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Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrochemischen Energiespeicher. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere einen elektrochemischen Energiespeicher, wie etwa eine Lithium-Ionen-Batterie, aufweisend eine Arretiervorrichtung für eine Zelleinheit mit einer verbesserten Herstellbarkeit und einem verbesserten Schutz vor einer Beschädigung der Zelleinheit.
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Stand der Technik
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Elektrochemische Energiespeicher, wie beispielsweise Lithium-Ionen-Batterien, sind in vielen täglichen Anwendungen weit verbreitet. Sie werden beispielsweise in Computern, wie etwa Laptops, Mobiltelefonen, Musikabspielgeräten, Smartphones und bei anderen Anwendungen, wie etwa in Windkraftanlagen, eingesetzt. Auch bei der zur Zeit stark vorangetriebenen Elektrifizierung von Fahrzeugen, wie etwa Kraftfahrzeugen, beispielsweise HEV, PHEV, EV, Micro-Hybrid, bieten derartige Batterien Vorteile.
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Aus dem Dokument
US 2008/0107961 A1 ist eine wiederaufladbare Batterie bekannt, die eine in einem Gehäuse angeordnete Elektrodenanordnung aufweist. Bestandteil des Gehäuses ist ein Halt für die Elektrodenanordnung, welcher Halt in den Innenraum des Gehäuses verläuft.
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Das Dokument
US 2012/0208059 A1 beschreibt ein Verfahren zum Herstellen eines Energiespeichers. Ein derartiges Verfahren basiert auf dem Verwenden eines Formschlusses und dabei insbesondere auf dem Ausbilden eines mechanischen Halts einer Batteriezelle unter Verwendung eines Formteils.
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Aus dem Dokument
DE 10 2011 003 741 A1 ist ferner eine Batteriezelle bekannt. Eine derartige Batteriezelle umfasst ein Gehäuse und eine Mehrzahl von Elektroden, die im Gehäuse in einer Elektroden-Separator-Einheit in Form eines Wickels angeordnet sind, wobei der Wickel wenigstens einen metallischen unbeschichteten Bereich aufweist, und wobei zwischen dem metallischen unbeschichteten Bereich und dem Gehäuse wenigstens eine Materialschicht angeordnet ist, die den metallischen unbeschichteten Bereich zumindest abschnittsweise bedeckt.
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Offenbarung der Erfindung
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein elektrochemischer Energiespeicher, aufweisend ein Gehäuse zum Aufnehmen einer Zelleinheit, wobei das Gehäuse ein Deckelelement zum Verschließen eines insbesondere wannenartigen Gehäusegrundkörpers aufweist, wobei ferner wenigstens eine Arretiervorrichtung zum Arretieren der Zelleinheit vorgesehen ist, wobei sich wenigstens eine Arretiervorrichtung in einem den Gehäusegrundkörper verschließenden Zustand des Deckelelements zwischen dem Gehäusegrundkörper und der Zelleinheit und von dem Deckelelement in Richtung eines Bodenbereichs des Gehäusegrundkörpers erstreckt und relativ zu dem Deckelelement beweglich ist.
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Der vorbeschriebene elektrochemische Energiespeicher ermöglicht auf einfache und kostengünstige Weise eine sichere Arretierung der Zelleinheit in dem Gehäuse und ist dabei besonders einfach und kostengünstig herstellbar.
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Unter einem elektrochemischen Energiespeicher kann dabei insbesondere eine Batterie verstanden werden, wie etwa eine Primärbatterie oder auch eine Sekundärbatterie, also ein wieder aufladbarer Akkumulator. Als nicht beschränkendes Beispiel für einen Akkumulator kann ein Lithium-Ionen-Akkumulator, beziehungsweise eine Lithium-Ionen-Batterie, genannt werden.
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Der elektrochemische Energiespeicher umfasst dabei ein Gehäuse zum Aufnehmen einer Zelleinheit. Dabei kann nur eine Zelleinheit vorgesehen sein, oder es kann eine Mehrzahl von Zelleinheiten in dem Gehäuse anordbar sein, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Die eine oder die Mehrzahl an elektrochemischen Zelleinheiten kann dabei im Wesentlichen ausgestaltet sein, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist, und eine Anode, eine Kathode, einen Separator und einen Elektrolyt aufweisen. Für den beispielhaften Fall einer Lithium-Ionen-Batterie kann die Anode beispielsweise umfassen oder ausgestaltet sein aus metallischem Lithium oder aus einem Material, welches Lithiumionen einlagern beziehungsweise interkalieren und wieder auslagern beziehungsweise deinterkalieren kann. Ein derartiges Anodenmaterial kann beispielsweise auf einen Stromableiter aufgebracht, wie etwa aufgerakelt, sein. Beispielhafte Anodenmaterialien umfassen Graphit oder Lithiumtitanat. Die Kathode kann entsprechend, ebenfalls für den rein beispielhaften Fall einer Lithium-Ionen Batterie, beispielhaft Nickel-Mangan-Kobalt-Oxid (NMC) oder Lithium-Cobalt-Oxid (LiCoO2) aufweisen oder daraus ausgestaltet sein und ebenfalls auf einen Stromableiter aufgebracht sein. Dabei kann das Kathodenmaterial wie auch das Anodenmaterial gegebenenfalls in einem Binder, wie beispielsweise Polyvinylidenfluorid (PVDF) etwa zusammen mit einem Leitzusatz, wie etwa einer elektrisch leitfähigen Kohlenstoffverbindung, beispielsweise Graphit, vorliegen.
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Der Elektrolyt kann ebenfalls in an sich bekannter Weise beispielsweise ein Festkörperelektrolyt sein oder ein Lösungsmittel umfassen, in dem ein oder mehrere elektrisch leitfähige Salze gelöst sind. Beispielsweise können aprotische Lösungsmittel, wie etwa Ethylencarbonat, Propylencarbonat, Dimethylcarbonat oder Diethylcarbonat Verwendung finden. Weiterhin kann als elektrisch leitfähiges Salz Lithiumhexafluorophosphat (LiPF6) verwendet werden. Beispielsweise kann der Elektrolyt sich in Poren des Separators befinden. Der Separator kann beispielsweise eine insbesondere poröse Kunststofffolie sein, etwa gebildet aus Polypropylen.
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Insbesondere das Salz Lithiumhexafluorophosphat (LiPF6) kann dabei gegenüber Feuchtigkeit äußerst reaktiv sein und gegebenenfalls in mehreren Stufen bis hin zum Fluorwasserstoff (HF) hydrolisieren. Um eine derartige Elektrolyse des Salzes zu verhindern, ist bei einem elektrochemischen Energiespeicher das Gehäuse vorgesehen, welches eine Abschirmung gegenüber der äußeren Atmosphäre bewirken kann. Beispielsweise kann das Gehäuse zumindest teilweise aus einem Metall, wie etwa einer Metallfolie oder eine Metallblech, ausgestaltet sein, welches eine effektive Sperre gegen Luftfeuchtigkeit der äußeren Atmosphäre darstellen kann. Beispielsweise kann das Gehäuse aus tiefgezogenem Aluminiumblech ausgestaltet sein oder daraus bestehen, wobei ein derartiges Gehäuse insbesondere als ein auch als Hardcase-Gehäuse bezeichnetes Gehäuse ausgestaltet sei kann.
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Das Gehäuse kann beispielsweise einen wannenartigen Grundkörper aufweisen und dabei etwa einen Boden und je nach der Form einen oder mehrere Wandbereiche beziehungsweise Seitenteile aufweisen. Der Grundkörper kann dabei eine Öffnung aufweisen, welche durch ein Deckelelement verschließbar ist und welche insbesondere dem Boden gegenüberliegend angeordnet ist. Das Gehäuse beziehungsweise insbesondere der Grundkörper weist dabei einen Aufnahmeraum auf, der dazu ausgestaltet ist, die eine oder die Mehrzahl an Zelleinheiten aufzunehmen beziehungsweise diese darin anzuordnen.
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Speziell aber nicht hierauf beschränkt bei hochkapazitiven Zellen, wie beispielsweise bei Zellen in einem Bereich von 5Ah bis 70 Ah, kann die Geometrie der Zelleinheit unter Umständen nicht exakt auf das Gehäuse anpassbar sein. Dadurch können Hohlräume zwischen der Zelleinheit und dem Gehäuse entstehen. Derartige Hohlräume können dazu führen, dass sich die Zelleinheit beispielsweise bei mechanischen Belastungen, wie etwa bei einem Rütteln, in dem Gehäuse bewegen und dadurch gegebenenfalls deformiert werden kann. Hierdurch können sich unter Umständen auch die Elektroden verschieben, was wiederum zu internen Kurzschlüssen führen kann. Es besteht somit grundsätzlich die Gefahr, dass der Energiespeicher etwa aufgrund von internen Kurzschlüssen erhitzt und beschädigt wird, oder dass giftige Stoffe, wie etwa Fluorwasserstoff, austreten können.
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Um eine derartige Gefährdung auszuschließen oder zumindest signifikant zu reduzieren, ist wenigstens eine Arretiervorrichtung zum Arretieren beziehungsweise zum Fixieren der Zelleinheit vorgesehen. Dabei kann in Abhängigkeit der verwendeten Zelleinheit beziehungsweise des verwendeten Gehäuses nur eine Arretiervorrichtung vorgesehen sein, oder es kann eine Mehrzahl an Arretiervorrichtungen vorgesehen sein, wobei die Anzahl von der konkreten Ausgestaltung des Energiespeichers abhängig sein kann. Dabei können die Arretiervorrichtungen jeweils einzeln, in einer geeigneten Mehrzahl oder sämtlich in der jeweils beschriebenen Ausgestaltung vorliegen. Die Arretiervorrichtung oder die Mehrzahl an Arretiervorrichtungen dient dabei dazu, die Zelleinheit in dem Gehäuse derart zu arretieren beziehungsweise zu fixieren, dass eine Bewegbarkeit der Zelleinheit in dem Gehäuse ausgeschlossen oder zumindest signifikant reduziert werden kann. Dadurch können Beschädigungen, wie dies vorstehend ausgeführt ist, beispielsweise durch mechanische Beanspruchung, ausgeschlossen oder die Gefahr einer Beschädigung zumindest signifikant reduziert werden. Neben einer Reduzierung der Gefahr von Beschädigungen des Energiespeichers kann somit die Sicherheit des Betriebs des Energiespeichers gesteigert und damit die von einem Energiespeicher ausgehende Gefährdung reduziert werden.
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Hierzu kann die Arretiervorrichtung insbesondere die aufgrund der Geometrie der Zelleinheit und des Gehäuses gegebenenfalls auftretenden Hohlräume zumindest teilweise, insbesondere vollständig, ausfüllen und somit eine Bewegbarkeit der Zelleinheit in dem Gehäuse verhindern. Dabei ist es vorgesehen, dass sich die Arretiervorrichtung in einem den Gehäusegrundkörper verschließenden Zustand des Deckelelements zwischen dem Gehäusegrundkörper und der Zelleinheit und von dem Deckelelement in Richtung eines Bodenbereichs des Gehäusegrundkörpers erstreckt. Die Arretiervorrichtung verläuft somit insbesondere von dem Deckelelement in Richtung eines Bodens beziehungsweise Bodenbereichs des Gehäuses, beziehungsweise bis zu dem Boden. Der Boden beziehungsweise der Bodenbereich des Gehäuses ist dabei insbesondere der Bereich, welcher zu dem Deckelelement gegenüberliegend angeordnet ist. Somit verläuft die Arretiervorrichtung insbesondere seitlich zu der Zelleinheit und zwischen der Zelleinheit und dem Gehäuse und kann somit sich zwischen der Zelleinheit und dem Gehäuse sich ausbildende Hohlräume auf einfache Weise zumindest teilweise ausfüllen, um so eine Bewegbarkeit des Zellelements in dem Gehäuse zu verhindern oder zumindest signifikant zu reduzieren.
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Bei einem vorbeschriebenen Energiespeicher ist die wenigstens eine Arretiervorrichtung weiterhin relativ zu dem Deckelelement beweglich, beispielsweise beweglich an dem Deckelelement fixiert. Unter einer relativ zu dem Deckelelement beweglichen Ausgestaltung ist dabei im Sinne der Erfindung insbesondere zu verstehen, dass zumindest ein Teilbereich der wenigstens einen Arretiervorrichtung seine Ausrichtung oder Position relativ zu dem Deckelelement beziehungsweise einer Position des Deckelelements verändern kann. Somit liegt insbesondere gerade keine starre und unbewegliche Lage der wenigstens einen Arretiervorrichtung vor, sondern die Arretiervorrichtung kann sich insbesondere in Bezug auf das Deckelelement in einer geeigneten Weise bewegen. Eine derartige Ausgestaltung weist gegenüber den Lösungen aus dem Stand der Technik deutliche Vorteile auf.
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Insbesondere kann es durch das Vorliegen einer Bewegbarkeit beziehungsweise einer flexiblen Anordnung der Arretiervorrichtung relativ zu dem Deckelelement ermöglicht werden, dass eine vereinfachte Handhabung der angesprochenen Bauteile möglich ist und somit die Montage des Energiespeichers vereinfacht werden kann. Beispielsweise ist es aus dem Stand der Technik bekannt, zur Fixierung der Zelleeinheit die Hohlräume mit so genannten Retainern, beispielsweise aus Kunststoff, aufzufüllen. Derartige Haltemittel müssen jedoch händisch eingesetzt beziehungsweise aufgesteckt werden, was einen verhältnismäßig großen Montageaufwand erfordert. Ein derartiger Montageaufwand ist bei einem vorbeschriebenen Energiespeicher wie vorstehend ausgeführt nicht notwendig, so dass das Herstellungsverfahren signifikant vereinfacht dadurch kostengünstiger gestaltet werden kann.
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Neben einer reinen Kosteneinsparung kann ein derartig vereinfachtes Herstellungsverfahren ferner dazu führen, dass die Herstellung des Energiespeichers auf einfache Weise automatisiert durchgeführt werden kann.
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Darüber hinaus kann durch die Ausgestaltung des Energiesprechers das Verlustrisiko der gemäß dem Stand der Technik oftmals als Einzelteile ausgestalteten Haltemittel minimiert werden, da die Arretiervorrichtung des Energiespeichers mit dem Deckelelement in vorteilhafter Weise fest verbunden sein kann.
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Eine relativ zu dem Deckelelement vorgesehene Bewegbarkeit der wenigstens einen Arretiervorrichtung kann ferner den weiteren Vorteil ermöglichen, dass etwaige beispielsweise herstellungsbedingte Toleranzen, wie beispielsweise Fertigungsungenauigkeiten, problemlos ausgeglichen werden können. Dadurch kann das Verfahren weiter vereinfacht werden, da in einem begrenzten Maße Fertigungstoleranzen die Gefahr einer Beschädigung des Energiespeichers durch eine Bewegung der Zelleinheit nicht bedingen und somit gegebenenfalls toleriert werden können.
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Zusammenfassend ermöglicht ein vorbeschriebene Energiespeicher somit eine verminderte Gefährdung von Beschädigungen bei gleichzeitig verbesserter Herstellbarkeit.
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Im Rahmen einer Ausgestaltung kann wenigstens eine Arretiervorrichtung schwenkbar an dem Deckelelement fixiert sein. Insbesondere durch eine Schwenkbarkeit der wenigstens einen Arretiervorrichtung an dem Deckelelement kann eine besonders vorteilhafte Herstellbarkeit ermöglicht werden, da die Arretiervorrichtung oder die Mehrzahl an Arretiervorrichtungen bei einem Befestigen der Zelleinheit an dem Stromabnehmer beiseite geschwenkt werden können und vor einem Einfügen in den Gehäusegrundkörper in eine geeignete Position schwenkbar sind. Dabei ist ferner eine Bewegbarkeit auf besonders einfache und kostengünstige Weise kombinierbar mit einer sicheren Fixierung der Arretiervorrichtung an dem Deckelelement. Darüber hinaus ist insbesondere bei einer Schwenkbarkeit eine Anpassung des Energiespeichers an das gewünschte Anwendungsgebiet derart möglich, dass die wenigstens eine Arretiervorrichtung sowohl lösbar als auch unlösbar an dem Deckelelement befestigt werden kann. Eine Schwenkverbindung kann dabei bewirken, dass eine Bewegbarkeit der wenigstens einen Arretiervorrichtung teilweise, also in einer definierten Richtung, ausgeschlossen wird, jedoch eine Schwenkbarkeit in einer anderen definierten Richtung, insbesondere in Richtung von der Zelleinheit zu dem Gehäuse, ermöglicht wird.
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Insbesondere kann wenigstens eine Arretiervorrichtung an dem Deckelement fixiert sein durch ein Schwenkgelenk. Insbesondere durch ein Schwenkgelenk ist es dabei auf einfache Weise möglich, eine Bewegbarkeit beziehungsweise Insbesondere eine Schwenkbarkeit wenigstens einer Arretiervorrichtung an dem Deckelelement zu ermöglichen. Dabei sind insbesondere Schwenkgelenke in einer Vielzahl von Ausgestaltungen kostengünstig erhältlich, wodurch eine besonders einfache Handhabbarkeit an das gewünschte Anwendungsgebiet beziehungsweise an die gewünschten Eigenschaften möglich ist. Weiterhin ist eine Vielzahl von Schwenkgelenken grundsätzlich bekannt, um eine lösbare wie auch eine unlösbare Verbindung von der wenigstens einen Arretiervorrichtung an dem Deckelelement zu ermöglichen.
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Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann das Schwenkgelenk eine formschlüssige Verbindung oder eine filmscharnierartige Verbindung von Arretiervorrichtung und Deckelelement umfassen. Insbesondere die vorgenannten Möglichkeiten können dabei geeignet sein, auf einfache und kostengünstige Weise eine geeignete Schwenkbarkeit zu ermöglichen. Eine formschlüssige Verbindung kann dabei insbesondere eine lösbare, aber auch eine unlösbare gelenkige Verbindung ausbilden. Eine formschlüssige Verbindung kann beispielsweise als Kugelgelenk oder als Scharniergelenk ausgestaltet sein. Ferner kann insbesondere eine formschlüssige Verbindung durch eine Verklipsung ausgestaltet werden, indem etwa ein Gelenkkopf in eine Gelenkpfanne eingeklipst wird. In dieser Ausgestaltung kann auf einfache Weise eine lösbare aber stabile gelenkige Verbindung ausgebildet werden. Für den Fall, dass beispielsweise eine unlösbare gelenkige Verbindung erwünscht ist, kann diese etwa filmscharnierartig ausgestaltet werden. Unter einem Filmscharnier kann dabei im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere verstanden werden eine insbesondere dünnwandige und biegsame Verbindung, etwa ausgestaltet aus einem Kunststoff wie beispielsweise Polyethylen, von Arretiervorrichtung und Deckelelement. Ein Filmscharnier kann so eine Drehbewegung beziehungsweise Schwenkbewegung der verbundenen Teile, also hier von Arretiervorrichtung und Deckelelement ermöglichen. Filmscharniere sind dabei eine sehr kostengünstige Lösung.
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Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann die Form wenigstens einer Arretiervorrichtung an die Form der Zelleinheit angepasst sein. Insbesondere eine derart angepasste Ausgestaltung der Arretiervorrichtung kann auf besonders vorteilhafte Weise ermöglichen, die Zelleinheit in dem Gehäuse zu arretieren beziehungsweise zu fixieren und so die Gefahr von Beschädigungen zu reduzieren beziehungsweise die Sicherheit zu erhöhen. Denn insbesondere durch eine derartige Anpassung können die Hohlräume vollständig ausgefüllt sein und eine Bewegung der Zelleinheit durch einen Formschluss sicher verhindert werden.
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Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann wenigstens eine Arretiervorrichtung aus einem Kunststoff ausgestaltet sein, wie beispielsweise aus Polyethylen, Polypropylen, Polyethylenterephtalat. Insbesondere durch einen Kunststoff kann ein unmittelbarer leitender Kontakt von Zelleinheit und Gehäuse verhindert werden, was eine elektrische Isolierung des Gehäuses vereinfachen kann. Darüber hinaus erlauben insbesondere Kunststoffmaterialien eine Vielzahl an Ausgestaltungen, um bezüglich des Deckelelements beweglich zu sein. Beispielsweise ein Filmscharnier lässt sich in dieser Ausgestaltung problemlos als Bestandteil der Arretiervorrichtung ausbilden.
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Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann die Zelleinheit als Wicklungselement ausgestaltet sein. In dieser Ausgestaltung kann somit eine auch als Jelly Roll bezeichnete Anordnung von Elektroden vorliegen, die vorgesehen sind in einer gewickelten, beispielsweise gerollten oder gefalteten, Konfiguration und wobei zwischen den Elektroden eine Separatorlage vorgesehen ist. Eine derartige Ausgestaltung kann beispielsweise realisierbar sein durch das beidseitige Aufbringen einer entsprechenden vorbeschriebenen Elektrodenlage auf einen Metallkollektor. Der Metallkollektor kann dabei in Abhängigkeit der Polarität der Elektrode aus Aluminium oder aus Kupfer geformt sein. Weiterhin kann eine Separatorlage die äußerste Elektrodenschicht von einem die Zelle umgebenden Gehäuse beziehungsweise der Isolationsschicht trennen.
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Insbesondere eine gewickelte Zelleinheit beziehungsweise Elektrodenanordnung kann ungünstig sein, um sie beispielsweise in ein prismatisches Gehäuse volumetrisch optimal zu platzieren. Dennoch lassen sich oftmals Hohlräume nicht ganz vermeiden, beispielsweise sowohl im unteren Bereich zwischen der Gehäusewand und der Zelleinheit, als auch in seitlichen Gehäusebereichen etwa in den Zonen, in denen die Kollektoren an den insbesondere massefreien Ableitern befestigt, etwa mit diesen verschweißt, werden.
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Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Energiespeichers wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Energiespeichermodul, dem Verfahren, den Figuren sowie der Figurenbeschreibung verwiesen.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner ein Energiespeichermodul, aufweisend eine Mehrzahl an Energiespeichern, wobei das Energiespeichermodul wenigstens einen, vorzugsweise eine Mehrzahl an Energiespeichern, wie diese vorstehend im Detail beschrieben sind, umfasst. Ein derartiges Energiespeichermodul beziehungsweise Batteriemodul weist insbesondere den Vorteil einer verbesserten Herstellbarkeit sowie einer geringen Gefährdung gegenüber Beschädigungen, als auch eine hohe Sicherheit auf.
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Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Energiespeichermoduls wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Energiespeicher, dem Verfahren, den Figuren sowie der Figurenbeschreibung verwiesen.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner ein Verfahren zum Herstellen eines Energiespeichers, wie er vorstehend im Detail beschrieben ist, wobei das Verfahren die Verfahrensschritte aufweist:
- a) Bereitstellen eines Deckelelements mit zwei gegenläufig polbaren Stromabnehmern und wenigstens einer an dem Deckelement befestigten Arretiervorrichtung, wobei wenigstens eine Arretiervorrichtung relativ zu dem Deckelelement beweglich ist;
- b) Fixieren einer Zelleinheit an den Stromabnehmern derart, dass ein erster Stromabnehmer mit einer Anode der Zelleinheit verbunden ist und ein zweiter Stromabnehmer mit einer Kathode der Zelleinheit verbunden ist; und
- c) Fixieren des Deckelelements an einem Gehäusegrundkörper derart, dass sich die Zelleinheit in einem Aufnahmeraum des Grundkörpers befindet und sich wenigstens eine Arretiervorrichtung zwischen dem Gehäusegrundkörper und der Zelleinheit von dem Deckelelement in Richtung eines Bodenbereichs des Gehäusegrundkörpers erstreckt.
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Das vorbeschriebene Verfahren zeichnet sich insbesondere durch seine Einfachheit und Kostengünstigkeit aus und ermöglicht ferner das Herstellen eines Energiespeichers mit einer geringen Gefährdung gegenüber Beschädigungen wie auch mit einer hohen Sicherheit.
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Hierzu umfasst das Verfahren gemäß Verfahrensschritt a) Bereitstellen eines Deckelelements mit zwei gegenläufig polbaren Stromabnehmern und wenigstens einer an dem Deckelement befestigten Arretiervorrichtung, wobei wenigstens eine, vorzugsweise sämtliche vorhandenen Arretiervorrichtungen, relativ zu dem Deckelelement beweglich ist beziehungsweise sind. Das Vorsehen eines Deckelelements mit zwei gegenläufig polbaren Stromabnehmern ist dabei für den Fachmann grundsätzlich bekannt. Dabei kann das Deckelelement etwa eine Grundplatte mit zwei durch die Grundplatte verlaufenden Kontakten aufweisen. Die Stromabnehmer sind dabei mit den Kontakten verbunden und dienen einer entsprechenden Kontaktierung mit der Zelleinheit.
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An einem derartigen Deckelelement kann wenigstens eine, insbesondere eine Mehrzahl an Arretiervorrichtungen befestigt werden. Beispielsweise kann die wenigstens eine Arretiervorrichtung mittels einer Klipsverbindung fixiert werden und/oder lösbar oder unlösbar befestigt sein. Die Arretiervorrichtung ist dabei relativ zu dem Deckelelement beweglich.
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Weiterhin umfasst das Verfahren gemäß Verfahrensschritt b) das Fixieren einer Zelleinheit an den Stromabnehmern derart, dass ein erster Stromabnehmer mit einer Anode der Zelleinheit verbunden ist und ein zweiter Stromabnehmer mit einer Kathode der Zelleinheit verbunden ist. Dies kann in an sich bekannter Weise vorzugsweise derart realisiert werden, dass eine möglichst verlustfreie elektrische Verbindung ermöglicht wird. Beispielsweise kann ein jeweiliger Verbindungsabschnitt der Zelleinheit mit dem entsprechenden Stromabnehmer verschweißt werden. Ein derartiger Verbindungsabschnitt ist insbesondere und beispielhaft bei einem Wicklungselement als Zelleinheit ein Bereich der Elektroden, welche am Ende der gewickelten Anordnung sein kann und somit nicht mit den entsprechenden Elektrodenmaterialien beschichtet ist.
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Weiterhin umfasst das Verfahren gemäß Verfahrensschritt c) ein Fixieren des Deckelelements an einem Gehäusegrundkörper derart, dass sich die Zelleinheit in einem Aufnahmeraum des Grundkörpers befindet und sich wenigstens eine Arretiervorrichtung zwischen dem Gehäusegrundkörper und der Zelleinheit von dem Deckelelement in Richtung eines Bodenbereichs des Gehäusegrundkörpers erstreckt. Durch ein derartiges Einfügen der Zelleinheit in den Grundkörper können gegebenenfalls auftretende Hohlräume verschlossen werden und so effektiv eine Beschädigung des Energiespeichers etwa durch mechanische Einflüsse verhindert werden.
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Im Rahmen einer Ausgestaltung des Verfahrens kann wenigstens eine Arretiervorrichtung schwenkbar an dem Deckelelement fixiert sein beziehungsweise fixiert werden. Dabei kann die wenigstens eine Arretiervorrichtung beispielsweise durch ein Schwenkgelenk an einer geeigneten Position an dem Deckelelement fixiert werden beziehungsweise sein. Insbesondere durch eine Schwenkbarkeit der Arretiervorrichtung an dem Deckelelement kann eine besonders vorteilhafte Herstellbarkeit ermöglicht werden, da die Arretiervorrichtung oder die Mehrzahl an Arretiervorrichtungen bei einem Befestigen der Zelleinheit an dem Stromabnehmer beiseite geschwenkt werden können und vor einem Einfügen in den Gehäusegrundkörper in eine geeignete Position schwenkbar sind.
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Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Energiespeicher, dem Energiespeichermodul, den Figuren sowie der Figurenbeschreibung verwiesen.
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Beispiele und Zeichnungen
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Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Gegenstände werden durch die Zeichnungen veranschaulicht und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Dabei ist zu beachten, dass die Zeichnungen nur beschreibenden Charakter haben und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken. Es zeigen
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1 eine schematische Darstellung einer Ausgestaltung eines elektrochemischen Energiespeichers;
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2 eine schematische Seitenansicht eines Bestandteils des Energiespeichers aus 1; und
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3 eine schematische Seitenansicht des Bestandteils des Energiespeichers aus 2 mit einer Zelleinheit.
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In 1 ist eine schematische Darstellung eines elektrochemischen Energiespeichers 10 gezeigt. Der Energiespeicher 10 kann beispielsweise eine Lithium-Ionen-Batterie sein und etwa in einem zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeug angeordnet sein. Ferner kann der Energiespeicher 10 Teil eines Energiespeichermoduls sein.
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Der Energiespeicher 10 umfasst ein Gehäuse 12 mit einem wannenartigen Gehäusegrundkörper 14 und einem Deckelelement 16. Es sind ferner Anschlüsse beziehungsweise Kontakte 18, 19 vorgesehen, welche zum Abgreifen elektrischer Energie dienen. Weiterhin sind in dem Deckelelement 16 eine verschließbare Öffnung 20 zum Einfüllen eines fluiden Elektrolyten sowie ein Überdruckventil mit einer Berstscheibe 22 gezeigt. Gegenüberliegend zu dem Deckelelement 16 ist ferner der Boden beziehungsweise Bodenbereich 15 des Gehäuses 12 beziehungsweise des Gehäusegrundkörpers 14 gezeigt.
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In der 2 ist ein Teil des Energiespeichers 10 gezeigt. Im Detail ist in der 2 das Deckelelement 16 gezeigt, welches, wie dies in der 1 gezeigt ist, zum Verschließen des Gehäusegrundkörpers 14 dient. Dabei sind ferner Stromableiter 24, 25 gezeigt, welche mit den Kontakten 18, 19 verbunden sind und mit welchen eine Zelleinheit 30, wie etwa ein Wicklungselement, verbunden, beispielsweise verschweißt, werden kann, wie dies in der 3 gezeigt ist.
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Weiterhin sind ferner zwei gegenüberliegend angeordnete Arretiervorrichtungen 26 zum Arretieren der Zelleinheit 30 gezeigt, wobei die Arretiervorrichtungen 30 derart ausgestaltet beziehungsweise angeordnet sind, dass diese in einem den Gehäusegrundkörper 14 verschließenden Zustand des Deckelelements 16 zwischen dem Gehäusegrundkörper 14 und der Zelleinheit 30 und von dem Deckelelement 16 in Richtung eines Bodenbereichs 15 des Gehäusegrundkörpers 14 sich erstrecken können. Im Detail sind die Arretiervorrichtungen 26 in der gezeigten Ausgestaltung schwenkbar an dem Deckelelement 16 fixiert, etwa durch ein Schwenkgelenk 28. Das Schwenkgelenk 28 kann dabei eine formschlüssige Verbindung oder eine filmscharnierartige Verbindung von Arretiervorrichtung und Deckelelement umfassen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2008/0107961 A1 [0003]
- US 2012/0208059 A1 [0004]
- DE 102011003741 A1 [0005]
