 13 mitbringt, sondern auch eine verbesserte Anbindung der Zellen 2 an das Zellenhalterelement 5 (oder 4) ermöglicht. Als Ausführungsvariante dazu ist in Fig. 6 ein Ausschnitt aus einem Zellenhalterelement 5 gezeigt, bei dem auf den Aufnahmeelementen 11 Adhäsivbereiche 23 vorgesehen sind. Diese ermöglichen zudem eine Veränderung der mechanischen Eigenschaf-

ten des Zellenhalterelements 5.

Diese Ausführungsvarianten mit dem Adhäsiv bzw. dem „strukturellen Adhäsiv“ sind auch bei anderen Ausführungsvarianten des Zellenhalters 3 bzw. der Sekundärbatterie 1 möglich, die anstelle oder zusätzlich zu den Axialelementen 13 andere, im Folgenden noch näher beschriebene federelastische Elemente bzw. Fe-

derelemente aufweisen.

Weiter ist aus dieser Fig. 6 zu ersehen, dass die Aufnahmeelemente 11 wabenför-

mig im Zellenhalterelement 5 (und 4) angeordnet sein können.

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Zudem sind aus Fig. 6 scheibenförmige Axialelemente 13 zu ersehen, die in den Aufnahmen 17 (siehe z.B. Fig. 5) der Aufnahmeelemente 11 angeordnet sind. Diese scheibenförmigen Axialelemente 13 können aus einem Werkstoff bestehen, der die gewünschte Federelastizität aufweist. Beispielsweise können diese Axialelemente 13 aus zumindest einem Elastomer bestehen und/oder Hohlräume bzw. Poren aufweisen. Alternativ können diese Axialelemente 13 auch mit Elementen kombiniert sein, die aufgrund geometrischer Formen eine Federelastizität aufwei-

sen, wie beispielsweise den voranstehend genannten Wellenfedern.

Die scheibenförmigen Axialelemente 13 decken die Aufnahmen 17 nach unten hin bzw. in Richtung von den Zellen 2 weg ab, sodass die Zellen 2 besser vor Umwelteinflüssen geschützt sind. Bei Bedarf können diese scheibenförmigen Axialelemente 13 mit zumindest einer Sollbruchstelle 23 versehen sein, beispielsweise im

Falle eines Blowouts einer Zelle 2.

Wie bereits erwähnt, kann das Zellenhalterelement 4 und das Zellenhalterelement 5 über Verbindungselemente bzw. Verbindungsmittel 12 miteinander verbunden sein. Dazu können im Zellenhalterelement 4 und im Zellenhalterelement 5 Ausnehmungen 24 bzw. Durchbrüche zur Aufnahme der Verbindungsmittel 12 ausgebildet sein, die Im Zellenhalterelement 4 von oberen Zellenhalterwänden, insbesondere den Aufnahmewänden, und im Zellenhalterelement 5 von unteren Zellenhalterwänden, insbesondere den Aufnahmewänden 18, umgeben sind. Nach einer Ausführungsvariante kann dabei vorgesehen sein, dass die Radialelemente 14 von den oberen und/oder unteren Zellenhalterwänden bzw. den oberen Aufnahmewänden und den unteren Aufnahmewänden 18 gebildet sind und/oder die oberen und unteren Zellenhalterwände bzw. die oberen Aufnahmewände und die un-

teren Aufnahmewände 18 die Radialelemente 14 aufweisen.

Konstruktiv kann dies z.B. so ausgeführt sein, dass die Aufnahmewände 18 eine so geringe Wandstärke aufweisen, dass sie sich beim Einsetzen der Zellen 2 in die Aufnahmen 17 in Richtung auf die Ausnehmungen 24 verformen, und damit

eine Vorspannung in Radialrichtung aufbauen. Die ursprünglichen kreisrunden

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Ausnehmungen 24 können sich im zusammengebauten Zustand zu Ausnehmungen 24 mit ovalen Querschnitten bilden. Die Aufnahmewände 18 können dabei ge-

gebenenfalls zur Anlage an die Verbindungsmittel 12 gelangen.

Wie aus Fig. 4 zu ersehen ist, können die Ausnehmungen 24 bzw. die Durchbrüche für die Aufnahme der Verbindungsmittel 12 an Ecken einer zumindest annähernd wabenförmigen Ausbildung des Zellenhalterelements 5 angeordnet sein, sodass also die Radialelemente 14 für drei Zellen 2 in diesen Ecken ausgebildet

werden können.

Über den Umfang der Aufnahmen 17 verteilt, können vorzugsweise wiederum mehrere Radialelemente 14 pro Zelle 2 vorgesehen werden, sodass die Radialelemente 14 im Zusammenspiel gegebenenfalls auch eine Zentrierfunktion für die Zellen 2 haben.

Nach einer Ausführungsvariante dazu kann vorgesehen sein, dass die Radialelemente 14 Vorsprünge 25 aufweisen, die in die Aufnahmen 17 für die Zellen 2 des Zellenhalterelements 4 oder des Zellenhalterelements 5 hineinragen, wie dies in

Fig. 4 anhand einer Aufnahme 17 strichliert dargestellt ist. Der Vorsprung 17 kann auch in Einschubrichtung der Zellen 2 mit zunehmender (radialer) Dicke ausgebil-

det sein, um das Verformen der Radialelemente 14 zu vereinfachen.

Nach einer weiteren Ausführungsvariante kann vorgesehen sein, dass in den Zellenhalterwänden, insbesondere in den Aufnahmewänden 18, Durchbrüche 26 ausgebildet sind, die an die Aufnahmen, d.h. die Ausnehmungen 24, für die Verbindungsmittel 12 angrenzend angeordnet sind. Die Durchbrüche 26 dienen der Materialschwächung in diesem Bereich, sodass die Zellenhalterwände einfacher verformt (und vorgespannt) werden können. Wie aus der Fig. 4 ersichtlich ist, können pro Ausnehmung 24 für die Verbindungsmittel 12 drei Durchbrüche 26 vorgesehen werden. Es können aber auch mehr oder weniger als drei Durchbrüche 26 ausge-

bildet werden.

Die Durchbrüche 26 erstrecken sich vorzugsweise in Axialrichtung durch die Zel-

lenhalterwände.

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Mit den Axialelementen 13 wird erreicht, dass auf die Zellen 2 in der Axialrichtung eine Kraft einwirkt, die die Zellen 2 in der Axialrichtung in Position halten, sodass die feste Halterung der Zellen 2 im Zellenhalter 3 nicht verloren geht. Mit den Radialelementen 14 wird das gleiche in der Radialrichtung erreicht. Die Federelastizität erlaubt dabei einen einfacheren Zusammenbau der Sekundärbatterie 1. Zudem können damit Abnutzungserscheinungen im Zellenhalter 3, die über die Lebensdauer der Sekundärbatterie 1 beispielsweise aufgrund von Beschleunigungs- oder Verzögerungskräften und der Massenträgheit der Sekundärbatterie 1 auftreten können, ausgeglichen werden, sodass die Strukturfestigkeit der Sekundärbatterie 1 erhalten bleibt. Es kann sind für jede der Zellen 2 der Sekundärbatterie 1 zumindest ein Axialelement 13 und/oder zumindest ein Radialelement 14 im Zellenhal-

terelement 4 und/oder im Zellenhalterelement 5 vorgesehen sein.

Zur Verbesserung der Strukturfestigkeit bzw. der Steifigkeit der Sekundärbatterie 1 kann nach einer weiteren Ausführungsvariante vorgesehen sein, dass am Zellenhalterelement 4 ein, insbesondere plattenförmiges, oberes Versteifungselement 27 und/oder am Zellenhalterelement 5 ein, insbesondere plattenförmiges, unteres Versteifungselement 28 angeordnet ist, wie dies aus Fig. 1 ersichtlich ist. Das oder die Versteifungselement(e) 27, 28 sind vorzugsweise aus einem metallischen Werkstoff gebildet. Das oder die Versteifungselement(e) 27, 28 können sich über die gesamte jeweilige Flächenausdehnung der Zellenhalters 3 oder eines Moduls für Zellen 2 oder der Sekundärbatterie 1 durchgehend erstrecken. Vorzugsweise ist/sind das oder die Versteifungselement(e) 27, 28 einstückig ausgebildet. Das oder die Versteifungselement(e) 27, 28 kann/können beispielsweise eine Schicht-

dicke zwischen 2 mm und 20 mm aufweisen.

Anstelle von plattenförmigen Versteifungselemente 27, 28 können auch gitterförmige oder streifenförmige oder stabförmige Versteifungselement 27, 28 eingesetzt

werden.

Zur weiteren Verbesserung der aussteifenden Wirkung der Versteifungselemente 27, 28 kann nach einer weiteren Ausführungsvariante auch vorgesehen sein, dass das obere Versteifungselement 27 mit dem Zellenhalterelement 4 und/oder das

untere Versteifungselement 28 mit dem unteren Zellenhalterelement 5 verbunden

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ist, Insbesondere stoffschlüssig verbunden ist, z.B. verklebt ist. Alternativ oder zusätzlich dazu kann das oder können die Versteifungselement(e) 27, 28 auch formschlüssig und/oder kraftschlüssig mit dem Zellenhalterelement 4 bzw. 5 verbunden sein. Die kraftschlüssige Verbindung kann beispielsweise über die voranstehend

genannten Verbindungsmittel 12 hergestellt werden.

In den Fig. 7 und 8 sind eine Ausführungsvarianten dargestellt, bei der Axialelemente 13 unmittelbar mit den Versteifungselementen 27, 28 zusammenwirken. Dabei kann gemäß der Ausführungsvariante nach Fig. 7 vorgesehen sein, dass die Versteifungselemente 27, 28 Durchbrüche oder Ausnehmungen aufweisen, durch die bzw. in die die Axialelemente 13 ragen. Dabei können Axialelemente 13 für den Aufbau der Vorspannung zumindest abschnittsweise auch konus- oder ke-

gelstumpfförmig ausgebildet sein.

Die Ausführungsvariante nach Fig. 8 ist eine Mischvariante bei der das Zellenhalterelement 5 entsprechend den Ausführungen zu den Fig. 1 bis 5 oder 6 ausgebildet ist, und das Zellenhalterelement 4 mit den, insbesondere pinförmigen, Axialelementen 13 und dem Versteifungselement 28 entsprechend den Ausführungen zu

Fig. 7 ausgebildet ist.

Entsprechend weiteren und in den Fig. 9 und 10 dargestellten Ausführungsvarianten kann vorgesehen sein, dass die Zellen 2 in das Zellenhalterelement 4 (Fig. 9) und/oder das Zellenhalterelement 5 (Fig. 10) eingepresst sind. Dazu können das Zellenhalterelement 4 im Bereich dessen Aufnahmen für die Zellen 2 und/oder das Zellenhalterelement 5 im Bereich der Aufnahmen 17 für die Zellen 2 zumindest teilweise mit einem Übermaß 29 hergestellt sein, wie dies in den Fig. 9 und 10 mit dem Überschneidungsbereichen zwischen den Zellenhalterelementen 4, 5 und den Zellen 2 angedeutet ist. Es ist damit eine direkte Verbindung der Zellen 2 mit

den Zellenhalterelementen 4, 5 bzw. dem Zellenhalter 3 erzielbar.

Es ist weiter nach einer Ausführungsvariante des Zellenhalters 3 bzw. der Sekundärbatterie 1 möglich, dass zwischen den Zellen 2 ein oder mehrere Temperierelemente 30 angeordnet sind. Diese Temperierelemente 30 können als reine Kühler

ausgebildet sein, oder sie können auch für eine Erwärmung der Sekundärbatterie

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1 auf Betriebstemperatur ausgelegt sein (z.B. relevant im Winterbetrieb). Die Temperierelemente 30 sind vorzugsweise zwischen den Reihen oder Spalten an Zellen 2 angeordnet, sodass jede Zelle 2 damit temperiert werden kann. Die Temperierelemente 30 können beispielsweise wie in der AT 520409 B1 beschrieben ausgeführt sein. Vorzugsweise umfassen sie ein oder mehrere Folienlaminate, das/die zumindest einen Fluidkanal für ein fluides, insbesondere flüssiges, Kühlmittel oder ein fluides, insbesondere flüssiges, Temperiermittel aufweisen. Durch den Einsatz von Folienlaminaten ist eine bessere Anlage der Temperierelemente 30 an die Zellen 2 und damit eine effektiver Temperierung bzw. Kühlung der Zel-

len 2 möglich.

Generell bietet die Erfindung die Möglichkeit, nachdem die Zwischenräume zwischen den Zellen 2 schaumfrei sind, also diese Zwischenräume nicht wie im Stand der Technik ausgeschäumt sind, in diesen Zwischenräumen die Temperierelemente 30 anzuordnen. Insbesondere bei den großen 46XX Zellen 2 bietet dies einen entsprechenden Vorteil in Hinblick auf das Temperaturniveau der Zellen 2 und

damit auf deren Lebensdauer.

Wie voranstehend ausgeführt, sind die elektrischen Kontaktstellen der Zellen 2, also die Pluspole 6 und die Minuspole 7, alle auf der gleichen Seite des Zellenhalters 3 angeordnet. Dies vereinfacht bei einer weiteren Ausführungsvariante des Zellenhalters 3 bzw. der Sekundärbatterie 1 die Anordnung von Expansionsvolumina im Zellenhalterelement 5. Es sei dazu auf die Fig. 2 verwiesen. Das Zellenhalterelement 5 kann dazu, beispielsweise an den Aufnahmeelementen 11, Distanzelemente 32 aufweisen, sodass zwischen der Aufstandsfläche des Zellenhalterelement 5 und den Zellen 2 die Expansionsvolumina 31 ausgebildet werden. Die Expansionsvolumina 31 erhöhen die Sicherheit der Sekundärbatterie 1. Im Falle eines Blowouts einer Zelle 2 kann der Druck bzw. können die Gase in diese Expansionsvolumina 31 entweichen, ohne dass Nachbarzellen angesteckt wer-

den.

Für den Fall, dass die Axialelemente 13 scheibenförmig ausgebildet sind, können diese vorzugsweise bei dieser Ausführungsvariante die voranstehend genannten

Sollbruchstellen 23 aufweisen.

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In Fig. 11 ist eine weitere Ausführungsvariante der Sekundärbatterie 1 in Explosionsdarstellung gezeigt. Während bei den voranstehend beschriebenen Ausführungsvarianten die Federelemente in den Zellenhalter 3 integriert sind, ist bei dieser Ausführungsvariante vorgesehen, dass das Federelement oder die Federelemente getrennt vom Zellenhalter 3 an sich angeordnet werden. Es besteht jedoch auch bei dieser Ausführungsvariante in einer Abwandlung die Möglichkeit, das Federelement oder die Federelemente in den Zellenhalter zu integrieren, wozu In ZzuUmindest einem der beschriebenen Zellenhalterelemente 4, 5 zumindest eine ent-

sprechende Aufnahme vorgesehen werden kann.

Zudem besteht die Möglichkeit, das oder die im nachfolgenden beschriebenen Federelement(e) mit zumindest einer der voranstehend beschriebenen Ausführungsvariante der Federelemente bzw. Axialelemente 13 und/oder Radialelemente 14

im Zellenhalter 3 zu kombinieren.

Es sei an dieser Stelle erwähnt, dass die Federelemente auch als Vorspannelemente bezeichnet werden können, da damit die Zellen 2 in ihrer Position in der

Sekundärbatterie 1 bzw. dem Zellenhalter 3 vorgespannt werden können.

Die Sekundärbatterie 1 nach Fig. 11 weist wiederum den Zellehalter 3 mit dem oberen Zellenhalterelement 4 und dem unteren Zellenhalterelement 5 zur Auf-

nahme der Zellen 2 auf.

Weiter sind zur Kontaktierung der Zellen 2 die Sammelschienen 8 vorgesehen, die ausschließlich oberhalb bzw. teilweise oder zur Gänze innerhalb des oberen Zel-

lenhalterelements 4 angeordnet sind.

Zwischen den Zellen 2 sind die Temperierelemente 30 angeordnet, die auch hier wiederum mit einem seitlich angeordneten Fluidversorgungsanschluss 33 verse-

hen sind.

Hinsichtlich dieser Bestandteile der Sekundärbatterie sei auf die voranstehenden Ausführungen dazu verwiesen, die entsprechend auf die Ausführungsvariante der der Sekundärbatterie 1 nach Fig. 11 übertragen werden können. Der Zellenhalter

3 bzw. die Zellenhalterelemente 4, 5 können — wie dies bereits angedeutet wurde

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— auch dem Stand der Technik entsprechend und ohne die Axialelemente 13

und/oder ohne die Radialelemente 14 ausgebildet sein.

Wie auch bei den voranstehend beschriebenen Ausführungsvarianten weist der Zellenhalter 3 vorzugsweise zwischen den Zellenhalterelementen 4, 5 keine Abstandhalter bzw. Distanzelemente auf, wie diese aus dem Stand der Technik be-

kannt sind, insbesondere im Bereich der Verbindungsmittel 12.

Zur vorgespannten Halterung der Zellen 2 im Zellenhalter 3 ist bei der Ausführungsvariante nach Fig. 11 zumindest ein Federelement vorgesehen, das als Flächenelement 34 ausgeführt ist. Konkret sind zumindest ein oberes Flächenelement 34 und zumindest ein unteres Flächenelement 34 vorgesehen. Die Sekundärbatterie 1 kann aber auch nur zumindest ein oberes Flächenelement 34 und

zumindest ein unteres Flächenelement 34 aufweisen.

Das obere Flächenelement 34 ist dabei so angeordnet, dass das obere Zellenhalterelement 4 zwischen diesem oberen Flächenelement 34 und den Zellen 2 ange-

ordnet ist.

Das untere Flächenelement 34 ist so angeordnet, dass das untere Zellenhalterelement 5 zwischen diesem unteren Flächenelement 34 und den Zellen 2 angeordnet

ist.

Das oder die Flächenelement(e) 34 erstrecken sich über mehrere Zellen 2, beispielsweise über sämtliche Zellen 2 eines Moduls der Sekundärbatterie 1. Beispielsweise kann sich das Flächenelement 34 über eine Anzahl an Zellen 2 zwischen 54 und 225 Zellen 2 erstrecken. Die genannten Werte dienen nur der Verdeutlichung Flächenerstreckung des Flächenelements 34 und sollen nicht die Er-

findung beschränkend verstanden werden.

Das oder die Flächenelement(e) 34 sind vorzugsweise als Metallblech(e) ausgebildet. Das oder die Flächenelement(e) 34 können aber auch aus einem anderen Werkstoff bestehen, beispielsweise einem polymeren, gegebenenfalls faserver-

stärkten Kunststoff.

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Das oder die Flächenelement(e) 34 kann/können eine Schichtdicke 35 aufweisen, die ausgewählt ist aus einem Bereich zwischen 0,6 mm und 3 mm, insbesondere aus einem Bereich zwischen 1 mm und 1,5 mm. Insbesondere im oberen Wer-

tebereich können das oder die Flächenelement(e) 34 auch das oder die voranste-

hend genannten Versteifungselement(e) 27 bilden, d.h. deren Funktion erfüllen.

Als Metall für das oder die Flächenelement(e) 34 kann z.B. ein Stahl vorgesehen

werden. Es können aber auch andere Metalle eingesetzt werden.

Sofern das (obere) Flächenelement 34 aus einem Metall besteht, kann dieses an der den Zellen 2 bzw. den Sammelschienen 8 zugewandten Oberfläche gegebenenfalls eine elektrisch isolierende Beschichtung aufweisen. Es kann aber auch

eine elektrische Isolationsschicht zwischen dem Flächenelement 34 und den Zellen 2 bzw. den Sammelschienen 8 vorgesehen werden. Die elektrische Isolierung zwischen diesen Elementen der Sekundärbatterie 1 kann aber auch anders erfol-

gen.

Das oder die Flächenelement(e) 34 können durch eine Vorbehandlung, z.B. eine thermische Vorbehandlung, bereits an sich vorgespannt sein. Es besteht nach einer anderen Ausführungsvariante aber auch die Möglichkeit, dass das oder die Flächenelement(e) 34 auf einer den Zellen 2 zugewandten Überfläche 36 einen Vorsprung 37 oder mehrere Vorsprünge 37 aufweist, wie dies in dem Ausschnitt eines Flächenelements 34 in Fig. 12 angedeutet ist. Die in Fig. 12 dargestellte runde Form des Vorsprungs ist dabei in Hinblick auf die Anlage an dem Zellenhalterelemente 4 oder 5 zwar von Vorteil aber nicht beschränkend zu verstehen. Über den zumindest einen Vorsprung 37 kann das Flächenelement 34 mittels der Verbindungsmittel 12 (siehe Fig. 11), wie z.B. der genannten Schrauben, in Richtung auf die Zellen 2 vorgespannt werden. Dabei kann pro Zelle 2 ein Verbindungsmittel 12 vorgesehen werden. Es können aber auch mehr oder weniger Verbindungsmittel 12 vorgesehen werden. Beispielsweise kann eine Anzahl an Verbindungsmittel 12 vorgesehen werden, der zwischen 60 % der Anzahl der Zellen 2 bis 200 % der Anzahl der Zellen 2 beträgt.

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Der zumindest eine Vorsprung 37 kann an der äußeren Oberfläche 38 des Flächenelements 34 ein entsprechend vertieftes Gegenstück aufweisen. Wie strichliert in Fig. 12 angedeutet, kann die äußere Oberfläche 38 aber auch frei von derartigen Vertiefungen sein. Der zumindest eine Versprung 37 wird dann bereits bei der Herstellung des Rohlings für das Flächenelement 34 berücksichtigt, sodass dieses zur Ausbildung des zumindest einen Vorsprungs 37 nicht nachträglich um-

geformt wird.

Der zumindest eine Vorsprung 37 kann auch anders ausgeführt sein. Weiter kann anstellte eine Vorsprungs 37 auch zumindest ein Zwischenelement zwischen dem Flächenelement 37 und dem Zellenhalterelement 4 oder 5 vorgesehen werden, mit dem ebenfalls der Effekt erreicht wird, dass das Flächenelement 37 teilweise beabstandet zum Zellenhalterelement 4 oder 5 angeordnet werden kann und damit die Vorspannkraft mittels der Verbindungsmittel 12 aufgebracht werden kann. Generell können die Verbindungsmittel 12 als Zugelemente in der Sekundärbatterie 1 wirken. Die Verbindungsmittel 12 können daher auch anders ausgeführt sein,

beispielsweise als Zugstäbe.

Es kann nur ein einziger Vorsprung 37 am Flächenelement 34 vorgesehen werden, der z.B. mittig angeordnet ist und sich über die gesamte Länge oder die gesamte Breite des Flächenelements 34 erstreckt. Vorzugsweise sind aber mehrere Vorsprünge 34 vorgesehen, beispielsweise noppenartige Vorsprünge 34 oder Sicken, die in Art eines Musters regelmäßig angeordnet sind. Das Muster kann sich dabei nach der Anzahl an Zellen 2 in der Sekundärbatterie 1 bzw. im Modul der Sekundärbatterie 1 richten. Die Ausbildung mit dem zumindest einen Vorsprung 37 bzw. mit Sicken kann alternativ oder zusätzlich zu einem ebenflächigen Flächenelement 34 vorgesehen werden. Wenn nur ein oder mehrere ebene(s) Flächenelement(e) 34 eingesetzt werden, hat dieses bzw. haben diese vorzugsweise eine relativ hohe Streckgrenze. Beispielsweise kann das oder können die Fe-

derelement(e) 34 aus einem Federstahl bestehen.

Wie in Fig. 11 strichliert angedeutet, kann nach einer Ausführungsvariante vorge-

sehen werden, dass zwischen der Sammelschiene 8 und dem oberen Flächenele-

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mente 34 eine Isolierschicht 39 aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff, beispielsweise einem Kunststoff, vorgesehen ist. Die elektrische Isolierung zwischen der Sammelschien 8 bzw. generell den Polen der Zellen 2 und dem darüber ange-

ordneten Flächenelemente 34 kann auch anders ausgeführt werden.

Der Ausdruck „darüber angeordnet“ bedingt, dass die Pole der Zellen nach oben ausgerichtet sind. Sollte dies anders sein, beispielsweise (die) Pole nach unten ausgerichtet sind, dann ist „darüber“ durch „darunter“ zu ersetzen bzw. entspre-

chend der Lage von Polen oder der Pole zu adaptieren.

Die Sammelschiene 8 kann so ausgeführt sein, dass sie sowohl die Pluspole 6 untereinander (miteinander) als auch die Minuspole 7 untereinander (miteinander)

elektrisch leitend miteinander verbindet.

Das in Fig. 11 untere Flächenelement 34 kann gemäß einer Ausführungsvariante, insbesondere kreisrunde, Öffnungen bzw. Durchbrüche 40 unter jeder Zelle 2 aufweisen, durch die jede Zelle 2 entgasen kann, wie dies bereits voranstehend ausgeführt wurden. Für diese Ausführungsvariante sind die elektrischen Pole der Zellen 2 vorzugsweise an einer Seite der Sekundärbatterie 1 angeordnet, wie dies

ebenfalls bereits voranstehend ausgeführt wurde.

Nach einer weiteren Ausführungsvariante kann vorgesehen sein, dass zwischen dem Zellenhalterelement 5 und unteren Flächenelement 34 eine hitzebeständige Schicht 41 angeordnet wird. Mit dieser können die Durchbrüche 40 im Normalbetrieb abgedeckt werden. Sollte eine Zelle 2 auszugasen beginnen, kann die Schicht 41 aufgrund des sich aufbauenden Druckes durch diese ventilierende Zelle 2 durchschlagen werden. Durch die Schicht 41 kann dabei verhindert werden, das die heißen Gase zurück an die anderen/benachbarten Zellen 2 gelangen können. Gegebenenfalls kann die Schicht 41 unterhalb jedes Durchbruchs 40 eine

Sollbruchstelle aufweisen.

Die Ausführungsbeispiele zeigen mögliche Ausführungsvarianten der Sekundärbatterie 1 bzw. des Zellenhalters 3, wobei an dieser Stelle bemerkt sei, dass auch

Kombinationen der einzelnen Ausführungsvarianten untereinander möglich sind.

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Der Ordnung halber sei abschließend darauf hingewiesen, dass zum besseren Verständnis des Aufbaus der Sekundärbatterie 1 bzw. des Zellenhalters 3 diese

nicht notwendigerweise maßstäblich dargestellt sind.

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27

Bezugszeichenliste

Sekundärbatterie Zelle

Zellenhalter Zellenhalterelement Zellenhalterelement Pluspol

Minuspol Sammelschiene Kontaktelement Aufnahmeelement Aufnahmeelement Verbindungsmittel Axialelement Radialelement Aufstandsfläche Mantelfläche Aufnahme Aufnahmewand Abschnitt

Abschnitt Anbindungsabschnitt Abstand Sollbruchstelle Ausnehmung Vorsprung Durchbruch Versteifungselement Versteifungselement Übermaß

Temperierelemente

31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41

Expansionsvolumen Distanzelement Fluidversorgungsanschluss Flächenelement Schichtdicke Oberfläche Vorsprung Oberfläche Isolierschicht Durchbruch

Schicht

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Patentansprüche

1. Zellenhalter (3) für eine Mehrzahl an Zellen (2) für die Speicherung von elektrischer Energie einer Sekundärbatterie (1), umfassend ein oberes Zellenhalterelement (4) und ein damit verbindbares unteres Zellenhalterelement (5), wobei das obere Zellenhalterelement (4) obere Aufnahmeelemente (10) und das untere Zellenhalterelement (5) untere Aufnahmeelemente (11) für die Zellen (2) aufwei-

sen, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einem von dem oberen und unteren Zellenhalterelement (4, 5) ein federelastisches Axialelement (13) oder mehrere federelastische Axialelemente (13) für die Kraftbeaufschlagung der Zellen (2) in der Axialrichtung und/oder ein federelastisches Radialelement (14) oder meh-

rere federelastische Radialelemente (14) für die Kraftbeaufschlagung der Zellen

(2) in der Radialrichtung angeordnet ist oder sind.

2. Zellenhalter (3) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die fe-

derelastischen Axialelemente (13) Aufstandsflächen (15) für die Zellen (2) bilden.

3. Zellenhalter (3) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die federelastischen Axialelemente (13) ringförmig oder zungenförmig oder schei-

benförmig ausgebildet sind.

4. Zellenhalter (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die federelastischen Axialelemente (13) einstückig mit dem unteren

oder oberen Zellenhalterelement (5, 4) ausgebildet sind.

5. Zellenhalter (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die federelastischen Axialelemente (13) ein Adhäsiv aufweisen

oder daraus bestehen.

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6. Zellenhalter (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das obere Zellenhalterelement (4) und das untere Zellenhalterelement (5) über Verbindungselemente (12) miteinander verbunden sind, wofür im oberen Zellenhalterelement (4) und unteren Zellenhalterelement (5) Ausnehmungen zur Aufnahme der Verbindungselemente (12) ausgebildet sind, die im oberen Zellenhalterelement (4) von oberen Zellenhalterwänden und im unteren Zellenhalterelement (5) von unteren Zellenhalterwänden umgeben sind, wobei die federelastischen Radialelemente (14) von den oberen und/oder unteren Zellenhalterwänden gebildet sind und/oder die oberen und unteren Zellenhalterwände die fe-

derelastischen Radialelemente (14) aufweisen.

7. Zellenhalter (3) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die federelastischen Radialelemente (14) Vorsprünge (25) aufweisen, die in Aufnahmen (17) für die Zellen (2) des oberen Zellenhalterelements (4) oder des unteren Zel-

lenhalterelements (5) hineinragen.

8. Zellenhalter (3) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass in den oberen und/oder unteren Zellenhalterwänden Durchbrüche (26) vorgesehen sind, die an die Aufnahmen für die Verbindungsmittel (12) angrenzend angeordnet

sind.

9. Zellenhalter (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass am oberen Zellenhalterelement (4) ein, insbesondere plattenförmiges, oberes Versteifungselement (27) und/oder am unteren Zellenhalterelement (5) ein, insbesondere plattenförmiges, unteres Versteifungselement (28) angeord-

net ist.

10. Zellenhalter (3) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das obere Versteifungselement (27) mit dem oberen Zellenhalterelement (4) und/oder das untere Versteifungselement (28) mit dem unteren Zellenhalterelement (5) ver-

bunden ist, insbesondere stoffschlüssig verbunden ist.

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11. Sekundärbatterie (1) umfassend eine Mehrzahl von Zellen (2) für die Speicherung von elektrischer Energie, die in einem Zellenhalter (3) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass oberhalb und/oder unterhalb der Zellen (2) zumindest ein Federelement zur vorgespannten Anordnung der Zellen (2) ange-

ordnet ist.

12. Sekundärbatterie (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Zellenhalter (3) entsprechend einem der Ansprüche 1 bis 10 ausgebildet ist und ein oberes Zellenhalterelement (4) und einem unteres Zellenhalterelement (5)

aufweist.

13. Sekundärbatterie (1) nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement durch ein sich über mehrere Zellen (2) erstreckendes

Flächenelement (34) gebildet ist.

14. Sekundärbatterie (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass

das Flächenelement (34) ein Metallblech ist.

15. Sekundärbatterie (1) nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Flächenelement (34) auf einer den Zellen (2) zugewandten Überflä-

che (36) einen Vorsprung (37) oder mehrere Vorsprünge (37) aufweist.

16. Sekundärbatterie (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement oder die Federelemente mit mehreren Ver-

bindungsmittelns (12) vorgespannt sind.

17. Sekundärbatterie (1) nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Zellen (2) in das obere Zellenhalterelement (4) und/oder

das untere Zellenhalterelement (5) eingepresst sind.

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18. Sekundärbatterie (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Zellen (2) ein oder mehrere Temperierelemente

(30) angeordnet sind.

19. Sekundärbatterie (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Pluspole (6) und die Minuspole (7) aller Zellen (2) auf der

gleichen Seite des Zellhalters (3) angeordnet sind.

20. Sekundärbatterie (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das untere Zellenhalterelement (5) unterhalb der Zellen (2) Ex-

pansionsvolumina (31) aufweist.

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Claims (18)

Patentansprüche

1. Zellenhalter (3) für eine Mehrzahl an Zellen (2) für die Speicherung von elektrischer Energie einer Sekundärbatterie (1), umfassend ein oberes Zellenhalterelement (4) und ein damit verbindbares unteres Zellenhalterelement (5), wobei das obere Zellenhalterelement (4) obere Aufnahmeelemente (10) und das untere Zellenhalterelement (5) untere Aufnahmeelemente (11) für die Zellen (2) aufweisen, und wobei in zumindest einem von dem oberen und unteren Zellenhalterelement (4, 5) ein federelastisches Axialelement (13) oder mehrere federelastische Axialelemente (13) für die Kraftbeaufschlagung der Zellen (2) in der Axialrichtung und/oder ein federelastisches Radialelement (14) oder mehrere federelastische Radialelemente (14) für die Kraftbeaufschlagung der Zellen (2) in der Radialrichtung angeordnet ist oder sind, dadurch gekennzeichnet, dass am oberen Zellenhalterelement (4) ein, insbesondere plattenförmiges, oberes Versteifungselement (27) und/oder am unteren Zellenhalterelement (5) ein, insbesondere plattenförmiges, unteres Versteifungselement (28) angeordnet ist.

2. Zellenhalter (3) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die federelastischen Axialelemente (13) Aufstandsflächen (15) für die Zellen (2) bilden.

3. Zellenhalter (3) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die federelastischen Axialelemente (13) ringförmig oder zungenförmig oder scheibenförmig ausgebildet sind.

4. Zellenhalter (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die federelastischen Axialelemente (13) einstückig mit dem unteren oder oberen Zellenhalterelement (5, 4) ausgebildet sind.

5. Zellenhalter (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die federelastischen Axialelemente (13) ein Adhäsiv aufweisen

oder daraus bestehen.

A50298/2024 (uZ: A2024/88438-AT)

42/45 ZULETZT VORGELEGTE ANSPRÜCHE

6. Zellenhalter (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das obere Zellenhalterelement (4) und das untere Zellenhalterelement (5) über Verbindungselemente (12) miteinander verbunden sind, wofür im oberen Zellenhalterelement (4) und unteren Zellenhalterelement (5) Ausnehmungen zur Aufnahme der Verbindungselemente (12) ausgebildet sind, die im oberen Zellenhalterelement (4) von oberen Zellenhalterwänden und im unteren Zellenhalterelement (5) von unteren Zellenhalterwänden umgeben sind, wobei die federelastischen Radialelemente (14) von den oberen und/oder unteren Zellenhalterwänden gebildet sind und/oder die oberen und unteren Zellenhalterwände die federelastischen Radialelemente (14) aufweisen.

7. Zellenhalter (3) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die federelastischen Radialelemente (14) Vorsprünge (25) aufweisen, die in Aufnahmen (17) für die Zellen (2) des oberen Zellenhalterelements (4) oder des unteren Zellenhalterelements (5) hineinragen.

8. Zellenhalter (3) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass in den oberen und/oder unteren Zellenhalterwänden Durchbrüche (26) vorgesehen sind, die an die Aufnahmen für die Verbindungsmittel (12) angrenzend angeordnet sind.

9. Zellenhalter (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das obere Versteifungselement (27) mit dem oberen Zellenhalterelement (4) und/oder das untere Versteifungselement (28) mit dem unteren Zellenhalterelement (5) verbunden ist, insbesondere stoffschlüssig verbunden ist.

10. Sekundärbatterie (1) umfassend eine Mehrzahl von Zellen (2) für die Speicherung von elektrischer Energie, die in einem Zellenhalter (3) mit einem oberen und einem unteren Zellenhalterelement (4, 5) angeordnet sind, wobei oberhalb und/oder unterhalb der Zellen (2) zumindest ein Federelement zur vorgespannten Anordnung der Zellen (2) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement durch ein sich über mehrere Zellen (2) erstreckendes Flächenelement

A50298/2024 (uZ: A2024/88438-AT)

43/45 ZULETZT VORGELEGTE ANSPRÜCHE

(34) gebildet ist, das oberhalb des oberen Zellenhalterelements (4) oder unterhalb des unteren Zellenhalterelements (5) des Zellenhalters (3) angeordnet ist.

11. Sekundärbatterie (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Zellenhalter (3) entsprechend einem der Ansprüche 1 bis 9 ausgebildet.

12. Sekundärbatterie (1) nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Flächenelement (34) ein Metallblech ist.

13. Sekundärbatterie (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Flächenelement (34) auf einer den Zellen (2) zugewandten Überfläche (36) einen Vorsprung (37) oder mehrere Vorsprünge (37) aufweist.

14. Sekundärbatterie (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement oder die Federelemente mit mehreren Verbindungsmittelns (12) vorgespannt sind.

15. Sekundärbatterie (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Zellen (2) in das obere Zellenhalterelement (4) und/oder

das untere Zellenhalterelement (5) eingepresst sind.

16. Sekundärbatterie (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Zellen (2) ein oder mehrere Temperierelemente (30) angeordnet sind.

17. Sekundärbatterie (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Pluspole (6) und die Minuspole (7) aller Zellen (2) auf der gleichen Seite des Zellhalters (3) angeordnet sind.

A50298/2024 (uZ: A2024/88438-AT)

44/45 ZULETZT VORGELEGTE ANSPRÜCHE

18. Sekundärbatterie (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das untere Zellenhalterelement (5) unterhalb der Zellen (2) Ex-

pansionsvolumina (31) aufweist.

A50298/2024 (uZ: A2024/88438-AT)

45/45 ZULETZT VORGELEGTE ANSPRÜCHE