DE102012020791A1 - Rahmen für eine Energiespeichereinrichtung, Batteriezelle mit dem Rahmen und der Energiespeichereinrichtung, Batterie mit zwei dieser Batteriezellen sowie Verfahren zur Herstellung des Rahmens - Google Patents

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Abstract

Rahmen für eine elektrochemische Energiespeichereinrichtung, welche zwei Stromableiter unterschiedlicher Polarität aufweist, wobei die Stromableiter zum Austausch elektrischer Ladung mit der Energiespeichereinrichtung dienen, mit einem Aufnahmeraum, ausgestaltet zur wenigstens teilweisen Aufnahme der Energiespeichereinrichtung, mit einem Rahmenkörper, ausgestaltet zur Begrenzung des Aufnahmeraums gegenüber der Umgebung, mit einer elektrischen Verbindungseinrichtung, ausgestaltet zur Kontaktierung eines dieser Stromableiter, ausgestaltet zur elektrischen Verbindung mit einer weiteren dieser Energiespeichereinrichtungen oder mit einem Verbraucher, mit einer Messeinrichtung, ausgestaltet zur Erfassung eines Parameters der Energiespeichereinrichtung, wobei der Parameter einen Rückschluss auf einen, insbesondere unerwünschten, Betriebszustand der Energiespeichereinrichtung ermöglicht, mit einer, insbesondere kapazitiven, ersten Kommunikationseinrichtung, ausgestaltet zur Übermittlung eines dieser Parameter, von Daten und/oder Signalen, insbesondere an eine übergeordnete Steuereinrichtung.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rahmen für eine Energiespeichereinrichtung, eine Batteriezelle mit dem Rahmen und der Energiespeichereinrichtung, eine Batterie mit zwei dieser Batteriezellen sowie ein Verfahren zur Herstellung des Rahmens. Die Erfindung wird im Zusammenhang mit Lithium-Ionen-Batterien zur Versorgung von Verbrauchern, insbesondere von KFZ-Antrieben, beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass die Erfindung auch unabhängig von der Bauart der Energiespeichereinrichtung oder unabhängig von der Art des versorgten Antriebs Verwendung finden kann.
  • Aus dem Stand der Technik sind Batterien mit mehreren verschalteten elektrochemischen Batteriezellen zur Versorgung von Verbrauchern, insbesondere von KFZ-Antrieben, bekannt. Die Batteriezellen weisen je eine Energiespeichereinrichtung auf, welche elektrische Energie bereitstellen kann. Eine solche elektrochemische Energiespeichereinrichtung altert kalendarisch und durch den Gebrauch bzw. Ladungswechsel. Damit sinken die der Energiespeichereinrichtung entnehmbare Energie bzw. Ladekapazität und das Zeitintervall, während dessen der Verbraucher versorgt werden kann.
  • Die unzureichende Wirtschaftlichkeit einiger bekannter Batterien während ihres Betriebs wird mitunter als problematisch empfunden.
  • Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Batterie zur Verfügung zu stellen, deren Wirtschaftlichkeit, insbesondere während eines längeren Zeitraums, verbessert ist.
  • Die Aufgabe wird durch einen Rahmen gemäß Anspruch 1 gelöst. Anspruch 7 beschreibt eine Batteriezelle mit einem dieser Rahmen und einer dieser Energiespeichereinrichtungen. Anspruch 8 beschreibt eine Batterie mit wenigstens zwei dieser Batteriezellen. Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein Herstellverfahren gemäß Anspruch 9 für einen dieser Rahmen. Zu bevorzugende Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Der erfindungsgemäße Rahmen ist für eine elektrochemische Energiespeichereinrichtung bestimmt. Die Energiespeichereinrichtung weist zwei Stromableiter unterschiedlicher Polarität auf. Die Stromableiter sind zum Austausch elektrischer Ladung mit der Energiespeichereinrichtung ausgestaltet. Der Rahmen weist einen Aufnahmeraum auf, welcher ausgestaltet ist, die Energiespeichereinrichtung wenigstens teilweise aufzunehmen. Weiter weist der Rahmen einen Rahmenkörper auf, welcher ausgestaltet ist, den Aufnahmeraum gegenüber der Umgebung zu begrenzen. Weiter weist der Rahmen eine, zwei oder mehrere elektrische Verbindungseinrichtungen auf. Diese elektrische Verbindungseinrichtung ist ausgestaltet zur Kontaktierung eines dieser Stromableiter. Weiter ist diese elektrische Verbindungseinrichtung ausgestaltet zur elektrischen Verbindung mit einer weiteren dieser Energiespeichereinrichtungen oder mit einem Verbraucher. Weiter weist der Rahmen eine Messeinrichtung auf, welche zur Erfassung wenigstens eines Parameters der Energiespeichereinrichtung ausgestaltet ist. Dieser wenigstens eine Parameter ermöglicht einen Rückschluss auf einen, insbesondere unerwünschten, Betriebszustand der Energiespeichereinrichtung. Weiter weist der Rahmen eine, insbesondere kapazitive, erste Kommunikationseinrichtung auf, welche zur Übermittlung wenigstens eines dieser Parameter und/oder zur Übermittlung von weiteren Daten und/oder Signalen, insbesondere an eine übergeordnete Steuereinrichtung, ausgestaltet ist.
  • Der erfindungsgemäße Rahmen weist zahlreiche Einrichtungen auf, nachfolgend Funktionseinrichtungen genannt, welche den ordentlichen bzw. bestimmungsgemäßen Betrieb der Energiespeichereinrichtung, insbesondere innerhalb einer Batterie, unterstützen können. Mit Zeitfortschritt, durch höhere Betriebstemperaturen und/oder durch zahlreiche Ladungswechsel kann die elektrochemische Energiespeichereinrichtung altern. Als Folge der Alterung sinkt die Fähigkeit der Energiespeichereinrichtung zur Speicherung bzw. Bereitstellung von Energie, auch Ladekapazität genannt. Besonders wenn eine einzelne Energiespeichereinrichtung stärker als die Übrigen derselben Batterie altert, sinkt die der Batterie entnehmbare elektrische Ladung. Dabei verbleibt in den übrigen Energiespeichereinrichtungen jeweils eine Restladung, welche mitunter, insbesondere bei Reihenschaltung der Energiespeichereinrichtungen, nicht entnommen werden kann. Wenn die stärker gealterte Energiespeichereinrichtung durch eine ”jüngere” Energiespeichereinrichtung ersetzt ist, dann können auch die Restladungen wieder zur Versorgung eines Verbrauchers herangezogen werden. Indem der Rahmen statt der Energiespeichereinrichtung diese Funktionseinrichtungen aufweist, kann die Energiespeichereinrichtung technisch einfacher ausgestaltet sein. Mit der einfacheren Ausbildung der Energiespeichereinrichtung ohne Funktionseinrichtungen kann eine Kosteneinsparung bei der Herstellung dieser Energiespeichereinrichtung einhergehen. Damit wird die Wirtschaftlichkeit während des Betriebs der Batterie verbessert und die zugrunde liegende Aufgabe gelöst.
  • Unter einer elektrochemischen Energiespeichereinrichtung im Sinne der Erfindung ist eine Einrichtung zu verstehen, welche insbesondere der Bereitstellung elektrischer Energie dient. Die Energiespeichereinrichtung ist ausgestaltet, zugeführte elektrische Energie in chemische Energie zu wandeln und als chemische Energie zu speichern. Weiter ist die Energiespeichereinrichtung ausgestaltet, gespeicherte chemische Energie in elektrische Energie zu wandeln, bevor die Energiespeichereinrichtung diese elektrische Energie einem Verbraucher zur Verfügung stellt. Vorzugsweise ist die Energiespeichereinrichtung im Wesentlichen quaderförmig ausgebildet.
  • Die Energiespeichereinrichtung 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. Zwei Elektroden unterschiedlicher Polarität sind in der Energiespeichereinrichtung durch einen Separator beabstandet. Der Separator ist für Ionen durchlässig, nicht aber für Elektronen. Vorzugsweise enthält der Separator zumindest einen Teil des Elektrolyts bzw. das Leitsalzes. Vorzugsweise ist der Elektrolyt insbesondere nach dem Verschließen der Energiespeichereinrichtung ohne flüssigen Anteil ausgebildet. Vorzugsweise weist das Leitsalz Lithiumionen auf. Besonders bevorzugt werden Lithiumionen beim Laden in die negative Elektrode eingelagert bzw. interkaliert und beim Entladen wieder ausgelagert.
  • Unter einem Stromableiter im Sinne der Erfindung ist eine Einrichtung zu verstehen, welcher insbesondere der Leitung von Elektronen zwischen einer der Elektroden der Energiespeichereinrichtung und einem Verbraucher oder zwischen einer der Elektroden und einer benachbarten Energiespeichereinrichtung dient. Dazu ist der Stromableiter mit einer der Elektroden der Energiespeichereinrichtung elektrisch, vorzugsweise stoffschlüssig verbunden. Vorzugsweise ist der Stromableiter zumindest mittelbar mit einem zu versorgenden Verbraucher verbunden. Der Stromableiter weist einen ersten Bereich auf, welcher sich in die Umgebung der Energiespeichereinrichtung erstreckt. Der erste Bereich ist elektrisch zumindest mittelbar mit einem zu versorgenden Verbraucher oder einer zweiten, insbesondere benachbarten Energiespeichereinrichtung verbindbar, insbesondere über eine Anschlusseinrichtung, vorzugsweise über eine Stromschiene, Stromband oder ein Anschlusskabel.
  • Unter einem Aufnahmeraum im Sinne der Erfindung ist ein Raum zu verstehen, welche insbesondere dazu dient, die Energiespeichereinrichtung wenigstens teilweise aufzunehmen. Vorzugsweise findet die Energiespeichereinrichtung im Wesentlichen vollständig Platz in diesem Aufnahmeraum. Besonders bevorzugt ist der Aufnahmeraum zur formschlüssigen und/oder kraftschlüssigen Aufnahme der Energiespeichereinrichtung ausgestaltet.
  • Unter einem Rahmenkörper im Sinne der Verbindung ist eine Einrichtung zu verstehen, welche insbesondere dazu dient, den Aufnahmeraum, insbesondere gegenüber der Umgebung, zu begrenzen. Der Rahmenkörper ist zumindest bereichsweise an die Gestalt der Energiespeichereinrichtung angepasst. Bei in den Aufnahmeraum eingesetzter Energiespeichereinrichtung erstrecken sich einzelne Abschnitte des Rahmenkörpers entlang je einer Begrenzungsfläche der Energiespeichereinrichtung. Der Aufnahmeraum ist durch eine Ausnehmung des Rahmenkörpers gebildet. Der Rahmenkörper ist mit einem elektrisch isolierenden Werkstoff ausgeführt. Vorzugsweise ist der Rahmenkörper mit einem, insbesondere aushärtbaren, Polymerwerkstoff ausgeführt, besonders bevorzugt mit einem Thermoplast oder Duroplast. Vorzugsweise ist der Rahmenkörper wenigstens abschnittsweise fasergefüllt, insbesondere für erhöhte mechanische Stabilität, besonders bevorzugt mit Glasfasern, Aramidfasern, Steinwolle und/oder Kohlefasern.
  • Unter einer elektrischen Verbindungseinrichtung im Sinne der Erfindung ist eine Einrichtung zu verstehen, welche insbesondere zur Kontaktierung eines dieser Stromableiter ausgestaltet ist, welche insbesondere zur elektrischen Verbindung mit einer weiteren dieser Energiespeichereinrichtungen, insbesondere derselben Batterie, oder mit einem Verbraucher ausgestaltet ist. Vorzugsweise ist die elektrische Verbindungseinrichtung mit einem Metall, besonders bevorzugt mit Aluminium, Kupfer, Eisen, Nickel oder einer Legierung mit einem dieser Metalle, ausgebildet. Vorzugsweise erstreckt sich die elektrische Verbindungseinrichtung, insbesondere durch den Rahmenkörper, von der in den Aufnahmeraum eingesetzten Energiespeichereinrichtung bis in die Umgebung. Vorzugsweise ist die elektrische Verbindungseinrichtung mit einem Metallblech, besonders bevorzugt als Blechpressteil, ausgebildet. Vorzugsweise ist die elektrische Verbindungseinrichtung, insbesondere stoffschlüssig, verbindbar, vorzugsweise einstückig ausgebildet, mit dem Rahmenkörper.
  • Unter einer Messeinrichtung im Sinne der Erfindung ist eine Einrichtung zu verstehen, welche insbesondere zur Erfassung eines Parameters der Energiespeichereinrichtung ausgestaltet ist. Die Messeinrichtung ist vorzugsweise ausgestaltet, wenigstens zeitweise einen Messwert, welcher repräsentativ für diesen erfassten Parameter ist, bereit zu stellen. Vorzugsweise weist die Messeinrichtung wenigstens einen oder mehrere Messfühler bzw. Sensoren auf, welcher jeweils zur Erfassung eines bestimmten Parameters der Energiespeichereinrichtung ausgestaltet ist. Vorzugsweise ist die Messeinrichtung bzw. deren Messfühler mit dem Rahmenkörper, insbesondere stoffschlüssig, verbindbar. Vorzugsweise ist die Messeinrichtung ausgestaltet, eigenständig, insbesondere periodisch, wenigstens einen dieser Parameter zu erfassen und einen zugehörigen Messwert zur Verfügung zu stellen. Vorzugsweise kann die Messeinrichtung den erfassten Parameter bzw. den zugehörigen Messwert als proportionales elektrisches Signal, insbesondere als elektrische Spannung oder elektrischen Strom, zur Verfügung stellen. Vorzugsweise kann die Messeinrichtung den erfassten Parameter bzw. den zugehörigen Messwert der ersten Kommunikationseinrichtung zur Verfügung stellen. Vorzugsweise ist die Messeinrichtung, insbesondere stoffschlüssig, verbindbar, vorzugsweise einstückig ausgebildet, mit dem Rahmenkörper.
  • Unter einem Parameter im Sinne der Erfindung ist ein Parameter insbesondere der Energiespeichereinrichtung zu verstehen, welcher insbesondere
    • • einen Rückschluss auf das Vorliegen eines erwünschten bzw. vorbestimmten Betriebszustands der Energiespeichereinrichtung gestattet, und/oder
    • • einen Rückschluss auf das Vorliegen eines ungeplanten bzw. unerwünschten Betriebszustands der Energiespeichereinrichtung 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 Batteriesteuereinrichtung, verarbeitbar ist, insbesondere mit einem Zielwert vergleichbar ist, insbesondere mit einem anderen erfassten Parameter verknüpfbar ist, und/oder
    • • Aufschluss über die Zellspannung, das ist die elektrische Spannung der Energiespeichereinrichtung, den Zellstrom, d. h. die Stromstärke des elektrischen Stroms in die Energiespeichereinrichtung oder aus der Energiespeichereinrichtung, eine Temperatur der Energiespeichereinrichtung, den Innendruck der Energiespeichereinrichtung, die Integrität der Energiespeichereinrichtung, das Freiwerden einer Substanz aus der Energiespeichereinrichtung, das Vorliegen einer Fremdsubstanz insbesondere aus der Umgebung der Energiespeichereinrichtung und/oder den Ladezustand ermöglicht, und/oder eine Überführung der Energiespeichereinrichtung in einen anderen Betriebszustand nahelegt.
  • Unter einem unerwünschten Betriebszustand der Energiespeichereinrichtung im Sinne der Erfindung fallen: zu große oder zu geringe Temperatur der Energiespeichereinrichtung, zu großer Innendruck der Temperatureinrichtung, zu geringe oder zu große Zellspannung, zu großer Zellstrom, das Vorliegen eines Lecks der Energiespeichereinrichtung, wobei Elektrolyt austreten oder eine Substanz aus der Umgebung in die Energiespeichereinrichtung eindringen können, ein zu geringer oder zu hoher Ladezustand der Energiespeichereinrichtung. Insbesondere ist ein unerwünschter Betriebszustand dadurch charakterisiert, dass ein sicherer Betrieb der Energiespeichereinrichtung, insbesondere ohne Gefährdung der Energiespeichereinrichtung oder der Umgebung, nicht möglich erscheint.
  • Unter einer ersten Kommunikationseinrichtung im Sinne der Erfindung ist eine Einrichtung zu verstehen, welche insbesondere zur Übermittlung eines dieser Parameter, eines dieser Messwerte, von Daten und/oder Signalen, insbesondere an eine übergeordnete Steuereinrichtung, ausgestaltet ist. Vorzugsweise ist die erste Kommunikationseinrichtung ausgestaltet, einen Steuerbefehl von einer übergeordneten Steuereinrichtung entgegenzunehmen. Vorzugsweise ist die erste Kommunikationseinrichtung ausgestaltet, eines dieser elektrischen Signale von der Messeinrichtung entgegenzunehmen. Vorzugsweise ist die erste Kommunikationseinrichtung, insbesondere stoffschlüssig, verbindbar, vorzugsweise einstückig ausgebildet, mit dem Rahmenkörper.
  • Als Funktionseinrichtung im Sinne der Erfindung, welche der ordentlichen Funktion bzw. dem bestimmungsgemäßen Gebrauch einer dieser Energiespeichereinrichtungen dienen, gelten: diese elektrischen Verbindungseinrichtungen, diese Messeinrichtung, deren Messfühler, diese erste Kommunikationseinrichtung, diese später erläuterte Strombegrenzungseinrichtung, diese später erläuterte Zellsteuereinrichtung, diese später erläuterten Anschlusselemente, diese später erläuterte erste Befestigungseinrichtung, diese später erläuterte zweite Befestigungseinrichtung. Einige dieser Funktionseinrichtung sind während des bestimmungsgemäßen Gebrauchs der Energiespeichereinrichtung mit Energie zu versorgen.
  • Nachfolgend werden zu bevorzugende Weiterbildungen der Erfindung beschrieben.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Rahmenkörper mit einer im Wesentlichen quaderförmigen Ausnehmung ausgebildet, insbesondere bei Wesentlichen quaderförmiger Energiespeichereinrichtung. Alternativ ist der Rahmenkörper mit einer im Wesentlichen zylindrischen Ausnehmung ausgebildet, insbesondere bei Wesentlichen zylindrischer Energiespeichereinrichtung. Diese bevorzugten Ausgestaltungen bieten den Vorteil, dass eine im Wesentlichen formschlüssige Aufnahme der Energiespeichereinrichtung möglich ist.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung weist der Rahmen eine, zwei oder mehrere erste Befestigungseinrichtungen auf, welche zur mechanischen Verbindung des Rahmenkörpers, insbesondere mit einem weiteren dieser Rahmen, ausgestaltet ist. Unter einer ersten Befestigungseinrichtung Sinne der Erfindung ist eine Einrichtung zu verstehen, welche insbesondere zum mechanischen Verbinden des Rahmenkörpers, insbesondere mit einem weiteren dieser Rahmen, insbesondere mit einer Rahmenhalteeinrichtung einer übergeordneten Batterie, ausgestaltet ist. Vorzugsweise ist die erste Befestigungseinrichtung als Durchgangsbohrung, Schwalbenschwanzführung, Nut oder Feder, Haken oder Öse, mit einem insbesondere federbelasteten Clip, mit einer Rasteinrichtung oder dergleichen ausgebildet. Vorzugsweise findet die erste Befestigungseinrichtung ein Gegenstück in einem weiteren, insbesondere benachbarten, dieser Rahmen. Vorzugsweise ist die erste Befestigungseinrichtung, insbesondere stoffschlüssig, mit dem Rahmenkörper verbindbar. Vorzugsweise weist die erste Befestigungseinrichtung denselben Werkstoff wie der Rahmenkörper auf.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist die erste Kommunikationseinrichtung zur kapazitiven Signalübertragung ausgestaltet. Dazu weist die erste Kommunikationseinrichtung eine oder mehrere elektrisch aufladbare Kondensatorflächen auf. Vorzugsweise ist die wenigstens eine Kondensatorfläche, insbesondere stoffschlüssig, mit dem Rahmenkörper verbindbar. Vorzugsweise ist die erste Kommunikationseinrichtung, insbesondere mittels dieser Kondensatorfläche, zum Austausch von Daten und/oder Signalen mit einem Informationsbus der übergeordneten Batterie ausgestaltet. Vorzugsweise weist die erste Kommunikationseinrichtung zwei dieser Kondensatorflächen auf und ist zur kapazitiven, differentiellen Signalübertragung mittels dieser beiden Kondensatorflächen ausgestaltet. Diese bevorzugte Weiterbildung bietet den Vorteil, dass eine Signalübertragung mit weniger Übertragungsfehlern einhergehen kann.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist der Rahmenkörper mit einem oder mehreren Rahmenelementen ausgestaltet, welche sich jeweils entlang einer Elementlängsachse erstrecken. Vorzugsweise entspricht wenigstens eine der Abmessungen eines dieser Rahmenelemente im Wesentlichen einer der Abmessungen der Energiespeichereinrichtung. Vorzugsweise sind wenigstens zwei dieser Rahmenelemente miteinander, insbesondere stoffschlüssig, verbindbar, wobei besonders bevorzugt deren Elementlängsachsen zueinander im Winkel von im Wesentlichen 90° stehen. Vorzugsweise weisen eines oder mehrere dieser Rahmenelemente einen im Wesentlichen rechteckigen, dreieckigen, elliptischen oder kreisförmigen Querschnitt auf.
  • Gemäß einer ersten bevorzugten Ausgestaltung weist der Rahmenkörper drei dieser Rahmenelemente auf. Die Elementlängsachsen des ersten und zweiten Rahmenelements sind zueinander im Wesentlichen parallel und gemeinsam im Wesentlichen senkrecht zu Elementlängsachse des dritten Rahmenelement ausgerichtet. Das erste und das zweite Rahmenelemente sind voneinander durch das dritte Rahmenelement beabstandet, so dass zwischen dem ersten und dem zweiten Rahmenelement einer Raum, das ist der Aufnahmeraum, bleibt. So begrenzen diese Rahmenelemente den Aufnahmeraum. Vorzugsweise sind das erste oder dritte Rahmenelement ausgestaltet, die elektrischen Verbindungseinrichtungen zu halten. Vorzugsweise ist wenigstens eines dieser Rahmenelemente ausgestaltet, eine oder mehrere dieser ersten Befestigungseinrichtungen zu halten. Diese bevorzugte Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass das Einsetzen der Energiespeichereinrichtung in den Aufnahmeraum vereinfacht ist.
  • Gemäß einer zweiten bevorzugten Ausgestaltung weist der Rahmenkörper vier dieser Rahmenelemente auf. Die Elementlängsachsen bilden ein, insbesondere rechtwinkliges, Viereck. So begrenzen diese Rahmenelemente den Aufnahmeraum, welcher zwischen den Rahmenelementen angeordnet ist. Vorzugsweise ist eines der Rahmenelemente ausgestaltet, die elektrischen Verbindungseinrichtungen zu halten. Vorzugsweise ist wenigstens eines dieser Rahmenelemente ausgestaltet, eine oder mehrere dieser ersten Befestigungseinrichtungen zu halten. Diese bevorzugte Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass der Schutz der Energiespeichereinrichtung durch den Rahmenkörper verbessert ist.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist die elektrische Verbindungseinrichtung mit dem Rahmenkörper, insbesondere stoffschlüssig, verbindbar. Diese bevorzugte Weiterbildung bietet den Vorteil, dass die mechanische Stabilität des Rahmens verbessert ist. Diese bevorzugte Weiterbildung bietet den Vorteil, dass die Kontaktierung der Energiespeichereinrichtung verbessert ist.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist die elektrische Verbindungseinrichtung ein, insbesondere federbelastetes, Anschlusselement für einen dieser Stromableiter auf. Vorzugsweise ist dieses Anschlusselemente als, insbesondere federnde, Klemme ausgebildet. Diese bevorzugte Weiterbildung bietet den Vorteil, dass die Kontaktierung der Energiespeichereinrichtung verbessert ist.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist die elektrische Verbindungseinrichtung eine Strombegrenzungseinrichtung zur Begrenzung des Austauschs elektrischer Ladung mit der Energiespeichereinrichtung auf. Dazu ist die Strombegrenzungseinrichtung ansteuerbar, insbesondere durch eine übergeordnete Steuereinrichtung, insbesondere durch eine Batteriesteuereinrichtung, insbesondere mittels der ersten Kommunikationseinrichtung. Vorzugsweise ist die Strombegrenzungseinrichtung zur bedarfsabhängigen, insbesondere temperaturabhängigen, Verringerung des Zellstroms ausgestaltet. Diese bevorzugte Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass, eine möglichst gleichmäßige Entladung der Energiespeichereinrichtungen derselben Batterie ermöglicht ist. Vorzugsweise ist die Strombegrenzungseinrichtung als steuerbarer Schalter zur Unterbrechung des Zellstroms ausgestaltet. Diese bevorzugte Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die mit der elektrischen Verbindungseinrichtung verbundene Energiespeichereinrichtung, insbesondere bei einem unerwünschten Betriebszustand, mittels der Strombegrenzungseinrichtung isoliert werden kann.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist die Messeinrichtung mit einem Spannungsfühler zur Erfassung der Spannung, insbesondere der Klemmenspannung, der Energiespeichereinrichtung. Vorzugsweise ist der Spannungsfühler bzw. die Messeinrichtung mit den Stromableitern der Energiespeichereinrichtung elektrisch verbindbar. Vorzugsweise ist der Spannungsfühler bzw. die Messeinrichtung mit der elektrischen Verbindungseinrichtung, besonders bevorzugt mit deren Anschlusselement, elektrisch verbindbar. Diese bevorzugte Weiterbildung bietet den Vorteil einer verbesserten Steuerung der Energiespeichereinrichtung. Diese bevorzugte Weiterbildung bietet den Vorteil eines sicheren Betriebs der Energiespeichereinrichtung.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist die Messeinrichtung mit einem Temperaturfühler zur Erfassung einer Temperatur der Energiespeichereinrichtung ausgestaltet. Vorzugsweise ist der Temperaturfühler bzw. die Messeinrichtung mit einer Mantelfläche und/oder mit einem der Stromableiter der Energiespeichereinrichtung wärmeleitend verbindbar. Vorzugsweise ist der Temperaturfühler mit einem der Rahmenelemente, insbesondere stoffschlüssig, derart verbindbar, dass der Temperaturfühler mit einer Mantelfläche und/oder mit einem der Stromableiter bei in den Aufnahmeraum eingelegter Energiespeichereinrichtung in wärmeleitende Berührungen gelangt. Diese bevorzugte Weiterbildung bietet den Vorteil einer verbesserten Steuerung der Energiespeichereinrichtung. Diese bevorzugte Weiterbildung bietet den Vorteil eines sicheren Betriebs der Energiespeichereinrichtung.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung weist der Rahmen eine Kennung auf, wobei die Kennung der Identifikation bzw. Adressierung des Rahmens bzw. der dem Rahmen zugehörigen Energiespeichereinrichtung dient. Vorzugsweise ist die Kennung, insbesondere gemeinsam mit einem dieser Parameter, insbesondere gemeinsam mit einem dieser Messwerte, mittels der ersten Kommunikationseinrichtung übertragbar. Vorzugsweise ist die Kennung in der ersten Kommunikationseinrichtung, der Messeinrichtung oder der später erläuterten Zellsteuereinrichtung hinterlegt. Vorzugsweise ist die erste Kommunikationseinrichtung ausgestaltet, empfangene Signale nur dann Messeinrichtung bzw. der später erläuterten Zellsteuereinrichtung zur Verfügung zu stellen, wenn gemeinsam mit diesen empfangenen Signalen auch diese Kennung empfangen wurde, insbesondere wenn die erste Kommunkationseinrichtung mit einem später erläuterten Informationsbus signalverbunden ist. Diese bevorzugte Weiterbildung bietet den Vorteil einer verbesserten Steuerung der Energiespeichereinrichtung. Diese bevorzugte Weiterbildung bietet den Vorteil eines sicheren Betriebs der Energiespeichereinrichtung. Diese bevorzugte Weiterbildung ermöglicht die Ausrüstung der übergeordneten Batterie mit dem später erläuterten Informationsbus.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung weist der Rahmen eine zweite Befestigungseinrichtung auf, welche ausgestaltet ist, die Energiespeichereinrichtung im Aufnahmeraum lösbar zu befestigen, welche mit dem Rahmenkörper verbindbar ist. Vorzugsweise werden gemeinsam mit der zweiten Befestigungseinrichtung eine oder zwei dieser elektrischen Verbindungseinrichtungen bzw. eines oder zwei dieser Anschlusselemente geöffnet oder geschlossen. Diese bevorzugte Weiterbildung bietet den Vorteil, dass die Befestigung der Energiespeichereinrichtung im Aufnahmeraum verbessert ist. Diese bevorzugte Weiterbildung bietet den Vorteil, dass der Austausch der Energiespeichereinrichtung vereinfacht ist.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Rahmens sind mit dem Rahmenkörper, insbesondere kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig, verbunden: eine oder mehrere dieser ersten Befestigungseinrichtungen, zwei dieser elektrischen Verbindungseinrichtungen, diese Messeinrichtung, die erste Kommunikationseinrichtung, insbesondere einer dieser Spannungsfühler, insbesondere einer dieser Temperaturfühler, insbesondere eine oder zwei dieser Kondensatorflächen, insbesondere die später dargelegte Zellsteuereinrichtung. Diese bevorzuge Ausführungsform bietet den Vorteil, dass die genannten Einrichtungen und Fühler mechanisch stabiler mit dem Rahmenkörper verbunden werden können.
  • Eine Batteriezelle weist bevorzugt einen dieser zuvor beschriebenen Rahmen und eine dieser Energiespeichereinrichtungen auf. Die Energiespeichereinrichtung ist während der Versorgung eines Verbrauchers in dem Aufnahmeraum aufgenommen und die Stromableiter unterschiedlicher Polarität sind mit verschiedenen dieser elektrischen Verbindungseinrichtungen, insbesondere elektrisch und mechanisch, verbunden. Zwei dieser elektrischen Verbindungseinrichtungen erstrecken sich wenigstens teilweise aus dem Rahmenkörper in die Umgebung des Rahmens, insbesondere zur elektrischen Verbindung mit dem Verbraucher oder zu elektrischen Verschaltung mit wenigstens einer weiteren dieser Batteriezellen. Vorzugsweise ist die Energiespeichereinrichtung mittels der zweiten Befestigungseinrichtung im Rahmen bzw. im Aufnahmeraum gehalten. Diese bevorzugte Ausgestaltung einer Batteriezelle bietet den Vorteil, dass der Wechsel der, insbesondere gealterten, Energiespeichereinrichtung, vereinfacht ist. Diese bevorzugte Ausgestaltung einer Batteriezelle bietet den Vorteil, dass, bei Ausbildung des Rahmens mit einigen der vorgenannten Funktionseinrichtungen, die Energiespeichereinrichtung selbst technisch einfacher ausgebildet und kostengünstiger hergestellt werden kann.
  • Vorzugsweise weist die Batteriezelle eine Zellsteuereinrichtung auf, welche insbesondere dazu dient, Funktionen der Messeinrichtung, der ersten Kommunikationseinrichtung und/oder der Energiespeichereinrichtung zu steuern. Vorzugsweise sind die Zellsteuereinrichtung und die Messeinrichtung einstückig ausgebildet. Besonders bevorzugt ist die Zellsteuereinrichtung, insbesondere stoffschlüssig, mit dem Rahmenkörper verbindbar. Diese bevorzugte Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass eine übergeordnete Steuereinrichtung, insbesondere Batteriesteuereinrichtung, entlastet werden kann.
  • Vorzugsweise sind wenigstens zeitweise einige der vorgenannten Funktionseinrichtungen, insbesondere die Messeinrichtung, deren Messfühler, die erste Kommunikationseinrichtung, die erste Kommunikationseinrichtung, die Zellsteuereinrichtung, die Strombegrenzungseinrichtung, aus der Energiespeichereinrichtung mit Energie versorgbar. Diese bevorzugte Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die auf eine separate Energieversorgung der Energiespeichereinrichtung verzichtet werden kann.
  • Vorzugsweise weist die Energiespeichereinrichtung eine Ladekapazität von mindestens 3 Amperestunden [Ah] auf, 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. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil einer verbesserten Betriebsdauer des von der Energiespeichereinrichtung versorgten Verbrauchers.
  • Vorzugsweise kann der Energiespeichereinrichtung zumindest zeitweise, vorzugsweise während zumindest einer Stunde, ein Strom von mindestens 50 A entnommen werden, weiter bevorzugt von mindestens 100 A, weiter bevorzugt von mindestens 200 A, weiter bevorzugt von mindestens 500 A, weiter bevorzugt von höchstens 1000 A. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil einer verbesserten Leistungsfähigkeit des von der Energiespeichereinrichtung versorgten Verbrauchers.
  • Vorzugsweise kann die Energiespeichereinrichtung zumindest zeitweise eine Spannung, insbesondere eine Klemmenspannung von mindestens 1,2 V bereitstellen, 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. Besonders bevorzugt weist die Energiespeichereinrichtung Lithium und/oder Lithiumionen auf. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil einer verbesserten Energiedichte der Energiespeichereinrichtung.
  • Vorzugsweise kann die Energiespeichereinrichtung zumindest zeitweise, insbesondere während zumindest einer Stunde bei einer Umgebungstemperatur zwischen –40°C und 100°C betrieben werden, weiter bevorzugt zwischen –20°C und 80°C, weiter bevorzugt zwischen –10°C und 60°C, weiter bevorzugt zwischen 0°C und 40°C. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil einer möglichst uneingeschränkten Aufstellung bzw. Verwendung der Energiespeichereinrichtung zur Versorgung eines Verbrauchers, insbesondere eines Kraftfahrzeugs oder einer stationären Anlage bzw. Maschine.
  • Vorzugsweise weist die Energiespeichereinrichtung 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 Energiespeichereinrichtung.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Energiespeichereinrichtung zum Einbau in ein Fahrzeug mit zumindest einem Elektromotor vorgesehen. Vorzugsweise ist die Energiespeichereinrichtung zur Versorgung dieses Elektromotors vorgesehen. Besonders bevorzugt ist die Energiespeichereinrichtung 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 Energiespeichereinrichtung zum Einsatz in einer stationären Batterie vorgesehen, insbesondere in einem Pufferspeicher, als Gerätebatterie, Industriebatterie oder Starterbatterie. Vorzugsweise beträgt die Ladekapazität der Energiespeichereinrichtung für diese Anwendungen mindestens 3 Ah, besonders bevorzugt mindestens 10 Ah. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil einer verbesserten Versorgung eines stationären Verbrauchers, insbesondere eines stationär montierten Elektromotors.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist die Energiespeichereinrichtung mit einem Elektrodenwickel ausgebildet. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil einfacherer Herstellbarkeit insbesondere dadurch, dass bandförmige Elektroden verarbeitet werden können. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die Nennladekapazität, beispielsweise in Amperestunden [Ah] oder Wattstunden [Wh], seltener in Coulomb [C] angegeben, auf einfache Weise durch weitere Wicklungen erhöht werden kann. Vorzugsweise ist die Energiespeichereinrichtung mit einem Elektrodenflachwickel ausgebildet. Diese Weiterbildung bietet den Vorteil, dass dieser raumsparend neben einem weiteren Elektrodenflachwickel insbesondere innerhalb einer Batterie angeordnet werden kann.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist die Energiespeichereinrichtung mit einem im Wesentlichen quaderförmigen Elektrodenstapel ausgebildet. Der Elektrodenstapel weist eine vorbestimmte Abfolge von Stapelblättern auf, wobei je zwei Elektrodenblätter unterschiedlicher Polarität von einem Separatorblatt getrennt sind. Diese Ausgestaltung der Energiespeichereinrichtung bietet den Vorteil, dass die Nennladekapazität, 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 Energiespeichereinrichtung mit einem einzelnen, insbesondere mäanderförmigen Separator ist in der WO 2011/020545 beschrieben. Diese Weiterbildung bietet den Vorteil, dass einem parasitären Strom, ausgehend von dieser begrenzenden Kante zu einem Elektrodenblatt anderer Polarität, begegnet ist.
  • 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.
  • Bei einer bevorzugten Ausgestaltung des Stromableiters ist der erste Bereich als Metallplatte oder als Platte mit einer elektrisch leitfähigen, insbesondere metallischen, Beschichtung ausgebildet. Vorzugsweise ist der Stromableiter als Blechpressteil ausgebildet. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass eine im Wesentlichen ebene Fläche zur einfachen elektrischen Verbindung mit einer Anschlusseinrichtung vorliegt. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass der Stromableiter zur Verbindung mit der elektrischen Verbindungseinrichtung mechanisch stabiler ausgebildet ist. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil geringer Herstellkosten. Diese Ausgestaltung bietet den weiteren Vorteil, dass das der Stromableiter mechanisch ausreichend stabil zur Verbindung mit einer der elektrischen Verbindungseinrichtungen, beispielsweise Stromschiene, Stromband oder Stromkabel, ausgebildet ist.
  • Eine bevorzugte Batterie, insbesondere zur Versorgung eines Verbrauchers, weist wenigstens auf:
    • • zwei der vorgenannten Batteriezellen,
    • • eine Batteriesteuereinrichtung, ausgestaltet, den Betrieb, insbesondere ein Ladevorgang und/oder einen Entladevorgang, wenigstens einer der Energiespeichereinrichtung zu steuern,
    • • eine zweite Kommunikationseinrichtung, ausgestaltet zur Kommunikation mit der ersten Kommunikationseinrichtung,
    • • eine Rahmenhalteeinrichtung, ausgestaltet zum Halten eines oder mehrerer dieser Rahmen bzw. Rahmenkörper,
    • • eine Verschaltungseinrichtung, ausgestaltet zur elektrischen Verbindung mit wenigstens einer dieser elektrischen Verbindungseinrichtungen, insbesondere ausgestaltet zum verschalteten der Batteriezellen, insbesondere in Reihe und/oder parallel,
    • • zwei Batterieanschlüsse, ausgestaltet zur elektrischen Verbindung mit dem Verbraucher und/oder mit der Verschaltungseinrichtung.
  • Vorzugsweise weist die Batterie einen Informationsbus auf, welcher insbesondere dem Austausch von Signalen mit einem oder mehreren dieser ersten Kommunikationseinrichtungen dient, insbesondere zur Übertragung wenigstens eines dieser Parameter, Messwerte und/oder Daten. Vorzugsweise weist der Informationsbus wenigstens eine Einrichtung zur Wechselwirkung mit einer oder mehreren dieser Kondensatorflächen auf. Vorzugsweise ist der Informationsbus mit der zweiten Kommunikationseinrichtung signalverbunden. Diese bevorzugte Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass der Aufbau der Batterie vereinfacht ist.
  • Diese bevorzugte Ausgestaltung einer Batterie bietet den Vorteil, dass der Wechsel einer, insbesondere gealterten, Energiespeichereinrichtung vereinfacht ist. Diese bevorzugte Ausgestaltung einer Batterie bietet den Vorteil, dass, bei Ausbildung des Rahmens mit einigen der vorgenannten Funktionseinrichtungen, die Energiespeichereinrichtungen selbst technisch einfacher ausgebildet und kostengünstiger hergestellt werden können. Diese bevorzugte Ausgestaltung einer Batterie bietet den Vorteil, dass deren fortgesetzter Betrieb wirtschaftlicher sein kann.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung sind die elektrischen Verbindungseinrichtungen mittels der Verschaltungseinrichtung in Reihe geschaltet. Diese bevorzugte Weiterbildung bietet den Vorteil, dass die eine größere Spannung zur Verfügung gestellt werden kann.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Verschaltungseinrichtung mit den Batterieanschlüssen elektrisch verbunden, sodass insbesondere die Summenspannung der Energiespeichereinrichtungen an den Batterieanschlüssen abgreifbar ist.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist der Batteriesteuereinrichtung eine Datenspeichereinrichtung zugeordnet. Diese Datenspeichereinrichtung dient zum Abspeichern von Parametern, Messwerten, Daten, Solldaten, Verknüpfungsergebnissen insbesondere aus dem Vergleich von Messdaten mit Solldaten, Betriebsvorschriften etc.
  • Ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung eines dieser Rahmen weist die Schritte auf:
    S1 Bereitstellen einer oder zwei dieser elektrischen Verbindungseinrichtungen in einem Formgebungswerkzeug,
    S2 Bereitstellen wenigstens einer dieser ersten Befestigungseinrichtungen, Messeinrichtungen, ersten Kommunikationseinrichtungen und/oder zweiten Verbindungseinrichtungen, vorzugsweise einer dieser Zellsteuereinrichtungen, vorzugsweise einer dieser zweiten Befestigungseinrichtungen in dem Formgebungswerkzeug, insbesondere vor Schritt S3,
    S3 Zuführen eines, insbesondere aushärtbaren Polymerwerkstoffs in das Formgebungswerkzeug, insbesondere Umspritzen wenigstens einer dieser elektrischen Verbindungseinrichtung, einer dieser ersten Befestigungseinrichtungen, einer dieser Messeinrichtungen, einer dieser ersten Kommunikationseinrichtungen und/oder einer dieser zweiten Befestigungseinrichtungen, worauf insbesondere die Rahmenkörper gebildet ist, insbesondere nach den Schritten S1 und S2.
  • Vorzugsweise während Schritt S4, insbesondere nach Schritt S3, wird der aushärtbare Polymerwerkstoff zur Aushärtung veranlasst, insbesondere unter Zufuhr von Wärmeenergie, worauf insbesondere der Rahmenkörper gebildet ist.
  • Vorzugsweise ist der Polymerwerkstoff als Thermoplast oder Duroplast ausgebildet. Vorzugsweise ist der Polymerwerkstoff fasergefüllt, besonders bevorzugt mit Glasfasern, Aramidfasern, Steinwolle und/oder Kohlefasern. Dieser bevorzugte Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die mechanische Stabilität des Rahmens bzw. Rahmenkörpers verbessert ist.
  • Mit der vorgenannten Abfolge von Schritten kann eine, insbesondere stoffschlüssige, Verbindung des Rahmenkörpers mit einigen dieser Funktionseinrichtungen erreicht werden. Dieses bevorzugte Verfahren bietet den Vorteil, dass die Beständigkeit bzw. die mechanische Stabilität des Rahmens verbessert ist.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Zusammenhang mit den Figuren. Es zeigt:
  • 1 schematisch eine bevorzugte Weiterbildung des Rahmens sowie eine Energiespeichereinrichtung,
  • 2 schematisch einige Einrichtungen des Rahmens gemäß einer bevorzugten Weiterbildung, ohne den Rahmenkörper.
  • 1 zeigt schematisch eine bevorzugte Weiterbildung des Rahmens 1 sowie eine Energiespeichereinrichtung 2, welche in den Aufnahmeraum 4 des Rahmens 1 bzw. des Rahmenkörpers 5 eingelegt ist.
  • Der Rahmenkörper 5 ist durchsichtig dargestellt, damit die Messeinrichtung 9, elektrischen Verbindungseinrichtungen 6, die Messfühler 12, 13 und die erste Kommunikationseinrichtung 18 sowie deren Anordnung bezüglich der Energiespeichereinrichtung 2 leicht erkennbar sind.
  • Der Rahmenkörper 5 weist vier Rahmenelemente 10, 10a auf und ist mit einem Polymerwerkstoff ausgebildet. Der Umriss des Rahmenkörpers 5 entspricht im Wesentlichen einem Rechteck. Die Dicke des Rahmenkörpers 5 entspricht im Wesentlichen der Dicke der Energiespeichereinrichtung 2.
  • Der Rahmenkörper 5 weist mehrere erste Befestigungseinrichtungen 6, 6a, exemplarisch ausgebildet als Haken 6 zum Einhängen beispielsweise in eine Nut, exemplarisch ausgebildet als Durchgangsloch 6a, durch welche eine Spanneinrichtung geführt werden kann. Mittels dieser ersten Befestigungseinrichtungen 6, 6a kann der Rahmenkörper 5 von einer nicht dargestellten Rahmenhalteeinrichtung gehalten werden.
  • Der Rahmenkörper 5 weist zwei dieser elektrischen Verbindungseinrichtungen 7, 7a unterschiedlicher Polarität auf, welche sich abschnittsweise aus dem Rahmenkörper 5 in die Umgebung erstrecken. Die elektrischen Verbindungseinrichtungen 7, 7a weisen je eines dieser Anschlusselemente 11, 11a auf. Die Anschlusselemente 11, 11a sind als federbelastete Anschlussklemmen ausgebildet, in welcher die Stromableiter 3, 3a gesteckt werden können.
  • Die Energiespeichereinrichtung 2 weist zwei dieser Stromableiter 3, 3a auf, welche in die Anschlusselemente 11, 11a eingeführt und mit diesen Anschlusselementen 11, 11a sowohl mechanisch als auch elektrisch verbunden sind. So kann an den Abschnitten der Verbindungseinrichtungen 7, 7a, welche sich in die Umgebung des Rahmens 1 erstrecken, die elektrische Spannung der Energiespeichereinrichtung 2 anliegen.
  • Innerhalb des Rahmenkörpers 5 sind die Messeinrichtung 9 sowie deren Spannungsfühler 12 und deren Temperaturfühler 13 mit ihren Zuleitungen angeordnet. Die Spannungsfühler 12 und der Temperaturfühler 13 sind so angeordnet, dass die Spannung der in den Aufnahmeraum 4 eingesetzten Energiespeichereinrichtung 2 sowie deren Oberflächentemperatur gemessen werden können. Die Messeinrichtung 9 ist ausgestaltet, Messwerte der ersten Kommunikationseinrichtung 18 zur Verfügung zu stellen.
  • Die erste Kommunikationseinrichtung 18 ist ausgestaltet, mit einer übergeordneten Steuerung, insbesondere mittels eines nicht dargestellten Informationsbus, zeitweise Signale auszutauschen. Die erste Kommunikationseinrichtung 18 ist mit einer aufladbaren Kondensatorfläche 24 ausgebildet, welche im Wesentlichen in einer Oberfläche der Rahmenkörpers 5 angeordnet ist.
  • Der Rahmenkörper 5 hält stoffschlüssig mit einem seiner Rahmenelemente: die Messeinrichtung 9, die erste Kommunikationseinrichtung 18, mehrere erste Befestigungseinrichtungen 6, 6a, zwei elektrischen Verbindungseinrichtungen 7, 7a, den Spannungsfühler 12, den Temperaturfühler 13. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass diese Einrichtungen bzw. Fühler im Wesentlichen unverrückbar bezüglich des Rahmens 1 gehalten sind. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die genannten Einrichtungen bzw. Fühler durch den Rahmenkörper 5 geschützt sind. Die in den Aufnahmeraum 4 einzusetzende Energiespeichereinrichtung 2 kann vorteilhaft ohne die genannten Einrichtungen bzw. Fühler ausgebildet sein.
  • Es ist nicht dargestellt, dass die zweite Befestigungseinrichtung mit einem der Rahmenelemente verbunden ist und der sichereren Befestigung der Energiespeichereinrichtung 2 im Aufnahmeraum 4 bzw. innerhalb des Rahmenkörpers dient.
  • 2 zeigt schematisch einige Einrichtungen des Rahmens 1 gemäß einer bevorzugten Weiterbildung, ohne den Rahmenkörper. Nachfolgend sind Unterschiede gegenüber der bevorzugten Weiterbildung gemäß 1 dargelegt.
  • Bei dieser bevorzugten Weiterbildung ist die Messeinrichtung 9 einstückig mit der Zellsteuereinrichtung 25 ausgebildet. Die elektrische Verbindungseinrichtung 7a weist eine steuerbare Strombegrenzungseinrichtung 26, hier ausgebildet als Schalter, auf. Dieser Schalter 26 ist ausgebildet und angeordnet, das Anschlusselement 11a bzw. den eingesetzten Stromableiter (nicht dargestellt) gegenüber der Verschaltungseinrichtung (nicht dargestellt) der übergeordneten Batterie (nicht dargestellt) elektrisch zu isolieren, insbesondere auf Veranlassung durch die Zellsteuereinrichtung 25.
  • Bei dieser bevorzugten Weiterbildung ist die erste Kommunikationseinrichtung 18 mit zwei aufladbaren Kondensatorflächen 24, 24a ausgebildet. Mit dieser Ausbildung kann die Signalübertragung verbessert werden, wobei weniger Übertragungsfehler auftreten sollen.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Rahmen
    2, 2a
    Energiespeichereinrichtung
    3, 3a
    Stromableiter
    4
    Aufnahmeraum
    5
    Rahmenkörper
    6, 6a
    erste Befestigungseinrichtung
    7, 7a
    elektrische Verbindungseinrichtung
    8
    Verbraucher
    9
    Messeinrichtung
    10, 10a
    Rahmenelement
    11, 11a
    Anschlusselement
    12
    Spannungsfühler
    13
    Temperaturfühler
    14
    zweite Befestigungseinrichtung
    15, 15a
    Batteriezelle
    16
    Batterie
    17
    Batteriesteuereinrichtung
    18
    erste Kommunikationseinrichtung
    19
    zweite Kommunikationseinrichtung
    20
    Rahmenhalteeinrichtung
    21
    Verschaltungseinrichtung
    22, 22a
    Batterieanschluss
    23
    Informationsbus
    24
    Kondensatorfläche
    25
    Zellsteuereinrichtung
    26
    Strombegrenzungseinrichtung
    V
    elektrische Spannung
    T
    Temperatur
  • 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 [0045]

Claims (9)

  1. Rahmen (1) für eine elektrochemische Energiespeichereinrichtung (2), welche zwei Stromableiter (3, 3a) unterschiedlicher Polarität aufweist, wobei die Stromableiter (3, 3a) zum Austausch elektrischer Ladung mit der Energiespeichereinrichtung (2) ausgestaltet sind, und wobei der Rahmen (1) wenigstens aufweist: – einen Aufnahmeraum (4), ausgestaltet zur wenigstens teilweisen Aufnahme der Energiespeichereinrichtung (2), – einen Rahmenkörper (5), ausgestaltet zur Begrenzung des Aufnahmeraums (4) gegenüber der Umgebung, – eine elektrische Verbindungseinrichtung (7, 7a), ausgestaltet zur Kontaktierung eines dieser Stromableiter (3, 3a), ausgestaltet zur elektrischen Verbindung mit einer weiteren dieser Energiespeichereinrichtungen (2a) oder mit einem Verbraucher (8), – eine Messeinrichtung (9), ausgestaltet zur Erfassung wenigstens eines Parameters der Energiespeichereinrichtung (2), wobei wenigstens einer dieser Parameter einen Rückschluss auf einen, insbesondere unerwünschten, Betriebszustand der Energiespeichereinrichtung (2) ermöglicht, – eine, insbesondere kapazitive, erste Kommunikationseinrichtung (18), ausgestaltet zur Übermittlung von wenigstens einem dieser Parameter und/oder von weiteren Daten und/oder Signalen, insbesondere an eine übergeordnete Steuereinrichtung, – vorzugsweise eine erste Befestigungseinrichtung (6, 6a), ausgestaltet zur mechanischen Verbindung des Rahmenkörpers (5), insbesondere mit einem weiteren dieser Rahmen (1), wobei vorzugsweise wenigstens eine dieser elektrischen Verbindungseinrichtungen (7, 7a), diese Messeinrichtung (9) und/oder dieser ersten Kommunikationseinrichtung (18) mit dem Rahmenkörper (5), insbesondere stoffschlüssig, verbindbar sind, insbesondere einstückig ausgebildet sind.
  2. Rahmen (1) gemäß Anspruch 1, wobei der Rahmenkörper (5) mit einem oder mehreren Rahmenelementen (10, 10a) ausgestaltet ist, welche sich je entlang einer Elementlängsachse erstrecken, wobei insbesondere wenigstens zwei dieser Rahmenelemente (10, 10a) miteinander verbindbar sind.
  3. Rahmen (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die elektrische Verbindungseinrichtung (7, 7a) – mit dem Rahmenkörper (5), insbesondere stoffschlüssig, verbindbar ist, – ein, insbesondere federbelastetes, Anschlusselement (11, 11a) für einen dieser Stromableiter (3, 3a) aufweist, – vorzugsweise eine Strombegrenzungseinrichtung (26) zur Begrenzung des Austauschs elektrischer Ladung mit der Energiespeichereinrichtung (2) aufweist.
  4. Rahmen (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Messeinrichtung (9) mit einem Spannungsfühler (12) zur Erfassung der Spannung, insbesondere der Klemmenspannung, der Energiespeichereinrichtung (2) und/oder mit einem Temperaturfühler (13) zur Erfassung einer Temperatur der Energiespeichereinrichtung (2) ausgestaltet ist.
  5. Rahmen (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, welcher eine Kennung aufweist, wobei die Kennung der Identifikation bzw. Adressierung des Rahmens (1) bzw. der Energiespeichereinrichtung (2) dient, wobei insbesondere die Kennung, insbesondere gemeinsam mit einem dieser Parameter, mittels der ersten Kommunikationseinrichtung (18) übertragbar ist.
  6. Rahmen (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer zweiten Befestigungseinrichtung (14), welche ausgestaltet ist, die Energiespeichereinrichtung (2) im Aufnahmeraum (4) zu befestigen, welche mit dem Rahmenkörper (5) verbindbar ist.
  7. Batteriezelle (15, 15a) mit einem dieser Rahmen (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche und einer dieser Energiespeichereinrichtungen (2, 2a), wobei die Energiespeichereinrichtung (2) in dem Aufnahmeraum (4) aufgenommen und die Stromableiter (3, 3a) unterschiedlicher Polarität mit verschiedenen dieser elektrischen Verbindungseinrichtungen (7, 7a) verbunden sind.
  8. Batterie (16), insbesondere zur Versorgung eines Verbrauchers (8), mit wenigstens zwei der Batteriezellen (15, 15a) gemäß Anspruch 7, mit – einer Batteriesteuereinrichtung (17), welche ausgestaltet ist, den Betrieb, insbesondere einen Ladevorgang und/oder einen Entladevorgang, wenigstens einer der Energiespeichereinrichtungen (2, 2a) zu steuern, – einer zweiten Kommunikationseinrichtung (19), welche zur Kommunikation mit der ersten Kommunikationseinrichtung (18) ausgestaltet ist, – einer Rahmenhalteeinrichtung (20), welche zum Halten wenigstens eines dieser Rahmenkörper (5, 5a) ausgestaltet ist, – einer Verschaltungseinrichtung (21), welche zur elektrischen Verbindung mit wenigstens einer dieser elektrischen Verbindungseinrichtungen (7, 7a) ausgestaltet ist, welche insbesondere zum Verschalten der Batteriezellen (15, 15a), insbesondere in Reihe und/oder parallel, ausgestaltet ist, – zwei Batterieanschlüssen, welche zur elektrischen Verbindung mit dem Verbraucher (8) und/oder mit der Verschaltungseinrichtung (21) ausgestaltet sind, – vorzugsweise einem Informationsbus (23), welcher insbesondere mit dieser ersten Kommunikationseinrichtung (18) signalverbindbar ist, welcher insbesondere signalverbindbar mit dieser zweiten Kommunikationseinrichtung (19) signalverbindbar ist.
  9. Verfahren zur Herstellung des Rahmens (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, mit den Schritten S1 Bereitstellen einer oder zwei dieser elektrischen Verbindungseinrichtungen (7, 7a) in einem Formgebungswerkzeug, S2 Bereitstellen wenigstens einer dieser ersten Befestigungseinrichtungen (6, 6a), Messeinrichtungen (9), ersten Kommunikationseinrichtungen (18) und/oder zweiten Verbindungseinrichtungen (19) in dem Formgebungswerkzeug, S3 Zuführen eines, insbesondere aushärtbaren, Polymerwerkstoffs in das Formgebungswerkzeug, insbesondere Umspritzen einer dieser elektrischen Verbindungseinrichtungen (7, 7a), ersten Befestigungseinrichtungen (6, 6a), einer dieser Messeinrichtungen (9), einer dieser ersten Kommunikationseinrichtungen (18) und/oder einer dieser zweiten Befestigungseinrichtungen (14).
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