DE102010012930A1 - Battery i.e. heavy-duty battery, for storing traction energy in e.g. electrical propelled car, has clamping devices designed as tie rods, where devices comprise elastic spring in stacking direction - Google Patents

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Abstract

The battery (1) has battery single cells (2) i.e. coffee bag type cells, clamped between two plates (4) to form a stack (3) using clamping devices (5). The clamping devices are designed as tie rods, and comprise an elastic spring element (7) in stacking direction. The spring and an element of the clamping device adjust bias. One of the plates is firmly connected with the battery housing and the other plate is movably mounted opposite to the housing. The single cells are formed by utilizing lithium ion process.

Description

Die Erfindung betrifft eine Batterie mit einem Stapel von Batterieeinzelzellen nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.The invention relates to a battery with a stack of battery cells according to the closer defined in the preamble of claim 1.

Als Batterien, insbesondere als Hochleistungsbatterien zur Speicherung von Traktionsenergie in einem zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeug, sind Batterien mit Stapeln von Batterieeinzelzellen bekannt. Die Batterieeinzelzellen können dabei in Lithium-Ionen-Technologie ausgebildet sein. Eine typische Bauform für derartige Batterieeinzellen ist die sogenannte Flachzelle, welche im Wesentlichen flach ausgebildet ist und die Form eines flachen Quaders aufweist. Derartige Flachzellen werden dann zu einem Stapel von Batterieeinzelzellen gestapelt. Die Batterie selbst wird nun von einem oder mehreren derartigen Stapeln, welche auch als Modul bezeichnet werden, gebildet.As batteries, in particular as high-performance batteries for storing traction energy in an at least partially electrically driven vehicle, batteries with stacks of battery individual cells are known. The battery cells can be formed in lithium-ion technology. A typical design for such battery cells is the so-called flat cell, which is substantially flat and has the shape of a flat cuboid. Such flat cells are then stacked into a stack of battery cells. The battery itself is now formed by one or more such stacks, which are also referred to as module.

Ein solcher Aufbau einer Batterie aus einem Stapel von im Wesentlichen flach ausgebildeten Batterieeinzelzellen lässt sich beispielhaft der US 5,756,227 entnehmen. Um die einzelnen Flachzellen nun zu dem Stapel und damit zur Batterie oder einem Batteriemodul zu verbinden, sind diese typischerweise zwischen wenigstens zwei Platten oder Endplatten verspannt. Zum Verbinden dieser Endplatten dienen in dem Aufbau gemäß dem oben genannten US-Patent entsprechende Stangen, welche diese Endplatten miteinander verbinden und in dem dort dargestellten Fall die Batterieeinzelzellen entlang von in ihnen eingebrachten Nuten formschlüssig halten.Such a construction of a battery from a stack of substantially flat battery individual cells can be exemplified by US 5,756,227 remove. To connect the individual flat cells now to the stack and thus to the battery or a battery module, they are typically clamped between at least two plates or end plates. For connecting these end plates in the structure according to the above-mentioned US patent corresponding bars are used, which connect these end plates together and in the case shown there hold the battery individual cells along grooves introduced in them positively.

Aus dem allgemeinen Stand der Technik ist es ferner bekannt, neben dieser formschlüssigen Halterung beim Aufbau einer Batterie aus einer Vielzahl von Batterieeinzelzellen alternativ oder ergänzend Spanneinrichtungen einzusetzen. Derartige Spanneinrichtungen können beispielsweise Spannbänder oder Zuganker sein, welche die wenigstens zwei Platten so miteinander verspannen, dass die zwischen ihnen angeordneten Batterieeinzelzellen zu dem Modul aus Batterieeinzelzellen oder zu der Batterie verspannt und mechanisch stabilisiert werden.From the general state of the art, it is also known to use clamping devices in addition to this positive mounting when building a battery from a plurality of individual battery cells alternatively or additionally. Such clamping devices may be, for example, straps or tie rods, which brace the at least two plates together so that the individual battery cells arranged between them are clamped to the module from battery individual cells or to the battery and mechanically stabilized.

Nun ist es insbesondere bei Lithium-Ionen-Zellen so, dass diese je nach Ladezustand eine gewisse Änderung ihres elektro-chemische aktiven Volumens erfahren. Derartige Flachzellen in Lithium-Ionen-Technologie sind typischerweise als Rahmenflachzellen aufgebaut, welche zwei Deckelemente aufweisen, welche durch einen Rahmen voneinander getrennt sind, oder sie sind als sogenannte Coffeebag-Zellen oder Pouch-Zellen aufgebaut, bei welchen das elektrochemisch aktive Material in eine Art Beutel eingebracht und gegenüber der Umgebung abgedichtet ist. Unabhängig von der Bauart wird es, wie bereits erwähnt, je nach Ladezustand der Batterieeinzelzelle zu einer entsprechenden Volumenänderung kommen. Die Batterieeinzelzelle wird sich also entsprechend ausdehnen oder zusammenziehen. Man spricht hierbei auch von einem „Atmen” der Batterieeinzelzellen. Besonders kritisch ist diese Volumenänderung nun in Stapelrichtung der Batterie. Da typischerweise eine Vielzahl von Batterieeinzelzellen zu einem Modul oder der Batterie gestapelt sind, addiert sich eine Volumenänderung der typischerweise gleichmäßig geladenen oder entladenen Batterieeinzelzellen des Stapels auf. Der gesamte Stapel erfährt damit eine deutliche Längenausdehnung oder -verkürzung.Now, especially with lithium-ion cells, they experience a certain change in their electrochemical active volume, depending on the state of charge. Such flat cells in lithium-ion technology are typically constructed as Rahmenflachzellen, which have two cover elements, which are separated by a frame, or they are constructed as so-called Coffeebag cells or Pouch cells in which the electrochemically active material into a kind Bag is introduced and sealed from the environment. Regardless of the type, it will, as already mentioned, depending on the state of charge of the battery single cell come to a corresponding change in volume. The single battery cell will therefore expand or contract accordingly. One speaks here also of a "breathing" of the battery individual cells. This volume change is now particularly critical in the stacking direction of the battery. Since typically a plurality of battery cells are stacked into a module or the battery, a volume change of the typically uniformly charged or discharged battery cells of the stack is added up. The entire stack thus experiences a significant length expansion or shortening.

Nun ist es außerdem so, dass die Batterieeinzelzellen bei zu großem Druck auf die typischerweise lagenförmig ausgebildeten Elektroden und Elektrolytschichten in ihrem Inneren beschädigt werden. Es kann also durch eine zu hohe Flächenpressung aufgrund des Ladens der Batterie zu einer Beschädigung und/oder Verkürzung der möglichen Lebensdauer der Batterie kommen.Now it is also the case that the battery cells are damaged by excessive pressure on the typically layer-shaped electrodes and electrolyte layers in their interior. It can therefore come through a too high surface pressure due to the charging of the battery to damage and / or shortening of the possible life of the battery.

Es ist nun die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung, eine Batterie mit Flachzellen zu schaffen, welche in einem herkömmlichen Aufbau realisiert werden kann, und bei welcher die oben genannten Nachteile vermieden werden können.It is now the object of the present invention to provide a battery with flat cells, which can be realized in a conventional structure, and in which the above-mentioned disadvantages can be avoided.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.According to the invention this object is achieved by the features mentioned in the characterizing part of claim 1.

Dadurch, dass die Spanneinrichtungen in Stapelrichtung wenigstens ein federelastisches Element aufweisen, können die Spanneinrichtungen, beispielsweise Spannbänder oder Zuganker, sich bei einer Ausdehnung der Batterieeinzelzellen und damit einer Längung des Stapels an Batterieeinzelzellen entsprechend dehnen, ohne einen definierten Druck auf jede einzelne der Batterieeinzelzellen zu überschreiten. Durch eine geeignete Wahl des elastischen Elements kann so der Druck innerhalb des Zellenstapels gleichmäßig verteilt werden und eine Längung oder Verkürzung des gesamten Stapels entsprechend ausgeglichen werden. Damit wird ein zu hoher Druck in den Einzelzellen und eine daraus resultierende Beschädigung der Batterieeinzelzellen vermieden.Due to the fact that the clamping devices have at least one resilient element in the stacking direction, the clamping devices, for example tension bands or tie rods, can expand correspondingly with an expansion of the battery individual cells and thus an elongation of the stack of battery individual cells, without exceeding a defined pressure on each individual battery cell , By a suitable choice of the elastic element so the pressure within the cell stack can be evenly distributed and a lengthening or shortening of the entire stack are compensated accordingly. This avoids excessive pressure in the individual cells and resulting damage to individual battery cells.

Mit diesem einfachen und effizienten Aufbau lässt sich somit eine Batterie schaffen, welche sehr einfach und kostengünstig die eingangs geschilderte Problematik vermeidet.With this simple and efficient design can thus create a battery that avoids the problems described above very simple and inexpensive.

Gemäß einer sehr vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Aufbaus ist es ferner vorgesehen, dass der Stapel zwischen zwei Platten angeordnet ist, wobei eine der Platten fest mit einem Batteriegehäuse verbunden und die andere Platte beweglich gegenüber dem Batteriegehäuse gelagert ist.According to a very advantageous embodiment of the structure according to the invention, it is further provided that the stack between two plates is arranged, wherein one of the plates fixed to a Battery housing connected and the other plate is movably mounted relative to the battery case.

Dieser Aufbau in der Art einer Festlagerung und einer Loslagerung erlaubt es, dass der Stapel als Ganzes über das Festlager an der einen Platte sicher und zuverlässig in dem Batteriegehäuse gehalten wird. Über ein Loslager der anderen Platte, beispielsweise eine in Stapelrichtung verlaufende Nut oder dergleichen, kann dann erreicht werden, dass der Stapel sich insgesamt in seiner Länge ausdehnen kann, ohne eine Verwindung und entsprechende Querkräfte zu erfahren, welche eine entsprechende Beschädigung des Stapels nach sich ziehen könnten.This construction in the manner of a fixed bearing and a floating bearing allows the stack as a whole to be held securely and reliably in the battery case via the fixed bearing on the one plate. By means of a movable bearing of the other plate, for example a groove running in the direction of stacking or the like, it can then be achieved that the stack can expand overall in its length without experiencing any distortion and corresponding transverse forces which entail corresponding damage to the stack could.

In einer besonders günstigen und vorteilhaften Alternative hierzu ist es dabei vorgesehen, dass der Stapel zwischen zwei Platten angeordnet ist, und eine weiter Platte in dem Stapel aufweist, wobei die weitere Platte fest mit einem Batteriegehäuse verbunden ist und die anderen zwei Platten beweglich gegenüber dem Batteriegehäuse gelagert sind.In a particularly favorable and advantageous alternative to this, it is provided that the stack is arranged between two plates, and has a further plate in the stack, wherein the further plate is fixedly connected to a battery housing and the other two plates movable relative to the battery housing are stored.

Diese Alternative greift im Wesentlichen den zuvor dargelegten Aufbau erneut auf und bietet eine vergleichbare Lösung an. Da bei Batterien, wie sie beispielsweise zur Speicherung von Traktionsenergie in Elektrofahrzeugen oder Hybridfahrzeugen eingesetzt werden, entsprechend hohe Spannungen gefordert sind, ist die Zahl der Batterieeinzelzellen typischerweise sehr hoch. Damit kommt es zu einer sehr starken Ausdehnung des Stapels an Batterieeinzelzellen, wenn dieser „atmet”. Um die Längenausdehnung nicht über die gesamte Länge der Zuganker oder Spannbänder in dem Zellenstapel realisieren zu müssen, wird in dieser Variante der erfindungsgemäßen Batterie ein Aufbau gewählt, bei dem beispielsweise in der Mitte eine weitere Platte angeordnet ist. Diese Platte ist fest gegenüber dem Batteriegehäuse gelagert, während die beiden anderen Platten in Stapelrichtung beweglich gelagert sind. Im Gegensatz zu einer Lagerung der einen Platte am einen Ende des Stapels und einer Loslagerung der anderen Platte wird dieser Aufbau mit einer Festlagerung in der Mitte des Zellenstapels und zwei Loslagern an den Enden des Zellenstapels für jede der Platten an den Enden des Zellenstapels eine deutlich geringere Wegstrecke an notwendiger Bewegung erreicht. Der Aufbau kann damit entsprechend vereinfacht werden, da die Beweglichkeit der beiden Platten an den Enden des Zellenstapels entsprechend kleiner dimensioniert werden kann.This alternative essentially takes up the structure set out above again and offers a comparable solution. As with batteries, such as those used for storing traction energy in electric vehicles or hybrid vehicles, correspondingly high voltages are required, the number of individual battery cells is typically very high. This results in a very strong expansion of the stack of battery cells when it "breathes". In order not to have to realize the longitudinal extent over the entire length of the tie rods or tension bands in the cell stack, a design is selected in this variant of the battery according to the invention, in which, for example, in the middle of a further plate is arranged. This plate is fixedly mounted relative to the battery case, while the other two plates are movably mounted in the stacking direction. In contrast to a storage of a plate at one end of the stack and a floating storage of the other plate, this construction with a fixed storage in the middle of the cell stack and two loose bearings at the ends of the cell stack for each of the plates at the ends of the cell stack is a significantly lower Distance reached at necessary movement. The structure can thus be simplified accordingly, since the mobility of the two plates at the ends of the cell stack can be dimensioned correspondingly smaller.

In einer weiteren sehr günstigen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Batterie ist es letztlich auch vorgesehen, dass die Platten im Bereich der Flächen, welche mit Batterieeinzelzellen in Kontakt stehen, ein Gleitelement aufweisen. Ein solches Gleitelement kann beispielsweise eine zwischengelegte Folie, beispielsweise aus Polytetrafluorethylen oder dergleichen, sein. Es ist auch denkbar, dass auf die Platten oder die Batterieeinzelzelle eine entsprechende Beschichtung aufgetragen oder auch ein Gleitmittel wie Silikon, Keramikpaste oder dergleichen eingebracht wird, welche für ein ausreichendes Gleiten sorgt. Damit wird ein Gleiten quer zur Stapelrichtung erleichtert. beispielsweise durch eine Beschichtung, eine Folie Dadurch wird die auch in Querrichtung zur Stapelrichtung auftretende Bewegung beim Atmen der Batterieeinzelzellen erleichtert und auf den Stapel wirkende Querkräfte sowie ein Verbiegen des Stapels quer zur Stapelrichtung kann verhindert werden.In a further very favorable embodiment of the battery according to the invention, it is ultimately also provided that the plates have a sliding element in the region of the surfaces which are in contact with battery individual cells. Such a sliding element may for example be an interposed film, for example made of polytetrafluoroethylene or the like. It is also conceivable that a corresponding coating is applied to the plates or the battery single cell or a lubricant such as silicone, ceramic paste or the like is introduced, which ensures sufficient sliding. This facilitates sliding across the stacking direction. For example, by a coating, a film This also facilitates the movement occurring in the transverse direction to the stacking direction when breathing the battery cells and acting on the stack shear forces and bending of the stack transverse to the stacking direction can be prevented.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Batterie ergeben sich aus den restlichen abhängigen Ansprüchen und werden anhand des Ausführungsbeispiels deutlich, welches nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert ist.Further advantageous embodiments of the battery according to the invention will become apparent from the remaining dependent claims and will be apparent from the embodiment, which is explained below with reference to the figures.

Dabei zeigen:Showing:

1 eine Draufsicht auf eine beispielhafte Batterie; 1 a plan view of an exemplary battery;

2 einen vergrößerten Ausschnitt aus 1 in einer Schnittdarstellung; und 2 an enlarged section 1 in a sectional view; and

3 eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Batterie. 3 a side view of another embodiment of the battery according to the invention.

In 1 ist ein möglicher Aufbau einer Batterie 1 prinzipmäßig dargestellt. Die Batterie 1 besteht dabei aus einer Vielzahl von Batterieeinzelzellen 2, von welchen hier nur einige mit einem Bezugszeichen versehen sind. Die Batterieeinzelzellen 2 sind als sogenannte Flachzellen ausgebildet und zu einem Stapel 3 von Batterieeinzelzellen aufgestapelt. Dieser Stapel 3 der Batterieeinzelzellen 2 ist dabei in an sich bekannter Art und Weise elektrisch kontaktiert und kann, insbesondere bei einer Ausführung der Batterieeinzelzellen 2 in Lithium-Ionen-Technologie, über eine geeignete Kühlung verfügen. Der Stapel 3 der Batterieeinzelzellen 2 ist zwischen zwei Platten 4 über Spanneinrichtungen 5 entsprechend verspannt. Die Spanneinrichtungen 5 können dabei grundsätzlich in beliebiger Art und Weise ausgebildet sein, besonders gängig sind bei derartigen Batterien 1 Spannbänder oder Zuganker zum Verspannen der beiden Platten 4. In der hier gewählten Darstellung der 1 sind die Spanneinrichtungen 5 als Zuganker ausgebildet, welche mit den Platten 4 beispielsweise durch Verschrauben oder dergleichen fest verbunden sind.In 1 is a possible construction of a battery 1 shown in principle. The battery 1 consists of a large number of individual battery cells 2 of which only a few are provided with a reference numeral here. The battery cells 2 are formed as so-called flat cells and a stack 3 stacked by battery cells. This pile 3 the battery cells 2 In this case, it is electrically contacted in a manner known per se and can, in particular in the case of an embodiment of the individual battery cells 2 in lithium-ion technology, have a suitable cooling. The stack 3 the battery cells 2 is between two plates 4 over clamping devices 5 clamped accordingly. The clamping devices 5 can in principle be formed in any manner, are particularly common in such batteries 1 Tensioning bands or tie rods for bracing the two plates 4 , In the chosen representation of the 1 are the clamping devices 5 formed as a tie rod, which with the plates 4 For example, by screwing or the like are firmly connected.

Nun kommt es beim Laden und Entladen der Batterieeinzelzellen zu einer Variation ihres Volumens in Abhängigkeit des Ladezustands. Diese als Atmen bezeichnete Volumenänderung kann bei üblichen Flachzellen in Lithium-Ionen-Technologie, welche beispielsweise eine Dicke in Stapelrichtung von ca. 10–15 mm aufweisen, durchaus in einer Größenordnung von ca. 0,1–0,4 mm liegen. Wird die Batterie 1 nun zur Speicherung von Traktionsenergie in einem Elektrofahrzeug, einem Hybridfahrzeug, einem Brennstoffzellenfahrzeug oder dergleichen eingesetzt, so sind entsprechend hohe Spannungen der Batterie 1 notwendig. Die Anzahl der Batterieeinzelzellen 2 wird also entsprechend hoch liegen, im Allgemeinen sicher deutlich höher, als in der Darstellung der 1. Eine Ausdehnung jeder einzelnen der Batterieeinzelzellen 2 in Stapelrichtung um beispielsweise 0,2–0,3 mm führt also insgesamt zu einer deutlichen Längenausdehnung beziehungsweise Längenverkürzung des Stapels 3, je nach Ladezustand der Batterie 1. Die in der Darstellung der 1 als Zuganker ausgebildeten Spanneinrichtungen 5 weisen daher geeignete Elemente zum Ausgleich einer solchen Längenausdehnung auf, welche in 1 nur prinzipmäßig dargestellt und mit dem Bezugszeichen 6 bezeichnet sind. Diese Elemente 6 können dabei im Prinzip beliebig aufgebaut sein und müssen lediglich ein federelastisches Element 7 aufweisen, welches eine Elastizität der Spanneinrichtungen 5 in Stapelrichtung gewährleistet.Now it comes when charging and discharging the battery cells to a variation of their volume depending on the state of charge. This as Respiratory volume change may well be in the order of about 0.1-0.4 mm in conventional flat cells in lithium-ion technology, which for example have a thickness in the stacking direction of about 10-15 mm. Will the battery 1 now used for storing traction energy in an electric vehicle, a hybrid vehicle, a fuel cell vehicle or the like, so are correspondingly high voltages of the battery 1 necessary. The number of battery cells 2 will therefore be correspondingly high, in general certainly much higher, than in the representation of 1 , An extension of each individual battery cell 2 in the stacking direction by, for example, 0.2-0.3 mm thus leads overall to a significant length expansion or length shortening of the stack 3 , depending on the state of charge of the battery 1 , The in the presentation of the 1 tensioning devices designed as tie rods 5 Therefore, have suitable elements to compensate for such a longitudinal extent, which in 1 only shown in principle and with the reference numeral 6 are designated. These elements 6 can in principle be arbitrarily constructed and only need a spring-elastic element 7 which has an elasticity of the clamping devices 5 guaranteed in the stacking direction.

In der Schnittdarstellung der 2 ist nun beispielhaft ein solches Element 6 dargestellt. Die Spanneinrichtung 5 weist als federelastisches Element eine Feder 7 auf. Die Feder 7 ist hier als Druckfeder dargestellt und verspannt zwei Teilelemente 8, 9 des Zugankers 5 gegeneinander. Das Teilelement 8 kann dabei mit der einen der Platten 4 fest oder eingeschraubt verbunden sein. Über die Druckfeder ist es mit dem anderen Element 9 der Spanneinrichtung 5 verbunden, sodass die beiden Teilelemente 8, 9 gegen die Kraft der Feder 7 gegeneinander bewegt werden können. Das Teilelement 9 ist in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel außerdem über eine Schraube 10 als Element zum Einstellen einer Vorspannung mit der anderen Platte 4 verbunden. Je nachdem wie stark die Schraube 10 angezogen wird, wird sich die Länge der Schraube 10 in einem Gewinde des Teilelements 9 entsprechend ändern, wodurch sich die Gesamtlänge der Spanneinrichtung 5 ändert. Die Spanneinrichtung 5 kann also durch ein Anziehen der Schraube 10 fixiert und auf eine definierte Vorspannung vorgespannt werden. Die Feder 7 ist dabei idealerweise so ausgelegt, dass über den Verschiebeweg der Teilelemente 8, 9 im regulären Betrieb der Batterie 1 gegeneinander eine annähernd konstante Federkraft auftritt. Damit kann sichergestellt werden, dass die Batterieeinzelzellen 2 mit konstanter Kraft gegeneinander verspannt werden. Auch wenn es zu einem „Atmen” kommt, sich die Länge des gesamten Stapels 3 der Batterieeinzelzellen 2 also entsprechend verlängert oder verkürzt, wird aufgrund der Feder 7 und die im regulären Betriebsbereich konstante Federkraft immer dieselbe Kraft auf die Batterieeinzelzellen 2 einwirken. Damit ist ein idealer Betrieb der Batterie 1 gewährleistet, ohne dass einzelne der Batterieeinzelzellen 2 oder auch alle der Batterieeinzelzellen 2 aufgrund von zu hohen Drücken, beispielsweise bei einem schnellen Laden der Batterie 1, nachhaltig geschädigt werden.In the sectional view of 2 is now an example of such an element 6 shown. The clamping device 5 has a spring as a resilient element 7 on. The feather 7 is shown here as a compression spring and braces two sub-elements 8th . 9 of the tie rod 5 up to today. The subelement 8th can do it with one of the plates 4 be connected firmly or screwed. About the compression spring it is with the other element 9 the clamping device 5 connected so that the two sub-elements 8th . 9 against the force of the spring 7 can be moved against each other. The subelement 9 is in the embodiment shown here also via a screw 10 as an element for adjusting a bias voltage with the other plate 4 connected. Depending on how strong the screw 10 is tightened, the length of the screw will be 10 in a thread of the partial element 9 change accordingly, thereby increasing the overall length of the clamping device 5 changes. The clamping device 5 So can by tightening the screw 10 fixed and biased to a defined preload. The feather 7 is ideally designed so that over the displacement of the sub-elements 8th . 9 in regular operation of the battery 1 against each other an approximately constant spring force occurs. This can ensure that the individual battery cells 2 be braced against each other with constant force. Even if it comes to a "breathe", the length of the entire stack 3 the battery cells 2 So extended or shortened accordingly, is due to the spring 7 and the constant force in the regular operating range always the same force on the battery cells 2 act. This is an ideal operation of the battery 1 ensured, without any of the individual battery cells 2 or even all of the battery cells 2 due to excessive pressures, such as rapid charging of the battery 1 , sustainably damaged.

Aufgrund der federelastischen Elemente 7 in den Spanneinrichtungen 5 kann es nun beim „Atmen” der Batterieeinzelzellen 2 im Wesentlichen kräfteneutral zu einer deutlichen Längenänderung des Stapels 3 und damit der gesamten Batterie 1 kommen. Um durch diese aus den oben dargelegten Gründen gewollte Längenänderung des Stapels 3 keine Querkräfte auf die Batterieeinzelzellen 2 zu bekommen, ist es nun sinnvoll, die Batterie 1 so zu lagern, dass eine Längenausdehnung nicht zu einem Verkrümmen des Stapels 3 führt. In der Darstellung der 3 ist beispielhaft ein Aufbau gezeigt, welcher dies verhindern kann. Der Stapel 3 ist dabei in zwei Teilstapel unterteilt, indem in dem Aufbau der Batterie 1 gemäß 3 beispielhaft drei der Platten 4 angeordnet sind. Die beiden an den Enden des Stapels liegenden Platten 4 sollen in dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel über die Schrauben 10 entsprechend mit den Spanneinrichtungen 5 verbunden sein. Die in etwa in der Mitte des Stapels 3 angeordnete weitere Platte 4 soll fest mit den Spanneinrichtungen 5 verbunden sein. Dies wäre grundsätzlich selbstverständlich auch andersherum denkbar.Due to the elastic elements 7 in the clamping devices 5 Now it is possible to "breathe" the battery cells 2 essentially neutral to a significant change in length of the stack 3 and therefore the entire battery 1 come. In order to change the length of the stack as desired for the reasons explained above 3 no lateral forces on the battery cells 2 to get it now, it makes sense to use the battery 1 so store that a length extension does not cause the stack to warp 3 leads. In the presentation of the 3 By way of example, a structure is shown which can prevent this. The stack 3 is divided into two sub-stacks, adding in the structure of the battery 1 according to 3 exemplified three of the plates 4 are arranged. The two plates at the ends of the stack 4 should be in the in 3 illustrated embodiment on the screws 10 accordingly with the clamping devices 5 be connected. The roughly in the middle of the pile 3 arranged another plate 4 should firmly with the clamping devices 5 be connected. Of course, this would also be conceivable in other ways.

Die Batterie 1 selbst ist nun in einem Batteriegehäuse 11 angeordnet. In dem Batteriegehäuse 11 sind geeignete Lager 12, 13 für die Batterie 1 vorgesehen. Die beiden mit 12 bezeichneten Lager stützen die beiden Platten 4 am Ende des Zellstapels 3. Sie sind als sogenannte Loslager 12 ausgebildet und können beispielsweise über eine in Stapelrichtung verlaufende Nut oder dergleichen die beiden an den Enden des Zellstapels angeordneten Platten 4 so halten, dass diese entlang der beiden mit 14 bezeichneten Doppelpfeile, also in Richtung der Stapelrichtung, beweglich sind. Die mittlere der Platten 4 ist in einem Festlager 13 in dem Batteriegehäuse 11 gelagert. Dieses Festlager ist dabei so ausgebildet, dass keine Bewegung, insbesondere keine Bewegung in Stapelrichtung der Platte 4 gegenüber dem Batteriegehäuse 11 zugelassen wird. Dieser Aufbau mit einer Platte in der Mitte ist dabei besonders gut geeignet, um in Stapelrichtung sehr lange Zellstapel 3 zu lagern, da die auftretende Längenänderung sich dann auf die beiden Hälften aufteilt und auf jeder der Hälften nur den halben Weg beträgt. In Richtung der Doppelpfeile 14 muss das jeweilige Loslager 12 also keine so weite Wegstrecke verfahrbar sein, wie dies bei einer entsprechenden Lagerung mit einem Festlager auf der einen Seite des Stapels 3 und einem Loslager auf der anderen Seite des Stapels 3 der Fall wäre. Selbstverständlich ist auch dieser Aufbau bei Batterien 1 mit entsprechend geringer Zahl an Batterieeinzelzellen 2 problemlos realisierbar.The battery 1 itself is now in a battery case 11 arranged. In the battery case 11 are suitable bearings 12 . 13 for the battery 1 intended. The two with 12 designated bearings support the two plates 4 at the end of the cell stack 3 , They are as so-called floating bearings 12 formed and can, for example, via a running in the stacking direction groove or the like, the two arranged at the ends of the cell stack plates 4 so keep that along with the two 14 designated double arrows, ie in the direction of the stacking direction, are movable. The middle of the plates 4 is in a camp 13 in the battery case 11 stored. This bearing is designed so that no movement, in particular no movement in the stacking direction of the plate 4 opposite the battery case 11 is allowed. This construction with a plate in the middle is particularly well suited to stacking in very long cell stack 3 to store, since the occurring change in length is then divided on the two halves and on each of the halves is only half way. In the direction of the double arrows 14 must be the respective floating bearing 12 So no distance as far as moving, as with a corresponding storage with a fixed bearing on one side of the stack 3 and a floating bearing on the other side of the pile 3 the case would be. Of course, this structure is included batteries 1 with correspondingly small number of individual battery cells 2 easily realizable.

Der Aufbau erlaubt es nun, dass insgesamt durch das „Atmen” der Batterieeinzelzellen 2 keine oder nur minimale zusätzliche Kräfte auf die Batterie 1 einwirken. Das „Atmen” schädigt damit die Batterie 1 beziehungsweise die Batterieeinzelzellen 2 nicht und beeinflusst auch deren Lebensdauer nicht nachteilig.The structure now allows the total by the "breathing" of the battery cells 2 no or minimal additional forces on the battery 1 act. The "breathing" thus damages the battery 1 or the battery individual cells 2 not and also does not adversely affect their life.

Durch die Anordnung der Lagerung, wie sie beispielsweise in dem Ausführungsbeispiel der 3 dargestellt ist, werden außerdem Querkräfte, also Kräfte in Querrichtung zur Stapelrichtung, in der Batterie 1 minimiert. Um diese noch weiter zu minimieren, kann es dabei vorgesehen sein, dass zumindest zwischen den Platten 4 und den benachbart zu diesen Platten angeordneten Batterieeinzelzellen 2 geeignete Gleitelemente eingebracht werden. Diese können beispielsweise als Beschichtung, als eingebrachtes Gleitmittel oder auch als Folie oder dergleichen ausgebildet sein. Sie erlauben ein Gleiten der Batterieeinzelzellen an den Platten 4 quer zur Stapelrichtung und können so eventuell auftretende Querkräfte und daraus resultierende Beschädigungen, welche insbesondere bei in Folie verschweißten Batterieeinzelzellen 2 problematisch sein können, vermeiden. Prinzipiell wäre es selbstverständlich denkbar, derartige Gleitelemente nicht nur zwischen Batterieeinzelzellen 2 und Platten 4, sondern auch zwischen den Batterieeinzelzellen 2 selbst anzuordnen.Due to the arrangement of the storage, as used for example in the embodiment of 3 is shown, also lateral forces, ie forces in the transverse direction to the stacking direction, in the battery 1 minimized. To further minimize this, it may be provided that at least between the plates 4 and the battery cells arranged adjacent to these plates 2 suitable sliding elements are introduced. These may be formed, for example, as a coating, as an incorporated lubricant or as a film or the like. They allow the battery cells to slide on the plates 4 transverse to the stacking direction and can thus possibly occurring transverse forces and resulting damage, which in particular in foil-welded battery individual cells 2 avoid being problematic. In principle, it would of course be conceivable, such sliding elements not only between battery cells 2 and plates 4 but also between the battery cells 2 to arrange yourself.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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Claims (6)

Batterie mit einem Stapel von Batterieeinzelzellen, welche im Wesentlichen flach ausgebildet sind, wobei die Batterieeinzelzellen zwischen wenigstens zwei Platten mittels Spanneinrichtungen zu dem Stapel verspannt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Spanneinrichtungen (5) in Stapelrichtung wenigstens ein federelastisches Element (7) aufweisen.Battery having a stack of battery individual cells, which are formed substantially flat, wherein the battery cells are clamped between at least two plates by means of clamping devices to the stack, characterized in that the clamping devices ( 5 ) in the stacking direction at least one resilient element ( 7 ) exhibit. Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spanneinrichtungen (5) als Zuganker ausgebildet sind, wobei die Zuganker eine Feder (7) und ein Element (10) zum Einstellen einer Vorspannung aufweisen.Battery according to claim 1, characterized in that the clamping devices ( 5 ) are formed as tie rods, wherein the tie rods a spring ( 7 ) and an element ( 10 ) for adjusting a bias voltage. Batterie nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Stapel (3) zwischen zwei Platten (4) angeordnet ist, wobei eine der Platten (4) fest mit einem Batteriegehäuse (11) verbunden und die andere der Platten (4) beweglich gegenüber dem Batteriegehäuse (11) gelagert ist.Battery according to claim 1 or 2, characterized in that the stack ( 3 ) between two plates ( 4 ), one of the plates ( 4 ) fixed to a battery case ( 11 ) and the other of the plates ( 4 ) movable relative to the battery case ( 11 ) is stored. Batterie nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Stapel (3) zwischen zwei Platten (4) angeordnet ist, und eine weitere Platte (4) in dem Stapel (3) aufweist, wobei die weitere Platte (4) fest mit einem Batteriegehäuse (11) verbunden ist und die anderen zwei Platten (4) beweglich gegenüber dem Batteriegehäuse (11) gelagert sind.Battery according to claim 1 or 2, characterized in that the stack ( 3 ) between two plates ( 4 ) is arranged, and another plate ( 4 ) in the stack ( 3 ), wherein the further plate ( 4 ) fixed to a battery case ( 11 ) and the other two plates ( 4 ) movable relative to the battery case ( 11 ) are stored. Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Platten (4) im Bereich der Flächen, welche mit Batterieeinzelzellen (2) in Kontakt stehen, ein Gleitelement aufweisen.Battery according to one of Claims 1 to 4, characterized in that the plates ( 4 ) in the area of the surfaces, which with battery individual cells ( 2 ) are in contact, have a sliding element. Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterieeinzelzellen (2) in Lithium-Ionen-Technologie ausgebildet sind.Battery according to one of claims 1 to 5, characterized in that the battery individual cells ( 2 ) are formed in lithium-ion technology.
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