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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Batteriezelle, welche einen Arretierkörper umfasst, welcher mindestens ein elastisch federndes Element aufweist, welches dazu ausgebildet ist, sich bei einem Stoß der Batteriezelle elastisch zu verformen.
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Stand der Technik
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Batteriezellen, insbesondere Lithium-Ionen-Batteriezellen, besitzen mindestens eine positive und eine negative Elektrode, die Kathode beziehungsweise die Anode, welche Lithium-Ionen (Li+) reversibel während einer sogenannten Interkalation einlagern oder während einer sogenannten Deinterkalation wieder auslagern können. Zwischen der Kathode und der Anode ist ein Separator angeordnet. Oft werden im Stand der Technik Kathode, Anode und der dazwischenliegende Separator zu einem Elektrodenverbund aufgewickelt. Bei solchen, sogenannten gewickelten Batteriezellen handelt es sich genauer ausgedrückt um gewickelte Batteriezell-Einheiten, also um Elektrodenverbünde oder Elektrodenensembles, bei welchen mindestens eine positive Elektrode, mindestens eine negative Elektrode und mindestens ein dazwischenliegender Separator zu einer oder mehreren Rollen, sogenannten „Jelly Rolls“ aufgewickelt und in einem Batteriezellengehäuse angeordnet werden.
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Damit die Interkalation sowie die Deinterkalation von Lithium-Ionen innerhalb einer solchen Lithium-Ionen-Batteriezelle stattfinden kann, muss in selbiger ein sogenannter Lithium-Ionen-Leitsatz verbaut werden. Praktisch in allen derzeit zum Einsatz kommenden Lithium-Ionen-Batteriezellen des Standes der Technik wird, sowohl im Consumer-Bereich als auch im Automotiven Bereich, als Lithium-Leitsatz Lithium-Hexa-Fluorophosphat (LiPF6) eingesetzt. Dieses LiPF6 ist gegenüber Feuchtigkeit äußerst reaktiv, so dass es im Kontakt mit Wasser zu einer Hydrolyse in mehreren Stufen bis hin zur Bildung von Fluorwasserstoff (HF) kommt. Deshalb sind in der Praxis alle Lithium-Ionen-Batteriezellen in einem Batteriezellengehäuse mit einem metallischen Anteil angeordnet, wobei die in dem Batteriezellengehäuse verbaute Metallfolie beziehungsweise das verbaute Metallblech die eigentliche Sperre gegen die Luftfeuchte ist. Solche Batteriezellengehäuse können beispielsweise zu einem Großteil aus tiefgezogenem Aluminium-Blech bestehen. Man spricht hier auch von einem sogenannten Hartschalen-Gehäuse oder einem Hardcase.
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In Hybrid- und Elektrofahrzeugen müssen die verwendeten Batteriezellen und Batterien neben den für den Transport notwendigen Tests auch eine Vielzahl mechanischer Tests bestehen. Speziell bei hochkapazitiven Batteriezellen (zum Beispiel mit Kapazitäten von ca. 5 Ah bis 70 Ah) ist die Geometrie des in diesen enthaltenen, gewickelten Elektrodenverbundes ungünstig, um selbigen in einem beispielsweise prismatischen Batteriezellengehäuse volumetrisch zu platzieren. Zwischen der Wandung des Batteriezellengehäuses und dem Elektrodenensemble entsteht bei vielen Batteriezellen des Standes der Technik ein Hohlraum, aber auch seitlich, in den elektrodenmassefreien Zonen, in denen die Batteriezellenterminals beziehungsweise die Kollektoren an die massefreien Ableiterfolien angeschweißt werden, kommt es zur Hohlraumbildung. Beispielsweise offenbart die
US 2008 010 7961 A1 eine Batterie mit einem Elektrodenaufbau, welcher eine positive und eine negative Elektrode sowie einen zwischen diesen angeordneten Separator umfasst, wobei der Elektrodenaufbau in einem Batteriegehäuse angeordnet ist, welches eine Verstärkung für den Elektrodenaufbau aufweist.
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Aufgrund dieser Hohlräume kann sich der Elektrodenverbund bei mechanischen Belastungen, zum Beispiel bei Durchführung einer Rüttelprüfung, im Batteriezellengehäuse bewegen und deformiert werden. Auch können sich beispielsweise die einzelnen Elektroden innerhalb des Elektrodenverbundes verschieben. Dies kann wiederum zu inneren Kurzschlüssen führen. Dadurch besteht erhebliches Gefahrenpotential, da sich im Falle innerer Kurzschlüsse Lithium-Ionen-Batteriezellen entzünden und zudem hochgiftige Spezies wie Fluorwasserstoff (HF) emittiert werden können. Daher werden im Stand der Technik zur Fixierung der Elektrodenverbünde innerhalb der Batteriezelle, die Hohlräume, welche sich zwischen den Elektrodenverbünden und dem Batteriezellengehäuse bilden, mit sogenannten „Retainern“, also mit Arretierkörpern beziehungsweise Fixierkörpern, aufgefüllt. Diese fortan als Arretierkörper bezeichneten Retainer sind meist aus Kunststoff, üblicherweise aus Polypropylen (PP) gefertigt.
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Allerdings können sich diese Arretierkörper bei zu starken mechanischen Belastungen beziehungsweise Stößen der Batteriezelle in das von den Arretierkörpern zu fixierende Elektrodenensemble drücken, wodurch selbiges beschädigt werden kann. Ferner können wie bereits erwähnt bei einer Reaktion durch Kurzschluss, Überladung oder Erwärmung im Inneren der Batteriezelle Gase entstehen. Findet die Reaktion im unteren Bereich der Batteriezelle statt, kann es passieren, dass die Gase nicht an dem Elektrodenensemble vorbei zum Entgasungselement strömen können, so dass die Batteriezelle unkontrolliert abbläst. Dies passiert insbesondere dann, wenn die Arretierkörper durch die Temperaturentwicklung innerhalb der Batteriezelle schmelzen und dadurch den Gasstrom oder das Sicherheitsventil blockieren.
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Aus dem Stand der Technik sind mehrere Lösungsansätze für die oben beschriebene Problematik bekannt. Beispielsweise ist aus der
DE 10 2011 005 681 A1 ein Lithium-Ionen-Akkumulator bekannt, welcher einen Elektrodenwickel aufweist, der eine Anode, eine Kathode, einen Separator und einen zwischen Anode und Kathode angeordneten Elektrolyten umfasst und welcher ein Federelement aufweist, dessen Federkraft die Anode, die Kathode, den Separator sowie den Elektrolyten zumindest in Teilbereichen des Akkumulators im normalen Betriebszustand aneinanderpresst.
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Ferner ist aus der
DE 10 2007 010 738 A1 eine Batterie mit einem Gehäuse und einem in dem Gehäuse angeordneten Zellverbund aus Batteriezellen und einer Platine bekannt, welche im Inneren ihres Gehäuses angeordnete Stützelemente aufweist, durch welche die Platine im Falle einer Deformation des Gehäuses geschützt wird.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird eine Batteriezelle zur Verfügung gestellt, welche ein Batteriezellengehäuse, einen Batteriezellengehäusedeckel, mit welchem das Batteriezellengehäuse verschließbar ist sowie mindestens ein Batteriezellenterminal umfasst. Ferner weist die Batteriezelle mindestens einen Elektrodenverbund auf, welcher eine positive Elektrode und eine negative Elektrode umfasst, welche innerhalb des Batteriezellengehäuses angeordnet sind, wobei entweder die positive oder die negative Elektrode elektrisch leitfähig mit dem mindestens einen Batteriezellenterminal verbunden ist. Des Weiteren umfasst die Batteriezelle einen Arretierkörper, welcher zumindest einen Teil des Hohlraumes ausfüllt, welcher sich innerhalb des Batteriezellengehäuses zwischen dem Elektrodenverbund und dem Batteriezellengehäuse ausbildet und welcher dazu ausgelegt ist, den Elektrodenverbund innerhalb des Batteriezellengehäuses relativ zu dem Batteriezellengehäuse zu fixieren. Ferner umfasst die Batteriezelle ein Entgasungselement, welches dazu ausgelegt ist, innerhalb der Batteriezelle entstehende Gase aus der Batteriezelle abzulassen. Erfindungsgemäß weist der Arretierkörper mindestens ein elastisch federndes Element auf, welches dazu ausgebildet ist, sich bei einem Stoß der Batteriezelle elastisch zu verformen.
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Der Vorteil einer derart ausgeführten Batteriezelle ist, dass selbige gegenüber dem Stand der Technik besser abgesichert gegen eine Beschädigung ist, zum Beispiel verursacht durch einen Stoß der Batteriezelle. Durch den federnden Arretierkörper beziehungsweise durch das elastisch federnde Element des Arretierkörpers ist eine Erhöhung der Sicherheit der Batteriezelle kostengünstig und einfach realisierbar. Bei einem Stoß der Batteriezelle verformt sich das elastisch federnde Element des Arretierkörpers, so dass der Arretierkörper nicht mehr in den Elektrodenverbund gedrückt wird.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Arretierkörper dazu ausgebildet, den mindestens einen Elektrodenverbund aufzunehmen und/oder umfasst der Arretierkörper den mindestens einen Elektrodenverbund zumindest teilweise. Bei einer solchen Ausführung des Arretierkörpers ist der Elektrodenverbund besser innerhalb des Batteriezellengehäuses fixiert.
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Bevorzugt umfasst das elastisch federnde Element mindestens ein federndes Flügelelement. Ein solches elastisches, federndes Flügelelement ist besonders gut dazu in der Lage, einen Stoß der Batteriezelle zu kompensieren beziehungsweise ein Stoßen des Elektrodenverbundes gegen eine Innenwand des Batteriezellengehäuses zu verhindern. Kommt es zu einem Stoß der Batteriezelle, so wird die kinetische Energie des Stoßes zu einem Großteil durch das elastische, federnde Flügelelement aufgenommen, wodurch ein großer Teil der bei dem Stoß von der Batteriezelle aufgenommenen, kinetischen Energie kompensiert beziehungsweise abgefangen wird. Dadurch kann auf vorteilhafte Weise vermieden werden, dass der Arretierkörper bei dem Stoß in das Elektrodenensemble gedrückt wird.
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Vorzugsweise ist das mindestens eine federnde Flügelelement an einer Verbindungsstelle mit dem Arretierkörper verbunden und beschreibt bezogen auf diese Verbindungsstelle einen geschwungenen Verlauf. Des Weiteren weist der Arretierkörper bevorzugt einen Grundkörper auf, an welchem das mindestens eine elastisch federnde Flügelelement befestigt ist. Ferner bevorzugt schließt das mindestens eine elastisch federnde Flügelelement mit dem Grundkörper einen vorbestimmten Winkel ein. Dadurch ist das Flügelelement besser an die Form des Batteriezellengehäuses angepasst.
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In einer bevorzugten Weiterentwicklung dieser Ausführungsform ist das mindestens eine federnde Flügelelement parabolisch geformt. Mit anderen Worten ausgedrückt, weist das elastisch federnde Flügelelement bevorzugt die Form einer flachen, abgerundeten Schale oder eines aufgeschnittenen Paraboloiden auf. Mit anderen Worten ausgedrückt, weist der Querschnitt des elastisch federnden Flügelelementes bevorzugt die Form einer Parabel auf. Dadurch ist eine Energieaufnahme durch das Flügelelement beziehungsweise durch den Arretierkörper im Falle eines Stoßes verbessert möglich.
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Bevorzugt steht das elastisch federnde Element im zusammengebauten Zustand der Batteriezelle mit der Innenwand des Batteriezellengehäuses und/oder der Innenwand des Batteriezellengehäusedeckels in Kontakt. Dadurch wird die kinetische Energie im Falle eines Stoßes der Batteriezelle direkt von dem Batteriezellengehäuse beziehungsweise dem Batteriezellengehäusedeckel an das elastisch federnde Element weitergegeben beziehungsweise direkt auf das elastisch federnde Element übertragen.
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Vorzugsweise weist das elastisch federnde Element mindestens eine sich über zumindest einen Teil der Höhe des Arretierkörpers erstreckende Freisparung auf. Eine solche Freisparung dient ebenfalls dem Abfangen von kinetischer Energie im Falle eines Stoßes der erfindungsgemäßen Batteriezelle. Kommt es zu einem Stoß der erfindungsgemäßen Batteriezelle, so wird die bei dem Stoß übertragene kinetische Energie durch den die Freisparung aufweisenden Arretierkörper zumindest zu einem großen Teil abgefangen, indem sich die Freisparung in dem Arretierkörper zusammendrückt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Querschnitt der Freisparung über zumindest einen Teil der Höhe des Arretierkörpers eine ovale Form auf. Besonders bevorzugt weist der Querschnitt der Freisparung über zumindest einen Teil der Höhe des Arretierkörpers die Form einer Mandel oder die Form eines Auges auf.
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Bevorzugt ist das Material für den Arretierkörper ausgewählt aus einer Gruppe umfassend Hochtemperaturkunststoffe und mit mindestens einem Füllstoff versehene Kunststoffe.
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Vorzugsweise ist das Material für den Arretierkörper Polyphenylsulfid oder mit Keramikpartikeln und/oder Glasfasern gefülltes Polypropylen. Besonders bevorzugt ist das Material für den Arretierkörper mit einer Glasfaserfüllung von 30 % versehenes Polypropylen. Ferner bevorzugt ist das Material für den Arretierkörper mit einem Füllstoff versehenes Polyethylenterephthalat. Durch eine Füllung von Polypropylen mit einem Füllstoff lässt sich die Temperatur, ab deren Erreichung sich Polypropylen unter Hitze verformt, in vorteilhafter Weise von 90 °C auf über 120 °C erhöhen. Ferner ist Polyphenylsulfid ein teilkristalliner Hochleistungskunststoff, bei dem es sich um ein besonders widerstandsfähiges Polymer handelt, dessen gute mechanische Eigenschaften auch bei Temperaturen weit über 200 °C erhalten bleiben.
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Bevorzugt ist die beanspruchte Batteriezelle eine Lithium-Ionen-Batteriezelle.
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Des Weiteren wird eine Batterie mit einer erfindungsgemäßen Batteriezelle bereitgestellt, wobei die Batterie besonders bevorzugt als eine Lithium-Ionen-Batterie ausgeführt ist. Vorteile solcher Batterien sind unter anderem in ihrer vergleichsweise hohen Energiedichte sowie ihrer großen thermischen Stabilität gegeben. Ein weiterer Vorteil von Lithium-Ionen-Batterien ist, dass diese keinem Memory Effekt unterliegen.
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Ferner wird ein Kraftfahrzeug mit einer Batterie mit einer erfindungsgemäßen Batteriezelle bereitgestellt, wobei die Batterie mit einem Antriebssystem des Kraftfahrzeugs verbunden ist.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben und in der Beschreibung beschrieben.
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Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
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1 einen Querschnitt eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Batteriezelle sowie separat ein Ausführungsbeispiel für ein Batteriezellengehäuse mit Batteriezellengehäusedeckel,
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2 einen Querschnitt eines seitlichen Arretierkörpers eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Batteriezelle,
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3 einen Querschnitt eines oberen Arretierkörpers eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Batteriezelle, und
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4 einen Querschnitt eines weiteren seitlichen Arretierkörpers eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Batteriezelle.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Die 1 zeigt einen Querschnitt eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Batteriezelle 60 sowie separat ein Ausführungsbeispiel für ein Batteriezellengehäuse 50 mit Batteriezellengehäusedeckel 40. Genauer ausgedrückt, ist links in 1 der Querschnitt eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Batteriezelle 60 dargestellt, während rechts in 1 ein Batteriezellengehäuse 50 samt Batteriezellengehäusedeckel 40 dargestellt ist. In diesem Ausführungsbeispiel kann die erfindungsgemäße Batteriezelle 60 rein beispielhaft in einem wie rechts in 1 dargestellten Batteriezellengehäuse 50 angeordnet und das Batteriezellengehäuse 50 mit einem, wie ebenfalls rechts in 1 dargestellten Batteriezellengehäusedeckel 40 verschlossen sein. In diesem Ausführungsbeispiel weist das Batteriezellengehäuse 50 rein beispielhaft eine Bodenfläche 51, zwei Seitenflächen 55 und zwei Stirnflächen 53 auf.
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Die erfindungsgemäße Batteriezelle 60 umfasst also ein Batteriezellengehäuse 50, welches in diesem Ausführungsbeispiel rein beispielhaft prismatisch ausgeführt ist und abgerundete Kanten aufweist. Ferner umfasst die erfindungsgemäße Batteriezelle 60 einen Batteriezellengehäusedeckel 40, mit welchem das Batteriezellengehäuse 50 verschließbar ist sowie in diesem Ausführungsbeispiel rein beispielhaft zwei Batteriezellenterminals 11, welche ferner in diesem Ausführungsbeispiel optional durch den Batteriezellengehäusedeckel 40 hindurchführbar sind. Die erfindungsgemäße Batteriezelle 60 weist in diesem Ausführungsbeispiel rein beispielhaft zwei Elektrodenverbünde 30 auf, die jeweils eine positive Elektrode 17 und eine negative Elektrode 18 umfassen und welche innerhalb des Batteriezellengehäuses 50 angeordnet sind. In diesem Ausführungsbeispiel sind die positiven Elektroden 17 der Elektrodenverbünde 30 rein beispielhaft elektrisch leitfähig mit dem in 1 linken Batteriezellenterminal 11 verbunden, während die negativen Elektroden 18 der Elektrodenverbünde 30 rein beispielhaft elektrisch leitfähig mit dem in 1 rechten Batteriezellenterminal 11 verbunden sind. Allerdings ist das Vorhandensein von zwei Elektrodenverbünden 30 für die Ausführung einer erfindungsgemäßen Batteriezelle 60 lediglich optional. Es können auch erfindungsgemäße Batteriezellen 60 realisiert sein, welche nur einen Elektrodenverbund 30 oder mehr als zwei Elektrodenverbünde 30 aufweisen.
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Die Batteriezelle 60 weist einen Arretierkörper 20 auf, welcher zumindest einen Teil des Hohlraumes ausfüllt, welcher sich im zusammengebauten Zustand der Batteriezelle 60 innerhalb des Batteriezellengehäuses 50 zwischen den Elektrodenverbünden 30 und dem Batteriezellengehäuse 50 ausbildet. Der Arretierkörper 20 ist dazu ausgelegt, die Elektrodenverbünde 30 innerhalb des Batteriezellengehäuses 50 relativ zu dem Batteriezellengehäuse 50 zu fixieren. Des Weiteren weist die erfindungsgemäße Batteriezelle 60 ein Entgasungselement 15 auf, welches dazu ausgelegt ist, innerhalb der Batteriezelle 60 entstehende oder entstandene Gase aus der Batteriezelle 60 abzulassen. Mit anderen Worten ausgedrückt, ist das Entgasungselement 15 dazu ausgebildet, Gase, welche sich innerhalb der Batteriezelle 60 gebildet haben, bei Vorliegen einer vorbestimmten Bedingung, beispielsweise eines vorbestimmten Überdrucks, abzulassen. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Entgasungselement 15 rein beispielhaft als Berstmembran ausgeführt, welche bei Vorliegen eines vorbestimmten, vorab definierten Gasdrucks birst, wodurch das innerhalb der Batteriezelle 60 gebildete Gas kontrolliert entweichen kann. Das Entgasungselement 15 kann aber auch anders, beispielsweise als Entgasungsventil oder aber auch ganz anders ausgeführt sein.
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Die Arretierkörper 20 der erfindungsgemäßen Batteriezelle 60 weisen in diesem Ausführungsbeispiel elastisch federnde Elemente 1 auf, welche dazu ausgebildet sind, sich bei einem Stoß der Batteriezelle 60 elastisch zu verformen. Die elastisch federnden Elemente 1 der Arretierkörper 20 der in 1 dargestellten Batteriezelle 60 sind in 1 nicht gezeigt, werden jedoch in der Beschreibung zu den folgenden 2 bis 4 näher erläutert.
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In dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Batteriezelle 60 ist der Arretierkörper 20 rein beispielhaft dazu ausgebildet, die Elektrodenverbünde 30 aufzunehmen. In diesem Ausführungsbeispiel umfasst der Arretierkörper 20 jeweils einen Teil der beiden Elektrodenverbünde 30. Genauer ausgedrückt umschließt der Arretierkörper 20 in diesem Ausführungsbeispiel die Seiten- und Stirnflächen der Elektrodenverbünde 30 rein beispielhaft zu einem Teil. Ferner umschließt beziehungsweise umfasst der Arretierkörper 20 die Oberflächen der Elektrodenverbünde 30 rein beispielhaft zu einem Großteil. Allerdings ist die hier beschriebene und dargestellte Ausgestaltung des Arretierkörpers 20 rein beispielhaft gewählt. Es können beispielsweise auch erfindungsgemäße Batteriezellen 60 realisiert werden, in welchen der Arretierkörper 20 die Seitenflächen und/oder die Stirnflächen der Elektrodenverbünde 30 vollständig umschließt.
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In diesem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Batteriezelle 60 weist der Arretierkörper 20 rein beispielhaft zwei sich entlang eines Teils der Höhe der Elektrodenverbünde 30 erstreckende, seitliche Arretierkörper 21 auf, welche innerhalb von seitlichen Hohlräumen angeordnet sind, die sich zwischen den Stirn- und Seitenflächen 53, 55 des Batteriezellengehäuses 50 und den Elektrodenverbünden 30 sowie zwischen den beiden Elektrodenverbünden 30 selbst ausbilden. Mit anderen Worten ausgedrückt, weist der Arretierkörper 20 zwei seitliche Arretierkörper 21 auf, welche innerhalb des Batteriezellengehäuses 50 jeweils zwischen den Seiten des Batteriezellengehäuses 50, also der seitlichen Wandung des Batteriezellengehäuses 50 und den Elektrodenverbünden 30 zur seitlichen Fixierung der Elektrodenverbünde 30 angeordnet sind.
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Die seitlichen Arretierkörper 21 sind in diesem Ausführungsbeispiel rein beispielhaft dazu ausgebildet, einen Teil der Stirn- und Seitenflächen jeweils eines Elektrodenverbundes 30, selbige jeweils fixierend, zu umfassen. Ferner umfasst der Arretierkörper 20 der erfindungsgemäßen Batteriezelle 60 in diesem Ausführungsbeispiel rein beispielhaft einen oberen Arretierkörper 22, welcher innerhalb eines oberen Hohlraums angeordnet ist, welcher sich im mit dem Batteriezellengehäusedeckel 40 verschlossenen Zustand des Batteriezellengehäuses 50 innerhalb desselben zwischen den Elektrodenverbünden 30 und dem Batteriezellengehäusedeckel 40 ausbildet. In diesem Ausführungsbeispiel ist der obere Arretierkörper 22 dazu ausgebildet, einen Teil der Oberseiten der Elektrodenverbünde 30 zu umfassen und die Elektrodenverbünde 30 auf diese Weise innerhalb des Batteriezellengehäuses 50 zu fixieren.
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Die 2 zeigt einen Querschnitt eines seitlichen Arretierkörpers 21 eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Batteriezelle 60. Bei diesem seitlichen Arretierkörper 21 kann es sich rein beispielhaft um denjenigen seitlichen Arretierkörper 21 handeln, welcher in der in 1 dargestellten Batteriezelle 60 zweimalig verbaut ist. Dieser seitliche Arretierkörper 21 weist ein elastisch federndes Element 1 auf, welches dazu ausgebildet ist, sich bei einem Stoß der Batteriezelle 60 elastisch zu verformen. Mit anderen Worten ausgedrückt, weist der seitliche Arretierkörper 21 in diesem Ausführungsbeispiel ein elastisch federndes Element 1 auf, welches sich im verbauten Zustand des seitlichen Arretierkörpers 21 bei einem Stoß der Batteriezelle 60, bei welchem eine Kraft über die Außenwand des Batteriezellengehäuses 50 auf den seitlichen Arretierkörper 21 übertragen wird, elastisch reversibel verformt und welches bei Wegfall der Kraft, das heißt im unbelasteten Zustand, wieder seine ursprüngliche Ausgangsform anzunehmen vermag. Das elastisch federnde Element 1 des seitlichen Arretierkörpers 21 ist in diesem Ausführungsbeispiel rein beispielhaft an einem, einen wesentlichen Teil des seitlichen Arretierkörpers 21 ausbildenden Grundkörper befestigt, dessen Querschnitt in diesem Ausführungsbeispiel rein beispielhaft die Form eines spiegelverkehrten „E“ aufweist. Dieser sich „E-förmig“ in die Tiefendimension erstreckende Grundkörper ist in diesem Ausführungsbeispiel rein beispielhaft dazu ausgebildet, zwei Elektrodenverbünde 30 aufzunehmen beziehungsweise seitlich zu umfassen.
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In diesem Ausführungsbeispiel umfasst das elastisch federnde Element 1 rein beispielhaft ein federndes Flügelelement. Mit anderen Worten ausgedrückt, ist das elastisch federnde Element 1 in diesem Ausführungsbeispiel rein beispielhaft als elastisch federndes Flügelelement ausgeführt, welches ferner rein beispielhaft an einer Verbindungsstelle 2, also in einem Verbindungsbereich, mit dem Grundkörper des seitlichen Arretierkörpers 21 verbunden ist und bezogen auf diese Verbindungsstelle 2 einen geschwungenen Verlauf beschreibt. Genauer ausgedrückt ist das elastisch federnde Flügelelement parabolisch geformt. Mit anderen Worten ausgedrückt, beschreibt der Querschnitt des elastisch federnden Flügelelementes in diesem Ausführungsbeispiel rein beispielhaft die Form einer Parabel, welche ihren Scheitel beziehungsweise ihren Scheitelpunkt innerhalb der Verbindungsstelle 2 zu liegen hat. Ist der seitliche Arretierkörper 21 des in 2 gezeigten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Batteriezelle 60 in der Batteriezelle 60 verbaut, so steht das elastisch federnde Element 1 mit der Innenwand des Batteriezellengehäuses 50 in Kontakt (nicht dargestellt).
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Es können allerdings auch erfindungsgemäße Batteriezellen 60 mit Arretierkörpern 20 realisiert sein, bei welchen das elastisch federnde Element 1 nicht als elastisch federndes Flügelelement ausgeführt ist. Ferner können elastisch federnde Flügelelemente auch über mehr als eine Verbindungsstelle 2 mit einem Grundkörper eines Arretierkörpers 20 verbunden sein. Auch können erfindungsgemäße Batteriezellen 60 mit Arretierkörpern 20 ausgeführt sein, welche keine seitlichen Arretierkörper 21 oder keine oberen Arretierkörper 22, sondern beliebige andere Arretierkörper 20 an anderen Positionen innerhalb des Batteriezellengehäuses 50 der erfindungsgemäßen Batteriezelle 60 sind.
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3 zeigt einen Querschnitt eines oberen Arretierkörpers 22 eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Batteriezelle 60. Bei diesem oberen Arretierkörper 22 kann es sich rein beispielhaft um denjenigen oberen Arretierkörper 22 handeln, welcher in der in 1 dargestellten Batteriezelle 60 unterhalb des Batteriezellengehäusedeckels 40 innerhalb des Batteriezellengehäuses 50 verbaut ist. Dieser obere Arretierkörper 22 weist in diesem Ausführungsbeispiel rein beispielhaft zwei elastisch federnde Elemente 1 auf, welche beide jeweils als federnde Flügelelemente ausgeführt sind. Die federnden Flügelelemente sind jeweils an einer Verbindungsstelle 2, also in einem Verbindungsbereich, mit dem oberen Arretierkörper 22, beziehungsweise mit dem Grundkörper des oberen Arretierkörpers 22 verbunden. Dieser, einen wesentlichen Teil des oberen Arretierkörpers 22 bildende Grundkörper, weist in diesem Ausführungsbeispiel rein beispielhaft die Form eines rechteckigen Quaders auf. Die Unterseite dieses quaderförmigen Grundkörpers, das heißt die von den elastisch federnden Elementen 1 abgewandte Seite des quaderförmigen Grundkörpers, dient in diesem Ausführungsbeispiel rein beispielhaft als Anlagefläche für die Oberseiten der Elektrodenverbünde 30 der Batteriezelle 60.
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In diesem Ausführungsbeispiel weisen die zwei elastisch federnden Elemente 1, also die elastisch federnden Flügelelemente, jeweils bezogen auf ihre Verbindungsstelle 2 rein beispielhaft einen geschwungenen Verlauf auf. Die Querschnitte der beiden elastisch federnden Elemente 1 weisen dabei jeweils rein beispielhaft einen „V-förmigen“ Verlauf auf, wobei die Schenkel der „V-Form“ jeweils rein beispielhaft nach außen gebogen sind. Ist der obere Arretierkörper 22 des in 3 gezeigten Ausführungsbeispiels in der Batteriezelle 60 verbaut, so stehen die elastisch federnden Elemente 1 mit der Innenseite des Batteriezellengehäusedeckels 40 in Kontakt (nicht dargestellt).
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Es können allerdings auch erfindungsgemäße Batteriezellen 60 mit oberen Arretierkörpern 22 ausgeführt werden, welche anders ausgeführte elastisch federnde Elemente 1 als die oben beschriebenen aufweisen und welche ebenfalls nicht mit dem Batteriezellengehäusedeckel 40 der erfindungsgemäßen Batteriezelle 60 in Kontakt stehen müssen.
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In 4 ist ein Querschnitt eines weiteren seitlichen Arretierkörpers 21 eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Batteriezelle 60 dargestellt. Bei diesem seitlichen Arretierkörper 21 kann es sich rein beispielhaft um denjenigen seitlichen Arretierkörper 21 handeln, welcher in der in 1 dargestellten Batteriezelle 60 zweimalig verbaut ist. Dieser seitliche Arretierkörper 21 weist elastisch federnde Elemente 1 auf, welche dazu ausgebildet sind, sich bei einem Stoß der Batteriezelle 60 elastisch zu verformen. Mit anderen Worten ausgedrückt, weist der seitliche Arretierkörper 21 in diesem Ausführungsbeispiel elastisch federnde Elemente 1 auf, welche sich im verbauten Zustand des seitlichen Arretierkörpers 21 bei einem Stoß der Batteriezelle 60, bei welchem eine Kraft über die Außenwand des Batteriezellengehäuses 50 auf den seitlichen Arretierkörper 21 übertragen wird, elastisch reversibel verformen und welche bei Wegfall der Kraft, das heißt im unbelasteten Zustand, wieder ihre ursprüngliche Ausgangsform anzunehmen vermögen.
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Das elastisch federnde Element 1 des seitlichen Arretierkörpers 21 weist in diesem Ausführungsbeispiel rein beispielhaft zwei sich über die gesamte Höhe des seitlichen Arretierkörpers 20 erstreckende Freisparungen 4 auf. Es können allerdings auch erfindungsgemäße Batteriezellen 60 mit Arretierkörpern 20 beziehungsweise mit seitlichen Arretierkörpern 21 ausgeführt werden, in welchen sich eine oder mehrere Freisparungen 4 lediglich über einen Teil der Höhe oder aber über die gesamte Höhe des Arretierkörpers 20 beziehungsweise des seitlichen Arretierkörpers 21 erstrecken. In diesem Ausführungsbeispiel weisen die Querschnitte der Freisparungen 4 über die gesamte Höhe des Arretierkörpers 20 rein beispielhaft eine ovale Form auf. Mit anderen Worten ausgedrückt, weisen die Querschnitte der Freisparungen 4 in diesem Ausführungsbeispiel über die gesamte Höhe des Arretierkörpers 20 eine Mandelform beziehungsweise eine Augenform auf. Es können allerdings auch erfindungsgemäße Batteriezellen 60 mit derartigen Arretierkörpern 20 realisiert sein, in welchen die Querschnitte der Freisparungen 4 über die gesamte Höhe oder einen Teil der Höhe des Arretierkörpers 20 eine beliebige andere als eine ovale Form aufweisen.
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In allen Ausführungsbeispielen handelt es sich bei den jeweils beschriebenen Arretierkörpern 20 um seitliche oder obere Arretierkörper 21, 22. Es können allerdings auch erfindungsgemäße Batteriezellen 60 mit anderen Arretierkörpern 20, das heißt mit an anderen Stellen positionierten Arretierkörpern 20 ausgeführt werden, wobei diese anders positionierten Arretierkörper 20 die in den vorhergehend beschriebenen Ausführungsbeispielen dargestellten elastisch federnden Elemente 1 aufweisen oder aber auch andere elastisch federnde Elemente 1 als die vorhergehend beschriebenen aufweisen. Zum Beispiel können auch erfindungsgemäße Batteriezellen 60 mit oberen Arretierkörpern 22 ausgeführt sein, welche ein elastisch federndes Element 1 aufweisen, welches einen parabolischen Querschnitt aufweist.
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In den vorhergehend beschriebenen Ausführungsbeispielen sind die Materialien für die jeweiligen Arretierkörper 20 rein beispielhaft ausgewählt aus einer Gruppe umfassend Hochtemperaturkunststoffe und mit mindestens einem Füllstoff versehene Kunststoffe. Für einen ersten der vorhergehend beschriebenen Arretierkörper 20 ist das Material für den Arretierkörper 20 rein beispielhaft Polyphenylsulfid, während das Material für einen zweiten der vorhergehend beschriebenen Arretierkörper 20 mit Keramikpartikeln gefülltes Polypropylen ist. In diesem Ausführungsbeispiel machen die Keramikpartikel rein beispielhaft 30 % des Volumens des Arretierkörpers 20 aus. Das Material für den dritten der vorhergehend beschriebenen Arretierkörper 20 ist rein beispielhaft mit Glasfasern gefülltes Polypropylen. Dabei machen die Glasfasern in diesem Ausführungsbeispiel rein beispielhaft 40 % des Volumens des Arretierkörpers 20 aus. Anstelle von Polypropylen kann in anderen Ausführungsbeispielen erfindungsgemäßer Batteriezellen 60 auch rein beispielhaft Polyethylenterephthalat zum Einsatz kommen.
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Es können allerdings auch erfindungsgemäße Batteriezellen 60 mit Arretierkörpern 20 realisiert sein, welche andere Materialien als die vorhergehend genannten umfassen oder aus selbigen bestehen. Auch können andere erfindungsgemäße Batteriezellen 60 ausgeführt sein, in welchen alle vorhandenen Arretierkörper 20 aus demselben Material bestehen beziehungsweise die gleichen, das heißt identische Materialien aufweisen. Ist das Material für den oder die Arretierkörper 20 mit Keramikpartikeln und/oder Glasfasern gefülltes Polypropylen, so kann dieses Polypropylen auch zu einem anderen Prozentsatz mit dem jeweiligen Füllstoff, das heißt mit Keramikpartikeln oder Glasfasern gefüllt sein. Mit anderen Worten ausgedrückt, kann der Füllstoff einen anderen prozentualen Anteil des Gesamtvolumens des Arretierkörpers 20 ausmachen. Auch können andere Füllstoffe als die oben beschriebenen zur Füllung von Polypropylen oder einem anderen Kunststoff gewählt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 20080107961 A1 [0004]
- DE 102011005681 A1 [0007]
- DE 102007010738 A1 [0008]
