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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einem Verpressungselement eines zumindest eine Batteriezelle aufweisenden Batteriemoduls nach Gattung des unabhängigen Anspruchs. Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind auch ein Batteriemodul mit einem solchen Verpressungselement und ein Verfahren zu dessen Herstellung. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Batterie mit einem solchen Batteriemodul.
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Aus dem Stand der Technik ist bekannt, dass Batterien, wie insbesondere Lithium-Ionen-Batterien, wenigstens aus einem Batteriemodul oder vorteilhaft auch aus einer Mehrzahl an Batteriemodulen bestehen. Weiterhin weist ein Batteriemodul bevorzugt eine Vielzahl an einzelnen Batteriezellen auf, welche untereinander zu dem Batteriemodul verschaltet sind, wobei die einzelnen Batteriezellen seriell oder parallel miteinander verschaltet sein können. Die einzelnen Batteriezellen können dabei als sogenannte Zellwickel (Jelly Roll, JR) ausgebildet sein und in einem prismatischen, metallischen Gehäuse aufgenommen sein. Alterungsprozesse aufgrund von Lade- und Entladevorgängen in den einzelnen Batteriezellen bedingen interne Kräfte, welche dazu führen, dass die einzelnen Batteriezellen während der Betriebsdauer nicht formkonstant bleiben. Sondern diese als Schwellung bezeichneten Prozesse deformieren das Gehäuse der Batteriezellen und erfordern eine derartige Ausbildung des Batteriemoduls, welche die aufgrund von Alterungsprozessen entstehenden internen Kräften aufnehmen kann und die Verformung der Gehäuse der einzelnen Batteriezellen begrenzen kann. Die Beaufschlagung der einzelnen Batteriezellen oder deren Gehäuse mit einer Kraft, um die Verformung zu begrenzen, wird allgemein als Verpressung bezeichnet. Dabei dient die Verpressung desweiteren dazu, durch Schock- oder Vibrationskräfte auf die einzelnen Batteriezellen wirkende Belastungen während des Betriebes zu reduzieren, um somit eventuelle Beschädigungen zu verhindern.
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Aus dem Stand der Technik ist es dazu bekannt, ein Batteriemodul durch Spannbänder, Klammern oder ähnliche Elemente zu verspannen und damit zu verpressen.
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Die Druckschrift
DE 10 2013 201 021 A1 offenbart ein Batteriemodul mit mehreren Batteriezellen und mehreren Behältern zur Aufnahme der Batteriezellen. Ein jeder Behälter des Batteriemoduls weist dabei einen Behälterboden, einen Behälterdeckel und zwischen dem Behälterboden und dem Behälterdeckel angeordnete und aus Kunststoff gebildete Behälterwände auf. Ferner weist ein jeder Behälterboden eine Kühlplatte auf, die derart an dem Behälterboden integriert ist, dass zwischen einer in dem jeweiligen Behälter angeordneten Batteriezelle und der Kühlplatte ein Wärme leitender Kontakt hergestellt werden kann. Weiterhin sind die Behälter dazu geformt, Verspannungsmittel zum Verspannen der Batteriezellen aufzunehmen oder zu halten.
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Offenbarung der Erfindung
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Das Verpressungselement eines zumindest eine Batteriezelle aufweisenden Batteriemoduls und ein Batteriemodul mit einem solchen Verpressungselement sowie das Verfahren zu dessen Herstellung und die Batterie mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche haben den Vorteil, dass eine einfache und zuverlässige Verpressung der zumindest einen Batteriezelle des Batteriemoduls möglich ist.
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Erfindungsgemäß wird ein Verpressungselement eines zumindest eine Batteriezelle aufweisenden Batteriemoduls zur Verfügung gestellt, welches einen Verpressungsbereich mit einer ersten Verpressungsfläche und einer zweiten Verpressungsfläche aufweist. Weiterhin weist das Verpressungselement eine zumindest teilweise senkrecht zu einer Verpressungsfläche angeordnete Querschnittsfläche und einen Endbereich auf. Dabei ist das Verpressungselement in der Art ausgebildet, dass durch ein Einschieben des Verpressungselements mit dem einen Endbereich voran in das Batteriemodul die zumindest eine Batteriezelle durch den Verpressungsbereich des Verpressungselements verpresst wird. Ferner ist das Verpressungselement in der Art ausgebildet, dass die Querschnittsfläche sich in dem Verpressungsbereich in Richtung des einen Endbereichs verjüngt.
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Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der in den unabhängigen Ansprüchen angegeben Vorrichtungen oder des im unabhängigen Anspruch angegeben Verfahrens möglich.
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Die erste Verpressungsfläche und die zweite Verpressungsfläche dienen dazu, die zu einer Verpressung der Batteriezellen benötigte Kraft auf die Batteriezellen zu übertragen. Dabei kann die Kraftübertragung unmittelbar durch zumindest bereichsweisen Kontakt zumindest einer Verpressungsfläche mit einer Batteriezelle bzw. dem Gehäuse einer Batteriezelle erfolgen oder mittelbar durch zumindest bereichsweisen Kontakt einer Verpressungsfläche mit einer Gehäusewand oder einem später beschriebenen Abstandselement.
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Insbesondere kann die von den Verpressungsflächen mittelbar oder unmittelbar auf die Batteriezellen übertragene Kraft auf einfache Weise durch die zum Einschieben des Verpressungselement aufgewandte Kraft beeinflusst werden, denn je größer die für das Einschieben aufgewandte Kraft ist, desto weiter dringt das Verpressungselement in das Batteriemodul ein. Im Sinne dieser Erfindung ist derjenige Teil des Verpressungselements, welcher in das Batteriemodul eindringt und somit mittelbar oder unmittelbar zur Kraftübertragung auf die Batteriezellen bzw. deren Gehäuse dient, als Verpressungsbereich bezeichnet. Mit anderen Worten ausgedrückt bedeutet dies, dass bei einem Einschieben von oben in das Batteriemodul nur derjenige Teil des Verpressungselements, welcher nach einem Einschieben unterhalb der obersten Kontaktstelle zwischen dem Verpressungselement und den Batteriezellen bzw. dem Abstandselement angeordnet ist, als Verpressungsbereich bezeichnet ist. Die analoge Bedeutung ergibt sich für eine seitliches Einschieben bzw. ein Einschieben von unten. Somit wird durch ein tieferes Eindringen des Verpressungselements bei einer Erhöhung der für das Einschieben aufgewandten Kraft der Verpressungsbereich des Verpressungselements vergrößert, wodurch die auf die Batteriezellen bzw. deren Gehäuse übertragene Kraft erhöht wird.
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Die Verjüngung der Querschnittsfläche in dem Verpressungsbereich in Richtung des einen Endbereiches hat dabei insbesondere den Vorteil, dass ein einfaches Eindringen des Verpressungselements möglich ist, ohne dass die dazu aufgewandte Kraft zu Schädigungen der Batteriezellen führt.
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Von Vorteil ist es, wenn das Verpressungselement zumindest ein Befestigungselement aufweist, welches dazu ausgebildet ist, das Verpressungselement innerhalb des Batteriemoduls zu befestigen. Dadurch kann das Verpressungselement so in dem Batteriemodul befestigt werden oder so mit dem Batteriemodul verbunden angeordnet sein, dass auch eine während des Betriebes stetige Zunahme der internen Kräfte aufgrund der Lade- oder Entladevorgänge nicht dazu führt, dass das Verpressungselement unvorteilhaft aus seiner Position verschoben wird oder sogar wieder aus dem Batteriemodul herausgedrückt wird. Somit kann insbesondere auch die zum Einschieben des Verpressungselements aufgewandte Kraft über die Dauer des Betriebes des Batteriemoduls zur Verpressung der Batteriezellen aufrechterhalten werden. Dadurch kann eine zuverlässige Verpressung der zumindest einen Batteriezelle während der gesamten Betriebsdauer sichergestellt werden.
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Dabei ist es weiterhin von Vorteil, wenn das Befestigungselement ein Federelement umfasst, welches dazu ausgebildet ist, dass das Verpressungselement die zumindest eine Batteriezelle mit einer definierten Kraft verpressen kann. Dadurch können Ungenauigkeiten oder Toleranzen bei der Anordnung der Batteriezellen oder beim Einschieben des Verpressungselements ausgeglichen werden. Insbesondere die durch Alterungsvorgänge hervorgerufenen Schwellungen einer Batteriezelle führen zu einer stetigen Volumenzunahme der Batteriegehäuse, wodurch auch die zu einer Verpressung benötigte Kraft stetig steigt. Dabei hat das ein Federelement umfassende Befestigungselement den Vorteil, dass damit die zu einer Verpressung benötigte Kraft an die Ausdehnung der Batteriezellen angepasst werden kann, so dass eine über die Betriebsdauer gleichmäßige Verpressung gewährleistet ist. Insbesondere ist es nicht erforderlich, das Verpressungselement manuell an die geänderten Kraftverhältnisse in dem Batteriemodul anzupassen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Verpressungsbereich keilförmig ausgebildet. Im Sinne der vorliegenden Erfindung soll unter keilförmig insbesondere eine solche Ausbildung verstanden werden, bei welcher die beiden Verpressungsflächen in Richtung des einen Endbereichs in dem Verpressungsbereich unter einem spitzen Winkel aufeinander zulaufen.
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Bevorzugt sind die erste Verpressungsfläche und die zweite Verpressungsfläche planar ausgebildet. Weiterhin kann eine Oberfläche einer Verpressungsfläche zusätzlich oberflächenbehandelt sein, um die Reibungseigenschaften zu verändern, wobei die Reibeigenschaften die bei der Montage zur Verpressung der zumindest einen Batteriezelle des Batteriemoduls aufgebrachte Kraft beeinflussen auch die Stabilisation des Verpressungselements im verpressten Zustand in seiner Position vorteilhaft beeinflussen können. Weiterhin ist es möglich, die Oberfläche gebogen oder gewellt auszubilden, um die Kraftübertragungseigenschaften zu verändern.
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Desweiteren betrifft die Erfindung ein Batteriemodul mit zumindest einer Batteriezelle und einem erfindungsgemäßen Verpressungselement. Dabei verpresst das erfindungsgemäße Verpressungselement die zumindest eine Batteriezelle. Dadurch wird eine einfache und zuverlässige Verpressung der zumindest einen Batteriezelle eines Batteriemoduls ermöglicht.
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Dabei ist es zweckmäßig, wenn das Verpressungselement zumindest ein Befestigungselement aufweist und das Befestigungselement formschlüssig mit einer Gehäusewand verbindbar ist oder mit einem Arretierelement des Batteriemoduls positionierbar ist. Dadurch kann das Verpressungselement so angeordnet werden, dass eine gewünschte Verpressung der zumindest einen Batteriezelle des Batteriemoduls möglich ist. Weiterhin ist es dadurch möglich, die für das Einschieben des Verpressungselements aufgewandte Kraft über die Dauer des Betriebes aufrechtzuerhalten. Weiterhin hat die Positionierung des Vepressungselements mit einem Arretierelement den Vorteil, dass damit eine einfache Verschiebung des Verpressungselements möglich ist.
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Gemäß eines weiteren Gedankens der Erfindung weist das Batteriemodul eine Mehrzahl an Batteriezellen auf, welche jeweils Seitenflächen aufweisen. Dabei kann zwischen den Seitenflächen von benachbarten Batteriezellen ein Abstandselement angeordnet sein. Weiterhin kann zwischen einer Seitenfläche einer Batteriezelle und einer Gehäusewand des Batteriemoduls ein Abstandselement angeordnet sein. Dabei verpresst ein erfindungsgemäßes Verpressungselement die Mehrzahl an Batteriezellen. Damit können durch die Anordnung eines Abstandselements innerhalb des Batteriemoduls Kanäle zur Führung eines Temperiermediums ausgebildet werden.
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Dabei kann der Verpressungsbereich eines erfindungsgemäßen Verpressungselements zwischen einer Gehäusewand und einem Abstandselement angeordnet sein. Weiterhin kann der Verpressungsbereich eines erfindungsgemäßen Verpressungselements zwischen zwei Seitenflächen der Batteriezellen angeordnet sein. Weiterhin kann der Verpressungsbereich eines erfindungsgemäßen Verpressungselements zwischen einer Seitenfläche einer Batteriezelle und einem Abstandselement angeordnet sein. Weiterhin kann der Verpressungsbereich eines erfindungsgemäßen Verpressungselements zwischen einer Seitenfläche einer Batteriezelle und einer Gehäusewand angeordnet sein. Dadurch kann das Verpressungselement in der Art zur Verpressung der Batteriezellen in das Batteriemodul eingeschoben werden, dass der Verpressungsbereich an einer zur Verpressung vorteilhaften Position angeordnet ist.
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Weiterhin ist es dabei zweckmäßig, wenn das Batteriemodul mit einer Mehrzahl an Batteriezellen eine Mehrzahl an Abstandselementen aufweist und die Mehrzahl an Abstandselementen einstückig ausgebildet sind. Dabei kann die Mehrzahl an Abstandselementen so eine rahmenartige Struktur ausbilden, welche zur Aufnahme der Batteriezellen dient, wobei die rahmenartige Struktur jeweils die einzelnen Batteriezellen in aufgenommenem Zustand umlaufend umschließt. Dabei ist es möglich, dass die rahmenartige Struktur stellenweise Öffnungen, insbesondere an Kopfseiten der Batteriezellen, aufweist, wodurch die rahmenartige Struktur teilweise unterbrochen ist. Dadurch kann die Flexibilität der rahmenartigen Struktur erhöht werden. Weiterhin bilden die Abstandselemente dadurch Kanäle zur Führung eines Temperiermediums aus. Weiterhin kann durch die einstückige Ausbildung eine Stützstruktur erreicht werden, welche dazu dient die Batteriezellen aufzunehmen, bevor diese durch das Verpressungselement verpresst werden.
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Insbesondere ist es auch möglich, dass eine Mehrzahl an Verpressungselementen die Batteriezellen verpresst.
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Ferner betrifft die Erfindung eine Batterie mit einem erfindungsgemäßen Batteriemodul, bei welchem zumindest eine Batteriezelle durch ein erfindungsgemäßes Verpressungselement verpresst wird.
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An dieser Stelle sei angemerkt, dass alle für das erfindungsgemäße Verpressungselement genannten Vorteil natürlich auch für das erfindungsgemäße Batteriemodul mit einem solchen Verpressungselement gelten. Weiterhin gelten diese Vorteile selbstverständlich auch für das im Folgenden beschriebene Verfahren.
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Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Batteriemoduls. Dabei wird in einem ersten Verfahrensschritt zumindest eine Batteriezelle in das Batteriemodul eingesetzt. Weiterhin wird in einem zweiten Verfahrensschritt ein erfindungsgemäßes Verpressungselement mit dem einem Endbereich voran in das Batteriemodul eingeschoben, so dass die zumindest eine Batteriezelle durch das erfindungsgemäße Verpressungselement verpresst wird. Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass die Batteriezellen zuerst auf einfache Weise in dem Batteriemodul angeordnet werden können, da hierbei noch keine endgültige Verpressung erfolgt und somit auch noch keine Verpresskraft nötig ist. Erst durch das Einschieben eines erfindungsgemäßen Verpressungselements erfolgt die endgültige Verpressung. Dabei ist es möglich, durch die Ausbildung des Verpressungselements in Kombination mit der zum Einschieben aufgewandten Kraft die Verpressung zu beeinflussen. Dadurch können auf vorteilhafte Weise Fertigungstoleranzen ausgeglichen werden. Weiterhin ist dadurch eine zuverlässige Verpressung möglich.
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Gemäß eines weiteren Gedankens der Erfindung umfasst der erste Verfahrensschritt weiterhin das Einsetzten eines Abstandselements. Dabei kann das Verpressungselement in dem zweiten Verfahrensschritt zwischen einer Gehäusewand und einem Abstandselement eingeschoben werden. Weiterhin kann das Verpressungselement zwischen zwei Seitenflächen der Batteriezellen eingeschoben werden. Weiterhin kann das Verpressungselement zwischen einer Seitenfläche einer Batteriezelle und einem Abstandselement eingeschoben werden. Weiterhin kann das Verpressungselement zwischen einer Seitenfläche einer Batteriezelle und einer Gehäusewand eingeschoben werden. Der Verpressungsbereich des Verpressungselement verpresst dabei in eingeschobenem Zustand die Batteriezellen.
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Weiterhin von Vorteil ist, wenn in einem dritten Verfahrensschritt das Befestigungselement formschlüssig mit einer Gehäusewand verbunden wird oder mit einem Arretierelement des Batteriemoduls positioniert wird. Dadurch kann, wie schon beschrieben, die für das Einschieben aufgewandte Kraft aufrechterhalten werden.
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Das erfindungsgemäße Batteriemodul ist für Batterien im mobilen Einsatz, insbesondere in Elektrofahrzeugen und E-Bikes, verwendbar und für Batterien für die Anwendung im stationären Betrieb.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Es zeigen
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1 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verpressungselements eines zumindest eine Batteriezelle aufweisenden Batteriemoduls in perspektivischer Darstellung,
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2 schematisch das Funktionsprinzip der Verpressung zumindest einer Batteriezelle eines Batteriemoduls mit einem erfindungsgemäßen Verpressungselement,
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3 einen Ausschnitt eines Batteriemoduls, bei welchem zumindest eine Batteriezelle durch eine erste Ausführungsform eines Verpressungselements verpresst wird,
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4 einen Ausschnitt eines Batteriemoduls, bei welchem zumindest eine Batteriezelle durch eine zweite Ausführungsform eines Verpressungselements verpresst wird,
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5 einen Ausschnitt eines Batteriemoduls, bei welchem zumindest eine Batteriezelle durch eine dritte Ausführungsform eines Verpresssungselements, welches ein Befestigungselement aufweist, verpresst wird und
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6 schematisch ein weiteres Funktionsprinzip der Verpressung zumindest einer Batteriezelle eines Batteriemoduls mit einem erfindungsgemäßen Verpressungselement.
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Die 1 zeigt eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verpressungselements 1 eines zumindest eine Batteriezelle aufweisenden Batteriemoduls in perspektivischer Darstellung.
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Das Verpressungselement 1 weist eine erste Fläche 21 und eine zweite Fläche 22 auf, wobei die zweite Fläche 22 in der 1 nicht erkennbar ist. Weiterhin weist das Verpressungselement 1 bevorzugt eine dritte Fläche 23, eine vierte Fläche 24 und eine fünfte Fläche 25 auf, wobei die fünfte Fläche 25 in 1 ebenfalls nicht erkennbar ist.
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Die erste Fläche 21 und die zweite Fläche 22 sind jeweils benachbart zu den übrigen Flächen 21, 23, 24, 25 bzw. 22, 23, 24, 25 angeordnet sowie an gegenüberliegenden Seiten des Verpressungselements 1 angeordnet.
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Die dritte Fläche 23 bildet bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel eines Verpressungselements 1 dessen Oberseite aus und ist benachbart zu den übrigen Flächen 21, 22, 24, 25 angeordnet.
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Die vierte Fläche 24 und die fünfte Fläche 25 bilden bevorzugt jeweils eine Seitenfläche des erfindungsgemäßen Verpressungselements 1 aus und sind jeweils benachbart zu der ersten Fläche 21, der zweiten Fläche 22, und der dritten Fläche 23 angeordnet. Desweiteren sind die vierte Fläche 24 und die fünfte Fläche 25 an gegenüberliegenden Seiten des Verpressungselements 1 angeordnet.
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Ferner weist das Verpressungselement 1 eine senkrecht zu der ersten Fläche 21 und/oder der zweiten Fläche 22 angeordnete Querschnittsfläche 3 auf. Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel eines Verpressungselements 1 ist insbesondere die vierte Fläche 24 eine solche Querschnittsfläche 3. Bevorzugt ist eine Ausbildung eines Verpressungselements 1, bei welchem sich, wie in 1 gezeigt, die Querschnittsfläche 3 über der Länge 4 des Verpressungselements 1 nicht ändert. Daher weisen die vierte Fläche 24 und die fünfte Fläche 25, welche auch eine Querschnittsfläche 3 ist, die gleiche Form auf.
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Insbesondere kann es bevorzugt sein, das Verpressungselement 1 derart auszubilden, dass sich die Querschnittsfläche 3 über der Länge 4 des Verpressungselements 1 ändert.
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Das in der 1 gezeigte Verpressungselement 1 weist planare Fläche 21 bis 25 auf. Weiterhin ist es möglich, dass insbesondere die erste Fläche 21 und/oder die zweite Fläche 22 gewellt, gebogen oder gekrümmt ausgebildet sind.
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Weiterhin kann das Verpressungselement 1 als Vollkörper oder auch als Hohlkörper ausgebildet sein. Bei einer Ausbildung als Hohlkörper können insbesondere die vierte Fläche 24 und/oder die fünfte Fläche 25 weggelassen werden.
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An dieser Stelle sei zusätzlich noch angemerkt, dass bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel eines Verpressungselements 1 eine Abgrenzung der Flächen 21, 22, 23, 24, 25 voneinander möglich ist, da diese durch die Ausbildung von Kanten 5 getrennt sind. Desweiteren kann es aber bevorzugt sein, die Kanten 5 abgerundet auszubilden, um Beschädigungen der Batteriezellen zu vermeiden, so dass keine eindeutige Abgrenzung der Flächen 21, 22, 23, 24, 25 voneinander mehr möglich ist. Dann sollen jeweils die planaren Anteile den Flächen 21, 22, 23, 24, 25 zugeordnet werden. Insbesondere ist die mit Bezugszeichen 51 bezeichnete Kante zwischen der ersten Fläche 21 und der zweiten Fläche 22 abgerundet ausgebildet dargestellt.
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Das Verpressungselement 1 weist zudem einen Endbereich 6 auf, wobei der eine Endbereich 6 zu der dritten Fläche 23 gegenüberliegend angeordnet ist. Erfindungsgemäß ist das Verpressungselement 1 in der Art ausgebildet, dass durch ein Einschieben des Verpressungselements 1 mit dem einen Endbereich 6 voran in ein Batteriemodul, welches zumindest eine Batteriezelle aufweist, die zumindest eine Batteriezelle des Batteriemoduls verpresst wird. Die für das Einschieben benötigte Kraft kann dabei vorteilhaft über die dritte Fläche 23 in der gezeigten Richtung des dargestellten Pfeils 7 auf das Verpressungselement 1 aufgebracht werden.
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Die 2 zeigt schematisch das Funktionsprinzip der Verpressung zumindest einer Batteriezelle eines Batteriemoduls mit einem erfindungsgemäßen Verpressungselement 1.
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Dabei zeigt die 2 ein Batteriemodul 8, welches zumindest eine Batteriezelle 9 aufweist. Das in 2 gezeigte Batteriemodul 8 weist beispielsweise drei Batteriezellen 9 auf, wobei die Erfindung selbstverständlich nicht auf drei Batteriezellen 9 beschränkt sein soll.
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Weiterhin weist das Batteriemodul 8 ein Gehäuse 10 auf, wobei das Gehäuse 10 bevorzugt zwei in 2 gezeigte Seitenwände 11 sowie zwei in 10 aus Übersichtlichkeitsgründen nicht gezeigte Längswände und eine Bodenplatte 12 aufweist. Weiterhin kann das Gehäuse 10 und somit das Batteriemodul 8 mit einem Deckelelement verschließbar sein. Dabei kann das Gehäuse 10 einstückig ausgebildet sein, wodurch die Verpressung der zumindest einen Batteriezelle durch das Verpressungselement 1 erfolgt, wobei es weiterhin möglich ist, das Gehäuse 10 so ausbilden, dass Spannelemente die Verpressung der zumindest einen Batteriezelle 9 unterstützen.
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Desweiteren zeigt die 2, dass zwischen den Batteriezellen 9 ein Abstandselement 13 angeordnet sein kann. Dabei weisen die Batteriezellen 9 jeweils Seitenflächen 91 auf und zwischen den Seitenflächen 91 von benachbarten Batteriezellen 9 kann bevorzugt, wie in 2 gezeigt, ein Abstandselement 13 angeordnet sein. Weiterhin kann auch zwischen einer Wand des Gehäuses 10 und einer Seitenfläche 91 einer Batteriezelle 9 ein Abstandselement 13 angeordnet sein. Das Abstandselement 13 dient dazu, dass im verpressten Zustand des Batteriemoduls 8 Kanäle 14 zur Führung eines Temperiermediums ausbildet sind. Selbstverständlich ist es auch möglich, für eine Erhöhung der Kompaktheit des Batteriemoduls 8 keine Abstandselemente 13 anzuordnen, wenn die Wärmeabfuhr oder Wärmezufuhr auf andere Weise ermöglicht wird. Weiterhin können die Abstandselemente 13 auch zu einer elektrischen Isolation der Batteriezellen 9 dienen.
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Im Folgenden soll anhand der 2 das Prinzip der Verpressung der zumindest einen Batteriezelle 9 des Batteriemoduls 8 veranschaulicht werden.
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Dazu wird ein erfindungsgemäßes Verpressungselement 1, welches in der 2 so in einer Seitenansicht gezeigt ist, dass nur die vierte Fläche 24 zu sehen ist, durch Aufbringen einer Kraft auf die dritte Fläche 23 in der gezeigten Richtung 7 mit dem einen Endbereich 6 voran in das Batteriemodul 8 eingeschoben. Neben der gezeigten Möglichkeit das Verpressungselement 1 zwischen eine Wand des Gehäuses 10 und eine Batteriezelle 9 einzuschieben, kann das Verpressungselement 1 auch zwischen zwei Batteriezellen 9 eingeschoben werden. Weiterhin ist es auch möglich, das Verpressungselement 1 zwischen eine Batteriezelle 9 und ein Abstandselement 13 einzuschieben. Weiterhin ist auch möglich, das Verpressungselement 1 zwischen eine Wand des Gehäuses 10 und ein Abstandselement 13 einzuschieben.
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Die 3 zeigt einen Ausschnitt eines Batteriemoduls 8, bei welchem zumindest eine Batteriezelle 9 durch eine erste Ausführungsform eines Verpressungselement 1 verpresst wird.
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Dabei zeigt die 3 einen Ausschnitt des in 2 gezeigten Batteriemoduls 8, wobei in 3 das Verpressungselement 1 bereits in das Batteriemodul 8 eingeschoben ist und die zumindest eine Batteriezelle 9 verpresst. Im Sinne dieser Anmeldung ist, wie eingangs bereits erläutert, derjenige Teil des Verpressungselement 1 als Verpressungsbereich 15 bezeichnet, welcher nach dem Einschieben mittelbar oder unmittelbar zu einer Verpressung beiträgt. In 3 ist der Verpressungsbereich 15 somit nur derjenige Teil des Verpressungselements 1, welcher unterhalb einer Oberkante 16 der zu dem Verpressungselement 1 benachbarten Batteriezelle 9 angeordnet ist. Die gepunktet eingezeichnete Linie 17 grenzt somit den Verpressungsbereich 15 vom restlichen Teil des Verpressungselements 1 ab. Dabei sind diejenigen Bereiche der ersten Fläche 21 und der zweiten Fläche 22 als erste Verpressungsfläche 18 bzw. als zweite Verpressungsfläche 19 bezeichnet, welche im Verpressungsbereich 15 angeordnet sind.
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Die erste Verpressungsfläche 18 kontaktiert dabei zumindest bereichsweise eine Seitenfläche 91 der benachbarten Batteriezelle 9. Insbesondere durch eine Schwellung der Batteriezellen 9 während des Betriebes kann der Kontaktbereich zwischen der ersten Verpressungsfläche 18 und der Seitenfläche 91 der Batteriezelle 9 verändert werden. Die zweite Verpressungsfläche 19 kontaktiert eine benachbarte Wand des Gehäuses 10. Dadurch übertragen die erste Verpressungsfläche 18 und die zweite Verpressungsfläche 19 die zur Verpressung der zumindest einen Batteriezelle 9 benötigte Kraft.
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Die 4 zeigt einen Ausschnitt eines Batteriemoduls 8, bei welchem zumindest eine Batteriezelle 9 durch eine zweite Ausführungsform eines Verpressungselement 1 verpresst wird.
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Die 4 zeigt dabei eine zweite Ausführungsform eines Verpressungselements 1, welches die zumindest eine Batteriezelle 9 des Batteriemoduls 8 vepresst. Dabei ist die erste Fläche 21 des Verpressungselements 1 gekrümmt ausgebildet. Im Sinne der vorliegenden Erfindung ist hier der durch die eingezeichnete gepunktete Linie 17 abgegrenzte Verpressungsbereich 15 nur derjenige Teil des Verpressungselements 1, welcher unterhalb des auf die Bodenplatte bezogen 12 höchsten Kontaktpunktes zwischen der ersten Fläche 21 und der Seitenfläche 91 des Gehäuses der Batteriezelle 9 bzw. der Batteriezelle 9 liegt.
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Erfindungsgemäß ist, wie insbesondere in den 3 und 4 ersichtlich, das Verpressungselement 1 in der Art ausgebildet, dass sich zumindest eine Querschnittsfläche 3 des Verpressungselements 1 in dem Verpressungsbereich 15 in Richtung des einen Endes 6 verjüngt.
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Durch eine Erhöhung der für das Einschieben aufgewandten Kraft, welche insbesondere über die dritte Fläche 23 auf das Verpressungselement 1 aufgebracht wird, kann durch ein weiteres Eindringen des Verpressungselements 1 der Verpressungsbereich 15 vergrößert werden und dadurch auch die zur Verpressung von der ersten Fläche 21 und von der zweiten Fläche 22 auf die Batteriezelle 9 übertragene Kraft.
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Die 5 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Batteriemoduls 8, bei welchem die zumindest eine Batteriezelle 9 mit einer dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verpressungelements 1, welches ein Befestigungselement 28 aufweist, verpresst wird.
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Dabei unterscheiden sich die erste Ausführungsform des Verpressungselements 1 und die dritte Ausführungsform des Verpressungselements 1 dadurch, dass die dritte Ausführungsform des Verpressungselements 1 ein Befestigungselement 28 aufweist, welches dazu ausgebildet ist, das Verpressungselement 1 innerhalb des Batteriemoduls 8 zu befestigen.
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Dazu kann das Befestigungselement 28 beispielsweise, wie in der 5 gezeigt, als ein Vorsprung an der dritten Fläche 23 ausgebildet sein.
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Das Gehäuse 10 des Batteriemodul 8 weist weiterhin ein solche Form auf, dass das Befestigungselement 28 formschlüssig mit einer Gehäusewand 10 verbindbar ist. Dafür kann das Gehäuse 10 des Batteriemoduls 8 beispielsweise einen in das Innere des Batteriemoduls 8 ragendenen Vorsprung 29 aufweisen, welcher an einer Unterseite ein an das Befestigungselement 28 angepasstes Halteelement 30 aufweist.
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Insbesondere kann das Halteelement 30 als Materialaussparung des Vorsprungs 29 ausgebildet sein, wodurch eine Nut, Rille oder Vertiefung entsteht.
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Nach dem Einschieben des Verpressungselement 1 dient die formschlüssige Verbindung des Befestigungselements 28 mit dem Gehäuse 10 des Batteriemoduls 8 dazu, die zum Einschieben aufgewandte Kraft aufrecht zu erhalten.
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Weiterhin kann das Befestigungselement 28 ein Federelement 31 umfassen, welches dazu ausgebildet ist, dass das Verpressungselement 1 die zumindest eine Batteriezelle 9 mit einer definierten Kraft verpressen kann. Weiterhin wird dadurch das Verbinden des Befestigungselements 28 mit dem Halteelement 30 vereinfacht. Das Verbinden kann als Einrasten oder Einschappen ausgeführt sein.
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6 zeigt eine weitere Möglichkeit der Verpressung eines Batteriemoduls mit einem erfindungsgemäßen Verpressungselement 1.
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Im Unterschied zu den vorherigen 2 bis 5 wurde das Verpressungselement 1 vor dem Einschieben in das Batteriemodul um 180 Grad um die Richtung 7 gedreht. Dadurch ist die erste Verpressungsfläche 18, welche eine Seitenfläche 91 einer Batteriezelle 9 kontaktiert, Teil der zweiten Fläche 22 und die zweite Verpressungsfläche 19, welche eine benachbarte Wand des Gehäuses 10 kontaktiert, Teil der ersten Fläche 21. Wie aus der 6 zu erkennen ist, wird dadurch die Kontaktierungsfläche zwischen dem Verpressungselement 1 und der Batteriezelle 9 vergrößert. Insbesondere kontaktiert die gesamte erste Verpressungsfläche 18 eine Seitenfläche 91 einer Batteriezelle 9. Dabei kann selbstverständlich zwischen dem Verpressungselement 1 und der Batteriezelle 6 ein Abstandselement 13 angeordnet sein, wobei in diesem, in den Figuren nicht gezeigten Fall die Verpressung der Batteriezelle 6 nur durch die die Batteriezelle 6 kontaktierenden Bereiche des Abstandselements 13 erreicht wird.
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Weiterhin ist das Verpressungselement 1 in 6 im Unterschied zu den 2 bis 5 an einer mittleren Position der Batteriezelle 9 angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass die Ausdehnung der Batteriezellen 9 während des Betriebes insbesondere an einer mittleren Position am größten ist und somit mit der in 6 gezeigten Anordnung eine effiziente Verpressung möglich ist.
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Insbesondere zeigt die 6, dass das Verpressungselement 1 komplett in das Batterienmodul eingeschoben sein kann.
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An dieser Stellte sei noch angemerkt, dass keine der Figuren einschränkend auszulegen ist und auch vorteilhafte Kombinationen möglich sind. Weiterhin sollen die gezeigten Figuren schematisch das Verständnis für die erfindungsgemäße Ausbildung eines Verpressungselements 1 darstellen sowie Möglichkeiten der Verpressung beschreiben.
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Vorteilhaft ist das Verpressungselement aus Kunststoff ausgebildet, wie beispielsweise Polyamid, Polyurethan, Polyethlyen, Polypropylen oder jeglichem dem Fachmann bekannten und zur Ausbildung eines Verpressungselements geeigneten Kunststoff.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013201021 A1 [0004]
- DE 102011089949 A1 [0005]
- DE 102011088595 A1 [0005]
- DE 102012219887 A1 [0005]
