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Feld der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Energiespeicher, eine Vorrichtung und/oder ein Fahrzeug und ein Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Energiespeichers gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche.
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Stand der Technik
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Die
EP 3 142 165 A1 zeigt ein Batteriesystem mit einem Überladungs- und/oder Tiefentladungsschutz. Das Batteriesystem weist eine Schnellentladeeinheit und eine Auslöseeinheit mit einer elektrisch leitfähigen mechanischen Komponente zum Auslösen der Schnellentladeeinheit auf.
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Die
EP 3 142 172 A1 zeigt ein Batteriesystem mit einem Überladungs- und/oder Tiefentladungsschutz. Das Batteriesystem umfasst eine Schnellentladeeinheit zum elektrischen Entladen des elektrischen Energiespeichers mit einem ersten Anschluss, der mit einem ersten Pol einer Batterie elektrisch verbunden ist, mit einem zweiten Anschluss, der mit dem zweiten Pol der Batterie elektrisch verbunden ist, und eine Auslöseeinheit zum Auslösen der Schnellentladeeinheit.
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Die
EP 3 128 575 A1 zeigt eine wiederaufladbare Batterie mit einer oberhalb der Batterie angeordneten Lade- und Entladeeinheit.
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Offenbarung der Erfindung
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Der Kern der Erfindung bei dem elektrischen Energiespeicher aufweisend eine Steuereinheit und elektrische Energiespeicherzellen, die jeweils eine Zellsteuerung aufweisen, besteht darin, dass die Steuereinheit eine Leiterplatte aufweist, die mit der jeweiligen Zellsteuerung jeder elektrischen Energiespeicherzelle stoffschlüssig verbunden ist.
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Hintergrund der Erfindung ist, dass der elektrische Energiespeicher kompakt und leicht ausführbar ist. Die Leiterplatte und Leiterplattenteile der Zellsteuerungen sind stoffschlüssig verbunden, insbesondere wobei Leiterbahnen der Leiterplatte mit weiteren Leiterbahnen der Leiterplattenteile elektrisch leitend miteinander verbunden sind.
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Vorteilhafterweise ist die Energiedichte des elektrischen Energiespeichers verbessert.
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Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Leiterplatte erste Ausnehmungen und Leiterbahnen auf, wobei eine jeweilige Leiterbahn durch eine erste Ausnehmung hindurch mit einer jeweiligen Kontaktfläche der Zellsteuerung stoffschlüssig verbunden ist, insbesondere schweißverbunden, insbesondere mittels Laserschweißen verbunden. Dadurch sind die Leiterbahnen mit den Kontaktflächen sicher verbindbar. Durch die Verwendung von Laserschweißen ist der Energieeintrag in die elektrische Energiespeicherzelle reduzierbar im Vergleich zu beispielsweise einem Lötprozess. Somit ist die Leiterplatte mit den mit den elektrischen Energiespeicherzellen verbundenen Zellsteuerungen verbindbar, ohne dass die elektrischen Energiespeicherzellen dadurch eine für sie kritische Temperatur erreichen.
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Von Vorteil ist es dabei, wenn die Leiterplatte eine Steuerungsschaltung aufweist, die mittels der Leiterbahnen und der Kontaktflächen mit den Zellsteuerungen verbunden ist. Somit ist der elektrische Energiespeicher kompakt ausführbar.
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Weiterhin ist es von Vorteil, wenn die Steuereinheit ein Gehäuseteil aufweist, wobei das Gehäuseteil dritte Ausnehmungen aufweist, wobei die dritten Ausnehmungen die ersten Ausnehmungen jeweils überdecken. Das Gehäuseteil umgibt die Steuereinheit zumindest teilweise gehäusebildend. Durch die jeweiligen dritten Ausnehmungen hindurch ist die Herstellung einer stoffschlüssigen Verbindung der Leiterplatte mit den jeweiligen Zellsteuerungen ermöglicht. Der elektrische Energiespeicher kann also zuerst montiert werden, bevor die Leiterplatte stoffschlüssig mit den jeweiligen Zellsteuerungen verbunden wird.
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Vorteilhafterweise sind die dritten Ausnehmungen mittels einer transparenten Folie, insbesondere einer lasertransparenten Folie, verschlossen. Die Folie ist dabei durchlässig für den zum Laserschweißen verwendeten Laserstrahl. Weiterhin verschließt die Folie die dritten Ausnehmungen fluiddicht.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Leiterplatte mit jeder elektrischen Energiespeicherzelle formschlüssig verbunden. Durch die formschlüssige Verbindung sind die Leiterplatte und die elektrischen Energiespeicherzellen relativ zueinander ausrichtbar. Vorteilhafterweise werden die Leiterplatte und die elektrischen Energiespeicherzellen zuerst formschlüssig und dann stoffschlüssig miteinander verbunden. Dadurch ist eine jeweilige Verbindungsfläche zwischen der Leiterplatte und der jeweiligen elektrischen Energiespeicherzelle vor dem Herstellen der stoffschlüssigen Verbindung mit hoher Genauigkeit positionierbar.
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Dabei ist es von Vorteil, wenn jede elektrische Energiespeicherzelle zumindest eine Auskragung aufweist, die jeweils durch eine jeweilige zweite Ausnehmung in der Leiterplatte hindurchgeführt ist. Somit sind die Leiterplatte und die jeweilige elektrische Energiespeicherzelle mittels der Auskragungen und der zweiten Ausnehmungen in einfacher Art und Weise relativ zueinander ausrichtbar.
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Weiterhin ist es von Vorteil, wenn die Auskragungen der elektrischen Energiespeicherzellen fluchtend angeordnet sind und die zweiten Ausnehmungen in der Leiterplatte fluchtend angeordnet sind. Dadurch sind die elektrischen Energiespeicherzellen in einfacher Art und Weise relativ zueinander ausrichtbar, insbesondere mittels einer Montagehilfe.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist jede elektrische Energiespeicherzelle eine Entladevorrichtung auf, die mittels der Zellsteuerung ansteuerbar ist. Von Vorteil ist dabei, dass die elektrische Energiespeicherzelle in einem kritischen Betriebszustand entladbar ist mittels der Entladevorrichtung. Dadurch ist ein sicherer Zustand des elektrischen Energiespeichers herstellbar. Vorteilhafterweise ist der elektrische Energiespeicher weiterhin verwendbar, nachdem die elektrische Energiespeicherzelle entladen wurde.
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Der Kern der Erfindung bei der Vorrichtung und/oder dem Fahrzeug besteht darin, dass die Vorrichtung und/oder das Fahrzeug zumindest einen elektrischen Energiespeicher wie zuvor beschrieben beziehungsweise nach einem der auf den elektrischen Energiespeicher bezogenen Ansprüche aufweist.
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Hintergrund der Erfindung ist, dass der elektrische Energiespeicher kompakt und leicht ausführbar ist. Dadurch ist die Energiedichte des elektrischen Energiespeichers verbessert. Der elektrische Energiespeicher ist kleiner und/oder leichter ausführbar. Somit ist die Masse der Vorrichtung und/oder des Fahrzeugs reduzierbar und/oder die Reichweite des Fahrzeugs ist erweiterbar.
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Der Kern der Erfindung bei dem Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Energiespeichers, insbesondere wie zuvor beschrieben beziehungsweise nach einem der auf den elektrischen Energiespeicher bezogenen Ansprüche, ist, dass das Verfahren die folgenden zeitlich aufeinanderfolgenden Verfahrensschritte aufweist: wobei in einem ersten Verfahrensschritt elektrische Energiespeicherzellen des elektrischen Energiespeichers nebeneinander angeordnet werden, wobei in einem zweiten Verfahrensschritt die elektrischen Energiespeicherzellen miteinander verbunden werden, insbesondere fixiert werden, wobei in einem dritten Verfahrensschritt Zellverbinder auf den elektrischen Energiespeicherzellen angeordnet und mit Zellterminals der elektrischen Energiespeicherzellen verbunden werden, wobei in einem vierten Verfahrensschritt eine Steuereinheit relativ zu den elektrischen Energiespeicherzellen ausgerichtet und mit dem elektrischen Energiespeicher verbunden wird,
wobei in einem fünften Verfahrensschritt eine Steuerungsschaltung der Steuereinheit mit den Zellsteuerungen signalleitend und/oder elektrisch leitend verbunden wird, insbesondere mittels Laserschweißen.
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Hintergrund der Erfindung ist, dass die elektrischen Energiespeicher angeordnet, ausgerichtet und miteinander und mit der Steuereinheit verbunden werden, bevor die Steuerungsschaltung mit den Zellsteuerungen signalleitend verbunden wird. Dadurch ist eine sichere signalleitende Verbindung der Steuerungsschaltung mit den Zellsteuerungen ermöglicht, da die Bestandteile des elektrischen Energiespeichers relativ zueinander fixiert sind. Die Steuerungsschaltung und die Zellsteuerungen können punktuell signalleitend verbunden werden.
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Vorteilhafterweise wird Laserschweißen zum Herstellen der signalleitenden Verbindung verwendet, wodurch der Energieeintrag in die elektrische Energiespeicherzelle reduzierbar ist im Vergleich zu beispielsweise einem Lötprozess. Somit ist die Leiterplatte mit den mit den elektrischen Energiespeicherzellen verbundenen Zellsteuerungen verbindbar, ohne dass die elektrischen Energiespeicherzellen dadurch eine für sie kritische Temperatur erreichen.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung werden im ersten Verfahrensschritt die elektrischen Energiespeicherzellen derart angeordnet, dass die positiven und negativen elektrischen Anschlüsse der jeweiligen Energiespeicherzellen alternierend angeordnet werden. Von Vorteil ist dabei, dass bei einer Reihenschaltung der elektrischen Energiespeicherzellen die Zellverbinder zur Verbindung der positiven und negativen elektrischen Anschlüsse benachbarter elektrischer Energiespeicherzellen kompakt ausführbar sind.
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Vorteilhafterweise werden die elektrischen Energiespeicherzellen derart ausgerichtet, dass Auskragungen auf den elektrischen Energiespeicherzellen fluchtend ausgerichtet sind. Dadurch sind die elektrischen Energiespeicherzellen in einfacher Art und Weise relativ zueinander ausrichtbar, insbesondere mittels einer Montagehilfe.
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Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmalen der Erfindung. Insbesondere wird dabei der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der vorliegenden Erfindung hinzufügen.
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Figurenliste
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Im folgenden Abschnitt wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen, aus denen sich weitere erfinderische Merkmale ergeben können, auf die die Erfindung aber in ihrem Umfang nicht beschränkt ist, erläutert. Die Ausführungsbeispiele sind in den Zeichnungen dargestellt.
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Es zeigen:
- 1 eine Explosionsdarstellung eines erfindungsgemäßen elektrischen Energiespeichers 1;
- 2 eine perspektivische Seitenansicht des in 1 dargestellten erfindungsgemäßen elektrischen Energiespeichers 1;
- 3 eine Detailansicht des in 1 dargestellten erfindungsgemäßen elektrischen Energiespeichers 1 und
- 4 ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines elektrischen Energiespeichers 1.
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Der in 1 dargestellte erfindungsgemäße elektrische Energiespeicher 1 weist auf:
- - zumindest zwei elektrische Energiespeicherzellen 2,
- - zumindest einen Zellverbinder 13 zum elektrisch leitenden Verbinden der elektrischen Energiespeicherzellen 2,
- - ein Deckelteil 14,
- - ein Haltemittel 12,
- - eine Steuereinheit 11 und
- - eine Kühlvorrichtung 6.
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Die elektrischen Energiespeicherzellen 2 sind quaderförmig ausgeführt und weisen jeweils sechs Seitenflächen auf. Die elektrischen Energiespeicherzellen 2 sind gestapelt in dem elektrischen Energiespeicher 1 angeordnet. Dabei berühren sich zwei elektrische Energiespeicherzellen 2 jeweils mittels der größten Seitenfläche der jeweiligen Energiespeicherzelle 2.
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Die elektrischen Energiespeicherzellen 2 sind gehalten mittels des Deckelteils 14 und des Haltemittels 12. Dabei erstrecken sich das Deckelteil 14 und das Haltemittel 12 entlang einer Stapelrichtung 17 des elektrischen Energiespeichers 1. Das Deckelteil 14 und das Haltemittel 12 sind einander gegenüberliegend angeordnet. Die elektrischen Energiespeicherzellen 2 sind zwischen dem Deckelteil 1 und dem Haltemittel 12 angeordnet, insbesondere verspannt mittels des Deckelteils 14 und des Haltemittels 12.
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Vorzugsweise ist das Deckelteil 14 und/oder das Haltemittel 12 als Blechteil, insbesondere als Stanzbiegeteil, ausgeführt.
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Das Deckelteil 14 weist einen Abdeckabschnitt 18 und zwei erste Deckelteilseitenabschnitte 20 und zwei zweite Deckelteilseitenabschnitte 19 auf, wobei die ersten und zweiten Deckelteilseitenabschnitte (19, 20) aus dem Abdeckabschnitt 18 auskragen. Vorzugsweise schließen die ersten beziehungsweise zweiten Deckelteilseitenabschnitte (20, 19) und der Abdeckabschnitt 18 jeweils einen Winkel ein, wobei der Winkel zwischen 60° und 120° beträgt, insbesondere wobei der Winkel ein rechter Winkel ist. Der Abdeckabschnitt 18 überdeckt eine Seitenfläche jeder elektrischen Energiespeicherzelle 2 vollständig.
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Die ersten Deckelteilseitenabschnitte 20 sind einander gegenüberliegend an dem Abdeckabschnitt 18 angeordnet. Die ersten Deckelteilseitenabschnitte 20 überdecken eine größte Seitenfläche einer außenliegenden elektrischen Energiespeicherzelle 2 des elektrischen Energiespeichers 1 jeweils teilweise, vorzugsweise zu 20 % bis 50 %.
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Die zweiten Deckelteilseitenabschnitte 19 sind einander gegenüberliegend an dem Abdeckabschnitt 18 angeordnet. Die zweiten Deckelteilseitenabschnitte 19 überdecken eine weitere Seitenfläche jeder elektrischen Energiespeicherzelle 2 des elektrischen Energiespeichers 1 jeweils teilweise, vorzugsweise zu 5 % bis 20 %.
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Das Haltemittel 12 erstreckt sich entlang der weiteren Seitenflächen der elektrischen Energiespeicherzellen 2 und überdeckt die weiteren Seitenflächen der elektrischen Energiespeicherzellen 2 jeweils teilweise, vorzugsweise zu 5 % bis 20 %.
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Benachbart zu den elektrischen Energiespeicherzellen 2 ist zumindest eine Kühlvorrichtung 6 angeordnet, vorzugsweise ist jeweils eine Kühlvorrichtung 6 in Stapelrichtung 17 neben jeweils einer außenliegenden elektrischen Energiespeicherzelle 2 des elektrischen Energiespeichers 1 angeordnet. Vorzugsweise ist die Kühlvorrichtung 6 als Lüfter ausgeführt.
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Die elektrischen Energiespeicherzellen 2 sind mittels der Zellverbinder 13 elektrisch leitend miteinander verbindbar. Dazu sind die Zellverbinder 13 an den weiteren Seitenflächen der elektrischen Energiespeicherzellen 2 angeordnet.
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Die Steuereinheit 11 ist zumindest teilweise in einem Gehäuseteil 22 angeordnet. Die Steuereinheit 11 erstreckt sich entlang der weiteren Seitenflächen der elektrischen Energiespeicherzellen 2. Die Zellverbinder 13 sind zwischen der Steuereinheit 11 und den elektrischen Energiespeicherzellen 2 angeordnet.
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Die elektrische Energiespeicherzelle 2 weist auf:
- - ein Gehäuse 16, in dem Elektroden, ein Separator und ein Elektrolyt der elektrischen Energiespeicherzelle 2 angeordnet sind,
- - eine Entladevorrichtung 15,
- - eine Zellsteuerung 31, aufweisend eine Entladesteuerung,
- - ein Sicherheitsventil,
- - zumindest ein Zellterminal 7 zur Kontaktierung der Elektroden und
- - ein Isoliersystem, aufweisend ein erstes Isoliermittel 3, ein zweites Isoliermittel 8, ein drittes Isoliermittel 5, ein viertes Isoliermittel 10, ein fünftes Isoliermittel 4 und ein sechstes Isoliermittel 9.
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Das Gehäuse 16 ist als Metallgehäuse ausgeführt und umgibt die Elektroden, den Separator und den Elektrolyt gehäusebildend. Das Zellterminal 7 und die Zellsteuerung 31 sind an einer dritten Seitenfläche des Gehäuses 16 angeordnet.
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Vorzugsweise ist das Gehäuse 16 elektrisch leitend mit einer Elektrode der elektrischen Energiespeicherzelle 2 verbunden und fungiert als weiteres Zellterminal.
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Das Gehäuse 16 ist vollständig umgeben von dem Isoliersystem, dem Zellterminal 7, der Zellsteuerung 31 und der Entladevorrichtung 15. Das erste Isoliermittel 3 und das zweite Isoliermittel 8 weisen jeweils zwei Schenkelabschnitte und einen Basisabschnitt auf, vorzugsweise sind das erste und zweite Isoliermittel (3, 8) jeweils U-förmig ausgeführt. Das Gehäuse 16 ist jeweils zwischen den zwei Schenkelabschnitten jedes ersten und zweiten Isoliermittels (3, 8) angeordnet. Dabei überlappen die Schenkelabschnitte des ersten und zweiten Isoliermittels (3, 8) jeweils.
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Eine erste, insbesondere größte, Seitenfläche des Gehäuses 16 ist überdeckt mittels jeweils eines Schenkelabschnitts des ersten Isoliermittels 3 und des zweiten Isoliermittels 8, insbesondere jeweils vollständig überdeckt. Vorzugsweise überdeckt jeweils ein Schenkelabschnitt des ersten Isoliermittels 3 jeweils einen Schenkelabschnitt des zweiten Isoliermittels 8 vollständig.
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Ein Schenkelabschnitt des ersten Isoliermittels 3 und ein Schenkelabschnitt des zweiten Isoliermittels 8 sind überdeckt mittels des dritten Isoliermittels 5.
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Ein weiterer Schenkelabschnitt des ersten Isoliermittels 3 und ein weiterer Schenkelabschnitt des zweiten Isoliermittels 8 sind überdeckt mittels des vierten Isoliermittels 10.
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Das dritte Isoliermittel 5 und das vierte Isoliermittel 10 sind jeweils plattenförmig und/oder eben ausgeführt.
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Das erste und/oder zweite und/oder dritte und/oder vierte Isoliermittel (3, 8, 5, 10) sind als Formteile und/oder aus Folie ausgeführt, insbesondere aus Kunststoff.
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Das sechste Isoliermittel 9 ist an der dritten Seitenfläche des Gehäuses 16 angeordnet. Dazu weist das sechste Isoliermittel 9 eine Ausnehmung auf, die die Form einer äußeren Form des Zellterminals 7, der Zellsteuerung 31 und der Entladevorrichtung 15 aufweist.
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In Stapelrichtung 17 sind die Isoliersysteme einer elektrischen Energiespeicherzelle 2 und einer weiteren elektrischen Energiespeicherzelle 2 des elektrischen Energiespeichers 1 in folgender Stapelfolge angeordnet:
- - drittes Isoliermittel 5 der elektrischen Energiespeicherzelle 2,
- - erstes Isoliermittel 3 der elektrischen Energiespeicherzelle 2,
- - zweites Isoliermittel 8 der elektrischen Energiespeicherzelle 2,
- - Gehäuse 16 der elektrischen Energiespeicherzelle 2,
- - zweites Isoliermittel 8 der elektrischen Energiespeicherzelle 2,
- - erstes Isoliermittel 3 der elektrischen Energiespeicherzelle 2,
- - viertes Isoliermittel 10 der elektrischen Energiespeicherzelle 2,
- - drittes Isoliermittel 5 der weiteren elektrischen Energiespeicherzelle 2,
- - erstes Isoliermittel 3 der weiteren elektrischen Energiespeicherzelle 2,
- - zweites Isoliermittel 8 der weiteren elektrischen Energiespeicherzelle 2,
- - Gehäuse 16 der weiteren elektrischen Energiespeicherzelle 2,
- - zweites Isoliermittel 8 der weiteren elektrischen Energiespeicherzelle 2,
- - erstes Isoliermittel 3 der weiteren elektrischen Energiespeicherzelle 2 und
- - viertes Isoliermittel 10 der weiteren elektrischen Energiespeicherzelle 2.
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Dabei ist die Reihenfolge des ersten und zweiten Isoliermittels (3, 8) jeweils austauschbar.
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Statt des vierten Isoliermittels 10 der elektrischen Energiespeicherzelle 2 und des dritten Isoliermittels 5 der weiteren elektrischen Energiespeicherzelle 2 ist ein einziges Isoliermittel zwischen dem ersten Isoliermittel 3 der elektrischen Energiespeicherzelle 2 und dem ersten Isoliermittel 3 der weiteren elektrischen Energiespeicherzelle 2 anordenbar.
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Das Gehäuse 16 weist das Sicherheitsventil auf. Das Sicherheitsventil ist an einer zweiten, insbesondere dem Zellterminal 7, der Zellsteuerung 31 und der Entladevorrichtung 15 gegenüberliegenden, Seitenfläche des Gehäuses 16 angeordnet. Das Sicherheitsventil ist zumindest teilweise überdeckt von dem fünften Isoliermittel 4. Vorzugsweise weist das fünfte Isoliermittel 4 im Bereich des Sicherheitsventils Ausnehmungen auf. Das fünfte Isoliermittel 4 ist also auf einer dem sechsten Isoliermittel 9 gegenüberliegenden Seitenfläche des Gehäuses 16 angeordnet.
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Das fünfte und sechste Isoliermittel (4, 9) sind als Gussteile, insbesondere als Kunststoffgussteile, ausgeführt.
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Vorzugsweise sind die Isoliermittel (3, 8, 5, 10, 4, 9) klebverbunden mit der elektrischen Energiespeicherzelle 2, insbesondere wobei die Isoliermittel (3, 8, 5, 10, 4, 9) jeweils ein Klebemittel aufweisen. Vorzugsweise sind das erste und/oder zweite und/oder dritte und/oder vierte Isoliermittel (3, 8, 5, 10) als Klebefolie ausgeführt.
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In 2 ist der elektrische Energiespeicher 1 in einer Seitenansicht dargestellt.
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Die Zellverbinder 13 verbinden jeweils ein Zellterminal 7 einer elektrischen Energiespeicherzelle 2 mit einem Gehäuse 16 einer benachbarten elektrischen Energiespeicherzelle 2. Vorzugsweise sind die elektrischen Energiespeicherzellen 2 mittels der Zellverbinder 13 in Reihenschaltung angeordnet.
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Dabei ist das Zellterminal 7 ein erster elektrischer Anschluss einer elektrischen Energiespeicherzelle 2 und das Gehäuse 16 fungiert als ein zweiter elektrischer Anschluss der elektrischen Energiespeicherzelle 2. Das jeweilige Zellterminal 7 ist elektrisch isoliert von dem jeweiligen Gehäuse 2 der jeweiligen elektrischen Energiespeicherzelle 2 angeordnet.
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Das Gehäuse 16 einer in Stapelrichtung 17 außenliegenden elektrischen Energiespeicherzelle 2 ist elektrisch leitend mit einem Verbindungsmittel 30 verbunden zur elektrisch leitenden Verbindung der elektrischen Energiespeicherzellen 2 mit einen Anschlussmittel 40 des elektrischen Energiespeichers 1. Das Verbindungsmittel 30 ist dabei als Blechteil ausgeführt, insbesondere als Stanzbiegeteil. Beispielsweise ist das Anschlussmittel 40 als Schraubteil ausgeführt, insbesondere als Schraube.
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Die Entladevorrichtung 15 ist mit der Zellsteuerung 31 verbunden, die Zellsteuerung 31 weist eine Entladesteuerung zur Steuerung der Entladevorrichtung 15 auf. Alternativ oder zusätzlich ist die Zellsteuerung 31 mit zumindest einem Sensor zur Bestimmung eines Betriebsparameters der elektrischen Energiespeicherzelle 2 verbunden, insbesondere wobei die Zellsteuerung 31 zur Bestimmung eines Betriebszustandes der elektrischen Energiespeicherzelle 2 eingerichtet ist.
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Die Zellsteuerung 31 ist als integrierte Schaltung beispielsweise auf einem Leiterplattenteil ausgeführt.
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Jede elektrische Energiespeicherzelle 2 weist eine separate Entladevorrichtung 15 und eine separate Zellsteuerung 31 auf.
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Mittels der Entladevorrichtung 15 kann die jeweilige elektrische Energiespeicherzelle 2 kontrolliert entladen werden. Dazu ist die Entladevorrichtung 15 jeweils mit dem Zellterminal 7 und dem Gehäuse 16 der jeweiligen elektrischen Energiespeicherzelle 2 elektrisch leitend verbunden.
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Die elektrische Energiespeicherzelle 2, insbesondere die Entladevorrichtung 15, weist Auskragungen 41 zur Verbindung der elektrischen Energiespeicherzelle 2 mit der Steuereinheit 11 auf. Die jeweilige Auskragung 41 kragt aus der elektrischen Energiespeicherzelle 2, insbesondere aus der Entladevorrichtung 15, aus und ist beispielsweise als Pin ausgeführt.
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Die elektrischen Energiespeicherzellen 2 sind derart in dem elektrischen Energiespeicher 1 angeordnet, dass alle Auskragungen 41 fluchtend angeordnet sind.
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Die Zellsteuerung 31 weist zumindest eine Kontaktfläche 43 auf, die auf dem Leiterplattenteil angeordnet ist. Mittels der Kontaktfläche 43 ist die Zellsteuerung 31 signalleitend mit der Steuereinheit 11 verbindbar.
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In 3 ist der elektrische Energiespeicher 1 mit der Steuereinheit 11 dargestellt. Dabei ist das Gehäuseteil 22 der Steuereinheit 11 ausgeblendet, so dass eine Leiterplatte 42, auf der eine Steuerungsschaltung 44, insbesondere ein Microcontroller, angeordnet ist, sichtbar ist. Vorzugsweise ist die Leiterplatte 42 als flexible Leiterplatte ausgeführt.
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Die Leiterplatte 42 weist Leiterbahnen 45 zur elektrisch leitenden Verbindung der Steuerungsschaltung 44 mit der Zellsteuerung 31 auf. Die Leiterplatte 42 weist jeweils voneinander beabstandete erste Ausnehmungen 46 und zweite Ausnehmungen 47 auf.
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Mittels der zweiten Ausnehmungen 47 ist die Leiterplatte 42 ausrichtbar relativ zu den elektrischen Energiespeicherzellen 2, insbesondere zu den Entladevorrichtungen 15 und/oder zu den Zellsteuerungen 31. Dazu ist eine jeweilige Auskragung 41 zumindest teilweise durch eine jeweilige zweite Ausnehmung 47 geführt.
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Mittels der jeweiligen ersten Ausnehmung 46 ist eine jeweilige Leiterbahn 45 verbindbar mit einer jeweiligen Kontaktfläche 43 einer jeweiligen Zellsteuerung 31, insbesondere verbindbar mittels Laserschweißen.
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Das Gehäuseteil 22 der Steuereinheit 11 weist voneinander beabstandete dritte Ausnehmungen 21 auf. Mittels der dritten Ausnehmungen 21 werden die jeweiligen Leiterbahnen 45 bei auf der Steuereinheit 11 montiertem Gehäuseteil 22 mit der jeweiligen Kontaktfläche 43 verbunden. Vorzugsweise sind die dritten Ausnehmungen 21 dazu mit einem lasertransparenten Material, insbesondere einer lasertransparenten Folie, bedeckt. Die dritten Ausnehmungen 21 sind fluchtend angeordnet.
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In 4 ist ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens 100 zur Herstellung eines elektrischen Energiespeichers 1 dargestellt.
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Das Verfahren 100 weist die folgenden zeitlich aufeinanderfolgenden Verfahrensschritte auf:
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In einem ersten Verfahrensschritt 101 werden die elektrischen Energiespeicherzellen 2 nebeneinander angeordnet, wobei die positiven und negativen elektrischen Anschlüsse der jeweiligen Energiespeicherzellen 2 alternierend angeordnet sind. Dabei werden die elektrischen Energiespeicherzellen 2 derart ausgerichtet, dass alle Auskragungen 41 fluchtend ausgerichtet sind.
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In einem zweiten Verfahrensschritt 102 werden die elektrischen Energiespeicherzellen 2 mittels des Deckelteils 14 und des Haltemittels 12 miteinander verbunden, insbesondere fixiert.
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In einem dritten Verfahrensschritt 103 werden die Zellverbinder 13 auf den elektrischen Energiespeicherzellen 2 angeordnet und mit den Zellterminals 7 verbunden.
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In einem vierten Verfahrensschritt 104 wird die Steuereinheit 11 relativ zu den elektrischen Energiespeicherzellen 2 ausgerichtet und mit dem elektrischen Energiespeicher 1 verbunden.
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In einem fünften Verfahrensschritt 105 wird die Steuerungsschaltung 44 der Steuereinheit 11 mit den Zellsteuerungen 31 signalleitend und/oder elektrisch leitend verbunden, insbesondere mittels Laserschweißen.
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Unter einem elektrischen Energiespeicher wird hierbei ein wiederaufladbarer Energiespeicher verstanden, insbesondere aufweisend eine elektrochemische Energiespeicherzelle und/oder ein Energiespeichermodul aufweisend zumindest eine elektrochemische Energiespeicherzelle und/oder ein Energiespeicherpack aufweisend zumindest ein Energiespeichermodul. Die Energiespeicherzelle ist als lithiumbasierte Batteriezelle, insbesondere Lithium-Ionen-Batteriezelle, ausführbar. Alternativ ist die Energiespeicherzelle als Lithium-Polymer-Batteriezelle oder Nickel-Metallhydrid-Batteriezelle oder Blei-Säure-Batteriezelle oder Lithium-Luft-Batteriezelle oder Lithium-Schwefel-Batteriezelle ausgeführt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 3142165 A1 [0002]
- EP 3142172 A1 [0003]
- EP 3128575 A1 [0004]
