DE102010050746A1

DE102010050746A1 - Elektrochemischer Energiespeicher mit einem Befestigungselement

Info

Publication number: DE102010050746A1
Application number: DE102010050746A
Authority: DE
Inventors: Tim Schäfer
Original assignee: Li Tec Battery GmbH
Current assignee: Li Tec Battery GmbH
Priority date: 2010-11-08
Filing date: 2010-11-08
Publication date: 2012-05-10
Also published as: CN103210521A; EP2638580A1; WO2012062418A1; KR20130103570A; US20130295418A1; JP2013541823A

Abstract

Ein elektrochemischer Energiespeicher (301, 401) weist ein erstes Befestigungselement (306, 308, 409, 410, 411, 412) auf, das derart ausgestaltet ist, dass beim Anpressen eines ersten derartigen elektrochemischen Energiespeichers (319) oder wenigstens eines ersten derartigen Befestigungselementes dieses ersten derartigen elektrochemischen Energiespeichers an einen zweiten derartigen elektrochemischen Energiespeicher (320) oder an wenigstens ein zweites derartiges Befestigungselement dieses zweiten derartigen elektrochemischen Energiespeichers (320) eine Befestigung des ersten elektrochemischen Energiespeichers an dem zweiten elektrochemischen Energiespeicher erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrochemischen Energiespeicher, eine Anordnung einer Mehrzahl solcher elektrochemischer Energiespeicher, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen elektrochemischen Energiespeichers sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Anordnung einer Mehrzahl solcher elektrochemischen Energiespeicher.
Elektrochemische Energiespeicher werden für die unterschiedlichsten Anwendungen benötigt und dementsprechend in sehr unterschiedliche Umgebungen integriert und je nach den Anforderungen der Anwendungen in verschiedenartigen Anordnungen verwendet, in denen eine Mehrzahl elektrochemischer Energiespeicher zusammen geschaltet werden, um durch eine der Anwendung entsprechende Reihen- oder Parallelschaltung einer Mehrzahl von elektrochemischen Energiespeichern für die Bereitstellung einer den Anforderungen der Anwendung entsprechenden Spannung oder Kapazität zu sorgen.
In diesem Zusammenhang spielt die Befestigung der elektrochemischen Energiespeicher aneinander oder in ihrer Anwendungsumgebung und bei einigen Anwendungen auch die Kontaktierung der elektrischen Anschlüsse solcher elektrochemischer Energiespeicher zum Aufbau der anwendungsgemäßen Reihen- oder Parallelschaltung eine entscheidende Rolle. Für diese Probleme sind unterschiedliche Lösungen bekannt geworden:
So beschreibt die DE 21 58 525 eine Vorrichtung für den elektrischen Anschluss und die Festhaltung eines elektrischen Leiters an einem elektrischen Stromabgriff eines elektrochemischen Energiespeichers in der Form eines Polbolzens einer Akkumulatorbatterie.
Die DE 22 50 373 beschreibt eine Batterieanschlussklemme mit einem metallischen Klemmstück in Form eines teilkreisförmigen, zwei Klemmstückschenkel aufweisenden rohrartigen Gabelringes mit einer inneren konischen Kontaktfläche zum Aufsetzen auf die Mantelfläche eines kegelförmigen Anschlusszapfens einer Batterie und mit einem aus Kunststoffmaterial auf Harzbasis durch Spritzen, Gießen oder Pressen hergestellten äußeren Gehäuse, das den Gabelring unter Freilassen seiner Kontaktfläche umschließt.
Die DE 39 42 241 A1 beschreibt eine schraubenlose Batterieklemme mit einer Fahne zum Anschluss an ein Kabel sowie den jeweiligen Pol umgreifenden Schalen, wobei die Schale zweiteilig ist und aus zwei Halbschalen besteht, wovon die eine Halbschale die Fahne trägt und zwei tangentiale Arme aufweist, die in einer Welle der Fahne gegenüber gelagert sind.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine möglichst wirkungsvolle und einfache technische Lehre zur Befestigung elektrochemischer Energiespeicher oder zum Aufbau von Anordnungen einer Mehrzahl solcher Energiespeicher anzugeben, die nach Möglichkeit Nachteile oder Beschränkungen bekannter Lösungen vermeidet bzw. überwindet. Diese Aufgabe wird durch ein Erzeugnis nach einem der unabhängigen Erzeugnisansprüche und durch ein Verfahren nach einem der unabhängigen Verfahrensansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung bilden den Gegenstand von Unteransprüchen.
Erfindungsgemäß ist ein elektrochemischer Energiespeicher vorgesehen, der wenigstens ein erstes Befestigungselement aufweist. Dieses erste Befestigungselement ist vorzugsweise derart ausgestaltet, dass beim Anpressen eines ersten derartigen elektrochemischen Energiespeichers oder wenigstens eines ersten derartigen Befestigungselementes dieses ersten derartigen elektrochemischen Energiespeichers an einen zweiten derartigen elektrochemischen Energiespeicher oder an wenigstens ein zweites derartiges Befestigungselement dieses zweiten derartigen elektrochemischen Energiespeichers eine Befestigung des ersten elektrochemischen Energiespeichers an dem zweiten elektrochemischen Energiespeicher erfolgt.
Unter einem elektrochemischen Energiespeicher ist in diesem Zusammenhang eine Einrichtung zu verstehen, die Energie in chemischer Form speichert und in elektrischer Form an einen Verbraucher abgeben kann. Einige Formen solcher elektrochemischer Energiespeicher, sogenannte sekundäre elektrische Energiespeicher, können Energie auch in elektrischer Form von einer Quelle aufnehmen und in chemischer Form speichern, also geladen werden. Elektrochemische Energiespeicher bestehen vorzugsweise aus einem elektrochemisch aktiven Teil, der sich vorzugsweise in einem Gehäuse oder in einer Verpackung befindet, aus dem bzw. der elektrische Anschlüsse vorzugsweise so herausgeführt werden, dass eine Kontaktierung dieser Anschlüsse mit ihrer Umgebung möglich ist. Die elektrischen Anschlüsse sind elektrisch leitend mit den elektrochemisch aktiven Komponenten des elektrochemischen Energiespeichers, insbesondere mit den Elektroden, verbunden, die vorzugsweise paarweise durch Separatormaterialien voneinander getrennt sind, die ihrerseits vorzugsweise für bestimmte Ionen eines Elektrolyten durchlässig sind, aber einen elektrischen Kurzschluss der Elektroden vermeiden.
Unter einem Befestigungselement ist in diesem Zusammenhang jede Eigenschaft oder Einrichtung eines elektrochemischen Energiespeichers zu verstehen, die geeignet ist, diesen elektrochemischen Energiespeicher an einem anderen elektrochemischen Energiespeicher oder einem Konstruktionselement seiner Anwendungsumgebung, also beispielsweise an einem Haltelement, zu befestigen. Vorzugsweise geschieht dies durch Anpressen eines erfindungsgemäßen elektrochemischen Energiespeichers an einen benachbarten elektrochemischen Energiespeicher oder an ein entsprechendes Befestigungselement, das derart ausgestaltet ist, dass durch das Anpressen eine entsprechende Befestigung erfolgt.
Solche Befestigungselemente können integrierte Formelemente des elektrochemischen Energiespeichers, seines Gehäuses, eines seiner elektrischen Anschlüsse oder anderer von außen zugänglicher Bestandteile des elektrochemischen Energiespeichers sein. Dazu alternativ können solche Befestigungselemente jedoch auch an dem elektrochemischen Energiespeicher, seinem Gehäuse oder an einem seiner elektrischen Anschlüsse oder an anderen von außen zugänglichen Bestandteilen des elektrochemischen Energiespeichers, beispielsweise durch Kleben, Schweißen, Heißversiegeln oder auf andere Weise, angebracht sein.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein elektrochemischer Energiespeicher vorgesehen, bei dem wenigstens ein Befestigungselement derart ausgestaltet ist, dass die Befestigung beim Einwirken einer Zugkraft oberhalb einer Zugkraftschwelle wieder gelöst wird. Die angestrebte Befestigung wird also vorzugsweise durch Anpressen hergestellt und durch Einwirken einer der Anpresskraft vorzugsweise entgegengerichteten Zugkraft wieder gelöst, sofern diese Zugkraft, d. h. ihr Betrag, oberhalb einer Zugkraftschwelle liegt. Die Zugkraftschwelle wird dabei vorzugsweise so gewählt, dass im bestimmungsgemäßen Betrieb oder bei der bestimmungsgemäßen Anwendung eines erfindungsgemäßen elektrochemischen Energiespeichers ein unbeabsichtigtes Lösen der Befestigung nicht oder wahrscheinlich nicht auftritt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein elektrochemischer Energiespeicher vorgesehen, welcher wenigstens zwei zueinander komplementäre Befestigungselemente aufweist, die so beschaffen sind, dass beim Anpressen wenigstens eines ersten Befestigungselementes eines ersten derartigen elektrochemischen Energiespeichers an ein zu dem ersten Befestigungselement komplementäres zweites Befestigungselement eines zweiten derartigen elektrochemischen Energiespeichers eine Befestigung des ersten elektrochemischen Energiespeichers an dem zweiten elektrochemischen Energiespeicher erfolgt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein elektrochemischer Energiespeicher vorgesehen, bei dem das erste Befestigungselement einen nach außen überstehenden, vorzugsweise kugelförmigen Körper aufweist, der beim Anpressen an ein zu dem ersten Befestigungselement komplementären zweiten Befestigungselement in eine vorzugsweise hohlkugelförmige Vertiefung einrastet oder einschnappt, welche das zweite Befestigungselement aufweist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein elektrochemischer Energiespeicher vorgesehen, bei dem das erste und/oder das zweite Befestigungselement wenigstens teilweise aus einem elastischen Werkstoff gefertigt ist. Vorzugsweise werden hierfür metallische elastische Werkstoffe oder elastische Kunststoffe verwendet. Ein Vorteil elastischer Werkstoffe ist in diesem Zusammenhang, dass auf den Einsatz aufwändiger mechanischer Konstruktionen zur Verriegelung von Befestigungselementen weitgehend verzichtet werden kann.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein elektrochemischer Energiespeicher vorgesehen, bei dem das erste oder das zweite Befestigungselement wenigstens ein Federelement aufweist. Als Federelemente kommen in diesem Zusammenhang vorzugsweise blattförmige oder drahtförmige elastische Einrichtungen in Betracht, vorzugsweise angebracht an den Öffnungen von Vertiefungen in Befestigungselementen, um ein Einschnappen nach außen überstehender, vorzugsweise kugelförmiger Körper an komplementären Befestigungselementen in diese Vertiefungen zu ermöglichen. Die erfindungsgemäßen Befestigungselemente sind in einigen Ausführungsformen in ihrer Funktion den aus der Textiltechnik bekannten Druckknöpfen vergleichbar, die ebenfalls durch Anpressen aneinander so befestigt werden können, dass durch das Einwirken einer Zugkraft oberhalb einer Zugkraftschwelle die Befestigung wieder gelöst werden kann.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein elektrochemischer Energiespeicher vorgesehen, bei dem wenigstens ein Befestigungselement einen Permanentmagneten aufweist. Insbesondere im Zusammenhang mit anderen magnetischen oder magnetisierbaren, vorzugsweise metallischen Werkstoffen ermöglicht der Einsatz von Permanentmagneten im Zusammenhang mit Befestigungselementen an erfindungsgemäßen Energiespeichern eine einfache und wirkungsvolle Realisierung einer leicht lösbaren Verbindung.
Solche Permanentmagneten können auch in Kombination mit elastischen Werkstoffen so eingesetzt werden, so dass ein Zustandekommen einer Befestigung erst bei einem Anpressen der mit solchen Permanentmagneten ausgestatteten Befestigungselemente zustande kommt, weil vor dem Annähern des Permanentmagneten an seinen Anziehungsbereich zunächst eine abstoßende elastische Kraft durch Anpressen überwunden werden muss. Ist dies geschehen, dann reicht die anziehende Kraft des Permanentmagneten aus, um die Befestigung zu verwirklichen, wobei solche Befestigungen durch Einwirkungen von Zugkräften oberhalb einer Zugkraftschwelle auch wieder gelöst werden können.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein elektrochemischer Energiespeicher vorgesehen, bei dem die elektrischen Anschlüsse des elektrochemischen Energiespeichers derart ausgestaltet sind, dass bei der Befestigung eines ersten derartigen elektrochemischen Energiespeichers an einem zweiten elektrochemischen Energiespeicher eine elektrische Kontaktierung wenigstens eines Teils der elektrischen Anschlüsse der beiden elektrochemischen Energiespeicher erfolgt. Vorzugsweise sind die elektrischen Anschlüsse der auf diese Weise ausgeführten elektrochemischen Energiespeicher dazu mit wenigstens einem Teil der Befestigungselemente elektrisch leitend verbunden, so dass beim Herstellen einer Befestigung eine elektrische Kontaktierung automatisch erfolgt. Bei anderen Ausführungsformen der Erfindung können die elektrischen Anschlüsse ihrerseits mit Befestigungselementen ausgestattet sein, so dass die Befestigung der Energiespeicher über ihre elektrischen Anschlüsse und damit auch die Kontaktierung der elektrischen Anschlüsse erfolgt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein elektrochemischer Energiespeicher vorgesehen, bei dem die elektrischen Anschlüsse derart ausgestaltet sind, dass die elektrische Kontaktierung unterbrochen wird, wenn die Befestigung gelöst wird.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein elektrochemischer Energiespeicher vorgesehen, bei dem die elektrischen Anschlüsse oder die mit ihnen wenigstens teilweise elektrisch leitend verbundenen Befestigungselemente des elektrochemischen Energiespeichers derart ausgestaltet sind, dass sie einer Verpolung der elektrochemischen Energiespeicher oder ihrer Anschlüsse beim Aufbau einer Anordnung aus wenigstens zwei solcher Energiespeicher entgegenwirken.
Vorzugsweise sieht die Erfindung in diesem Zusammenhang gegeneinander versetzte Befestigungselemente, besonders vorzugsweise horizontal und/oder vertikal gegeneinander versetzte Befestigungselemente und/oder Befestigungselemente mit unterschiedlichen, nicht zueinander passenden Formgestaltungen vor, besonders vorzugsweise den Einsatz einer Mehrzahl von Sätzen zueinander komplementär gestalteter Befestigungselemente, die innerhalb eines Satzes zueinander passen, nicht jedoch, wenn sie zu unterschiedlichen Sätzen gehören.
Erfindungsgemäß ist auch eine Anordnung einer Mehrzahl von elektrochemischen Energiespeichern vorgesehen, insbesondere eine solche Anordnung, bei der benachbarte elektrochemische Energiespeicher paarweise durch Befestigungsmittel aneinander befestigt sind, die derart ausgestaltet sind, dass beim Anpressen eines ersten derartigen elektrochemischen Energiespeichers oder wenigstens eines ersten derartigen Befestigungselements dieses ersten derartigen elektrochemischen Energiespeichers an einem zweiten derartigen elektrochemischen Energiespeicher oder an wenigstens ein zweites derartiges Befestigungselement dieses zweiten derartigen elektrochemischen Energiespeichers eine Befestigung des ersten elektrochemischen Energiespeichers an dem zweiten elektrochemischen Energiespeicher erfolgt.
Erfindungsgemäß ist auch ein Verfahren zur Herstellung eines elektrochemischen Energiespeichers vorgesehen, bei dem das Gehäuse oder elektrische Anschlüsse des elektrochemischen Energiespeichers derart ausgestaltet werden, dass der elektrochemische Energiespeicher ein erstes Befestigungselement aufweist, welches derart ausgestaltet ist, dass beim Anpressen eines ersten derartigen elektrochemischen Energiespeichers oder wenigstens eines ersten derartigen Befestigungselements dieses ersten derartigen elektrochemischen Energiespeichers an einem zweiten derartigen elektrochemischen Energiespeicher oder an wenigstens ein zweites derartiges Befestigungselement dieses zweiten derartigen elektrochemischen Energiespeichers eine Befestigung des ersten elektrochemischen Energiespeichers an dem zweiten elektrochemischen Energiespeicher erfolgt.
Die Befestigungselemente können dabei vorzugsweise in das Gehäuse oder in die Form der elektrischen Anschlüsse des Energiespeichers integriert werden. Bei anderen Ausführungsformen der Erfindung können die Befestigungselemente an dem Gehäuse oder an den elektrischen Anschlüssen des Energiespeichers nachträglich angebracht werden.
Erfindungsgemäß ist auch ein Verfahren zur Herstellung einer Anordnung einer Mehrzahl von elektrochemischen Energiespeichern vorgesehen, bei dem benachbarte elektrochemische Energiespeicher paarweise durch Befestigungsmittel aneinander befestigt werden, indem beim Anpressen eines ersten derartigen elektrochemischen Energiespeichers oder wenigstens eines ersten derartigen Befestigungselementes dieses ersten derartigen elektrochemischen Energiespeichers an einem zweiten derartigen elektrochemischen Energiespeicher oder an wenigstens ein zweites derartiges Befestigungselement dieses zweiten derartigen elektrochemischen Energiespeichers eine Befestigung des ersten elektrochemischen Energiespeichers an dem zweiten elektrochemischen Energiespeicher erfolgt.
Die Merkmale dieser oder anderer Ausführungsformen der Erfindung können auch in vorteilhafter Weise miteinander kombiniert werden.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele mit Hilfe von Figuren näher beschrieben.
Dabei zeigt
1a in schematischer Weise ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen ersten Befestigungselementes;
1b in schematischer Weise ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines zweiten erfindungsgemäßen Befestigungselementes;
1c in schematischer Weise das Zusammenwirken eines ersten mit einem zweiten erfindungsgemäßen Befestigungselement zum Aufbau einer Befestigung;
2a in schematischer Weise ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen elektrochemischen Energiespeichers;
2b in schematischer Weise ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines elektrochemischen Energiespeichers bzw. einer Anordnung von erfindungsgemäßen elektrochemischen Energiespeichern;
3a in schematischer Weise ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines elektrochemischen Energiespeichers;
3b in schematischer Weise ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines elektrochemischen Energiespeichers bzw. einer Anordnung elektrochemischer Energiespeicher;
3c in schematischer Weise ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines elektrochemischen Energiespeichers bzw. einer Anordnung elektrochemischer Energiespeicher;
4a in schematischer Weise ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines elektrochemischen Energiespeichers;
4b in schematischer Weise ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines elektrochemischen Energiespeichers bzw. einer Anordnung von erfindungsgemäßen elektrochemischen Energiespeichern.
5a in schematischer Weise ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines elektrochemischen Energiespeichers;
5b in schematischer Weise ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines elektrochemischen Energiespeichers bzw. einer Anordnung elektrochemischer Energiespeicher;
5c in schematischer Weise ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines elektrochemischen Energiespeichers bzw. einer Anordnung von erfindungsgemäßen elektrochemischen Energiespeichern;
6a in schematischer Weise ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines elektrochemischen Energiespeichers;
6b in schematischer Weise ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines elektrochemischen Energiespeichers bzw. einer Anordnung von erfindungsgemäßen elektrochemischen Energiespeichern;
7a in schematischer Weise ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines elektrochemischen Energiespeichers;
7b in schematischer Weise ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines elektrochemischen Energiespeichers bzw. einer Anordnung von erfindungsgemäßen elektrochemischen Energiespeichern.
Ein Grundgedanke der Erfindung besteht darin, dass ein erfindungsgemäßer elektrochemischer Energiespeicher wenigstens ein erstes Befestigungselement aufweist, welches derart ausgestaltet ist, dass beim Anpressen eines derartigen ersten elektrochemischen Energiespeichers oder wenigstens eines ersten derartigen Befestigungselements dieses ersten derartigen elektrochemischen Energiespeichers an einen zweiten derartigen elektrochemischen Energiespeicher oder an wenigstens ein zweites derartiges Befestigungselement dieses zweiten derartigen elektrochemischen Energiespeichers eine Befestigung des ersten elektrochemischen Energiespeichers an dem zweiten elektrochemischen Energiespeicher erfolgt.
Die vielfältigen Möglichkeiten zum Aufbau oder zur Ausführung derartiger Befestigungselemente werden beispielsweise durch die schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines solchen Befestigungselements in der 1a verdeutlicht. Die 1a zeigt eine Seitenansicht eines ersten erfindungsgemäßen Befestigungselements, in diesem Beispiel bestehend aus einer ersten Scheibe 101, einer zweiten Scheibe 103 mit geringerem Durchmesser, die konzentrisch zu der ersten Scheibe flach an dieser angebracht ist. Schließlich weist das hier dargestellte Befestigungselement eine dritte Scheibe 102 auf, welche beispielsweise den gleichen Durchmesser wie die erste Scheibe 101 aufweist und ebenfalls konzentrisch zu den beiden anderen Scheiben angeordnet ist.
Die Darstellung in der 1a ist, wie auch die Darstellung aller weiteren Figuren, nicht unbedingt maßstabsgetreu. So sind die Unterschiede 104 und 105 in den Radien der Scheibe 103 zu den Scheiben 101 und 102 vorzugsweise bedeutend kleiner als die Radien selbst.
1b zeigt eine zu der in der 1a gezeigten beispielhaften ersten Befestigungseinrichtung komplementäre beispielhafte zweite Befestigungseinrichtung mit den Strukturelementen 106, 107, 108, 109 und 110. Die Strukturelemente 106 und 107 sind dazu vorgesehen, in die in dem ersten Befestigungselement der 1a durch die unterschiedlichen Scheibenradien entstandene oder gebildete Nut einzugreifen, wie dies in der 1c schematisch dargestellt ist. Die Abmessungen 112, 116 bzw. 113, 117 der Formelemente 106 bzw. 107 entsprechen dabei vorzugsweise den Abmessungen 104, 105 der Nut des in 1a dargestellten Befestigungselements. Die Abmessungen 111, 114, 115 bzw. 118 der Formelemente 108, 109 entsprechend dabei nicht notwendig den Abmessungen 112, 113, 116 und 117. Die 1c zeigt in schematischer Weise eine Situation, bei der das in der 1a gezeigte Befestigungselement in das in der 1b gezeigte komplementäre Befestigungselement eingeschnappt oder eingerastet ist.
Das Formelement 101 des in der 1a gezeigten Befestigungselements ist vorzugsweise integraler Bestandteil des elektrochemischen Energiespeichers, seines Gehäuses, eines seiner Ableiter oder anderer von außen zugänglicher Formelemente des elektrochemischen Energiespeichers. Dazu alternativ kann das Formelement 101 jedoch auch an dem elektrochemischen Energiespeicher, insbesondere an seinem Gehäuse oder an einem seiner Ableiter angebracht, beispielsweise angeschweißt oder in ähnlicher Weise fest damit verbunden sein.
Die in den 1a bzw. 1b gezeigten Befestigungselemente sind vorzugsweise einstückig ausgestaltet, können jedoch auch durch Zusammenfügen unterschiedlicher Formteile gefertigt werden. Insbesondere die Formteile 108 und 109 werden vorzugsweise aus einem elastischen Material gefertigt, damit ein Einschnappen oder Einrasten des in der 1a gezeigten Befestigungselements in das in der 1b gezeigte Befestigungselement bei einem Anpressen leicht erfolgen kann und andererseits ein Lösen der dabei entstehenden Verbindung durch eine Zugkraft oberhalb einer Zugkraftschwelle ermöglicht wird.
Die Zugkraftschwelle wird wesentlich durch die Abmessungen, Formgebungen oder die Materialeigenschaften, insbesondere durch die Elastizität und Steifigkeit der eingesetzten Materialien bestimmt und kann durch eine geeignete Wahl dieser Parameter bei der Konstruktion der Befestigungselemente den Anforderungen bestimmter Anwendungen angepasst werden. Ebenso, wie beim Lösen einer durch die erfindungsgemäßen Befestigungselemente vorzugsweise eine Zugkraft eine bestimmte Zugkraftschwelle überschreiten muss, so muss auch beim Anpressen die Anpresskraft bzw. der Anpressdruck vorzugsweise eine bestimmte Anpresskraftschwelle bzw. eine Anpressdruckschwelle überschreiten, damit die Befestigungselemente eine Befestigung bewirken, vorzugsweise, indem komplementäre Befestigungselemente gegenseitig ineinander einrasten oder einschnappen.
Die 2 zeigt in schematischer Weise ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen elektrochemischen Energiespeichers 201 mit daran angebrachten Befestigungselementen 206, 207, 208 und 209. In diesem Beispiel liegen sich komplementäre Befestigungselemente 206 bzw. 207 und 208 bzw. 209 an parallelen Flächen des Energiespeichers 201 gegenüber, so dass durch Anpressen eines ersten derartigen Energiespeichers an einen zweiten derartigen Energiespeicher und Wiederholen dieses Schrittes eine Anordnung hergestellt werden kann, wie sie in der 2b schematisch gezeigt wird. In dieser Anordnung sind vier elektrochemische Energiespeicher 202, 203, 204 und 205 aneinander befestigt, so dass die aus diesen vier Energiespeichern hergestellte Anordnung ihrerseits wieder ein Energiespeicher im Sinne der Erfindung ist, der über freie Befestigungselements 210, 211, 212 und 213 verfügt. Wie insbesondere aus dem Beispiel der 2a und 2b, aber auch anhand der in den 3a, 3b, 3c, 4a, 4b, 5a, 5b, 5c, 6a, 6b, 7a und 7c zu ersehen ist, ist eine Anordnung aus einer Mehrzahl erfindungsgemäßer elektrochemischer Energiespeicher dieser Ausführungsformen ihrerseits wieder ein elektrochemischer Energiespeicher im Sinne der vorliegenden Erfindung.
Einige Ausführungsformen der Erfindung sehen vor, dass die Befestigungselemente elektrisch leitend mit elektrischen Anschlüssen der elektrochemischen Energiespeicher verbunden sind. In den in den 2a und 2b gezeigten Beispielen sind diese elektrischen Anschlüsse in den Figuren nicht gezeigt. Es ist jedoch möglich, diese elektrischen Anschlüsse aus dem Gehäuse des elektrochemischen Energiespeichers herauszuführen und mit den Befestigungselementen elektrisch leitend zu verbinden. Dies kann vorzugsweise mit Hilfe von Durchbrüchen in dem Gehäuse in den Bereichen geschehen, die durch die Befestigungselemente verdeckt werden, so dass diese Durchbrüche vorzugsweise von außen nicht zugänglich, durch die Befestigungselemente geschützt und besonders vorzugsweise abgedichtet sind.
Eine Möglichkeit besteht darin, einen positiven elektrischen Anschluss mit den Befestigungselementen 206 und 207 zu verbinden und einen negativen elektrischen Anschluss mit den Befestigungselementen 208 und 209 zu verbinden. In diesem Fall zeigt die 2b eine elektrische Parallelschaltung von vier in der 2a gezeigten elektrochemischen Energiespeichern. Die Befestigungselemente 210 und 211 sind dabei ebenfalls mit einem positiven elektrischen Anschluss verbunden, wohingegen die Befestigungselemente 212 und 213 mit einem negativen elektrischen Anschluss verbunden sind. Um einer Kurzschlussgefahr durch ein versehentliches Verdrehen der in 2a gezeigten elektrochemischen Energiespeicher zu begegnen, sind Befestigungselemente in diesem Zusammenhang bevorzugt, die einer derartigen Verpolung durch unterschiedliche Formgestaltungen und/oder Anordnungen verschiedener Pole begegnen und diese daher vermeiden oder eine Vermeidung wenigstens unterstützen. Entsprechende Ausführungsbeispiele sind in den 7a und 7b gezeigt.
Bei den in den 3a, 3b und 3c schematisch dargestellten elektrochemischen Energiespeichern oder Anordnungen einer Mehrzahl solcher elektrochemischer Energiespeicher weist jeder einzelne elektrochemische Energiespeicher nur zwei Befestigungselemente 306 bzw. 309 auf. Um eine Befestigung solcher elektrochemischer Energiespeicher aneinander durch erfindungsgemäßes Anpressen zu erleichtern, ist in diesem Beispiel ein Abstandshalter 308 vorgesehen, der ein Verkanten der elektrochemischen Energiespeicher beim Anpressen verhindern soll. Auf diese Weise lassen sich Beschädigungen beim Anpressen der Befestigungselemente verhindern.
Die 3b zeigt eine Anordnung aus zwei in 3a gezeigten elektrochemischen Energiespeichern 319 und 320, wobei das Befestigungselement 306 des Energiespeichers 319 in das Befestigungselement 309 des an der horizontalen Mittellinie gespiegelten, also „auf den Kopf gestellten” Energiespeichers 320 eingerastet ist. Das Ergebnis ist eine aus zwei einzelnen Energiespeichern bestehende Anordnung aus solchen Energiespeichern, die ihrerseits ein elektrochemischer Energiespeicher ist, welcher allerdings über zwei freie Befestigungselemente 322 und 321 verfügt, die nun gegenüberliegend angeordnet sind. Der Abstandshalter 317 verhindert hier wieder ein Verkanten der Energiespeicher beim Anpressen. Eine entsprechende Funktion hat der Abstandshalter 318.
3c zeigt eine Anordnung aus vier Energiespeichern 202, 203, 204 und 205 mit Abstandshaltern 313, 314, 315 und 316 sowie mit freien Befestigungselementen 311 bzw. 312. Sofern in diesem Beispiel die Befestigungselemente mit elektrischen Anschlüssen der jeweiligen Energiespeicher elektrisch leitend verbunden sind, sind die komplementären Befestigungselemente 306 bzw. 309 vorzugsweise mit ungleichnamigen elektrischen Anschlüssen (Polen) verbunden. Aus diesem Grund stellen die Anordnungen der 3b und 3c elektrische Reihenschaltungen von Energiespeichern dar, wie sie in der 3a gezeigt werden.
Die 4a zeigt ein weiteres Beispiel eines erfindungsgemäßen elektrochemischen Energiespeichers 401, dessen aus dem Gehäuse nach oben bzw. nach unten herausgeführte elektrische Anschlüsse 405 bzw. 406 spezielle Körper 407 bzw. 408 aufweisen, die vorzugsweise als Kühlkörper ausgestaltet sein können und vorzugsweise so dimensioniert sind, dass die Befestigungselemente 411, 412, 409 und 410 durch Anpressen zweier komplementärer Befestigungselemente eine Verbindung eingehen können, die eine Befestigung derartiger Energiespeicher aneinander bewirkt, wie dies in der 4b schematisch anhand der Energiespeicher 402, 403, 404 und 405 mit den freien Befestigungselementen 411, 412, 413 und 414 schematisch gezeigt ist.
Einige Ausführungsformen der Erfindung, die beispielhaft in den 4a, 4b, 5a, 5b, 5c, 6a, 6b, 7a und 7b schematisch dargestellt sind, sehen vor, dass die elektrischen Anschlüsse des elektrochemischen Energiespeichers derart ausgestaltet sind, dass bei der Befestigung eines ersten derartigen elektrochemischen Energiespeichers an einem zweiten elektrochemischen Energiespeicher eine elektrische Kontaktierung wenigstens eines Teils der elektrischen Anschlüsse der beiden elektrochemischen Energiespeicher erfolgt.
Vorzugsweise sind die elektrischen Anschlüsse der auf diese Weise ausgeführten elektrochemischen Energiespeicher dazu mit wenigstens einem Teil der Befestigungselemente elektrisch leitend verbunden, so dass beim Herstellen einer Befestigung eine elektrische Kontaktierung automatisch erfolgt. Bei anderen Ausführungsformen der Erfindung, wie beispielsweise bei den in den 4a, 4b und 4c gezeigten Ausführungsbeispielen, können die elektrischen Anschlüsse 405, 406 ihrerseits mit Befestigungselementen 409, 410, 411, 412 ausgestattet sein, so dass die Befestigung der Energiespeicher 401, 402, 403, 404, 405 über ihre elektrischen Anschlüsse und damit auch die elektrische Kontaktierung der elektrischen Anschlüsse erfolgt.
Sind diese Befestigungselemente, wie in den 4a, 4b und 4c gezeigt, an elektrisch leitfähigen Körpern 407, 408 angebracht, die ihrerseits in elektrisch leitender Verbindung mit den Anschlüssen 405 bzw. 406 und mit den an ihnen angebrachten Befestigungselementen 409, 410, 411, 412 stehen, dann führen die Befestigungselemente 409, 410 bzw. 411, 412 das Potential der sie tragenden Körper 407 bzw. 408 und damit das Potential der an diese jeweils angeschlossenen elektrischen Anschlüsse (der sog. „Ableiter”) 405 bzw. 406.
Vorzugsweise ist bei diesen und anderen Ausführungsformen vorgesehen, dass die elektrischen Anschlüsse und Befestigungselemente derart ausgestaltet sind, dass die elektrische Kontaktierung unterbrochen wird, wenn die Befestigung gelöst wird.
Entsprechende Ausführungsbeispiele sind in den 5a, 5b, 6a, 6b, 7a und 7b schematisch dargestellt.
So zeigt die 5a ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen elektrochemischen Energiespeichers, bei dem die Befestigungselemente 506 und 509 bzw. 507 und 508 mit dem negativen bzw. positiven elektrischen Anschluss des Energiespeichers verbunden sind. Der in dieser 5a auf dem Energiespeicher 501 markierte Pfeil deutet an, dass dieser Energiespeicher 501 nicht symmetrisch ist bezüglich einer Spiegelung an seiner horizontalen Mittellinie, was einem „auf den Kopf Stellen” des Energiespeichers entspricht. Vielmehr führt eine solche Spiegelung zu einer Vorzeichenumkehr der in der 5a gezeigten Polaritäten der Befestigungselemente.
Stellt man den in der 5a gezeigten Energiespeicher „auf den Kopf”, dann befindet sich das mit dem negativen elektrischen Anschluss verbundene Befestigungselement 509 an der linken oberen Position, an der sich zuvor das mit dem positiven elektrischen Anschluss verbundene Befestigungselement 507 befand, das nun nach links unten gewandert ist. Ganz entsprechend tauschen die Befestigungselemente 506 und 508 bei diesem Vorgang ihrer Position, wodurch aus dem vormals „positiven” Befestigungselement rechts unten ein „negatives” Befestigungselement wird.
Obschon die Befestigungselemente des Energiespeichers 501 bei diesem Vorgang des „auf den Kopf Stellens” ihre Polarität wechseln, bleibt ihre Bauweise, d. h. ihr Charakter als eines von zwei komplementären Befestigungselementen, man könnte auch sagen, ihr „Geschlecht”, unverändert.
Dies hat zur Folge, dass nur die in den 5b und 5c gezeigten Anordnungen des in 5a gezeigten Energiespeichers, in denen die Pfeile abwechselnd ihre Orientierung wechseln, technisch sinnvoll sind. Andere Anordnungen des in 5a gezeigten Energiespeichers wären technisch unzweckmäßig, da sie mit elektrischen Kurzschlüssen verbunden wären, die es zu verhindern gilt. Die Anordnung der Energiespeicher mit alternierender Ausrichtung der Pfeile bewirkt eine Parallelschaltung der Energiespeicher, wie es in den 5b und 5c dargestellt ist. 5b zeigt eine Parallelschaltung zweier in 5a gezeigter Energiespeicher 502, 503, die ihrerseits ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Energiespeichers mit von außen zugänglichen Befestigungselementen 511, 512, 513 und 514 ist. Im Gegensatz zu dem in 5a gezeigten einzelnen Energiespeicher ist die in 5b gezeigte Anordnung aus zwei Energiespeichern nicht nur baulich, sondern auch elektrisch symmetrisch unter einer Spiegelung um die horizontale Mittellinie („auf den Kopf Stellen”).
Um technisch unzweckmäßige oder gefährliche Zusammenschaltungen zu vermeiden, sind insbesondere die in den 2a bis 7b gezeigten Energiespeicher vorzugsweise mit einem Verpolungsschutz ausgestattet. Dieser Verpolungsschutz kann auf vielfältige Weise verwirklicht werden. Gemeinsames Funktionsprinzip solcher einen Verpolungsschutz bewirkenden konstruktiven Maßnahmen ist eine Brechung der baulichen Symmetrie der in den 2a bis 7b gezeigten Energiespeichers, die auf der elektrischen Ebene nicht vorhanden ist, was zu dem geschilderten Konflikt führt. Eine solche Symmetriebrechung ist auf vielfältige Weise möglich, vorzugsweise durch das Ersetzen der mit den Befestigungselementen 507 bzw. 506 formgleichen Befestigungselemente 509 bzw. 508 durch andersartige, in den Figuren nicht gezeigte, Befestigungselemente, die nicht zu den Befestigungselementen 506 bzw. 507 passen. Dies geschieht vorzugsweise so, dass bereits der Versuch einer Montage scheitern muss, bevor es zu einer unerwünschten oder gefährlichen Verpolung kommen kann.
Daneben gibt es andere Möglichkeiten, einen Verpolungsschutz zu realisieren, beispielsweise durch eine verschobene Anordnung der unteren Befestigungselemente 508 und 509 an den Seitenwänden des in 5a gezeigten Energiespeichers, die bewirkt, dass diese verschobenen Befestigungselemente nach einem „auf den Kopf Stellen” des in 5a gezeigten Energiespeichers nicht mit den oberen Befestigungselementen benachbarter gleichartiger Energiespeicher zur Deckung kommen. Ein entsprechendes Ausführungsbeispiel wird in den 7a und 7b gezeigt. Die Befestigungselemente 707 und 708 sind gegenüber den Positionen der Befestigungselemente 507 bzw. 508 vertikal so verschoben, dass die in der 5a vorhandene bauliche Symmetrie in der 7a gebrochen ist. Stellt man den in 7a gezeigten Energiespeicher „auf den Kopf”, nehmen die Befestigungselemente 706 und 707 nicht die Positionen ein, die zuvor von den Befestigungselementen 708 bzw. 709 belegt waren.
Wie ein Blick auf die 7b zeigt, wird diese Wirkung der versetzten Anordnung von Befestigungselementen beim Aufbau von Anordnungen aus mehreren Energiespeichern automatisch wieder auf die dabei entstehenden zusammengesetzten Energiespeicher übertragen. Das in 7b gezeigte Aggregat aus den vier alternierend ausgerichteten Energiespeichern 702, 703, 704 und 705 mit den freien elektrischen Anschlüssen 710, 711, 712 und 713, die gleichzeitig die freien Befestigungselemente dieses zusammengesetzten Energiespeichers sind, ist weder baulich noch elektrisch symmetrisch unter einer Spiegelung an der horizontalen Mittellinie.
Entsprechende Maßnahmen werden bevorzugt auch eingesetzt, um einen Verpolungsschutz der in den 6a und 6b gezeigten Erzeugnisse zu bewirken. Auch die in den 6a und 6b gezeigten Energiespeicher sind baulich symmetrisch, aber nicht elektrisch. Spiegelt man den Energiespeicher 601 oder die Anordnung aus den vier Energiespeichern 602, 603, 604 und 605 an der horizontalen Mittellinie, dann nehmen die Befestigungselemente 608, 609 bzw. 612 und 613 die vorherigen Positionen der Befestigungselemente 606, 607 bzw. 610 und 611 ein; die Polaritäten der elektrischen Anschlüsse ändern dabei jedoch ihre Vorzeichen.
Im Unterschied zu den in den 5a, 5b, 7a und 7b gezeigten Erzeugnissen müssen die in den 6a und 6b gezeigten Energiespeicher jedoch nicht alternierend, sondern mit identischer Ausrichtung zusammengeschaltet werden. Dies ist in den 5a, 5b, 6a, 6b, 7a und 7b durch entsprechende Pfeile angedeutet.
Vorzugsweise sieht die Erfindung in diesem Zusammenhang gegeneinander versetzte Befestigungselemente, besonders vorzugsweise horizontal und/oder vertikal gegeneinander versetzte Befestigungselemente 706, 707, 708, 709 und/oder Befestigungselemente mit unterschiedlichen, nicht zueinander passenden Formgestaltungen vor, besonders vorzugsweise den Einsatz einer Mehrzahl von Sätzen zueinander komplementär gestalteter Befestigungselemente, die innerhalb eines Satzes zueinander passen, nicht jedoch, wenn sie zu unterschiedlichen Sätzen gehören.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 2158525 [0003]
DE 2250373 [0004]
DE 3942241 A1 [0005]

Claims

Elektrochemischer Energiespeicher (301, 401), wenigstens ein erstes Befestigungselement (306, 308, 409, 410, 411, 412) aufweisend, welches derart ausgestaltet ist, dass beim Anpressen eines ersten derartigen elektrochemischen Energiespeichers (319) oder wenigstens eines ersten derartigen Befestigungselementes dieses ersten derartigen elektrochemischen Energiespeichers an einen zweiten derartigen elektrochemischen Energiespeicher (320) oder an wenigstens ein zweites derartiges Befestigungselement dieses zweiten derartigen elektrochemischen Energiespeichers (320) eine Befestigung des ersten elektrochemischen Energiespeichers an dem zweiten elektrochemischen Energiespeicher erfolgt.
Elektrochemischer Energiespeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Befestigungselement derart ausgestaltet ist, dass die Befestigung beim Einwirken einer Zugkraft oberhalb einer Zugkraftschwelle wieder gelöst wird.
Elektrochemischer Energiespeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrochemische Energiespeicher wenigstens zwei zueinander komplementäre Befestigungselemente (101 bis 105, 106 bis 110) aufweist, die so beschaffen sind, dass beim Anpressen wenigstens eines ersten Befestigungselementes eines ersten derartigen elektrochemischen Energiespeichers an ein zu dem ersten Befestigungselement komplementäres zweites Befestigungselement eines zweiten derartigen elektrochemischen Energiespeichers eine Befestigung des ersten elektrochemischen Energiespeichers an dem zweiten elektrochemischen Energiespeicher erfolgt.
Elektrochemischer Energiespeicher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Befestigungselement einen nach außen überstehenden, vorzugsweise kugelförmigen Körper (102) aufweist, der beim Anpressen an ein zu dem ersten komplementären Befestigungselement komplementären zweiten Befestigungselement in eine vorzugsweise hohlkugelförmige Vertiefung (106 bis 110) einschnappt, welche das zweite Befestigungselement aufweist.
Elektrochemischer Energiespeicher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und/oder das zweite Befestigungselement wenigstens teilweise aus einem elastischen Werkstoff gefertigt ist.
Elektrochemischer Energiespeicher nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste oder das zweite Befestigungselement wenigstens ein Federelement aufweist.
Elektrochemischer Energiespeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Befestigungselement einen Permanentmagneten aufweist.
Elektrochemischer Energiespeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Anschlüsse (405, 406) des elektrochemischen Energiespeichers derart ausgestaltet (407, 408, 409, 410, 411, 412) sind, dass bei der Befestigung eines ersten derartigen elektrochemischen Energiespeichers (402) an einem zweiten elektrochemischen Energiespeicher (403) eine elektrische Kontaktierung wenigstens eines Teils der elektrischen Anschlüsse der beiden elektrochemischen Energiespeicher erfolgt.
Elektrochemischer Energiespeicher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Anschlüsse des elektrochemischen Energiespeichers derart ausgestaltet sind, dass die elektrische Kontaktierung unterbrochen wird, wenn die Befestigung gelöst wird.
Elektrochemischer Energiespeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Anschlüsse oder die mit ihnen wenigstens teilweise elektrisch leitend verbundenen Befestigungselemente des elektrochemischen Energiespeichers derart ausgestaltet sind, dass sie einer Verpolung der elektrochemischen Energiespeicher oder ihrer Anschlüsse beim Aufbau einer Anordnung aus wenigstens zwei solcher Energiespeicher entgegenwirken.
Anordnung einer Mehrzahl von elektrochemischen Energiespeichern nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Anordnung einer Mehrzahl von elektrochemischen Energiespeichern, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Anordnung benachbarte elektrochemische Energiespeicher paarweise durch Befestigungsmittel aneinander befestigt sind, die derart ausgestaltet sind, dass beim Anpressen eines ersten derartigen elektrochemischen Energiespeichers (319) oder wenigstens eines ersten derartigen Befestigungselementes dieses ersten derartigen elektrochemischen Energiespeichers an einen zweiten derartigen elektrochemischen Energiespeicher (320) oder an wenigstens ein zweites derartiges Befestigungselement dieses zweiten derartigen elektrochemischen Energiespeichers (320) eine Befestigung des ersten elektrochemischen Energiespeichers an dem zweiten elektrochemischen Energiespeicher erfolgt.
Verfahren zur Herstellung eines elektrochemischen Energiespeichers, bei dem das Gehäuse oder elektrische Anschlüsse des elektrochemischen Energiespeichers derart ausgestaltet werden, dass der elektrochemische Energiespeicher ein erstes Befestigungselement (306, 308, 409, 410, 411, 412) aufweist, welches derart ausgestaltet ist, dass beim Anpressen eines ersten derartigen elektrochemischen Energiespeichers (319) oder wenigstens eines ersten derartigen Befestigungselementes dieses ersten derartigen elektrochemischen Energiespeichers an einen zweiten derartigen elektrochemischen Energiespeicher (320) oder an wenigstens ein zweites derartiges Befestigungselement dieses zweiten derartigen elektrochemischen Energiespeichers (320) eine Befestigung des ersten elektrochemischen Energiespeichers an dem zweiten elektrochemischen Energiespeicher erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 13 zur Herstellung eines elektrochemischen Energiespeichers nach einem der Ansprüche 1 bis 10.
Verfahren zur Herstellung einer Anordnung einer Mehrzahl von elektrochemischen Energiespeichern, bei dem benachbarte elektrochemische Energiespeicher paarweise durch Befestigungsmittel aneinander befestigt werden, indem beim Anpressen eines ersten derartigen elektrochemischen Energiespeichers (319) oder wenigstens eines ersten derartigen Befestigungselementes dieses ersten derartigen elektrochemischen Energiespeichers an einen zweiten derartigen elektrochemischen Energiespeicher (320) oder an wenigstens ein zweites derartiges Befestigungselement dieses zweiten derartigen elektrochemischen Energiespeichers (320) eine Befestigung des ersten elektrochemischen Energiespeichers an dem zweiten elektrochemischen Energiespeicher erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 15 zur Herstellung einer Anordnung einer Mehrzahl von elektrochemischen Energiespeichern nach einem der Ansprüche 1 bis 10.