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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Offenlegung betrifft eine Batteriezelle und im Spezielleren eine Anordnung von Batteriezellen für ein Batterieleistungssystem.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Eine Batteriezelle wurde als eine saubere, effiziente und umweltbewusste Leistungsquelle für Elektrofahrzeuge und verschiedene weitere Anwendungen vorgeschlagen. Ein Typ von Batteriezelle ist als die Lithium-Ionen-Batterie bekannt. Die Lithium-Ionen-Batterie ist wiederaufladbar und kann zu einer breiten Vielfalt von Formen und Größen gebildet sein, um den zur Verfügung stehenden Raum in Elektrofahrzeugen effizient auszufüllen.
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Es kann eine Vielzahl der Batteriezellen in einem Batteriezellensatz oder -modul vorgesehen sein, um einen Betrag an Leistung bereitzustellen, der hinreichend ist, um Elektrofahrzeuge zu betreiben. Bekannte Batteriezellen wie z. B. Lithium-Ionen-Batteriezellen wurden allgemein als einzelne Batteriezellen vorgesehen. Die einzelnen Batteriezellen sind typischerweise in einem Stapel gruppiert und weisen elektrische Fahnen auf, die mit elektrischen Systemen wie z. B. einem Verbindungsboard zur Bereitstellung von elektrischer Leistung an eine Last und zum Laden und Entladen der Batteriezellen verbunden sind.
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Mit Batteriezellen werden typischerweise Kühlsysteme verwendet, um unerwünschte Überhitzungszustände zu verhindern. Herkömmliche Kühlsysteme haben Kühlplatten umfasst, die zwischen einzelnen Batteriezellen innerhalb des Stapels angeordnet sind. Die Kühlplatten hatten Kanäle aufgewiesen, durch die hindurch ein Kühlfluid oder Luft zirkuliert wurde, um die Temperatur der Batteriezellen im Betrieb zu regeln. Die Montage von Batteriezellen zusammen mit elektrischen Systemen und Kühlsystemen in einem Batterieleistungssystem ist als zeitintensiver und aufwendiger Fertigungsprozess bekannt.
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Es besteht fortgesetzter Bedarf an einer Batteriezellenanordnung mit einer minimierten Anzahl von Teilen, die ein vereinfachtes Fertigungsverfahren für ein Batterieleistungssystem vorsieht.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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In Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenlegung wurden überraschenderweise eine Batteriezellenanordnung mit einer minimierten Anzahl von Teilen und ein vereinfachtes Fertigungsverfahren für ein Batterieleistungssystem entdeckt.
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In einer ersten Ausführungsform umfasst eine Batteriezellenanordnung eine gekuppelte Vielzahl von Batteriezellen. Die Batteriezellen sind elektrisch in Reihe geschaltet. Zumindest ein Scharnier ist zwischen einem benachbarten Paar der Batteriezellen angeordnet. Die Batteriezellen sind ausgestaltet, um nach einem Klappen der Batteriezellenanordnung an dem zumindest einem Scharnier gestapelt zu sein.
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In einer anderen Ausführungsform umfasst eine Kühlplattenanordnung zur Verwendung mit der Batteriezellenanordnung eine gekuppelte Vielzahl von Kühlplatten. Die gekuppelte Vielzahl von Kühlplatten umfasst zumindest ein Scharnier, das zwischen einem benachbarten Paar der Kühlplatten angeordnet ist. Die Kühlplatten sind ausgestaltet, um nach einem Klappen der Kühlplattenanordnung an dem zumindest einem Scharnier gestapelt zu sein.
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In einer weiteren Ausführungsform umfasst ein Batterieleistungssystem eine Batteriezellenanordnung und eine Kühlplattenanordnung. Die Batteriezellen und die Kühlplatten wechseln sich nach dem Zusammenklappen einer jeden von der Batteriezellenanordnung und der Kühlplattenanordnung an den jeweiligen zumindest einen Scharnieren in einem Stapel ab.
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ZEICHNUNGEN
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Die oben stehenden sowie weitere Vorteile der vorliegenden Offenlegung werden für Fachleute aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung, insbesondere bei Betrachtung im Licht der hierin beschriebenen Zeichnungen schnell offensichtlich.
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1 ist eine perspektivische Seitenansicht einer gekuppelten Batteriezellenanordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenlegung, wobei Abschnitte von äußeren, nicht-leitfähigen Schichten entfernt sind, um den zugrundeliegenden Aufbau der Batteriezellen zu veranschaulichen;
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2 ist eine perspektivische Seitenansicht einer gekuppelten Batteriezellenanordnung gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei Abschnitte von äußeren, nicht-leitfähigen Schichten entfernt sind, um den zugrundeliegenden Aufbau der Batteriezellen zu veranschaulichen;
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3 ist eine perspektivische Seitenansicht der in 1 abgebildeten gekuppelten Batteriezellenanordnung, wobei die gekuppelte Batteriezellenanordnung ziehharmonikaartig geklappt ist und die äußeren, nicht-leitfähigen Schichten entfernt sind, um das Klappen der gekuppelten Batteriezellenanordnung zu einem Stapel zu veranschaulichen;
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4 ist eine perspektivische Seitenansicht einer gekuppelten Kühlplattenanordnung zur Verwendung mit der in den 1 und 3 abgebildeten gekuppelten Batteriezellenanordnung, wobei die gekuppelte Kühlplattenanordnung ziehharmonikaartig geklappt ist;
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5A–5D sind perspektivische Seitenansichten der gekuppelten Batteriezellenanordnung der 1 und 3, welche zusammenwirkend mit der gekuppelten Kühlplattenanordnung von 4 gezeigt ist, und wobei Pfeile das schrittweise Zusammenklappen der gekuppelten Batteriezellen mit den gekuppelten Kühlplatten, um einen Stapel zu bilden, kennzeichnen;
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6A–6D sind perspektivische Seitenansichten einer gekuppelten Batteriezellenanordnung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, welche eine Kühlplatte aufweist, die mit jeder der gekuppelten Batteriezellen integriert ist, wobei Pfeile das schrittweise Zusammenklappen der gekuppelten Batteriezellen und der integralen Kühlplatten, um einen Stapel zu bilden, kennzeichnen;
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7 ist eine vergrößerte fragmentarische Draufsicht von elektrischen Anschlüssen für die in 1 abgebildeten gekuppelten Batteriezellen und zeigt ferner ein Zusammenschweißen der elektrischen Anschlüsse, um die Batteriezellen in elektrischer Reihe zu fügen;
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8 ist eine vergrößerte fragmentarische Draufsicht von elektrischen Anschlüssen für die in 2 abgebildeten gekuppelten Batteriezellen und zeigt ferner ein Zusammenschweißen der elektrischen Anschlüsse mit einer Brücke, um die Batteriezellen in elektrischer Reihe zu fügen;
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9 ist eine fragmentarische seitliche Querschnitts-Aufrissansicht von elektrischen Anschlüssen für gekuppelte Batteriezellen gemäß einer anderen Ausführungsform der Offenlegung und zeigt ferner Füße an Enden der elektrischen Anschlüsse, die zusammengeschweißt werden, um die Batteriezellen in elektrischer Reihe zu fügen;
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10 ist eine fragmentarische seitliche Querschnitts-Aufrissansicht des in 9 abgebildeten Paares von elektrischen Anschlüssen, wobei die elektrischen Anschlüsse während eines Klapp- und Stapel-Schrittes der gekuppelten Batteriezellen gebogen oder umgebogen wurden;
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11 ist eine vergrößerte fragmentarische seitliche perspektivische Darstellung einer Batteriezellenanordnung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Offenlegung, welche einen einzigen unitären elektrischen Verbinder aufweist, der zwischen benachbarten Batteriezellen der Batteriezellenanordnung angeordnet ist und diese in elektrischer Reihe verbindet;
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12 ist eine fragmentarische seitliche perspektivische Darstellung einer gekuppelten Batteriezellenanordnung gemäß einer zusätzlichen Ausführungsform der Offenlegung, welche die spiralförmig auf einen Kern gewickelte gekuppelte Batteriezellenanordnung aufweist; und
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13 ist eine seitliche Aufrissansicht einer gekuppelten Batteriezellenanordnung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Offenlegung, welche die spiralförmig auf einen Kern gewickelte gekuppelte Batteriezellenanordnung aufweist.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die nachfolgende detaillierte Beschreibung und die beigefügten Zeichnungen beschreiben und veranschaulichen verschiedene Ausführungsformen der Erfindung. Die Beschreibung und die Zeichnungen dienen dazu, es einem Fachmann zu ermöglichen, die Erfindung herzustellen und zu verwenden, und sollen den Schutzumfang der Erfindung in keiner Weise einschränken. In Bezug auf die offenbarten Verfahren sind die angegebenen Schritte von beispielhafter Natur und sind daher nicht kritisch oder notwendig.
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Mit Bezugnahme auf 1 ist eine Batteriezellenanordnung 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenlegung gezeigt. Die Batteriezellenanordnung 100 umfasst eine Vielzahl von Batteriezellen 102. Die gezeigten Batteriezellen 102 sind prismenförmige Batteriezellen. Als ein nicht einschränkendes Beispiel können die Batteriezellen 102 eine prismenförmige Lithium-Ionen(Li-Ionen)-Beutelzelle sein. Es sollte einzusehen sein, dass auch andere Arten von Batteriezellen 102, die eine andere Struktur und eine andere Elektrochemie verwenden, innerhalb des Schutzumfanges der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden können. Wenngleich in 1 nur vier Batteriezellen 102 gezeigt sind, sollte auch verständlich sein, dass eine beliebige Anzahl von Batteriezellen 102 verwendet werden kann, um die Batteriezellenanordnung 100 der vorliegenden Offenlegung zu bilden.
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Die Batteriezellen 102 der Batteriezellenanordnung 100 sind in Reihe gekuppelt oder sonst wie physikalisch verkettet. Indem sie verbunden sind, können die Batteriezellen 102 vorteilhafterweise auf einer Rolle, Trommel oder Spule bereitgestellt und während der Fertigung eines die Batteriezellenanordnung 100 aufweisenden Batterieleistungssystems ziehharmonikaartig in einen Rahmen geklappt werden. Die Batteriezellen 102 weisen einen ersten Anschluss 104 und einen zweiten Anschluss 106 auf. Je nach Wunsch der erste Anschluss 104 kann positiv sein und der zweite Anschluss 106 kann negativ sein, oder umgekehrt.
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Wie in 1 gezeigt, können der erste Anschluss 104 und der zweite Anschluss 106 Fahnen sein, die sich von gegenüberliegenden Seiten jeder der Batteriezellen 102 nach außen erstrecken. Es können auch andere Positionen und Arten des ersten und des zweite Anschlusses 104, 106 verwendet werden. Überdies können der erste und der zweite Anschluss 104, 106 aus dem gleichen oder einem unterschiedlichen Material gebildet sein. Wenn unterschiedliche Materialien verwendet werden, können der erste und der zweite Anschluss 104, 106 eine Verbundstoff-Fahne bilden, wenn sie verbunden sind. In einer speziellen Ausführungsform ist der erste Anschluss 104 aus mit Nickel beschichtetem Kupfer gebildet und der zweite Anschluss 106 ist aus anodisiertem Aluminium gebildet. Es können auch andere geeignete elektrisch leitfähige Materialien innerhalb des Schutzumfanges der vorliegenden Offenlegung für den erste und den zweiten Anschluss 104, 106 verwendet werden.
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Außer dass sie gekuppelt sind, können die Batteriezellen 102 auch elektrisch in Serie geschaltet sein. Es können z. B. der erste Anschluss 104 und der zweite Anschluss 106 eines benachbarten Paares von Batteriezellen direkt mithilfe einer Schweißnaht 109 (in 7 gezeigt), einem Lötmittel, einem mechanischen Verbinder oder einem elektrisch leitfähigen Kleber gekoppelt sein. Nicht einschränkende Beispiele für geeignete Schweißnähte 109 können Laserschweißnähte, Ionenstrahl-Schweißnähte, Widerstandsschweißnähte, Reibschweißnähte oder dergleichen umfassen. Geeignete mechanische Verbinder können Klemmen, Nieten, Klammern oder dergleichen umfassen. Fachleute können eine geeignete Art von elektrisch leitfähigem Kleber für die Batterieanwendung auswählen. Es können innerhalb des Schutzumfanges der vorliegenden Offenlegung auch andere Mittel zum elektrischen Verbinden der Batteriezellen 102 verwendet werden.
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In einer speziellen Ausführungsform, die in den 9–10 veranschaulicht ist, kann jeder von dem ersten und dem zweiten Anschluss 104, 106 einen Fuß 113 aufweisen, welcher das Koppel des ersten Anschlusses 104 mit dem zweiten Anschluss 106 erleichtert. Der Fuß 113 kann z. B. einen im Wesentlichen L-förmigen Querschnitt aufweisen. Alternativ, wie in 11 gezeigt, können die benachbarten Batteriezellen 102 durch einen einzigen, unitären Streifen 104, 106 elektrisch in Serie verkettet sein. Der einzige, unitäre Streifen 104, 106 kann mithilfe von Schweißnähten 115 mit den jeweiligen Batteriezellen 102 verbunden sein.
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Mit erneuter Bezugnahme auf 1 weisen die gekuppelten Batteriezellen 102 zumindest ein Scharnier 108 auf, das zwischen dem benachbarten Paar von Batteriezellen 102 angeordnet ist. Das zumindest eine Scharnier 108 ist z. B. ein flexibler Verbinder, der zwischen den Batteriezellen 102 angeordnet ist. Das zumindest eine Scharnier 108 kann auch vorgestanzt sein, um ein Kunststoff- oder Filmscharnier zu bilden, welches für ein Biegen in eine gewünschte Richtung vorgespannt ist. Entlang einer Länge der Batteriezellenanordnung 100 können, wenn mehrere Scharniere 108 verwendet werden, die Scharniere 108 in einer alternierenden Weise vorgestanzt sein, um ein ziehharmonikaartiges Klappen der Batteriezellenanordnung 100 zu erleichtern.
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In bestimmten Ausführungsformen ist zumindest einer von dem ersten Anschluss 104 und dem zweiten Anschluss 106 der Batteriezellen auch in dem Scharnier 108 angeordnet. Somit ist zumindest einer von dem ersten Anschluss 104 und dem zweiten Anschluss 106 ausgestaltet, um gebogen oder durchgebogen zu werden, wenn die Batteriezellen 102 an dem zumindest einen Scharnier 108 zusammengeklappt werden. Das zumindest eine Scharnier 108 gestattet es, dass sich das benachbarte Paar von Batteriezellen 102 zueinander klappt und nach dem Klappen der Batteriezellenanordnung 100 gestapelt wird. Als ein nicht einschränkendes Beispiel kann die Batteriezellenanordnung 100 an den in 1 gezeigten Strichlinien geklappt werden.
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Wenn mehr als zwei Batteriezellen 102 in der Batteriezellenanordnung 100 vorhanden sind, weist die Batteriezellenanordnung 100 ebenso eine Vielzahl von Scharnieren 108 auf, welche die mehr als zwei Batteriezellen 102 flexibel verbinden. Es sollte einzusehen sein, dass die flexiblen Scharniere 108 es dadurch gestatten, die Batteriezellen 102z. B. zu einem Z-förmigen oder ziehharmonikaförmigen Stapel zu klappen, wie in 3 gezeigt.
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In der illustrativen Ausführungsform, die in 1 gezeigt ist, sind die gekuppelten Batteriezellen 102 zwischen einer ersten nicht-leitfähigen Schicht 103 und einer zweiten nicht-leitfähigen Schicht 105 angeordnet, die zusammen das zumindest eine Scharnier 108 bilden. Die erste und die zweite nicht-leitfähige Schicht 103, 105 können als getrennte Schichten vorgesehen sein, zwischen denen die gekuppelten Batteriezellen laminiert und abgedichtet sind. Die erste und die zweite nicht-leitfähige Schicht 103, 105 können z. B. ein Beutelhüllmaterial sein, welches zur Fertigung der einzelnen Batteriezellen 102 verwendet wird. Die Batteriezellen 102 werden in Reihe zwischen der ersten und der zweiten nicht-leitfähigen Schicht 103, 105 verpackt und abgedichtet, anstatt zwischen der ersten und der zweiten nicht-leitfähigen Schicht 103, 105 verpackt, abgedichtet und getrennt zu werden, um unabhängige Batteriezellen 102 vorzusehen. In anderen Ausführungsformen sind die erste und die zweite nicht-leitfähige Schicht 103, 105 als ein/e integrale/s längliche/s Rohr oder Tasche vorgesehen, in welchem/r die gekuppelten Batteriezellen 102 angeordnet sind.
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Die erste nicht-leitfähige Schicht 103 und die zweite nicht-leitfähige Schicht 105 umkapseln gemeinsam die gekuppelten Batteriezellen 102. Die erste nicht-leitfähige Schicht 103 und die zweite nicht-leitfähige Schicht 105 können auch eine Gesamtheit jeder der Batteriezellen 102 einschließlich des ersten und des zweiten Anschlusses 104, 106 elektrisch isolieren. Somit kann die Batteriezellenanordnung 100 gegen Feuchtigkeit und Kondensation abgedichtet werden, um die Korrosionsbeständigkeit der die gekuppelte Vielzahl von Batteriezellen 102 aufweisenden Batteriezellenanordnung 100 zu erhöhen.
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In speziellen Ausführungsformen bilden die erste und die zweite nicht-leitfähige Schicht 103, 105 flexible Scharniere 108 zwischen den Batteriezellen 102. Als ein nicht einschränkendes Beispiel können die erste und die zweite nicht-leitfähige Schicht 103, 105 aus einem flexiblen, isolierenden, thermoplastischen Material gebildet sein, welches das Klappen der Batteriezellenanordnung 100 an Stellen zwischen Paaren von gekuppelten Batteriezellen 102 gestattet. Je nach Wunsch können auch andere elektrisch isolierende Materialien für die erste und die zweite nicht-leitfähige Schicht 103, 105 verwendet werden.
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In anderen Ausführungsformen kann das zumindest eine Scharnier 108 als ein Streifen aus einem nicht-leitfähigen Material (nicht gezeigt) wie z. B. einem thermoplastischen oder Gewebematerial vorgesehen sein, welches an benachbarten Batteriezellen 102 innerhalb der gekuppelten Batteriezellenanordnung 100 befestigt ist. Der Streifen aus einem nicht-leitfähigen Material kann mittels Schweißen, mechanischer Verbinder oder Kleber als nicht einschränkende Beispiele befestigt werden. Fachleute können auch andere geeignete Mittel zum Verbinden des zumindest einen Scharniers 108 mit jeder der benachbarten Batteriezellen 102 auswählen.
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Es sollte auch einzusehen sein, dass Fachleute alternative Mittel vorsehen können, um die Batteriezellen 102 miteinander zu kuppeln, z. B. Drähte, Haken, Federn oder dergleichen. Diese alternativen Mittel, um die Batteriezellen 102 miteinander zu kuppeln, liegen ebenfalls innerhalb des Schutzumfanges der vorliegenden Offenlegung.
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Wie in 1 auch gezeigt, kann die Batteriezellenanordnung 100 ein Paar Anschlussleitungen 110, 112 aufweisen, die mit einem von dem ersten und dem zweiten Anschluss 104, 106 an gegenüberliegenden Enden der Batteriezellenanordnung 100 verbunden sind. Die Anschlussleitungen 110, 112 erstrecken sich von der abgedichteten ersten und zweiten nicht-leitfähigen Schicht 103, 105 nach außen. Jede der Anschlussleitungen 110, 112 kann auch Sicherungen umfassen. Die Anschlussleitungen 110, 112 sind ausgestaltet, um die Batteriezellenanordnung 100 elektrisch mit einem Verbindungsboard (nicht gezeigt) oder einem anderen Mittel zum Liefern von Leistung an eine Last wie z. B. einen Elektromotor zu verbinden.
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Die Batteriezellenanordnung 100 kann auch einen Batteriemanagementsystemsensor 114 aufweisen. Der Sensor 114 ist auf zumindest einer der Batteriezellen 102 angeordnet. Der Sensor 114 ist ausgestaltet, um zumindest eines von einer Temperatur und einer Spannung der Batteriezelle 102 zu detektieren, auf welcher der Batteriemanagementsystemsensor 114 angeordnet ist. Wie in den 1 und 2 gezeigt, kann der Sensor 114 zentral auf einem Körper jeder der Batteriezellen 102 angeordnet sein, um die Temperatur derselben zu messen. Wie in 11 weiter gezeigt, kann der Sensor 114 zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluss 104, 106 auf jeder der Batteriezellen 102 zur Messung der Spannung für jede einzelne Batteriezelle 102 angeordnet sein.
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Der Sensor 114 kann auch z. B. mittels Schweißen, eines Klebers oder eines mechanischen Verbinders an der Batteriezelle 102 angebracht sein. Geeignete Schweißtechniken können Ultraschallschweißen umfassen, wenngleich auch andere Schweißarten verwendet werden können.
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In speziellen Ausführungsformen umfasst die Batteriezellenanordnung 100 eine Vielzahl von Sensoren 114, sodass der Betrieb einzelner Batteriezellen 102 in der Batteriezellenanordnung 100 während eines Betriebes des Batterieleistungssystems überwacht werden kann. Die Sensoren 114 können mit einem computergestützten Überwachungssystem (nicht gezeigt) mithilfe von Anschlussleitungen 116 verbunden sein, die sich z. B. von der ersten und der zweiten nicht-leitfähigen Schicht 103, 105 nach außen erstrecken. In anderen Beispielen sind die Sensoren 114 mit einem drahtlosen Sender ausgestattet und können Informationen über den Zustand der Batteriezellen 102 drahtlos an das Überwachungssystem kommunizieren. Je nach Wunsch können auch andere Arten von Sensoren und Kommunikationsgruppierungen verwendet werden.
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In anderen Ausführungsformen, in denen die Batteriezellenanordnung 100 zumindest zwei Scharniere 108 umfasst, die zwischen drei benachbarten Batteriezellen 102 angeordnet sind, können sich die Batteriezellen 102 in einer zweidimensionalen Gruppierung (nicht gezeigt) befinden. In solch einer Konfiguration ist die Batteriezellenanordnung 100 ausgestaltet, um seitlich gestapelt zu werden, z. B., um benachbarte Reihen der gekuppelten Batteriezellen 102 in der Gruppierung aufzustapeln, und nach einem Klappen der Batteriezellenanordnung an den zumindest zwei Scharnieren 108 axial, ziehharmonikaförmig gestapelt zu werden. Die Scharniere 108 in den verschiedenen Reihen der Gruppierung können unterschiedliche Längen und Flexibilität aufweisen, um das axiale, ziehharmonikaartige Stapeln der verschiedenen Reihen, nachdem sie auch seitlich gestapelt worden sind, zu berücksichtigen. Fachleute können innerhalb des Schutzumfanges der Offenlegung eine beliebige Anzahl von Reihen für die Gruppierung der Batteriezellenanordnung 100 auswählen.
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Mit Bezugnahme auf die 2 und 8 ist eine Batteriezellenanordnung 100' gemäß einer anderen Ausführungsform der Offenlegung veranschaulicht. Der Klarheit wegen sind gleiche oder ähnliche Strukturen wie bei 1 in den 2 und 8 mit einer gleichen Bezugsziffer und einem hinzugefügten Strich (')-Symbol abgebildet.
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Die Batteriezellenanordnung 100' umfasst eine gekuppelte Vielzahl von Batteriezellen 102', die durch Brücken 118' in Reihe geschaltet sind. Die Brücken 118' werden insbesondere verwendet, wenn sich der erste Anschluss 104' und der zweite Anschluss 106' von einer gleichen Seite der Batteriezelle 102' nach außen erstrecken, wie in den 2 und 8 gezeigt. Die Brücken 118' sind elektrisch leitfähige Verbinder, die sich zwischen dem ersten Anschluss 104' und dem zweitem Anschluss 106' des benachbarten Paares von Batteriezellen 102' erstrecken.
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In einer speziellen Ausführungsform, die in 8 gezeigt ist, sind die Brücken 118' Metallstreifen, die mit Schweißnähten 111' mit jedem von dem ersten Anschluss 104' und dem zweiten Anschluss 106' gekoppelt sind. Die Brücken 118' sind vorteilhafterweise flexibel und gestatten das Klappen der Batteriezellenanordnung 100' an dem zumindest einen Scharnier 108', sodass die Batteriezellen 102' in dem Batterieleistungssystem ziehharmonikaförmig gestapelt werden können.
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Nunmehr Bezug nehmend auf 4 umfasst die vorliegende Offenlegung ferner eine Kühlplattenanordnung 120. Die Kühlplattenanordnung 120 wird mit der Batteriezellenanordnung 100, 100' verwendet, um das Batterieleistungssystem zu bilden. Die Kühlplattenanordnung 120 umfasst eine gekuppelte Vielzahl von Kühlplatten 122. In beispielhaften Ausführungsformen weist jede der Kühlplatten 122 ein Kühlmittelströmungsfeld 124 mit einer Vielzahl von Kanälen zur Zirkulation eines Kühlfluids dadurch auf. Die Kühlplatten 122 weisen jeweils auch einen Kühlmitteleinlass 126 und einen Kühlmittelauslass 128 auf, um die Kühlplatte 122 in Kommunikation mit einem Kühlmittelsystem (nicht gezeigt) anzuordnen. In anderen Ausführungsformen weisen die Kühlplatten 122 kein Kühlmittelströmungsfeld 124 auf und sind stattdessen in thermischer Kommunikation mit beiden Batteriezellen 102 und einem Kühlkörper (nun gezeigt) angeordnet, um die Temperatur der Batteriezellen 102 zu regeln. Fachleute können je nach Wunsch verschiedene Arten von Kühlplatten 122 mit unterschiedlichen Strukturen und Mitteln zum Regeln der Temperatur verwenden.
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Wie die Batteriezellen 102, 102' weist die Kühlplattenanordnung 120 zumindest ein Scharnier 130 auf, das zwischen einem benachbarten Paar von Kühlplatten 122 angeordnet ist. Das zumindest eine Scharnier 130 kann zwischen den Kühlmittelströmungsfeldern 124 des benachbarten Paares von Kühlplatten 122 angeordnet sein. Illustrativ kann das zumindest eine Scharnier 130 der Kühlplattenanordnung 120 ein Gebiet aus einem flexiblen, dünnen Blech sein, das zwischen den Kühlmittelströmungsfeldern 124 angeordnet ist. Das flexible, dünne Blech des Scharniers 130 kann eine plastische Verformung erfahren, wenn die Kühlplatten 122 an dem Scharnier 130 geklappt werden. Die Vielzahl von Kühlplatten 122 ist ausgestaltet, um z. B. nach einem Klappen der Kühlplattenanordnung 120 an dem zumindest einen Scharnier 130 gestapelt zu sein, wie in 4 gezeigt.
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Mit Bezugnahme auf die 5A–5D ist ein schrittweises Klappen der Batteriezellenanordnung 100 und der Kühlplattenanordnung 120 zu dem Batterieleistungssystem der vorliegenden Offenlegung gezeigt. Die Batteriezellenanordnung 100 ist auch ohne die erste und die zweite nicht-leitfähige Schicht 103, 105 gezeigt, welche die Batteriezellen 102 einkapseln, um zu veranschaulichen, wie das Batterieleistungssystem zusammengeklappt und montiert wird.
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Im Speziellen wird jede der Batteriezellen 102 und der Kühlplatten 122 nach dem Zusammenklappen einer jeden von der Batteriezellenanordnung 100 und der Kühlplattenanordnung 120 an den jeweiligen Scharnieren 108, 130 in einem Stapel ziehharmonikaförmig abgewechselt. Das zumindest eine Scharnier 108 der Batteriezellenanordnung 100 kann auch im Wesentlichen orthogonal zu dem zumindest einen Scharnier 130 der Kühlplattenanordnung orientiert sein. Somit können die gekuppelten Batteriezellen 102 und die gekuppelten Kühlplatten 122 unter einem Winkel von 90°C in Bezug zueinander verschränkt und zusammengeklappt werden. Damit wird ein Batterieleistungssystem gemäß einer Ausführungsform der Offenlegung gefertigt.
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Nunmehr Bezug nehmend auf die 6A–6D sind das Batterieleistungssystem und das Verfahren zur Fertigung desselben gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenlegung gezeigt. Der Klarheit wegen sind gleiche oder ähnliche Strukturen wie bei den 1–5D in den 6A–6D mit einer gleichen Bezugsziffer und einem hinzugefügten Doppelstrich ('')-Symbol abgebildet.
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Die in den 6A–6D gezeigte Batteriezellenanordnung 100'' umfasst die Vielzahl von gekuppelten Batteriezellen 102''. Die Batteriezellenanordnung 100'' ist ohne die erste und die zweite nicht-leitfähige Schicht 103, 105 gezeigt, welche die Batteriezellen 102'' einkapseln, um zu veranschaulichen, wie das Batterieleistungssystem zusammengeklappt und montiert wird. Zumindest eine des benachbarten Paares von Batteriezellen 102'' weist die Kühlplatte 122'' auf, welche integral damit gebildet ist. Die Kühlplatte 122'' kann z. B. mit einem hoch wärmeleitfähigen Kleber an der Batteriezelle 102'' befestigt werden. Die Kühlplatte 122'' ist ausgestaltet, um nach dem Klappen der Batteriezellenanordnung 100'' an dem zumindest einen Scharnier 108'' zwischen dem benachbarten Paar der Batteriezellen 102'' angeordnet zu sein. Im Speziellen kann die Batteriezellenanordnung 100'' mit der integrierten Kühlplatte 122'' ziehharmonikaförmig geklappt werden, um den Stapel für das Batterieleistungssystem zu bilden. Damit wird das Batterieleistungssystem gemäß einer weiteren Ausführungsform der Offenlegung gefertigt.
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Nunmehr Bezug nehmend auf die 12 und 13 kann eine Batteriezellenanordnung 200 gemäß anderen Ausführungsformen die auf einen Kern 202 gewickelten Batteriezellen 102 umfassen. Der Kern 202 ist elektrisch nicht-leitfähig und kann in einer speziellen Form aus einem elektrisch nicht-leitfähigen thermoplastischen Material gebildet sein. Der Kern 202 kann eine zylindrische oder abgewinkelte Form aufweisen. Es können beliebige gewünschte Materialien und Formen für den Kern 202 verwendet werden. Die Batteriezellenanordnung 200 kann die spiralförmig entlang einer Länge des Kerns 202 gewickelten gekuppelten Batteriezellen 102, wie z. B. in 12 gezeigt, oder die spiralförmig gewickelten und auf dem Kern 202 überlappenden gekuppelten Batteriezellen 102, wie z. B. in 13 gezeigt, umfassen. Es können auch gekuppelte Kühlplatten 120 auf den Kern 202 benachbart zu den gekuppelten Batteriezellen 102 gewickelt sein, um die Temperatur der gekuppelten Batteriezellen 102 zu regeln. Jede der gekuppelten Batteriezellen 102 kann auch flexibel und/oder vorgeformt sein, um sich der Form des Kerns 202 anzupassen. In alternativen Ausführungsformen ist der Kern 202 hohl und für ein Kühlfluid ausgestaltet, welches zur Regelung der Temperatur der gekuppelten Batteriezellen 102 durch ihn hindurch zirkuliert werden soll. Andere Konfigurationen für die Batteriezellenanordnung 200, in denen die gekuppelten Batteriezellen 102 gewickelt im Gegensatz zu gestapelt sind, liegen ebenfalls innerhalb des Schutzumfanges der Offenlegung.
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Die Batteriezellenanordnung 100, 100', 100'' kann in einem Streifen vormontiert und anschließend während der Fertigung des diesbezüglichen Batterieleistungssystems ziehharmonikaförmig geklappt werden, wie hierin oben beschrieben. Die Anzahl von miteinander gekuppelten Batteriezellen 102, 102', 102'' kann so hoch sein, wie für die Fertigung des fertigen Batterieleistungssystems gewünscht, welches ein Leistungsniveau für eine spezielle Anwendung aufweist. Wenn auch die Verwendung des Kühlsystems erwünscht ist, um die Temperatur des Batterieleistungssystems zu regeln, können auch die Kühlplatten 122, 122'' in einem Streifen vormontiert und mit den gekuppelten Batteriezellen 102, 102', 102'' verschachtelt werden, wie z. B. in den 5A–5D gezeigt, oder mit den gekuppelten Batteriezellen 102, 102', 102'' integriert werden, wie z. B. in den 6A–6D gezeigt.
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Die Batteriezellenanordnung 100, 100', 100'' der vorliegenden Offenlegung minimiert eine Fertigungskomplexität in Bezug auf das resultierende Batterieleistungssystem infolge zumindest teilweise geringerer Schweiß- und Handhabungsanforderungen. Die Batteriezellenanordnung 100, 100', 100'' maximiert auch die volumetrische und Massen-Energiedichte durch Reduktion der Anzahl von dem Batterieleistungssystem zugehörigen Teilen und stellt ein vollständig abgedichtetes Modul bereit, um dadurch Probleme betreffend Feuchtigkeit, Kondensation und der diesbezüglichen Korrosion der Batteriezellen 102, 102', 102'' innerhalb der Batteriezellenanordnung 100, 100', 100'' zu minimieren.
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Während bestimmte repräsentative Ausführungsformen und Details gezeigt wurden, um die Erfindung zu veranschaulichen, wird für einen Fachmann offensichtlich sein, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der Offenlegung abzuweichen, der in den nachfolgenden beigefügten Ansprüchen weiter beschrieben ist.
