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Die Erfindung betrifft eine Batterie, welche eine Anzahl elektrisch seriell und/oder parallel verschalteter Einzelzellen, eine Temperiervorrichtung und eine Anzahl von Wärmeleitelementen umfasst, wobei ein Wärmeleitelement zumindest eine Einzelzelle mit der Temperiervorrichtung thermisch koppelt.
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Aus der
DE 10 2008 034 862 B4 ist eine Batterie mit einem Zellverbund mehrerer Batteriezellen, einer Kühlplatte zur Kühlung der Batteriezellen und zwischen diesen angeordneten Wärmeleitelementen bekannt. Dabei sind die Wärmeleitelemente stoffschlüssig und/oder formschlüssig und/oder kraftschlüssig mit der Kühlplatte verbunden. Zudem umfasst die Batterie elastische Wärmekontaktelemente, die jeweils eine Batteriezelle und ein Wärmeleitelement thermisch miteinander verbinden und stoffschlüssig und/oder formschlüssig und/oder kraftschlüssig an den Wärmeleitelementen oder den Batteriezellen angebracht sind.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Batterie anzugeben.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Eine Batterie umfasst eine Anzahl elektrisch seriell und/oder parallel verschalteter Einzelzellen, einer Temperiervorrichtung und eine Anzahl von Wärmeleitelementen, wobei ein Wärmeleitelement zumindest eine Einzelzelle mit der Temperiervorrichtung thermisch koppelt. Erfindungsgemäß ist das Wärmeleitelement aus zwei, einen Hohlraum einschließenden Hälften gebildet, wobei zumindest eine der Hälften ein vollflächiges Federelement bildet, dessen von der jeweils anderen Hälfte beabstandete Fläche zumindest einer Fläche einer Flachseite einer Elektrodenfolienanordnung entspricht, wobei eine von dem Federelement erzeugte Federkraft im Wesentlichen senkrecht zu der Flachseite der Elektrodenfolienanordnung wirkt.
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Mittels des den zumindest einen Hohlraum aufweisenden Wärmeleitelementes ist auf die Einzelzelle im Bereich des zumindest einen Hohlraumes ein verhältnismäßig konstanter Druck ausübbar, wodurch eine thermische Ankopplung der Einzelzelle an das Wärmeleitelement verbessert ist. Insbesondere ist ein derart ausgebildetes Wärmeleitelement zur Anordnung in einem Zellblock einer Batterie mit vergleichsweise instabilen Einzelzellen, sogenannten Pouch- oder Coffeebagzellen, einsetzbar, wobei mittels des Wärmeleitelementes im Bereich des zumindest einen Hohlraumes ein flächiger Druck auf die Einzelzelle ausübbar ist.
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In einer Ausbildung der Batterie ist in dem zumindest einen Hohlraum wenigstens ein weiteres Federelement angeordnet. Mittels dieses weiteren Federelementes, welches vorzugsweise flächig ausgebildet ist, ist zusätzlich ein flächiger Druck auf die Einzelzelle ausübbar, so dass die Einzelzelle mittels des Wärmeleitelementes fixiert ist, wobei die thermische Ankopplung erhöht ist. Eine beim Laden und Entladen der Einzelzelle entstehende Verlustwärme kann durch die flächige Ankopplung des Wärmeleitelementes an die Einzelzelle effizient abgeführt werden. Zudem sind mittels des elastisch verformbaren Wärmeleitelementes, insbesondere mittels des flächig ausgebildeten weiteren Federelementes, temperaturabhängige Formveränderungen der Einzelzelle innerhalb eines aus einer Anzahl von Einzelzellen gebildeten Zellblockes ausgleichbar, ohne dass sich die Abmessungen des Zellblockes ändern. Dabei ist das zumindest eine flächig ausgebildete Federelement derart ausgebildet, dass eine vorgegebene Dicke und eine vorgegebene Elastizität des Wärmeleitelementes vorzugsweise weder überschritten noch unterschritten ist.
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In einer möglichen Ausführungsform ist das flächig ausgebildete Federelement zumindest eine Wellfeder und/oder eine Schaummatte, mittels dessen bzw. mittels derer die thermische Ankopplung des Wärmeleitelementes an die Einzelzelle erfolgt. Dabei ist der Einsatz zumindest einer Wellfeder und/oder einer Schaummatte als weiteres Federelement vergleichsweise kostengünstig, wobei die Wellfeder und/oder die Schaummatte durch die Anordnung in dem Hohlraum vor mechanischen Beanspruchungen geschützt angeordnet sind bzw. ist.
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In einer weiteren möglichen Ausführungsform ist der zumindest eine Hohlraum fluiddicht ausgebildet, wodurch das Wärmeleitelement bei konstanter Temperatur im Wesentlichen den gleichen Innendruck zur thermischen Ankopplung an die Einzelzelle aufweist.
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In einer Weiterbildung des Wärmeleitelementes ist der zumindest eine Hohlraum mit Fluid befüllt, wobei mittels eines in den Hohlraum eingefüllten Fluids eine Elastizität und eine Dicke des Wärmeleitelementes zumindest hinreichend genau einstellbar ist.
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Bevorzugt weist der zumindest eine Hohlraum eine verschließbare Öffnung auf, so dass es möglich ist, das jeweilige Wärmeleitelement nach Anordnung dieser und der Einzelzellen mit dem Fluid zu befüllen, um die Elastizität und die Dicke der Wärmeleitelemente einzustellen.
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Zur Realisierung einer effizienten oder sogar optimalen thermischen Ankopplung der Wärmeleitelemente an die Einzelzellen weist der zumindest eine Hohlraum Abmessungen auf, die im Wesentlichen den Abmessungen einer Elektrodenfolienanordnung der Einzelzelle entsprechen. Durch die flächige thermische Ankopplung des Wärmeleitelementes an die Einzelzelle ist zumindest die im Inneren der Einzelzelle entstehende Verlustwärme effizient über das Wärmeleitelement an die Temperiervorrichtung der Batterie abführbar.
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Um in vorteilhafter Weise das Risiko eines Berstens des Wärmeleitelementes aufgrund beispielsweise sich temperaturbedingt ausdehnender Einzelzellen zumindest zu verringern, weist der Hohlraum eine Sollöffnungsstelle auf, die sich bei Überschreiten eines in dem Hohlraum vorherrschenden Innendruckes öffnet.
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In einer weiteren möglichen Ausbildung ist das Wärmeleitelement zwischen zwei Einzelzellen angeordnet, wobei ein parallel zur Temperiervorrichtung abgewinkelter Abschnitt des Wärmeleitelementes zumindest formschlüssig an der Temperiervorrichtung angeordnet ist. Da das Wärmeleitelement zwischen zwei Einzelzellen angeordnet ist, kann ohne zusätzliche Bauteile, insbesondere zur thermischen Ankopplung, ein gleichmäßiger Druck auf zwei Einzelzellen ausgeübt werden, wobei das Wärmeleitelement weitestgehend kein Setzverhalten und eine progressive Kennlinie mit einem hohen Betriebsbereich aufweist.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Dabei zeigen:
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1 schematisch eine perspektivische Ansicht einer Einzelzelle für eine Batterie und ein dieser zugeordnetes Wärmeleitelement nach dem Stand der Technik,
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2 schematisch eine Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Wärmeleitelementes in einer ersten Ausführungsform zur Anordnung in einem Zellblock einer Batterie,
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3 schematisch eine Schnittdarstellung eines Zellblockes mit Wärmeleitelementen in der ersten Ausführungsform, endseitig angeordneten Druckplatten und einer Temperiervorrichtung,
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4 schematisch eine Schnittdarstellung des Wärmeleitelementes in einer zweiten Ausführungsform,
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5 schematisch eine Schnittdarstellung des Wärmeleitelementes in einer dritten Ausführungsform mit einem ersten Federelement,
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6 schematisch eine Schnittdarstellung des Wärmeleitelementes in der dritten Ausführungsform mit einem zweiten Federelement,
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7 schematisch eine Schnittdarstellung einer vierten Ausführungsform des Wärmeleitelementes,
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8 schematisch eine Schnittdarstellung des Wärmeleitelementes in einer fünften Ausführungsform,
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9 schematisch eine Schnittdarstellung eines Zellblockes mit Wärmeleitelementen in der fünften Ausführungsform, endseitig angeordneten Druckplatten und der Temperiervorrichtung,
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10 schematisch eine perspektivische Ansicht einer Explosionsdarstellung des Wärmeleitelementes in der ersten Ausführungsform,
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11 schematisch eine perspektivische Ansicht zweier Einzelzellen und des Wärmeleitelementes in der ersten Ausführungsform im nichtzusammengesetzten Zustand,
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12 schematisch eine perspektivische Ansicht einer Explosionsdarstellung eines Zellblockes mit Druckplatten und Temperiervorrichtung,
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13 schematisch eine perspektivische Ansicht des Zellblockes mit Druckplatten und Temperiervorrichtung im zusammengesetzten Zustand und
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14 schematisch eine Schnittdarstellung des Zellblockes.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Einzelzelle 1 und eines Wärmeleitelementes 2 nach dem Stand der Technik.
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Die Einzelzelle 1 ist zur Anordnung in einem u. a. in 3 dargestellten Zellblock 3 vorgesehen, wobei ein solcher Zellblock 3 eine Anzahl von Einzelzellen 1 aufweist, die elektrisch seriell und/oder parallel miteinander verschaltet sind.
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Die in 1 dargestellte Einzelzelle 1 ist eine sogenannte Pouch- oder Coffeebagzelle, wobei eine in 14 annäherungsweise gezeigte Elektrodenfolienanordnung 4 von einer folienartigen Verpackung als Gehäuse umgeben ist, so dass die Einzelzelle 1 vergleichsweise instabil ausgebildet ist. Die folienartige Verpackung besteht aus einer Aluminiumfolie als Diffusionssperre, die beidseitig mit Kunststoff beschichtet ist.
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Die Elektrodenfolienanordnung 4 kann als Stapel oder Wickel ausgeführt sein, der mit einem Elektrolyt getränkt ist und durch Lagen aus Kathoden- und Anodenfolien, die jeweils mittels eines Separators elektrisch voneinander isoliert sind, gebildet ist.
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Aus der folienartigen Verpackung als Gehäuse der Einzelzelle 1 sind zwei Ableiter 1.1 als elektrische Anschlüsse der Einzelzelle 1 elektrisch isoliert herausgeführt.
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Die Elektrodenfolienanordnung 4 muss im Betrieb der Einzelzelle 1 senkrecht zu den oben genannten Lagen verpresst werden, um beispielsweise einen erforderlichen Abstand der einzelnen Lagen zueinander einzustellen und somit über die Lebensdauer der Einzelzelle 1 eventuell entstehende Gasblasen aus der Elektrodenfolienanordnung 4 herauszudrücken. Zudem dient eine von außen flächig in die Einzelzelle 1 eingeleitete Druckkraft zur Verpressung der Elektrodenfolienanordnung 4 einer kraftschlüssigen Fixierung derselben in dem als folienartige Verpackung ausgebildeten Gehäuse.
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In Abhängigkeit eines Ladezustandes und eines Alters der Einzelzelle 1 ändert sich eine Dicke der Elektrodenfolienanordnung 4 und somit auch der Einzelzelle 1, so dass eine Anzahl elastisch verformbarer Elemente erforderlich ist, mittels denen ein Dickenunterschied ausgleichbar ist.
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Gemäß dem Stand der Technik sind die elastisch verformbaren Elemente in das Wärmeleitelement 2 integriert. Das Wärmeleitelement 2 ist zur thermischen Ankopplung zumindest einer Einzelzelle 1 an eine in 3 näher dargestellte Temperiervorrichtung 5 vorgesehen. Die Einzelzelle 1 gibt ihre beim Laden und Entladen entstehende Verlustwärme an das Wärmeleitelement 2 ab, welches üblicherweise zwischen zwei Einzelzellen 1 angeordnet ist. Eine Wärmeleitung in Richtung der Temperiervorrichtung 5 erfolgt in Längsrichtung des Wärmeleitelementes 2, welches aus einem Metall mit vergleichsweise hoher Wärmeleitfähigkeit, beispielsweise Aluminium und/oder Kupfer, besteht.
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Wie oben beschrieben, sind die elastisch verformbaren Elemente in Form von elastischen Wärmekontaktelementen 2.1 an dem Wärmeleitelement 2 ausgebildet. Dabei sind die Wärmekontaktelemente 2.1 als blattfederartige Zungen an dem Wärmeleitelement 2 ausgeführt, welche im zusammengesetzten Zustand des Zellblockes 3 einen Druck auf die Einzelzelle 1 ausüben, wobei die Einzelzelle 1 über die Wärmekontaktelemente 2.1 thermisch mit dem Wärmeleitelement 2 und somit mit der Temperiervorrichtung 5 gekoppelt sind.
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Mittels der einzelnen Wärmekontaktelemente 2.1 ist auf die Einzelzelle 1 partiell Druck ausübbar, so dass der Einsatz eines solchen Wärmeleitelementes 2 für Einzelzellen 1 mit einer folienartigen Verpackung als Gehäuse eher ungeeignet ist, wobei für eine Einzelzelle 1 ein Wärmeleitelement 2 erforderlich ist.
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Zur flächigen thermischen Ankopplung des Wärmeleitelementes 2 an die Einzelzelle 1 und zur flächigen Druckausübung auf die Einzelzelle 1 ist vorgesehen, dass das Wärmeleitelement 2 einen Hohlraum 2.2 aufweist, wie in einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wärmeleitelementes 2 in 2 dargestellt ist.
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In dieser ersten Ausführungsform ist das Wärmeleitelement 2 in Längsrichtung geteilt, wobei die somit gebildeten Hälften 2.3, 2.4 eine Wölbung nach außen aufweisen, wobei der Hohlraum 2.2 im Bereich der Wölbung zwischen den beiden Hälften 2.3, 2.4 ausgebildet ist. Durch die beidseitig ausgebildete Wölbung sind jeweils zwei zu dem Wärmeleitelement 2 unmittelbar benachbarte Einzelzellen 1 thermisch an das Wärmeleitelement 2 und somit an die Temperiervorrichtung 5 koppelbar und innerhalb des Zellblockes 3 verpressbar. Das aus den beiden Hälften 2.3, 2.4 gebildete Wärmeleitelement 2 ist aus Metall, insbesondere Aluminium, Kupfer und/oder einem Stahlblech gebildet, so dass das Wärmeleitelement 2 eine vergleichsweise hohe Wärmeleitfähigkeit, insbesondere zum Abtransport von in der Einzelzelle 1 erzeugter Verlustwärme, aufweist.
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Die beiden Hälften 2.3, 2.4 sind den Hohlraum 2.2 umlaufend und somit an einem Randbereich der Wölbung aneinander befestigt, wobei der Hohlraum 2.2 gegenüber seiner Umgebung fluidisch abgedichtet ist.
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Dazu sind die beiden Hälften 2.3, 2.4 mittels Schmelzschweißung, z. B. Laserschweißen im Überlappverfahren und/oder Rollschweißen, aneinander befestigt, so dass eine umlaufend dichte Naht gebildet ist.
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Der Hohlraum 2.2 ist mit einer vorgegebenen Menge eines Fluids, z. B. Luft, getrocknete Luft und/oder mit einem inerten Gas, befüllt, so dass sich die Hälften 2.3, 2.4 wölben und eine mittels der eingeschlossenen Fluidmenge eine Federrate und eine Dicke des Wärmeleitelementes 2 vorgegeben ist.
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Dabei ist der Hohlraum 2.2 derart mit dem Fluid beaufschlagt, dass die Abmessungen des Hohlraumes 2.2 im Wesentlichen den Abmessungen der im Inneren der Einzelzelle 1 angeordneten Elektrodenfolienanordnung 4 entsprechen.
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An einem an den Hohlraum 2.2 angrenzenden unteren Ende weisen die Hälften 2.3, 2.4 des Wärmeleitelementes 2 jeweils einen im Wesentlichen um 90° abgewinkelten Abschnitt 2.3.1, 2.4.1 als jeweiligen Fuß auf. Die abgewinkelten Abschnitte 2.3.1, 2.4.1 sind parallel zur Temperiervorrichtung 5 abgewinkelt, wobei das Wärmeleitelement 2 mittels der abgewinkelten Abschnitte 2.3.1, 2.4.1 auf der Temperiervorrichtung 5 aufsteht.
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3 zeigt eine Schnittdarstellung eines Zellblockes 3 mit vier Einzelzellen 1, zwei Wärmeleitelementen 2, einer Temperiervorrichtung 5 und endseitig an dem Zellblock 3 angeordneten Druckplatten 6, die zur axialen Verpressung des Zellblockes 3 dienen.
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Die Temperiervorrichtung 5, der die Verlustwärme der Einzelzellen 1 über die Wärmeleitelemente 2 zugeführt wird, ist plattenförmig ausgebildet und weist eine von einem Temperiermedium durchströmbare Kanalstruktur 5.1 auf.
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Mittels der Wärmeleitelemente 2 ist eine flächige Druckkraft auf die Einzelzellen 1 ausübbar, wobei eine zu dieser mittels der Wärmeleitelemente 2 auf die Einzelzellen 1 ausgeübten Druckkraft entgegengesetzte Kraft mittels der Druckplatten 6 zur axialen Verpressung des Zellblockes 3 aufgebaut wird.
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Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel nach 3 ist zwischen einer ersten Druckplatte 6 und einem Wärmeleitelement 2 eine Einzelzelle 1 angeordnet, wobei zwischen diesem und einem weiteren Wärmeleitelement 2 zwei Einzelzellen 1 angeordnet sind und zwischen dem weiteren Wärmeleitelement 2 und der zweiten Druckplatte 6 wiederum eine Einzelzelle 1 angeordnet ist. Jedem der Wärmeleitelemente 2 sind also zwei Einzelzellen 1 zugeordnet.
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Dabei wirken die endseitig an dem Zellblock 3 angeordneten Druckplatten 6 der mittels der Wärmeleitelemente 2 erzeugten, auf die Einzelzellen 1 wirkenden Druckkraft entgegen.
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In einer möglichen Ausbildung ist vorgesehen, dass zumindest eine der Hälften 2.3, 2.4 eine verschließbare Öffnung, beispielsweise ein Loch oder eine Bohrung, aufweist. Somit ist es möglich, nach dem Herstellen der den Hohlraum 2.2 umlaufend dichten Naht Fluid in den Hohlraum 2.2 zu füllen, wobei die Öffnung mittels eines aufschweißbaren Bleches und/oder einem aufklebbaren Pfropfens abdichtbar ist. Dabei wird der Hohlraum 2.2 mit einer vorgegebenen Menge Fluid befüllt, so dass eine vorgebbare Federrate und eine vorgebbare Dicke des Wärmeleitelementes 2, insbesondere im Bereich des Hohlraumes 2.2, eingestellt ist.
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Weiterhin ist vorgesehen, in eine der beiden Hälften 2.3, 2.4 des Wärmeleitelementes 2 eine Sollöffnungsstelle in Form einer partiellen Schwächung, z. B. als Kerbe, einzubringen und/oder eine Membran aufzubringen. Diese Sollöffnungsstelle öffnet sich, sofern ein in der Einzelzelle 1 vorherrschender Innendruck einen vorgegebenen Wert überschreitet. Dehnen sich die Einzelzellen 1 beispielsweise bei Überladung und/oder einem Kurzschluss unzulässig aus, öffnet sich die Sollöffnungsstelle in dem Wärmeleitelement 2, so dass das Fluid aus dem Hohlraum 2.2 des Wärmeleitelementes 2 entweichen kann und somit das Risiko eines Sprengens des Zellblockes 3 zumindest verringert werden kann.
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In 4 ist eine Schnittdarstellung des Wärmeleitelementes 2 in einer zweiten Ausführungsform dargestellt.
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Bei dieser Ausführungsform weisen die beiden Hälften 2.3, 2.4 den Hohlraum 2.2 randseitig umlaufend eine rillenförmige Vertiefung 2.3.2, 2.4.2 als Struktur auf, wodurch die Elastizität, d. h. eine federelastische Wirkung der beiden Hälften 2.3, 2.4, im Bereich des Hohlraumes 2.2 erhöht ist.
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Zur Unterstützung der Federwirkung des Wärmeleitelementes 2 können die beiden Hälften 2.3, 2.4 mit einer Strukturierung in Richtung der Einzelzelle 1 versehen sein, wodurch ein Teil der Federkraft ohne Wirkung des in den Hohlraum 2.2 eingefüllten Fluids, insbesondere Gas, entsteht. Mittels einer geeigneten Strukturierung, d. h. Vorprägung, kann gleichzeitig ohne Zuhilfenahme zusätzlicher Vorrichtungen ein Einschluss einer vorgegebenen Menge des Fluids sichergestellt werden.
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Die 5 zeigt eine Schnittdarstellung einer dritten Ausführungsform des Wärmeleitelementes 2, wobei der zwischen den Hälften 2.3, 2.4 gebildete Hohlraum 2.2 nicht geschlossen ist, wobei eine Öffnung durch Beabstandung der beiden Hälften 2.3, 2.4 gebildet ist. Die Öffnung ist den abgewinkelten Abschnitten 2.3.1, 2.4.1 gegenüberliegend an dem Wärmeleitelement 2 ausgebildet.
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In dem Hohlraum 2.2 ist eine Schaummatte oder ein Vlies als flächig wirkendes Federelement 7 angeordnet. Mittels des Federelementes 7 sind die beiden Hälften 2.3, 2.4 zueinander beabstandet, wobei es nicht erforderlich ist, die Hälften 2.3, 2.4 mittels der den Hohlraum 2.2 umlaufenden Naht aneinander zu fixieren.
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In 6 ist das Wärmeleitelement 2 in der dritten Ausführungsform gezeigt, wobei in dem Hohlraum 2.2 eine Wellfeder als Federelement 7 angeordnet ist. Dadurch, dass die beiden Hälften 2.3, 2.4 des Wärmeleitelementes 2, insbesondere in der dritten Ausführungsform, hinreichend steif ausgebildet sind, ist es nicht erforderlich, ein flächig wirkendes Federelement 7, wie beispielsweise die Wellfeder und/oder in Streifenform ausgeführte Vliese und/oder Schaummatten, zu verwenden. Eine mittels des Wärmeleitelementes 2 erzeugte Druckkraft wird augrund der hinreichenden Steifigkeit dennoch flächig in die Einzelzellen 1 eingeleitet.
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7 zeigt eine vierte Ausführungsform des Wärmeleitelementes 2, wobei nur eine erste Hälfte 2.3 über deren abgewinkelten Abschnitt 2.3.1 thermisch mit der Temperiervorrichtung 5 gekoppelt ist.
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Die beiden Hälften 2.3, 2.4 sind in der vierten Ausführungsform des Wärmeleitelementes 2 nicht symmetrisch ausgebildet, wobei nur eine zweite Hälfte 2.4 eine den Hohlraum 2.2 bildende Wölbung aufweist. Die zweite Hälfte 2.4 weist keinen abgewinkelten Abschnitt 2.4.1 auf und weist Abmessungen auf, die im Wesentlichen den Abmessungen der im Inneren der Einzelzelle 1 angeordneten Elektrodenfolienanordnung 4 entsprechen. Der abgewinkelte Abschnitt 2.3.1 der ersten Hälfte 2.3 ist aufgrund einer Schwerpunktänderung derselben zur gegenüberliegenden Seite parallel zur Temperiervorrichtung 5 abgewinkelt.
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Die der zweiten Hälfte 2.4 zugeführte Verlustwärme der mit dieser in Kontakt stehenden Einzelzelle 1 ist der ersten Hälfte 2.3 des Wärmeleitelementes 2 zuführbar und wird anschließend der Temperiervorrichtung 5 zugeführt. Dabei wird die der zweiten Hälfte 2.4 zugeführte Verlustwärme der Einzelzelle 1 der ersten Hälfte 2.3 über die als Verbindungsstelle der beiden Hälften 2.3, 2.4 ausgeführte Naht, insbesondere Schweißnaht, der ersten Hälfte 2.3 zugeführt.
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Eine Schnittdarstellung des Wärmeleitelementes 2 in einer fünften Ausführungsform ist in 8 dargestellt.
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In der fünften Ausführungsform ist die erste Hälfte 2.3, wie in der vierten Ausführungsform, rechtwinklig ausgebildet, wobei der abgewinkelte Abschnitt 2.3.1 in Richtung der zweiten Hälfte 2.4 gerichtet ist.
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Die zweite Hälfte 2.4 des Wärmeleitelementes 2 ist nicht aus einem Metall, wie die erste Hälfte 2.3 gebildet, sondern besteht aus einer Kunststoffmembran 8, wobei die mittels der Kunststoffmembran 8 gebildete zweite Hälfte 2.4 nicht mit der Temperiervorrichtung 5 in Kontakt steht. Die Kunststoffmembran 8 ist als eine besonders dünne und sehr flexible Kunststofffolie ausgeführt, die in einem Folienschweißverfahren umlaufend dicht an der ersten Hälfte 2.3 befestig bar ist.
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Zwischen der ersten Hälfte 2.3 und der zweiten Hälfte 2.4 ist der Hohlraum 2.2 ausgebildet, der mit einem Fluid befüllt ist. Die Kunststoffmembran 8 als zweite Hälfte 2.4 übernimmt keine Wärmeleitfunktion, wodurch ein Wärmeleitelement 2 in der fünften Ausführungsform für eine Einzelzelle 1 vorgesehen ist, wie in 9 näher dargestellt ist.
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9 zeigt eine Schnittdarstellung eines Zellblockes 3 mit vier Einzelzellen 1 und einer entsprechenden Anzahl von Wärmeleitelementen 2 in der fünften Ausführungsform, zwei endseitig an dem Zellblock 3 angeordnete Druckplatten 6 und die Temperiervorrichtung 5, die mit den Wärmeleitelementen 2 thermisch gekoppelt ist.
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Zwischen einer Druckplatte 6 und einem Wärmeleitelement 2 ist eine Einzelzelle 1 angeordnet, wobei die Einzelzelle 1 mit der ersten Hälfte 2.3 des Wärmeleitelementes 2 zur Abführung der Verlustwärme kontaktiert.
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Eine im unmittelbaren Bereich der weiteren Druckplatte 6 angeordnete Einzelzelle 1 kontaktiert mit der ersten Hälfte 2.3 des zwischen der Einzelzelle 1 und der weiteren Druckplatte 6 angeordneten Wärmeleitelementes 2.
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Die Hohlräume 2.2 der Wärmeleitelemente 2 sind zur Erzielung einer Federwirkung innerhalb des Zellblockes 3 mit einer vorgegebenen Menge eines Fluids oder mehrerer Fluide befüllt.
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10 zeigt eine perspektivische Ansicht des Wärmeleitelementes 2 in der ersten Ausführungsform vor einem Zusammensetzen, d. h. vor einem Aneinanderbefestigen, insbesondere Verschweißen, der beiden Hälften 2.3, 2.4.
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In 11 ist eine perspektivische Ansicht des Wärmeleitelementes 2 im zusammengesetzten Zustand dargestellt, wobei zwei Einzelzellen 1 zu dem Wärmeleitelement 2 beabstandet sind.
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Eine perspektivische Ansicht einer Explosionsdarstellung eines Zellblockes 3 ist in 12 gezeigt.
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Dabei sind vier Module 9 gezeigt, die jeweils zwei Einzelzellen 1 und ein zwischen diesen angeordnetes Wärmeleitelement 2 in der ersten Ausführungsform umfassen.
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Die den Zellblock 3 axial verpressenden Druckplatten 6 sind an der Temperiervorrichtung 5 befestigt. Im zusammengesetzten Zustand des Zellblockes 3 kontaktieren die Einzelzellen 1 benachbarter Module 9 miteinander, wobei die Verlustwärme dieser Einzelzellen 1 an das zwischen den Einzelzellen 1 des jeweiligen Moduls 9 angeordnete Wärmeleitelement 2 übertragen wird.
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In 13 ist eine perspektivische Ansicht des Zellblockes 3 im zusammengesetzten Zustand dargestellt und 14 zeigt eine Schnittdarstellung des Zellblockes 3 mit den vier aus jeweils zwei Einzelzellen 1 und einem Wärmeleitelement 2 gebildeten Modulen 9.
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Der Hohlraum 2.2 ist geschlossene und fluiddicht, wobei die Form des Hohlraumes 2.2 mittels der Form der Hälften 2.3, 2.4 gebildet ist. Insbesondere ist der Hohlraum 2.2 derart ausgebildet, dass dieser mit einer vorgegebenen Menge zumindest eines Fluids, beispielsweise eines Gases, befüllbar ist.
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Die Hälften 2.3, 2.4 weisen jeweils den um 90° abgewinkelten Abschnitt 2.3.1, 2.4.1 auf und sind über eine Toleranz ausgleichende Wärmeleitfolie 10 mit der Temperiervorrichtung 5 thermisch gekoppelt.
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Die Ableiter 1.1 unmittelbar benachbarter Einzelzellen 1 sind überlappend gebogen und miteinander verschweißt.
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Endseitig des Zellblockes 3 sind die Druckplatten 6 angeordnet, die zur Verspannung der Einzelzellen 1 eine gegenüber der Druckkraft der Wärmeleitelemente 2 erforderliche Gegenkraft aufbringen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Einzelzelle
- 1.1
- Ableiter
- 2
- Wärmeleitelement
- 2.1
- Wärmekontaktelement
- 2.2
- Hohlraum
- 2.3
- erste Hälfte
- 2.3.1
- abgewinkelter Abschnitt
- 2.3.2
- rillenförmige Vertiefung
- 2.4
- zweite Hälfte
- 2.4.1
- abgewinkelter Abschnitt
- 2.4.2
- rillenförmige Vertiefung
- 3
- Zellblock
- 4
- Elektrodenfolienanordnung
- 5
- Temperiervorrichtung
- 5.1
- Kanalstruktur
- 6
- Druckplatte
- 7
- Federelement
- 8
- Kunststoffmembran
- 9
- Modul
- 10
- Wärmeleitfolie
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008034862 B4 [0002]
