DE102012012065A1 - Elektrochemische Energiewandlereinrichtung mit einem Zellgehäuse, Batterie mit zumindest zwei dieser elektrochemischen Energiewandlereinrichtungen und Verfahren zum Herstellen einer elektrochemischen Energiewandlereinrichtung - Google Patents

Elektrochemische Energiewandlereinrichtung mit einem Zellgehäuse, Batterie mit zumindest zwei dieser elektrochemischen Energiewandlereinrichtungen und Verfahren zum Herstellen einer elektrochemischen Energiewandlereinrichtung Download PDF

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Abstract

Elektrochemische Energiewandlereinrichtung (1) mit zumindest einer insbesondere wiederaufladbaren Elektrodenbaugruppe (2), welche vorgesehen ist, zumindest zeitweise elektrische Energie insbesondere einem Verbraucher zur Verfügung zu stellen, welche zumindest zwei Elektroden (3, 3a) unterschiedlicher Polarität aufweist, mit zumindest einer Stromleiteinrichtung (4, 4a), welche vorgesehen ist, mit einer der Elektroden (3, 3a) der Elektrodenbaugruppe (2) elektrisch, vorzugsweise stoffschlüssig verbunden zu sein, mit einem Zellgehäuse (5) mit einem ersten Gehäuseteil (6), wobei das erste Gehäuseteil (6) vorgesehen ist, die Elektrodenbaugruppe (2) zumindest bereichsweise zu umschließen.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrochemische Energiewandlereinrichtung, nachfolgend auch Wandlerzelle genannt, mit einem Zellgehäuse, eine Batterie mit zumindest zwei dieser elektrochemischen Energiewandlereinrichtungen und ein Verfahren zum Herstellen einer elektrochemischen Energiewandlereinrichtung. Die Erfindung wird im Zusammenhang mit Lithium-Ionen-Batterien zur Versorgung von KFZ-Antrieben beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass die Erfindung auch unabhängig von der Chemie der Wandlerzelle oder von der Bauart der Batterie oder unabhängig von der Art des versorgten Antriebs Verwendung finden kann.
  • Aus dem Stand der Technik sind Batterien mit mehreren Wandlerzellen zur Versorgung von KFZ-Antrieben bekannt. Übliche Wandlerzellen weisen eine Elektrodenbaugruppe mit zumindest zwei Elektroden unterschiedlicher Polarität und einem Separator auf. Der Separator trennt bzw. beanstandet die Elektroden unterschiedlicher Polarität. Weiter weisen übliche Wandlerzellen ein Zellgehäuse auf, welche die Elektrodenbaugruppe zumindest bereichsweise umschließt. Weiter weisen übliche Wandlerzelle zumindest zwei Stromleiteinrichtungen auf, welche mit je einer Elektrode der Elektrodenbaugruppe elektrisch verbunden sind.
  • Der hohe Aufwand zur Herstellung einiger Bauarten von Wandlerzellen wird mitunter als problematisch empfunden.
  • Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Wandlerzelle zur Verfügung zu stellen, welche mit geringerem Aufwand bzw. Kosten hergestellt werden kann.
  • Die Aufgabe wird durch eine elektrochemische Energiewandlereinrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst. Anspruch 13 beschreibt eine Batterie mit zumindest zwei erfindungsgemäßen elektrochemischen Energiewandlereinrichtungen. Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein Herstellverfahren für eine elektrochemische Energiewandlereinrichtung gemäß Anspruch 14. Zu bevorzugende Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Eine erfindungsgemäße Wandlerzelle, insbesondere ausgebildet als elektrochemische Energiewandlereinrichtung, weist zumindest eine insbesondere wiederaufladbare Elektrodenbaugruppe auf. Die zumindest eine Elektrodenbaugruppe ist vorgesehen, zumindest zeitweise elektrische Energie insbesondere einem Verbraucher zur Verfügung zu stellen. Die Elektrodenbaugruppe weist zumindest zwei Elektroden unterschiedlicher Polarität auf. Die Wandlerzelle weist eine, zwei oder mehrere Stromleiteinrichtungen auf, wobei wenigstens eine oder mehrere dieser Stromleiteinrichtungen vorgesehen sind, mit einer der Elektroden der Elektrodenbaugruppe elektrisch, vorzugsweise stoffschlüssig verbunden zu sein. Die Wandlerzelle weist ein Zellgehäuse mit zumindest einem insbesondere ersten Gehäuseteil auf, wobei das Zellgehäuse vorgesehen ist, die Elektrodenbaugruppe zumindest bereichsweise zu umschließen. Das erste Gehäuseteil weist zumindest eine Funktionseinrichtung auf, welche vorgesehen ist, die Abgabe von Energie aus der Elektrodenbaugruppe insbesondere an einen Verbraucher zu unterstützen. Die Funktionseinrichtung ist mit der Elektrodenbaugruppe wirkverbunden, insbesondere zur Aufnahme von Energie. Das erste Gehäuseteil weist zumindest ein erstes Tragelement auf, welches vorgesehen ist, die zumindest eine Funktionseinrichtung gegenüber der Umgebung der Wandlerzelle abzugrenzen. Das erste Tragelement dient insbesondere dazu, die zumindest eine Funktionseinrichtung abzustützen, d. h. insbesondere einer unerwünschten relativen Verlagerung der zumindest einen Funktionseinrichtung bezüglich der Wandlerzelle zu begegnen. Das erste Tragelement dient insbesondere dazu, die zumindest eine Funktionseinrichtung gegen schädigende Einflüsse aus der Umgebung zu schützen.
  • Vorzugsweise ist die zumindest eine Elektrodenbaugruppe vorgesehen, zumindest zeitweise chemische Energie in elektrische Energie zu wandeln. Vorzugsweise ist die zumindest eine Elektrodenbaugruppe vorgesehen, zumindest zeitweise insbesondere zugeführte elektrische Energie in chemische Energie zu wandeln.
  • Bei erfindungsgemäßer Ausbildung des ersten Gehäuseteils übernimmt die Funktionseinrichtung mehrere Funktionen insbesondere betreffend den Betrieb der Wandlerzelle bzw. der Elektrodenbaugruppe, welche bei bekannten Bauarten von Wandlerzellen durch diskrete Bauteile erfüllt werden. Mehrere diskrete Bauteile bzw. Funktionselemente sind in der zumindest einen Funktionseinrichtung insbesondere als eigene Funktionsbaugruppe zusammengefasst. So sind zur Herstellung der erfindungsgemäßen Wandlerzelle weniger Baugruppen erfordert, wodurch der Aufwand bei der Herstellung bzw. Montage verringert ist. So wird die zugrunde liegende Aufgabe gelöst.
  • Weiter bietet die erfindungsgemäße Wandlerzelle den Vorteil erhöhter Haltbarkeit, indem das erste Tragelement die darunter liegende Funktionseinrichtung gegen mechanische Beschädigung insbesondere durch einen auf das Zellgehäuse einwirkenden Fremdkörper schützt. Weiter bietet die erfindungsgemäße Wandlerzelle den Vorteil erhöhter Haltbarkeit, indem das erste Tragelement den Zusammenhalt der Funktionseinrichtung insbesondere bei Beschleunigungen oder Vibrationen während des Betriebs der Wandlerzelle verbessert.
  • Unter einer Elektrodenbaugruppe im Sinne der Erfindung ist eine Einrichtung zu verstehen, welche insbesondere der Bereitstellung elektrischer Energie dient.
  • Die Elektrodenbaugruppe weist zumindest zwei Elektroden unterschiedlicher Polarität auf. Diese Elektroden unterschiedlicher Polarität sind durch einen Separator beabstandet, wobei der Separator für Ionen leitfähig ist, nicht aber für Elektronen. Vorzugsweise ist die Elektrodenbaugruppe im wesentlichen quaderförmig ausgebildet. Vorzugsweise ist die Elektrodenbaugruppe mit zwei dieser Stromleiteinrichtungen unterschiedlicher Polarität insbesondere stoffschlüssig verbunden, welche zur zumindest mittelbaren elektrischen Verbindung mit zumindest einer benachbarten Elektrodenbaugruppe und/oder zumindest mittelbar der elektrischen Verbindung mit dem Verbraucher dienen.
  • Vorzugsweise weist zumindest eine dieser Elektroden eine insbesondere metallische Kollektorfolie sowie eine Aktivmasse auf. Die Aktivmasse ist auf die Kollektorfolie zumindest einseitig aufgetragen. Beim Laden oder Entladen der Elektrodenbaugruppe werden Elektronen zwischen der Kollektorfolie und Aktivmasse ausgetauscht. Vorzugsweise ist mit der Kollektorfolie zumindest eine Ableiterfahne insbesondere stoffschlüssig verbunden. Besonders bevorzugt sind mit der Kollektorfolie mehrerer Ableiterfahnen insbesondere stoffschlüssig verbunden. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass der Strom je Ableiterfahne verringert ist.
  • Vorzugsweise weist zumindest eine dieser Elektroden eine insbesondere metallische Kollektorfolie sowie zwei Aktivmassen unterschiedlicher Polarität auf, welche auf verschiedenen Flächen der Kollektorfolie angeordnet und durch die Kollektorfolie beabstandet sind. Für diese Anordnung von Aktivmassen ist auch der Begriff „Eizelle” üblich. Beim Laden oder Entladen der Elektrodenbaugruppe werden Elektronen zwischen der Kollektorfolie und Aktivmasse ausgetauscht. Vorzugsweise ist mit der Kollektorfolie zumindest eine Ableiterfahne insbesondere stoffschlüssig verbunden. Besonders bevorzugt sind mit der Kollektorfolie mehrerer Ableiterfahnen insbesondere stoffschlüssig verbunden.
  • Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die Zahl der Elektronen, welche je Zeiteinheit durch eine Ableiterfahne fließen, verringert ist.
  • Zwei Elektroden unterschiedlicher Polarität sind in der Elektrodenbaugruppe durch einen Separator beabstandet. Der Separator ist für Ionen durchlässig, nicht aber für Elektronen. Vorzugsweise enthält der Separator zumindest einen Teil des Elektrolyts bzw. des Leitsalzes. Vorzugsweise ist der Elektrolyt insbesondere nach dem Verschließen der Wandlerzelle im Wesentlichen ohne flüssigen Anteil ausgebildet. Vorzugsweise weist das Leitsalz Lithium auf. Besonders bevorzugt werden Lithiumionen beim Laden in die negative Elektrode eingelagert bzw. interkaliert und beim Entladen wieder ausgelagert.
  • Die Elektrodenbaugruppe ist vorzugsweise ausgestaltet, zugeführte elektrische Energie in chemische Energie zu wandeln und als chemische Energie zu speichern. Die Elektrodenbaugruppe ist vorzugsweise ausgestaltet, insbesondere gespeicherte chemische Energie in elektrische Energie zu wandeln, bevor die Elektrodenbaugruppe diese elektrische Energie einem Verbraucher zur Verfügung stellt. Man spricht dann auch von einer wiederaufladbaren Elektrodenbaugruppe. Besonders bevorzugt werden Lithiumionen beim Laden in die negative Elektrode eingelagert bzw. interkaliert und beim Entladen wieder ausgelagert.
  • Gemäß einer ersten bevorzugten Ausgestaltung ist die Elektrodenbaugruppe als Elektrodenwickel ausgebildet, insbesondere als im Wesentlichen zylindrischer Elektrodenwickel. Vorzugsweise ist diese Elektrodenbaugruppe wiederaufladbar. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil einfacherer Herstellbarkeit insbesondere dadurch, dass bandförmige Elektroden verarbeitet werden können. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die Ladekapazität, beispielsweise in Amperestunden [Ah] oder Wattstunden [Wh], seltener in Coulomb [C] angegeben, auf einfache Weise durch weitere Wicklungen erhöht werden kann. Vorzugsweise ist die Elektrodenbaugruppe als Elektrodenflachwickel ausgebildet. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass dieser raumsparend neben einem weiteren Elektrodenflachwickel insbesondere innerhalb einer Batterie angeordnet werden kann.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die Elektrodenbaugruppe als im wesentlichen quaderförmiger Elektrodenstapel ausgebildet. Vorzugsweise ist diese Elektrodenbaugruppe wiederaufladbar. Der Elektrodenstapel weist eine vorbestimmte Abfolge von Stapelblättern auf, wobei je zwei Elektrodenblätter unterschiedlicher Polarität von einem Separatorblatt getrennt sind. Vorzugsweise ist jedes Elektrodenblatt mit einer Stromleiteinrichtung insbesondere stoffschlüssig verbunden, besonders bevorzugt einstückig mit der Stromleiteinrichtung ausgebildet. Vorzugsweise sind Elektrodenblätter gleicher Polarität insbesondere über eine gemeinsame Stromleiteinrichtung miteinander elektrisch verbunden. Diese Ausgestaltung der Elektrodenbaugruppe bietet den Vorteil, dass die Ladekapazität, beispielsweise in Amperestunden [Ah] oder Wattstunden [Wh], seltener in Coulomb [C] angegeben, auf einfache Weise durch Hinzufügen weiterer Elektrodenblätter erhöht werden kann. Besonders bevorzugt sind zumindest zwei Separatorblätter miteinander verbunden und umschließen eine begrenzende Kante eines Elektrodenblattes. Eine derartige Elektrodenbaugruppe mit einem einzelnen, insbesondere mäanderförmigen Separator ist in der WO 2011/020545 beschrieben. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass einem parasitären Strom, ausgehend von dieser begrenzenden Kante zu einem Elektrodenblatt anderer Polarität, begegnet ist.
  • Gemäß einer dritten bevorzugten Ausgestaltung ist die Elektrodenbaugruppe ausgestaltet, zeitweise elektrische Energie unter Aufnahme von Sauerstoff, insbesondere aus der Umgebungsluft oder einer anderen Sauerstoffquelle, bereitzustellen. Dabei wird der Sauerstoff von zumindest einer oder mehreren Elektroden erster Polarität aufgenommen. Beim Laden der Wandlerzelle bzw. der Elektrodenbaugruppe wird der Sauerstoff von der Elektrode erster Polarität, insbesondere an die Umgebung, abgegeben. Vorzugsweise weisen eine oder mehrere Elektroden erster Polarität je eine Trägerschicht aus feinteiligem Kohlenstoff, eine dünne Aktivschicht mit einer Dicke zwischen 5 μm und 1 mm auf dieser Trägerschicht sowie eine Katalysatorschicht zur Beschleunigung der Sauerstoffreduktion und Hydroxidoxidation auf. Vorzugsweise weisen eine oder mehrere Elektroden zweiter Polarität ein Metall auf, besonders bevorzugt Zink, insbesondere als Zn0, oder Lithium, insbesondere als Li0. Diese bevorzugte Ausgestaltung bietet den Vorteil einer erhöhten Energiedichte der Wandlerzelle. Diese bevorzugte Ausführungsform ist vorteilhaft mit der ersten oder zweiten bevorzugten Ausführungsform kombinierbar.
  • Unter einer Stromleiteinrichtung im Sinne der Erfindung ist eine Einrichtung zu verstehen, welche insbesondere der Leitung von Elektronen zwischen einer der Elektroden der Elektrodenbaugruppe und einem Verbraucher oder zwischen einer der Elektroden und einer benachbarten Wandlerzelle dient. Dazu ist die Stromleiteinrichtung mit einer der Elektroden der Elektrodenbaugruppe elektrisch, vorzugsweise stoffschlüssig verbunden. Vorzugsweise ist die Stromleiteinrichtung zumindest mittelbar mit einem zu versorgenden Verbraucher verbunden.
  • Die Stromleiteinrichtung weist einen elektrisch leitfähigen Bereich mit einem metallischen Werkstoff auf, vorzugsweise Aluminium und/oder Kupfer, besonders bevorzugt bereichsweise eine Beschichtung mit Nickel. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil eines verringerten Kontaktwiderstands. Vorzugsweise ist die Stromleiteinrichtung massiv mit einem metallischen Werkstoff ausgebildet. Vorzugsweise entspricht der Werkstoff der Stromleiteinrichtung dem Werkstoff der Kollektorfolie der Elektrode, mit welcher die Stromleiteinrichtung insbesondere stoffschlüssig verbunden ist. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil einer verringerten Kontaktkorrosion zwischen Stromleiteinrichtung und Kollektorfolie.
  • Die Stromleiteinrichtung weist einen zweiten Bereich auf, welcher innerhalb der Wandlerzelle angeordnet ist. Der zweite Bereich ist elektrisch mit zumindest einer Elektrode der Elektrodenbaugruppe vorzugsweise stoffschlüssig verbunden, vorzugsweise mit sämtlichen Elektroden gleicher Polarität.
  • Vorzugsweise weist der zweite Bereich zumindest eine Ableiterfahne auf. Die Ableiterfahne ist mit einer der Elektroden der Elektrodenbaugruppe, insbesondere mit deren Kollektorfolie insbesondere stoffschlüssig verbunden. Die Ableiterfahne ist als elektrisch leitfähiges Band bzw. Folie, vorzugsweise als Metallfolie ausgebildet. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass ein Versatz zwischen einer Symmetrieebene durch den Bereich der Stromleiteinrichtung, welcher sich in die Umgebung der Wandlerzelle erstreckt, und einer Ebene durch dieser Elektrode bzw. Kollektorfolie ausgeglichen werden kann. Besonders bevorzugt weist der zweite Bereich mehrere Ableiterfahnen auf. Die Ableiterfahnen bieten mehrere Strompfade zu derselben Elektrode, wodurch die Stromdichte die Strompfad vorteilhaft verringert ist, oder zu verschiedenen Elektroden gleicher Polarität des Elektrodenstapels, wodurch eine Parallelschaltung der Elektroden gleicher Polarität gebildet ist.
  • Vorzugsweise weist die Stromleiteinrichtung auch einen ersten Bereich auf, welcher sich in die Umgebung der Wandlerzelle erstreckt. Der erste Bereich ist elektrisch zumindest mittelbar mit einem zu versorgenden Verbraucher oder einer zweiten, insbesondere benachbarten Wandlerzelle verbunden, vorzugsweise über eine nicht der Wandlerzelle zugehörigen Anschlusseinrichtung, wobei im Sinne der Erfindung auch eine Stromschiene, ein Stromband oder ein Anschlusskabel als Anschlusseinrichtung gelten. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist der erste Bereich als Metallplatte oder als Platte mit einer metallischen Beschichtung ausgebildet. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass eine mechanisch stabile, im wesentlichen ebene Fläche zur einfachen und/oder möglichst dauerhaften elektrischen Verbindung mit einer Anschlusseinrichtung vorliegt.
  • Vorzugsweise weist die Stromleiteinrichtung einen im wesentlichen plattenförmigen, metallischen oder metallbeschichteten Stromableiter auf. Im zweiten Bereich der Stromleiteinrichtung ist der Stromableiter insbesondere stoffschlüssig mit insbesondere sämtlichen Ableiterfahnen gleicher Polarität verbunden. Vorzugsweise entspricht der Werkstoff des Stromableiters dem Werkstoff der Ableiterfahne. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass der Stromableiter zur Verbindung mit einer Anschlusseinrichtung und/oder einem der Gehäuseteile mechanisch stabiler ausgebildet werden kann, als eine folienartiger Ableiterfahne ausgebildet werden könnte. Damit ist die Haltbarkeit der Wandlerzelle verbessert. Weiter bietet diese Ausgestaltung den Vorteil, dass der Stromableiter mit dem Zellgehäuse verbunden sein kann, bevor die Elektrodenbaugruppe mit daran befestigten Ableiterfahnen dem Zellgehäuse zugeführt wird.
  • Unter einem Zellgehäuse im Sinne der Erfindung ist eine Einrichtung zu verstehen, welche insbesondere
    • • der Begrenzung der Elektrodenbaugruppe gegenüber der Umgebung dient,
    • • dem Schutz der Elektrodenbaugruppe gegenüber schädlichen Einflüssen aus der Umgebung dient, insbesondere zum Schutz vor Wasser aus der Umgebung,
    • • dem Austritt von Substanzen aus der Elektrodengruppe in die Umgebung entgegenwirkt,
    • • vorzugsweise die Elektrodenbaugruppe im wesentlichen gasdicht umschließt.
  • Das Zellgehäuse umgibt die Elektrodenbaugruppe zumindest bereichsweise, bevorzugt im wesentlichen vollständig. Dabei ist das Zellgehäuse an die Gestalt der Elektrodenbaugruppe angepasst. Vorzugsweise ist das Zellgehäuse, ebenso wie die Elektrodenbaugruppe, im wesentlichen quaderförmig ausgebildet. Das Zellgehäuse umgibt die Elektrodenbaugruppe vorzugsweise derart, dass zumindest eine Wandung des Zellgehäuses eine Kraft auf die Elektrodenbaugruppe ausübt, wobei die Kraft einer unerwünschten Relativbewegung der Elektrodenbaugruppe bezüglich des Zellgehäuses entgegenwirkt. Besonders bevorzugt nimmt das Zellgehäuse die Elektrodenbaugruppe formschlüssig und/oder kraftschlüssig auf. Vorzugsweise ist das Zellgehäuse gegenüber der Umgebung elektrisch isoliert. Vorzugsweise ist das Zellgehäuse gegenüber der Elektrodenbaugruppe elektrisch isoliert.
  • Das Zellgehäuse ist mit zumindest einem im wesentlichen biegesteifen ersten Gehäuseteil ausgebildet. Das erste Gehäuseteil weist zumindest eine Funktionseinrichtung auf, welche die Abgabe von Energie aus der Elektrodenbaugruppe insbesondere an einen Verbraucher unterstützt. Das erste Gehäuseteil weist ein erstes Tragelement auf, welche die zumindest eine Funktionseinrichtung gegenüber der Umgebung der Wandlerzelle abstützt. Insbesondere dient das erste Gehäuseteil zur Begrenzung der Elektrodenbaugruppe gegenüber der Umgebung der Wandlerzelle sowie zum Schutz der Elektrodenbaugruppe. Insbesondere dient das erste Gehäuseteil dem Schutz der Elektrodenbaugruppe. Vorzugsweise weist das erste Gehäuseteil eine Wandstärke von mindestens 0,3 mm auf. Vorzugsweise sind das Material und die Geometrie des ersten Gehäuseteils so gewählt, dass dessen Biegesteifigkeit den Beanspruchungen des Betriebs standhält.
  • Unter einer Funktionseinrichtung im Sinne der Erfindung ist eine Einrichtung zu verstehen, welche insbesondere dazu dient, einen einwandfreien Betrieb der Elektrodenbaugruppe zu unterstützen. Die Funktionseinrichtung ist mit der Elektrodenbaugruppe wirkverbunden. Unter wirkverbundener Funktionseinrichtung und Elektrodenbaugruppe im Sinne der Erfindung ist insbesondere zu verstehen, dass Energie, ein elektrisches Potential, Stoffe und/oder Informationen insbesondere betreffend Betriebsparameter der Elektrodenbaugruppe zwischen Funktionseinrichtung und Elektrodenbaugruppe ausgetauscht werden können. Vorzugsweise weist die zumindest eine Funktionseinrichtung zumindest einen elektrisch leitfähigen Bereich auf. Vorzugsweise weist die zumindest eine Funktionseinrichtung zumindest einen elektrisch isolierenden Bereich auf, welcher besonders bevorzugt als Träger für Funktionselemente dient. Die Funktionseinrichtung ist vorzugsweise mit dem ersten Tragelement insbesondere stoffschlüssig verbunden. Gegenüber der Umgebung ist die Funktionseinrichtung von dem ersten Tragelement im wesentlichen vollständig bedeckt, sofern das erste Tragelement keine Polkontaktausnehmung aufweist.
  • Vorzugsweise ist die Funktionseinrichtung mit zumindest einer der Elektroden elektrisch verbunden, besonders bevorzugt mit zumindest zwei Elektroden unterschiedlicher Polarität. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die Funktionseinrichtung das elektrische Potential der verbundenen Elektrode aufweist, insbesondere von der Elektrodenbaugruppe mit Energie versorgt werden kann.
  • Vorzugsweise ist die Funktionseinrichtung als Diffusionssperre ausgebildet, womit einem Austausch eines Gases zwischen der Umgebung der Wandlerzelle und dem Innenraum des Zellgehäuses begegnet ist.
  • Vorzugsweise ist die Funktionseinrichtung als bestückte und/oder bedruckte, insbesondere flexible Leiterplatte ausgebildet. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die Leiterplatte von dem ersten Tragelement geschützt ist. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die Leiterplatte bei Entnahme der Wandlerzelle aus einer Batterie an der Wandlerzelle verbleibt.
  • Vorzugsweise ist die Funktionseinrichtung als Flammschutz bzw. Brandschutz ausgebildet. Dazu weist die Funktionseinrichtung einen dieser chemisch reaktiven, flammhemmenden Stoffe auf und ist vorzugsweise als Schicht bzw. Lage und insbesondere die benachbarte Elektrodenbaugruppe im wesentlichen vollständig bedeckend ausgebildet. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die Betriebssicherheit der Wandlerzelle bei einem Brand in deren Umgebung verbessert ist.
  • Unter einem ersten Tragelement im Sinne der Erfindung ist eine Einrichtung zu verstehen, welche vorgesehen ist, die zumindest eine Funktionseinrichtung zumindest bereichsweise abzustützen. Das erste Tragelement ist der Umgebung der Wandlerzelle zugewandt. Unter „abzustützen” im Sinne der Erfindung ist zu verstehen, dass einer unerwünschten Relativbewegung von der zumindest einen Funktionseinrichtung bezüglich der ersten Tragelement bzw. der Wandlerzelle begegnet ist. Das erste Tragelement dient insbesondere dazu, einer unerwünschten relativen Verlagerung der zumindest einen Funktionseinrichtung bezüglich der ersten Tragelement bzw. der Wandlerzelle zu begegnen. Das erste Tragelement dient insbesondere dazu, die zumindest eine Funktionseinrichtung insbesondere gegen schädigende Einflüsse aus der Umgebung der Wandlerzelle zu schützen. So bietet diese Ausbildung den Vorteil eines Schutzes der Elektrodenbaugruppe gegen einen auf das Zellgehäuse einwirkenden oder gar eindringenden Fremdkörper, insbesondere ohne dass separate Schutzeinrichtungen erfordert wären.
  • Das erste Tragelement weist ein insbesondere faserdurchsetztes erstes Polymermaterial auf, vorzugsweise ein Thermoplast. Vorzugsweise liegt diese Erweichungstemperatur des Polymermaterials oberhalb des Betriebstemperaturbereichs der Wandlerzelle, besonders bevorzugt um wenigstens 10 K. Vorzugsweise weist das erste Tragelement ein Fasermaterial auf, insbesondere Glasfasern, Kohlefasern, Basaltfasern und/oder Aramidfasern, wobei das Fasermaterial insbesondere der Versteifung des ersten Tragelements dient. Besonders bevorzugt ist das Fasermaterial insbesondere textilförmig als Gelege oder Gewebe ausgebildet und von dem ersten Polymermaterial im wesentlichen vollständig umgeben.
  • Vorzugsweise ist die zumindest eine Funktionseinrichtung mit dem ersten Tragelement insbesondere stoffschlüssig verbunden.
  • Vorzugsweise ist das erste Tragelement als erste Tragschicht ausgebildet. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die zumindest eine Funktionseinrichtung entlang einer größeren Fläche von dem ersten Tragelement abgestützt werden kann, wodurch insbesondere die Integrität der zumindest einen Funktionseinrichtung verbessert ist.
  • Vorzugsweise weist das erste Tragelement eine oder zwei Polkontaktausnehmungen auf, welche je einen Bereich der benachbarten Funktionseinrichtung aus der Umgebung der Wandlerzelle insbesondere elektrisch zugänglich machen.
  • Nachfolgend werden vorteilhafte Ausgestaltungen und bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Wandlerzelle sowie deren Vorteile beschrieben.
  • Vorzugsweise weist die erfindungsgemäße Wandlerzelle zumindest zwei Elektrodenbaugruppen auf, welche im Zellgehäuse in Reihe geschaltet sind. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die von der Wandlerzelle bereitstellbare elektrische Spannung, insbesondere die Klemmenspannung der Wanderzelle, erhöht ist.
  • Vorzugsweise weist die zumindest eine Funktionseinrichtung zumindest eines oder mehrere Funktionselemente auf.
  • Unter einem Funktionselement im Sinne der Erfindung ist ein Element zu verstehen, welche insbesondere dazu dient, einen einwandfreien Betrieb der Elektrodenbaugruppe zu unterstützen. Das Funktionselement dient insbesondere
    • • der elektrischen Verbindung der Elektrodenbaugruppe mit der Umgebung der Wandlerzelle, und/oder
    • • der insbesondere elektrischen Verbindung der zumindest einer oder mehrerer dieser Funktionseinrichtungen mit der Elektrodenbaugruppe, und/oder
    • • zum Zuführen von Energie insbesondere aus der Elektrodenbaugruppe zu zumindest einer oder mehrerer dieser Funktionseinrichtungen, und/oder
    • • der Beeinflussung bzw. Begrenzung des elektrischen Stroms, welche in die Elektrodenbaugruppe fließt oder der Elektrodenbaugruppe entnommen wird, und/oder
    • • der Steuerung der Wandlerzelle bzw. Elektrodenbaugruppe, und/oder
    • • der Erfassung von Betriebsparametern der Wandlerzelle, insbesondere von Betriebsparametern der Elektrodenbaugruppe, und/oder
    • • dem Austausch von Wärmeenergie mit der Elektrodenbaugruppe, vorzugsweise der Wärmeabfuhr aus der Elektrodenbaugruppe, und/oder
    • • der Zufuhr oder Abfuhr eines Fluidstroms einer chemischen Substanz, und/oder
    • • der Erfassung des Sicherheitszustands der Wandlerzelle, der Defektanalyse, der Zustandserfassung bzw. -mitteilung, und/oder
    • • der Kommunikation mit der Umgebung, insbesondere mit einer Batteriesteuerung oder mit einer unabhängigen Steuerung.
  • Vorzugsweise ist zumindest eines oder mehrere dieser Funktionselemente ausgebildet als
    • • Polkontaktbereich, welcher aus der Umgebung der Wandlerzelle insbesondere durch eine Polkontaktausnehmung des ersten Tragelements zugänglich ist, welcher insbesondere auf einer Außenfläche des Zellgehäuses angeordnet ist, wobei der Polkontaktbereich das elektrische Potential einer der Elektroden der Elektrodenbaugruppe aufweist, wobei diese Ausgestaltung den Vorteil bietet, dass zumindest eine dieser Stromleiteinrichtungen ohne ersten Bereich ausgebildet werden kann,
    • • Elektrodenverbindungsbereich, welcher der elektrischen Verbindung der Funktionseinrichtung mit der Elektrodenbaugruppe, welcher insbesondere der Versorgung der Funktionseinrichtung dient, welcher insbesondere der elektrischen Verbindung mit einer der Stromleiteinrichtungen der Wandlerzelle dient,
    • • Spannungsfühler, Stromfühler, Temperaturfühler bzw. Thermoelement, Drucksensor, Sensor für einen chemischen Stoff, nachfolgend „Stoffsensor” genannt, Gassensor, Flüssigkeitssensor, Lagesensor oder Beschleunigungssensor, wobei die Sensoren bzw. Fühler insbesondere der Erfassung von Betriebsparametern der Wandlerzelle, insbesondere der Elektrodenbaugruppe dienen,
    • • Steuereinrichtung, insbesondere Zellsteuereinrichtung, anwendungsspezifische integrierte Schaltung, Mikroprozessor oder Datenspeichereinrichtung, welche insbesondere der Steuerung der Wandlerzelle bzw. deren Elektrodenbaugruppe dienen,
    • • Stelleinrichtung, Druckentlastungseinrichtung Aktor, Schalteinrichtung, Halbleiterschalter, Entladewiderstand, Strombegrenzer oder Stromunterbrecher, welche insbesondere zur Durchführung von Abstellmaßnahmen auf erkannte, insbesondere unerwünschte Betriebszustände der Wandlerzelle dienen, welche insbesondere der Beeinflussung bzw. Begrenzung des elektrischen Stroms in die Elektrodenbaugruppe bzw. aus der Elektrodenbaugruppe dienen,
    • • Leiterbahn, welcher der elektrischen Verbindung von zumindest zwei oder mehreren dieser Funktionselemente untereinander dient,
    • • Ausnehmung, welche eine Verbindung von Körpern ermöglicht, die durch die Funktionseinrichtung beabstandet sind, oder welche ermöglicht, dass sich ein Körper durch die Funktionseinrichtung erstreckt,
    • • Wärmeaustauschbereich, welcher dem Austausch von Wärmeenergie mit der Elektrodenbaugruppe dient,
    • • Fluiddurchlass, welcher einem Austausch einer chemischen Substanz mit der Elektrodenbaugruppe dient, insbesondere dem Austausch von Sauerstoff, insbesondere aus der Umgebungsluft oder einer anderen Sauerstoffquelle, mit der Elektrodenbaugruppe, welcher vorzugsweise durch die Zellsteuereinrichtung gesteuert werden kann, insbesondere abhängig von der durch die Wandlerzelle bereitzustellende elektrische Energie bzw. Leistung, oder als
    • • Piepser, lichtemittierende Diode, Infrarotschnittstelle, GPS-Einrichtung, GSM-Baugruppe, erste Nahfunkeinrichtung oder Transponder, welche der Kommunikation insbesondere mit einer Batteriesteuerung oder einer unabhängigen Steuerung dienen, welche zur Übermittlung von Daten insbesondere an eine Batteriesteuerung oder einer unabhängigen Steuerung dienen, welche insbesondere der Anzeige eines insbesondere vorbestimmten Betriebszustands der Wandlerzelle bzw. der Elektrodenbaugruppe dienen.
  • Vorzugsweise ist der Fluiddurchlass mit wenigstens einer steuerbaren, verschließbaren Öffnung ausgebildet. Vorzugsweise kann die Öffnung durch die Zellsteuereinrichtung auch nur teilweise geöffnet werden, insbesondere abhängig von der durch die Wandlerzelle bereitzustellende elektrische Energie bzw. Leistung. Vorzugsweise weist der Fluiddurchlass mehrere verschließbare Öffnungen auf. Besonders im Teillastbetrieb der Wandlerzelle bleiben einige dieser Öffnungen verschlossen. Diese bevorzugte Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die Versorgung der Elektrodenbaugruppe mit Sauerstoff gesteuert bzw. begrenzt werden kann.
  • Vorzugsweise ist der Fluiddurchlass mit wenigstens einer gasdurchlässigen Membran ausgebildet. Vorzugsweise ist diese Membran für Wasserdampf nicht durchlässig. Besonders bevorzugt ist diese Membran mit Gore-Tex® ausgebildet. Diese bevorzugte Ausgestaltung bietet den Vorteil eines geringeren apparativen Aufwands.
  • Vorzugsweise weist die Funktionseinrichtung wenigstens zwei dieser Fluiddurchlässe auf. Eine der Wandlerzelle nicht zugehörigen Fluidfördereinrichtung kann mit einem dieser beiden Fluiddurchlässe verbunden werden und kann dem Zellgehäuse bzw. der Elektrodenbaugruppe einen Gasstrom zuführen, insbesondere Sauerstoff, insbesondere aus der Umgebundsluft oder einer anderen Sauerstoffquelle. Diese bevorzugte Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die Leistungsfähigkeit der Elektrodenbaugruppe verbessert ist.
  • Vorzugsweise ist der als verschließbare Öffnung ausgestaltete Fluiddurchlass zur Zufuhr eines Elektrolyts zu der Elektrodenbaugruppe ausgestaltet, insbesondere bei der Inbetriebnahme der bereits gefertigten, und insbesondere eingelagerten, Wandlerzelle. Diese bevorzugte Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die Lagerung der gefertigten Wandlerzelle vereinfacht ist.
  • Vorzugsweise ist er als verschließbare Öffnung ausgestaltete Fluiddurchlass zur Abfuhr eines passivierenden Additivs aus der Elektrodenbaugruppe ausgestaltet, insbesondere bei der Inbetriebnahme der bereits gefertigten, und insbesondere eingelagerten, Wandlerzelle. Diese bevorzugte Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die Alterung der Elektrodenbaugruppe bzw. der Wandlerzelle während der Lagerung verlangsamt ist.
  • Vorzugsweise ist der Gassensor ausgestaltet, den Durchtritt eines Gasstroms durch einen dieser Fluiddurchlässe zu erfassen. Vorzugsweise ist der Gassensor ausgestaltet, insbesondere der Zellsteuereinrichtung, einen elektrischen Strom und/oder eine elektrische Spannung proportional zum Betrag des Gasstroms zur Verfügung zu stellen. Diese bevorzugte Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die Steuerung bzw. Überwachung der Wandlerzelle verbessert ist.
  • Vorzugsweise ist die Zellsteuereinrichtung ausgestaltet, insbesondere gemeinsam mit einem dieser Gassensoren, insbesondere veranlasse durch ein Startsignal einer übergeordneten Steuerung, das durch einen dieser Fluiddurchlässe ausgetauschte Gasvolumen bzw. den Gasstrom zu steuern bzw. zu begrenzen. Vorzugsweise ist die Zellsteuereinrichtung ausgestaltet, dieser nicht der Wandlerzelle zugehörigen Fluidfördereinrichtung einen Bedarf mitzuteilen. Diese bevorzugte Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass dass die Steuerung bzw. Überwachung der Wandlerzelle verbessert ist.
  • Vorzugsweise ist die erste Nahfunkeinrichtung vorgesehen, zeitweise ein vorbestimmtes zweites Signal zu senden, insbesondere auf Anforderung bzw. auf ein vorbestimmtes erstes Signal von einer zweiten Nahfunkeinrichtung, wobei die zweite Nahfunkeinrichtung mit einer Batteriesteuerung signalverbunden ist. Besonders bevorzugt ist die erste Nahfunkeinrichtung vorgesehen, zeitgleich mit dem vorbestimmten zweiten Signal eine Kennung für die Wandlerzelle zu senden.
  • Vorzugsweise wirken mehrere Funktionselemente gemeinsam für einen einwandfreien Betrieb der Elektrodenbaugruppe. Besonders bevorzugt sind diese Funktionselemente miteinander elektrisch verbunden.
  • Eine erste bevorzugte Ausgestaltung der Funktionseinrichtung weist als Funktionselemente zumindest auf:
    • • einen dieser Stromfühler für die Erfassung des elektrischen Stroms, welcher der Elektrodenbaugruppe zugeführt oder der Elektrodenbaugruppe entnommen wird, nachfolgend auch Zellstrom genannt,
    • • einen dieser Spannungsfühler für die Erfassung der elektrischen Spannung der Elektrodenbaugruppe,
    • • eines dieser Thermoelemente für die Erfassung der Temperatur der Elektrodenbaugruppe oder einer dieser Stromleiteinrichtungen,
    • • eine dieser Zellsteuereinrichtungen für die Verarbeitung von Signalen der insbesondere zuvor genannten Messfühler,
    • • einen, vorzugsweise zwei dieser Elektrodenverbindungsbereiche, welche mit einer, vorzugsweise zwei dieser Elektroden insbesondere unterschiedlicher Polarität elektrisch verbunden sind, welche vorzugsweise der Versorgung der Zellsteuereinrichtung und/oder zumindest eines dieser Messfühler mit elektrischer Energie dienen,
    • • wenigstens zwei oder mehrere dieser Leiterbahnen zur elektrischen Verbindung der übrigen Funktionselemente dieser Funktionseinrichtung,
    • • wenigstens einen dieser Fluiddurchlässe, vorzugsweise zwei oder mehrere dieser Fluiddurchlässe,
    • • vorzugsweise zumindest eine oder mehrere dieser Schalteinrichtungen, dieser Stromunterbrecher und/oder dieser Strombegrenzer,
    • • vorzugsweise diese Datenspeichereinrichtung, welche zum Abspeichern und/oder Bereitstellen von Daten und/oder Rechenvorschriften dient,
    • • vorzugsweise diese erste Nahfunkeinrichtung, welche zum Austausch von Daten mit einer Batteriesteuerung bzw. deren zweiter Nahfunkeinrichtung dient,
    • • vorzugsweise zwei Zellsteueranschlüsse, welche zur Verbindung mit einem Datenbus einer übergeordneten Batterie dienen, welche zum Austausch von Daten mit einer Batteriesteuerung dienen,
    • • vorzugsweise zwei Wärmeaustauschbereiche, welche dem Austausch von Wärmeenergie mit der Elektrodenbaugruppe und einem nicht der Wandlerzelle zugehörigen Wärmetauscher dienen.
  • Diese bevorzugte Ausgestaltung der Funktionseinrichtung bietet den Vorteil, dass die Funktionseinrichtung zur Steuerung bzw. Überwachung der Elektrodenbaugruppe dienen kann. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die Funktionseinrichtung bei Entnahme der Wandlerzelle aus einer Batterie an der Wandlerzelle verbleibt.
  • Gemäß einer ersten bevorzugten Weiterbildung dieser bevorzugten Ausgestaltung ist die Funktionseinrichtung mit einer Leiterplatte ausgebildet, welche mit diesen Funktionselementen bestückt ist, welche Leiterbahnen zur Verbindung der übrigen Funktionselemente aufweist. Diese bevorzugte Weiterbildung bietet den Vorteil, dass bei der Anfertigung des ersten Gehäuseteil die Leiterplatte mit wenig Aufwand zugeführt bzw. auf dieses erste Tragelement aufgelegt werden kann. Diese bevorzugte Weiterbildung bietet den Vorteil, dass die Leiterplatte bei Entnahme der Wandlerzelle aus einer Batterie an der Wandlerzelle verbleibt.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung dieser bevorzugten Ausgestaltung ist die Funktionseinrichtung mit einer flexiblen Folie insbesondere aus Polyimid bzw. Kapton® ausgebildet, welche mit diesen Funktionselementen bestückt ist, welche Leiterbahnen zur Verbindung der übrigen Funktionselemente aufweist. Diese bevorzugte Weiterbildung bietet den Vorteil, dass bei der Anfertigung des ersten Gehäuseteil die Funktionseinrichtung mit wenig Aufwand zugeführt bzw. auf dieses erste Tragelement aufgelegt werden kann. Diese bevorzugte Weiterbildung bietet den Vorteil, dass die Funktionseinrichtung bei Entnahme der Wandlerzelle aus einer Batterie an der Wandlerzelle verbleibt.
  • Vorzugsweise sind zumindest eine oder mehrere dieser Funktionseinrichtungen
    • • zumindest bereichsweise porös ausgebildet, besonders bevorzugt mit einem Schaum, womit insbesondere eine vorbestimmte äußere Geometrie der Wandlerzelle erzielbar ist, womit insbesondere die Biegesteifigkeit des ersten Gehäuseteils erhöht wird, womit insbesondere bereichsweise ein Volumen zur Verzögerung bzw. zur Aufnahme eines auf die Wandlerzelle einwirkenden Fremdkörpers gebildet wird, womit insbesondere ein Bereich des ersten Gehäuseteils mit verringerter Wärmeleitfähigkeit gebildet ist, und/oder
    • • mit einer Hohlraumstruktur, insbesondere mit einer Wabenstruktur ausgebildet, womit insbesondere die Biegesteifigkeit des ersten Gehäuseteils erhöht wird, womit insbesondere bereichsweise ein Volumen zur Verzögerung bzw. zur Aufnahme eines auf die Wandlerzelle einwirkenden Fremdkörpers gebildet wird, womit insbesondere ein Bereich des ersten Gehäuseteils mit verringerter Wärmeleitfähigkeit gebildet wird, und/oder
    • • mit zumindest einem Hohlraum insbesondere für ein Temperiermedium ausgebildet, wobei das Temperiermedium dem Austausch von Wärmeenergie mit der Elektrodenbaugruppe dient, wobei das Temperiermedium den Hohlraum durchströmt insbesondere wenn die Temperatur der Elektrodenbaugruppe eine Grenztemperatur überschreitet oder unterschreitet, und/oder
    • • zumindest bereichsweise mit einem expandierbaren Füllstoff ausgebildet, welcher vorgesehen ist, insbesondere bei Zufuhr einer Aktivierungsenergie Hohlräume auszubilden, insbesondere ausgelöst durch ein Funktionselement Hohlräume auszubilden, und/oder
    • • zumindest bereichsweise mit einem Füllstoff (PCM) mit der Fähigkeit zum Phasenübergang insbesondere innerhalb des vorbestimmten Betriebstemperaturbereichs der Wandlerzelle ausgebildet, wobei der Füllstoff zeitweise Wärmeenergie insbesondere mit der Elektrodenbaugruppe zu deren Erwärmung oder Kühlung austauscht, und/oder
    • • zumindest bereichsweise mit einem chemisch reaktiven Füllstoff ausgebildet, welcher vorzugsweise vorgesehen ist, eine Substanz insbesondere aus der Elektrodenbaugruppe chemisch zu binden, vorzugsweise nach Freiwerden der Substanz aus der Elektrodenbaugruppe, und/oder
    • • mit einem ersten Schichtbereich mit einer ersten Wandstärke (dick) und einen zweiten Schichtbereich mit einer zweiten Wandstärke (dünn) ausgebildet, wobei der Bruch aus der zweiten Wandstärke über der ersten Wandstärke einen vorbestimmten Wert kleiner als 1 aufweist, vorzugsweise kleiner als 0,9, bevorzugt kleiner als 0,8, bevorzugt kleiner als 0,7, bevorzugt kleiner als 0,6, bevorzugt kleiner als 0,5, bevorzugt größer als 0,05, wobei vorzugsweise der erste Schichtbereich eine geringere Dichte als der zweite Schichtbereich aufweist.
  • Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform ist der expandierbare Füllstoff durch ein organisches Aerogel mit einem dreidimensionalen Gerüst von Primärpartikeln gebildet. Diese Primärpartikel wachsen insbesondere bei Pyrolyse oder intensive Wärmestrahlung ohne jede Ordnung aneinander, wobei zwischen den Partikeln Hohlräume entstehen. Mittels dieser Hohlräume wird die Wärmedurchlässigkeit der Funktionseinrichtung verringert. Diese Ausführungsform bietet den Vorteil einer verbesserten Flammbeständigkeit des ersten Gehäuseteils.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der expandierbare Füllstoff durch Blähglimmer bzw. Vermiculit gebildet. Zwischen den Schichten seiner Plätzchenstruktur Kristallwasser chemisch gebunden. Bei Wärmeeinwirkung wird das chemisch gebundene Wasser schlagartig ausgetrieben, wobei das Vermiculit auf ein Vielfaches seines Volumens aufgebläht wird.
  • Vorzugsweise wirkt der chemisch reaktive Füllstoff flammhemmend, insbesondere durch Ausbilden einer Schutzschicht oder durch Unterbrechen einer Kettenreaktion mit Radikalen. Vorzugsweise ist der Füllstoff ausgewählt aus der folgenden Gruppe, welche beinhaltet: Alaun, Borax, Aluminiumhydroxyd, Stoffe mit MIMIII(SO4)2 und mit Kristallwasser, wobei M für ein Metallion der Oxidationsstufe I bzw. III steht, besonders bevorzugt Kalium-Aluminium-Sulfat. Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform ist die Funktionseinrichtung als mit dem Füllstoff imprägnierter Einleger ausgebildet, besonders bevorzugt als Baumwollage. Gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform ist die Funktionseinrichtung aus einem Pulver des Füllstoffes gepresst. Diese bevorzugte Ausführungsform bietet den Vorteil, dass der Schutz der Elektrodenbaugruppe bei einem Brand in der Umgebung der Wandlerzelle verbessert ist.
  • Vorzugsweise weist die Wandlerzelle bzw. deren Zellgehäuse ein zweites Gehäuseteil auf.
  • Unter einem zweiten Gehäuseteil im Sinne der Erfindung ist eine Einrichtung zu verstehen, welche insbesondere vorgesehen ist, zumindest bereichsweise mit dem ersten Gehäuseteil verbunden zu sein oder zu werden. Das zweite Gehäuseteil ist vorgesehen, mit dem ersten Gehäuseteil das Zellgehäuse der Wandlerzelle zu bilden. Vorzugsweise umgeben das erste Gehäuseteil und das zweite Gehäuseteil die Elektrodenbaugruppe im wesentlichen vollständig und wirken insbesondere einem Austausch von Substanzen zwischen der Elektrodenbaugruppe und der Umgebung der Wandlerzelle entgegen. Das zweite Gehäuseteil weist zumindest ein erstes Tragelement auf, welches im wesentlichen dem ersten Tragelement des ersten Gehäuseteils entspricht. Vorzugsweise weist das zweite Gehäuseteil zumindest eine dieser Funktionseinrichtungen auf. Besonders bevorzugt ist das zweite Gehäuseteil im wesentlichen identisch zum ersten Gehäuseteil ausgebildet. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass Fertigungskosten und Lagerhaltung verringert sind.
  • Bei einer ersten bevorzugten Ausführungsform des Zellgehäuses sind das erste Gehäuseteil und das zweite Gehäuseteil über einen Scharnierbereich miteinander verbunden. Der Scharnierbereich erstreckt sich entlang je einer Kante des ersten Gehäuseteils und des zweiten Gehäuseteils. Vorzugsweise weist der Scharnierbereich eine geringere Wandstärke auf, als die Bereiche der Gehäuseteile, welche die Elektrodenbaugruppe begrenzen. Diese Ausführungsform bietet den Vorteil, dass die Länge der abzudichtenden Kanten des insbesondere quaderförmigen Zellgehäuses verringert ist.
  • Bei einer zweiten bevorzugten Ausführungsform des Zellgehäuses sind das erste Gehäuseteil und das zweite Gehäuseteil durch einen Rahmen beanstandet. Die Gehäuseteile sind mit dem Rahmen insbesondere stoffschlüssig verbunden. Der Rahmen weist im wesentlichen vier Rahmenelemente auf, welche zueinander entsprechend einem Rechteck angeordnet sind. Der Rahmen begrenzt einen Raum, in welchem die Elektrodenbaugruppe aufgenommen werden kann. Auch ist eine Wandlerzelle ohne Funktionseinrichtungen mit einem mit Rahmen ausgebildeten Zellgehäuse als Rahmenflachzelle bezeichnet worden. Vorzugsweise ist der Rahmen mit dem zweiten Polymermaterial, besonders bevorzugt im Wesentlichen vollständig aus dem zweiten Polymermaterial ausgebildet. Diese bevorzugte Ausführungsform bietet den Vorteil, dass die Gehäuseteile je ohne Aufnahmeraum ausgebildet werden können. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung erstrecken sich zwei dieser Stromleiteinrichtungen durch den Rahmen zumindest teilweise in die Umgebung. Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist zumindest eines dieser Gehäuseteile einen oder zwei dieser Polkontaktbereiche auf.
  • Vorzugsweise weisen das erste Gehäuseteil und/oder das zweite Gehäuseteil einen Aufnahmeraum auf, welcher die Elektrodenbaugruppe zumindest teilweise aufnehmen kann.
  • Vorzugsweise ist dieser Aufnahmeraum so bemessen, dass nach dem Schließen der Gehäuseteile um die Elektrodenbaugruppe zu einem Zellgehäuse eine Reibkraft zwischen zumindest einer Innenfläche des Zellgehäuses und einer Mantelfläche der Elektrodenbaugruppe vorliegt. Diese Reibkraft wirkt einer unerwünschten Relativbewegung von Zellgehäuse und Elektrodenbaugruppe entgegen.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung sind die Aufnahmeräume des ersten Gehäuseteils und des zweiten Gehäuseteils identisch ausgebildet. Bei dieser bevorzugten Ausgestaltung ist im wesentlichen die Hälfte der Elektrodenbaugruppe von je einem Gehäuseteil aufgenommen. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass Fertigungskosten und Lagerhaltung verringert sind.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung nimmt das erste Gehäuseteil die Elektrodenbaugruppe im wesentlichen vollständig auf. Vorzugsweise ist das erste Gehäuseteil als Becher ausgebildet. Die Elektrodenbaugruppe ist im Innenraum des Bechers angeordnet, wobei der Innenraum dem Aufnahmeraum entspricht. In der mehrschichtigen Wandung des Bechers ist zumindest eine Funktionseinrichtung angeordnet. Bei dieser bevorzugten Ausgestaltung ist das zweite Gehäuseteil im wesentlichen als flacher Deckel ohne Aufnahmeraum und/oder ohne Funktionseinrichtung ausgebildet zum Verschließen des ersten Gehäuseteils. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass das zweite Gehäuseteil kostengünstiger ausgebildet werden kann. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung erstrecken sich zwei dieser Stromleiteinrichtungen durch die Wandung des Bechers oder durch die Wandung des Deckels zumindest teilweise in die Umgebung. Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weisen der Deckel und oder der Becher zwei dieser Polkontaktbereiche auf.
  • Vorzugsweise weisen das erste und/oder das zweite Gehäuseteil ein zweites Tragelement auf, welche zwischen zumindest einer dieser Funktionseinrichtungen und der Elektrodenbaugruppe angeordnet ist.
  • Unter einem zweiten Tragelement im Sinne der Erfindung ist eine Einrichtung zu verstehen, welche vorgesehen ist, das Gehäuseteil zu versteifen. Vorzugsweise ist das zweite Tragelement zwischen der zumindest einen Funktionseinrichtung und der Elektrodenbaugruppe angeordnet. Vorzugsweise ist das zweite Tragelement als zweite Tragschicht ausgebildet. Das zweite Tragelement weist ein insbesondere faserdurchsetztes erstes Polymermaterial auf, vorzugsweise ein Thermoplast. Vorzugsweise liegt diese Erweichungstemperatur oberhalb des Betriebstemperaturbereichs der Wandlerzelle, besonders bevorzugt um wenigstens 10 K. Weiter weist das zweite Tragelement ein Fasermaterial auf, vorzugsweise Glasfasern, Kohlefasern, Basaltfasern und/oder Aramidfasern, welches insbesondere der Versteifung des zweiten Tragelements dient. Vorzugsweise ist das Fasermaterial insbesondere textilförmig als Gelege oder Gewebe ausgebildet und besonders bevorzugt von dem ersten Polymermaterial im wesentlichen vollständig umgeben. Diese Ausgestaltung bietet den weiteren Vorteil, dass das zweite Tragelement die zumindest eine Funktionseinrichtung von den Substanzen der Elektrodenbaugruppe trennt.
  • Besonders bevorzugt ist das zweite Tragelement mit der zumindest einen Funktionseinrichtung insbesondere stoffschlüssig verbunden. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die zweite Tagschicht das Gehäuseteil zusätzlich versteift bzw. mechanisch stabilisiert.
  • Besonders bevorzugt ist das zweite Tragelement insbesondere stofflich entsprechend dem ersten Tragelement ausgebildet. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil verringerter Fertigungskosten.
  • Besonders bevorzugt ist das zweite Tragelement dünner als das erste Tragelement und insbesondere ohne Fasermaterial ausgebildet. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die Zeitkonstante bei der Erfassung der Temperatur der Elektrodenbaugruppe und/oder des Zellinnendrucks verringert ist.
  • Besonders bevorzugt weist das zweite Tragelement zumindest eine Ausnehmung auf, welche einem Sensor der Funktionseinrichtung einen unmittelbaren Kontakt mit der Elektrodenbaugruppe zur Erfassung einer Substanz ermöglicht. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass das Vorliegen von Fluorwasserstoff, nachfolgend auch HF genannt, mit geringerer Zeitkonstante möglich ist.
  • Besonders bevorzugt weist das zweite Tragelement insbesondere in einem Randbereich des Gehäuseteils zumindest eine Kontaktierungsausnehmung auf, welche insbesondere der elektrischen Verbindung der zum zweiten Tragelement benachbarten Funktionseinrichtung mit einer der Stromleiteinrichtungen der Wandlerzelle dient. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die Funktionseinrichtung das elektrische Potential einer der Elektroden der Elektrodenbaugruppe aufweist. Diese Ausgestaltung bietet den weiteren Vorteil, dass die Funktionseinrichtung von der Elektrodenbaugruppe mit Energie versorgt werden kann.
  • Vorzugsweise weisen das erste und/oder zweite Gehäuseteil in einem Randbereich ein zweites Polymermaterial auf. Das zweite Polymermaterial dient insbesondere der stoffschlüssigen Verbindung mit einem der anderen Gehäuseteile, besonders bevorzugt der stoffschlüssigen Verbindung des ersten Gehäuseteils mit dem zweiten Gehäuseteil. Vorzugsweise liegt diese Erweichungstemperatur des zweiten Polymermaterials oberhalb des Betriebstemperaturbereichs der Wandlerzelle, besonders bevorzugt um wenigstens 10 K. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die dauerhafte Abdichtung des Innenraums des Zellgehäuses verbessert ist.
  • Besonders bevorzugt ist das zweite Polymermaterial als Thermoplast insbesondere mit einer Erweichungstemperatur oberhalb des Betriebstemperaturbereichs der Wandlerzelle ausgebildet. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil einer vereinfachten Zufuhr des zweiten Polymermaterials in eine Bearbeitungseinrichtung, insbesondere in ein Formgebungswerkzeug.
  • Diese Ausgestaltung bietet den weiteren Vorteil einer innigen, insbesondere gasdichten Verbindung des zweiten Polymermaterials mit dem jeweiligen Gehäuseteil.
  • Besonders bevorzugt umschließt das zweite Polymermaterial einen Randbereich des ersten und/oder zweiten Gehäuseteils. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil einer innigen, insbesondere gasdichten Verbindung des zweiten Polymermaterials mit dem jeweiligen Gehäuseteil.
  • Besonders bevorzugt entspricht das zweite Polymermaterial dem ersten Polymermaterial. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil einer innigen, insbesondere gasdichten Verbindung des zweiten Polymermaterials mit dem ersten Polymermaterial.
  • Vorzugsweise weist die Wandlerzelle, insbesondere dessen Zellgehäuse ein im wesentlichen plattenförmiges drittes Gehäuseteil auf.
  • Unter einem dritten Gehäuseteil im Sinne der Erfindung ist eine Einrichtung zu verstehen, welche insbesondere vorgesehen ist, zumindest bereichsweise mit dem ersten Gehäuseteil verbunden zu werden. Das dritte Gehäuseteil ist vorgesehen, zumindest bereichsweise mit dem ersten Gehäuseteil insbesondere stoffschlüssig verbunden zu sein und/oder mit dem ersten Gehäuseteil das Zellgehäuse der Wandlerzelle zu bilden. Das dritte Gehäuseteil weist gegenüber dem ersten Gehäuseteil eine erhöhte Wärmeleitfähigkeit aufweist. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass das dritte Gehäuseteil zur verbesserten Wärmeabfuhr aus der Elektrodenbaugruppe beiträgt.
  • Vorzugsweise weist das dritte Gehäuseteil ein Metall auf, besonders bevorzugt Aluminium und/oder Kupfer. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass das dritte Gehäuseteil zur verbesserten Wärmeabfuhr aus der Elektrodenbaugruppe beiträgt. Diese Ausgestaltung bietet weiter den Vorteil, dass der Schutz der Elektrodenbaugruppe gegen schädliche Einwirkungen aus der Umgebung der Wandlerzelle verbessert ist.
  • Vorzugsweise weist das dritte Gehäuseteil einen ersten Wärmeübertragungsbereich auf, welcher vorgesehen ist, Wärmeenergie mit der Elektrodenbaugruppe auszutauschen. Besonders bevorzugt weist dieser Wärmeübertragungsbereich Geometrien für vergrößerte Oberfläche, insbesondere Erhebungen, Stifte, Kegel und/oder Rippen auf, welche der Umgebung der Wandlerzelle zugewandt sind. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass das dritte Gehäuseteil zur verbesserten Wärmeabfuhr aus der Elektrodenbaugruppe beiträgt.
  • Vorzugsweise weist das dritte Gehäuseteil einen zweiten Wärmeübertragungsbereich auf, welcher vorgesehen ist, Wärmeenergie mit einer der Wandlerzelle nicht zugehörigen Temperiereinrichtung auszutauschen. Besonders bevorzugt ist der zweite Wärmeübertragungsbereich poliert. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die Oberfläche zur thermischen Berührung der Temperiereinrichtung vergrößert ist. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass das dritte Gehäuseteil zur verbesserten Wärmeabfuhr aus der Elektrodenbaugruppe beiträgt.
  • Vorzugsweise ist die der Elektrodenbaugruppe bzw. dem ersten Gehäuseteil zugewandte Fläche des dritten Gehäuseteils elektrisch isolierend beschichtet. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass das dritte Gehäuseteil kein elektrisches Potential der Elektrodenbaugruppe aufweist.
  • Vorzugsweise weist das dritte Gehäuseteil einen Elektrodenverbindungsbereich sowie einen Polkontaktbereich auf. Elektrodenverbindungsbereich und Polkontaktbereich sind miteinander elektrisch verbunden. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die Elektrodenbaugruppe über das dritte Gehäuseteil elektrisch kontaktiert werden kann. Diese Ausgestaltung bietet den weiteren Vorteil, dass zumindest eine der Stromleiteinrichtungen ohne ersten Bereich ausgebildet werden kann.
  • Vorzugsweise weisen zumindest eine oder zwei dieser Stromleiteinrichtungen je zumindest einen Kontaktierungsbereich auf. Der Kontaktierungsbereich dient insbesondere der elektrischen Verbindung mit zumindest einer oder mehrerer dieser Funktionseinrichtungen, vorzugsweise der elektrischen Versorgung zumindest einer oder mehrerer dieser Funktionseinrichtungen. Vorzugsweise weist zumindest einer dieser Kontaktierungsbereiche ein Metall, besonders bevorzugt Aluminium und/oder Kupfer auf.
  • Vorzugsweise ist der Kontaktierungsbereich in einem Randbereich des ersten Gehäuseteils angeordnet, insbesondere im Bereich des zweiten Polymermaterials. Vorzugsweise lässt das zweite Polymermaterial den Kontaktierungsbereich gegenüber zumindest einem dieser Elektrodenverbindungsbereiche frei. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass der Kontaktierungsbereich vom zweiten Polymermaterial im wesentlichen unverrückbar bezüglich des ersten Gehäuseteil gehalten ist. Diese Ausgestaltung bietet den weiteren Vorteil, dass das zweite Polymermaterial die elektrische Verbindung des Kontaktierungsbereichs mit dem Elektrodenverbindungsbereich der Funktionseinrichtung vor chemischer Beanspruchung aus der Umgebung der Wandlerzelle schützt.
  • Vorzugsweise ist der Kontaktierungsbereich als Vorsprung ausgebildet, welcher sich in Richtung der Funktionseinrichtung insbesondere durch eine dieser Kontaktierungsausnehmungen erstreckt. Besonders bevorzugt ist der Kontaktierungsbereich als Buckel ausgebildet. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die Verbindung zwischen Stromleiteinrichtung und Funktionseinrichtung gut automatisierbar ist.
  • Vorzugsweise ist die Verbindung zwischen Kontaktierungsbereich und Elektrodenverbindungsbereich stoffschlüssig ausgebildet, besonders bevorzugt mittels eines Reibschweiß- oder Ultraschallschweißverfahrens. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die Verbindung zwischen Stromleiteinrichtung und Funktionseinrichtung gut automatisierbar ist.
  • Vorzugsweise weisen eine oder zwei dieser Stromleiteinrichtungen, insbesondere in ihrem zweiten Bereich, insbesondere im Innenraum des Zellgehäuses, je eine oder mehrere dieser Ableiterfahnen auf. Diese mehreren Ableiterfahnen sind zur elektrischen, insbesondere stoffschlüssigen, Verbindung mit derselben Elektrode der als Elektrodenwickel ausgebildeten Elektrodenbaugruppe oder mit mehreren Elektroden gleicher Polarität der als Elektrodenstapel ausgebildeten Elektrodenbaugruppe ausgestaltet. Vorzugsweise sind diese mehreren Ableiterfahnen elektrisch, insbesondere stoffschlüssig, mit derselben Elektrode der als Elektrodenwickel ausgebildeten Elektrodenbaugruppe oder mit mehreren Elektroden gleicher Polarität der als Elektrodenstapel ausgebildeten Elektrodenbaugruppe verbunden.
  • Vorzugsweise weist die Stromleiteinrichtung weiter auf:
    • 1. einen im wesentlichen plattenförmigen, metallischen oder metallbeschichteten Stromableiter, welcher zur elektrischen, insbesondere stoffschlüssigen, Verbindung mit wenigstens einer oder mehrerer dieser Ableiterfahnen ausgestaltet ist, welcher sich in das Innere des Zellgehäuse erstreckt, welcher besonders bevorzugt sich zumindest teilweise aus dem Zellgehäuse in die Umgebung der Wandlerzelle erstreckt, insbesondere zur elektrischen Verbindung mit einer nicht der Wandlerzelle zugehörigen Anschlusseinrichtung, oder
    • 2. einen im wesentlichen plattenförmigen, metallischen oder metallbeschichteten Stromableiter, welcher zur elektrischen, insbesondere stoffschlüssigen, Verbindung mit einer dieser Funktionseinrichtung ausgestaltet ist, welcher sich zumindest teilweise aus dem Zellgehäuse in die Umgebung der Wandlerzelle erstreckt, insbesondere zur elektrischen Verbindung mit einer nicht der Wandlerzelle zugehörigen Anschlusseinrichtung, wobei die wenigstens eine Ableiterfahne mit derselben Funktionseinrichtung elektrisch, insbesondere stoffschlüssig, verbindbar ist.
  • Die Stromleiteinrichtung gemäß Nr. 1 bietet den Vorteil einer verbesserten mechanischen Stabilität, indem die Ableiterfahnen eine Übertragung von mechanischen Schwingungen auf den Betrieb der Wandlerzelle auf die Elektrodenbaugruppe dämpfen.
  • Die Stromleiteinrichtung gemäß Nr. 2 bietet den Vorteil einer verbesserten mechanischen Stabilität, indem die Ableiterfahnen eine Übertragung von mechanischen Schwingungen auf den Betrieb der Wandlerzelle auf die Elektrodenbaugruppe dämpfen. Die Stromleiteinrichtung gemäß Nr. 2 bietet den Vorteil, eines vereinfachten Aufbaus.
  • Vorzugsweise sind die mehreren Ableiterfahnen gleicher Polarität mittels eines Reibschweißverfahrens mit dem Stromableiter verbunden. Diese bevorzugte Ausgestaltung bietet den Vorteil einer verlangsamten Alterung der Verbindung.
  • Vorzugsweise ist der Stromableiter mit dem ersten Gehäuseteil insbesondere in dessen Randbereich insbesondere stoffschlüssig verbunden. Besonders bevorzugt erstreckt sich der Stromableiter durch das zweite Polymermaterial im Randbereich des ersten Gehäuseteils. So können in einem ersten Fertigungsschritt der Stromableiter stoffschlüssig und insbesondere gasdicht mit dem ersten Gehäuseteil verbunden werden und in einem anschließenden Fertigungsschritt die Ableiterfahnen mit dem Stromableiter stoffschlüssig, insbesondere verschweißt werden. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass ein Wärmeenergieeintrag während des ersten Fertigungsschrittes bei Abwesenheit der Elektrodenbaugruppe nicht zu deren Erwärmung bzw. beschleunigter Alterung beiträgt.
  • Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Stromleiteinrichtung erstreckt sich der Stromableiter auch aus dem Zellgehäuse auch in den ersten Bereich der Stromleiteinrichtung bzw. in die Umgebung der Wandlerzelle. Innerhalb des Zellgehäuses sind eine oder mehrere dieser Ableiterfahnen derselben Polarität mit dem Stromableiter elektrisch, insbesondere stoffschlüssig, verbunden. Vorzugsweise ist der Stromableiter als Metallplatte, Stanzteil und/oder Blechpressteil ausgebildet. Diese bevorzugte Ausführungsform bietet den Vorteil geringer Herstellkosten. Diese bevorzugte Ausführungsform bietet den weiteren Vorteil, dass die Stromleiteinrichtung im ersten Bereich bzw. außerhalb des Zellgehäuses mechanisch ausreichend stabil ausgebildet ist, insbesondere zur Verbindung mit einer nicht der Wandlerzelle zugehörigen Anschlusseinrichtung, beispielsweise einer Stromschiene, einem Stromband oder einem Stromkabel,.
  • Gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Stromleiteinrichtung ist der Stromableiter mit einer Kontaktfläche ausgebildet. Innerhalb des Zellgehäuses sind eine oder mehrere dieser Ableiterfahnen derselben Polarität mit dem Stromableiter elektrisch, insbesondere stoffschlüssig, verbunden. Diese Kontaktfläche ist im Wesentlichen in einer Mantelfläche eines dieser Gehäuseteile angeordnet oder erstreckt sich nur unwesentlich in die Umgebung. Vorzugsweise ist die Kontaktfläche zur elektrischen Verbindung mit einer federbelasteten Anschlusseinrichtung vorgesehen. Diese bevorzugte Ausführungsform bietet den Vorteil, dass die Kontaktfläche für Transport oder Lagerung der Wandlerzelle mit einem isolierenden Klebestreifen abdeckbar ist.
  • Vorzugsweise ist die zumindest eine Funktionseinrichtung der Wandlerzelle bzw. des ersten Gehäuseteils zwischen dem ersten Tragelement und dem zweiten Tragelement angeordnet und zumindest bereichsweise insbesondere stoffschlüssig mit den Tragelementen verbunden.
  • Vorzugsweise weist das erste Tragelement zumindest eine oder zwei dieser Polkontaktausnehmungen auf, welche eine oder zwei dieser Polkontaktbereiche der Funktionseinrichtung aus der Umgebung insbesondere elektrisch zugänglich machen.
  • Vorzugsweise weist das zweite Tragelement zumindest eine oder zwei dieser Kontaktierungsausnehmungen auf, welche benachbart zu einem oder zwei dieser Elektrodenverbindungsbereiche der Funktionseinrichtung angeordnet sind. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass ein Austausch von Elektronen mit der Elektrodenbaugruppe auch ohne einen sich in die Umgebung erstreckenden ersten Bereich der Stromleiteinrichtung ermöglicht ist.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des ersten Gehäuseteils weist das erste Tragelement zwei Polkontaktausnehmungen, die Funktionseinrichtung zwei Polkontaktbereiche unterschiedlicher Polarität, das zweite Tragelement zwei Kontaktierungsausnehmungen und die Funktionseinrichtung zwei Elektrodenverbindungsbereiche unterschiedlicher Polarität auf. Diese Weiterbildung bietet den Vorteil, dass das zweite oder dritte Gehäuseteil ohne Polkontaktbereich ausgebildet werden kann, wodurch insbesondere die zugehörigen Herstellkosten verringert sind.
  • Vorzugsweise ist in den zweiten Bereich der Stromleiteinrichtung, insbesondere in deren Stromableiter ein Temperaturfühler bzw. Thermoelement integriert. Die Zuleitungen zum Temperaturfühler bzw. Thermoelement enden im Randbereich des ersten Gehäuseteils insbesondere an zwei Kontaktflächen im Bereich einer Ausnehmung in dem zweiten Tragelement. Im Bereich dieser Ausnehmung sind auch zwei Anschlüsse zur Funktionseinrichtung angeordnet und mit den Kontaktflächen elektrisch verbunden. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass eine Temperaturmessung in der Stromleiteinrichtung ermöglicht ist.
  • Vorzugsweise weist die Wandlerzelle eine Gehäusebaugruppe mit dem ersten Gehäuseteil und mit zumindest einer oder zwei dieser Stromleiteinrichtungen unterschiedlicher Polarität auf. Diese Gehäusebaugruppe dient insbesondere der vereinfachten Fertigung der Wandlerzelle. Das erste Gehäuseteil weist einen insbesondere stoffschlüssigen Schichtverbund mit dem ersten Tragelement, der zumindest einen Funktionseinrichtung und dem zweiten Tragelement auf. Weiter weist das erste Gehäuseteil insbesondere im Randbereich das zweite Polymermaterial auf. Vorzugsweise ist ein Randbereich des ersten Gehäuseteils von dem zweiten Polymermaterial zumindest bereichsweise umschlossen. Weiter weist das erste Gehäuseteil den Aufnahmeraum auf, welcher vorgesehen ist, die Elektrodenbaugruppe zumindest teilweise aufzunehmen. Die zumindest eine dieser Stromleiteinrichtungen, insbesondere deren Stromableiter, weist diesen Kontaktierungsbereich auf, welcher in dem Randbereich des ersten Gehäuseteils, vorzugsweise im zweiten Polymermaterial angeordnet ist. Das zweite Tragelement weist im Kontaktierungsbereich zumindest einer oder zwei dieser Stromleiteinrichtungen zumindest eine oder zwei dieser Kontaktierungsausnehmungen auf. Der Kontaktierungsbereich ist durch die Kontaktierungsausnehmung mit der Funktionseinrichtung, insbesondere mit deren Elektrodenverbindungsbereich insbesondere elektrisch verbunden. Diese bevorzugte Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die Gehäusebaugruppe für sich vorbereitet werden kann.
  • Die Elektrodenbaugruppe wird erst nach Fertigstellung dieser Gehäusebaugruppe in deren Aufnahmeraum eingelegt. Diese bevorzugte Ausgestaltung bietet den weiteren Vorteil, dass Wärmeenergieeinträge bei der Ausbildung des Aufnahmeraums, bei der Anordnung des zweiten Polymermaterials an dem ersten Gehäuseteil und/oder bei der insbesondere stoffschlüssigen Verbindung von Stromleiteinrichtung und erstem Gehäuseteil während der Herstellung dieser Gehäusebaugruppe nicht zur Erwärmung bzw. zu beschleunigter Alterung der Elektrodenbaugruppe führen können.
  • Vorzugsweise weist zumindest einer dieser Funktionseinrichtungen insbesondere des ersten Gehäuseteils diese Zellsteuereinrichtung, zumindest einen oder zwei dieser Elektrodenverbindungsbereiche und zumindest einen oder mehrere dieser Messfühler auf. Der zumindest eine Messfühler ist vorgesehen, einen Betriebsparameter der Wandlerzelle, insbesondere von deren Elektrodenbaugruppe zu erfassen und der Zellsteuereinrichtung zur Verfügung zu stellen.
  • Unter einem Betriebsparameter im Sinne der Erfindung ist ein Parameter insbesondere der Wandlerzelle zu verstehen, welcher insbesondere
    • • einen Rückschluss auf das Vorliegen eines erwünschten bzw. vorbestimmten Betriebszustands der Wandlerzelle bzw. deren Elektrodenbaugruppe gestattet, und/oder
    • • einen Rückschluss auf das Vorliegen eines ungeplanten bzw. unerwünschten Betriebszustands der Wandlerzelle bzw. deren Elektrodenbaugruppe gestattet, und/oder
    • • durch einen Messfühler bzw. Sensor feststellbar ist, wobei der Messfühler zumindest zeitweise ein Signal zur Verfügung stellt, vorzugsweise eine elektrische Spannung oder einen elektrischen Strom, und/oder
    • • von einer Steuereinrichtung, insbesondere einer Zellsteuereinrichtung, verarbeitbar ist, insbesondere mit einem Zielwert vergleichbar ist, insbesondere mit einem anderen erfassten Parameter verknüpfbar ist, und/oder
    • • Aufschluss über die Zellspannung, den Zellstrom, d. h. die Stromstärke des elektrischen Stroms in die Elektrodenbaugruppe oder aus der Elektrodenbaugruppe, die Zelltemperatur, den Innendruck der Wandlerzelle, die Integrität der Wandlerzelle, das Freiwerden einer Substanz aus der Elektrodenbaugruppe, das Vorliegen einer Fremdsubstanz insbesondere aus der Umgebung der Wandlerzelle und/oder den Ladezustand ermöglicht, und/oder
    • • eine Überführung der Wandlerzelle in einen anderen Betriebszustand nahelegt.
  • Die Zellsteuereinrichtung ist vorgesehen, zumindest ein Betriebsverfahren der Wandlerzelle, insbesondere das Laden und/oder Entladen der Elektrodenbaugruppe zu steuern. Vorzugsweise überwacht die Zellsteuereinrichtung einen Betriebszustand der Wandlerzelle. Vorzugsweise leitet die Zellsteuereinrichtung die Überführung der Wandlerzelle in einen vorbestimmten Betriebszustand ein. Vorzugsweise zeigt die Zellsteuereinrichtung über eine Anzeigeeinrichtung, insbesondere über zumindest eine LED den Zustand der Wandlerzelle an. Diese bevorzugte Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die Zellsteuereinrichtung im ersten Gehäuseteil geschützt angeordnet ist. Diese bevorzugte Ausgestaltung bietet den weiteren Vorteil, dass die Wandlerzelle eine eigene Zellsteuereinrichtung zum Betrieb bzw. zur Überwachung der Elektrodenbaugruppe aufweist, welche auch an der Wandlerzelle verbleibt, wenn die Wandlerzelle aus einer Batterie entfernt wird.
  • Vorzugsweise ist die Zellsteuereinrichtung vorgesehen, die Überführung der Wandlerzelle in einen ”gesicherten” Zustand einzuleiten, wobei die Ladung der Wandlerzelle im gesicherten Zustand maximal die Hälfte der Ladekapazität beträgt, wobei insbesondere im gesicherten Zustand die Zellspannung maximal 3 V beträgt. Diese bevorzugte Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die Wandlerzelle auch außerhalb eines Batterieverbunds in den gesicherte Zustand der Wandlerzelle überführbar ist.
  • Gemäß einer ersten bevorzugten Weiterbildung weist die Funktionseinrichtung eine erste Nahfunkeinrichtung auf, welche mit der Zellsteuereinrichtung signalverbunden ist. Diese erste Nahfunkeinrichtung dient insbesondere der drahtlosen Kommunikation mit einer übergeordneten Batteriesteuerung, insbesondere mit deren zweiter Nahfunkeinrichtung. Vorzugsweise ist die erste Nahfunkeinrichtung ausgestaltet, insbesondere periodisch ein vorbestimmtes Signal an eine übergeordnete Batteriesteuerung zu übermitteln. Diese Weiterbildung bietet den Vorteil, dass die Batteriesteuerung die zugefügte Wandlerzelle auf das vorbestimmte Signal zur Versorgung eines Verbrauchers einbeziehen kann. Diese Weiterbildung bietet den weiteren Vorteil, dass die Batteriesteuerung einer Wandlerzelle nach Ausbleiben des vorbestimmten Signals isolieren kann.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist die Funktionseinrichtung zwei Zellsteueranschlüsse und das erste Tragelement zwei Ausnehmungen im Bereich dieser Zellsteueranschlüsse auf. Über die Zellsteueranschlüsse ist die Wandlerzelle an eine Datenleitung bzw. einen Datenbus anschließbar. Diese bevorzugte Weiterbildung bietet den Vorteil, dass die Zellsteuerung über die beiden Zellsteueranschlüsse mit der übergeordneten Batteriesteuerung kommunizieren kann.
  • Vorzugsweise ist die Wandlerzelle zur Aufnahme und/oder Abgabe einer Ladung von mindestens 3 Amperestunden [Ah], weiter bevorzugt von mindestens 5 Ah, weiter bevorzugt von mindestens 10 Ah, weiter bevorzugt von mindestens 20 Ah, weiter bevorzugt von mindestens 50 Ah, weiter bevorzugt von mindestens 100 Ah, weiter bevorzugt von mindestens 200 Ah, weiter bevorzugt von höchstens 500 Ah ausgestaltet. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil einer verbesserten Betriebsdauer des von der Wandlerzelle versorgten Verbrauchers.
  • Vorzugsweise ist die Wandlerzelle zur Bereitstellung eines Stroms von mindestens 50 A ausgestaltet, weiter bevorzugt von mindestens 100 A, weiter bevorzugt von mindestens 200 A, weiter bevorzugt von mindestens 500 A, weiter bevorzugt von höchstens 1000 A, insbesondere während zumindest einer Stunde. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil einer verbesserten Leistungsfähigkeit des von der Wandlerzelle versorgten Verbrauchers.
  • Vorzugsweise ist die Wandlerzelle zur Bereitstellung einer elektrischen Spannung, insbesondere Klemmenspannung, von mindestens 1,2 V ausgestaltet, weiter bevorzugt von mindestens 1,5 V, weiter bevorzugt von mindestens 2 V, weiter bevorzugt von mindestens 2,5 V, weiter bevorzugt von mindestens 3 V, weiter bevorzugt von mindestens 3,5 V, weiter bevorzugt von mindestens 4 V, weiter bevorzugt von mindestens 4,5 V, weiter bevorzugt von mindestens 5 V, weiter bevorzugt von mindestens 5,5 V, weiter bevorzugt von mindestens 6 V, weiter bevorzugt von mindestens 6,5 V, weiter bevorzugt von mindestens 7 V, weiter bevorzugt von höchstens 7,5 V, insbesondere während zumindest einer Stunde. Vorzugsweise weist die Elektrodenbaugruppe Lithium Ionen auf. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil einer verbesserten Energiedichte der Wandlerzelle.
  • Vorzugsweise ist die Wandlerzelle innerhalb eines Temperaturbereichs zwischen –40°C und 100°C betreibbar, weiter bevorzugt zwischen –20°C und 80°C, weiter bevorzugt zwischen –10°C und 60°C, weiter bevorzugt zwischen 0°C und 40°C, insbesondere während zumindest einer Stunde. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil einer möglichst uneingeschränkten Aufstellung bzw. Verwendung der Wandlerzelle zur Versorgung eines Verbrauchers, insbesondere eines Kraftfahrzeugs oder einer stationären Anlage bzw. Maschine.
  • Vorzugsweise weist die Wandlerzelle eine gravimetrische Energiedichte von mindestens 50 Wh/kg, weiter bevorzugt von mindestens 100 Wh/kg, weiter bevorzugt von mindestens 200 Wh/kg, weiter bevorzugt von weniger als 500 Wh/kg auf. Vorzugsweise weist die Elektrodenbaugruppe Lithium-Ionen auf. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil einer verbesserten Energiedichte der Wandlerzelle.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Wandlerzelle zum Einbau in ein Fahrzeug mit zumindest einem Elektromotor vorgesehen. Vorzugsweise ist die Wandlerzelle zur Versorgung dieses Elektromotors vorgesehen. Besonders bevorzugt ist die Wandlerzelle vorgesehen, zumindest zeitweise einen Elektromotor eines Antriebsstrangs eines Hybrid- oder Elektrofahrzeugs zu versorgen. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil einer verbesserten Versorgung des Elektromotors.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Wandlerzelle zum Einsatz in einer stationären Batterie vorgesehen, insbesondere in einem Pufferspeicher, als Gerätebatterie, Industriebatterie oder Starterbatterie. Vorzugsweise beträgt die Ladekapazität der Wandlerzelle für diese Anwendungen mindestens 50 Ah. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil einer verbesserten Versorgung eines stationären Verbrauchers, insbesondere eines stationär montierten Elektromotors.
  • Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform besteht der zumindest eine Separator, welcher nicht oder nur schlecht elektronenleitend ist, aus einem zumindest teilweise stoffdurchlässigen Träger. Der Träger ist vorzugsweise auf mindestens einer Seite mit einem anorganischen Material beschichtet. Als wenigstens teilweise stoffdurchlässiger Träger wird vorzugsweise ein organisches Material verwendet, welches vorzugsweise als nicht verwebtes Vlies ausgestaltet ist. Das organische Material, welches vorzugsweise ein Polymer und besonders bevorzugt ein Polyethylenterephthalat (PET) enthält, ist mit einem anorganischen, vorzugsweise ionenleitenden Material beschichtet, welches weiter vorzugsweise in einem Temperaturbereich von –40°C bis 200°C ionenleitend ist. Das anorganische Material enthält bevorzugt wenigstens eine Verbindung aus der Gruppe der Oxide, Phosphate, Sulfate, Titanate, Silikate, Aluminosilikate mit wenigstens einem der Elemente Zr, Al, Li, besonders bevorzugt Zirkonoxid. Insbesondere Zirkonoxid dient der Stoffintegrität, Nanoporösität und Flexibilität des Separators. Bevorzugt weist das anorganische, ionenleitende Material Partikel mit einem größten Durchmesser unter 100 nm auf. Diese Ausführungsform bietet den Vorteil, dass Beständigkeit der Elektrodenbaugruppe bei Temperaturen oberhalb 100°C verbessert ist. Ein solcher Separator wird beispielsweise unter dem Handelsnamen ”Separion” von der Evonik AG in Deutschland vertrieben.
  • Gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform besteht der zumindest eine Separator, welcher nicht oder nur schlecht elektronenleitend, für Ionen aber leitfähig ist, zumindest überwiegend bzw. vollständig aus einer Keramik, vorzugsweise aus einer Oxidkeramik. Diese Ausführungsform bietet den Vorteil, dass Beständigkeit der Elektrodenbaugruppe bei Temperaturen oberhalb 100°C verbessert ist.
  • Bevorzugte Ausführungsformen der Wandlerzelle
  • Eine erste bevorzugte Ausführungsform der Wandlerzelle weist auf diese Elektrodenbaugruppe, eine erste und eine zweite dieser Stromleiteinrichtungen unterschiedlicher Polarität und dieses Zellgehäuse. Die Elektrodenbaugruppe ist als insbesondere wiederaufladbarer Elektrodenflachwickel, insbesondere wiederaufladbarer Elektrodenstapel oder Wandlerbaugruppe mit zumindest je einer Elektrode erster und zweiter Polarität ausgebildet.
  • Die Stromleiteinrichtungen weisen zumindest eine oder mehrere dieser Ableiterfahnen auf, wobei je Stromleiteinrichtung die zumindest eine Ableiterfahne mit dem Stromableiter im Zellgehäuse elektrisch verbunden ist. Die erste Stromleiteinrichtung, insbesondere deren Ableiterfahne ist mit der Elektrode erster Polarität elektrisch verbunden. Die zweite Stromleiteinrichtung, insbesondere deren Ableiterfahne ist mit der Elektrode zweiter Polarität elektrisch verbunden. Weiter weisen diese Stromleiteinrichtungen je einen dieser Stromableiter auf, welche sich vorzugsweise in die Umgebung der Wandlerzelle erstrecken, insbesondere für vereinfachte elektrische Verbindung mit einer Anschlusseinrichtung. Die Ableiterfahnen und der Stromableiter zumindest einer dieser Stromleiteinrichtung sind insbesondere stoffschlüssig verbunden.
  • Das Zellgehäuse weist das erste Gehäuseteil auf. Das erste Gehäuseteil weist das erste Tragelement, das zweite Tragelement und zumindest eine oder mehrere dieser Funktionseinrichtungen jeweils mit zumindest einem oder mehreren dieser Funktionselemente auf. Die Tragelemente weisen je ein insbesondere faserdurchsetztes erstes Polymermaterial auf. Das erste Tragelement begrenzt die zumindest eine dieser Funktionseinrichtungen gegenüber der Umgebung der Wandlerzelle. Das zweite Tragelement begrenzt die zumindest eine dieser Funktionseinrichtungen gegenüber der Elektrodenbaugruppe der Wandlerzelle. Die zumindest eine Funktionseinrichtung ist zwischen dem ersten und dem zweiten Tragelement angeordnet. Das erste Tragelement, vorzugsweise auch das zweite Tragelement ist mit zumindest einer dieser Funktionseinrichtungen zumindest bereichsweise insbesondere stoffschlüssig verbunden. Das zweite Tragelement weist eine oder zwei dieser Kontaktierungsausnehmungen auf, wodurch die benachbarte Funktionseinrichtung bereichsweise gegenüber der Elektrodenbaugruppe freigelegt ist. In seinem Randbereich weist das erste Gehäuseteil das zweite Polymermaterial auf, welches vorzugsweise den Randbereich des ersten Gehäuseteils umschließt. Der Stromableiter zumindest der ersten Stromleiteinrichtung ist durch das zweite Polymermaterial geführt. Vorzugsweise ist der Stromableiter der zweiten Stromleiteinrichtung durch das zweite Polymermaterial geführt. Vorzugsweise verbindet das zweite Polymermaterial den Randbereich des ersten Gehäuseteils und den Stromableiter der ersten Stromleiteinrichtung, vorzugsweise auch den Stromableiter der zweiten Stromleiteinrichtung stoffschlüssig und/oder gasdicht. Vorzugsweise weist das erste Gehäuseteil einen Aufnahmeraum auf, welcher die Elektrodenbaugruppe zumindest teilweise aufnimmt.
  • Die zumindest eine Funktionseinrichtung ist mit der Elektrodenbaugruppe wirkverbunden, insbesondere elektrisch verbunden. Die zumindest eine Funktionseinrichtung weist einen, vorzugsweise zwei dieser Elektrodenverbindungsbereiche auf, welche der elektrischen Verbindung mit der Elektrodenbaugruppe dienen. Beide Stromleiteinrichtungen weisen je einen dieser Kontaktierungsbereiche auf, wobei die Kontaktierungsbereiche der elektrischen Verbindung mit der zumindest einen Funktionseinrichtung insbesondere über deren Elektrodenverbindungsbereiche dienen. Der erste Elektrodenverbindungsbereich der zumindest einen Funktionseinrichtung und der Kontaktierungsbereich der ersten Stromleiteinrichtung sind miteinander elektrisch verbunden, vorzugsweise stoffschlüssig, insbesondere im Bereich der ersten Kontaktierungsausnehmung. Vorzugsweise ist der zweite Elektrodenverbindungsbereich der zumindest einen Funktionseinrichtung mit dem Kontaktierungsbereich der zweiten Stromleiteinrichtung elektrisch verbunden, vorzugsweise stoffschlüssig, insbesondere im Bereich der zweiten Kontaktierungsausnehmung. Vorzugsweise ist die zumindest einen Funktionseinrichtung als bestückte, insbesondere flexible Leiterplatte ausgebildet. Besonders bevorzugt weist die Funktionseinrichtung diese Zellsteuereinrichtung auf.
  • Weiter weist das Zellgehäuse ein zweites Gehäuseteil auf. Das zweite Gehäuseteil weist zumindest das erste Tragelement auf mit einem insbesondere faserdurchsetzten ersten Polymermaterial. Gemeinsam mit dem ersten Gehäuseteil bildet das zweite Gehäuseteil das Zellgehäuse um die Elektrodenbaugruppe. Vorzugsweise weist das zweite Gehäuseteil in einem Randbereich das zweite Polymermaterial auf, welches besonders bevorzugt den Randbereich des zweiten Gehäuseteils umschließt. Vorzugsweise ist der Stromableiter der zweiten Stromleiteinrichtung durch das zweite Polymermaterial geführt. Vorzugsweise verbindet das zweite Polymermaterial den Randbereich des zweiten Gehäuseteils und den Stromableiter der zweiten Stromleiteinrichtung stoffschlüssig und/oder gasdicht. Vorzugsweise weist das zweite Gehäuseteil einen Aufnahmeraum auf, welcher die Elektrodenbaugruppe zumindest teilweise aufnimmt. Vorzugsweise umgibt das Zellgehäuse die Elektrodenbaugruppe derart, dass eine Reibkraft zwischen Zellgehäuse und Elektrodenbaugruppe deren unerwünschter Relativbewegung entgegenwirkt.
  • Diese bevorzugte Ausführungsform bietet die Vorteile, dass
    • • dass die Funktionseinrichtung durch das erste Tragelement gegen schädliche Einflüsse aus der Umgebung der Wandlerzelle geschützt ist,
    • • schädlichen Folgen von Vibrationen aus dem Betrieb auf die Funktionseinrichtung begegnet ist,
    • • die Funktionseinrichtung im Zellgehäuse im wesentlichen unverrückbar gehalten ist,
    • • die Funktionseinrichtung insbesondere bei einem Unfall an der Wandlerzelle verbleibt,
    • • die Zellsteuereinrichtung die Funktionen der Wandlerzelle, insbesondere von deren Elektrodenbaugruppe auch unabhängig von einer Batteriesteuerung steuert bzw. überwacht, insbesondere wenn die Wandlerzelle nicht Teil einer Batterie ist.
  • Gemäß einer ersten bevorzugten Weiterbildung dieser bevorzugten Ausführungsform ist der Stromableiter der ersten Stromleiteinrichtung durch das zweite Polymermaterial des ersten Gehäuseteil geführt und der Stromableiter der zweiten Stromleiteinrichtung durch das zweite Polymermaterial des zweiten Gehäuseteil geführt. Diese Weiterbildung bietet den Vorteil, dass die Herstellung des ersten und des zweiten Gehäuseteils mit einigen identischen Fertigungsschritte erfolgen kann, wodurch der Aufwand in der Fertigung reduziert ist.
  • Gemäß einer zweiten bevorzugten Weiterbildung dieser bevorzugten Ausführungsform sind beide Stromableiter durch das zweite Polymermaterial des ersten Gehäuseteils geführt. Weiter ist der Aufnahmeraum des ersten Gehäuseteils so bemessen, dass die Elektrodenbaugruppe im wesentlichen vollständig darin Platz findet. Diese Weiterbildung bietet den Vorteil, dass das zweite Gehäuseteil im wesentlichen ohne Aufnahmeraum bleiben kann, wodurch der zugehörige Fertigungsaufwand reduziert ist. Diese Weiterbildung bietet den weiteren Vorteil, dass nach dem Einlegen der Elektrodenbaugruppe in den Aufnahmeraum die elektrische Verbindungen von Ableiterfahnen und Stromableitern vereinfacht hergestellt werden können, insbesondere infolge verbesserter Zugänglichkeit.
  • Gemäß einer dritten bevorzugten Weiterbildung dieser bevorzugten Ausführungsform sind das erste Gehäuseteil und das zweite Gehäuseteil über einen Scharnierbereich miteinander verbunden. Der Scharnierbereich erstreckt sich entlang je einer begrenzenden Kante des ersten Gehäuseteils und des zweiten Gehäuseteils. Vorzugsweise weist der Scharnierbereich eine geringere Wandstärke auf, als die Bereiche der Gehäuseteile, welche die Elektrodenbaugruppe begrenzen. Besonders bevorzugt ist der Scharnierbereich als Filmscharnier ausgebildet. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die Länge der abzudichtenden Kanten des Zellgehäuses verringert ist. Diese bevorzugte Weiterbildung ist mit der ersten oder zweiten bevorzugten Weiterbildung kombinierbar.
  • Gemäß einer vierten bevorzugten Weiterbildung dieser bevorzugten Ausführungsform sind das erste Gehäuseteil und das zweite Gehäuseteil durch einen Rahmen beanstandet. Die Gehäuseteile sind mit dem Rahmen insbesondere stoffschlüssig verbunden. Der Rahmen weist im wesentlichen vier Rahmenelemente auf, welche zueinander entsprechend einem Rechteck angeordnet sind. Der Rahmen begrenzt einen Raum, welcher zur Aufnahme der Elektrodenbaugruppe vorgesehen ist. Vorzugsweise ist der Rahmen mit dem zweiten Polymermaterial, besonders bevorzugt im Wesentlichen vollständig aus dem zweiten Polymermaterial ausgebildet. Diese bevorzugte Weiterbildung sbietet den Vorteil, dass die Gehäuseteile je ohne Aufnahmeraum ausgebildet werden können. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung erstrecken sich zwei dieser Stromleiteinrichtungen durch den Rahmen zumindest teilweise in die Umgebung. Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist zumindest eines dieser Gehäuseteile einen oder zwei dieser Polkontaktbereiche auf.
  • Eine zweite bevorzugte Ausführungsform der Wandlerzelle entspricht im Wesentlichen der ersten bevorzugten Ausführungsform, wobei das Zellgehäuse aber das dritte Gehäuseteil anstelle des zweiten Gehäuseteils aufweist.
  • Das dritte Gehäuseteil weist gegenüber dem ersten Gehäuseteil eine erhöhte Wärmeleitfähigkeit auf. Vorzugsweise weist das dritte Gehäuseteil ein Metall, besonders bevorzugt Aluminium und/oder Kupfer auf. Vorzugsweise ist das dritte Gehäuseteil plattenförmig ausgebildet. Das dritte Gehäuseteil weist einen ersten Wärmeübertragungsbereich auf, mit welchem die Elektrodenbaugruppe in thermischem Kontakt steht und mit welchem die Elektrodenbaugruppe Wärmeenergie austauschen kann, insbesondere zur Kühlung der Elektrodenbaugruppe, wenn deren Temperatur oberhalb einer zulässigen Maximaltemperatur liegt. Gemeinsam mit dem ersten Gehäuseteil bildet das zweite Gehäuseteil das Zellgehäuse um die Elektrodenbaugruppe.
  • Vorzugsweise sind beide Stromableiter durch das zweite Polymermaterial des ersten Gehäuseteils geführt. Weiter ist der Aufnahmeraum des ersten Gehäuseteils so bemessen, dass die Elektrodenbaugruppe im wesentlichen vollständig darin Platz findet. Diese Ausführungsform bietet den weiteren Vorteil, dass nach dem Einlegen der Elektrodenbaugruppe in den Aufnahmeraum die elektrische Verbindungen von Ableiterfahnen und Stromableitern vereinfacht hergestellt werden können, insbesondere infolge verbesserter Zugänglichkeit.
  • Diese bevorzugte Ausführungsform bietet die Vorteile, dass
    • • die Funktionseinrichtung durch das erste Tragelement gegen schädliche Einflüsse aus der Umgebung der Wandlerzelle geschützt ist,
    • • schädlichen Folgen von Vibrationen aus dem Betrieb auf die Funktionseinrichtung begegnet ist,
    • • die Funktionseinrichtung im Zellgehäuse im wesentlichen unverrückbar gehalten ist,
    • • die Funktionseinrichtung insbesondere bei einem Unfall an der Wandlerzelle verbleibt,
    • • die Zellsteuereinrichtung die Funktionen der Wandlerzelle, insbesondere von deren Elektrodenbaugruppe auch unabhängig von einer Batteriesteuerung steuert bzw. überwacht, insbesondere wenn die Wandlerzelle nicht Teil einer Batterie ist,
    • • Wärmeenergie mit der Elektrodenbaugruppe über das dritte Gehäuseteil ausgetauscht werden kann,
    • • einer beschleunigten Alterung der Elektrodenbaugruppe mittels Wärmeabfuhr in das dritte Gehäuseteil vorgebeugt werden kann.
  • Eine dritte bevorzugte Ausführungsform der Wandlerzelle weist auf diese Elektrodenbaugruppe, eine erste und eine zweite dieser Stromleiteinrichtungen unterschiedlicher Polarität und dieses Zellgehäuse auf. Die Elektrodenbaugruppe ist als Elektrodenflachwickel oder Elektrodenstapel mit zumindest je einer Elektrode erster und zweiter Polarität ausgebildet.
  • Die Stromleiteinrichtungen weisen je einen dieser Kontaktierungsbereiche und zumindest eine oder mehrere dieser Ableiterfahnen auf, wobei die Kontaktierungsbereiche der elektrischen Verbindung mit der Funktionseinrichtung insbesondere über deren Elektrodenverbindungsbereiche dienen. Die erste Stromleiteinrichtung, insbesondere deren Ableiterfahne ist mit der Elektrode erster Polarität elektrisch verbunden. Die zweite Stromleiteinrichtung, insbesondere deren Ableiterfahne ist mit der Elektrode zweiter Polarität elektrisch verbunden.
  • Das Zellgehäuse weist das erste Gehäuseteil auf. Das erste Gehäuseteil weist das erste Tragelement, das zweite Tragelement und zumindest eine oder mehrere dieser Funktionseinrichtungen jeweils mit zumindest einem oder mehreren dieser Funktionselemente auf. Die Tragelemente weisen je ein insbesondere faserdurchsetztes erstes Polymermaterial auf. Das erste Tragelement begrenzt die zumindest eine dieser Funktionseinrichtungen gegenüber der Umgebung der Wandlerzelle. Das zweite Tragelement begrenzt die zumindest eine dieser Funktionseinrichtungen gegenüber der Elektrodenbaugruppe der Wandlerzelle. Die zumindest eine Funktionseinrichtung ist zwischen dem ersten und dem zweiten Tragelement angeordnet. Das erste Tragelement, vorzugsweise auch das zweite Tragelement ist mit zumindest einer dieser Funktionseinrichtungen zumindest bereichsweise insbesondere stoffschlüssig verbunden. Das erste Tragelement weist eine oder zwei dieser Polkontaktausnehmungen auf, welche je einen Bereich der benachbarten Funktionseinrichtung gegenüber der Umgebung der Wandlerzelle frei lassen. Das zweite Tragelement weist eine oder zwei dieser Kontaktierungsausnehmungen auf, wodurch die benachbarte Funktionseinrichtung bereichsweise gegenüber der Elektrodenbaugruppe freigelegt ist. In einem Randbereich weist das erste Gehäuseteil das zweite Polymermaterial auf, welches den Randbereich des ersten Gehäuseteils umschließt. Auch verbindet das zweite Polymermaterial den Randbereich des ersten Gehäuseteils mit der ersten Stromleiteinrichtung, vorzugsweise auch mit der zweiten Stromleiteinrichtung stoffschlüssig und/oder gasdicht. Die erste Stromleiteinrichtung, vorzugsweise auch die zweite Stromleiteinrichtung erstreckt sich aus dem zweiten Polymermaterial in das Zellgehäuse in Richtung der Elektrodenbaugruppe. Vorzugsweise weist das erste Gehäuseteil einen Aufnahmeraum auf, welcher die Elektrodenbaugruppe zumindest teilweise aufnimmt.
  • Die zumindest eine Funktionseinrichtung ist mit der Elektrodenbaugruppe wirkverbunden, insbesondere elektrisch verbunden. Die zumindest eine Funktionseinrichtung weist einen, vorzugsweise zwei dieser Elektrodenverbindungsbereiche auf, welche der elektrischen Verbindung mit der Elektrodenbaugruppe dienen. Beide Stromleiteinrichtungen weisen je einen dieser Kontaktierungsbereiche auf, wobei die Kontaktierungsbereiche der elektrischen Verbindung mit der zumindest einen Funktionseinrichtung insbesondere über deren Elektrodenverbindungsbereiche dienen. Der erste Elektrodenverbindungsbereich der zumindest einen Funktionseinrichtung und der Kontaktierungsbereich der ersten Stromleiteinrichtung sind miteinander elektrisch verbunden, vorzugsweise stoffschlüssig, insbesondere im Bereich der ersten Kontaktierungsausnehmung. Vorzugsweise ist der zweite Elektrodenverbindungsbereich der zumindest einen Funktionseinrichtung mit dem Kontaktierungsbereich der zweiten Stromleiteinrichtung elektrisch verbunden, vorzugsweise stoffschlüssig, insbesondere im Bereich der zweiten Kontaktierungsausnehmung. Weiter weist die zumindest eine Funktionseinrichtung einen oder zwei dieser Polkontaktbereiche auf, welche durch je eine dieser Polkontaktausnehmungen des ersten Tragelements gegenüber der Umgebung freigelegt sind. Die Polkontaktbereiche der zumindest einen Funktionseinrichtung sind jeweils mit deren Elektrodenverbindungsbereichen elektrisch verbunden. Vorzugsweise ist die Funktionseinrichtung als bestückte, insbesondere flexible Leiterplatte ausgebildet. Besonders bevorzugt weist die Funktionseinrichtung eine Zellsteuereinrichtung auf.
  • Weiter weist das Zellgehäuse das zweite Gehäuseteil auf. Das zweite Gehäuseteil weist dieses erste Tragelement, vorzugsweise dieses zweite Tragelement und vorzugsweise zumindest eine dieser Funktionseinrichtungen auf. Das erste Tragelement, vorzugsweise auch die zweite Tragelement weist je ein insbesondere faserdurchsetztes erstes Polymermaterial auf. Vorzugsweise ist die zumindest eine Funktionseinrichtung zwischen dem ersten und dem zweiten Tragelement angeordnet. Vorzugsweise sind die Tragelemente mit der zumindest einen Funktionseinrichtung zumindest bereichsweise insbesondere stoffschlüssig verbunden. Vorzugsweise weist das erste Tragelement eine dieser Polkontaktausnehmungen auf, welche einen Bereich der benachbarten Funktionseinrichtung gegenüber der Umgebung der Wandlerzelle frei lässt. Vorzugsweise weist das zweite Tragelement eine dieser Kontaktierungsausnehmungen auf, wodurch die Funktionseinrichtung bereichsweise gegenüber der Elektrodenbaugruppe freigelegt ist. Vorzugsweise weist die Funktionseinrichtung weist einen dieser Elektrodenverbindungsbereiche auf, welcher der elektrischen Verbindung mit der Elektrodenbaugruppe insbesondere über einen dieser Kontaktierungsbereiche der Stromleiteinrichtungen dient. Vorzugsweise weist die Funktionseinrichtung einen dieser Polkontaktbereiche auf, welcher durch die Polkontaktausnehmung des ersten Tragelements gegenüber der Umgebung freigelegt ist. Vorzugsweise ist der Polkontaktbereich der Funktionseinrichtung mit deren Elektrodenverbindungsbereich elektrisch verbunden. In einem Randbereich weist das zweite Gehäuseteil das zweite Polymermaterial auf, welches vorzugsweise den Randbereich des zweiten Gehäuseteils umschließt. Vorzugsweise verbindet das zweite Polymermaterial den Randbereich des zweiten Gehäuseteils und die zweite Stromleiteinrichtung stoffschlüssig und/oder gasdicht. Vorzugsweise weist das zweite Gehäuseteil einen Aufnahmeraum auf, welcher die Elektrodenbaugruppe zumindest teilweise aufnimmt.
  • Diese bevorzugte Ausführungsform bietet die Vorteile, dass
    • • dass die Funktionseinrichtung durch das erste Tragelement gegen schädliche Einflüsse aus der Umgebung der Wandlerzelle geschützt ist,
    • • schädlichen Folgen von Vibrationen aus dem Betrieb auf die Funktionseinrichtung begegnet ist,
    • • die Funktionseinrichtung im Zellgehäuse im wesentlichen unverrückbar gehalten ist,
    • • die Funktionseinrichtung insbesondere bei einem Unfall an der Wandlerzelle verbleibt,
    • • die Stromleiteinrichtungen je ohne Stromableiter ausgebildet werden können.
  • Gemäß einer ersten bevorzugten Weiterbildung dieser bevorzugten Ausführungsform weist die zumindest eine Funktionseinrichtung des ersten Gehäuseteils zwei dieser Polkontaktbereiche und zwei dieser Elektrodenverbindungsbereiche jeweils unterschiedlicher Polarität auf. Das erste Tragelement des ersten Gehäuseteils weist zwei dieser Polkontaktausnehmungen auf. Das zweite Tragelement des ersten Gehäuseteils weist zwei dieser Kontaktierungsausnehmungen auf. Diese bevorzugte Weiterbildung bietet den Vorteil, dass Energie mit der Elektrodenbaugruppe über die Polkontaktbereiche des ersten Gehäuseteils ausgetauscht werden kann. Diese bevorzugte Weiterbildung bietet den weiteren Vorteil, dass die Stromleiteinrichtungen ohne ersten Bereich ausgebildet werden können.
  • Gemäß einer zweiten bevorzugten Weiterbildung dieser bevorzugten Ausführungsform weist die zumindest eine Funktionseinrichtung des ersten Gehäuseteils einen dieser Polkontaktbereiche und einen dieser Elektrodenverbindungsbereiche auf. Das erste Tragelement des ersten Gehäuseteils weist eine dieser Polkontaktausnehmungen auf. Das zweite Tragelement des ersten Gehäuseteils weist eine dieser Kontaktierungsausnehmungen auf. Weiter weist die zumindest eine Funktionseinrichtung des zweiten Gehäuseteils einen dieser Polkontaktbereiche und einen dieser Elektrodenverbindungsbereiche auf. Das erste Tragelement des zweiten Gehäuseteils weist eine dieser Polkontaktausnehmungen auf. Das zweite Tragelement des zweiten Gehäuseteils weist eine dieser Kontaktierungsausnehmungen auf. Diese bevorzugte Weiterbildung bietet den Vorteil, dass Energie mit der Elektrodenbaugruppe über die Polkontaktbereiche des ersten und zweiten Gehäuseteils ausgetauscht werden kann. Diese bevorzugte Weiterbildung bietet den weiteren Vorteil, dass die Stromleiteinrichtungen ohne ersten Bereich ausgebildet werden können.
  • Vorzugsweise sind diese Gehäuseteile durch diesen Scharnierbereich oder durch diesen Rahmen verbunden, entsprechend der dritten bzw. vierten bevorzugten Weiterbildung der ersten bevorzugten Ausführungsform der Wandlerzelle.
  • Eine vierte bevorzugte Ausführungsform entspricht im wesentlichen einer der vorgenannten bevorzugten Ausführungsformen der Wandlerzelle, wobei die Funktionseinrichtung einen oder mehrere dieser Fluiddurchlässe aufweist und die Elektrodenbaugruppe entsprechend deren vorgenannter dritter bevorzugter Ausführungsform ausgebildet ist. So kann eine der Elektroden der Elektrodenbaugruppe beim Entladen der Wandlerzelle Sauerstoff durch einen oder mehrere dieser Fluiddurchlässe aufnehmen. So kann eine der Elektroden der Elektrodenbaugruppe beim Laden der Wandlerzelle Sauerstoff durch einen oder mehrere dieser Fluiddurchlässe abgeben. Vorzugsweise ist dieser wenigstens eine Fluiddurchlass einem Bereich des Zellgehäuses angeordnet, welcher nicht durch eine benachbarte Wandlerzelle abgedeckt ist. Vorzugsweise weist das erste Tragelement im Bereich des Fluiddurchlasses eine Ausnehmung auf, durch welche der Sauerstoff treten kann. Vorzugsweise weist zumindest eine der Elektroden der Elektrodenbaugruppe Zink, insbesondere als Zn0, oder Lithium, insbesondere als Li0, auf. Diese bevorzugte Ausführungsform bietet den Vorteil einer erhöhten Energiedichte bzw. Leistungsdichte der Wandlerzelle.
  • Vorzugsweise ist wenigstens ein erster dieser Fluiddurchlässe mit einer nicht der Wandlerzelle zugehörigen Fluidfördereinrichtung verbunden. Besonders bevorzugt ist ein zweiter dieser Fluiddurchlässe strömungstechnisch mit diesem ersten Fluiddurchlass verbunden. Diese bevorzugte Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass der Austausch von Luft bzw. Sauerstoff mit der Elektrodenbaugruppe verbessert ist.
  • Vorzugsweise ist wenigstens einer dieser Gassensoren bezüglich eines dieser Fluiddurchlässe so angeordnet, dass dieser Gassensor den Betrag des Gasstroms durch diesen Fluiddurchlass erfassen kann. Vorzugsweise ist dieser wenigstens eine Gassensor ausgestaltet, der Zellsteuereinrichtung zumindest zeitweise einen Messwert zur Verfügung zu stellen, wobei dieser Messwert proportional zum Betrag des Gasstroms ist. Diese bevorzugte Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die Zellsteuereinrichtung zur Überwachung des mit der Elektrodenbaugruppe ausgetauschten Gasstroms in der Lage ist.
  • Gemäß einer ersten bevorzugten Weiterbildung ist zumindest einer dieser Fluiddurchlässe mit einer zwar gasdurchlässigen, für Wasser bzw. Wasserdampf aber undurchlässigen Membran ausgebildet. Diese bevorzugte Weiterbildung bietet den Vorteil einer vereinfachten Ausgestaltungen der Wandlerzelle.
  • Gemäß einer zweiten bevorzugten Weiterbildung ist zumindest einer dieser Fluiddurchlässe mit zumindest einer verschließbaren und steuerbaren Öffnung ausgebildet. Vorzugsweise kann diese zumindest eine Öffnung durch die Zellsteuereinrichtung gesteuert, geöffnet und/oder geschlossen werden, insbesondere abhängig von der elektrischen Energie bzw. Leistung, welche der Wandlerzelle abverlangt wird. Vorzugsweise weist dieser zumindest eine Fluiddurchlass mehrere dieser verschließbaren Öffnungen auf, wobei insbesondere im Teillastbetrieb der Wandlerzelle einige dieser Öffnungen geschlossen bleiben.
  • Vorzugsweise sind diese Gehäuseteile durch diesen Scharnierbereich oder durch diesen Rahmen verbunden, entsprechend der dritten bzw. vierten bevorzugten Weiterbildung der ersten bevorzugten Ausführungsform der Wandlerzelle.
  • Vorzugsweise weist eine Batterie mindestens zwei erfindungsgemäße Wandlerzellen oder deren bevorzugte Ausführungsformen auf. Weiter weist die Batterie eine Batteriesteuerung und vorzugsweise eine zweite Nahfunkeinrichtung auf. Vorzugsweise ist die zweite Nahfunkeinrichtung mit einer dieser ersten Nahfunkeinrichtungen einer dieser Wandlerzellen signalverbunden.
  • Besonders bevorzugt ist die zweite Nahfunkeinrichtung vorgesehen, zeitweise ein vorbestimmtes erstes Signal zu senden, worauf eine erste dieser Nahfunkeinrichtungen mit einem vorbestimmten Signal antwortet. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die Funktionsfähigkeit von Wandlerzellen der Batterie mit der zweiten Nahfunkeinrichtung abgefragt werden kann.
  • Besonders bevorzugt ist die Batteriesteuerung vorgesehen, nach Empfang eines vorbestimmten zweiten Signals von einer dieser ersten Nahfunkeinrichtungen einer der Wandlerzellen durch die zweite Nahfunkeinrichtung, diese Wandlerzelle in die Versorgung eines angeschlossenen Verbrauchers einzubinden. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass der Austausch einer Wandlerzelle vereinfacht ist.
  • Vorzugsweise sind die zumindest zwei Wandlerzellen je mit einem dieser ersten und zweiten Schichtbereich unterschiedlicher Wandstärke ausgebildet. Diese Schichtbereiche sind derart aufeinander abgestimmt, dass zwischen der ersten Wandlerzelle und der zweiten Wandlerzelle, insbesondere zwischen deren Zellgehäusen zumindest ein Kanal für ein Temperiermedium gebildet ist. Besonders bevorzugt verläuft der Kanal zwischen einem dieser ersten Schichtbereiche der ersten Wandlerzelle und einem dieser zweiten Schichtbereiche der zweiten Wandlerzelle. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass das Temperiermedium, welches den Kanal entlang strömt, Wärmeenergie mit zumindest einer dieser beiden Wandlerzellen austauschen kann, insbesondere zur Wärmeabfuhr aus zumindest einer dieser beiden Wandlerzellen.
  • Verfahren zur Herstellung einer elektrochemischen Energiewandlereinrichtung
  • Nachfolgend wird ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer elektrochemischen Energiewandlereinrichtung, nachfolgend auch Wandlerzelle genannt, beschrieben. Insbesondere ist die Wandlerzelle ausgebildet, wie zuvor beschrieben. Die nach diesem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Wandlerzelle weist eine dieser Elektrodenbaugruppen, wenigstens eine oder zwei dieser Stromleiteinrichtungen und eines dieser Zellgehäuse mit einem dieser ersten Gehäuseteile auf, vorzugsweise auch mit einem dieser zweiten oder dritten Gehäuseteile. Die Elektrodenbaugruppe weist zumindest zwei Elektroden unterschiedlicher Polarität auf. Zumindest zwei dieser Stromleiteinrichtungen sind mit je einer Elektrode unterschiedlicher Polarität verbunden. Vorzugsweise weisen wenigstens eine oder zwei dieser Stromleiteinrichtungen jeweils zumindest eine oder mehrere Ableiterfahnen auf, besonders bevorzugt jeweils einen Stromableiter. Vorzugsweise weisen wenigstens eine oder zwei dieser Stromleiteinrichtungen je einen Kontaktierungsbereich auf. Das erste Gehäuseteil weist ein erstes Tragelement und zumindest eine oder mehrere dieser Funktionseinrichtungen jeweils mit zumindest einem oder mehreren dieser Funktionselemente auf. Das erste Tragelement ist der Umgebung der Wandlerzelle zugewandt. Das erste Tragelement weist ein insbesondere faserdurchsetztes erstes Polymermaterial auf. Die zumindest eine Funktionseinrichtung ist mit dem ersten Tragelement zumindest bereichsweise insbesondere stoffschlüssig verbunden. Zumindest eine dieser Funktionseinrichtungen ist mit der Elektrodenbaugruppe wirkverbunden, vorzugsweise elektrisch verbunden. Vorzugsweise weist das erste Gehäuseteil das zweite Tragelement auf, welches zwischen den Funktionseinrichtungen und der Elektrodenbaugruppe angeordnet und besonders bevorzugt mit einer dieser Funktionseinrichtungen insbesondere stoffschlüssig verbunden ist. Vorzugsweise weist das erste Gehäuseteil in einem Randbereich ein zweites Polymermaterial auf. Das erfindungsgemäße Herstellverfahren ist gekennzeichnet durch zumindest einen der folgenden Schritte:
    (S1) Erzeugen zumindest einer oder mehrerer dieser Funktionseinrichtungen mit je wenigstens einem oder mehreren dieser Funktionselemente, wobei vorzugsweise zumindest eines oder zwei dieser Funktionselemente als Elektrodenverbindungsbereich oder als Polkontaktbereich ausgebildet ist, vorzugsweise anschließendes Zuführen zumindest einer oder mehrerer dieser Funktionseinrichtungen zu einer ersten Bevorratung,
    (S1') Erzeugen zumindest einer oder mehrerer dieser Funktionseinrichtungen mit je wenigstens einem oder mehreren dieser Funktionselemente, wobei vorzugsweise zumindest eines oder zwei dieser Funktionselemente als Elektrodenverbindungsbereich oder als Polkontaktbereich ausgebildet ist, wobei in zumindest eine dieser Funktionseinrichtungen eingebracht wird: ein Schaum, eine Hohlraumstruktur, insbesondere eine Wabenstruktur, zumindest ein Hohlraum für ein Temperiermedium, ein Füllstoff mit der Fähigkeit zum Phasenübergang und/oder ein chemisch reaktiver Füllstoff, vorzugsweise anschließendes Zuführen zumindest einer oder mehrerer dieser Funktionseinrichtungen zu einer ersten Bevorratung,
    (S1'') Erzeugen zumindest einer oder mehrerer dieser Funktionseinrichtungen mit je wenigstens einem oder mehreren dieser Funktionselemente, wobei vorzugsweise zumindest eines oder zwei dieser Funktionselemente als Elektrodenverbindungsbereich oder als Polkontaktbereich ausgebildet ist, wobei zumindest eine oder mehrere dieser Funktionseinrichtungen mit einem ersten Schichtbereich mit einer ersten Wandstärke und einem zweiten Schichtbereich mit einer zweiten Wandstärke hergestellt wird, wobei der Bruch aus der zweiten Wandstärke über der ersten Wandstärke einen vorbestimmten Wert kleiner als 1 aufweist, besonders bevorzugt der erste Schichtbereich eine geringere Dichte aufweist als der zweite Schichtbereich, vorzugsweise anschließendes Zuführen zumindest einer oder mehrerer dieser Funktionseinrichtungen zu einer ersten Bevorratung,
    (S2) Bereitstellen, vorzugsweise aus einer zweiten Bevorratung, eines dieser ersten Tragelemente, welches ein insbesondere faserdurchsetztes erstes Polymermaterial aufweist, welches vorzugsweise eine oder zwei dieser Polkontaktausnehmungen aufweist, wobei eine oder zwei dieser Polkontaktausnehmungen zu je einem dieser Polkontaktbereiche benachbart ist, insbesondere nach Schritt S1,
    (S2') Auflegen eines dieser ersten Tragelemente auf ein anderes dieser ersten Tragelemente, insbesondere nach Schritt S2,
    (S3) Auflegen zumindest einer oder mehrerer dieser Funktionseinrichtungen bzw. Funktionsbaugruppen, vorzugsweise aus der ersten Bevorratung, auf das erste Tragelement oder eine andere dieser Funktionseinrichtungen, wobei vorzugsweise als Funktionseinrichtung zumindest eine bestückte, insbesondere flexible Leiterplatte auf das erste Tragelement aufgelegt wird, wobei besonders bevorzugt die Leiterplatte die Funktionselemente gemäß der ersten bevorzugten Ausgestaltung der Funktionseinrichtung aufweist, insbesondere nach Schritt S2,
    (S4) insbesondere stoffschlüssiges Verbinden des ersten Tragelements mit zumindest einer dieser Funktionseinrichtungen, worauf ein Schichtverbund gebildet wird, vorzugsweise unter Wärmeeinfluss, vorzugsweise mittels einer isotaktischen oder kontinuierlichen Presse, insbesondere nach Schritt S3,
    (S5) Auflegen eines zweiten Tragelements auf eine dieser Funktionseinrichtungen, vorzugsweise von einer dritten Bevorratung, wobei das zweite Tragelement ein insbesondere faserdurchsetztes erstes Polymermaterial aufweist, wobei vorzugsweise das zweite Tragelement eine oder zwei Kontaktierungsausnehmungen aufweist, insbesondere nach Schritt S3,
    (S6) Verbinden des zweiten Tragelements mit einer dieser Funktionseinrichtungen, insbesondere mit der benachbarten Funktionseinrichtung, vorzugsweise unter Wärmeeinfluss, vorzugsweise mittels einer isotaktischen oder kontinuierlichen Presse, insbesondere nach Schritt S5,
    (S7) Speichern des Schichtverbunds in einer vierten Bevorratung, insbesondere nach Schritt S4,
    (S8) Entnehmen des Schichtverbunds insbesondere aus der vierten Bevorratung, wobei der Schichtverbund zumindest das erste Tragelement, eine oder mehrere dieser Funktionseinrichtungen mit je zumindest einem oder mehreren dieser Funktionselemente und vorzugsweise das zweite Tragelement aufweist, insbesondere nach Schritt S7,
    (S9) Ablängen zumindest eines im Wesentlichen ebenen Formteilrohlings von dem Schichtverbund, vorzugsweise mit einer Trenneinrichtung, insbesondere nach Schritt S8,
    (S10) Erwärmen des im Wesentlichen ebenen Formteilrohlings, vorzugsweise bis zu einer Arbeitstemperatur, welche wenigstens der Erweichungstemperatur des ersten Polymermaterials des ersten Tragelements entspricht, insbesondere in der Bearbeitungseinrichtung, insbesondere nach Schritt S9,
    (S11) Zuführen des im Wesentlichen ebenen Formteilrohlings in eine Bearbeitungseinrichtung, insbesondere in ein Formgebungswerkzeug, insbesondere nach Schritt S10,
    (S12) Einlegen wenigstens einer oder mehrerer dieser Stromleiteinrichtungen, vorzugsweise Einlegen wenigstens eines oder mehrerer dieser Stromableiter, in die Bearbeitungseinrichtung, insbesondere in das Formgebungswerkzeug, insbesondere zu dem im Wesentlichen ebenen Formteilrohling, insbesondere nach Schritt S11,
    (S13) Ausbilden eines Aufnahmeraumes für die Elektrodenbaugruppe im Formteilrohling, insbesondere in der Bearbeitungseinrichtung, insbesondere mittels Verformung des insbesondere erwärmten Formteilrohlings mit einem Körper, wobei der Aufnahmeraum an die Gestalt der Elektrodenbaugruppe angepasst ist, welcher vorzugsweise im Wesentlichen der Gestalt der Elektrodenbaugruppe entspricht, welcher besonders bevorzugt durch Schließen des Formwerkzeugs erzeugt wird, insbesondere nach Schritt S12,
    (S14) Zuführen eines insbesondere fließfähigen zweiten Polymermaterials, vorzugsweise unter Wärmeeinfluss und vorzugsweise mit einem Differenzdruck zum umgebenden Luftdruck zu dem Formteilrohling in die Bearbeitungseinrichtung, insbesondere in das Formgebungswerkzeug, wobei das zweite Polymermaterial im Randbereich des Formteilrohlings angeordnet wird, insbesondere bei einer Arbeitstemperatur, welche wenigstens der Erweichungstemperatur des zweiten Polymermaterials entspricht, wobei vorzugsweise je einer dieser Kontaktierungsbereiche zumindest einer oder zwei dieser Stromleiteinrichtungen frei bleibt, insbesondere nach einem der Schritte S10, S11, S12 oder S13,
    (S15) Verfestigen des verformten Formteilrohlings, vorzugsweise durch Abkühlen auf eine Entnahmetemperatur, welche insbesondere unter der Erweichungstemperatur des ersten Polymermaterials liegt, welche insbesondere unter der Erweichungstemperatur des zweiten Polymermaterials liegt, insbesondere nach Schritt S14,
    (S16) Entnehmen des insbesondere verformten Formteilrohlings, nachfolgend auch erstes Gehäuseteil genannt, aus der Bearbeitungseinrichtung, insbesondere bei einer Entnahmetemperatur, welche unter der Erweichungstemperatur des ersten Polymermaterials liegt, insbesondere nach einem der Schritte S14 oder S15,
    (S17) Bereitstellen des ersten Gehäuseteils bzw. des insbesondere verformten Formteilrohlings, vorzugsweise in einer Bearbeitungseinrichtung, welche insbesondere zum Ausbilden des Zellgehäuses um die Elektrodenbaugruppe dient, insbesondere nach Schritt S16,
    (S18) elektrisches, insbesondere stoffschlüssiges Verbinden zumindest einer oder mehrerer dieser Ableiterfahnen mit zumindest einer oder mehrerer dieser Elektroden der Elektrodenbaugruppe, insbesondere mittels eines Fügeverfahrens, vorzugsweise mittels eines Reibschweißverfahrens, besonders bevorzugt mittels Ultraschallschweißen, insbesondere nach Schritt S17 oder S19,
    (S19) Zuführen der Elektrodenbaugruppe, welche vorzugsweise wenigstens eine oder mehrere dieser Ableiterfahnen aufweist, zu dem ersten Gehäuseteil vorzugsweise in die Bearbeitungseinrichtung, insbesondere Einlegen der Elektrodenbaugruppe in den Aufnahmeraum des ersten Gehäuseteils, insbesondere nach Schritt S17,
    (S20) elektrisches Verbinden der Elektrodenbaugruppe mit zumindest einer oder mehrerer dieser Stromleiteinrichtungen, insbesondere mittels eines Fügeverfahrens, vorzugsweise mittels eines Reibschweißverfahrens, besonders bevorzugt mittels Ultraschallschweißen, insbesondere nach Schritt S19,
    (S21) elektrisches Verbinden zumindest einer oder mehrerer dieser Ableiterfahnen mit einem dieser Stromableiter, welche derselben Stromleiteinrichtung zugehörig sind, insbesondere mittels eines Fügeverfahrens, vorzugsweise mittels eines Reibschweißverfahrens, besonders bevorzugt mittels Ultraschallschweißen, insbesondere nach Schritt S19,
    (S22) elektrisches Verbinden von dem Kontaktierungsbereich zumindest einer oder mehrerer dieser Stromleiteinrichtungen mit zumindest einem oder mehreren dieser Elektrodenverbindungsbereiche zumindest einer dieser Funktionseinrichtungen des ersten Gehäuseteils, insbesondere im Bereich einer dieser Kontaktierungsausnehmungen des zweiten Tragelements des ersten Gehäuseteils, insbesondere mittels eines Fügeverfahrens, vorzugsweise mittels eines Reibschweißverfahrens, besonders bevorzugt mittels Ultraschallschweißen, insbesondere nach Schritt S11, insbesondere vor Schritt S26,
    (S23) Zuführen des zweiten Gehäuseteils zu dem ersten Gehäuseteil wobei vorzugsweise das zweite Gehäuseteil in einem Randbereich das zweite Polymermaterial aufweist, insbesondere nach Schritt S22,
    (S24) Zuführen des dritten Gehäuseteils zu dem ersten Gehäuseteil, wobei vorzugsweise ein erster Wärmeübertragungsbereich des dritten Gehäuseteils benachbart zu der Elektrodenbaugruppe angeordnet, besonders bevorzugt in thermischen Kontakt mit der Elektrodenbaugruppe gebracht wird, insbesondere nach Schritt S22,
    (S25) Erwärmen insbesondere des Randbereichs des insbesondere ersten Gehäuseteils auf eine Arbeitstemperatur, welche wenigstens der Erweichungstemperatur des zweiten Polymermaterials entspricht,
    (S26) insbesondere stoffschlüssiges Verbinden des zweiten Gehäuseteils oder des dritten Gehäuseteils mit dem ersten Gehäuseteil, insbesondere bei einer Arbeitstemperatur, welche wenigstens der Erweichungstemperatur des zweiten Polymermaterials entspricht, wobei vorzugsweise ein Randbereich des ersten Gehäuseteils mit dem zweiten Gehäuseteil oder dem dritten Gehäuseteil verbunden wird, insbesondere nach Schritt S25,
    (S26') insbesondere stoffschlüssiges Verbinden des zweiten Gehäuseteils oder des dritten Gehäuseteils mit dem ersten Gehäuseteil, insbesondere unter Einsatz eines Dicht- und/oder Klebstoffes, wobei vorzugsweise ein Randbereich des ersten Gehäuseteil mit dem zweiten Gehäuseteil oder dem dritten Gehäuseteil verbunden wird, insbesondere nach Schritt S25,
    (S26'') insbesondere stoffschlüssiges Verbinden des zweiten Gehäuseteils oder des dritten Gehäuseteils mit dem ersten Gehäuseteil, vorzugsweise unter Zuführen eines insbesondere fließfähigen zweiten Polymermaterial, vorzugsweise unter Wärmeeinfluss und bei einem Differenzdruck bezüglich der Umgebung der Bearbeitungseinrichtung, insbesondere in das Formgebungswerkzeug, wobei das zweite Polymermaterial im Randbereich des zumindest eines der Gehäuseteil angeordnet wird, insbesondere bei einer Temperatur, welche wenigstens der Erweichungstemperatur des zweiten Polymermaterial entspricht, wobei vorzugsweise je einer dieser Kontaktierungsbereich zumindest einer oder zwei dieser Stromleiteinrichtung und frei bleibt, wobei vorzugsweise ein Randbereich des ersten Gehäuseteil mit dem zweiten Gehäuseteil oder dem dritten Gehäuseteil verbunden wird, insbesondere nach Schritt S25,
    (S27) Zusammenführen mehrerer dieser Funktionselemente in einer dieser Funktionseinrichtungen, wodurch insbesondere eine Funktionsbaugruppe gebildet wird, insbesondere vor Schritt S3,
    (S28) Senken des Luftdrucks in der Umgebung des ersten Gehäuseteils, insbesondere vor Schritt S26, worauf der höhere Normaldruck in der Umgebung des nach Schritt S26 geschlossenen Zellgehäuses eine Reibkraft zwischen Zellgehäuse und Elektrodenbaugruppe bewirkt, welche einer unerwünschten Relativbewegung von Zellgehäuse und Elektrodenbaugruppe begegnet,.
  • Unter einem Differenzdruck bezüglich der Umgebung der Bearbeitungseinrichtung in Schritt S26'' ist im Sinne der Erfindung zu verstehen, dass das zweite Polymermaterial beim Zuführen in die Bearbeitungseinrichtung einen höheren statischen Druck aufweist, als der statische Druck in der Bearbeitungseinrichtung. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des Schritt S26'' ist das zweite Polymermaterial mit einem Überdruck bezüglich der Umgebung der Bearbeitungseinrichtung beaufschlagt. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Schritt S26'' liegt im Bereich der in die Bearbeitungseinrichtung eingelegten Gehäuseteile ein Unterdruck bezüglich der Umgebung der Bearbeitungseinrichtung vor. Beide Druckdifferenzen dienen der Zufuhr des zweiten Polymermaterial in die Bearbeitungseinrichtung. Beide Ausgestaltungen bieten den Vorteil, dass die Füllung von für das zweite Polymermaterial vorgesehene Bereiche der Bearbeitungseinrichtung beim Verbinden der eingelegten Gehäuseteile verbessert ist.
  • Das erfindungsgemäße Herstellverfahren bietet den Vorteil, dass das Zellgehäuse bzw. dessen erstes Gehäuseteil mit einer vorbestimmten Biegesteifigkeit und/oder einer vorbestimmten Fähigkeit zur Energieaufnahme bezüglich eines aus der Umgebung auf die Wandlerzelle einwirkenden Fremdkörpers herstellbar ist, wodurch insbesondere die mechanische Widerstandsfähigkeit der Wandlerzelle verbessert ist. Vorzugsweise wird dazu Schritt S2 mehrfach vor Schritt S4 ausgeführt, worauf mehrere erste Trageelemente mit der Funktionseinrichtung zum Schichtverbund bzw. Formteilrohling verbunden werden.
  • Das erfindungsgemäße Herstellverfahren bietet den Vorteil, dass das Zellgehäuse bzw. dessen erstes Gehäuseteil, welches innerhalb des Betriebstemperaturbereichs eine vorbestimmten Biegesteifigkeit und/oder eine vorbestimmten Fähigkeit zur Energieaufnahme bezüglich eines aus der Umgebung auf die Wandlerzelle einwirkenden Fremdkörpers aufweist, bei der Arbeitstemperatur mit geringerem Energieaufwand hergestellt werden kann.
  • Das erfindungsgemäße Herstellverfahren bietet den Vorteil, dass das erste Tragelement den Zusammenhalt der Funktionseinrichtung verbessert, wodurch die Widerstandsfähigkeit der Wandlerzelle gegenüber Vibrationen bzw. die Funktionsfähigkeit der Wandlerzelle bei Vibrationen verbessert ist.
  • Das erfindungsgemäße Herstellverfahren bietet den Vorteil, dass insbesondere im Gegensatz zu Wandlerzellen mit folienartigem Zellgehäuse auf separate, versteifende Bauteile verzichtet werden kann.
  • Das erfindungsgemäße Herstellverfahren bietet den Vorteil, dass nach Ausbildung der Funktionseinrichtung, des Schichtverbunds und/oder des ersten Gehäuseteils die späteren Fertigungsschritte vereinfacht sind. So werden Herstellkosten gespart. Das erfindungsgemäße Herstellverfahren bietet den weiteren Vorteil, dass Ausbeute und Qualität der Herstellung verbessert sind.
  • Das erfindungsgemäße Herstellverfahren bietet den Vorteil, dass das Zellgehäuse einfach und kostengünstig an Elektrodenbaugruppen verschiedener Ladekapazitäten anpassbar ist, insbesondere indem der Aufnahmeraum im ersten Gehäuseteil erst unmittelbar vor dem Einlegen der Elektrodenbaugruppe hergestellt werden kann. So sind Lagerkosten verringerbar.
  • Bevorzugte Ausgestaltungen des vorgenannten erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer Wandlerzelle
  • Eine erste bevorzugte Ausgestaltung des vorgenannten erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer Wandlerzelle, insbesondere zum Schließen des Zellgehäuses um die Elektrodenbaugruppe, ist gekennzeichnet durch die Schritte:
    • • S17, S19, S20, S23 und S26, wobei das Zellgehäuse eines dieser zweiten Gehäuseteile aufweist, oder
    • • S17, S19, S20, S24 und S26, wobei das Zellgehäuse eines dieser dritten Gehäuseteile aufweist.
  • Diese bevorzugte Ausgestaltung des Verfahrens bietet den Vorteil, dass zumindest einer oder mehrere dieser Funktionseinrichtungen des ersten Gehäuseteils innerhalb des Zellgehäuses insbesondere geschützt angeordnet werden.
  • Vorzugsweise weist das Verfahren auch Schritt S25 auf. Diese bevorzugte Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die stoffschlüssige Verbindung des erwärmten Randbereichs mit dem zweiten Polymermaterial verbessert ist.
  • Vorzugsweise ist Schritt S26 durch Schritt S26' ersetzt. Diese bevorzugte Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass das Verbinden dieser Gehäuseteil bei einer Temperatur unterhalb der Erweichungstemperatur des ersten oder zweiten Polymermaterials, besonders bevorzugt bei Raumtemperatur erfolgen kann, wodurch Energie eingespart werden kann.
  • Vorzugsweise ist Schritt S26 durch Schritt S26'' ersetzt. Diese bevorzugte Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die Füllung von für das zweite Polymermaterial vorgesehene Bereiche der Bearbeitungseinrichtung beim Verbinden der eingelegten Gehäuseteile verbessert ist.
  • A15 Eine zweite bevorzugte Ausgestaltung des vorgenannten erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer Wandlerzelle, insbesondere zum Herstellen des ersten Gehäuseteils, ist gekennzeichnet durch die Schritte: S11, S12, S14, S15, S16. Vorzugsweise weist diese Ausgestaltung des Verfahrens Schritt S10 zum Erwärmen des Formteilrohlings auf. Vorzugsweise weist diese Ausgestaltung des Verfahrens Schritt S13 zur Ausbildung des Aufnahmeraums auf. Diese bevorzugte Ausgestaltung des Verfahrens bietet den Vorteil, dass zumindest eine oder mehrere dieser Stromleiteinrichtungen von dem zweiten Polymermaterial insbesondere gasdicht umschlossen ist, womit insbesondere einem Austausch von Substanzen zwischen dem Innenraum des Zellgehäuses und der Umgebung der Wandlerzelle entgegengewirkt ist.
  • Eine dritte bevorzugte Ausgestaltung des vorgenannten erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer Wandlerzelle, insbesondere zum Herstellen eines Schichtverbunds, wobei der Schichtverbund das erste Tragelement, zumindest eine oder mehrere dieser Funktionseinrichtungen und vorzugsweise das zweite Tragelement aufweist, ist gekennzeichnet durch die Schritte: S2, S3, S4. Diese bevorzugte Ausgestaltung des Verfahrens bietet den Vorteil, dass eine insbesondere stoffschlüssige Verbindung zwischen dem ersten Tragelement und zumindest einer dieser Funktionseinrichtungen erzeugt wird, wodurch der Zusammenhalt dieser Funktionseinrichtung insbesondere bei Stößen verbessert ist. Vorzugsweise wird unter Schritt S3 als Funktionseinrichtung bzw. Funktionsbaugruppe zumindest eine bestückte, insbesondere flexible Leiterplatte auf die erste Tragelement aufgelegt. Dabei weist diese Leiterplatte die Funktionselemente gemäß der ersten bevorzugten Ausgestaltung der Funktionseinrichtung auf. Diese bevorzugte Ausgestaltung des Verfahrens bietet den Vorteil, dass in der Funktionseinrichtung, welche mit dem ersten Tragelement verbunden bzw. insbesondere unverlierbarer Teil des Zellgehäuses ist, zahlreiche Funktionen zur Steuerung bzw. Überwachung der Elektrodenbaugruppe verwirklicht werden können.
  • Vorzugsweise weist diese Ausgestaltung des Verfahrens insbesondere nach Schritt S2 auch den Schritt S2' auf. Dabei werden zwei erste Tragschichten aufeinander gelegt. Diese bevorzugte Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die Wandstärke des Schichtverbunds erhöht ist, womit ein verbesserter mechanischer Schutz einer benachbarten Funktionseinrichtung erreicht wird.
  • Vorzugsweise weist diese Ausgestaltung des Verfahrens auch die Schritte S5 und S6 auf. Besonders bevorzugt erfolgt Schritt S5 vor den zeitgleich ausgeführten Schritten S4 und S6. Diese bevorzugte Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass das Gehäuseteil mit zumindest einer dieser zweiten Tragelemente versteift ist. Diese bevorzugte Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass das diese Funktionseinrichtung durch dieses zweite Tragelement gegenüber der Elektrodenbaugruppe elektrisch isoliert ist.
  • Vorzugsweise weist diese Ausgestaltung des Verfahrens insbesondere vor Schritt S2 auch einen der Schritte S1, S1' oder S1'' auf, besonders bevorzugt mit Schritt S27. Diese bevorzugte Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die unmittelbar vorausgehende Erzeugung auch der Funktionseinrichtung Lagerkosten einspart.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung dieser bevorzugten Ausgestaltung wird der Schichtverbund mit unterschiedlichen Wandstärken hergestellt. Dabei werden Bereiche für das erste Gehäuseteil, das zweite Gehäuseteil und für einen Scharnierbereich hergestellt. Der Scharnierbereich wird mit geringerer Wandstärke als die Bereiche für die Gehäuseteile und vorzugsweise ohne Funktionseinrichtung hergestellt, vorzugsweise indem die Bereiche für die Gehäuseteile zusätzliche Tragschichten erhalten oder der Scharnierbereich nur eine dieser ersten Tragschichten aufweist. Der Scharnierbereich ist zwischen dem Bereich für das erste Gehäuseteil und dem Bereich für das zweite Gehäuseteil angeordnet. Später wird der Formteilrohling so abgelängt, dass er an einem ersten Ende diesen Bereich für das erste Gehäuseteil, an einem gegenüberliegenden Ende diesen Bereich für das zweite Gehäuseteil und dazwischen liegend dem Scharnierbereich aufweist. Diese Weiterbildung bietet den Vorteil, dass die Länge der abzudichtenden Kanten des insbesondere quaderförmigen Zellgehäuses verringert ist.
  • Zum Schließen des Zellgehäuses bzw. beim Verbinden des ersten Gehäuseteils mit dem zweiten Gehäuseteil wird der Scharnierbereich auf eine Arbeitstemperatur oberhalb der Erweichungstemperatur des ersten Polymermaterials gebracht und derart umgebogen, dass der Bereich für das erste Gehäuseteil dem Bereich für das zweite Gehäuseteil gegenüberliegt. Anschließend, insbesondere nach dem Verbinden der Gehäuseteile um die Elektrodenbaugruppe, wird der Scharnierbereich auf eine Entnahmetemperatur, insbesondere unter die Erweichungstemperatur des ersten Polymermaterials gebracht.
  • Eine vierte bevorzugte Ausgestaltung des vorgenannten erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer Wandlerzelle, insbesondere zum Herstellen der ersten bevorzugten Weiterbildung der ersten bevorzugten Ausführungsform der Wandlerzelle, ist gekennzeichnet durch die Schritte:
    • • S11, wobei einer dieser Formteilrohlinge mit einer dieser Funktionseinrichtungen einer Bearbeitungseinrichtung zugeführt wird, wobei diese Funktionseinrichtung zumindest einen dieser Elektrodenverbindungsbereiche aufweist,
    • • S12, wobei eine oder vorzugsweise zwei dieser Stromleiteinrichtungen bzw. deren Stromableiter zu diesem Formteilrohling in das Formgebungswerkzeug gegeben und dort im Randbereich des Formteilrohlings bzw. des künftigen ersten Gehäuseteils angeordnet werden,
    • • vorzugsweise S22, wobei zumindest einer dieser Kontaktierungsbereiche einer dieser Stromleiteinrichtungen bzw. eines dieser Stromableiter mit zumindest einem dieser Elektrodenverbindungsbereiche der Funktionseinrichtung elektrisch verbunden wird,
    • • S10, S13 und S14, wobei vorzugsweise S10 zeitlich vor S13, vorzugsweise S13 zeitgleich mit S14 ausgeführt wird, worauf der Formteilrohling einen Aufnahmeraum für die Elektrodenbaugruppe erhält und zweites Polymermaterial derart im Randbereich des Formteilrohlings angeordnet ist, dass die eingelegten Stromleiteinrichtungen bzw. deren Stromableiter insbesondere gasdicht von dem zweiten Polymermaterial umschlossen sind,
    • • S15, worauf das erweichte erste Polymermaterial des ersten Tragelements wieder an Festigkeit gewinnt und das resultierende erste Gehäuseteil dem Formgebungswerkzeug entnommen werden kann,
    • • S18, zur Ausrüstung der Elektrodenbaugruppe mit zumindest einer oder mehrerer dieser Ableiterfahnen, wobei die Ableiterfahnen mit zumindest einer dieser Elektroden erster Polarität oder mit zumindest dieser der Elektroden zweiter Polarität verbunden werden,
    • • S17 und S19, womit die Elektrodenbaugruppe dem in der Bearbeitungseinrichtung bereitgestellten ersten Gehäuseteil zugeführt wird, vorzugsweise im Aufnahmeraum des ersten Gehäuseteil angeordnet wird,
    • • S21, wobei diese Ableiterfahnen, welche mit diesen Elektroden erster Polarität verbunden sind, und dieser Ableiterfahnen, welche mit diesen Elektroden zweiter Polarität verbunden sind, mit verschiedenen Stromableitern elektrisch verbunden werden, insbesondere mittels eines Fügeverfahrens,
    • • S23, wobei das zweite Gehäuseteil zu dem ersten Gehäuseteil und zu der Elektrodenbaugruppe in die Bearbeitungseinrichtung eingelegt wird, wobei zumindest einer dieser Randbereiche des ersten Gehäuseteils und zumindest einem dieser Randbereich des zweiten Gehäuseteils zueinander benachbart angeordnet werden,
    • • vorzugsweise S25, wobei insbesondere der Randbereich des insbesondere ersten Gehäuseteils erwärmt wird auf eine Arbeitstemperatur, welche wenigstens der Erweichungstemperatur des zweiten Polymermaterials entspricht,
    • • S26, wobei insbesondere die Randbereiche, vorzugsweise die zweiten Polymermaterialien des ersten Gehäuseteils und des zweiten Gehäuseteils insbesondere stoffschlüssig miteinander verbunden werden, insbesondere bei einer Arbeitstemperatur, welche wenigstens der Erweichungstemperatur des zweiten Polymermaterial entspricht.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Zusammenhang mit den Figuren. Es zeigt:
  • 1 schematisch Details einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen elektrochemischen Energiewandlereinrichtung,
  • 2 schematisch zwei verschiedenen Schichtverbände für erste Gehäuseteile,
  • 3 schematische Schnitte durch erste Gehäuseteile mit verschiedenen Funktionselementen bzw. ersten und zweiten Schichtbereichen,
  • 4 eine schematische Ansicht eines ersten Gehäuseteils mit ersten und zweiten Schichtbereichen,
  • 5 schematisch einen Schnitt durch ein erstes Gehäuseteil mit einem metallischen Einleger,
  • 6 einen schematischen Schnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform einer Wandlerzelle,
  • 7 schematisch eine Bearbeitungseinrichtung zur Herstellung eines Schichtverbunds für ein erstes Gehäuseteil,
  • 8 schematisch eine Bearbeitungseinrichtung zur Herstellung eines Schichtverbunds für eine bestimmte Ausführungsform eines ersten Gehäuseteils, wobei eine dieser Funktionseinrichtungen als bestückte, flexible Leiterplatte ausgebildet ist,
  • 9 schematisch das Ablängen von Formteilrohlingen von einem vorbereiteten Schichtverbund,
  • 10 schematisch die Herstellung eines ersten Gehäuseteils aus einem Formteilrohling mit Zuführung eines zweites Polymermaterials im Randbereich, mit Ausbildung eines Aufnahmeraums für eine Elektrodenbaugruppe, mit Umspritzen von Stromableitern und vom Randbereich des Formteilrohlings, in einer Bearbeitungseinrichtung,
  • 11 verschiedene Ansichten und Schnitte eines ersten Gehäuseteil mit Aufnahmeraum,
  • 12 schematisch eine Wandlerzelle mit einem zweiteiligen Zellgehäuse, wobei das erste Gehäuseteil als Becher und das zweite Gehäuseteil als Deckel ausgebildet sind,
  • 13 schematisch eine Wandlerzelle mit einem zweiteiligen Zellgehäuse, wobei die Gehäuseteile durch einen Rahmen aus zweitem Polymermaterial beabstandet sind
  • 14 schematisch weitere bevorzugte Ausführungsformen von Wandlerzellen jeweils mit einem zweiteiligen Zellgehäuse und je mit zwei Stromableitern, welche sich in die Umgebung der Wandlerzelle erstrecken,
  • 15 schematisch weitere bevorzugte Ausführungsformen von Wandlerzellen jeweils mit einem zweiteiligen Zellgehäuse und mit Stromleiteinrichtungen, welche im wesentlichen mit je einer Mantelfläche des Zellgehäuses abschließen,
  • 16 schematisch weitere bevorzugte Ausführungsformen von Wandlerzellen jeweils mit einem zweiteiligen Zellgehäuse, je mit Wandlerbaugruppe und zwei Fluiddurchlässen.
  • 1 zeigt schematisch Details einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen elektrochemischen Energiewandlereinrichtung bzw. Wandlerzelle 1 mit einem ersten Gehäuseteil 6. Vorteilhaft sind das erste Tragelement 7 und das zweite Tragelement 7a als Tragschichten ausgebildet.
  • 1a zeigt, dass das erste Gehäuseteil 6 in einem Randbereich mit einem zweiten Polymermaterial 21 umspritzt ist. Ein Stromableiter 14 ist von dem zweiten Polymermaterial 21 insbesondere gasdicht umspritzt und insbesondere im wesentlichen unverrückbar mit dem ersten Gehäuseteil 6 verbunden. Das erste Gehäuseteil 6 weist das erste Tragelement 7, das zweite Tragelement 7a und eine Funktionseinrichtung 8 auf, wobei die Funktionseinrichtung 8 die Tragelemente 7, 7a beanstandet.
  • 1b zeigt, dass Ableiterfahnen 13 mit dem Stromableiter 14 verschweißt sind. Die Ableiterfahnen 13 sind auch mit Elektroden erster Polarität einer nicht dargestellten Elektrodenbaugruppe elektrisch, insbesondere stoffschlüssig verbunden. Diese elektrische Verbindung ist erzeugt worden, nachdem die nicht dargestellte Elektrodenbaugruppe in das erste Gehäuseteil 6 eingelegt worden ist und bevor das Zellgehäuse geschlossen wird.
  • 1c zeigt das erste Gehäuseteil 6 und ein zweites Gehäuseteil 6a, deren Randbereiche jeweils mit dem zweiten Polymermaterial 21 umspritzt sind. Jeweils sind ein Stromableiter 14, 14a mit einem der Gehäuseteile 6, 6a durch zweite Polymermaterialen 21 verbunden. Mit den Stromableitern 14, 14a sind Gruppen von Ableiterfahnen 13, 13a verschweißt. Diese Gruppen von Ableiterfahnen 13, 13a sind mit Elektroden unterschiedlicher Polarität derselben nicht dargestellten Elektrodenbaugruppe elektrisch verbunden. So weist der erste Stromableiter 14 eine andere Polarität auf als der zweite Stromableiter 14a. Das Zellgehäuse ist noch nicht geschlossen.
  • 1d zeigt schematisch ein Detail der Wandlerzelle 1, nachdem das Zellgehäuse 5 durch stoffschlüssiges Verbinden des ersten Gehäuseteils 6 mit dem zweiten Gehäuseteil 6a geschlossen wurde. Dabei wurden zweite Polymermaterialien 21 der Randbereiche der Gehäuseteile 6, 6a miteinander verschmolzen. Aus dem Zellgehäuse 5 erstrecken sich die Stromableiter 14, 14a. Auch erstrecken sich die Stromableiter 14, 14a im Zellgehäuse 5.
  • 2 zeigt schematisch zwei verschiedene Schichtverbünde 18, 18a für ein erstes Gehäuseteil. Vorteilhaft sind das erste Tragelement 7 und das zweite Tragelement 7a als Tragschichten ausgebildet.
  • Der Schichtverbund 18 weist zwei Tragelemente 7, 7a auf, welche vier Funktionseinrichtungen 8, 8a, 8b, 8c umgeben bzw. umschließen. Die einzelnen Funktionseinrichtungen erfüllen verschiedene Aufgaben und weisen dazu verschiedene Funktionselemente auf. Das zweite Tragelement 7a weist eine Anordnung von Ausnehmungen bzw. Löchern auf, welche einer Substanz insbesondere aus der nicht dargestellten Elektrodenbaugruppe den Durchtritt zur vierten Funktionseinrichtung 8c ermöglichen. Die vierte Funktionseinrichtung 8c weist einen Drucksensor, ein Thermoelement und einen Sensor für Fluorwasserstoff auf, wobei die Sensoren nicht dargestellt sind. Die dritte Funktionseinrichtung 8b isoliert die zweite Funktionseinrichtung 8a von der Elektrobaugruppe chemisch und elektrisch. Die dritte Funktionseinrichtung 8b weist aber Funktionselemente zum Signalaustausch zwischen der zweiten Funktionseinrichtung 8a und den genannten Sensoren auf. Die zweite Funktionseinrichtung 8a weist eine nicht dargestellte Zellsteuereinrichtung auf, welche Signale der genannten Sensoren verarbeitet und der Betrieb der ebenfalls nicht dargestellten Elektrodenbaugruppe steuert. Die erste Funktionseinrichtung 8 ist als Baumwollage mit Alaun als flammhemmendem Füllstoff auf und dient dem Schutz der darunter liegenden zweiten Funktionseinrichtung 8a.
  • Der Schichtverbund 18a weist nur eine Funktionseinrichtung 8 auf. Hier sind der Drucksensor, das Thermoelement und die Zellsteuereinrichtung Teil derselben Funktionseinrichtung 8.
  • 3 zeigt schematische Schnitte durch verschiedene Ausgestaltungen des ersten Gehäuseteils 6 mit verschiedenen Funktionseinrichtungen 8, 8a, 8b, 8c sowie ersten und zweiten Schichtbereichen 10, 10a. Die Funktionseinrichtung 8 von dem ersten Tragelement 7 und dem zweiten Tragelement 7a umgeben. Vorteilhaft sind das erste Tragelement 7 und das zweite Tragelement 7a als Tragschichten ausgebildet. Die Funktionseinrichtung 8 weist zwei Schichtbereiche 10, 10a auf, wobei der erste Schichtbereich 10 eine größere Wandstärke aufweist, als der zweite Schichtbereich 10a. Die Funktionseinrichtung 8a weist mehrere erste Schichtbereiche 10 auf, in denen Kanäle für ein Temperiermedium verlaufen. Die Funktionseinrichtung 8b weist mehrere erste Schichtbereiche 10 auf, welche mit einem Schaum gefüllt sind. Dazu ist die Funktionseinrichtung 8a mit einem expandierbaren Füllstoff gefüllt, welcher bei Zufuhr einer Aktivierungsenergie Hohlräume ausbildet. Die Funktionseinrichtung 8c weist eine Hohlraumstruktur, insbesondere eine Wabenstruktur auf, welche der Gewichtsersparnis bei erhöhter Biegesteifigkeit des ersten Gehäuseteils 6 dient.
  • 4 zeigt eine schematische Ansicht eines ersten Gehäuseteils 6 mit ersten Schichtbereichen 10 und zweiten Schichtbereichen 10a der Funktionseinrichtung. Der ersten Schichtbereiche 10, auch markiert durch den Buchstaben „H” weisen eine größere Wandstärke auf, als die zweiten Schichtbereiche 10a, auch markiert durch den Buchstaben „L”. Vorteilhaft sind das erste Tragelement 7 und das zweite Tragelement 7a als Tragschichten ausgebildet.
  • 5 zeigt schematisch einen Schnitt durch ein erstes Gehäuseteil 6 mit einem insbesondere metallischen Einleger 22, welcher sich sowohl in der Funktionseinrichtung 8 als auch außerhalb dieser Funktionseinrichtung erstreckt. Vereinfacht sind die benachbarten Tragelemente nicht dargestellt. Der Einleger 22 dient der Versteifung des ersten Gehäuseteils 6, insbesondere der Erhöhung der Biegesteifigkeit des ersten Gehäuseteils 6. Der Einleger 22 ist profiliert für erhöhte Biegesteifigkeit.
  • 6 zeigt einen schematischen Schnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform einer Wandlerzelle. Eine Elektrodenbaugruppe 2 ist in ein erstes Gehäuseteil eingelegt und mit Stromableitern 14, 14a elektrisch verbunden. Nicht dargestellt sind Ableiterfahnen, welcher der elektrischen Verbindung zwischen einem Stromableiter 14, 14a und einer Elektrode der Elektrodenbaugruppe 2 dienen. Beide Stromableiter 14, 14a weisen Kontaktierungsbereiche 12, 12a auf. Von dem ersten Gehäuseteil ist lediglich das zweite Polymermaterial 21 dargestellt. Tragelemente und Funktionseinrichtungen sind nicht dargestellt, damit die Kontaktierungsbereiche 12, 12a besser erkennbar sind. Die Kontaktierungsbereiche 12, 12a erstrecken sich aus dem zweiten Polymermaterial 21 in Richtung der nicht dargestellten Funktionseinrichtung. Die Kontaktierungsbereiche 12, 12a dienen der elektrischen Verbindung, insbesondere der Versorgung der nicht dargestellten Funktionseinrichtung.
  • 7 zeigt schematisch eine Bearbeitungseinrichtung 2 zur Herstellung eines Schichtverbunds 18 für ein erstes Gehäuseteil. Von verschiedenen Bevorratungen werden das erste Tragelement 7, das zweite Tragelement 7a und zwei Funktionseinrichtungen 8, 8a abgewickelt. Vorteilhaft sind das erste Tragelement 7 und das zweite Tragelement 7a als Tragschichten ausgebildet. Diese Schichten werden der Bearbeitungseinrichtung 20 zugeführt, hier ausgebildet als Doppelbandpresse 20. Insbesondere unter Wärmeeinfluss werden die aufeinander gelegten Schichten in der Doppelbandpresse 20 miteinander zum Schichtverbund 18 verbunden. Der Schichtverbund 18 wird einer Bevorratung 19 zugeführt.
  • 8 zeigt schematisch eine Bearbeitungseinrichtung 20 zur Herstellung eines Schichtverbunds 18 für eine bevorzugte Ausführungsform eines ersten Gehäuseteils, mit mehreren Funktionseinrichtungen, wobei eine dieser Funktionseinrichtungen als bestückte, flexible Leiterplatte 8a ausgebildet ist. Zunächst wird die erste Funktionseinrichtung 8 abgewickelt. Von einem Greifer werden die Leiterplatten 8a einzeln auf die erste Funktionseinrichtung 8 aufgelegt, vorzugsweise mit einem mindesten Abstand zwischen zwei Leiterplatten. Es werden eine weitere Funktionseinrichtung 8b sowie zwei Tragelemente 7, 7a abgewickelt. Vorteilhaft sind das erste Tragelement 7 und das zweite Tragelement 7a als Tragschichten ausgebildet. Die Leiterplatte 8a wird von den Tragelementen 7, 7a umschlossen, bevor die Schichten der Doppelbandpresse 20 zugeführt werden. In der Doppelbandpresse 20 wird insbesondere unter Wärmeeinfluss der Schichtverbund 18 erzeugt. Der Schichtverbund 18 wird der Bevorratung 19 zugeführt.
  • 9 zeigt schematisch das Ablängen von Formteilrohlingen 23 von einem vorbereiteten Schichtverbund 18, insbesondere mittels einer Trenneinrichtung 20. Sofern eine der Funktionseinrichtungen als Leiterplatte ausgebildet ist, wird der Schichtverbund 18 zwischen zwei solchen Leiterplatten getrennt.
  • 10 zeigt schematisch die Herstellung eines ersten Gehäuseteils 6 aus einem Formteilrohling 23 mit Zuführung eines zweites Polymermaterials 21 in den Randbereich des Formteilrohling 23 bzw. des ersten Gehäuseteils 6, mit Ausbildung eines Aufnahmeraums 11 für eine Elektrodenbaugruppe 2, mit Umspritzen von Stromableitern 14, 14a und vom Randbereich des Formteilrohlings 23, in einer Bearbeitungseinrichtung 20. Obwohl nicht dargestellt, weist der Formteilrohling 23 das erste Tragelement, zumindest eine dieser Funktionseinrichtungen sowie das zweite Tragelement auf. Vorteilhaft sind das erste Tragelement 7 und das zweite Tragelement 7a als Tragschichten ausgebildet.
  • 10a zeigt den Formteilrohling 23 sowie die Stromableiter 14, 14a, welche in die Bearbeitungseinrichtung, hier ausgebildet als Formgebungswerkzeug 20, eingelegt sind. Das zweiteilige Formgebungswerkzeug ist noch nicht geschlossen. Ein Teil des Formgebungswerkzeugs 20 ist mit einer Vertiefung, der andere Teil des Formgebungswerkzeugs 20 mit einer Erhebung ausgebildet. Vertiefung und Erhebung dienen zur Ausbildung eines Aufnahmeraums im Formteilrohling 23 bzw. ersten Gehäuseteil für die nicht dargestellte Elektrodenbaugruppe. Bevor das Formgebungswerkzeug 20, ausgestattet mit Vertiefung und Erhebung, geschlossen wird, wird der Formteilrohling 23 auf eine Arbeitstemperatur erwärmt, welche zumindest der Erweichungstemperatur des ersten Polymermaterials entspricht.
  • 10b zeigt das Formgebungswerkzeug 20 während des Schießvorgangs, wobei mittels der Vertiefung und der Erhebung der Aufnahmeraum 11 im Formteilrohling 23 ausgebildet wird. Dabei weist der Formteilrohling 23 eine Arbeitstemperatur auf, welche zumindest der Erweichungstemperatur des ersten Polymermaterials entspricht.
  • 10c zeigt das geschlossene Formgebungswerkzeug 20. Der eingelegte Formteilrohling 23 weist nach plastischer Verformung den Aufnahmeraum 11 auf. Die Stromableiter 14, 14a werden im Formgebungswerkzeug 20 in vorbestimmten Positionen bezüglich des Formteilrohlings 23 gehalten, insbesondere im Randbereich des Formteilrohlings 23. Vorzugsweise weist der Formteilrohling 23 eine Arbeitstemperatur auf, welche zumindest der Erweichungstemperatur des ersten Polymermaterials entspricht, insbesondere damit der Formteilrohling 23 eine innige stoffliche Verbindung mit dem nicht dargestellten zweiten Polymermaterial eingehen kann.
  • 10d zeigt das geschlossene Formgebungswerkzeug 20 sowie den eingelegten Formteilrohling 23 gemäß 10c zu einem späteren Zeitpunkt. Durch zwei Kanäle wird erwärmtes zweites Polymermaterial 21 dem Formgebungswerkzeug 20 zugeführt. Das zweite Polymermaterial 21 füllt im Formgebungswerkzeug 20 vorgesehene Hohlräume, welche in Randbereichen des Formteilrohlings 23 angeordnet sind. Durch die Hohlräume erstrecken sich auch die Stromableiter 14, 14a. Mit Zuführung des zweiten Polymermaterials 21 werden die Randbereiche des Formteilrohlings 23 sowie die Stromableiter 14, 14a umspritzt. Vorzugsweise weist der Formteilrohling 23 eine Arbeitstemperatur auf, welche zumindest der Erweichungstemperatur des ersten Polymermaterials entspricht, insbesondere damit der Formteilrohling 23 innige stoffliche Verbindungen mit dem zweiten Polymermaterial 21 eingehen kann.
  • Nach Zuführung des zweiten Polymermaterials 21 werden dessen Temperatur sowie die Temperatur des verformten Formteilrohlings 23 gesenkt, so dass die Erweichungstemperatur auch des ersten Polymermaterials unterschritten wird. Das erste Gehäuseteil 6 ist dann bereit zur Entnahme.
  • 10e zeigt das geöffnete Formgebungswerkzeug 20 sowie das entformte erste Gehäuseteil 6. Das erste Gehäuseteil 6 weist die zwei Tragelemente, zumindest eine dieser Funktionseinrichtungen, im Randbereich zweites Polymermaterial 21, den Aufnahmeraum 11, sowie die Stromableiter 14, 14a auf. Nach dem Entnehmen des ersten Gehäuseteils 6 ist das Formgebungswerkzeug 20 zur Herstellung des nächsten ersten Gehäuseteils bereit.
  • 11 zeigt verschiedene Ansichten und Schnitte eines ersten Gehäuseteils 6 mit einem Aufnahmeraum 11 für eine Elektrodenbaugruppe.
  • 12 zeigt schematisch eine Wandlerzelle 1 mit einem zweiteiligen Zellgehäuse 5, wobei das erste Gehäuseteil 6 als Becher und das zweite Gehäuseteil 6a als Deckel ausgebildet sind. Der Innenraum des Bechers entspricht dem Aufnahmeraum 11. Nicht dargestellt ist das zweite Polymermaterial, welches in den Randbereichen der Gehäuseteile 6, 6a angeordnet ist. Zwei Stromleiteinrichtungen 4, 4a erstrecken sich zumindest bereichsweise durch eines der Gehäuseteile in die Umgebung der Wandlerzelle 1.
  • 12a zeigt, dass die Stromleiteinrichtungen 4, 4a durch das zweite Gehäuseteil 6a in die Umgebung geführt sind. Es ist nicht dargestellt, dass die Stromleiteinrichtungen 4, 4a mit dem zweiten Gehäuseteil 6a stoffschlüssig und insbesondere gasdicht verbunden sind.
  • 12b zeigt, dass die Stromleiteinrichtungen 4, 4a durch das erste Gehäuseteil 6 in die Umgebung geführt sind. Es ist nicht dargestellt, dass die Stromleiteinrichtungen 4, 4a mit dem ersten Gehäuseteil 6 stoffschlüssig und insbesondere gasdicht verbunden sind.
  • 13 zeigt schematisch eine Wandlerzelle 1 mit einem zweiteiligen Zellgehäuse 5, wobei die Gehäuseteile 6, 6a durch einen Rahmen aus zweiten Polymermaterial 21 beabstandet sind. Die nicht dargestellte Elektrodenbaugruppe ist vom Rahmen aufgenommen. So sind die Gehäuseteile 6, 6a je ohne Aufnahmeraum ausgebildet. Zwei dieser Stromableiter 14, 14a erstrecken sich aus dem Rahmen 21 in die Umgebung der Wandlerzelle 1.
  • 14 zeigt schematisch weitere bevorzugte Ausführungsformen von Wandlerzellen 1 jeweils mit einem zweiteiligen Zellgehäuse 5 und je mit zwei Stromableitern 14, 14a, welche sich in die Umgebung der Wandlerzelle 1 erstrecken. Randbereiche dieser Gehäuseteile 6, 6a sind je von zweitem Polymermaterial 21 umgeben. Diese Randbereiche sind stoffschlüssig, insbesondere gasdicht miteinander verbunden. So bilden die Gehäuseteile 6, 6a gemeinsam das Zellgehäuse um die nicht dargestellte Elektrodenbaugruppe.
  • Die Stromableiter 14, 14a erstrecken sich aus verschiedenen Gehäuseteilen 6, 6a, insbesondere aus je dem zweiten Polymermaterial 21, welches je einen dieser Stromableiter mit je einem dieser Gehäuseteile gasdicht verbindet. Die Gehäuseteile 6, 6a sind mit je einem Aufnahmeraum ausgebildet. Vorteilhaft sind die beiden Gehäuseteile 6, 6a symmetrisch ausgebildet. So sind Lagerkosten verringert.
  • Die 14a und 14b zeigen eine Wandlerzelle 1, bei der sich die Stromableiter 14, 14a in dieselbe Richtung aus dem Zellgehäuse erstrecken.
  • Die 14c und 14d zeigen eine Wandlerzelle 1, bei der sich die Stromableiter 14, 14a in entgegengesetzte Richtungen aus dem Zellgehäuse erstrecken.
  • 15 zeigt schematisch weitere bevorzugte Ausführungsformen von Wandlerzellen 1 jeweils mit einem zweiteiligen Zellgehäuse 5 und mit Stromleiteinrichtungen 4, 4a, welche im Wesentlichen mit je einer Mantelfläche des Zellgehäuses 5 abschließen. Randbereiche dieser Gehäuseteile 6, 6a sind je von zweitem Polymermaterial 21 umgeben. Diese Randbereiche sind stoffschlüssig, insbesondere gasdicht miteinander verbunden. So bilden die Gehäuseteile 6, 6a gemeinsam das Zellgehäuse um die nicht dargestellte Elektrodenbaugruppe. Die Stromleiteinrichtungen 4, 4a sind in verschiedenen Gehäuseteilen 6, 6a angeordnet, insbesondere in je dem zweiten Polymermaterial 21, welches je eine dieser Stromleiteinrichtungen mit je einem dieser Gehäuseteile gasdicht verbindet. Die Stromleiteinrichtungen 4, 4a schließen mit Mantelflächen verschiedener Gehäuseteile 6, 6a ab. Die Gehäuseteile 6, 6a sind mit je einem Aufnahmeraum ausgebildet. Vorteilhaft sind die beiden Gehäuseteile 6, 6a symmetrisch ausgebildet. So sind Lagerkosten verringert.
  • Die 15a und 15b zeigen eine Wandlerzelle 1, bei der sich die Stromleiteinrichtungen 4, 4a in dieselbe Richtung erstrecken.
  • Die 15c und 15d zeigen eine Wandlerzelle 1, bei der sich die Stromleiteinrichtungen 4, 4a in entgegengesetzte Richtungen erstrecken.
  • 16 zeigt schematisch weitere bevorzugte Ausführungsformen von Wandlerzellen 1 jeweils mit einem zweiteiligen Zellgehäuse 5, je mit Wandlerbaugruppe 2 und zwei Fluiddurchlässen 24, 24a. Nicht dargestellt sind die Stromleiteinrichtungen der Wandlerzelle 1. Randbereiche dieser Gehäuseteile 6, 6a sind je von dem zweitem Polymermaterial 21 umgeben. Diese Randbereiche sind stoffschlüssig, insbesondere gasdicht miteinander verbunden. So bilden die Gehäuseteile 6, 6a gemeinsam das Zellgehäuse um die nicht dargestellte Wandlerbaugruppe 2. Die Fluiddurchlässe 24, 24a erstrecken sich aus dem Zellgehäuse, insbesondere aus dem zweiten Polymermaterial in die Umgebung der Wandlerzelle 1. Die insbesondere steuerbaren Fluiddurchlässe 24, 24a dienen dem Austausch von Sauerstoff, insbesondere aus der Umgebung oder einer anderen Sauerstoffquelle, mit der Elektrodenbaugruppe, wobei die Elektrodenbaugruppe beim Entladen Sauerstoff aufnimmt, wobei die Elektrodenbaugruppe beim Laden Sauerstoff abgibt. Die Fluiddurchlässe 24, 24a können durch die Steuereinrichtung geöffnet und geschlossen werden. Nicht dargestellt sind zwei Gassensoren, welche zur Messung des Durchsatzes durch diese Fluiddurchlässe 24, 24a dienen. Diese Gassensoren können von der Steuereinrichtung betrieben bzw. abgelesen werden. Zumindest einer dieser Fluiddurchlässe 24, 24a ist ausgestaltet, mit einer nicht der Wandlerzelle zugehörigen Fluidfördereinrichtung verbunden zu werden.
  • Die 16a und 16c zeigen eine Wandlerzelle 1, deren Fluiddurchlässe 24, 24a sich in dieselbe Richtung erstrecken.
  • Die 16c und 16d zeigen eine Wandlerzelle 1, deren Fluiddurchlässe 24, 24a sich in entgegengesetzte Richtungen erstrecken.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Wandlerzelle
    2
    Elektrodenbaugruppe, Wandlerbaugruppe
    3, 3a
    Elektrode
    4, 4a
    Stromleiteinrichtung
    5
    Zellgehäuse
    6, 6a, 6b
    Gehäuseteil
    7, 7a
    Tragelement
    8, 8a, 8b
    Funktionseinrichtung
    9, 9a
    Funktionselement
    10, 10a
    Schichtbereich
    11
    Aufnahmeraum
    12, 12a
    Kontaktierungsbereich
    13
    Ableiterfahne
    14, 14a
    Stromableiter
    15, 15a
    Polkontaktausnehmung
    16, 16a
    Polkontaktbereich
    17, 17a
    Kontaktierungsausnehmung
    18
    Schichtverbund
    19
    Bevorratung
    20
    Bearbeitungseinrichtung, Formgebungswerkzeug
    21
    zweites Polymermaterial, Rahmen aus zweitem Polymermaterial
    22
    Einleger
    23
    Formteilrohling
    24, 24a
    Fluiddurchlass
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • WO 2011/020545 [0018]

Claims (17)

  1. Wandlerzelle (1), insbesondere ausgebildet als Elektrochemische Energiewandlereinrichtung, mit zumindest • einer insbesondere wiederaufladbaren Elektrodenbaugruppe (2), welche vorgesehen ist, zumindest zeitweise elektrische Energie insbesondere einem Verbraucher zur Verfügung zu stellen, welche zumindest zwei Elektroden (3, 3a) unterschiedlicher Polarität aufweist, welche vorzugsweise vorgesehen ist, zumindest zeitweise chemische Energie in elektrische Energie zu wandeln, welche vorzugsweise vorgesehen ist, zumindest zeitweise insbesondere zugeführte elektrische Energie in chemische Energie zu wandeln, • einer Stromleiteinrichtung (4, 4a), welche vorgesehen ist, mit einer der Elektroden (3, 3a) der Elektrodenbaugruppe (2) elektrisch, vorzugsweise stoffschlüssig verbunden zu sein, • einem Zellgehäuse (5) mit einem ersten Gehäuseteil (6), wobei das Zellgehäuse (5) vorgesehen ist, die Elektrodenbaugruppe (2) zumindest bereichsweise zu umschließen, wobei das erste Gehäuseteil (6) zumindest aufweist • eine Funktionseinrichtung (8, 8a, 8b), welche vorgesehen ist, die Abgabe von Energie aus der Elektrodenbaugruppe (2) insbesondere an einen Verbraucher zu unterstützen, welche mit der Elektrodenbaugruppe (2) wirkverbunden ist, insbesondere zur Aufnahme von Energie, • ein erstes Tragelement (7), welches vorgesehen ist, die zumindest eine Funktionseinrichtung (8, 8a, 8b) abzustützen.
  2. Wandlerzelle (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Funktionseinrichtung (8, 8a, 8b) zumindest ein Funktionselement (9, 9a) aufweist, wobei das zumindest eine Funktionselement (9, 9a) mit der Elektrodenbaugruppe (2) wirkverbunden ist, insbesondere elektrisch verbunden ist, wobei vorzugsweise das zumindest eine Funktionselement (9, 9a) ausgebildet ist als: Polkontaktbereich (16, 16a), Elektrodenverbindungsbereich, Leiterbahn, Ausnehmung (14, 14a), Spannungsfühler, Stromfühler, Temperaturfühler, Drucksensor, Stoffsensor, Gassensor, Flüssigkeitssensor, Lagesensor, Beschleunigungssensor, Steuereinrichtung, anwendungsspezifische integrierte Schaltung, Mikroprozessor, Schalteinrichtung, Halbleiterschalter, Stromunterbrecher, Strombegrenzer, Entladewiderstand, Druckentlastungseinrichtung, Fluiddurchlass, Stelleinrichtung, Aktor, Datenspeichereinrichtung, Piepser, lichtemittierende Diode, Infrarotschnittstelle, GSM-Baugruppe, erste Nahfunkeinrichtung oder Transponder, wobei besonders bevorzugt eines dieser Funktionselemente (9, 9a) als Fluiddurchlass ausgebildet ist und die Elektrodenbaugruppe (2), insbesondere eine der Elektroden (3, 3a), ausgestaltet ist, während der Bereitstellung elektrischer Energie Sauerstoff, insbesondere aus der Umgebungsluft oder einer anderen Sauerstoffquelle, durch den wenigstens einen Fluiddurchlass aufzunehmen.
  3. Wandlerzelle (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Funktionseinrichtung (8, 8a, 8b) zumindest • teilweise porös ausgebildet ist, besonders bevorzugt mit einem Schaum, und/oder • bereichsweise eine Hohlraumstruktur, insbesondere eine Wabenstruktur aufweist, und/oder • einen Hohlraum für ein Temperiermedium aufweist, und/oder • bereichsweise einen expandierbaren Füllstoff aufweist, welcher vorgesehen ist, Hohlräume auszubilden insbesondere bei Zufuhr einer Aktivierungsenergie oder ausgelöst durch ein Funktionselement (9, 9a), und/oder • bereichsweise einen Füllstoff mit der Fähigkeit zum Phasenübergang (PCM) insbesondere innerhalb des vorbestimmten Betriebstemperaturbereichs der Wandlerzelle (1) aufweist, und/oder • bereichsweise einen chemisch reaktiven Füllstoff aufweist, welcher vorzugsweise vorgesehen ist, eine Substanz insbesondere aus der Elektrodenbaugruppe (2) chemisch zu binden, besonders bevorzugt nach Freiwerden der Substanz aus der Elektrodenbaugruppe (2), und/oder • einen ersten Schichtbereich (10) mit einer ersten Wandstärke (dick) und einen zweiten Schichtbereich (10a) mit einer zweiten Wandstärke (dünn) aufweist, wobei der Bruch aus der zweiten Wandstärke über der ersten Wandstärke einen vorbestimmten Wert kleiner als 1 aufweist, wobei vorzugsweise der erste Schichtbereich (10) eine geringere Dichte als der zweite Schichtbereich (10a) aufweist.
  4. Wandlerzelle (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, deren Zellgehäuse (5) ein zweites Gehäuseteil (6a) aufweist, wobei das zweite Gehäuseteil (6a) • vorgesehen ist, zumindest bereichsweise mit dem ersten Gehäuseteil (6) insbesondere stoffschlüssig verbunden zu sein, • vorgesehen ist, mit dem ersten Gehäuseteil (6) das Zellgehäuse (5) der Wandlerzelle (1) zu bilden, • ein erstes Tragelement (7) aufweist, welches vorgesehen ist, die Elektrodenbaugruppe (2) gegenüber der Umgebung der Wandlerzelle (1) abzugrenzen, • vorzugsweise zumindest eine Funktionseinrichtung (8, 8a, 8b) aufweist, welche vorgesehen ist, die Abgabe von Energie insbesondere an einen Verbraucher zu unterstützen, welche mit der Elektrodenbaugruppe (2) wirkverbunden ist, insbesondere zur Aufnahme von Energie.
  5. Wandlerzelle (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Gehäuseteil (6) und/oder das zweite Gehäuseteil (6a) • einen Aufnahmeraum (11) aufweist, welcher vorgesehen ist, die Elektrodenbaugruppe (2) zumindest teilweise aufzunehmen, und/oder • ein zweites Tragelement (7a) aufweist, welches insbesondere benachbart zur Funktionseinrichtung (8) angeordnet und der Elektrodenbaugruppe (2) zugewandt ist, welche vorzugsweise ein insbesondere faserdurchsetztes erstes Polymermaterial aufweist, insbesondere zur Versteifung des zweiten Tragelements (7a), wobei vorzugsweise das zweite Tragelement (7a) eine Kontaktierungsausnehmung (17, 17a) aufweist, und/oder • in einem Randbereich des Gehäuseteils ein zweites Polymermaterial (21) aufweist, wobei das zweite Polymermaterial (21) der insbesondere stoffschlüssigen Verbindung mit einem anderen Gehäuseteil (6a, 6b) dient, wobei vorzugsweise das zweite Polymermaterial (21) als Thermoplast ausgebildet ist.
  6. Wandlerzelle (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, deren Zellgehäuse (5) ein im wesentlichen plattenförmiges drittes Gehäuseteil (6b) aufweist, wobei das dritte Gehäuseteil (6b) • vorgesehen ist, zumindest bereichsweise mit dem ersten Gehäuseteil (6) insbesondere stoffschlüssig zum Zellgehäuse (5) verbunden zu sein, und/oder • gegenüber dem ersten Gehäuseteil (6) eine erhöhte Wärmeleitfähigkeit aufweist, vorzugsweise ein Metall aufweist, besonders bevorzugt Aluminium und/oder Kupfer, und/oder • einen ersten Wärmeübertragungsbereich aufweist, welcher vorgesehen ist, Wärmeenergie mit der Elektrodenbaugruppe (2) auszutauschen, und/oder • vorzugsweise einen zweiten Wärmeübertragungsbereich aufweist, welcher vorgesehen ist, Wärmeenergie mit einer der Wandlerzelle (1) nicht zugehörigen Temperiereinrichtung auszutauschen.
  7. Wandlerzelle (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Stromleiteinrichtung (4, 4a) einen Kontaktierungsbereich (12, 12a) aufweist, wobei der Kontaktierungsbereich (12, 12a) • zur elektrischen Kontaktierung, vorzugsweise der elektrischen Versorgung der Funktionseinrichtung (8) dient, und/oder • vorzugsweise in einem Randbereich des ersten Gehäuseteils (6) angeordnet ist, und/oder • vorzugsweise sich in Richtung der Funktionseinrichtung (8) erstreckt, und/oder • vorzugsweise mittels eines Umformverfahrens besonders bevorzugt als Buckel ausgebildet ist.
  8. Wandlerzelle (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine dieser Stromleiteinrichtungen (4, 4a) • zumindest eine Ableiterfahne (13, 13a) aufweist, welche mit einer der Elektroden (3, 3a) der Elektrodenbaugruppe (2) vorzugsweise stoffschlüssig verbunden ist, • vorzugsweise einen Stromableiter (14, 14a) aufweist, welcher sich zumindest teilweise in das Innere des Zellgehäuses (5) erstreckt, welcher sich besonders bevorzugt zumindest teilweise aus dem Zellgehäuse (5) in die Umgebung der Wandlerzelle (1) erstreckt, welcher mit der zumindest einen Ableiterfahne (13, 13a) insbesondere stoffschlüssig verbunden ist.
  9. Wandlerzelle (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass • zumindest eine dieser Funktionseinrichtungen (8, 8a, 8b) zwischen dem ersten Tragelement (7) und dem zweiten Tragelement (7a) angeordnet ist, vorzugsweise zumindest bereichsweise stoffschlüssig mit dem ersten Tragelement (7) und dem zweiten Tragelement (7a) verbunden ist, • das erste Tragelement (7) zumindest eine Polkontaktausnehmung (15, 15a) aufweist, welches insbesondere einen Bereich der benachbarten Funktionseinrichtung (8) aus der Umgebung der Wandlerzelle (1) zugänglich, insbesondere elektrisch kontaktierbar macht, • zumindest eine dieser Funktionseinrichtungen (8, 8a, 8b) zumindest einen dieser Polkontaktbereiche (16, 16a) insbesondere im Bereich der zumindest einen Polkontaktausnehmung (15, 15a) aufweist, welcher das Potential einer der Elektroden (3, 3a) der Elektrodenbaugruppe (2) aufweist, welcher vorzugsweise der elektrischen Verbindung dieser Elektrode (3, 3a) mit einer anderen Wandlerzelle (1) oder mit einem Verbraucher dient, • das zweite Tragelement (7a) benachbart zum Kontaktierungsbereich (12, 12a) der Stromleiteinrichtung (4, 4a) eine Kontaktierungsausnehmung (17, 17a) aufweist, • die Funktionseinrichtung (8, 8a, 8b), insbesondere im Bereich der Kontaktierungsausnehmung (17, 17a) als Funktionselement (9, 9a) den Elektrodenverbindungsbereich aufweist, welcher insbesondere der Stromleiteinrichtung (4, 4a), vorzugsweise deren Kontaktierungsbereich (12, 12a) zugewandt ist, • eine elektrische Verbindung zwischen der Stromleiteinrichtung (4, 4a), insbesondere deren Kontaktierungsbereich (12, 12a) und der Funktionseinrichtung (8) insbesondere zur elektrischen Versorgung der Funktionseinrichtung (8) bzw. zumindest eines Funktionselementes (9, 9a) durch die Elektrodenbaugruppe (2) ausgebildet ist.
  10. Wandlerzelle (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Gehäusebaugruppe mit dem ersten Gehäuseteil (6) und zumindest einer dieser Stromleiteinrichtungen (4, 4a), vorzugsweise zwei dieser Stromleiteinrichtungen (4, 4a), welche mit Elektroden (3, 3a) unterschiedlicher Polarität verbunden sind, wobei • das erste Gehäuseteil (6) einen insbesondere stoffschlüssigen Schichtverbund (18, 18a) aus zumindest dem ersten Tragelement (7), zumindest einer Funktionseinrichtung (8) mit zumindest einem Funktionselement (9, 9a) und dem zweiten Tragelement (7a) aufweist, • das erste Gehäuseteil (6) insbesondere im Randbereich ein zweites Polymermaterial (21) aufweist, wobei vorzugsweise der Randbereich von dem zweiten Polymermaterial (21) zumindest bereichsweise umschlossen ist, • das erste Gehäuseteil (6) einen Aufnahmeraum (11) aufweist, wobei der Aufnahmeraum (11) vorgesehen ist, die Elektrodenbaugruppe (2) zumindest teilweise aufzunehmen, • zumindest eine dieser Stromleiteinrichtungen (4, 4a) den Kontaktierungsbereich (12, 12a) aufweist, wobei der Kontaktierungsbereich (12, 12a) im Randbereich des ersten Gehäuseteils (6), vorzugsweise im zweiten Polymermaterial (21) angeordnet ist, • das zweite Tragelement (7a) im Kontaktierungsbereich (12, 12a) zumindest einer dieser Stromleiteinrichtungen (4, 4a) die Kontaktierungsausnehmung (17, 17a) aufweist, • der Kontaktierungsbereich (12, 12a) durch die Kontaktierungsausnehmung (17, 17a) mit der Funktionseinrichtung (8, 8a, 8b), insbesondere mit deren Elektrodenverbindungsbereich (9, 9a) insbesondere elektrisch verbunden ist.
  11. Wandlerzelle (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass • die zumindest eine dieser Funktionseinrichtungen (8, 8a, 8b) eine dieser Zellsteuereinrichtungen (9b) und zumindest einen dieser Messfühler (9c) aufweist, • der zumindest eine Messfühler (9c) vorgesehen ist, einen Betriebsparameter der Wandlerzelle (1), insbesondere der Elektrodenbaugruppe (2) zu erfassen, und der Zellsteuereinrichtung (9b) zur Verfügung zu stellen, • die Zellsteuereinrichtung (9c) vorgesehen ist, zumindest ein Betriebsverfahren der Wandlerzelle (1), insbesondere das Laden und/oder Entladen der Elektrodenbaugruppe (2) zu steuern, vorzugsweise einen Betriebszustand der Wandlerzelle (1) zu überwachen.
  12. Wandlerzelle (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, welche • ausgestaltet ist, eine Ladung von mindestens 10 Ah aufzunehmen und/oder abzugeben, und/oder • zur Bereitstellung eines Stroms von mindestens 50 A ausgestaltet ist, vorzugsweise von mindestens 100 A, und/oder • zur Bereitstellung einer Spannung von mindestens 3,5 V ausgestaltet ist, und/oder • innerhalb eines Temperaturbereichs von –40°C bis +100°C betreibbar ist, und/oder • eine gravimetrische Energiedichte von mindestens 50 Wh/kg aufweist.
  13. Sekundärbatterie mit zumindest zwei Wandlerzellen (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer Batteriesteuerung und vorzugsweise mit einer zweiten Nahfunkeinrichtung.
  14. Verfahren zur Herstellung einer Wandlerzelle (1), insbesondere gemäß einem der Ansprüche 1–12, wobei die Wandlerzelle (1) zumindest aufweist: • eine Elektrodenbaugruppe (2) mit zumindest zwei Elektroden (3, 3a) unterschiedlicher Polarität, • wenigstens eine oder zwei Stromleiteinrichtungen (4, 4a), wobei die erste Stromleiteinrichtung (4) mit der Elektrode erster Polarität (3) und die zweite Stromleiteinrichtung (4a) mit der Elektrode zweiter Polarität (3a) verbunden ist, vorzugsweise weist zumindest eine dieser Stromleiteinrichtungen (4, 4a) zumindest eine Ableiterfahne (13, 13a) auf, besonders bevorzugt einen Stromableiter (14, 14a), vorzugsweise weist zumindest eine dieser Stromleiteinrichtungen (4, 4a) einen Kontaktierungsbereich (12, 12a) auf, • ein Zellgehäuse (5) mit einem ersten Gehäuseteil (6), vorzugsweise auch ein zweites Gehäuseteil (7a) oder drittes Gehäuseteil (7b), wobei das erste Gehäuseteil (6) ein erstes Tragelement (7) und zumindest eine Funktionseinrichtung (8, 8a, 8b) mit zumindest einem Funktionselement (9, 9a, 9b, 9c) aufweist, wobei das erste Tragelement (7) zum Abstützen der zumindest einen Funktionseinrichtung (8, 8a, 8b) dient, wobei das erste Tragelement (7) ein erstes Polymermaterial und vorzugsweise ein Fasermaterial aufweist, wobei die zumindest eine Funktionseinrichtung (8, 8a, 8b) mit dem ersten Tragelement (7) zumindest bereichsweise insbesondere stoffschlüssig verbunden ist, wobei zumindest eine dieser Funktionseinrichtungen (8, 8a, 8b) mit der Elektrodenbaugruppe (2) wirkverbunden, vorzugsweise elektrisch verbunden ist, wobei vorzugsweise das erste Gehäuseteil (6) ein zweites Tragelement (7a) aufweist, welches zwischen der zumindest einen Funktionseinrichtung (8, 8a, 8b) und der Elektrodenbaugruppe (2) angeordnet ist, welches besonders bevorzugt mit einer dieser Funktionseinrichtungen (8, 8a, 8b) insbesondere stoffschlüssig verbunden ist, wobei vorzugsweise das erste Gehäuseteil (6) in einem Randbereich ein zweites Polymermaterial (21) aufweist, wobei das Verfahren insbesondere zum Schließen des Zellgehäuses (5) um die Elektrodenbaugruppe (2) dient, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: (S17) Bereitstellen des ersten Gehäuseteils (6) bzw. des insbesondere verformten Formteilrohlings (23), vorzugsweise in einer Bearbeitungseinrichtung (20), welche insbesondere zum Ausbilden des Zellgehäuses (6) um die Elektrodenbaugruppe (2) dient, (S19) Zuführen der Elektrodenbaugruppe (2), welche vorzugsweise wenigstens eine oder mehrere dieser Ableiterfahnen (13, 13a) aufweist, zu dem ersten Gehäuseteil (6) vorzugsweise in die Bearbeitungseinrichtung (20), insbesondere Einlegen der Elektrodenbaugruppe (2) in den Aufnahmeraum (11) des ersten Gehäuseteils (6), (S20) elektrisches Verbinden der Elektrodenbaugruppe (2) mit zumindest einer oder mehrerer dieser Stromleiteinrichtungen (4, 4a), insbesondere mittels eines Fügeverfahrens, vorzugsweise mittels eines Reibschweißverfahrens, besonders bevorzugt mittels Ultraschallschweißen, (S23) Zuführen des zweiten Gehäuseteils (6a) zu dem ersten Gehäuseteil (6) wobei vorzugsweise das zweite Gehäuseteil (6a) in einem Randbereich das zweite Polymermaterial (21) aufweist, (S26) insbesondere stoffschlüssiges Verbinden des zweiten Gehäuseteils (6a) oder des dritten Gehäuseteils (6b) mit dem ersten Gehäuseteil (6), insbesondere unter Wärmeeinfluss, insbesondere bei einer Arbeitstemperatur, welche wenigstens der Erweichungstemperatur des zweiten Polymermaterials (21) entspricht, wobei vorzugsweise ein Randbereich des ersten Gehäuseteils (6) mit dem zweiten Gehäuseteil (6a) oder dem dritten Gehäuseteil (6b) verbunden wird, vorzugsweise mit (S25) Erwärmen insbesondere des Randbereichs des insbesondere ersten Gehäuseteils auf eine Arbeitstemperatur, welche wenigstens der Erweichungstemperatur des zweiten Polymermaterials entspricht, wobei vorzugsweise statt Schritt S23 ausgeführt wird: (S24) Zuführen des dritten Gehäuseteils (6b) zu dem ersten Gehäuseteil (6), wobei vorzugsweise ein erster Wärmeübertragungsbereich des dritten Gehäuseteils (6b) benachbart zu der Elektrodenbaugruppe (2) angeordnet, besonders bevorzugt in thermischen Kontakt mit der Elektrodenbaugruppe (2) gebracht wird wobei vorzugsweise statt Schritt S26 ausgeführt wird: (S26') insbesondere stoffschlüssiges Verbinden des zweiten Gehäuseteils oder des dritten Gehäuseteils mit dem ersten Gehäuseteil, insbesondere unter Einsatz eines Dicht- und/oder Klebstoffes, wobei vorzugsweise ein Randbereich des ersten Gehäuseteil mit dem zweiten Gehäuseteil oder dem dritten Gehäuseteil verbunden wird, oder (S26'') insbesondere stoffschlüssiges Verbinden des zweiten Gehäuseteils oder des dritten Gehäuseteils mit dem ersten Gehäuseteil, vorzugsweise unter Zuführen eines insbesondere fließfähigen zweiten Polymermaterial, vorzugsweise unter Wärmeeinfluss und bei einem Differenzdruck bezüglich der Umgebung der Bearbeitungseinrichtung, insbesondere in das Formgebungswerkzeug, wobei das zweite Polymermaterial im Randbereich des zumindest eines der Gehäuseteil angeordnet wird, insbesondere bei einer Temperatur, welche wenigstens der Erweichungstemperatur des zweiten Polymermaterial entspricht, wobei vorzugsweise je einer dieser Kontaktierungsbereich zumindest einer oder zwei dieser Stromleiteinrichtung und frei bleibt, wobei vorzugsweise ein Randbereich des ersten Gehäuseteil mit dem zweiten Gehäuseteil oder dem dritten Gehäuseteil verbunden wird, insbesondere nach Schritt S25.
  15. Verfahren insbesondere gemäß dem vorhergehenden Anspruch, insbesondere zum Herstellen der Wandlerzelle (1), insbesondere zum Herstellen des ersten bzw. zweiten Gehäuseteils (6, 6a), gekennzeichnet durch die Schritte: (S11) Zuführen des im Wesentlichen ebenen Formteilrohlings (23) in eine Bearbeitungseinrichtung (20), insbesondere in ein Formgebungswerkzeug, (S12) Einlegen wenigstens einer oder mehrerer dieser Stromleiteinrichtungen (4, 4a), vorzugsweise Einlegen wenigstens eines oder mehrerer dieser Stromableiter (14, 14a), in die Bearbeitungseinrichtung (20), insbesondere in das Formgebungswerkzeug, insbesondere zu dem im Wesentlichen ebenen Formteilrohling (23), (S14) Zuführen eines insbesondere fließfähigen zweiten Polymermaterials (21), vorzugsweise unter Wärmeeinfluss und vorzugsweise einem Differenzdruck zum umgebenden Luftdruck zu dem Formteilrohling (23) in die Bearbeitungseinrichtung (20), insbesondere in das Formgebungswerkzeug, wobei das zweite Polymermaterial (21) im Randbereich des Formteilrohlings (23) angeordnet wird, insbesondere bei einer Arbeitstemperatur, welche wenigstens der Erweichungstemperatur des zweiten Polymermaterials (21) entspricht, wobei vorzugsweise je einer dieser Kontaktierungsbereiche (12, 12a) zumindest einer oder zwei dieser Stromleiteinrichtungen (14, 14a) frei bleibt, (S15) Verfestigen des verformten Formteilrohlings (23), vorzugsweise durch Abkühlen auf eine Entnahmetemperatur, welche insbesondere unter der Erweichungstemperatur des ersten Polymermaterials liegt, welche insbesondere unter der Erweichungstemperatur des zweiten Polymermaterials (21) liegt, (S16) Entnehmen des insbesondere verformten Formteilrohlings (23), nachfolgend auch erstes Gehäuseteil (6) genannt, aus der Bearbeitungseinrichtung (20), insbesondere bei einer Entnahmetemperatur, welche unter der Erweichungstemperatur des ersten Polymermaterials liegt, vorzugsweise mit zumindest einem der Schritte: (S10) Erwärmen des im Wesentlichen ebenen Formteilrohlings (23), vorzugsweise bis zu einer Arbeitstemperatur, welche wenigstens der Erweichungstemperatur des ersten Polymermaterials des ersten Tragelements (7) entspricht, insbesondere in der Bearbeitungseinrichtung (20), und/oder (S13) Ausbilden eines Aufnahmeraumes (11) für die Elektrodenbaugruppe (2) im Formteilrohling, insbesondere in der Bearbeitungseinrichtung (20), insbesondere mittels Verformung des insbesondere erwärmten Formteilrohlings (23) mit einem Körper, wobei der Aufnahmeraum (11) an die Gestalt der Elektrodenbaugruppe (2) angepasst ist, welcher vorzugsweise im Wesentlichen der Gestalt der Elektrodenbaugruppe (2) entspricht, welcher besonders bevorzugt durch Schließen des Formwerkzeugs erzeugt wird.
  16. Verfahren insbesondere gemäß einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, insbesondere zum Herstellen eines Schichtverbunds (18, 18a) für das erste bzw. zweite Gehäuseteil (6, 6a), wobei der Schichtverbund (18, 18a) das erste Tragelement (7), zumindest eine oder mehrere dieser Funktionseinrichtungen (8, 8a, 8b) und vorzugsweise das zweite Tragelement (7b) aufweist, gekennzeichnet durch die Schritte: (S2) Bereitstellen, vorzugsweise von einer zweiten Bevorratung, des ersten Tragelements (7), welche ein insbesondere faserdurchsetztes erstes Polymermaterial aufweist, welche vorzugsweise eine oder zwei dieser Polkontaktausnehmungen (15, 15a) aufweist, wobei eine oder zwei dieser Polkontaktausnehmungen (15, 15a) zu je einem dieser Polkontaktbereiche (16, 16a) benachbart ist, (S3) Auflegen zumindest einer oder mehrerer dieser Funktionseinrichtungen (8, 8a, 8b) bzw. Funktionsbaugruppen, vorzugsweise von der ersten Bevorratung, auf das erste Tragelement (7) oder eine dieser Funktionseinrichtungen (8, 8a, 8b), wobei vorzugsweise als Funktionseinrichtung (8, 8a, 8b) zumindest eine bestückte, insbesondere flexible Leiterplatte auf das erste Tragelement (7) aufgelegt wird, wobei besonders bevorzugt die Leiterplatte die Funktionselemente (9, 9a, 9b, 9c) gemäß der ersten bevorzugten Ausgestaltung der Funktionseinrichtung (8, 8a, 8b) aufweist, (S4) insbesondere stoffschlüssiges Verbinden des ersten Tragelements (7) mit zumindest einer dieser Funktionseinrichtungen (8, 8a, 8b), vorzugsweise unter Wärmeeinfluss, vorzugsweise mittels einer isotaktischen oder kontinuierlichen Presse (20), worauf der Schichtverbund (18, 18a) gebildet wird, vorzugsweise mit zumindest einem der Schritte: (S1) Erzeugen zumindest einer oder mehrerer dieser Funktionseinrichtungen (8, 8a, 8b) mit wenigstens einem oder mehreren dieser Funktionselemente (9, 9a, 9b, 9c), wobei vorzugsweise zumindest eines oder zwei dieser Funktionselemente (9, 9a, 9b, 9c) als Elektrodenverbindungsbereich oder als Polkontaktbereich (16, 16a) ausgebildet ist, vorzugsweise Zuführen zumindest einer oder mehrerer dieser Funktionseinrichtungen (8, 8a, 8b) zu einer ersten Bevorratung, oder (S1') Erzeugen zumindest einer oder mehrerer dieser Funktionseinrichtungen (8, 8a, 8b) mit wenigstens einem oder mehreren dieser Funktionselemente (9, 9a, 9b, 9c), wobei vorzugsweise zumindest eines oder zwei dieser Funktionselemente (9, 9a, 9b, 9c) als Elektrodenverbindungsbereich oder als Polkontaktbereich (16, 16a) ausgebildet ist, wobei in zumindest eine dieser Funktionseinrichtungen (8, 8a, 8b) eingebracht wird: ein Schaum, eine Hohlraumstruktur, insbesondere eine Wabenstruktur, zumindest ein Hohlraum für ein Temperiermedium, ein Füllstoff mit der Fähigkeit zum Phasenübergang und/oder ein chemisch reaktiver Füllstoff, vorzugsweise Zuführen zumindest einer oder mehrerer dieser Funktionseinrichtungen (8, 8a, 8b) zu einer ersten Bevorratung, oder (S1'') Erzeugen zumindest einer oder mehrerer dieser Funktionseinrichtungen (8, 8a, 8b) mit wenigstens einem oder mehreren dieser Funktionselemente (9, 9a, 9b, 9c), wobei vorzugsweise zumindest eines oder zwei dieser Funktionselemente (9, 9a, 9b, 9c) als Elektrodenverbindungsbereich oder als Polkontaktbereich (16, 16a) ausgebildet ist, wobei zumindest eine oder mehrere diese Funktionseinrichtungen (8, 8a, 8b) mit einem ersten Schichtbereich (10) mit einer ersten Wandstärke (dick) und einem zweiten Schichtbereich (10a) mit einer zweiten Wandstärke (dünn) hergestellt wird, wobei der Bruch aus der zweiten Wandstärke über der ersten Wandstärke einen vorbestimmten Wert kleiner als 1 aufweist, besonders bevorzugt der erste Schichtbereich (10) eine geringere Dichte aufweist als der zweite Schichtbereich (10a), vorzugsweise Zuführen zumindest einer oder mehrerer dieser Funktionseinrichtungen (8, 8a, 8b) zu einer ersten Bevorratung, vorzugsweise mit den Schritten (S5) Auflegen eines zweiten Tragelements (7a) auf eine dieser Funktionseinrichtungen (8, 8a, 8b), wobei das zweite Tragelement (7a) ein insbesondere faserdurchsetztes erstes Polymermaterial aufweist, vorzugsweise von einer dritten Bevorratung, wobei vorzugsweise das zweite Tragelement (7a) eine oder zwei Kontaktierungsausnehmungen (17, 17a) aufweist, und (S6) Verbinden des zweiten Tragelements (7a) mit einer dieser Funktionseinrichtungen (8, 8a, 8b), insbesondere mit der benachbarten Funktionseinrichtung, vorzugsweise unter Wärmeeinfluss, vorzugsweise mittels einer isotaktischen oder kontinuierlichen Presse (20), besonders bevorzugt mit Schritt (S27) Zusammenführen mehrerer dieser Funktionselemente (9, 9a) in einer dieser Funktionseinrichtungen (8, 8a, 8b), wodurch insbesondere eine Funktionsbaugruppe gebildet wird.
  17. Verfahren insbesondere gemäß einem der Ansprüche 14–16, insbesondere zum Schließen des Zellgehäuses (5) um die Elektrodenbaugruppe (2), insbesondere zum Herstellen der ersten bevorzugten Weiterbildung der ersten bevorzugten Ausführungsform der Wandlerzelle (1), gekennzeichnet durch die Schritte: • S11, wobei einer dieser Formteilrohlinge (23) mit einer dieser Funktionseinrichtungen (8, 8a, 8b) einer Bearbeitungseinrichtung (20) zugeführt wird, wobei diese Funktionseinrichtung (8, 8a, 8b) zumindest einen dieser Elektrodenverbindungsbereiche (9) aufweist • S12, wobei eine oder vorzugsweise zwei dieser Stromleiteinrichtungen (4, 4a) bzw. deren Stromableiter (14, 14a) zu diesem Formteilrohling (23) in das Formgebungswerkzeug (20) gegeben und dort im Randbereich des Formteilrohlings (23) bzw. des künftigen ersten Gehäuseteils (6) angeordnet werden • vorzugsweise S22, wobei zumindest einer dieser Kontaktierungsbereiche (12, 12a) einer dieser Stromleiteinrichtungen (4, 4a) bzw. eines dieser Stromableiter (12, 12a) mit zumindest einem dieser Elektrodenverbindungsbereiche der Funktionseinrichtung (8, 8a, 8b) elektrisch verbunden wird, • S10, S13 und S14, wobei vorzugsweise S10 zeitlich vor S13, vorzugsweise S13 zeitgleich mit S14 ausgeführt wird, worauf der Formteilrohling (23) einen Aufnahmeraum (11) für die Elektrodenbaugruppe (2) erhält und zweites Polymermaterial (21) derart im Randbereich des Formteilrohlings (23) angeordnet ist, dass die eingelegten Stromleiteinrichtungen (4, 4a) bzw. deren Stromableiter (12, 12a) insbesondere gasdicht von dem zweiten Polymermaterial (23) umschlossen sind, • S15, worauf das erweichte erste Polymermaterial des ersten Tragelements (7) wieder an Festigkeit gewinnt und das resultierende erste Gehäuseteil (6) dem Formgebungswerkzeug (20) entnommen werden kann, • S18, zur Ausrüstung der Elektrodenbaugruppe (2) mit zumindest einer oder mehrerer dieser Ableiterfahnen (13), wobei die Ableiterfahnen (13) mit zumindest einer dieser Elektroden (3) erster Polarität oder mit zumindest dieser der Elektroden (3a) zweiter Polarität verbunden werden, • S17 und S19, womit die Elektrodenbaugruppe (2) dem in der Bearbeitungseinrichtung (20) bereitgestellten ersten Gehäuseteil (6) zugeführt wird, vorzugsweise im Aufnahmeraum (11) des ersten Gehäuseteils (6) angeordnet wird, • S21, wobei diese Ableiterfahnen (13), welche mit diesen Elektroden (3) erster Polarität verbunden sind, und diese Ableiterfahnen (13a), welche mit diesen Elektroden (3b) zweiter Polarität verbunden sind, mit verschiedenen Stromableitern (14, 14a) elektrisch verbunden werden, insbesondere mittels eines Fügeverfahrens, • S23, wobei das zweite Gehäuseteil (6a) zu dem ersten Gehäuseteil (6) und zu der Elektrodenbaugruppe (2) in die Bearbeitungseinrichtung (20) eingelegt wird, wobei zumindest einer dieser Randbereiche des ersten Gehäuseteils (6) und zumindest einer dieser Randbereiche des zweiten Gehäuseteils (6a) zueinander benachbart angeordnet werden, • vorzugsweise S25, wobei insbesondere der Randbereich des insbesondere ersten Gehäuseteils (6) erwärmt wird auf eine Arbeitstemperatur, welche wenigstens der Erweichungstemperatur des zweiten Polymermaterials (21) entspricht, • S26, wobei insbesondere die Randbereiche, vorzugsweise die zweiten Polymermaterialien (21) des ersten Gehäuseteils (6) und des zweiten Gehäuseteils (6a) insbesondere stoffschlüssig miteinander verbunden werden, insbesondere bei einer Arbeitstemperatur, welche wenigstens der Erweichungstemperatur des zweiten Polymermaterials (21) entspricht.
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