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Die Erfindung betrifft eine Batterie mit einem Stapel von Batterieeinzelzellen nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.
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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 bevorzugt 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 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. Beispielhaft soll hierzu auf die Batterie verwiesen werden, welche durch die
US 5,756,227 beschrieben ist.
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Bei den Flachzellen, welche sehr häufig als Batterieeinzelzellen für Lithium-Ionen-Batterien eingesetzt werden, sind dabei zwei verschiedene Bauarten gängig. Die eine Bauart ist eine sogenannte Rahmenflachzelle, bei welcher ein stabiler Rahmen zwei Deckelemente voneinander beabstandet. Der sich im Inneren bildende Raum ist dann mit dem elektrochemisch aktiven Material, typischerweise einem Stapel von Anodenfolien, Kathodenfolien, Separatoren und Elektrolyt, gefüllt. Als Alternative hierzu sind Zellen denkbar, welche durchgehend ein Gehäuse aufweisen, welches beispielsweise als quaderförmiger Hohlraum ausgebildet ist, so wie es in der oben genannten US-Schrift zu erkennen ist. Eine sehr viel einfachere und kostengünstigere Variante hiervon ist eine Batterieeinzelzelle, welche so aufgebaut ist, dass die elektrochemisch aktiven Materialien in Folie eingeschweißt ausgebildet sind. Die Folie bildet dann eine Art Beutel um den elektrochemisch aktiven Teil der Batterieeinzelzelle. Die Pole der beiden elektrischen Anschlüsse der Batterieeinzelzelle, ragen aus diesem verschweißten Beutel typischerweise auf einer Seite heraus. Aufgrund der Beutelform wird die so aufgebaute Batterieeinzelzelle auch als Pouch- oder Coffeebag-Zelle bezeichnet.
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Die Problematik beim Stapeln solcher als Pouch- oder Coffeebag-Zellen ausgebildeter Batterieeinzelzellen liegt nun darin, dass sich diese sehr leicht gegeneinander bewegen und somit bereits beim Stapeln und bei der Montage vergleichsweise aufwendig sind. Auch wenn das Stapeln erledigt ist und der Stapel beispielsweise durch Spannbänder, Zuganker oder dergleichen verspannt vorliegt, können die Zellen sich weiterhin quer zur Stapelrichtung gegeneinander bewegen, beispielsweise wenn es zu einer Ausdehnung der Zellen aufgrund unterschiedlicher Ladezustände kommt.
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Auch beim bevorzugten Einsatz der Batterie als Batterie in einem Elektro- oder Hybridfahrzeug können durch Vibrationen oder dergleichen Situationen auftreten, in welchen die Stabilität des Stapels aus den Batterieeinzelzellen gefährdet ist. Dies gilt insbesondere dann, wenn das mit der Batterie ausgestattete Fahrzeug in einen Unfall verwickelt ist. Bei den dann auftretenden Beschleunigungen auf die Batterie, beispielsweise bei einem Zusammenstoss von Fahrzeugen, kann die Stabilität des Stapels der Batterieeinzelzellen stark gefährdet sein. Werden die Batterieeinzelzellen nun in Lithium-Ionen-Technologie ausgebildet, so muss ferner, um Gefahrgutverordnungen gerecht zu werden, darauf geachtet werden, eine solche Instabilität des Stapels an Batterieeinzelzellen zu verhindern. Wenn beispielsweise die Hüllen der Batterieeinzelzellen verletzt werden, geht von der Batterie eine erhebliche Gefahr aus. Der Kontakt zwischen Lithium und dem beispielsweise zur Kühlung eingesetzten Wasser könnte heftige chemische Reaktionen nach sich ziehen.
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Es ist nun die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung, die eingangs genannten Nachteile zu vermeiden und einen Aufbau für eine Batterie anzugeben, welcher eine sehr einfache und zuverlässige Montage ermöglicht, und welcher darüber hinaus eine hohe Sicherheit für die Batterie gewährleistet.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.
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Dadurch, dass der Stapel abwechselnd aus Batterieeinzelzellen und jeweils wenigstens einem Zwischenelement gestapelt ist, wobei das Zwischenelement auf seiner/seinen der/den Batterieeinzelzelle/n zugewandten Fläche eine mit der Fläche der Batterieeinzelzelle korrespondierende Form aufweist, kommt es zu einer sicheren und zuverlässigen Anlage der Batterieeinzelzelle im Bereich dieser korrespondierenden Form. Damit wird die Batterieeinzelzelle quer zur Stapelrichtung in der korrespondierenden Form des Zwischenelements sicher und zuverlässig gehalten. Das Zwischenelement kann dabei als sehr einfaches und leichtes Zwischenelement, beispielsweise aus einem Kunststoff, einem faserverstärkten Kunststoff oder dergleichen, ausgebildet sein. Alternativ dazu wäre es auch denkbar, das Zwischenelement aus einem metallischen Werkstoff herzustellen, welcher als korrespondierende Form beispielsweise über Tiefziehen eingebrachte Vertiefung oder dergleichen aufweist. Auch dieser würde die Funktionalität erfüllen und könnte darüber hinaus weitere Funktionalitäten, wie eine thermische oder elektrische Leitung, mit übernehmen.
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In einer weiteren besonders günstigen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Batterie ist es vorgesehen, dass zwischen jeweils zwei der Batterieeinzelzellen genau ein Zwischenelement angeordnet ist, welches auf jeder seiner den Batterieeinzelzellen zugewandten Flächen eine zur jeweiligen Batterieeinzelzelle korrespondierende Form aufweist. Dieser Aufbau mit einem einzigen Zwischenelement, welches beispielsweise als eine Art Doppelwanne ausgebildet ist, zwischen zwei benachbarten Batterieeinzelzellen kann mit minimaler Anzahl an Bauteilen ein sicheres Stapeln der Batterieeinzelzellen gewährleisten.
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Wird die korrespondierende Form beispielsweise als Vertiefung ausgebildet, so ist diese gemäß einer sehr günstigen und vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung so ausgebildet, dass der neben der Vertiefung liegende Randbereich des Zwischenelements die jeweilige Batterieeinzelzelle nicht berührt. Die korrespondierende Vertiefung nimmt also die Batterieeinzelzelle auf, ohne so tief zu sein, dass die Batterieeinzelzelle in den Randbereichen das Zwischenelement berührt. Damit kann sichergestellt werden, dass ein reibender Kontakt zwischen dem Randbereich und der Batterieeinzelzelle, welche beispielsweise als in Folie eingeschweißte Pouch-Zelle ausgebildet ist, verhindert wird. Damit kann die Folie auch bei Vibrationen, wie sie beispielsweise beim Einsatz in Kraftfahrzeugen auftreten, nicht aufgerieben oder beschädigt werden, und es kann kein Elektrolyt austreten oder das Vakuum der Batterieeinzelzelle zerstört werden.
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Ferner kann es gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Aufbaus vorgesehen sein, dass zumindest einige der Zwischenelemente im Bereich ihrer zwischen den Batterieeinzelzellen liegenden Bereichen elastische Elemente aufweisen. Diese elastischen Elemente, welche in einer besonders günstigen Weiterbildung dieser Idee quer zur Stapelrichtung an zumindest zwei Seiten über den Stapel der Batterieeinzelzellen hinausragen, können als Dämpfungselemente eingesetzt werden. Somit werden eventuelle Stöße, welche der Stapel der Batterieeinzelzellen erfährt, über diese elastischen Elemente aufgenommen und können in diesen abgefedert beziehungsweise gedämpft werden. Damit werden harte Stöße auf den Stapel verhindert, insbesondere auch in einem Crashfall. Beschädigungen der Batterieeinzelzellen beziehungsweise des Stapels an Batterieeinzelzellen können so vermieden oder zumindest minimiert werden.
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In einer besonders günstigen und vorteilhaften Weiterbildung dieser Idee ist es außerdem vorgesehen, dass der Stapel der Batterieeinzelzellen in einem Gehäuse angeordnet ist, wobei die elastischen Elemente im eingebauten Zustand des Stapels an dem Gehäuse anliegen. Die elastischen Elemente tragen damit den Stapel gegenüber dem Gehäuse. Diese Anlage kann gemäß einer sehr vorteilhaften Weiterbildung unter einer gewissen Vorspannung erfolgen. Der Stapel ist also ohne weitere Elemente sicher und einfach in dem Gehäuse der Batterie fixiert. Durch die elastischen Elemente ist er dennoch von dem Gehäuse der Batterie entkoppelt, sodass nicht alle Vibrationen, Stöße, Schläge und dergleichen von dem Gehäuse an der Batterie in voller Härte auf den Stapel durchschlagen. Auch dies dient der Sicherheit des Stapels beispielsweise im Crashfall und kann den Stapel im regulären Betrieb von einer Belastung durch Vibrationen schützen.
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In einer sehr günstigen und vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Batterie ist es außerdem vorgesehen, dass die Zwischenelemente zumindest teilweise aus Metall ausgebildet und in den metallischen Bereichen mit den korrespondierenden Polen der beiden benachbarten Batterieeinzelzellen verbunden sind. Damit lässt sich über die Zwischenelemente beziehungsweise über die metallischen Bereiche in den Zwischenelementen eine entsprechende Kontaktierung der benachbarten Batterieeinzelzellen erreichen, sodass diese beispielsweise in Reihe zueinander verschaltet werden können. Damit lassen sich aufwendige Aufbauten zur Kontaktierung der elektrischen Pole der Batterieeinzelzellen vermeiden.
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In einer sehr günstigen und vorteilhaften Weiterbildung dieser Idee ist es vorgesehen, dass das Zwischenelement zwischen zwei benachbarten Batterieeinzelzellen mit einer Trennung quer zur Stapelrichtung zweiteilig aus Metall aufgebaut ist, wobei jeder Teil des Zwischenelements mit jeweils einem Pol der zu dem Teil benachbarten Batteriezelle verbunden ist. Dieser Aufbau mit zweiteiligen Zwischenelementen sieht es also vor, dass beispielsweise bereits bei der Montage der Batterieeinzelzellen diese auf jeder ihrer Flachseiten mit einem Teil des Zwischenelements versehen wird, welches mit jeweils einem der Pole der Batterieeinzelzelle verbunden ist. Wird dieser Aufbau aus Batterieeinzelzelle und zwei Teilen eines Zwischenelementes dann gestapelt, so kommen die beiden Teile des Zwischenelements in Kontakt zueinander und bilden das zweiteilige zwischen zwei benachbarten Batterieeinzelzellen angeordnete Zwischenelement. Dieser Kontakt stellt dabei gleichzeitig den elektrischen Kontakt zwischen der einen Batterieeinzelzelle und der anderen Batterieeinzelzelle dar. Durch einfaches Stapeln dieser Aufbauten aufeinander lässt sich also eine Kontaktierung der Batterieeinzelzellen erreichen. Der Stapel wird bei entsprechender Stapelrichtung automatisch in Reihe geschaltet, sodass auf der einen Seite des Stapels der eine Pol und auf der Seite des Stapels der andere Pol anliegt. Dies ist vergleichsweise einfach und kostengünstig, da bei der Montage die elektrische Kontaktierung automatisch entsteht, ohne dass hierfür ein zusätzlicher Montageaufwand notwendig wäre.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Batterie ergeben sich aus den restlichen abhängigen Ansprüchen und werden anhand des Ausführungsbeispiels deutlich, welche nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert ist.
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Dabei zeigen:
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1 eine Draufsicht auf eine beispielhafte Batterie;
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2 eine dreidimensionale Darstellung einer Batterieeinzelzelle;
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3 eine Darstellung von zwei Batterieeinzelzellen mit einem Zwischenelement;
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4 eine Darstellung der 3 im Schnitt;
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5 eine Schnittdarstellung des Zwischenelements mit einem elastischen Element;
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6 einen Querschnitt durch den Stapel an Batterieeinzelzellen in einem Gehäuse; und
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7 eine alternative Ausführungsform des Zwischenelements.
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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 2 aufgestapelt. Dieser Stapel 3 der Batterieeinzelzellen 2 ist dabei in später noch näher erläuterter Weise elektrisch kontaktiert und kann, insbesondere bei einer Ausführung der Batterieeinzelzellen 2 in Lithium-Ionen-Technologie, über eine geeignete, an sich bekannte Kühlung verfügen. Der Stapel 3 der Batterieeinzelzellen 2 ist zwischen zwei Endplatten 4 über Spanneinrichtungen 5 verspannt. Die Spanneinrichtungen 5 können in beliebiger Art und Weise ausgebildet sein, besonders gängig sind bei derartigen Batterien 1 Spannbänder, Zuganker oder Ähnliches zum Verspannen der beiden Endplatten 4. In der hier gewählten Darstellung der 1 sind die Spanneinrichtungen 5 als Zuganker ausgebildet, welche mit den Endplatten 4 durch Verschrauben verbunden sind. 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 elektrische Spannungen der Batterie 1 notwendig. Die Anzahl der Batterieeinzelzellen 2 wird also entsprechend hoch liegen, im Allgemeinen sicher deutlich höher, als in der beispielhaften 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 ein federelastisches Element zum Ausgleich einer solchen Längenausdehnung auf. Dieses Element 6, welches eine Elastizität der Spanneinrichtungen 5 in Stapelrichtung gewährleistet, sorgt für einen gleichmäßigen Druck auf die Batterieeinzelzellen 2 des Stapels 3, unabhängig vom Ladezustand.
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In der Darstellung der 2 ist eine der Batterieeinzelzellen 2 in einer dreidimensionalen Darstellung zu erkennen. Es handelt sich dabei um eine Batterieeinzelzelle 2, deren elektrochemisch aktiven Materialien zwischen Folien in der Art eines Beutels verschweißt sind. Batterieeinzelzellen 2 dieser Bauart werden auch als Pouch- oder Coffeebag-Zellen bezeichnet. Die elektrochemisch aktiven Materialien, welche hier nicht zu erkennen sind, bestehen im Allgemeinen aus einem Stapel von Anodenfolien, Kathodenfolien sowie dazwischen angeordneten Separatoren. Dieser Stapel ist mit Elektrolyt getränkt und zwischen den Folien oder in einem Beutel dicht und typischerweise unter Vakuum verschweißt. Auf einer Seite der Batterieeinzelzelle 2 ragen zwei elektrische Pole 7, 8 aus dem Beutel heraus. Dieser Aufbau der Batterieeinzelzelle 2 ist soweit an sich bekannt und üblich.
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In der Darstellung der 3 ist ein zwischen zwei Batterieeinzelzellen 2 eingebrachtes Zwischenelement 9 zu erkennen. Das Zwischenelement 9 weist an seinen beiden den Batterieeinzelzellen 2 zugewandten Flächen eine Formgebung auf, welche in etwa mit der Form der Batterieeinzelzellen korrespondiert. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist diese korrespondierende Form in der Art einer Vertiefung ausgebildet, sodass das Zwischenelement 9 sich in Richtung der jeweiligen Batterieeinzelzelle 2 wannenförmig öffnet. In der Schnittdarstellung der 4 ist dies nochmals zu erkennen. Das Zwischenelement 9 weist dabei einen im wesentlichen T-förmigen Querschnitt auf und besteht so aus zwei Rücken-an-Rücken liegenden Wannen, welche die Batterieeinzelzellen 2 entsprechend aufnehmen. Die Batterieeinzelzellen 2 sind damit in alle Richtungen quer zur Stapelrichtung in den Wannen entsprechend fixiert und werden mit leichtem Spiel oder bevorzugt formschlüssig gehalten. In der Schnittdarstellung der 4 ist außerdem zu erkennen, dass die Vertiefungen in den Zwischenelementen 9 so ausgebildet sind, dass die neben der Vertiefung liegenden Randbereiche 10 in Stapelrichtung der Batterieeinzelzellen 2 nicht bis an die Oberfläche der jeweiligen Batterieeinzelzelle 2 reichen. Damit wird sichergestellt, dass die Batterieeinzelzellen 2 lediglich in den Vertiefungen der Zwischenelemente 9 entsprechend gehalten sind, während ihre Randbereiche 10 in einen gewissen Abstand von den Batterieeinzelzellen angeordnet sind. Damit können die Randbereiche 10 des Zwischenelements 9 die Oberfläche der Batterieeinzelzelle 2 und damit die Folie, in welche sie eingeschweißt ist, nicht berühren. Damit kann es auch nicht beispielsweise durch Vibrationen, wie sie beim Einsatz in einem Fahrzeug auftreten können, zu einem Aufscheuern der Folie durch die Randbereiche 10 kommen. Damit ist ein sicherer Aufbau gewährleistet, bei dem die Dichtheit der einzelnen Batterieeinzelzelle 2 ungefährdet ist. Ergänzend zu der Halterung der Batterieeinzelzellen 2 in der Vertiefung in den Zwischenelementen 9, kann die Batterieeinzelzelle 2 außerdem mit einem flexiblen Kleber mit dem Zwischenelement 9 verklebt sein, um einen noch sichereren Aufbau des Stapels 3 zu gewährleisten.
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In der Darstellung der 5 ist nun ein Ausschnitt von zwei der Batterieeinzelzellen 2 mit dem Zwischenelement 9 beziehungsweise dessen Randbereich 10 am einen Ende der Batterieeinzelzellen 2 zu erkennen. Der Randbereich 10 ist dabei so ausgebildet, dass er eine in etwa bogenförmige Kontur aufweist. In dieser bogenförmigen Kontur ist in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ein elastisches Element 11 angeordnet. Dieses elastische Element 11 kann beispielsweise als Gummielement mit einem kreisförmigen oder ovalen Querschnitt oder auch als Schlauch, Hohlkammerprofil oder dergleichen ausgebildet sein. Insbesondere kann es in der Art eines O-Rings um den gesamten Randbereich 10 des Zwischenelements 9 herum gelegt sein. Das elastische Element 11 überragt, wie in der Darstellung der 5 zu erkennen ist, die Batterieeinzelzellen insbesondere im Bereich der überstehenden Schweißnähte der Folien. Der Aufbau kann dabei so ausgebildet sein, dass das elastische Element 11 die Batterieeinzelzellen 2 quer zur Stapelrichtung auf wenigstens zwei, insbesondere drei Seiten entsprechend überragt. Wie aus der Darstellung der 3 zu erkennen ist, wird im Bereich der elektrischen Pole 7, 8 ein solcher Aufbau eher nicht möglich sein, da hierfür ein entsprechend dickes Material notwendig wäre, was dann die elektrische Kontaktierung der Batterieeinzelzellen nachteilig beeinflussen würde. Geht man jedoch davon aus, dass durch ein entsprechendes Material an der Unterseite und den beiden Seiten das elastische Element 11 den Stapel 3 der Batterieeinzelzellen 2 entsprechend überragt, so kann ein solcher Aufbau, wenn er beispielsweise auf einer gewissen Anzahl von gleichmäßig verteilten Zwischenelementen 9 in dem Stapel 3 oder auch auf allen der Zwischenelemente 9 in dem Stapel 3 angeordnet ist, den Stapel 3 der Batterieeinzelzellen elastisch abstützen. Diese elastische Abstützung über die Elemente 11 kann beispielsweise in einem in 6 dargestellten Gehäuse 100 der Batterie 1 erfolgen. Der Stapel 3 der Batterieeinzelzellen 2 kann also montiert und in das Gehäuse der Batterie 1 eingebracht werden. Unter Verzicht auf weitere Befestigungselemente erfolgt die Befestigung dann dadurch, dass die elastischen Elemente 11 mit einer gewissen Vorspannung an dem Gehäuse 100 zu liegen kommen und den Stapel 3 der Batterieeinzelzellen 2 so festhalten. 6 ist diese Integration des zumindest mit einigen elastischen Elementen 11 versehenen Stapels 3 in Batterieeinzelzellen 2 in das Gehäuse 100 in einem Querschnitt prinzipmäßig angedeutet. Dabei ist zu erkennen, dass das elastische Element 11 in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel an drei Seiten über die Batterieeinzelzelle 2 hierausragt. Wird dieser Aufbau des Stapels 3 nun in das in diesem Ausführungsbeispiel im Querschnitt U-förmige Gehäuse 100 eingebracht, so werden die elastischen Elemente 11 zumindest an den Seiten, an denen sie zwischen den Zwischenelementen 9 und dem Gehäuse 100 angeordnet sind, entsprechend vorgespannt und halten so den Stapel 3 sicher in dem Gehäuse 100.
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Durch die elastischen Elemente 11 kann außerdem erreicht werden, dass Vibrationen und Schwingungen gedämpft werden, sodass der Stapel 3 an Batterieeinzelzellen 2 diesen nicht unmittelbar ausgesetzt ist. Dies kann insbesondere beim Einsatz in Fahrzeugen eine entscheidende Rolle spielen. Auch stärkere Schläge, wie sie beispielsweise im Crashfall eines mit der Batterie 1 ausgestatteten Fahrzeugs auftreten können, können durch die elastischen Elemente 11 zumindest bis zu einem gewissen Grad gedämpft werden, sodass die Batterie 1 bei einer entsprechenden Belastung beispielsweise im Crashfall eine höhere Sicherheit ermöglicht, als eine herkömmliche Batterie.
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Die Zwischenelemente 9 können dabei in bevorzugter Weise aus einem Kunststoffmaterial ausgebildet sein, um lediglich die sichere Halterung der Batterieeinzelzellen 2 und deren Fixierung untereinander zu gewährleisten. Aus einem entsprechenden Kunststoffmaterial oder einem faserverstärkten Kunststoff werden die Zwischenelemente 9 dabei dem Aufbau der Batterie kein wesentliches Gewicht hinzufügen. Damit entsteht ein sehr leichter, einfach zu montierender Aufbau eines Stapels 3 an Batterieeinzelzellen 2.
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Nun ist es jedoch auch denkbar, die Zwischenelemente 9 aus einem metallischen Material auszubilden oder diese aus Kunststoff auszubilden und durch metallische Elemente, beispielsweise in das Material eingearbeitete Kupferbänder oder dergleichen, eine elektrische Leitfähigkeit sicherzustellen. Wenn eine solche elektrische Leitfähigkeit der Zwischenelemente 9 vorhanden ist, so kann diese gezielt genutzt werden, indem Teile der Zwischenelemente 9 mit den jeweiligen Polen der benachbarten Batterieeinzelzellen 2 verbunden werden und so den Stapel 3 an Batterieeinzelzellen 2 elektrisch kontaktieren, beispielsweise eine Reihenschaltung der einzelnen Batterieeinzelzellen 2 ermöglichen.
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Beispielhaft ist dies in einer Ausführungsform der Zwischenelemente 9 in der Darstellung der 7 angedeutet. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Zwischenelement 9 aus zwei Teilen 9.1 und 9.2 aufgebaut. Jedes der Teile 9.1 und 9.2 soll dabei aus einem metallischen Material, beispielsweise Aluminium, Kupfer oder geeigneten Legierungen mit wenigstens einem dieser Elemente aufgebaut sein. Insbesondere kann auch eine Kupfer-Beryllium-Legierung eingesetzt werden.
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Die metallischen Teile 9.1 und 9.2 des Zwischenelements 9 sind beispielsweise über Abkanten oder Tiefziehen so ausgebildet, dass sich in dem Bereich, in dem sie an die Batterieeinzelzellen 2 anliegen, zu den Batterieeinzelzellen 2 korrespondierende Bereiche, in diesem Fall entsprechende Wannen, ausbilden. In dem in der Darstellung der 6 unten gezeigten Bereich ist außerdem ein elastisches Element 11 im Randbereich 10 des Zwischenelements 9 zu erkennen. Für das elastische Element 11, welches in diesem Fall als im Querschnitt ringförmiges Hohlprofil ausgebildet ist, gilt das soeben Beschriebene. Dieses elastische Element 11 kann dabei insbesondere an drei Seiten des Zwischenelements 9 angeordnet sein.
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An der den elektrischen Polen 7, 8 der Batterieeinzelzellen zugewandten Seite sind die Zwischenelemente 9 über den Randbereich 10 hinaus mit jeweils einem Kontaktbereich 12 versehen. Dieser Kontaktbereich 12, welcher sich quer zur Stapelrichtung der Batterieeinzelzellen 2 über die flächige Ausdehnung des Zwischenelements 9 hinaus erstreckt, ist beispielsweise durch Abkanten oder dergleichen hergestellt. Er weist die Form wenigstens einer Doppelwelle auf, sodass er bei entsprechenden Änderungen der Dicke der Batterieeinzelzellen, welche beispielsweise durch unterschiedliche Lade- und Entladezustände auftreten können, eine gewisse Flexibilität ermöglicht. Dieser Kontaktbereich 12 ist nun mit jeweils einem der Pole der benachbarten Batterieeinzelzellen 2 verbunden. Das Teil 9.2 ist mit seinem Kontaktbereich 12 mit dem negativen Pol 8 der in der Darstellung rechten Batterieeinzelzelle 2 verbunden, während der Kontaktbereich 12 des Teils 9.1 des Zwischenelements 9 mit dem positiven Pol 7 der anderen Batterieeinzelzelle 2 verbunden ist. Dadurch, dass die beiden Teile 9.1 und 9.2 zumindest im Bereich ihrer im Wesentlichen flächigen Ausbildung „Rücken-an-Rücken” angeordnet sind, kommt es durch die Berührung zu einem Kontakt der beiden Teile 9.1 und 9.2 des Zwischenelements 9. Diese verbinden also den elektrischen Pluspol 7 der einen Batterieeinzelzelle 2 mit dem elektrischen Minuspol 8 der anderen Batterieeinzelzelle 2. Ist nun auf jeder Seite jeder einzelnen der Batterieeinzelzellen 2 eines der Teile 9.2 und 9.1 der späteren Zwischenelemente 9 angeordnet, so können die Batterieeinzelzellen 2 durch einfaches Aufeinanderstapeln beim Aufbau des Stapels 3 elektrisch kontaktiert und in Reihe zueinander verschaltet werden. Über das Zwischenelement 9 wird dann sowohl die Fixierung quer zur Stapelrichtung als auch die elektrische Verschaltung ermöglicht. Auf weitere elektrische Kontaktierungen kann dann verzichtet werden. Dies gewährleistet einen sehr einfachen und effizienten Aufbau der Batterie 1.
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Die Verbindung zwischen dem Kontaktbereich 12 und den Polen 7, 8 kann dabei durch ein Klemmen erfolgen, bei dem beispielsweise der Kontaktbereich 12 in dem Bereich, in dem er den elektrischen Pol 7 oder 8 berührt, mit diesem verschraubt wird. Dies kann beispielsweise durch Löcher und eingeführte Schrauben, aber auch durch das Verschrauben mit einem entsprechenden Flachprofil, U-Profil, L-Profil oder dergleichen erfolgen. Alternativ dazu ist es auch denkbar, den jeweiligen elektrischen Pol 7 oder 8 und den Kontaktbereich 12 durch Verschweißen miteinander zu verbinden. Hier wären beispielsweise Ultraschallschweißverfahren, Laserschweißverfahren oder ein Rollnahtschweißen als bevorzugte Möglichkeiten zu nennen. Neben dem Verschweißen ist selbstverständlich auch ein Löten, beispielsweise eine Ultraschalltötung oder eine Hochfrequenzlötung, denkbar. Alternativ dazu kann auch ein mechanisches Fügen angedacht werden, beispielsweise durch Grimpen oder Verquetschen. Auch das Aufquetschen von Klemmelementen oder analog zur oben genannten Verschraubung das Anbringen von Nieten, wäre denkbar.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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