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Die Erfindung betrifft eine Batteriezelle zum modularen Aufbau einer wiederaufladbaren Metall-Luft Batterie, insbesondere Zink-Luft Batterie, mit (i) einer Metallelektrode, (ii) mindestens einem folienartigen Elektrodenelement zur Bildung einer Luft-Gegenelektrode der Metallelektrode und (iii) einer Halteeinrichtung, die einen rahmenartigen Grundkörper und mindestens eine im rahmenartigen Grundkörper angeordnete Strebenstruktur mit mehreren in der vom Grundkörper aufgespannten Rahmenebene verlaufenden Streben zur mechanischen Unterstützung des folienartigen Elektrodenelements aufweist, wobei die Metallelektrode wie auch das mindestens eine Elektrodenelement im rahmenartigen Grundkörper zueinander beabstandet benachbart eingefasst sind und mindestens eine erste der Streben der Strebenstruktur quer zu mindestens einer zweiten der Streben dieser Strebenstruktur verläuft. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Halteeinrichtung für eine derartige Batteriezelle und ein Batteriemodul einer Metall-Luft Batterie mit mehreren Batteriezellen.
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Die Druckschrift
EP 0 673 076 A1 zeigt eine entsprechende prismatische Batteriezelle zum modularen Aufbau einer wiederaufladbaren Zink-Luft Batterie, mit einer zentralen Zinkelektrode, zwei die Zinkelektrode beidseitig umgebende folienartige Elektrodenelemente zur Bildung von Luft-Gegenelektroden und einer Halteeinrichtung, die einen zweiteiligen rahmenartigen Grundkörper und zwei im rahmenartigen Grundkörper angeordnete Strebenstrukturen mit jeweils mehreren in der vom Grundkörper aufgespannten Rahmenebene verlaufenden Streben zur mechanischen Unterstützung des jeweiligen folienartigen Elektrodenelements aufweist. Die Zinkelektrode wie auch die beiden Elektrodenelemente sind im rahmenartigen Grundkörper zueinander beabstandet benachbarten eingefasst. Mindestens eine erste der Streben jeder der Strebenstrukturen verläuft quer zu mindestens einer zweiten der Streben dieser gitterförmigen Strebenstrukturen, wobei diese gitterförmigen Strebenstrukturen jeweils außerhalb des zu unterstützenden Elektrodenelements angeordnet sind. Zwischen der Zinkelektrode und den folienartigen Elektrodenelementen befindet sich als Elektrolyt beispielsweise Kaliumhydroxid. Jedes der folienartigen Elektrodenelemente ist elektrisch hinreichend leitfähig, gasdurchlässig aber flüssigkeitsundurchlässig. Die der Zinkelektrode abgewandte Außenseite des jeweiligen Elektrodenelements ist von Luft bzw. einem sonstigen Gas mit Sauerstoffanteil umspült. Die Druckschrift erwähnt weiterhin auch eine modular aufgebaute Zink-Luft Batterie mit mehreren dieser Batteriezellen.
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Eine Anwendung für derartige modular aufgebaute wiederaufladbare Batterien ist die Nutzung als Traktionsbatterie für Kraftfahrzeuge mit Elektro- oder Hybridantrieb. Eine weitere Anwendung ist die Nutzung als Zwischenspeicher für elektrische Energie bei Solaranlagen und Windenergieanlagen (WEA). Derzeit werden für diese Anwendungen vor allem Lithium-Ionen-Batterien vorgesehen.
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Um die für die Anwendungen notwendigen elektrischen Spannungen zu erreichen, muss eine relativ hohe Anzahl von Batteriezellen zu der Traktionsbatterie (dem Batterie-System) verschaltet werden, sodass – unabhängig vom Batterietyp – meist ein modularer Aufbau vorgesehen ist. Dabei werden jeweils mehrere Batteriezellen in Batteriemodulen mit handhabbaren Parametern (Ausmaß, Gewicht, Gesamtspannung, etc.) verschaltet, die ihrerseits zu dem Batterie-System, der entsprechenden Gesamt-Batterie, elektrisch verschaltet sind.
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Bei den Zellen einiger Batterietypen, beispielsweise den Zellen der Metall-Luft Batterien, kommt es vor allem zu einer periodischen Zellverformung während der Lade- und Entladezyklen, dem sogenannten „Atmen der Zelle”. Werden die Zellen bei der Rückführung in ihre Ausgangsstruktur und -position nicht hinreichend unterstützt, so kann es zu permanenten Form- oder gar Strukturveränderungen – beispielsweise des Elektrodenmaterials – kommen, was die Lebensdauer der Batterie einschränkt. Um derartige Form- und Strukturveränderungen zu vermeiden oder zumindest zu unterdrücken, werden prismatische Zellen in einem Batteriemodul zu einem Stapel gepackt und dieser Zellen-Stapel mittels einer Spanneinrichtung vorgespannt.
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Die Druckschrift
DE 10 2010 031 641 A1 zeigt ein entsprechendes Batteriemodul. Bei diesem Batteriemodul ist die Spanneinrichtung auf ein den Zellen-Stapel einrahmendes Halteband mit einem blattfederartigen Federblech reduziert, welches an einem Stapelende zwischen dem Stapel und dem den Stapel umgebenden Halteband angeordnet ist.
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Ein solches Vorspannen ist bei Metall-Luft Batterien jedoch problematisch, da sich zwischen Metallelektrode und folienartigem Elektrodenelement zur Bildung der Gegenelektrode das flüssige Elektrolyt befindet, das – zumindest temporär – auch einen Gasanteil aufweisen kann.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung Maßnahmen anzugeben, die es ermöglichen eine aus Batteriezellen modular aufgebaute wiederaufladbare Metall-Luft Batterie hoher Lebensdauer bereitzustellen.
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Bei der erfindungsgemäßen Batteriezelle zum modularen Aufbau einer wiederaufladbaren Metall-Luft Batterie ist vorgesehen, dass die mindestens eine erste Strebe der Strebenstruktur zwischen dem folienartigen Elektrodenelement und der Metallelektrode angeordnet ist und sich von einem ersten Rahmenteil des Grundkörpers zur Bildung der Oberseite der Halteeinrichtung (Rahmeneinrichtung) bis zu einem zweiten Rahmenteil des Grundkörpers zur Bildung der Unterseite der Halteeinrichtung erstreckt und die mindestens eine zweite Strebe der Strebenstruktur auf der der Metallelektrode abgewandten Seite des folienartigen Elektrodenelements angeordnet ist. Durch die Anordnung der Streben beidseitig des mindestens einen folienartigen Elektrodenelements wird dieses besser unterstützt. Gleichzeitig separiert die mindestens eine erste Strebe die Metallelektrode räumlich klar vom folienartigen Elektrodenelement und gibt einen entsprechenden Abstand zwischen Metallelektrode und Elektrodenelement zur Aufnahme eines Elektrolytes der Zelle vor. Da sich die mindestens eine erste Strebe von dem die Oberseite bildenden ersten Rahmenteil des Grundkörpers bis zu dem die Unterseite der Halteeinrichtung bildenden zweiten Rahmenteil des Grundkörpers erstreckt, kann ein im Elektrolyt vorhandener Gasanteil als Gasbläschen in Richtung der Oberseite der Batteriezelle entweichen. Weiterhin tritt bei der Metall-Elektrode, beispielsweise der Zink-Elektrode einer Zelle für eine wiederaufladbare Zink-Luft Batterie, über mehrere Lade-Entlade-Zyklen eine im Schnitt birnenförmige Verformung auf. Diese Verformung wird durch die mindestens eine erste Strebe vorteilhafterweise beschränkt.
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Bei einer Batteriezelle zum modularen Aufbau einer wiederaufladbaren Zink-Luft Batterie ist die Metallelektrode eine Zinkelektrode. Die Halteeinrichtung ist aus einem elektrisch isolierenden Material erstellt oder weist zumindest entsprechend elektrisch isolierendes Material auf. Das Material ist bevorzugt Kunststoff. Die genannten Komponenten der Halteeinrichtung, also rahmenartiger Grundkörper und Strebenstruktur, sind im Sinne von funktionalen Einheiten zu verstehen und definieren daher nicht zwingend räumlich-strukturelle Grenzen innerhalb der Halteeinrichtung. Die Batteriezelle ist prinzipiell nicht auf eine spezielle Geometrie beschränkt. Bevorzugt ist die Batteriezelle jedoch als prismatische Batteriezelle ausgebildet. Die aktive Fläche des mindestens einen folienartigen (membranartigen) Elektrodenelements ist bevorzugt ≥ 10.000 mm2.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die mindestens eine erste Strebe auf ihrer gesamten Länge eine Tiefenausdehnung T ≥ 3 mm, besonders bevorzugt T ≥ 4 mm aufweist, nämlich einer Ausdehnung, die größer ist als im Betrieb der Batteriezelle auftretende Gasbläschen im Elektrolyt zwischen dem folienartigen Elektrodenelement und der Metallelektrode.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die mindestens eine Strebenstruktur mehrere erste Streben und mehrere zweite Streben auf. Die Streben sind über die Fläche des folienartigen Elektrodenelements insbesondere regelmäßig verteilt. Besonders bevorzugt weist die mindestens eine Strebenstruktur zwei erste Streben und drei zweite Streben auf.
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Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die mindestens eine erste Strebe mit dem rahmenartigen Grundkörper einstückig verbunden ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Halteeinrichtung mindestens einen im/am Grundkörper befestigbaren, bevorzugt durch einclipsen befestigbaren Tragrahmen aufweist, der die zweiten Streben der einen Strebenstruktur oder einer der Strebenstrukturen trägt. Bei dieser Ausführungsform kann das folienartige Elektrodenelement einfach in den rahmenartigen Grundkörper eingesetzt werden und der Tragrahmen mit den zweiten Streben einfach auf das folienartige Elektrodenelement aufgesetzt werden.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Batteriezelle zwei die Metallelektrode beidseitig umgebende folienartige Elektrodenelemente zur Bildung von Luft-Gegenelektroden der Metallelektrode aufweist. Die Halteeinrichtung weist neben dem rahmenartigen Grundkörper zwei im rahmenartigen Grundkörper angeordnete Strebenstrukturen mit jeweils mehreren in der vom Grundkörper aufgespannten Rahmenebene verlaufenden Streben zur mechanischen Unterstützung des jeweiligen folienartigen Elektrodenelements auf.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Halteeinrichtung an einer ihrer Seiten, vorzugsweise an ihrer Oberseite, einen abnehmbaren Deckel auf. Durch Abnehmen des Deckels lässt sich die Metallelektrode (Anode) einfach austauschen. Der Deckel weist insbesondere Durchbrüche für Anschlüsse der Elektroden (der Metallelektrode und der mindestens einen Luft-Elektrode) auf.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Halteeinrichtung an ihrer Oberseite einen flüssigkeitsundurchlässigen Gasauslass auf. Durch diesen Gasauslass kann das Gas der aufsteigenden Gasbläschen im Elektrolyt entweichen. Weist die Halteeinrichtung den Deckel an ihrer Oberseite auf, so ist der Gasauslass bevorzugt im Deckel ausgebildet.
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Schließlich ist mit Vorteil vorgesehen, dass die Halteeinrichtung mindestens einen Fluid-Anschluss zur Zufuhr und/oder Abfuhr von Elektrolyt aufweist. Vorzugsweise sind ein Anschluss zur Zufuhr und ein Anschluss zur Abfuhr des Elektrolytes vorgesehen.
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Die Erfindung betrifft weiterhin eine Halteeinrichtung für eine mindestens ein folienartiges Elektrodenelement zur Bildung einer Luftelektrode und eine Metallelektrode aufweisende Batteriezelle, insbesondere eine vorstehend genannte Batteriezelle, wobei die Halteeinrichtung einen rahmenartigen Grundkörper und mindestens eine im rahmenartigen Grundkörper angeordnete Strebenstruktur mit mehreren in der vom Grundkörper aufgespannten Rahmenebene verlaufenden Streben zur mechanischen Unterstützung des folienartigen Elektrodenelements aufweist, wobei die Metallelektrode wie auch das mindestens eine Elektrodenelement im rahmenartigen Grundkörper zueinander beabstandet benachbart einfassbar sind und mindestens eine erste der Streben der Strebenstruktur quer zu mindestens einer zweiten der Streben dieser Strebenstruktur verläuft. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die mindestens eine erste Strebe der Strebenstruktur zwischen dem folienartigen Elektrodenelement und der Metallelektrode anordenbar ist und sich von einem ersten Rahmenteil des Grundkörpers zur Bildung der Oberseite der Halteeinrichtung bis zu einem zweiten Rahmenteil des Grundkörpers zur Bildung der Unterseite der Halteeinrichtung erstreckt und die mindestens eine zweite Strebe der Strebenstruktur auf der der Metallelektrode abgewandten Seite des folienartigen Elektrodenelements anordenbar ist.
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Die Erfindung betrifft schließlich ein Batteriemodul einer Metall-Luft Batterie, mit (i) einer Anordnung von Batteriezellen, insbesondere einem Stapel von prismatischen Batteriezellen und (ii) einer Spanneinrichtung zum Verspannen der Anordnung von Batteriezellen in dieser Spanneinrichtung. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Batteriezellen als eine Mehrzahl der vorstehend beschriebenen Batteriezellen ausgebildet sind.
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Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigen:
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1: eine Batteriezelle einer Zink-Luft Batterie gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,
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2: eine weitere Ansicht der in 1 gezeigten Batteriezelle,
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3: eine Schnittdarstellung durch die Batteriezelle entlang der in 2 gezeigten Schnittlinie A-A,
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4: eine Draufsicht auf die Oberseite der in den 1–3 gezeigten Batteriezelle,
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5: einen Grundrahmen einer Halteeinrichtung zur Halterung der Elektroden der Batteriezelle,
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6: einen Deckel der Halteeinrichtung mit Aussparungen für die Anschlüsse der Elektroden,
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7: ein Tragrahmen der Halteeinrichtung und
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8: Die komplette Halteeinrichtung der in den 1–4 gezeigten Batteriezelle.
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Die Erfindung wird im Folgenden am Beispiel einer Zink-Luft Batteriezelle 10 erläutert, wobei sämtliche Aspekte der Erfindung auf die Batteriezellen anderer Metall-Luft Batterien übertragen werden kann. Der wesentliche Unterschied besteht lediglich darin, die Zink-Elektrode 12 durch eine andere Metall-Elektrode 12 auszutauschen.
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Die 1 zeigt eine Batteriezelle 10 zum modularen Aufbau einer wiederaufladbaren Zink-Luft Batterie. Die gezeigte Batteriezelle 10 ist dabei als prismatische Batteriezelle ausgebildet. Diese Zelle 10 umfasst eine in 3 im Detail gezeigte zentrale Zinkelektrode 12, zwei die Zinkelektrode 12 beidseitig umgebende folienartige (oder membranartige) Elektrodenelemente 14 zur Bildung von Luft-Gegenelektroden 16 und eine Halteeinrichtung 18. In 1 sind lediglich ein Anschluss der zentralen Zink-Elektrode 12, zwei Anschlüsse der beiden Luft-Gegenelektroden 16 sowie Teile einer der Elektrodenelemente 14 erkennbar.
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Die Halteeinrichtung 18 kann funktional in zwei Teile aufgeteilt werden: einen rahmenartigen Grundkörper 20 und zwei im rahmenartigen Grundkörper 20 angeordnete Strebenstrukturen 22 mit jeweils mehreren in der vom Grundkörper 20 aufgespannten Rahmenebene verlaufenden ersten und zweiten Streben 24, 26 zur mechanischen Unterstützung des jeweiligen folienartigen Elektrodenelements 14. Dabei sind die ersten Streben 24 jeder der Strebenstrukturen 22 quer zu den zweiten Streben 26 der Strebenstrukturen ausgerichtet. Jede der Strebenstrukturen 22 ist zweiteilig ausgebildet, wobei im ersten Teil einer jeden der Strebenstrukturen nur die ersten Streben 24 und im zweiten Teil nur die zweiten Streben 26 angeordnet sind. Der erste Teil der Strebenstruktur 22 mit den ersten Streben 24 ist zwischen dem jeweils zugehörigen folienartigen Elektrodenelement 14 und der Metallelektrode 12 angeordnet, wobei sich die ersten Streben 24 (senkrecht) von einem ersten Teil des Grundkörpers 20 zur Bildung einer Oberseite 28 der Halteeinrichtung 18 bis zu einem zweiten Teil des Grundkörpers 20 zur Bildung einer Unterseite 30 der Halteeinrichtung 18 erstrecken. Dieser erste Teil der Strebenstrukturen ist jedoch erst in den 5 und 8 erkennbar und in 1 nicht dargestellt. Der zweite Teil jeder der Strebenstrukturen 22 mit den zweiten Streben 26 (von denen ein Teil in 1 erkennbar ist) ist auf der der Metallelektrode 12 abgewandten jeweiligen Außenseite 32 der folienartigen Elektrodenelemente 14 angeordnet. Zwischen der Zinkelektrode 12 und den Elektrodenelementen 14 befindet sich als Elektrolyt 34 Kaliumhydroxid. Jedes der beiden folienartigen Elektrodenelemente 14 ist elektrisch hinreichend leitfähig, gasdurchlässig aber flüssigkeitsundurchlässig. Die der Zinkelektrode 12 abgewandte Außenseite 32 des jeweiligen Elektrodenelements 14 ist von Luft bzw. einem sonstigen Gas mit Sauerstoffanteil umspült. Die Halteeinrichtung weist im Bereich seiner Oberseite 28 einen Fluid-Anschluss 36 zur Zufuhr von Elektrolyt und im Bereich seiner Unterseite 30 einen Fluid-Anschluss 36 zur Abfuhr von Elektrolyt auf.
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Bevor in den 5–8 die einzelnen Bauteile beschrieben werden, aus denen die in den Figuren gezeigte Halteeinrichtung 18 konkret zusammengesetzt ist, soll die Funktion der Batteriezelle 10 anhand der 2 bis 4 noch einmal kurz beschrieben werden. Dabei zeigt die 2 eine weitere Ansicht der in 1 gezeigten Batteriezelle 10 in einer Seitenansicht. Dabei ist auch hier die Halteeinrichtung 18, die elektrischen Anschlüsse der Elektroden 14, 16, eines der Elektrodenelemente 14, die horizontal verlaufenden zweiten Streben 26 einer der Strebenstrukturen 22 und die Fluid-Anschlüsse 36, 38 erkennbar. Weiterhin ist eine Schnittlinie A-A quer zu der von dem rahmenartigen Grundkörper aufgespannten Ebene (= Bildebene der 2) gezeigt. Die Halteeinrichtung 18 weist an ihrer Oberseite 28, einen abnehmbaren Deckel 40 auf, der auf den Rest der Halteeinrichtung mittels Clipstrukturen aufclipsbar/aufgeclipst ist.
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Die 3 zeigt eine Schnittdarstellung der Batteriezelle 10 entlang dieser Schnittebene A-A. Dabei ist vor allem die Anordnung der plattenförmigen Metallelektrode 12 und der beiden die Metallelektrode beidseitig umgebenden Luft-Gegenelektroden 16 innerhalb der Halteeinrichtung 18 erkennbar. Kernstück der Batteriezelle 10 ist dabei die zentral in der Halteeinrichtung 18 aufgenommene plattenförmige Zink-Elektrode (als Metallelektrode 12). Diese wird von in einem Innenraum 42 der Halteeinrichtung 18 befindlichem Elektrolyt 34 umspült. Der Innenraum 42 ist – abgesehen von den Fluid-Anschlüssen 36, 38 – nach außen flüssigkeitsdicht abgeschlossen. Die Außengrenzen des Innenraums 42 werden dabei teilweise von Komponenten der Halteeinrichtung 18 selbst und teilweise von den folienartigen Elektrodenelementen 14 gebildet, die zwar gasdurchlässig, aber flüssigkeitsundurchlässig sind. Dazu sind die folienartigen Elektrodenelemente 14 in die Halteeinrichtung 18 flüssigkeitsdicht eingeklebt. Der auf einem Epoxidharz beruhende Kleber bildet also Dichtungen 44 der Luft-Elektroden. Auch der Deckel 40 weist eine entsprechende Dichtung 46 auf. An den Außenseiten 32 der Elektrodenelementen 14 strömt Luft oder ein anders Sauerstoffhaltiges Gas. Die Luft-Elektroden werden nun dadurch gebildet, dass die Luft oder das entsprechende Gas durch die Elektrodenelemente 14 auf die dem Elektrolyt 34 und der Metallelektrode 12 (als Anode) zugewandten Innenseite des jeweiligen Elektrodenelements 14 diffundieren kann und dort die Luft-Elektrode 16 (entsprechende Kathode) ausbildet.
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Für jede der beiden Strebenstrukturen 22 ist nun der erste Teil mit den ersten (senkrecht verlaufenden) Streben 24 zwischen dem jeweiligen folienartigen Elektrodenelement 14 und der Metallelektrode 12 angeordnet während der zweite Teil der jeweiligen Strebenstruktur 22 mit den zweiten (waagerecht verlaufenden Streben 26 auf der der Metallelektrode 12 abgewandten Außenseite 32 des folienartigen Elektrodenelements 14 angeordnet ist.
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Die 4 zeigt eine Draufsicht auf die Oberseite der in den 1–3 gezeigten Batteriezelle 10. Dabei ist vor allem die Ausgestaltung des Zellen-Deckels 40 erkennbar. Durch Abnehmen des Deckels 40 lässt sich die Metallelektrode (Anode) 12 einfach austauschen. Der Deckel 40 weist insbesondere Durchbrüche für Anschlüsse der Elektroden (der Metallelektrode und der mindestens einen Luft-Elektrode) 12, 16 sowie einen flüssigkeitsundurchlässigen Gasauslass 48 auf. Durch diesen Gasauslass 48 kann das Gas der aufsteigenden Gasbläschen aus dem Elektrolyt 34 entweichen.
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Es ergibt sich folgende Funktion:
Durch die jeweilige Anordnung der Streben 24, 26 beidseitig der folienartigen Elektrodenelemente 14 werden diese mechanisch besser unterstützt. Gleichzeitig separieren die je zwei ersten Streben 24 pro Strebenstruktur 22 die Metallelektrode 12 räumlich klar von den folienartigen Elektrodenelementen 14 und geben einen entsprechenden Abstand zwischen Metallelektrode 12 und Elektrodenelementen 14 zur Aufnahme des Elektrolytes 34 der Zelle 10 vor. Da sich die ersten Streben 24 von dem die Oberseite 28 bildenden ersten Teil des Grundkörpers 20 bis zu dem die Unterseite 30 der Halteeinrichtung 18 bildenden zweiten Teils des Grundkörpers 20 erstrecken, kann ein im Elektrolyt 34 vorhandener Gasanteil als Gasbläschen in Richtung der Oberseite 28 der Batteriezelle entweichen. Weiterhin tritt bei der Metall-Elektrode (also beispielsweise der Zink-Elektrode) 12, über mehrere Lade-Entlade-Zyklen der wiederaufladbaren Batterie eine im Schnitt birnenförmige Verformung auf. Diese Verformung wird durch die ersten Streben 24 vorteilhafterweise beschränkt.
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In 5 ist der Deckel 40 der Halteeinrichtung 18 noch einmal von der Innenseite her gezeigt. Dabei sind deutlich Durchbrüche 50 für die Anschlüsse der Elektroden 12, 16 erkennbar.
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Die 6 zeigt einen Grundrahmen 52 zur Bildung der Halteeinrichtung 18. Dieser Grundrahmen 52 bildet zum einen den jeweiligen ersten Teil der Strebenstrukturen 22 zur mechanischen Unterstützung der Elektrodenelemente 14 und zum anderen zusammen mit dem Deckel 40 den rahmenartigen Grundkörper 20. Am Grundrahmen 52 sind sowohl die Fluid-Anschlüsse 36, 38 als auch Ausrichtestrukturen 54 ausgebildet, mit denen man die Zellen 10 bei einer Anordnung in einem Stapel (Stack) präzise ausrichten kann.
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Die 7 zeigt einen im/am Grundrahmen 52 durch Einclipsen befestigbaren Tragrahmen 56 der Halteeinrichtung 18 mit drei zweiten Streben 26. Dieser Tragrahmen 56 ist zur Ausbildung eines zweiten Teils einer Strebenstruktur 22 eingerichtet. Durch diesen Tragrahmen 56 mit den zweiten Streben 26 kann das entsprechende folienartige Elektrodenelement 14 einfach in den Grundrahmen 52 (bzw. den dadurch gebildeten rahmenartigen Grundkörper 20) eingesetzt werden. Anschließend wird der Tragrahmen 56 mit den zweiten Streben 26 einfach auf das folienartige Elektrodenelement 14 aufgesetzt und eingeclipst.
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Die 8 zeigt schließlich die komplette Halteeinrichtung 18, also ohne die Elektroden 12, 16 und das Elektrolyt 34. Die Halteeinrichtung 18 wird von den folgenden Bauteilen gebildet: dem Grundrahmen 52, dem Deckel 40 sowie den beiden Tragrahmen 58. Der Deckel 40 bildet zusammen mit dem Grundrahmen 52 den rahmenartigen Grundkörper 20 zur Aufnahme der Elektroden 12, 16, während der Grundrahmen 52 zusammen mit den Tragrahmen die beiden Strebenstrukturen bildet 22.
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Werden die Zellen 20 innerhalb eines Batteriemoduls (nicht gezeigt) zu einem Stapel gepackt und mittels einer Spanneinrichtung verspannt, so ergeben sich sechs durch den gesamten Stapel hindurch reichende Kraftflusslinien, denen sechs Druckpunkte 58 in jeder der Batteriezellen entsprechen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Batteriezelle
- 12
- Metallelektrode
- 14
- Elektrodenelement, folienartig
- 16
- Luft-Gegenelektrode
- 18
- Halteeinrichtung
- 20
- Grundkörper
- 22
- Strebenstruktur
- 24
- erste Strebe
- 26
- zweite Strebe
- 28
- Oberseite
- 30
- Unterseite
- 32
- Außenseite
- 34
- Elektrolyt
- 36
- Fluid-Anschluss
- 38
- Fluid-Anschluss
- 40
- Deckel
- 42
- Innenraum
- 44
- Dichtung, Luftelektroden-
- 46
- Dichtung, Deckel-
- 48
- Gasauslass
- 50
- Durchbruch für Elektrodenanschlüsse
- 52
- Grundrahmen
- 54
- Ausrichtestruktur
- 56
- Tragrahmen
- 58
- Druckpunkt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 0673076 A1 [0002]
- DE 102010031641 A1 [0006]
