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Die Erfindung betrifft einen Zellstapel für einen Energiespeicher eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Kraftwagens, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Ein solcher Zellstapel für einen Energiespeicher eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Kraftwagens, ist beispielsweise bereits der
DE 10 2014 019 001 A1 als bekannt zu entnehmen. Der Zellstapel weist Speicherzellen auf, mittels beziehungsweise in welchen elektrische Energie beziehungsweise elektrischer Strom gespeichert werden kann. Die Speicherzellen sind dabei entlang einer Stapelrichtung aufeinanderfolgend beziehungsweise hintereinander angeordnet und entlang der Stapelrichtung miteinander verspannt. Hierdurch sind die Speicherzellen beispielsweise aneinander gehalten beziehungsweise miteinander verbunden. Außerdem ist wenigstens ein Kompressionselement vorgesehen, welches entlang der Stapelrichtung zwischen einer ersten der Speicherzellen und wenigstens einem Bauelement einer zweiten der Speicherzellen angeordnet ist. Das Kompressionselement ist zum Ausgleichen einer Volumenzunahme der Speicherzellen entlang der Stapelrichtung durch die Volumenzunahme komprimierbar.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Zellstapel der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass während der Lebensdauer der jeweiligen Speicherzelle eine möglichst konstante Kraft auf die jeweilige Speicherzelle wirkt.
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Diese Aufgabe wird durch einen Zellstapel mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Um einen Zellstapel der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass über die Lebensdauer der jeweiligen Speicherzelle beziehungsweise des Zellstapels hinweg eine zumindest nahezu konstante Kraft auf die jeweilige Speicherzelle wirkt, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Kompressionselement aus einem porösen Material gebildet und durch die Volumenzunahme und/oder durch eine durch die Volumenzunahme bewirkte Druckerhöhung plastisch verformbar ist. Vorzugsweise ist das Kompressionselement beziehungsweise das poröse Material starr, hart beziehungsweise eigensteif und somit formstabil, sodass das Kompressionselement erfindungsgemäß nicht aus einem elastischen Material gebildet ist.
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Ferner gehört zur Erfindung eine zum Speichern von elektrischer Energie beziehungsweise elektrischem Strom ausgebildete Speicherzelle, welche beispielsweise als Pouch-Zelle ausgebildet sein kann. Die Speicherzelle kann beispielsweise in einem Zellstapel eines Energiespeichers beziehungsweise in dem erfindungsgemäßen Zellstapel zum Einsatz kommen. Die Speicherzelle umfasst ein Zellgehäuse und wenigstens zwei in dem Zellgehäuse angeordnete Bauelemente, wobei zwischen den Bauelementen der Speicherzelle wenigstens ein Kompressionselement angeordnet ist, welches zum Ausgleichen einer Volumenzunahme der erfindungsgemäßen Speicherzelle durch die Volumenzunahme komprimierbar ist. Dabei ist das Kompressionselement aus einem porösen Material gebildet. Die folgenden und vorigen Ausführungen zum erfindungsgemäßen Zellstapel können ohne weiteres auch auf die erfindungsgemäße Speicherzelle übertragen werden und umgekehrt.
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Der Erfindung liegt insbesondere die folgende Erkenntnis zugrunde: Herkömmliche, beispielsweise bei Hybrid- oder insbesondere Elektrofahrzeugen zum Einsatz kommende Energiespeicher beruhen meist auf der Lithium-Ionen-Technologie. Der jeweilige Energiespeicher ist beispielsweise eine Hochvolt-Komponente, insbesondere eine Hochvolt-Batterie (HV-Batterie), sodass der Energiespeicher eine elektrische Spannung, insbesondere eine elektrische Betriebsspannung, bereitstellt oder aufweist, die vorzugsweise größer als 12 Volt, insbesondere größer als 50 Volt, ist und beispielsweise 48 Volt oder mehrere hundert Volt beträgt. Dadurch können besonders große elektrische Leistungen zum elektrischen Antreiben des Kraftfahrzeugs realisiert werden. Ist der Energiespeicher beispielsweise als Lithium-Ionen-Batterie ausgebildet, so ist die Speicherzelle, welche beispielsweise eine Batteriezelle ist, als Lithium-Ionen-Zelle ausgebildet. Die jeweiligen Lithium-Ionen-Zellen weisen über ihre Lebensdauer eine auch als Dickenzunahme bezeichnete Volumenzunahme auf. Diese auch als Änderung bezeichnete Dicken- beziehungsweise Volumenzunahme ist darauf zurückzuführen, dass in der jeweiligen, auch als Zelle bezeichneten Speicherzelle ein Elektrolyt, insbesondere ein flüssiger Elektrolyt, aufgenommen ist, der an einer jeweiligen Anode der jeweiligen Zelle langsam zu einer auch als SEI (Solid Electrolyte Interface) genannten Schicht der Anode reagiert. Bei der Reaktion wird Elektrolyt verbraucht, was über der Lebensdauer zu einem Austrocknen und somit zu einer verminderten Leitfähigkeit beziehungsweise eines höheren Innenwiderstands der Zelle führt. Zusätzlich werden gasförmige Produkte bei der Reaktion freigesetzt, die Blasenbildung und somit lokaler Verdrängung von Elektrolyt die Funktion der Zelle beeinträchtigen können. Dieses Gas wird üblicherweise an den Rand der Zelle gedrückt. Bei Pouch-Zellen dienen sogenannte Gastaschen zur Aufnahme des Gases. Ein weiterer Aspekt ist die auch als Dickenänderung bezeichnete Dickenzunahme beim Laden beziehungsweise Entladen der Zelle. Die Interkalation des Lithiums in die meist verwendeten Graphit-Anoden führt zu einer Volumenzunahme des Graphits. Die Volumenabnahme der meist verwendeten Metalloxid-Kathoden bei der gleichzeitig stattfindenden Deinterkalation von Lithium fällt deutlich geringer aus, sodass eine Nettovolumenzunahme entsteht. Es gibt somit eine reversible Dickenzunahme in Abhängigkeit von dem Ladezustand und eine irreversible Dickenzunahme im Laufe der Lebensdauer.
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Die Zellen werden üblicherweise in Modulen verbaut und dabei zusammengepresst, sodass sie einem Druck ausgesetzt sind. Mit anderen Worten werden die Zellen durch das zuvor beschriebene Verspannen zusammengepresst, sodass auf die Zellen entlang der Stapelrichtung eine Kraft wirkt. Ein niedriger Druck beziehungsweise eine niedrige Kraft wirkt sich dabei vorteilhaft auf die Lebensdauer der Batterie aus, da dadurch die Gasblasen nach außen gedrückt werden. Zusätzlich wird eine mechanische Fixierung der Zellen angestrebt, die auch bei Erschütterungen im Kraftfahrzeug Bestand hat. Diese Fixierung soll sowohl für geladene wie entladene Zellen und über der gesamten Lebensdauer gewährleistet sein. Darüber hinaus ist ein zu hoher Druck für die Zellen schädlich, weil dann neben den Gasblasen auch der Elektrolyt aus dem Zellinneren herausgedrückt wird. Auch kann bei zu hohem Druck der Modulrahmen gesprengt werden. Deshalb werden üblicherweise Kompressionselemente verwendet, um die Ausdehnung der Zellen zu kompensieren und möglichst einen moderaten Druck zu gewährleisten. Das Kompressionselement kann dabei als Spannmatte ausgebildet sein beziehungsweise wird auch als Spannmatte bezeichnet. Damit die Kompressionselemente beziehungsweise Spannmatten die Ausdehnung der Zellen kompensieren können, muss ein Komprimierungsweg vorgehalten werden. Dies führt dazu, dass die Zellen zu Beginn der Lebensdauer kaum verspannt sind und erst mit zunehmender Dicke beziehungsweise mit zunehmendem Volumen einen Gegendruck erfahren. Gegen Ende der Lebensdauer wird mit immer weiter zunehmender Zelldicke der Druck übermäßig groß und es kann zu einem Ausfall des Energiespeicher kommen. Mit anderen Worten kommt es mit zunehmender Betriebsdauer des Energiespeichers und somit des Zellstapels und der jeweiligen Zelle zu einer zunehmenden Dicke beziehungsweise Erstreckung der jeweiligen Zelle entlang der Stapelrichtung und somit zu einem zunehmenden Druck beziehungsweise zu einer zunehmenden, entlang der Stapelrichtung auf die jeweilige Zelle wirkenden Kraft.
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Diese Zunahme der Kraft kann nun bei dem erfindungsgemäßen Zellstapel beziehungsweise bei der erfindungsgemäßen Speicherzelle vermieden werden. Das erfindungsgemäß vorgesehene, aus porösem Material gebildete Kompressionselement ermöglicht es, dass über die zumindest nahezu gesamte Lebensdauer des Zellstapels beziehungsweise der Speicherzelle die auf die Speicherzelle wirkende Kraft zumindest nahezu konstant ist. Insbesondere ermöglicht es das erfindungsgemäß vorgesehene Kompressionselement, von Anfang an, das heißt bereits zu Beginn der Lebensdauer eine auf die jeweilige Speicherzelle, insbesondere entlang der Stapelrichtung, wirkende Kraft aufzubauen, welche zumindest nahezu über die gesamte Lebensdauer zumindest im Wesentlichen konstant bleibt. Insbesondere ermöglicht es das erfindungsgemäß vorgesehene Kompressionselement, auch mit zunehmender Ausdehnung einen hinreichenden Weg zur Verfügung zu stellen, um übermäßig große Belastungen zu vermeiden.
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Der Aufbau beziehungsweise die Anordnung des erfindungsgemäß vorgesehenen Kompressionselements kann dem Aufbau beziehungsweise der Anordnung einer herkömmlichen Spannmatte entsprechen. Ferner ist ein Aufbau in Kombination mit einer elastischen Spannmatte, innerhalb des Zellgehäuses, innerhalb des Zellgehäuses mit Elektrolyt befüllt, als Teil des Zellrahmens, als Teil des Modulgehäuses, als Teil des Energiespeichers und/oder als Teil einer Batterie für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für ein Elektroauto, denkbar. Das erfindungsgemäß vorgesehene Kompressionselement ist eine Vorrichtung zur Gewährleistung einer über die Lebensdauer möglichst konstanten Kraft beziehungsweise zur Erhaltung eines konstanten Gegendrucks, insbesondere bei sich in ihrer Dicke ändernden Objekten in Form der Zellen. Das erfindungsgemäß vorgesehene Kompressionselement kann für jedweden Anwendungsfall verwendet werden, bei welchem sich eine Dicke wenigstens eines Objekts ändert, Außerdem kann das erfindungsgemäß vorgesehene Kompressionselement bei solchen Anwendungsfällen verwendet werden, bei denen sich der Druck ändern kann, beispielsweise bei einer inhomogenen Druckverteilung wie beispielsweise in Verpackungsmaterialien.
Das poröse Material ist ein irreversibel komprimierbares Material, sodass das Kompressionselement bei steigender Volumenzunahme wenigstens einer der Speicherzellen, insbesondere entlang der Stapelrichtung, plastisch verformt wird. Hierdurch ist es sowohl möglich, bereits zu Beginn der Lebensdauer eine hinreichend große Kraft und somit eine hinreichend große Verspannung der Speicherzellen gewährleisten zu können als auch die Kraft über die Lebensdauer zumindest im Wesentlichen konstant zu halten.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in:
- 1 ausschnittsweise eine schematische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Zellstapels für einen Energiespeicher eines Kraftfahrzeugs gemäß einer ersten Ausführungsform;
- 2 ein Diagramm zum Veranschaulichen einer Funktions- beziehungsweise Wirkweise eines Kompressionselements des Zellstapels;
- 3 ausschnittsweise eine schematische Seitenansicht des Zellstapels gemäß einer zweiten Ausführungsform;
- 4 ein Diagramm zum Veranschaulichen des Zellstapels gemäß 3;
- 5 eine schematische Schnittansicht einer als Pouch-Zelle ausgebildeten Speicherzelle zum Speichern von elektrischer Energie; und
- 6 ausschnittsweise eine schematische Seitenansicht des Zellstapels gemäß einer dritten Ausführungsform.
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In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt ausschnittsweise in einer schematischen Seitenansicht einen Zellstapel 10 für einen Energiespeicher eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Hybrid- oder Elektrofahrzeugs. Das Kraftfahrzeug ist vorzugsweise als Personenkraftwagen ausgebildet und umfasst in seinem vollständig hergestellten Zustand wenigstens eine elektrische Maschine, welche in einem Motorbetrieb und somit als Elektromotor betreibbar ist. Mittels des Elektromotors kann das Kraftfahrzeug elektrisch angetrieben werden. Um die elektrische Maschine in dem Motorbetrieb zu betreiben, wird die elektrische Maschine mit elektrischer Energie beziehungsweise elektrischem Strom versorgt, die beziehungsweise der in dem Energiespeicher angeordnet ist. Um dabei besonders große elektrische Leistungen zum elektrischen Antreiben des Kraftfahrzeugs realisieren zu können, ist der Energiespeicher vorzugsweise als Hochvolt-Speicher ausgebildet. Dadurch weist der Energiespeicher beispielsweise eine elektrische Spannung, insbesondere eine elektrische Betriebsspannung auf, welche vorzugsweise größer als 12 Volt, insbesondere größer als 50 Volt, 50 Volt ist und beispielsweise mehrere hundert Volt beträgt. Die elektrische Spannung kann beispielsweise 48 Volt betragen.
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Der Zellstapel 10 umfasst mehrere, entlang einer in 1 durch einen Doppelpfeil 12 veranschaulichten Stapelrichtung aufeinanderfolgend beziehungsweise hintereinander angeordnete Speicherzellen 14, welche beispielsweise als Batteriezellen ausgebildet sind und auch einfach als Zellen bezeichnet werden. Mittels der jeweiligen Speicherzelle 14 kann elektrische Energie gespeichert werden. Hierzu weist die jeweilige Speicherzelle 14 ein Zellgehäuse 16 auf, in welchem Speichermittel zum Speichern von elektrischer Energie aufgenommen sind. Die Speichermittel umfassen beispielsweise wenigstens zwei Elektroden unterschiedlicher Polarität und einen insbesondere flüssigen Elektrolyten, in welchem die Elektroden zumindest teilweise aufgenommen sind. Eine der Elektroden ist eine Anode, während die andere Elektrode eine Kathode ist.
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Die Speicherzellen 14 sind entlang der Stapelrichtung miteinander verspannt. Hierzu ist eine auch als Rahmen, Zellrahmen oder Modulrahmen bezeichnete Spanneinrichtung 18 vorgesehen. Die Spanneinrichtung 18 weist beispielsweise zwei entlang der Stapelrichtung voneinander beabstandete und gegen die Speicherzellen 14 gespannte Endplatten 20 auf, welche auch als Druckplatte bezeichnet werden. Die Endplatten 20 sind gegeneinander beziehungsweise aufeinander zu gespannt, sodass die entlang der Stapelrichtung zwischen den Endplatten 20 angeordneten Speicherzellen 14 entlang der Stapelrichtung zusammengepresst sind.
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Des Weiteren umfasst der Zellstapel 10 mehrere Kompressionselemente 22. Das jeweilige Kompressionselement 22 ist entlang der Stapelrichtung zwischen einer jeweiligen ersten der Speicherzellen 14 und wenigstens einem Bauelement einer jeweiligen zweiten der Speicherzellen 14 angeordnet. Das Kompressionselement 22 kann auch zwischen Speicherzelle 14 und Endplatte 20 angeordnet sein. 1 und 2 veranschaulichen eine erste Ausführungsform des Zellstapels 10. Bei der ersten Ausführungsform ist das jeweilige Kompressionselement 22 außerhalb der Speicherzellen 14 und somit außerhalb der Zellgehäuse 16 angeordnet. Dabei ist das jeweilige Kompressionselement 22 entlang der Stapelrichtung zwischen zwei entlang der Stapelrichtung unmittelbar beziehungsweise direkt benachbarten der Speicherzellen 14 angeordnet. Somit sind die Speicherzellen 14 entlang der Stapelrichtung über die Kompressionselemente 22 aneinander abgestützt.
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Im Rahmen einer Herstellung des Zellstapels 10 werden die Speicherzellen 14 und die Kompressionselemente 22 entlang der Stapelrichtung aufeinanderfolgende angeordnet und mittels der Spanneinrichtung 18 entlang der Stapelrichtung miteinander verspannt. Dadurch übt die Spanneinrichtung 18 eine Kraft auf die jeweilige Speicherzelle 14 zumindest mittelbar aus.
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Um nun diese, auf die jeweilige Speicherzelle 14 wirkende Kraft über der Lebensdauer des Zellstapels 10 zumindest im Wesentlichen konstant halten zu können, ist das jeweilige Kompressionselement 22, welches auch als Spannmatte bezeichnet wird, aus einem harten porösen Material gebildet und durch eine zumindest entlang der Stapelrichtung verlaufende Volumenzunahme der jeweiligen Speicherzelle 14 und/oder durch eine durch die Volumenzunahme bewirkte Druckerhöhung plastisch verformbar ist. Hierdurch ist das Kompressionselement entlang der Stapelrichtung durch die Volumenzunahme komprimierbar, wodurch die Volumenzunahme der jeweiligen Speicherzelle 14 kompensiert, das heißt ausgeglichen werden kann.
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2 zeigt ein Diagramm, auf dessen Abszisse 24 die Kompression der jeweiligen Spannmatte beziehungsweise eine aus der Kompression resultierende Dickenabnahme der jeweiligen Spannmatte aufgetragen ist. Auf der Ordinate 26 ist eine auf die jeweilige Speicherzelle 14 beziehungsweise auf das jeweilige Kompressionselement 22 wirkender Druck aufgetragen, welcher aus der zuvor beschriebenen Kraft resultiert. Außerdem ist in 2 ein Arbeitsbereich B der jeweiligen Zelle veranschaulicht. Aus 2 ist erkennbar, dass zur Kompression der jeweiligen Spannmatte schon bei minimaler Kompression der benötigte Druck ansteigt, und die jeweilige Spannmatte wird beispielsweise zunächst elastisch verformt. Mit zunehmender Kompression verändert sich die Struktur in der Spannmatte, und es kommt zu einer irreversiblen plastischen Verformung des porösen Materials. Die Kraft für eine zusätzliche Kompression der Spannmatte bleibt dann zumindest nahezu konstant. Insbesondere ist es denkbar, dass die Spannmatte vor Verbau soweit komprimiert wird, dass es bei zunehmender Kompression sofort zur plastischen Verformung kommt. Dann würde beispielsweise ein in 2 gezeigter Verlauf 28 nicht im Nullpunkt des Diagramms sondern später auf der Abszisse 24 beginnen. Die Struktur in der Spannmatte beziehungsweise deren Veränderung ist ebenfalls in 2 gezeigt und dort mit 30 bezeichnet.
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3 und 4 veranschaulichen eine zweite Ausführungsform des Zellstapels 10. Bei der zweiten Ausführungsform ist das jeweilige Kompressionselement 22 mit einem jeweiligen weiteren Kompressionselement 32 kombiniert. Das jeweilige Kompressionselement 32 ist aus einem elastischen Werkstoff beziehungsweise aus einem elastisch verformbaren Werkstoff gebildet und zum Ausgleich der Volumenzunahme entlang der Stapelrichtung durch die Volumenzunahme elastisch komprimierbar. Mit anderen Worten, um den zuvor genannten moderaten Druckbereich über die gesamte Lebensdauer zu gewährleisten, ist die Spannmatte aus dem harten porösen Material beziehungsweise Medium mit einer elastischen Spannmatte in Form des Kompressionselements 32 kombiniert. Das poröse Material ist beispielsweise ein zellulärer Keramikschaum. Durch die beschriebene Kombination wird der elastische Bereich vergrößert und die Zelle kann sich beim Laden ausdehnen und die Spannmatte wird komprimiert. Erst mit zunehmender Kraft wird die harte poröse Spannmatte verformt und gibt irreversibel Arbeitsweg frei. So wird der auch als Modul bezeichnete Zellstapel 10 von Anfang an beim Aufbau mit einem moderaten Druck versehen und bleibt auch bis zum Ende der Lebensdauer in diesem Bereich. Zusätzlich können zum Beispiel Toleranzen in der Zelldicke ausgeglichen werden, wenn schon beim Verbau die plastische Verformung der porösen Spannmatte ausgenutzt wird, um die Spannmatte und die Zelle auf ein Nennmaß zu bringen. In 4 ist der Kompressionsbereich der elastischen Spannmatte mit K1 bezeichnet, und der Verformungsbereich der porösen Spannmatte ist mit V1 bezeichnet. Ferner veranschaulicht ein Pfeil 34 die Dickenänderung der Zelle aufgrund des Ladens und Entladens.
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Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass eine jeweilige, der jeweiligen Spannmatte zugewandte Oberfläche beziehungsweise Kontaktfläche der jeweiligen Zelle und/oder eine der jeweiligen Zelle zugewandte Oberfläche beziehungsweise Kontaktfläche der jeweiligen Spannmatte zusätzlich mit einer harten Oberfläche versehen ist, um einen räumlich homogenen Druck auf die Zelle auszuüben und Gasblasen gezielt nach außen zu drücken. Die jeweilige Spannmatte, insbesondere das Kompressionselement 22, kann als Teil des Zellrahmens vorgesehen sein. Dies ist aus 6 erkennbar. Dabei wirkt beispielsweise das Kompressionselement, insbesondere formschlüssig, mit dem Zellrahmen zusammen, insbesondere dadurch, dass das Kompressionselement 22 zumindest teilweise in den Zellrahmen eingreift.
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5 zeigt eine beispielsweise als Pouch-Zelle ausgebildete Speicherzelle 36, welche beispielsweise in dem Zellstapel 10 als die jeweilige Speicherzelle 14 und/oder in jedwedem anderen Anwendungsfall verwendet werden kann. Die Speicherzelle 36 gemäß 5 umfasst eine Pouch-Folie 38, welche einen Aufnahmeraum 40 begrenzt. In dem Aufnahmeraum 40 sind Ableiterfolien 42, Separatoren 44 und Aktivmaterialien 46 angeordnet, wobei die Aktivmaterialien 46 mittels der zwischen den Aktivmaterialien 46 angeordneten Separatoren 44 elektrisch voneinander isoliert und beispielsweise in einem gegenseitigen Abstand gehalten sind. Außerdem ist in dem Aufnahmeraum 40 wenigstens ein Kompressionselement 22 angeordnet. Die Ableiterfolien 42, die Separatoren 44 und die Aktivmaterialien 46 sind Bauelemente der Speicherzelle 36, wobei die Bauelemente beispielsweise entlang einer in 5 durch einen Doppelpfeil 48 veranschaulichten Richtung aufeinanderfolgend beziehungsweise hintereinander angeordnet sind. Dabei ist das Kompressionselement 22 entlang der Richtung zwischen wenigstens oder genau zwei der Bauelemente der Speicherzelle 36 angeordnet, wobei beispielsweise die zwei Bauelemente, zwischen welchen das Kompressionselement 22 angeordnet ist, entlang der Richtung unmittelbar beziehungsweise direkt aufeinanderfolgend beziehungsweise benachbart sind. Auch bei der in 5 veranschaulichten Speicherzelle 36 kann das Kompressionselement 22 eine entlang der Richtung verlaufende Volumen- beziehungsweise Dickenzunahme der Speicherzelle 36 ausgleichen, insbesondere dadurch, dass das Kompressionselement 22 durch die Volumenzunahme entlang der Richtung komprimiert und dadurch plastisch verformt wird.
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Insgesamt ist erkennbar, dass beispielsweise das jeweilige, in 1 und 3 veranschaulichte Kompressionselement 22 in die jeweilige Zelle integriert werden kann. Dadurch ist das Kompressionselement 22 innerhalb des Zellgehäuses 16 beziehungsweise innerhalb der als Zellgehäuse fungierenden Pouch-Folie 38 angeordnet. Mit anderen Worten ist die Pouch-Folie 38 ein Zellgehäuse der Speicherzelle 36. Durch die Integration des Kompressionselements 22 in das jeweilige Zellgehäuse ist zwar das Volumen der Zelle zu Lebensdauerbeginn größer und die volumetrische Energiedichte geringer, die Zelle nimmt aber über der Lebensdauer nicht mehr an Dicke zu und die Verarbeitung in der Batteriemontage wird erleichtert.
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Ferner ist es denkbar, das poröse Material beziehungsweise das Kompressionselement 22 und somit dessen poröse Struktur 30 zumindest teilweise mit dem flüssigen Elektrolyt zu befüllen, sodass der flüssige Elektrolyt in dem porösen Material aufgenommen ist. Hierdurch wird eine Austrocknung der Zelle über der Lebensdauer vermieden oder zumindest gering gehalten. Nimmt die Dicke der Aktivmaterialschichten aufgrund von SEI-Wachstum zu, wird gleichzeitig die Spannmatte zusammengedrückt und nimmt an Volumen ab. Dabei wird Elektrolyt aus der Spannmatte herausgedrückt und kompensiert beim Aufbau der SEI verbrauchten Elektrolyt. Dieser zusätzliche Elektrolytvorrat verbessert die Zelleigenschaften gegen Ende der Lebensdauer, sodass der Innenwiderstand der Zelle niedrig bleibt oder verlängert dadurch sogar die Lebensdauer. Insbesondere Zweite-Leben-Anwendungen erhalten so Batterien mit deutlich besseren Leistungseigenschaften.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Zellstapel
- 12
- Doppelpfeil
- 14
- Speicherzelle
- 16
- Zellgehäuse
- 18
- Spanneinrichtung
- 20
- Endplatte
- 22
- Kompressionselement
- 24
- Abszisse
- 26
- Ordinate
- 28
- Verlauf
- 30
- Struktur
- 32
- weiteres Spannelement
- 34
- Doppelpfeil
- 36
- Speicherzelle
- 38
- Pouch-Folie
- 40
- Aufnahmeraum
- 42
- Ableiterfolie
- 44
- Separator
- 46
- Aktivmaterial
- 48
- Doppelpfeil
- B
- Arbeitsbereich
- K1
- Kompressionsbereich
- V1
- Verformungsbereich
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014019001 A1 [0002]
