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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung für die Herstellung von Energiespeicherzellen, ein Verfahren zur Herstellung einer Energiespeicherzelle und eine Energiespeicherzelle.
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Bei der Fertigung von Energiespeicherzellen stellt der Formierprozess in der Regel den letzten Arbeitsschritt dar. Im Formierprozess werden die losen Einzelzellen elektrisch kontaktiert und durchlaufen mehrere Lade- und Entladezyklen. Dabei kann es durch chemische Reaktionen mit gasförmigen Produkten oder einen Temperaturanstieg zu einer Druckerhöhung innerhalb der Energiespeicherzelle kommen, die eine Deformation des Zellgehäuses bewirkt. Dies kann sich nachteilig auf die elektrischen Kontakte innerhalb der Zelle auswirken und durch die geänderte Geometrie auch eine Weiterverarbeitung der Energiespeicherzelle erschweren. Im Extremfall kann der Überdruck zu einer Öffnung des Energiespeicherzellengehäuses führen, beispielsweise im Bereich von Schweißnähten. Weiterhin ist eine übermäßige Druck- und/oder Temperaturerhöhung in der Regel ein Anzeichen für eine fehlerhafte und somit potentiell gefährliche Zelle. Zur Vermeidung der Ausdehnung der Energiespeicherzellen kennt der Stand der Technik Spannvorrichtungen, die die Ausdehnung der Energiespeicherzellen, während der Lade- und Entladezyklen verhindern sollen. Solche Spannvorrichtungen sind jedoch nicht in der Lage, Defekte rechtzeitig zu erkennen und können daher nur bedingt die Beschädigung der Energiespeicherzelle durch das Entladen und Aufladen verhindern.
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Offenbarung der Erfindung
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Spannvorrichtung zur Verfügung zu stellen, die nicht nur das Ausdehnen der Energiespeicherzellen während eines Formierprozesses bei der Herstellung von Energiespeicherzellen einschränkt, sondern auch potentiell gefährdete Energiespeicherzellen rechtzeitig erkennt. Weiterhin wäre es wünschenswert, dass die Spannvorrichtung solch potentiell gefährdete Energiespeicherzellen vor Schäden bewahrt.
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Die Aufgabe wird gelöst durch eine Spannvorrichtung für die Herstellung von Energiespeicherzellen, wobei die Spannvorrichtung ein Verspannungsmittel aufweist, wobei wenigstens eine Energiespeicherzelle in die Spannvorrichtung einspannbar ist, wobei das Verspannungsmittel derart ausgestaltet ist, dass das Verspannungsmittel direkt oder indirekt ein Ausdehnen der eingespannten Energiespeicherzelle in mindestens eine Richtung während eines Formierungsvorgangs der eingespannten Energiespeicherzelle verhindert, und wobei die Spannvorrichtung ein Sensormittel zur Überwachung mindestens einer Zustandsgröße der eingespannten Energiespeicherzelle aufweist.
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Eine solche Spannvorrichtung hat gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass das Sensormittel anhand der vom Sensormittel erfassten Zustandsgröße rechtzeitig eine potentiell gefährdete Energiespeicherzelle oder eine Vielzahlzahl von potentiell gefährdeten Energiespeicherzellen erkennen kann. Insbesondere kann der Formierprozess, d. h. das Entladen und Aufladen der Energiespeicherzelle während des Herstellungsprozesses, rechtzeitig abgebrochen werden, bevor die Energiespeicherzellen endgültig beschädigt wird und für den Gebrauch ungeeignet ist. Dadurch werden in vorteilhafter Weise Material, Zeit und Herstellungskosten gespart, die durch den Verlust der beschädigten Energiespeicherzelle andernfalls verloren gehen würden. Bei den Energiespeicherzellen handelt es sich vorzugsweise um Sekundärbatterien, wie z.B. Lithium-Ionen-Akkumulator, Nickel-Metallhydrid-Akkumulator oder Supercaps. Insbesondere lässt sich die Spannvorrichtung auch für Akkus verwenden, die in einer Flachbauweise zusammengebaut sind und in mobilen Endgeräten, wie z.B. in Mobiltelefonen, Notebooks oder Kameras, verwendbar sind. Das Verspannungsmittel ist beispielsweise eine Gewindespindel, ein Druckluftkissen oder – Zylinder, Keile oder eine selbsthemmende Arretierung. Weiterhin ist es vorgesehen, dass eine Vielzahl von Energiespeicherzellen in der Spannvorrichtung platzierbar ist und die Vielzahl von Energiespeicherzellen in Gruppen unterteilbar ist, wobei sich jeder Gruppe von Energiespeicherzellen ein Sensormittel zuordnen lässt. Vorzugsweise sind die Energiespeicherzellen benachbart zueinander angeordnet. Außerdem ist es vorstellbar, dass die Energiespeicherzellen in der Spannvorrichtung entlang einer Vorzugsrichtung führbar sind und dass das betätigte Verstellungsmittel eine Bewegung der Energiespeicherzellen entlang der Vorzugsrichtung formschlüssig verhindert. Es ist auch vorstellbar, dass die Sensormittel die Beschädigung einer Energiespeicherzelle erfassen und daraufhin die beschädigte Energiespeicherzelle ersetzt wird und der Formierprozess fortgesetzt wird. Vorzugsweise umfasst der Formierprozess alle Lade-/Entladevorgänge, die zwischen den Stationen einer Zellfertigstellung und der Verarbeitung der Energiespeicherzellen zu Modulen, Packs und/oder Batterien erfolgen. Es sind also alle Lade-/Entladevorgänge gemeint, die zwischen den Stationen der Zellfertigstellung und der Verarbeitung der Energiespeicherzellen zu Modulen, Packs und/oder Batterien erfolgen, auch wenn zwischen den einzelnen Lade-/Entladevorgänge ein anderer Fertigungsschritt vorgenommen wird.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen entnehmbar.
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In einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, dass das Verspannungsmittel verstellbar und arretierbar ist. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass die Spannvorrichtung bei seiner Benutzung jedes Mal eine unterschiedliche Anzahl an Energiespeicherzellen aufnehmen kann und nicht darauf gewartet werden muss, dass eine bestimmte Anzahl an Energiespeicherzellen zur Verfügung steht, bevor mit dem Formierprozess in der Spannvorrichtung begonnen werden kann.
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In einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, dass in der Spannvorrichtung eine erste Energiespeicherzelle und eine zweite Energiespeicherzelle derart nebeneinander angeordnet sind, dass die erste Energiespeicherzelle ein räumliches Ausdehnen der zweiten Energiespeicherzelle in Richtung der ersten Energiespeicherzelle verhindert. Insbesondere ist es vorgesehen, dass die erste und die zweite Energiespeicherzelle sich die Wirkung des Verspannungsmittels direkt oder indirekt teilen. Beispielsweise werden die erste und die zweite Energiespeicherzelle von demselben Verspannungsmittel fixiert. Dadurch wird in vorteilhafter Weise Platz gespart bzw. die Verspannungsvorrichtung kann mehr Energiespeicherzellen aufnehmen.
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In einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, dass die Spannvorrichtung ein Zwischenelement aufweist, wobei durch das Zwischenelement eine Aufnahme für die erste Energiespeicherzelle und eine Aufnahme für die zweite Energiespeicherzelle realisierbar ist. Die jeweilige Aufnahme für die erste oder die zweite Energiespeicherzelle legt die Positionierung und/oder die Orientierung der ersten oder der zweiten Energiespeicherzelle in der Spannvorrichtung fest. Das Zwischenelement kann beispielsweise so ausgebildet sein, dass zumindest ein Teil seiner Außenfläche eine Ausdehnung der Energiespeicherzelle in zumindest eine Richtung verhindert. Dabei wirkt das formfeste und an den Außenflächen gleichmäßig glatt ausgebildete Zwischenelement flächig mit der Energiespeicherzelle zusammen, wodurch in vorteilhafter Weise verhindert wird, dass sich die Energiespeicherzelle punktuell ausdehnen kann. Es ist aber auch vorstellbar, dass das Zwischenelement die Energiespeicherzelle mehrseitig umgibt und dadurch ein Ausdehnen des Energiespeicherzelle in mehrere Richtungen während des Formierungsprozesses verhindert. Vorzugsweise ist die zur Energiespeicherzelle gewandte Außenfläche des Zwischenelements größer dimensioniert als eine Vorder- oder Rückseitenfläche der Energiespeicherzelle. Weiterhin ist es vorstellbar, dass die Zwischenelemente verschiebbar in der Spannvorrichtung angeordnet werden können und/oder dass die Zwischenelemente elastisch untereinander verbunden sind.
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In einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, dass das Zwischenelement das Sensormittel umfasst. Befindet sich das Sensormittel im Zwischenelement wird der Abstand zwischen Sensormittel und einer einzelnen Energiespeicherzelle besonders gering und die ermittelte Zustandsgröße in vorteilhafter Weise möglichst genau sein. Befindet sich das Sensormittel in einer weiteren alternativen Ausführungsform im Gehäuse der Spannvorrichtung ist es möglich, eine Zustandsgröße zu ermitteln, zu dessen Größe eine Vielzahl von Energiespeicherzellen vorzugsweise zu gleichen Stücken beiträgt. Dadurch lässt sich in vorteilhafter Weise eine Vielzahl an Energiespeicherzellen mit einem einzelnen Sensormittel überwachen.
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In einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, dass das Zwischenelement austauschbar ist und an die Form der ersten Energiespeicherzelle und/oder der zweiten Energiespeicherzelle anpassbar ist. Dadurch lässt sich in vorteilhafter Weise eine Vielzahl unterschiedlich geformter Energiespeicherzellen in einer Spannvorrichtung anordnen. Vorzugsweise weisen die Zwischenelemente Aussparungen auf, die individuell auf die verwendete Energiespeicherzelle zugeschnitten sind. Insbesondere ist es vorstellbar, dass das Zwischenelement derart ausgestaltet ist, dass die Ausdehnung der Energiespeicherzelle in mindestens zwei Richtungen verhindert wird. Außerdem erweist es sich als Vorteil, dass die Zwischenelemente austauschbar sind, wenn ein Zwischenelement einen Defekt aufweist oder die Spannvorrichtung für einen anderen Energiespeicherzellentyp verwendet werden soll.
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In einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, dass ein weiteres Verspannungsmittel zwischen der ersten Energiespeicherzelle und der zweiten Energiespeicherzelle angeordnet ist. Vorzugsweise wirkt das weitere Verspannungsmittel auf die erste und die zweite Energiespeicherzelle derart, dass sich der Druck des Verspannungsmittels auf die erste Energiespeicherzelle von dem unterscheidet, der auf die zweite Energiespeicherzelle zur Verspannung wirkt. Dadurch können einzelne Energiespeicherzellen oder eine Gruppe der Vielzahl an Energiespeicherzellen individuell stark oder schwach fixiert werden. Dies erlaubt es bei der Anordnung von unterschiedlichen Energiespeicherzellentypen in der Spannvorrichtung, in vorteilhafter Weise die Verspannung jeweils optimal an die Bedürfnisse des Energiespeicherzellentyps anzupassen.
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In einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, dass das Sensormittel ein Temperatursensor zur Bestimmung der Temperatur und/oder ein Drucksensor zur Bestimmung des Drucks umfasst. Anhand von Temperatur und Druck der Energiespeicherzellen lassen sich potentielle Gefährdungen in vorteilhafter Weise rechtzeitig erkennen.
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In einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, dass die Energiespeicherzellen linear und/oder entlang einer Kreisbahn innerhalb der Spannvorrichtung angeordnet sind. Vorzugsweise lässt sich das Sensormittel derart in der Spannvorrichtung anordnen, dass der Abstand zwischen Sensormittel und den einzelnen Energiespeicherzelle möglichst gleich ist. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass die vom Sensormittel aufgenommene Zustandsgröße möglichst repräsentativ für eine Vielzahl von Energiespeicherzellen steht.
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In einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, dass das Sensormittel mit einer Steuereinheit und/oder eine Datenspeichereinrichtung verbunden ist. Vorzugsweise sind das Sensormittel und die Steuereinheit elektrisch leitend miteinander verbunden. Die Steuereinheit ist so ausgestaltet, dass sie die vom Sensormittel gemessene Zustandsgröße empfängt, auswertet und schließlich auf die Zustandsgröße reagiert. Beispielsweise kann die Steuereinheit auf die Zustandsgröße reagieren, indem der Auf- und Entladeprozess abgebrochen wird (für eine einzelne oder eine Gruppe von Energiespeicherzellen bei eine Vielzahl von Energiespeicherzellen) oder das Verspannungsmittel derart betätigt wird, dass die Fixierung der Energiespeicherzellen in der Spannvorrichtung aufgehoben wird. Insbesondere nimmt die Steuereinheit keine Änderung vor, wenn die Zustandsgröße in einem gewünschten Zustandsgrößenintervall liegt. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass automatisch und möglichst schnell auf eine mögliche Gefährdung der Energiespeicherzelle oder der Vielzahl der Energiespeicherzellen reagiert werden kann.
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In einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, dass die Spannvorrichtung eine Heiz- und/oder eine Kühlvorrichtung umfasst. Dadurch kann bei einer potentiellen Gefährdung der Energiespeicherzelle oder der Vielzahl der Energiespeicherzellen derart reagiert werden, dass beispielsweise die Außentemperatur um die Energiespeicherzellen und damit auch die Temperatur der Energiespeicherzellen selbst gesenkt werden kann. Konsequenterweise besteht die Möglichkeit, die Beschädigung der Energiespeicherzelle zu vermeiden. Es ist auch vorstellbar, dass ein oder mehrere Sensormittel einen Temperaturgradient entlang der Spannvorrichtung feststellen, wobei von dem Temperaturgradient eine potentielle Gefährdung für die Energiespeicherzellen ausgeht. In diesem Fall könnte eine Heizvorrichtung den Temperaturgradient möglichst schnell reduzieren.
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Ein weiterer Gegenstand der vorliegende Erfindung ist ein System zur Herstellung von Energiespeicherzellen aufweisend eine Formierungseinheit zur Formierung wenigstens einer Energiespeicherzelle und eine Spannvorrichtung mit einem Sensormittel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Spannvorrichtung zur Verhinderung eines räumlichen Ausdehnens der wenigstens einen Energiespeicherzelle ausgebildet ist, während die wenigstens eine Energiespeicherzelle mittels der Formierungseinheit formiert wird. Ein System mit Formierungseinheit und Spannvorrichtung hat den Vorteil, dass Formierungseinheit und Spannvorrichtung möglichst kompakt und aneinander angepasst ausgestaltet werden können.
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In einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, dass die Formierungseinheit eine Stromquelle zum Aufladen der wenigstens einen Energiespeicherzelle und eine Stromsenke zum Entladen der wenigstens einen Energiespeicherzelle aufweist. Vorzugsweise sind Formierungseinheit und Spannvorrichtung derart ausgestaltet, dass zur elektrischen Kontaktierung der Energiespeicherzelle mit der Stromsenke und/oder der Stromquelle kein zusätzliches Verbindungsmittel erforderlich ist.
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Ein weiterer Gegenstand der vorliegende Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer Energiespeicherzelle mit einer weiter oben beschriebenen Spannvorrichtung, wobei die Energiespeicherzelle in einem ersten Verfahrensschritt in die Spannvorrichtung angeordnet wird, in einem zweiten Verfahrensschritt die Energiespeicherzelle in dem Verspannungsmittel eingespannt wird und in einem dritten Verfahrensschritt die eingespannte Energiespeicherzelle formiert wird, wobei zumindest während des dritten Verfahrensschrittes mindestens eine Zustandsgröße der eingespannten Energiespeicherzelle mittels eines Sensormittels überwacht wird. Insbesondere ist es vorstellbar, dass das Sensormittel der Spannvorrichtung bei der Anordnung und dem Einspannen mit dem Verspannungsmittels hilft. Beispielsweise wird das Verspannungsmittel solange verschoben bis das Sensormittel, vorzugsweise ein Drucksensor, einen gewünschten Wert für die Zustandsgröße, vorzugsweise einen Druck, angibt. Dadurch lässt sich das Verspannungsmittel in vorteilhafter Weise möglichst akkurat und genau betätigen bzw. fixieren. Es ist auch vorstellbar, dass die Zustandsgröße während und/oder nach jedem Auf- und Entladen der Energiespeicherzelle ermittelt wird.
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In einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, dass die eingespannte Energiespeicherzelle mindestens einmal auf und einmal entladen wird.
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In einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, dass in einem vierten Verfahrensschritt die eingespannte Energiespeicherzelle aus der Spannvorrichtung entfernt wird, das Verspannungsmittel erneut betätigt wird, das Auf- oder Entladen der eingespannten Energiespeicherzelle unterbrochen wird und/oder eine Kühl- und/oder eine Heizvorrichtung betätigt wird. Vorzugsweise umfasst die Spannvorrichtung eine Steuereinheit, die entscheidet, welche Maßnahme zum Schutz der eingespannten Energiespeicherzelle oder der Vielzahl an eingespannten Energiespeicherzellen getroffen werden soll. Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass das Verfahren nicht nur die Ausdehnung der eingespannten Energiespeicherzelle in mindestens eine, vorzugsweise mehrere Richtungen, verhindert, sondern auch die durch das Auf- und Entladen potentiell gefährdeten eingespannten Energiespeicherzellen vor einer Beschädigung beschützt.
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In einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, dass der dritte Verfahrensschritt und der vierte Verfahrensschritt zumindest teilweise gleichzeitig durchgeführt werden. Dadurch lässt sich in vorteilhafter Weise Zeit im Herstellungsprozess der Energiespeicherzellen sparen.
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Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Energiespeicherzelle, bei deren Herstellung eines der oben beschriebenen Vorrichtungen verwendet wurde.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Zeichnungen, sowie aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen anhand der Zeichnungen. Die Zeichnungen illustrieren dabei lediglich beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung, welche den wesentlichen Erfindungsgedanken nicht einschränken
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Kurze Beschreibung der Figuren
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1 zeigt eine erste beispielhafte Ausführungsform einer Spannvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
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2 zeigt eine Frontansicht einer Energiespeicherzelle.
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3 zeigt eine zweite beispielhafte Ausführungsform einer Spannvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
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4 zeigt eine dritte beispielhafte Ausführungsform einer Spannvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal benannt bzw. erwähnt.
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In 1 ist eine erste beispielhafte Ausführungsform einer Spannvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die dargestellte Spannvorrichtung 1 besteht aus einem Grundkörper 2, wobei der Grundkörper 2 zwei Seitenflächen 7 und mehrere Querstreben 4 umfasst. Die Seitenflächen 7 sind im Wesentlichen zueinander parallel angeordnet und über die Querstreben 4 starr miteinander verbunden. Insbesondere sind die Querstreben 4 derart angeordnet, dass zwischen den Querstreben 4 Energiespeicherzellen 10 angeordnet werden können. Die in der 1 dargestellten Energiespeicherzellen 10 weisen eine Haupterstreckungsebene, einen Kathodenanschluss 18 und einen Anodenanschluss 19 auf. Insbesondere weist die Energiespeicherzelle eine Vorderseite 40 und eine Rückseite 41 auf, wobei die Vorderseite 40 und die Rückseite 41 im Wesentlichen parallel zur Haupterstreckungsebene verlaufen und vorzugsweise über Energiespeicherzellenseitenflächen 42 miteinander verbunden sind. Die Vorderseite 40, die Rückseite 41 und die Energiespeicherzellenseitenflächen 42 bilden typischerweise ein Energiespeicherzellengehäuse 17. Bei der dargestellten Energiespeicherzelle 10 könnte es sich beispielsweise um einen Lithium-Ionen-Akku handeln, insbesondere um einen, der in einer Flachbauweise gefertigt wurde und in mobilen Endgeräten wie z.B. einem Mobiltelefon verwendet werden soll. In der dargestellten Ausführungsform sind die Querstreben 7 derart angeordnet, dass drei Reihen entstehen, wobei jede Reihe sich im Wesentlichen entlang einer senkrecht zur Seitenfläche 7 des Grundkörpers 2 verlaufenden Richtung erstreckt. Vorzugsweise dienen die Querstreben 4 der Führung der Energiespeicherzellen 10. Mit anderen Worten: Die Energiespeicherzellen 10 lassen sich in der Spannvorrichtung 1 entlang einer Vorzugsrichtung verschieben, wobei die Vorzugsrichtung von der Anordnung der Querstreben 4 bestimmt wird.
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In der in 1 dargestellten Ausführungsform der Spannvorrichtung 1 sind die Querstreben 4 gleichmäßig in einer senkrecht zur Vorderseite der Energiespeicherzelle 10 und parallel zur Energiespeicherzellenseitenfläche 42 verlaufenden Richtung angeordnet. Es ist aber auch vorstellbar, dass die Querstreben 4 unregelmäßig angeordnet sind und dadurch unterschiedlich dimensionierte Energiespeicherzellen 10 in der Spannvorrichtung 1 platzierbar sind. Weiterhin ist eine Spannvorrichtung 1 vorstellbar, bei der die Querstreben 4 in einer senkrecht zur Energiespeicherzellenseitenfläche 42 verlaufenden Richtung verschiebbar sind und derart kontinuierlich arretierbar sind, dass die Spannvorrichtung 1 an die Dimension der Energiespeicherzelle 10 anpassbar ist. Weiterhin umfasst die Spannvorrichtung 1 ein Verspannungsmittel 3. Dabei umfasst das Verspannungsmittel 3 beispielsweise eine Gewindespindel 5 und eine Kontaktfläche 6, wobei es vorgesehen ist, dass die Kontaktfläche 6 mit der Energiespeicherzelle 10, vorzugsweise mit der Vorder- und Rückseite 40 und 41 der Energiespeicherzelle 10 in Kontakt tritt, wenn mit dem Verspannungsmittel 3 die Energiespeicherzelle 10 eingespannt wurde. Dabei ist es vorgesehen, dass das Verspannungsmittel 3 am Grundkörper 2 der Spannvorrichtung 1 angeordnet ist und mit Hilfe der Gewindespindel 5 die Kontaktfläche 6 in ein senkrecht zur Vorderseite 40 der Energiespeicherzelle 10 verlaufende Richtung verschiebbar ist und in einer festen Position arretierbar ist. Dadurch kann die Kontaktfläche 6 solange verschoben werden bis sie derart angeordnet bzw. fixiert ist, dass sich die Energiespeicherzellen 10 bzw. Teile der Energiespeicherzelle 10 nicht entlang einer senkrecht zur Vorderseite 40 der Energiespeicherzelle 10 verlaufenden Richtung ausdehnen kann. Ein solche potentielle Ausdehnung tritt insbesondere dann auf, wenn im Herstellungsprozess die Energiespeicherzelle 10 mehrfach auf- und entladen wird. Da eine solche Ausdehnung die Funktionalität bzw. die Form der Energiespeicherzelle 10 nachhaltig negativ beeinflussen kann, wirkt sich die Verwendung des Verspannungsmittels 3 bei der Herstellung von Energiespeicherzellen 10 positiv aus. Insbesondere verfügen einzelne Reihen der in 1 dargestellten Spannvorrichtung 1 über ein eigenes Verspannungsmittel 3. Dadurch kann in jeder Reihe der Druck, der die Ausdehnung der Energiespeicherzellen 10 verhindern soll, individuell eingestellt werden. Außerdem erlaubt die Verwendung der Gewindespindel 5, dass unterschiedlich viele Energiespeicherzellen 10 in die einzelnen, gleich groß dimensionierten Reihen platzierbar sind. Beispielsweise sind in der obersten Reihe sechs Energiespeicherzellen 10 angeordnet bzw. platziert, während in der mittleren Reihe sieben Energiespeicherzellen 10 platziert sind. Insbesondere ist es vorgesehen, dass eine Vielzahl von Energiespeicherzellen 10 linear in der Spannvorrichtung 1 platzierbar ist, wobei die Vielzahl an Energiespeicherzellen 10 eine erste Energiespeicherzelle 10 und eine zweite Energiespeicherzelle 12 umfasst.
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Unter einer linearen Anordnung der Energiespeicherzellen 10 ist eine solche zu verstehen, bei der die Vorderseiten 40 der ersten und zweiten Energiespeicherzellen 40 und 41 parallel zueinander angeordnet sind und im Wesentlichen deckungsgleich entlang einer im Wesentlichen senkrecht zur Vorderseite 40 der ersten bzw. zweiten Energiespeicherzelle 11 bzw. 12 verlaufenden Richtung angeordnet sind. Für eine Anordnung einer Vielzahl von Energiespeicherzellen 10, wie sie in 1 dargestellt ist, ist es vorgesehen, dass die erste Energiespeicherzelle 11 eine Ausdehnung der zweiten Energiespeicherzelle 12 und die zweite Energiespeicherzelle 12 eine Ausdehnung der ersten Energiespeicherzelle 11 in eine senkrecht zur Vorderseite 40 der ersten Energiespeicherzellen 11 verlaufenden Richtung verhindert, sofern das Verspannungsmittel 3 derart arretiert ist, dass die Vielzahl an Energiespeicherzellen 10 zwischen dem Grundkörper 2 der Spannvorrichtung 1, vorzugsweise dessen Seitenfläche 7, und der Kontaktfläche 6 formschlüssig in eine senkrecht zur Seitenfläche 7 des Grundkörpers 2 verlaufende Richtung zusammenwirken, d. h. fixiert sind.
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Weiterhin ist es vorgesehen, dass zwischen der ersten und der zweiten Energiespeicherzelle 11 und 12 ein Zwischenelement 20 platziert ist. Es ist weiterhin vorgesehen, dass die Spannvorrichtung 1 mindestens ein Sensormittel 9 zur Bestimmung einer Zustandsgröße von mindestens einer der Energiespeicherzelle 10 aufweist. Beispielsweise ist das Sensormittel 9 ein Temperatursensor 31 und/oder ein Drucksensor 32, das entsprechend die Temperatur und/oder den Druck von einer einzelnen Energiespeicherzelle 10 und/oder einer Vielzahl von Energiespeicherzellen 10 ermittelt. Anhand der ermittelten Zustandsgrößen kann dann Rückschluss gezogen werden, ob eine oder mehrere Energiespeicherzellen 10 durch das Auf- und Entladen der Energiespeicherzelle 10 während des Herstellungsprozesses beschädigt wurden und deshalb aus der Spannvorrichtung 1 entfernt werden sollten.
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Es ist aber auch vorstellbar, dass die Zustandsgröße einen Hinweis darauf gibt, dass bei einer Fortsetzung des Herstellungsprozesses mit den gleichen Außenparametern, wie z.B. Spannvorrichtungstemperatur und Verspannungsdruck, mit einer Beschädigung zumindest einer Energiespeicherzelle 10 zu rechnen ist. Es ist weiterhin vorstellbar, dass die Außenparameter basierend auf den vom Sensormittel 9 ermittelten Zustandsgrößen geändert werden. Beispielsweise könnte die Spannvorrichtung eine Kühlvorrichtung umfassen, wobei die Kühlvorrichtung zumindest teilweise die Spannvorrichtung 1 runterkühlt, wenn die Temperatur einer Energiespeicherzelle 10 oder einer Vielzahl an Energiespeicherzellen 10 einen kritischen Temperaturwert überschreitet. Es ist auch vorstellbar, dass das Verspannungsmittel 3 erneut verstellt und arretiert wird, wenn der Druck einer oder einer Vielzahl von Energiespeicherzellen einen kritischen Druckwert überschreitet. Weiterhin ist es vorstellbar, dass an unterschiedlichen Orten in der Spannvorrichtung 1 die Temperatur ermittelt wird, ein Temperaturgradient festgestellt wird, der potentiell eine Gefährdung für eine oder mehrere Energiespeicherzellen sein könnte und anschließend die Spannvorrichtung 1 derart mit einer Heizvorrichtung geheizt wird, dass der Temperaturgradient auf ein unkritisches Maß korrigiert wird. Insbesondere ist es vorstellbar, dass die Seitenflächen 7 und/oder die Querstreben 4 Mittel zum Heizen bzw. Kühlen, wie z.B. ein Heizdraht oder ein Kühlwasserkreislauf umfassen. Vorzugsweise erfolgt die Kontrolle der Außenparameter computergesteuert, d. h. automatisiert. Weiterhin besteht die Möglichkeit, für jede Reihe einen Drucksensor 31 vorzusehen, wodurch der Druck für die unterschiedliche Vielzahl an Energiespeicherzellen 10 in den einzelnen Reihen individuell kontrollierbar und einstellbar ist. Außerdem besteht die Möglichkeit den Drucksensor 31 zum Verstellen des Verspannungsmittels 3 vor dem ersten Entladen bzw. Aufladen zu verwenden, wodurch das Verspannungsmittel 3 in eine optimale Ausgangslage für das anschließende Auf- und Entladen der Energiespeicherzellen überführbar und fixierbar bzw. arretierbar ist.
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In 2 ist eine Energiespeicherzelle 10 gezeigt, die besonders geeignet ist für das Einfügen in die erste beispielhafte Ausführungsform der Spannvorrichtung aus 1. Die Energiespeicherzelle 10 umfasst das Energiespeicherzellengehäuse 17, wobei das Energiespeicherzellengehäuse 17 die Vorderseite 40, die Rückseite 41 und mehrere Energiespeicherzellenseitenflächen 42 aufweist. Im Energiespeicherzellengehäuse 17 sind vorzugsweise eine Anodenplatte und eine Kathodenplatte angeordnet, die durch einen oder mehrere Separatoren voneinander getrennt sind. Um die Energiespeicherzelle 10 aufzuladen bzw. zu entladen, verfügt die Energiespeicherzelle 10 über den Kathodenanschluss 19 und den Anodenanschluss 18, über die die in der Energiespeicherzelle 10 gespeicherte Energie abrufbar bzw. über die die elektrische Energie zur Speicherung zuführbar ist.
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In 3 ist in einer schematischen Ansicht eine zweite beispielhafte Ausführungsform einer Spannvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. In der Darstellung ist der Grundkörper 2 kreisförmig ausgestaltet und die Zwischenelemente 20 sind im Wesentlichen keilförmig ausgeprägt. In der dargestellten zweiten beispielhaften Ausführungsform ist es vorgesehen, dass das Verspannungsmittel 3 zwischen zwei Zwischenelementen 20 angeordnet ist, zum Fixieren der kreisförmig angeordneten Energiespeicherzellen 10 die beiden Zwischenelemente 20 auseinanderdrückt und dadurch die Ausdehnung der Energiespeicherzelle 10 in der Spannvorrichtung 1 verhindert wird. Wird ein Sensormittel 9 im Zentrum der kreisförmig ausgestalteten Spannvorrichtung 1 angeordnet, ist es möglich, die Energiespeicherzellen 10 jeweils im selben Abstand zum gemeinsamen Sensormittel 9 anzuordnen. In dieser geometrischen Anordnung wird in vorteilhafter Weise jede einzelne Energiespeicherzelle 10 in der Spannvorrichtung 1 zu gleichen Stücken die vom Sensormittel 9 erfasste Zustandsgröße beeinflussen.
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In 4 ist in einer schematischen Ansicht eine dritte beispielhafte Ausführungsform einer Spannvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. In dieser Ausführungsform sind die Energiespeicherzellen 10 teilweise linear und teilweise kreisförmig angeordnet. Weiterhin verfügt die Spannvorrichtung 1 über ein weiteres Verspannungsmittel 3 und in der Spannvorrichtung 1 sind Energiespeicherzellen 10 unterschiedlichster Art platziert. Beispielsweise verfügt eine Energiespeicherzelle erster Art 13 über einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt entlang einer parallel zur Haupterstreckungsebene der Spannvorrichtung verlaufenden Ebene während eine Energiespeicherzelle zweiter Art 14 einen im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt entlang einer parallel zur Haupterstreckungsebene der Spannvorrichtung verlaufenden Ebene aufweist. Dabei ist es vorgesehen, dass die Zwischenelemente 20 individuell an die einzelnen Energiespeicherzellen 10 angepasst werden. Beispielsweise umfassen die im Wesentlichen keilförmigen Zwischenelemente 20 für die Energiespeicherzellen zweiter Art 14 eine kreisförmige Aussparung, die im Wesentlichen an den kreisförmigen Querschnitt der Energiespeicherzelle zweiter Art 14 angepasst ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Spannvorrichtung
- 2
- Grundkörper
- 3
- Verspannungsmittel
- 4
- Querstreben
- 5
- Gewindespindel
- 6
- Kontaktfläche
- 7
- Seitenflächen
- 8
- Träger
- 9
- Sensormittel
- 10
- Energiespeicherzelle
- 11
- erste Energiespeicherzelle
- 12
- zweite Energiespeicherzelle
- 13
- Energiespeicherzelle erster Art
- 14
- Energiespeicherzelle zweiter Art
- 17
- Energiespeicherzellengehäuse
- 18
- Anodenanschluss
- 19
- Kathodenanschluss
- 20
- Zwischenelement
- 31
- Drucksensor
- 32
- Temperatursensor
- 33
- weiteres Verspannungsmittel
- 40
- Vorderseite
- 41
- Rückseite
- 42
- Energiespeicherzellenseitenfläche
