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Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrochemische Zelle, insbesondere eine elektrochemische Zelle einer Akkumulatorvorrichtung.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrochemische Zelle bereitzustellen, welche einen einfachen Aufbau aufweist und eine zuverlässige elektrische Kontaktierung ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine elektrochemische Zelle gelöst, welche Folgendes umfasst:
ein elektrochemisches Element zur Aufnahme, Speicherung und/oder Bereitstellung von elektrischer Energie;
ein positives Zellterminal und ein negatives Zellterminal zum Verbinden der elektrochemischen Zelle mit einem Zellkontaktierungssystem;
mindestens einen Verbindungsleiter zum Verbinden eines Anschlusses des elektrochemischen Elements mit einem Zellterminal,
wobei die elektrochemische Zelle mindestens ein einstückig ausgebildetes Kontaktelement umfasst, welches ein Zellterminal der elektrochemischen Zelle und einen Verbindungsleiter bildet.
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Dadurch, dass erfindungsgemäß die elektrochemische Zelle mindestens ein einstückig ausgebildetes Kontaktelement umfasst, welches ein Zellterminal der elektrochemischen Zelle und einen Verbindungsleiter bildet, weist die elektrochemische Zelle einen einfachen Aufbau auf und ermöglicht eine zuverlässige elektrische Kontaktierung. Insbesondere kann mittels des mindestens einen einstückig ausgebildeten Kontaktelements eine zuverlässige elektrische Verbindung zwischen dem Zellkontaktierungssystem und dem mindestens einen Anschluss des elektrochemischen Elements hergestellt werden.
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Das positive Zellterminal ist vorzugsweise mit einem Anschluss des elektrochemischen Elements verbunden, welcher einen positiven Pol des elektrochemischen Elements bildet.
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Das negative Zellterminal ist vorzugsweise mit einem Anschluss des elektrochemischen Elements verbunden, welcher einen negativen Pol des elektrochemischen Elements bildet.
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Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die elektrochemische Zelle ein Gehäuse zur Aufnahme des elektrochemischen Elements umfasst, wobei das Gehäuse ein Gehäusebauteil umfasst, an welchem das mindestens eine Kontaktelement festgelegt ist.
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Mindestens ein Kontaktelement ist vorzugsweise mittels einer elektrisch isolierenden Verbindung an dem Gehäusebauteil festgelegt. Auf diese Weise kann insbesondere eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Gehäusebauteil und dem Kontaktelement verhindert werden.
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Günstig kann es sein, wenn mindestens ein Kontaktelement mittels eines Kunststoffelements an dem Gehäusebauteil festgelegt ist. Auf diese Weise kann eine elektrische Kontaktierung wirksam verhindert werden, insbesondere dann, wenn das Kunststoffelement aus einem elektrisch isolierenden Kunststoff gebildet ist.
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Es kann vorgesehen sein, dass das Kunststoffelement ein Dichtungselement zum Abdichten eines Innenraums des Gehäuses gegenüber einer Umgebung der elektrochemischen Zelle bildet. Ein zusätzliches Dichtelement, das heißt ein von dem Kunststoffelement verschiedenes Dichtelement, zum Abdichten eines Innenraums des Gehäuses gegenüber der Umgebung der elektrochemischen Zelle kann hierdurch entbehrlich sein. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass zusätzlich zu dem Kunststoffelement ein Dichtungselement zum Abdichten des Innenraums des Gehäuses gegenüber der Umgebung der elektrochemischen Zelle vorgesehen ist.
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Vorzugsweise weist das Kunststoffelement zumindest abschnittsweise eine Form auf, welche komplementär zu einer Form einer Durchtrittsöffnung in dem Gehäusebauteil ausgebildet ist.
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Insbesondere ist vorgesehen, dass das Kunststoffelement zumindest abschnittsweise eine Form aufweist, welche komplementär zu einer Form einer Durchtrittsöffnung in dem Gehäusebauteil ausgebildet ist, an dem das Kontaktelement festgelegt ist.
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Das Kontaktelement ist vorzugsweise zumindest teilweise durch eine Durchtrittsöffnung in dem Gehäusebauteil hindurchführbar.
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Günstig kann es sein, wenn das Kontaktelement durch Drehen desselben formschlüssig an dem Gehäusebauteil festlegbar ist.
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Hierbei kann vorgesehen sein, dass das Kontaktelement seitlich wegragende Vorsprünge umfasst, welche durch Drehen des Kontaktelements das Gehäusebauteil bezüglich einer Einbringrichtung des Kontaktelements in die Durchtrittsöffnung des Gehäusebauteils hintergreifen. Eine Bewegung des Kontaktelements relativ zu dem Gehäusebauteil, insbesondere längs oder entgegen der Einbringrichtung des Kontaktelements ist dann vorzugsweise unterbunden.
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Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Durchtrittsöffnung durch ein Einführen und/oder zumindest teilweises Hindurchführen des Kontaktelements durch die Durchtrittsöffnung verschließbar, insbesondere abdichtbar, ist.
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Ein Anschluss des elektrochemischen Elements, welcher insbesondere einen positiven Pol bildet, ist vorzugsweise elektrisch leitend mit dem Gehäusebauteil verbunden, an welchem das Kontaktelement festgelegt ist.
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Ferner kann vorgesehen sein, dass ein Kontaktelement, insbesondere das eine Kontaktelement, an einem Anschluss des elektrochemischen Elements festgelegt ist, welcher einen negativen Pol bildet.
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Das Gehäusebauteil, an welchem das Kontaktelement festgelegt ist, bildet vorzugsweise einen Deckel für ein weiteres Gehäusebauteil des Gehäuses. Das weitere Gehäusebauteil ist vorzugsweise als eine Aufnahmeschale zur Aufnahme des elektrochemischen Elements ausgebildet.
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Günstig kann es sein, wenn das Kontaktelement durch Verrasten, Verstemmen und/oder Umspritzen formschlüssig an dem Gehäusebauteil festgelegt ist.
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Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Kontaktelement durch Verrasten und/oder Verstemmen des Kontaktelements, eines Kunststoffelements und/oder des Gehäusebauteils selbst formschlüssig an dem Gehäusebauteil festgelegt ist.
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Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, dass das Kontaktelement und das Gehäusebauteil durch Anspritzen eines Kunststoffelements an das Kontaktelement und/oder an das Gehäusebauteil formschlüssig miteinander verbunden sind.
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Es kann vorgesehen sein, dass das Kontaktelement durch Umformen des Gehäusebauteils an dem Gehäusebauteil festgelegt ist. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Gehäusebauteil in einem Prägeverfahren umgeformt wird, um das Kontaktelement an dem Gehäusebauteil festzulegen.
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Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung einer elektrochemischen Zelle.
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Der Erfindung liegt diesbezüglich die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer elektrochemischen Zelle bereitzustellen, mittels welchem eine einfach aufgebaute und zuverlässig elektrisch kontaktierbare elektrochemische Zelle herstellbar ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Herstellung einer elektrochemischen Zelle gelöst, welches Folgendes umfasst:
Bereitstellen eines elektrochemischen Elements zur Aufnahme, Speicherung und/oder Bereitstellung von elektrischer Energie;
Bereitstellen eines positiven Zellterminals und/oder eines negativen Zellterminals zum Verbinden der elektrochemischen Zelle mit einem Zellkontaktierungssystem;
Bereitstellen eines einstückig ausgebildeten Kontaktelements, welches ein Zellterminal der elektrochemischen Zelle und einen Verbindungsleiter zum Verbinden eines Anschlusses des elektrochemischen Elements mit einem Zellterminal bildet.
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Das erfindungsgemäße Verfahren weist vorzugsweise einzelne oder mehrere der im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen elektrochemischen Element beschriebenen Merkmale und/oder Vorteile auf.
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Günstig kann es sein, wenn das Kontaktelement in einem Fließpressverfahren hergestellt wird.
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Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Kunststoffelement an einem Gehäusebauteil eines Gehäuses des elektrochemischen Elements angeordnet, insbesondere an das Gehäusebauteil angespritzt wird.
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Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, dass ein Kunststoffelement an dem Kontaktelement angeordnet, insbesondere an das Kontaktelement angespritzt, wird.
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Günstig kann es sein, wenn das Kontaktelement in einer Durchtrittsöffnung eines Gehäusebauteils eines Gehäuses des elektrochemischen Elements positioniert und festgelegt wird.
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Das Kontaktelement kann beispielsweise durch Drehen des Kontaktelements relativ zu dem Gehäusebauteil in der Durchtrittsöffnung festgelegt werden.
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Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Kontaktelement durch Drehen des Kontaktelements um eine im Wesentlichen parallel zu einer Einschubrichtung verlaufende Achse formschlüssig längs der Einschubrichtung relativ zu dem Gehäusebauteil in der Durchtrittsöffnung festgelegt wird.
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Günstig kann es sein, wenn das Kontaktelement relativ zu einem Gehäusebauteil des elektrochemischen Elements positioniert wird und wenn zur Fixierung der Position des Kontaktelements relativ zu dem Gehäusebauteil ein Kunststoffelement zwischen das Gehäusebauteil und das Kontaktelement eingebracht, insbesondere angespritzt, wird.
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Das Gehäusebauteil und/oder das Kontaktelement umfassen vorzugsweise eine oder mehr Durchtrittsöffnungen, welche zur Fixierung der Position des Kontaktelements umspritzt werden.
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Unter einem Umspritzen einer Durchtrittsöffnung ist insbesondere ein zumindest teilweises Füllen der Durchtrittsöffnung und ein Umspritzen in einem Randbereich der Durchtrittsöffnung derart zu verstehen, dass nach einem Aushärten des Spritzmaterials eine formschlüssige Verbindung des Spritzmaterials mit der Durchtrittsöffnung und somit insbesondere mit dem Kontaktelement und/oder dem Gehäusebauteil hergestellt ist.
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Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, dass das Kontaktelement relativ zu einem Gehäusebauteil eines Gehäuses des elektrochemischen Elements positioniert wird und dass zur Fixierung der Position des Kontaktelements relativ zu dem Gehäusebauteil das Gehäusebauteil umgeformt wird.
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Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass ein Kunststoffelement an ein Kontaktelement angespritzt und dann durch Umformen des Gehäusebauteils zusammen mit dem Kontaktelement an dem Gehäusebauteil festgeklemmt wird.
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Zur, insbesondere zusätzlichen, Abdichtung des Innenraums des Gehäuses gegenüber einer Umgebung der elektrochemischen Zelle wird vorzugsweise ein Dichtungselement zwischen das Kontaktelement und das Gehäuse, insbesondere zwischen das Kontaktelement und ein Kunststoffelement und/oder zwischen das Kunststoffelement und das Gehäusebauteil des Gehäuses, eingebracht.
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Das Anspritzen und/oder Umspritzen, insbesondere zur Herstellung eines Kunststoffelements, erfolgt vorzugsweise in einem Spritzgussverfahren.
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Die elektrochemische Zelle eignet sich insbesondere zur Verwendung in einer elektrochemischen Vorrichtung.
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Eine solche elektrochemische Vorrichtung umfasst vorzugsweise mehrere elektrochemische Zellen, welche mittels eines Stromleitungssytems miteinander verbunden sind. Mittels eines Signalleitungssystems sind vorzugsweise die elektrochemischen Zellen mit einer Steuervorrichtung verbunden.
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Die elektrochemische Zelle ist insbesondere eine Lithium-Ionen-Zelle.
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Ferner können die erfindungsgemäße elektrochemische Zelle und/oder das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer elektrochemischen Zelle einzelne oder mehrere der nachfolgend beschriebenen Merkmale und/oder Vorteile aufweisen:
Das elektrochemische Element ist insbesondere ein Zellwickel.
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Insbesondere eine Lasche des Zellwickels bildet vorzugsweise einen Anschluss des elektrochemischen Elements.
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Günstig kann es sein, wenn das elektrochemische Element zwei einander gegenüberliegend angeordnete und voneinander abgewandte Anschlüsse umfasst.
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Mittels des Kontaktelements ist vorzugsweise ein Pol des elektrochemischen Elements aus einem Innenraum eines Gehäuses der elektrochemischen Zelle nach außen geführt.
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Der weitere Pol des elektrochemischen Elements und das Gehäuse sind vorzugsweise direkt miteinander verbunden und liegen auf demselben Potential. Das Kontaktelement ist vorzugsweise elektrisch von dem Gehäuse isoliert, um einen Kurzschluss zu vermeiden.
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Durch das einstückig ausgebildete Kontaktelement kann vorzugsweise eine aufwendige und fehlerträchtige mehrteilige Verbindung zwischen einem Anschluss des elektrochemischen Elements und dem Terminal (Zellterminal) vermieden werden.
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Ein Kunststoffelement zum Festlegen des Kontaktelements an dem Gehäusebauteil des Gehäuses der elektrochemischen Zelle bildet vorzugsweise eine Verankerungsvorrichtung zur Verankerung des Kontaktelements, insbesondere damit dieses im montierten Zustand der elektrochemischen Zelle nicht entgegen einer Einschubrichtung (Einbringrichtung) des Kontaktelements aus dem Innenraum des Gehäuses herausdrückbar ist.
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Das Material des Kontaktelements ist vorzugsweise ein von dem Material des Anschlusses des elektrochemischen Elements verschiedenes Material.
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Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass das Material des Kontaktelements und das Material des Anschlusses des elektrochemischen Elements identisch sind.
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Weitere bevorzugte Merkmale und/oder Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen.
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In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine schematische perspektivische Explosionsdarstellung einer ersten Ausführungsform einer elektrochemischen Zelle, bei welcher ein Kontaktelement durch Umspritzen desselben mit einem Kunststoffmaterial mit einem Gehäusebauteil eines Gehäuses der elektrochemischen Zelle verbunden ist;
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2 eine schematische Seitenansicht der elektrochemischen Zelle aus 1;
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3 eine weitere schematische Seitenansicht der elektrochemischen Zelle aus 1;
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4 einen schematischen Schnitt durch die elektrochemische Zelle aus 1 längs der Linie 4-4 in 3;
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5 eine vergrößerte Darstellung des Bereichs V in 4;
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6 eine schematische Draufsicht von oben auf die elektrochemische Zelle aus 1;
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7 eine schematische perspektivische Darstellung eines einen Deckel bildenden Gehäusebauteils der elektrochemischen Zelle aus 1, mit Blick auf eine Unterseite des Gehäusebauteils;
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8 eine der 1 entsprechende schematische perspektivische Explosionsdarstellung einer zweiten Ausführungsform einer elektrochemischen Zelle, bei welcher ein Kontaktelement mittels einer Rastvorrichtung mit einem Gehäusebauteil eines Gehäuses der elektrochemischen Zelle verbunden ist;
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9 eine der 2 entsprechende schematische Seitenansicht der elektrochemischen Zelle aus 8;
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10 eine der 3 entsprechende schematische Seitenansicht der elektrochemischen Zelle aus 8;
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11 einen der 4 entsprechenden schematischen Schnitt durch die elektrochemische Zelle aus 8 längs der Linie 11-11 in 10;
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12 eine vergrößerte Darstellung des Bereichs XII in 11;
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13 eine der 6 entsprechende schematische Draufsicht von oben auf die elektrochemische Zelle aus 8;
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14 eine der 11 entsprechende schematische Schnittdarstellung einer alternativen Ausführungsform einer elektrochemischen Zelle, bei welcher anstelle einer Verrastung eine Verstemmung zur Verbindung des Kontaktelements mit dem Gehäusebauteil vorgesehen ist;
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15 eine vergrößerte Darstellung des Bereichs XV in 14;
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16 eine der 11 entsprechende schematische Schnittdarstellung einer weiteren alternativen Ausführungsform einer elektrochemischen Zelle, bei welcher ein Umspritzelement zum Festlegen des Kontaktelements an dem Gehäusebauteil vorgesehen ist;
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17 eine vergrößerte Darstellung des Bereichs XVII in 16;
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18 eine der 2 entsprechende Seitenansicht einer dritten Ausführungsform einer elektrochemischen Zelle, bei welcher ein Kontaktelement durch Umformen eines Gehäusebauteils an dem Gehäusebauteil festgelegt ist;
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19 eine der 3 entsprechende schematische Seitenansicht der elektrochemischen Zelle aus 18;
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20 eine der 6 entsprechende schematische Draufsicht auf eine Oberseite der elektrochemischen Zelle aus 18;
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21 einen schematischen Schnitt durch die elektrochemische Zelle aus 18 längs der Linie 21-21 in 20;
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22 eine vergrößerte Darstellung des Bereichs XXII in 21;
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23 bis 25 vereinfachte Darstellungen des Kontaktelements und des Gehäuses gemäß 21 zur Illustration der Verbindung zwischen dem Kontaktelement und dem Gehäusebauteil des Gehäuses;
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26 eine der 2 entsprechende schematische Seitenansicht einer vierten Ausführungsform einer elektrochemischen Zelle, bei welcher mehrere Durchtrittsöffnungen in einem Gehäusebauteil umspritzt werden, um ein Kontaktelement mit dem Gehäusebauteil zu verbinden;
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27 eine der 3 entsprechende schematische Seitenansicht der elektrochemischen Zelle aus 26;
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28 eine der 6 entsprechende schematische Draufsicht von oben auf die elektrochemische Zelle aus 26;
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29 einen schematischen Schnitt durch die elektrochemische Zelle aus 26 längs der Linie 29-29 in 28;
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30 eine vergrößerte Darstellung des Bereichs XXX in 29;
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31 eine der 1 entsprechende schematische perspektivische Explosionsdarstellung einer fünften Ausführungsform einer elektrochemischen Zelle, bei welcher ein Kontaktelement durch Drehen desselben relativ zu einem Gehäusebauteil eines Gehäuses der elektrochemischen Zelle an dem Gehäusebauteil festlegbar ist;
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32 eine der 2 entsprechende schematische Seitenansicht der elektrochemischen Zelle aus 31;
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33 eine der 3 entsprechende schematische Seitenansicht der elektrochemischen Zelle aus 31;
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34 eine der 6 entsprechende schematische Draufsicht von oben auf die elektrochemische Zelle aus 31;
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35 einen schematischen Schnitt durch die elektrochemische Zelle aus 31 längs der Linie 35-35 in 34;
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36 eine vergrößerte Darstellung des Bereichs XXXVI in 35;
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37 eine schematische perspektivische Darstellung eines einen Deckel bildenden Gehäusebauteils der elektrochemischen Zelle aus 31, mit Blick auf eine Unterseite des Gehäusebauteils; und
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38 eine vergrößerte Darstellung des Bereichs XXXVIII in 37.
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Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in sämtlichen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
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Eine in den 1 bis 7 dargestellte Ausführungsform einer als Ganzes mit 100 bezeichneten elektrochemischen Zelle ist beispielsweise eine Lithium-Ionen-Zelle einer (nicht dargestellten) Akkumulatorvorrichtung.
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Die elektrochemische Zelle 100 umfasst ein elektrochemisches Element 102.
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Das elektrochemische Element 102 ist beispielsweise als ein Zellwickel 104 ausgebildet und dient der Aufnahme, Speicherung und/oder Bereitstellung von elektrischer Energie.
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Das elektrochemische Element 102 weist zwei Anschlüsse 106 auf, welche Pole 108, nämlich einen positiven Pol 108 und einen negativen Pol 108, des elektrochemischen Elements 102 bilden.
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Die Anschlüsse 106 sind insbesondere auf einander gegenüberliegenden Seiten des elektrochemischen Elements 102 angeordnet.
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Die elektrochemische Zelle 100 umfasst ferner ein Gehäuse 110 zur Aufnahme des elektrochemischen Elements 102.
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Das Gehäuse 110 umfasst ein beispielsweise als Aufnahmeschale 112 ausgebildetes Gehäusebauteil 114 und ein beispielsweise als Deckel 116 ausgebildetes Gehäusebauteil 114.
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Die Aufnahmeschale 112 umgibt einen Innenraum 118 des Gehäuses 110 vorzugsweise fünfseitig.
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Der Deckel 116 dient zur Anordnung an der nicht von der Aufnahmeschale 112 begrenzten Seite des Innenraums 118.
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Mittels der Aufnahmeschale 112 und des Deckels 116 ist der Innenraum 118 somit von sämtlichen sechs Seiten umgeben, insbesondere fluiddicht abgeschlossen.
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Die Aufnahmeschale 112 ist im Wesentlichen quaderförmig ausgebildet.
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Der Deckel 116 ist im Wesentlichen plattenförmig ausgebildet.
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Im montierten Zustand der elektrochemischen Zelle 100 ist das elektrochemische Element 102 in dem Innenraum 118 des Gehäuses 110 angeordnet.
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Um elektrische Leistung an das elektrochemische Element 102 anlegen zu können oder um elektrische Leistung von dem elektrochemischen Element 102 abgreifen zu können, müssen die Pole 108 des elektrochemischen Elements 102 aus dem Innenraum 118 nach außen geführt werden.
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Die elektrochemische Zelle 100 umfasst hierzu zwei Verbindungsleiter 120 und zwei Zellterminals 122.
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Die Zellterminals 122 sind diejenigen Stellen der elektrochemischen Zelle 100, an welchen von einer Außenseite der elektrochemischen Zelle 100 eine elektrische Kontaktierung des elektrochemischen Elements 102 möglich ist.
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Die Verbindungsleiter 120 sind Elemente zur elektrischen Verbindung der Zellterminals 122 mit den Anschlüssen 106.
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Bei der in den 1 bis 7 dargestellten Ausführungsform der elektrochemischen Zelle 100 sind beide Zellterminals 122 an dem Deckel 116 angeordnet, insbesondere an dem Deckel 116 festgelegt.
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Die Anschlüsse 106, die Verbindungsleiter 120 und die Zellterminals 122 können aus voneinander verschiedenen Einzelteilen gebildet sein.
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Vorzugsweise umfasst die elektrochemische Zelle 100 jedoch mindestens ein Kontaktelement 124, welches einstückig ausgebildet ist und einen Verbindungsleiter 120 und ein Zellterminal 122 bildet.
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Bei der in den 1 bis 7 dargestellten Ausführungsform der elektrochemischen Zelle 100 ist vorgesehen, dass die beiden Gehäusebauteile 114 gemeinsam mit einem Zellterminal 122 auf einem Potential eines Pols 108 liegen.
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Das weitere Zellterminal 122 muss somit von diesem Zellterminal 122 und beiden Gehäusebauteilen 114 elektrisch isoliert sein, um einen unerwünschten Kurzschluss der Pole 108 des elektrochemischen Elements 102 zu vermeiden.
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Das von dem einen Zellterminal 122 und den beiden Gehäusebauteilen 114 elektrisch isolierte Zellterminal 122 ist mittels eines Kontaktelements 124 gebildet, das heißt Bestandteil eines einstückigen Bauteils, welches sowohl das Zellterminal 122 als auch einen Verbindungsleiter 120 bildet.
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Das Kontaktelement 124 ist mittels eines Kunststoffelements 126 elektrisch isolierend an dem den Deckel 116 bildenden Gehäusebauteil 114 festgelegt.
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Das Kunststoffelement 126 umgibt das Kontaktelement 124 in einem Bereich, in welchem das Kontaktelement 124 durch den Deckel 116 hindurchgeführt ist.
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Das Kunststoffelement 126 bildet vorzugsweise ein Dichtungselement 128 zum Abdichten des Gehäuses 110 gegenüber einer Umgebung 130 der elektrochemischen Zelle 100.
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Mittels des ein Dichtelement 128 bildenden Kunststoffelements 126 kann somit vorzugsweise verhindert werden, dass ein Fluid aus dem Innenraum 118 des Gehäuses 110 an der Schnittstelle zwischen dem Kontaktelement 124 und dem Deckel 116 entweicht.
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Es kann ferner vorgesehen sein, dass die elektrochemische Zelle 100 zusätzlich zu dem Kunststoffelement 126 ein von dem Kunststoffelement 126 verschiedenes Dichtungselement 128 zur Abdichtung des Innenraums 118 des Gehäuses 110 umfasst.
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Wie insbesondere 5 zu entnehmen ist, erstreckt sich das Kontaktelement 124 im montierten Zustand der elektrochemischen Zelle 100 durch eine Durchtrittsöffnung 132 in dem den Deckel 116 bildenden Gehäusebauteil 114 hindurch.
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Das Kontaktelement 124 liegt dabei an keiner Stelle unmittelbar an dem Deckel 116, insbesondere an der Durchtrittsöffnung 132 an, so dass kein elektrischer Kontakt zwischen dem Kontaktelement 124 und dem Deckel 116 besteht.
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Vielmehr ist das Kontaktelement 124 im Bereich der Durchtrittsöffnung 132 von einer elektrisch isolierenden Ummantelung 134 umgeben.
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Die Ummantelung 134 ist insbesondere durch das Kunststoffelement 126 gebildet.
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Der Deckel 116 umfasst neben der Durchtrittsöffnung 132 zur Aufnahme des Kontaktelements 124 vorzugsweise mindestens eine weitere Durchtrittsöffnung 132, an welcher das Kunststoffelement 126 angeordnet ist.
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Das Kunststoffelement 126 erstreckt sich insbesondere durch mindestens eine Durchtrittsöffnung 132 hindurch und ist formschlüssig mit dem Deckel 116 verbunden.
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Das Kunststoffelement 126 ist dabei insbesondere bezüglich einer Einschubrichtung 136 des Kontaktelements 124, in welcher das Kontaktelement 124 in die Durchtrittsöffnung 132 des Deckels 116 einbringbar ist, formschlüssig an dem Deckel 116 festgelegt.
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Das Kunststoffelement 126 umfasst hierzu insbesondere mindestens einen Hinterschneidungsabschnitt 138, welcher den Deckel 116 auf einer dem Innenraum 118 zugewandten Seite umgreift.
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Der Deckel 116 umfasst ferner vorzugsweise mehrere Vorsprünge 140, welche von dem Kunststoffelement 126 umgeben sind und somit eine zuverlässige Festlegung des Kunststoffelements 126 an dem Deckel 116 ermöglichen.
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Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass der mit 140 bezeichnete Bereich eine Vertiefung, insbesondere eine ringförmig geschlossene Nut, in dem Kunststoffelement 126 ist, in welcher beispielsweise ein Dichtungselement 128 zur Abdichtung des Innenraums 118 des Gehäuses 110 anordenbar ist.
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Das Kunststoffelement 126 ist insbesondere ein Spritzgussbauteil.
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Die in den 1 bis 7 dargestellte erste Ausführungsform der elektrochemischen Zelle 100 wird wie folgt hergestellt:
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Zunächst werden die beiden Gehäusebauteile 114 bereitgestellt.
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In einem nächsten Schritt werden die Zellterminals 122 und die Verbindungsleiter 120, insbesondere mindestens ein Kontaktelement 124, an dem Deckel 116 angeordnet.
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In einem nächsten Schritt wird das elektrochemische Element 102 an den Verbindungsleitern 120 angeordnet.
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Insbesondere werden die Verbindungsleiter 120 elektrisch leitend mit den Anschlüssen 106 des elektrochemischen Elements 102 verbunden.
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Das elektrochemische Element 102 wird dann in den Innenraum 118 des Gehäuses 110 eingebracht, wobei der Deckel 116 die Aufnahmeschale 112 zu einem vollständig geschlossenen Gehäuse 110 ergänzt.
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Über die Zellterminals 122 ist dann eine elektrische Kontaktierung des elektrochemischen Elements 102 von einer Außenseite der elektrochemischen Zelle 100 möglich.
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Bei der in den 1 bis 7 dargestellten ersten Ausführungsform der elektrochemischen Zelle 100 wird das einen Verbindungsleiter 120 und ein Zellterminal 122 bildende Kontaktelement 124 wie folgt an dem Deckel 116 festgelegt:
Das einstückige Kontaktelement 124 wird zunächst in der Einschubrichtung 136 in eine Durchtrittsöffnung 132 des Deckels 116 eingebracht.
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Das Kontaktelement 124 wird dann relativ zu dem Deckel 116 positioniert, so dass das Kontaktelement 124 nicht direkt mit dem Deckel 116 in Kontakt kommt.
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In einem nächsten Schritt wird insbesondere in einem Spritzgießverfahren das Kunststoffelement 126 an das Kontaktelement 124 und den Deckel 116 angespritzt.
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Dabei wird insbesondere die Ummantelung 134 zur elektrischen Isolierung zwischen dem Kontaktelement 124 und dem Deckel 116 gebildet.
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Ferner werden die Hinterschneidungsabschnitte 138 des Kunststoffelements 126 gebildet, um das Kunststoffelement 126 und das Kontaktelement 124 an dem Deckel 116 festzulegen.
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Die Vorsprünge 140 des Deckels 116 werden dabei ebenfalls mit Kunststoff umspritzt, um einen sicheren Halt des Kunststoffelements 126 an dem Deckel 116 zu gewährleisten.
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Nach dem Aushärten des Kunststoffs liegt eine feste und vorzugsweise fluiddichte Verbindung des Kontaktelements 124 mit dem Deckel 116 vor.
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Eine in den 8 bis 13 dargestellte zweite Ausführungsform einer elektrochemischen Zelle 100 unterscheidet sich von der in den 1 bis 7 dargestellten ersten Ausführungsform im Wesentlichen dadurch, dass das Kontaktelement 124 mittels einer Rastvorrichtung 142 an dem Deckel 116 festgelegt ist (siehe insbesondere 12).
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Die Rastvorrichtung 142 umfasst dabei vorzugsweise mehrere Rastvorsprünge 144, welche vorzugsweise Bestandteil eines an das Kontaktelement 124 angespritzten Kunststoffelements 126 sind.
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Wie insbesondere 12 zu entnehmen ist, ist bei der in den 8 bis 13 dargestellten Ausführungsform der elektrochemischen Zelle 100 vorgesehen, dass eine Durchtrittsöffnung 132 in dem Deckel 116 einen in den Innenraum 118 hineinragenden Abschnitt 146 umfasst.
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Dieser Abschnitt 146 bildet eine Anlage für die Rastvorsprünge 144. Die Rastvorsprünge 144 können somit insbesondere an dem Abschnitt 146 einrasten.
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Bei der in den 8 bis 13 dargestellten zweiten Ausführungsform der elektrochemischen Zelle 100 wird zur Herstellung der elektrochemischen Zelle 100, insbesondere zur Verbindung des Kontaktelements 124 mit dem Deckel 116 zunächst das Kunststoffelement 126 an das Kontaktelement 124 angespritzt, insbesondere in einem Spritzgussverfahren.
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Erst in einem zweiten Schritt wird das Kontaktelement 124 samt dem Kunststoffelement 126 durch die Durchtrittsöffnung 132 in den Deckel 116 eingeführt und mittels der Rastvorrichtung 142 an dem Deckel 116 festgelegt.
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Mittels eines an dem Kunststoffelement 126 angeordneten Dichtungselements 128 kann eine zuverlässige Abdichtung des Innenraums 118 erzielt werden.
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Im Übrigen stimmt die in den 8 bis 13 dargestellte zweite Ausführungsform der elektrochemischen Zelle 100 hinsichtlich Aufbau und Funktion mit der in den 1 bis 7 dargestellten ersten Ausführungsform überein, so dass auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
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In den 14 bis 17 sind alternative Verbindungsformen zur Verbindung des Kontaktelements 124 mit dem Deckel 116 dargestellt.
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Gemäß den 14 und 15 wird ein Abschnitt 148 des Kunststoffelements 126 verstemmt, um das durch die Durchtrittsöffnung 132 in den Deckel 116 eingebrachte Kontaktelement 124 mittels des daran angeordneten Kunststoffelements 126 an dem Deckel 116 festzulegen.
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Gemäß den 16 und 17 ist ein Umspritzelement 150 vorgesehen, welches insbesondere bei der Herstellung des Kunststoffelements 126 ebenso wie das Kontaktelement 124 mit Kunststoff umspritzt und somit relativ zu dem Kunststoffelement 126 und relativ zu dem Kontaktelement 124 festgelegt wird.
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Das Umspritzelement 150 ist insbesondere ein Metallbauteil.
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Zum Festlegen des Kontaktelements 124 an dem Deckel 116 wird das Kontaktelement 124 samt des Kunststoffelements 126 in die Durchtrittsöffnung 132 des Deckels 116 eingebracht.
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Das Umspritzelement 150 liegt dann beispielsweise an einer Außenseite 152 des Deckels 116 an und kann hier mit dem Deckel 116 verschweißt werden, um letztlich das Kontaktelement 124 relativ zu dem Deckel 116 festzulegen.
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Auch bei den in den 14 bis 17 dargestellten Ausführungsformen ist jeweils ein zusätzlich zu dem Kunststoffelement 126 vorgesehenes Dichtungselement 128 zur Abdichtung des Innenraums 118 des Gehäuses 110 vorgesehen.
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Das Dichtungselement 128 ist insbesondere als eine radiale Abdichtung ausgebildet.
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Eine in den 18 bis 25 dargestellte dritte Ausführungsform einer elektrochemischen Zelle 100 unterscheidet sich von der in den 1 bis 7 dargestellten ersten Ausführungsform im Wesentlichen dadurch, dass das Kunststoffelement 126 nur an das Kontaktelement 124 angespritzt wird.
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Die Verbindung des Kontaktelements 124 samt des daran angespritzten Kunststoffelements 126 mit dem Deckel 116 erfolgt bei der in den 18 bis 25 dargestellten dritten Ausführungsform der elektrochemischen Zelle 100 durch Umformen des Deckels 116 (siehe 23 bis 25).
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Zunächst wird dabei eine Durchtrittsöffnung 132 in dem Deckel 116 gebildet, wobei insbesondere ein verformbarer Abschnitt 154, beispielsweise eine Anprägung 156, des Deckels 116 die Durchtrittsöffnung 132 umgibt.
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Nach dem Einbringen des Kontaktelements 124 samt des daran angespritzten Kunststoffelements 126 in die Durchtrittsöffnung 132 wird der verformbare Abschnitt 154 umgeformt, insbesondere zurückgeprägt.
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Der verformbare Abschnitt 154 wird dabei vorzugsweise umlaufend in die durch das Kunststoffelement 126 gebildete Ummantelung 134 des Kontaktelements 124 hineingedrückt. Insbesondere durch Klemmung wird das Kontaktelement 124 somit an dem Deckel 116 festgelegt.
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Eine Abdichtung des Innenraums 118 des Gehäuses 110 erfolgt bei der in den 18 bis 25 dargestellten dritten Ausführungsform der elektrochemischen Zelle 100 vorzugsweise mittels eines Dichtungselements 128, welches an dem Kunststoffelement 126 angeordnet oder in das Kunststoffelement 126 integriert ist und im montierten Zustand der elektrochemischen Zelle 100 an einer Außenseite 152 des Deckels 116 abdichtend anliegt.
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Im Übrigen stimmt die in den 18 bis 25 dargestellte dritte Ausführungsform der elektrochemischen Zelle 100 hinsichtlich Aufbau und Funktion mit der in den 1 bis 7 dargestellten ersten Ausführungsform überein, so dass auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
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Eine in den 26 bis 30 dargestellte vierte Ausführungsform einer elektrochemischen Zelle 100 unterscheidet sich von der in den 1 bis 7 dargestellten ersten Ausführungsform im Wesentlichen dadurch, dass sich auch an die Ummantelung 134 ein Hinterschneidungsabschnitt 138 des Kunststoffelements 126 anschließt.
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Sämtliche Hinterschneidungsabschnitte 138 sind zudem vorzugsweise abgeflacht ausgebildet.
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Im Übrigen stimmt die in den 26 bis 30 dargestellte vierte Ausführungsform der elektrochemischen Zelle 100 hinsichtlich Aufbau und Funktion mit der in den 1 bis 7 dargestellten ersten Ausführungsform überein, so dass auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
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Eine in den 31 bis 38 dargestellte fünfte Ausführungsform einer elektrochemischen Zelle 100 unterscheidet sich von der in den 8 bis 13 dargestellten zweiten Ausführungsform im Wesentlichen dadurch, dass die Durchtrittsöffnung 132 einen im Wesentlichen zylinderförmigen Zentralabschnitt 158 umfasst, an welchen sich in einer senkrecht zur Einschubrichtung 136 verlaufenden Richtung zwei einander gegenüberliegend angeordnete Ausnehmungen 160 anschließen.
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Das an das Kontaktelement 124 angespritzte Kunststoffelement 126 umfasst einen Verbindungsabschnitt 162, welcher zumindest abschnittsweise komplementär zu der Durchtrittsöffnung 132 geformt ist.
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Der Verbindungsabschnitt 162 ist somit teilweise zylinderförmig ausgebildet und umfasst zwei Vorsprünge 164, welche in einer senkrecht zur Einschubrichtung 136 verlaufenden Richtung seitlich nach außen wegragen.
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Das Kontaktelement 124 kann somit bei der in den 31 bis 38 dargestellten fünften Ausführungsform der elektrochemischen Zelle 100 nur in bestimmten Drehausrichtungen bezüglich einer Drehung des Kontaktelements 124 um eine parallel zur Einschubrichtung 136 verlaufende Achse in die Durchtrittsöffnung 132 eingebracht werden.
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Der Verbindungsabschnitt 162 des Kunststoffelements 126 ist dabei relativ zu dem Zellterminal 122 und relativ zu dem das Zellterminal 122 von dem Deckel 116 isolierenden Abschnitt des Kunststoffelements 126 so positioniert, dass der Verbindungsabschnitt 162 vollständig durch die Durchtrittsöffnung 132 hindurchgeführt werden kann.
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Ein Abstand einer äußeren Anlagefläche 166, mit welcher das Kunststoffelement 126 an der Außenseite 152 des Deckels 116 anliegt, von einer mittels der Vorsprünge 164 gebildeten inneren Anlagefläche 168, entspricht vorzugsweise einer Materialstärke des Deckels 116.
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Nach dem Hindurchführen des Verbindungsabschnitts 162 durch die Durchtrittsöffnung 132 können durch Drehen des Kontaktelements 124 die Vorsprünge 164 des Verbindungsabschnitts 162 von den Ausnehmungen 160 der Durchtrittsöffnung 132 weggedreht und an einer der Außenseite 152 des Deckels 116 abgewandten Innenseite 170 des Deckels 116 zur Anlage gebracht werden.
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In dieser in 38 dargestellten Position des Kontaktelements 124 und des Kunststoffelements 126 ist das Kontaktelement 124 somit mittels des Kunststoffelements 126 formschlüssig an dem Deckel 116 festgelegt.
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Mittels Vertiefungen 172 auf der Außenseite 152 des Deckels 116 und hierzu korrespondierender (nicht dargestellter) Vorsprünge des Kunststoffelements 126 (siehe 36) kann vorzugsweise eine Arretierung des Kontaktelements 124 und des Kunststoffelements 126 in der in 38 dargestellten (Dreh-)Position erfolgen.
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Im Übrigen stimmt die in den 31 bis 38 dargestellte fünfte Ausführungsform der elektrochemischen Zelle 100 hinsichtlich Aufbau und Funktion mit der in den 8 bis 13 dargestellten zweiten Ausführungsform überein, so dass auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
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Bei weiteren (nicht dargestellten) Ausführungsformen einer elektrochemischen Zelle 100 können einzelne oder mehrere der Merkmale der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen miteinander kombiniert werden. So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass auch bei der in den 1 bis 7 dargestellten ersten Ausführungsform der elektrochemischen Zelle 100 eine (zusätzliche) Festlegung des Kontaktelements 124 an dem Deckel 116 durch Umformen des Deckels 116 gemäß der in den 18 bis 25 dargestellten dritten Ausführungsform erfolgt. Ferner kann beispielsweise auch bei der in den 31 bis 38 dargestellten fünften Ausführungsform einer elektrochemischen Zelle 100 ein Umspritzen des Deckels 116 mit Kunststoff zum Festlegen des Kontaktelements 124 an dem Deckel 116 (zusätzlich) vorgesehen sein.
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Dadurch, dass bei sämtlichen beschriebenen Ausführungsformen ein einstückiges Kontaktelement 124 vorgesehen ist, welches einen Verbindungsleiter 120 und ein Zellterminal 122 bildet, kann die elektrochemische Zelle 100 einen einfachen Aufbau aufweisen und eine zuverlässige elektrische Kontaktierung ermöglichen.
