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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Batteriezelle aufweisend zumindest ein Batteriezellengehäuse und wenigstens eine zumindest teilweise flexibel formbare Wandung, die an dem Batteriezellengehäuse angeordnet ist gemäß dem Oberbegriff vom unabhängigen Anspruch. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Batteriemodul mit zumindest einer Batteriezelle gemäß dem weiteren unabhängigen Anspruch.
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Stand der Technik
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Batteriezellen, insbesondere von Lithium-Ionen-Batterien, werden üblicherweise in einem Modul verbaut, wobei üblicherweise zwischen 5 und 20 Zellen zu einem Batteriemodul angeordnet werden. Im Laufe der Zeit kommt es zu alterungsbedingten Veränderungen der Batteriezellen, insbesondere des Batteriezellengehäuses. Dabei dehnen sich die Batteriezellen aufgrund der Alterung und einer damit verbundenen Gasbildung oder durch Temperaturerhöhungen aus, sodass das Volumen der Batteriezellen gegenüber dem Ursprungszustand vergrößert ist. Auch bei unterschiedlichen Ladezuständen (State of Charge) kommt es zu Ausdehnungen der Batteriezellen im geladenen Zustand, sodass hierdurch Kräfte auf das Batteriezellengehäuse wirken, die das Gehäuse verformen können. Diese ungewünschte Volumenänderung der Batteriezellen wird bisher durch sogenannte Zellbänder, welche insbesondere aus einem metallischen Werkstoff hergestellt werden, versucht aufzuhalten oder zumindest in einem gewissen Maße entgegenzuwirken. Diese Zellbänder werden zumeist um die Batteriezellen bzw. an dem Batteriezellengehäuse angeordnet und bilden somit eine Wandung für die Batteriezelle, sodass die Batteriezelle durch das Zellband zusammengepresst und somit der Ausdehnung entgegenwirken. Die Zellbänder werden zumeist um das Batteriezellengehäuse angeordnet und an ihren Enden verschweißt oder verschraubt. Eine weitere Möglichkeit die Batteriezellen in einem Verbund zu einem Batteriemodul anzuordnen und zusammenzupressen besteht darin, dass die Batteriezellen in einem Gehäuse positioniert und untereinander miteinander fixiert werden. Dabei kommen unter anderem Schrauben oder Bolzen als Verbindungsmittel zum Einsatz. Darüber wird auch eine eventuell benötigte Kühlplatte an den Batteriezellen oder an dem Batteriemodul befestigt.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Batteriezelle und das Batteriemodul gemäß den unabhängigen Ansprüchen weisen eine zumindest teilweise flexibel formbare Wandung auf, die zumindest teilweise ein biomimetisches Material aufweist. Eine Batteriezelle im Sinne der Erfindung ist dabei ein elektrischer Energiespeicher, insbesondere elektrochemischer Energiespeicher und/oder elektrostatischer Energiespeicher.
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Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Batteriezelle beschrieben worden sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Batteriemodul und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
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Die erfindungsgemäße Wandung weist zumindest teilweise ein biomimetisches Material auf und wirkt den durch Ausdehnung der Batteriezelle bzw. des Batteriegehäuses entstehenden Druckkräften entgegen, ohne im Ausgangszustand der Batteriezellen, bei dem keine Volumenvergrößerung vorliegt, eine Gegenkraft auf die Batteriezelle auszuüben, die eine Verformung der Batteriezelle zur Folge hätte. Dementsprechend wird die Batteriezelle im Ausgangszustand nicht zusammengedrückt oder gepresst, wodurch dadurch entstehenden Nachteile, zum Beispiel Schäden am Batteriezellengehäuse oder Kapazitätseinbußen, wirksam verhindert werden. Der Einsatz von Schrauben oder Bolzen, die die Batteriezellen zu einem Modul zusammenhalten, ist somit obsolet. Dementsprechend kann auch auf ein entsprechend ausgestaltetes Gehäuse zumindest teilweise verzichtet werden. Die Sicherheit bei der Herstellung und/oder der Montage der Batteriezellen zu einem Batteriemodul oder einer Batterie wird dadurch erhöht, dass diese somit nicht mehr miteinander verschraubt werden müssen, wobei dieser Prozess im Stand der Technik bisher gefährlich und dementsprechend aufwändig ist. Biomimetisches Material ist vorzugsweise ein synthetisches Material, was Phänomene aus der Natur (hier: vom Gecko; siehe auch Artikel: „Gecko toe and lamellar shear adhesion on macroscopic, engineered rough surfaces"; Andrew G. Gillies, Amy Henry, Hauwen Lin, Angela Ren, Kevin Shiuan, Ronald S. Fearing and Robert J. Full in The Journal of Experimental Biology (2014) 217, 283–289 doi:10.1242/jeb.092015) überträgt und diese vorteilhaft in technische Merkmale umwandelt. Im Sinne der Erfindung wird mit dem biomimetischen Material der Wandung Adhäsion, insbesondere mechanische Adhäsion, zwischen der Wandung und dem Batteriezellengehäuse hergestellt. Die Adhäsions- oder Anhangskraft, welche an der Grenzflächenschicht, d. h. zwischen der Wandung und dem Batteriezellengehäuse wirkt und Kräfte lediglich parallel zur Oberfläche der Wandung bzw. des Batteriezellengehäuses überträgt. Somit werden erst durch Ausdehnung der Batteriezelle bzw. des Batteriezellengehäuses die damit verbundenen Druckkräfte auf die Wandung übertragen, sodass durch die Adhäsionskräfte der Volumenänderung der Batteriezelle bzw. des Batteriezellengehäuses entgegengewirkt wird. Ein weiterer Vorteil der mechanischen Adhäsion des biomimetischen Materials, welche erst durch die Ausdehnung hervorgerufen wird, ergibt sich dadurch, dass im Normalzustand, also im nicht ausgedehnten Zustand des Batteriegehäuses, die Batteriezelle auf einfache Weise von der Wandung entfernt werden kann ohne mit großer mechanischer Gewalt ein z. b. metallisches Zellband und/oder Schrauben durchtrennen zu müssen. Dadurch wird ein einfacher Wechsel beschädigter Batteriezellen ermöglicht. Ein weiterer Vorteil der Wandung ergibt sich dadurch, dass diese als elektrische Isolation und/oder thermische Isolation der Batteriezelle oder eines Batteriemoduls dienen kann. Auch der Herstellungs- und/oder Montageprozess wird dadurch verbessert, dass der Schritt der Verschraubung oder Verschweißung wegfällt, so dass Kosten eingespart und die Sicherheit bei der Herstellung und/oder Montage erhöht wird.
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Die erfindungsgemäße Wandung kann vornehmlich an einer Innenseite und/oder an einer Außenseite des Batteriezellengehäuses angeordnet sein., insbesondere zumindest teilweise das Batteriezellengehäuse bilden. Die Wandung aus dem biomimetischen Material kann entsprechend flexibel ausgestaltet sein und auf der Innenseite des Batteriezellengehäuses und somit im Inneren der Batteriezelle als auch auf der Außenseite des Batteriezellengehäuses angeordnet sein. Die mechanische Adhäsion wirkt dabei an der Grenzflächenschicht zwischen der Wandung und der Innenseite und/oder der Außenseite des Batteriezellengehäuses. Dementsprechend ist es denkbar, dass die Wandung sowohl an der Innenseite als auch auf der Außenseite des Batteriezellengehäuses angeordnet wird, sodass der Ausdehnung der Batteriezelle entgegengewirkt werden kann. Es ist weiterhin denkbar, dass das Batteriezellengehäuse zumindest teilweise aus dem biomimetischen Material gebildet ist bzw. dieses aufweist und somit das Gehäuse der Batteriezelle bildet.
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Dadurch können Materialkosten gespart werden, da das Batteriezellengehäuse keine zusätzliche Wandung benötigt, sondern durch diese gebildet wird, wodurch auch bei der Montage der Wandung entsprechende Verfahrensschritte und somit Kosten eingespart werden können.
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Die Wandung kann vorteilhaft riemenförmig und/oder netzartig und/oder folienartig ausgebildet sein. Insbesondere kann die Wandung derart ausgebildet sein, dass die Batteriezelle von der Wandung zumindest teilweise umgeben ist. Die Wandung umgibt dabei von zumindest vier Seiten eine prismatische Batteriezelle bzw. vollumfänglich eine zylindrische Batteriezelle. Die riemenförmige Wandung kann dabei nur abschnittsweise an der Batteriezelle oder dem Batteriezellengehäuse angeordnet werden, sodass nur abschnittsweise einer Volumenänderung der Batteriezelle entgegengewirkt wird. Dies kann dann von Vorteil sein, wenn aus Kostengründen nur besonders beanspruchte Stellen der Batteriezelle mit einer entsprechenden Wandung ausgestattet werden. Eine netzartige und/oder folienartige Ausgestaltung der Wandung ermöglicht die mechanischen Adhäsion über eine große Fläche zwischen Wandung und der Batteriezelle bzw. des Batteriezellengehäuses. Vorteilhaft umgibt die Wandung zumindest teilweise die Batteriezelle bzw. das Batteriezellengehäuse, sodass eine möglichst große Grenzflächenschicht zwischen der Batteriezelle und der Wandung erzielbar ist, wodurch größere Adhäsionskräfte eine Ausdehnung der Batteriezelle verhindern oder zumindest einschränken. Hierbei ist es denkbar, dass die Wandung die Oberfläche der Batteriezelle oder des Batteriezellengehäuses zu einem Anteil von z. B. 10 bis 90 % umgibt. Es ist auch denkbar, dass lediglich die Polanschlüsse und/oder Entgasungsöffnungen der Batteriezelle frei von der Wandung sind und die restliche Batteriezelle von dieser umgeben ist. Somit kann der Ausdehnung der Batteriezelle in mehrere Richtungen entgegengewirkt werden.
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Die erfindungsgemäße Wandung kann mehrteilig ausgestaltet sein. Dabei kann die Wandung aus einem Materialmix bestehen, der aus einem biomimetischen Material und einem weiteren Werkstoff zusammengesetzt ist, sodass das biometrische Material lediglich abschnittsweise mit der Batteriezelle oder dem Batteriezellengehäuse in Kontakt kommt. Dabei kann der mit dem biomimetischen Material kombinierte Werkstoff weitere Eigenschaften aufweisen, die der Ausdehnung der Batteriezelle entgegenwirken oder diese verhindern bzw. eindämmen. So kann an beanspruchten Stellen der Batteriezelle, z. B. an den Kanten, ein Material zum Einsatz kommen, das eine höhere Elastizität oder Bruchfestigkeit aufweist. Dadurch kann z. B. erreicht werden, dass mechanische Krafteinwirkung von außen auf die Batteriezelle, z. B. durch Fremdkörper, keine Schäden der Batteriezelle oder des Batteriezellengehäuses hervorrufen können bzw. diese auf ein Maß beschränken, dass die Funktion bzw. die Sicherheit der Batteriezelle weiter gewährleistet werden kann. Auch kann das Material besonders hitzebeständig sein oder vor niedrigen Temperaturen schützen, die negative Auswirkungen auf die Funktion der Batteriezelle haben können. Denkbar sind dabei u. a. Nylonpolymere, die als Faser ausgebildet sind und verflochten werden, wodurch außerordentlich haltbare, wärmebeständige und wenig dehnbare Faserverbunde entstehen. Auch weitere Faserverbundkunststoffe, bestehend aus Verstärkungsfasern und einer Kunststoffmatrix sind hierbei denkbar. Vorteilhaft bei den Faserverbundkunststoffen ist u. a. ein richtungsabhängiges Elastizitätsverhalten, hohe Steifigkeiten und Festigkeiten sowie ein niedriges Gewicht.
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Die Wandung weist vorteilhafterweise Polymerfasern, insbesondere Polymermikrofasern auf, wobei insbesondere die Polymerfasern und/oder Polymermikrofasern zumindest abschnittsweise spatelförmig ausgebildet sind. Die Polymerfasern und insbesondere die Polymermikrofasern erhöhen die Größe der Grenzflächenschicht und somit die dadurch hervorgerufenen Adhäsionskräfte, die den Druckkräften der Batteriezelle entgegenwirken. Bei einer großen Anzahl von Polymerfasern, insbesondere von Polymermikrofasern, kann somit eine möglichst große Oberfläche der Wandung zur Batteriezelle bzw. zum Batteriezellengehäuse erzielt werden, sodass die Grenzflächenschicht und somit die mechanische Adhäsion vergrößert ist. Besonders vorteilhaft sind die Polymerfasern und/oder die Polymermikrofasern filiform ausgebildet, sodass aufgrund der vergrößerten Oberfläche mechanische Adhäsionen, insbesondere durch Van-der-Waals-Kräfte herstellbar sind. Die Polymerfasern und/oder Polymermikrofasern werden dabei zu einer großen Anzahl an der Wandung angeordnet, sodass die filiformen Fasern auf engstem Raum eine große Oberfläche erzielen und somit große Kräfte in Form von mechanischer Adhäsion durch Van-der-Waals-Kräfte an der Grenzflächenschicht wirken können. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Polymerfasern und/oder Polymermikrofasern zumindest abschnittsweise spatelförmig ausgebildet sind. Insbesondere das Ende der Polymerfasern und/oder der Polymermikrofasern, welches die Grenzfläche zwischen der Wandung und der Batteriezelle bzw. dem Batteriezellengehäuse bildet, werden dabei spatelförmig ausgebildet. Dementsprechend werden die Polymerfasern und/oder Polymermikrofasern zu dem an der Grenzfläche liegenden Ende breiter als an dem an der Wandung befindlichen Ende, insbesondere an den Bereichen, die mit dem Batteriezellengehäuse oder der Batteriezelle in Kontakt kommen. Dadurch werden die an der Grenzflächenschicht wirkenden Van-der-Waals-Kräfte aufgrund der vergrößerten Oberfläche erhöht.
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Die Polymerfasern und/oder Polymermikrofasern der Wandung sind vorteilhafterweise aus Polyurethan oder Polydimethylsiloxan ausgebildet bzw. weisen zumindest einen dieser Werkstoffe auf. Auch weitere Werkstoffe wie z. B. Elastomere sind dabei als Material denkbar, wobei die flexible Eigenschaft des Werkstoffs besonders vorteilhaft für die Herstellung der Van-der-Waals-Kräfte ist. Diese entstehen durch winzige Anziehungskräfte zwischen den Molekülen der Batteriezelle bzw. des Batteriezellengehäuses und den Polymerfasern bzw. Polymermikrofasern, insbesondere dem spatelförmigen Abschnitt.
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Es ist des Weiteren denkbar, dass die Wandung zumindest eine Trägerschicht aufweist, auf der die Polymerfasern und/oder die Polymermikrofasern angeordnet sind, insbesondere dass die Trägerschicht Aramidfasern und/oder Kohlenstofffasern und/oder einen Faserverbundkunststoff aufweist. Die Trägerschicht für die Polymerfasern und/oder Polymermikrofasern weisen dabei vorteilhafterweise einen härteren Werkstoff auf als die Polymerfasern und/oder Polymermikrofasern. Die Trägerschicht sorgt dafür, dass die Polymerfasern und/oder Polymermikrofasern eine stabile Auflagefläche für die Wandung bilden, und an die Geometrie der Batteriezelle bzw. des Batteriezellengehäuses angepasst werden können. Dementsprechend kann die Trägerschicht riemenförmig und/oder netzartig und/oder folienartig ausgebildet sein und entweder teilweise oder vollständig mit den Polymerfasern und/oder Polymermikrofasern besetzt sein. Die Trägerschicht der Wandung kann dabei selber ebenfalls mechanische Kräfte aufnehmen und ist insbesondere derart ausgestaltet, dass wenig bzw. nahezu keine Längenänderung erzielbar ist. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Trägerschicht Aramidfasern (Kepler) und/oder Kohlenstofffasern (Carbon) und/oder einen Faserverbundkunststoff (FVK) aufweist. Diese Materialien kennzeichnen sich insbesondere dadurch, dass diese ein richtungsabhängiges Elastizitätsverhalten aufweisen und dementsprechend nahezu keine Längenänderungen in gewünschter Richtung zugelassen werden. Darüber hinaus sind diese Werkstoffe nicht elektrisch leitfähig und können gleichzeitig einfach in Form gebracht bzw. in der gewünschten Form herstellbar werden. Aramidfasern und/oder Kohlenstofffasern können dabei auch gewebt hergestellt sein, wodurch nochmals mechanische Belastungen infolge der Volumenänderung der Batteriezelle entgegengewirkt werden kann. Sowohl das biomimetische Material der Wandung als auch die Trägerschicht und/oder die Polymerfasern und/oder Polymermikrofasern weisen den Vorteil auf, dass diese unempfindlich gegen Verschmutzung, weiteren Umwelteinflüssen und hohen als auch niedrigen Temperaturen sind. Folglich können diese Materialien nicht oxidieren bzw. rosten, sodass gegenüber den bisher verwendeten Zellbändern aus metallischen Werkstoffen, die erfindungsgemäße Wandung unempfindlicher und haltbarer ist.
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Im Rahmen der Erfindung können die Polymermikrofasern zwischen 0,5 mm und 1 mm lang sein, vorzugsweise zwischen 0,4 mm und 0,1 mm, besonders bevorzugt zwischen 0,09 und 0,03 mm. Die Länge der Polymermikrofasern ist auch davon abhängig, wie groß der spatelförmige Abschnitt der Polymermikrofasern ausgestaltet ist. Material und somit Kosten können durch kürzere Polymermikrofasern eingespart werden. Längere Polymermikrofasern lassen sich einfacher herstellen und auf der Trägerschicht anordnen.
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Vorteilhaft weisen die Polymermikrofasern zumindest abschnittsweise oder vollständig einen Durchmesser zwischen 0,1 mm und 0,05 mm, vorzugsweise zwischen 0,01 mm und 900 nm, besonders bevorzugt zwischen 500 nm und 100 nm auf. Polymermikrofasern mit einem größeren Durchmesser lassen sich einfacher und somit kostengünstiger herstellen und auf die Oberfläche der Trägerschicht anordnen. Kleinere bzw. mit einem kleineren Durchmesser versehene Polymermikrofasern haben zum Vorteil, dass die Oberfläche der Polymermikrofasern, insbesondere an dem Ende der Polymermikrofasern, die die Grenzflächenschicht der Wandung und der Batteriezelle bzw. des Batteriezellengehäuse vergrößert. Insbesondere bei einer spatelförmigen Ausgestaltung der Polymermikrofasern ist ein kleiner Durchmesser der Faser vorteilhaft, da dadurch eine größere Oberfläche der Wandung durch die Fasern hergestellt ist und gleichzeitig eine Vielzahl an Fasern auf der Wandung bzw. der Trägerschicht der Wandung aufgebracht werden können. Weitere Vorteile ergeben sich durch die geringen Dimensionen der Länge und des Durchmessers der Fasern, sodass eine Selbstreinigung der Fasern herstellbar ist. Je kleiner, d. h. je kürzer und mit einem kleineren Durchmesser versehen die Fasern sind, desto energetisch vorteilhafter ist es, dass Schmutzpartikel auf den Fasern nicht haften können, sondern an der Oberfläche des Gegenstandes, an dem die Wandung und somit die Polymerfasern und/oder Polymermikrofasern aufliegen, kleben bleiben, was zur Folge hat, dass eine erfindungsgemäße Wandung mit einem biomimetischen Material wieder verwendet werden kann, nachdem sie von der Oberfläche abgenommen und an einer anderen Stelle oder nachträglich an derselben Stelle wieder angeordnet wird, wodurch die Adhäsionskräfte bzw. Van-der-Waals-Kräfte durch den Schmutz nicht beeinträchtigt werden.
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Im Rahmen der Erfindung kann die Batteriezelle als prismatische Batteriezelle oder als zylindrische Batteriezelle oder als Knopfbatteriezelle oder als Beutelbatteriezelle ausgebildet sein. Bei einer prismatischen Batteriezelle wird die erfindungsgemäße Wandung um zumindest vier Seiten der prismatischen Batteriezelle angeordnet, sodass einer Ausdehnung der Batteriezelle an zumindest den vier Seiten entgegengewirkt werden kann. Bei einer zylindrischen Batteriezelle kann die erfindungsgemäße Wandung beispielsweise vollumfänglich an der Batteriezelle angeordnet sein, insbesondere kann diese in die Wicklung der Batteriezelle eingearbeitet werden. Dementsprechend wird die erfindungsgemäße Wandung einer Volumenausdehnung der zylindrischen Batteriezelle entlang des von der Wandung umgebenen Umfangs der Batteriezelle bzw. des Batteriezellengehäuses. Bei einer Knopfbatteriezelle kann die erfindungsgemäße Wandung an der Innenseite und/oder der Außenseite der Knopfbatteriezelle angeordnet werden, insbesondere wird die erfindungsgemäße Wandung an der oder den Seiten der Knopfbatteriezelle angeordnet, die die größte Oberfläche aufweist, da an dieser Fläche eine Volumenänderung der Knopfbatteriezelle am ehesten eintritt. Das gleiche gilt für eine Beutelbatteriezelle (Coffeebag) bei der ebenfalls eine Anordnung an die Seite oder Seiten mit der größten Fläche besonders bevorzugt ist. Daher die zylindrischen-, Knopfbatterie- und Beutelbatteriezellen insbesondere bei mobilen Anwendungen zum Einsatz kommen, ist eine erfindungsgemäße Wandung aufgrund des oftmals geringen Bauraums vorteilhaft.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Batteriemodul mit zumindest einer erfindungsgemäßen Batteriezelle beansprucht. Das Batteriemodul wird vorzugsweise aus einer Mehrzahl der erfindungsgemäßen Batteriezellen, insbesondere aus 2 bis 20 Batteriezellen aufgebaut. Die Batteriezellen werden in dem Batteriemodul zu einem Verbund in Reihe oder parallel verschaltet, wobei diese möglichst auf kompakten Bauraum angeordnet werden. Hierbei ist es erfindungsgemäß denkbar, dass sowohl die erfindungsgemäße Batteriezelle als auch das erfindungsgemäße Batteriemodul mit einer erfindungsgemäßen Wandung ausgebildet ist. Dabei kann die Wandung nur einen Teil und/oder sämtliche Batteriezellen und/oder einen Teil der Batteriezelle oder die komplette Batteriezelle in einer gewünschten Anordnung umgeben. Bei einem Einsatz einer Kühlvorrichtung, insbesondere in Form einer Kühlplatte, kann die Wandung eine Bewegung der Batteriezellen oder der Batteriemodule zumindest einschränken oder komplett verhindern. Hierfür kann die Wandung zumindest teilweise an oder auf der Kühlvorrichtung angeordnet sein und/oder die Kühlvorrichtung mit der Batteriezelle und/oder dem Batteriemodul verbinden. Hierbei ergeben sich sämtliche Vorteile, die bereits im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Batteriezelle erläutert wurden. Dementsprechend werden die Batteriezellen in dem Batteriemodul durch die erfindungsgemäße Wandung ohne größere Kraftbeaufschlagung im Normalzustand der Batteriezellen in einer gewünschten Form gehalten. Erst bei einer Volumenausdehnung der Batteriezellen wirken die Adhäsions- bzw. Van-der-Waals-Kräfte der Wandung auf die Batteriezellen und wirken einer Volumenänderung und somit einer Geometrieänderung des Batteriemoduls entgegen. Besonders vorteilhaft ist die erfindungsgemäße Wandung aus einem biomimetischen Material, da die Wandung reversibel an den Batteriezellen und/oder der Kühlvorrichtung angebracht werden kann. Dementsprechend können aus dem erfindungsgemäßen Batteriemodul auf einfache und kostengünstige Weise einzelne Batteriezellen entfernt und durch neue Batteriezellen ersetzt werden. Im Gegensatz zu Zellbändern und/oder Schrauben aus einem metallischen Werkstoff ergibt sich somit der Vorteil, dass ein Lösen der Schweißverbindung und oder der Schraubverbindung somit nicht mehr notwendig ist, da die zumindest teilweise flexibel formbare Wandung einen Austausch ermöglicht. Die erfindungsgemäße Wandung wird dabei um die Vielzahl der Batteriezellen im Gesamten und/oder um einzelne Batteriezellen herum angeordnet, zum Beispiel um diese herum gelegt oder gewickelt, sodass nahezu keinerlei Kräfte die einzelnen Batteriezellen zusammenpressen. Erst bei Ausdehnung einer oder mehrerer Batteriezellen wirken an der Grenzflächenschicht zwischen der Wandung und der Batteriezellen bzw. der Batteriezellengehäuse die Adhäsionskräfte bzw. Van-der-Waals-Kräfte derart, dass einer Ausdehnung der Batteriezellen bzw. der Gehäuse entgegengewirkt wird.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist eine Batterie, insbesondere einer Lithium-Ionen-Batterie, beansprucht. Die erfindungsgemäße Batterie weist dabei zumindest ein erfindungsgemäßes Batteriemodul mit zumindest einer Batteriezelle, insbesondere mit zumindest einer erfindungsgemäßen Batteriezelle auf. Auch bei der erfindungsgemäßen Batterie ergeben sich sämtliche Vorteile, die bereits im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Batteriezelle und mit dem erfindungsgemäßen Batteriemodul angeführt wurden. Dabei kann eine erfindungsgemäße Wandung, welche zumindest teilweise ein biomimetisches Material aufweist, einzelne und/oder mehrere Batteriezellen und/oder Batteriemodule umgeben.
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Die folgende Figur hat nur beschreibenden Charakter und ist nicht dazu gedacht, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken. Es zeigt schematisch:
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1 eine mögliche Ausführungsform des erfindungsgemäßen Batteriemoduls mit erfindungsgemäßen Batteriezellen.
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In der 1 ist ein erfindungsgemäßes Batteriemodul 200 mit sechs erfindungsgemäßen Batteriezellen 100 aufgezeigt. Die Batteriezellen 100 weisen dabei jeweils ein Batteriezellengehäuse 110 auf, wobei die erfindungsgemäße Wandung 10 an den Batteriezellengehäusen 110 der Batteriezellen 100 angeordnet ist. In 1 ist die erfindungsgemäße Wandung 10 an fünf Seiten des erfindungsgemäßen Batteriemoduls 200 angeordnet. Lediglich die Seite der Batteriezellen 100, an denen die Polanschlüsse 120 der Batteriezellen 100 angeordnet sind, werden von der Wandung 10 nicht umgeben. Somit bildet die Wandung 10 eine Aufnahme für die Batteriezellen 100, in welche die Batteriezellen 100 angeordnet werden können. Diese Aufnahme ermöglicht einen einfachen Wechsel der Batteriezellen 100 aus dem Batteriemodul 200, sodass in Falle einer defekten Batteriezelle 100 diese aus dem Modul einfach entnommen und durch eine neue Batteriezelle 100 ersetzt werden kann. Dabei müssen lediglich die Zellverbinder von den Polanschlüssen 120 der Batteriezellen 100 gelöst werden, sodass die Batteriezelle 100 in Richtung der Polanschlüsse 120 der Batteriezelle 100 aus dem Batteriemodul 200 und somit aus der Wandung 10 herausgenommen werden können. Dadurch kann erreicht werden, dass die Batteriezellen 100 in dem Batteriemodul 200 in der gewünschten Position lediglich in Richtung der Polanschlüsse 120 der Batteriezelle 100 bewegt werden können. In alle anderen Richtungen werden die Batteriezellen 100 durch die Wandung 10 in ihrer Position gehalten. In der 1 ist die Wandung 10 an der kompletten Seite der Batteriezelle 100 bzw. dem Batteriegehäuse 110 angeordnet, die die größte Oberfläche aufweist. Dementsprechend sind die nach außen zeigenden Seiten der beiden äußersten Batteriezellen 100 vollständig bzw. vollflächig von der Wandung 10 abgedeckt. An den übrigen Seiten der Batteriezellen 100 ist die Wandung lediglich teilweise an dem Batteriezellengehäuse 110 angeordnet, sodass hierbei Materialeinsparungen erzielt werden können. Die Kräfte, die an der äußeren Seite der Batteriezelle 100 mit der größten Oberfläche wirken, sind dabei größer als die Kräfte die an der kurzen Seite der Batteriezelle 100 wirken. Dementsprechend sind die Volumenänderungen an den Seiten der Batteriezelle 100 am größten, die die größte Oberfläche aufweisen. Dementsprechend wird die Wandung 10 an diesen Flächen und besonders beanspruchten Stellen der Batteriezelle 100 bevorzugt großflächig angeordnet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Artikel: „Gecko toe and lamellar shear adhesion on macroscopic, engineered rough surfaces“; Andrew G. Gillies, Amy Henry, Hauwen Lin, Angela Ren, Kevin Shiuan, Ronald S. Fearing and Robert J. Full in The Journal of Experimental Biology (2014) 217, 283–289 doi:10.1242/jeb.092015 [0005]
