DE102019102964A1

DE102019102964A1 - Traktionsakkumulator, insbesondere mit kontaktgekühlten elektrochemischen Zellen wie Einzelzellen oder Kleinstzellen, sowie Methode der Positionierung solcher Zellen

Info

Publication number: DE102019102964A1
Application number: DE102019102964.3A
Authority: DE
Inventors: Gerold Sluka
Original assignee: Hofer Mechatronik GmbH
Current assignee: Hofer Powertrain Innovation GmbH
Priority date: 2018-05-14
Filing date: 2019-02-06
Publication date: 2019-11-14
Also published as: DE202018102692U1

Abstract

Traktionsakkumulatoren sind Akkumulatoren, die speziell dafür ausgelegt sind, als Energiequellen für Fahrzeuge genutzt werden zu können, sozusagen als On-board-Akkumulatoren. Traktionsakkumulatoren setzten sich häufig aus einer größeren Anzahl einzelner Akkumulatoren zusammen. Traktionsakkumulatoren haben häufig eine hohe Anzahl elektrochemischer Zellen. Die elektrochemischen Zellen werden vorteilhafterweise in einem Gehäuse zusammengehalten, das einen (gewissen) mechanischen Schutz bieten kann. Besonders geeignet erscheinen elektrochemische Zellen, die auf Lithium-Basis ihre elektrochemischen Reaktionen durchführen können, z. B. als Lithiumzellen, die eine Elektrode haben, die Mangan und/oder Kobalt umfasst (zu nennen wäre u. a. Li(NiCoMn)O₂). Damit die elektrochemische Zellen, insbesondere bei Erschütterungen, die bei Traktionsakkumulatoren regelmäßig auftreten können, ihre Orientierung behalten, bedarf es einer örtlichen Fixierung der elektrochemischen Zellen. Dies ist (u. a.) durch ein Füllstück herstellbar, das mehrere Zellen im Inneren eines Gehäuses des Traktionsakkumulators festhält. Das Füllstück übernimmt vorteilhafterweise mehrere Aufgaben und Funktionen. Zum einen hält es die einzelnen elektrochemischen Zellen im Inneren des Gehäuses in Lage. Zum anderen schafft das Füllstück Begrenzungen für einen - zumindest in Teilen - die elektrochemischen Zellen umgebenden Kühlraum. Das Füllstück stellt u. a. eine Begrenzung für den Kühlraum dar. Aufgrund des vorhandenen Füllstücks wird der (tatsächlich mit Kühlfluid befüllbare) Kühlraum reduziert.

Description

Die vorliegende Erfindung behandelt ein Traktionsakkumulator, der in einem Kraftfahrzeug verbaut eine Schnellladefähigkeit aufweist, insbesondere unter Einsatz einer Kontaktkühlung, z. B. mittels eines Kühlfluids. Mit anderen Worten, die vorliegende Erfindung behandelt einen Traktionsakkumulator nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Des Weiteren behandelt die vorliegende Erfindung ein Verfahren, wie ein Traktionsakkumulator schnellladefähig wird, insbesondere durch Verwendung eines Kühlfluids für eine Kontaktkühlung. Mit anderen Worten, die vorliegende Erfindung behandelt ein Verfahren nach dem Oberbegriff von Anspruch 11, das insbesondere einen Traktionsakkumulator zu einem schnellladefähigen Akkumulator macht.
Technisches Gebiet
Traktionsakkumulatoren sind solche Akkumulatoren, die dafür bestimmt sind, als Energiequellen in Fahrzeugen, insbesondere in Kraftfahrzeugen wie Personenkraftwagen, eingebaut zu werden. Um die notwendige Menge elektrischer Energie in dem Traktionsakkumulator vorhalten zu können, die notwendig ist, damit ein Fahrzeug einen ausreichenden Bewegungs- und Fahrradius abdecken kann (auch als Reichweite bezeichnet), werden in der Regel eine Vielzahl elektrochemischer Einzelzellen zu größeren Paketen wie Modulen zusammengeschlossen. Hierbei werden die einzelnen Zellen, d. h. die Einzelzellen wahlweise in Serie oder auch parallel verschaltet. Häufig wird eine Kombination aus Zellsträngen mit mehreren in Serie verschalteten Einzelzellen miteinander parallel angeordnet zu Zellmodulen zusammengeschlossen. Dadurch ist es möglich, dass sowohl ein größerer elektrischer Strom als auch eine höhere elektrische Spannung als bei einer Einzelzelle aus einem Modul des Traktionsakkumulators gezogen werden kann bzw. zur Verfügung steht.
Aufgrund der Serienverschaltung von Einzelzellen sind solche Module aber ausfallgefährdet, sodass es verschiedene Ansätze gibt, das Ausfallrisiko, das konfigurationsabhängig sogar zu einem kompletten Stillstand des Fahrzeugs führen kann, zu verringern, z. B. durch flexiblere Umschaltsysteme wie jenes, das in der EP 2 394 328 B1 (Patentinhaberin: Robert Bosch GmbH; Patenterteilung: 26.02.2014) beschrieben wird, oder jenes, das in der US 8 400 012 B2 (Patentinhaberin: L-3 Communications Titan Corporation; Patenterteilung: 19.03.2013) beschrieben wird.
Die vorstehende Einführung, u. a. anhand von Vorveröffentlichungen, gilt als Teil der vorliegenden Erfindungsoffenbarung. Hierdurch sollen die zitierten Druckschriften als vollumfänglich in die Erfindungsbeschreibung inkorporiert gelten, um nicht die grundlegenden Zusammenhänge zwischen Einzelzellen und Modulen von Akkumulatoren sowie die Zusammenhänge zwischen den Verschaltungsmöglichkeiten erneut vorstellen zu müssen, sondern anhand der bisherigen Texte auf diese Zusammenhänge zurückgreifen zu können.
Stand der Technik
Um den Modulen mit Einzelzellen die benötigte Ladeenergie in einer akzeptabel kurzen Zeit in Phasen der Wiederaufladung des Traktionsakkumulators liefern zu können, besteht eine bekannte Technik darin, auf den Leitungen zu den elektrochemischen Zellen große elektrische Ladeströme aufzuprägen und Verlustwärme, die an den Einzelzellen in einem Modul entsteht, d. h. die entstandene thermische Verlustenergie durch Kühlungsmaßnahmen auszubringen.
Die JP 2016 - 136 472 A (Anmelderin: Hitachi Chemical Co. Ltd.; Veröffentlichungstag: 28.07.2016) stellt ein luftgekühltes Lithium-Ionen-Akkumulator-Paket aus länglichen, zylinderförmigen Zellen vor, die alle gleichen Typs sein sollen und in einem gemeinsamen, mehrteiligen Gehäuse angeordnet sind. Diese Zellen sollen in drei parallel zu einander ausgerichteten Zellhaltern, die quer zu den Zellen verlaufen, in Lage gehalten werden. Durch das Gehäuse soll Luft durchströmen, die auf der einen, kürzeren Seite des Gehäuses durch Öffnungen eintreten kann und auf der gegenüberliegenden, ebenfalls kürzeren Seite des Gehäuses wieder austreten soll. Die Zellhalter wahren den Abstand zueinander durch parallel zu den Zylindermantelerstreckungen verlaufende Zellenluftführungselemente und durch ein Kabelführungselement. Die zylindrischen Lithium-Ionen-Zellen lagern somit nur auf relativ schmalen, rund den Zylindermänteln der Lithium-Ionen-Zellen nachgeformten Wänden. Gem. dem Kühlprinzip, das in der JP 2016 - 136 472 A auf einer Luftkühlung basiert, soll möglichst viel Luft durch den Innenraum des Gehäuses des Akkumulator-Pakets durchleitbar sein. Daher ist es gerade im Bestreben des Designs der JP 2016 - 136 472 A nur möglichst dünne, filigrane Stütz- und Positionierungselemente im Inneren des Gehäuses einzubauen.
Ein Ansatz, noch größere Energiemengen aus dem Modul auszubringen, besteht darin, die Abwärme oberflächenflüssigkeitsgekühlt aus dem Modul durch Transport mit Hilfe von einer elektrisch nicht leitenden Kühlflüssigkeit auszubringen, z. B. mittels eines Wärmetauschers wie eines Kraftfahrzeugkühlers.
Eine Ursache für den Ausfall von Einzelzellen wird darin gesehen, dass bei einzelnen Zellen eines Moduls eine nicht ausreichende Kühlung bei einem, insbesondere wiederholten, Aufladen auftreten kann. Mit anderen Worten, der zugelassene Ladestrom ist zu hoch für die dimensionierte Kühlung jeder Zelle der Einzelzellen.
In den beiden deutschen Patentanmeldungen DE 10 2013 218 489 A1 (Anmelderin: Robert Bosch GmbH; Offenlegungstag: 19.03.2015) und DE 10 2015 201 580 A1 (Anmelderin: Robert Bosch GmbH; Offenlegungstag: 04.08.2016) werden Batteriezellen in einem Modulgehäuse beschrieben, das an einen Kühlkreislauf eines Kühlfluids angeschlossen ist. Eine mehrteilige Führungsstruktur in einem Innenraum des Gehäuses des Moduls dient als Rahmenkörper, der eine Stützstruktur mit Aussparungen ist. In die Aussparungen kann ein unterer Bereich der Batteriezellen (Einzelzellen) bei der Bestückung eingeführt werden. Die Konstruktion soll so gestaltet sein, dass die zu kühlenden Batteriezellen allseitig von Kühlfluid benetzt sind.
Werden die Druckschriften EP 3 096 372 A1 (Anmelderin: Kreisel Electric GmbH; Veröffentlichungstag: 23.11.2016) und WO 2017/067 923 A1 (Anmelderin: Kreisel Electric GmbH; Veröffentlichungstag: 27.04.2017), letztere auch als DE 10 2015 013 377 A1 veröffentlicht, gemeinsam betrachtet, weil sie in Teilen ein in geringen Stückzahlen gefertigtes Akkumulatormodul beschreiben, so ist diesen ein Batteriesystem mit Temperiereinrichtung zu entnehmen. Bei diesem Batteriesystem erstreckt sich ein quaderförmiger Hohlkörper unter Ausschluss des Zellkopfes und des Zellbodens über eine Höhe von mehr als 20 % und weniger als 100 % einer Gesamthöhe, um durch einen unmittelbaren, vollflächigen Kontakt einer jeden zylinderförmigen Batteriezelle des Batteriesystems mit einem temperierten Fluid das Batteriesystem aktiv innerhalb eines Betriebstemperaturbereichs zu halten. Der quaderförmige Hohlkörper hat jeweils sieben Durchbrüche, wobei im zusammengebauten Zustand in jedem Durchbruch eine zylinderförmige Batteriezelle aufgenommen ist.
Die zuvor genannten Druckschriften gelten mit ihrer Benennung als vollumfänglich in vorliegende Erfindungsbeschreibung inkorporiert. Hierdurch soll vermieden werden, nicht mehr erneut und wiederholt allgemein bekannte Zusammenhänge zwischen Kontaktkühlung, Kühlflüssigkeit, Temperierfluid und Zellanordnung zu erörtern, sondern durch Verweis auf die Druckschriften als ebenfalls definiert für vorliegende Erfindung ansehen zu dürfen.
Aufgabenstellung
Aus den aufgeführten Druckschriften kann ein Fachmann entnehmen, dass sich viele Entwickler von Batteriesystemen - wobei einige Ideen gleichermaßen auf Akkumulatorensysteme übertragbar sind - mit der Anordnung von Einzelzellen in Gehäusen auseinandersetzen, wobei sie das Ziel verfolgen, ein Modul zu schaffen, das kraftfahrzeugtauglich ist. Damit ein Akkumulatorensystem in einem Personenkraftfahrzeug eingebaut werden kann, muss es zahlreiche Anforderungen erfüllen können. Wichtige Aspekte hierbei sind

• eine ausreichende Schnellladefähigkeit,
• eine zufriedenstellende mechanische Stabilität,
• eine möglichst geringe elektrische Ausfallwahrscheinlichkeit und
• eine kostengünstige Herstellmöglichkeit.

Ein günstiges Arrangement eines Akkumulatormoduls sollte allen Aspekten auf die eine oder andere Weise gerecht werden, wobei einem Fachmann klar ist, dass nicht alle Anforderungen gleichermaßen vollständig erfüllbar sind. Eine Kunst eines Konstrukteurs liegt u. a. darin, geeignete Gewichtungen zwischen den Aspekten zu finden und trotzdem ein taugliches Design zu schaffen.
Erfindungsbeschreibung
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch ein Traktionsakkumulator nach Anspruch 1 gelöst, ein geeignetes Positionierungsverfahren lässt sich Anspruch 11 entnehmen. Vorteilhafte Weiterbildungen lassen sich den abhängigen Ansprüchen entnehmen.
Traktionsakkumulatoren sind Akkumulatoren, die speziell dafür ausgelegt sind, als Energiequellen für Fahrzeuge genutzt werden zu können, sozusagen als On-board-Akkumulatoren. Traktionsakkumulatoren setzten sich häufig aus einer größeren Anzahl einzelner Akkumulatoren zusammen. Traktionsakkumulatoren haben häufig eine hohe Anzahl elektrochemischer Zellen. Die elektrochemischen Zellen werden vorteilhafterweise in einem Gehäuse zusammengehalten, das einen (gewissen) mechanischen Schutz bieten kann. Besonders geeignet erscheinen elektrochemische Zellen, die auf Lithium-Basis ihre elektrochemischen Reaktionen durchführen können, z. B. als Lithiumzellen, die eine Elektrode haben, die Mangan und/oder Kobalt umfasst (zu nennen wäre u. a. Li(NiCoMn)O₂).
Insbesondere motiviert durch Gründe wie dem Grund einer optimalen Gewichtsverteilung, einer guten Raumnutzung oder einer Ausfallunempfindlichkeit wird ein Traktionsakkumulator aus mehreren Modulen, häufig sogar aus gleichartigen Modulen, zusammengesetzt, die aber an verschiedenen Stellen im Fahrzeug, gelegentlich auch in verschiedenen Orientierungen, angeordnet werden. Mehrere Module bilden in einem solchen Fall den sich insgesamt zusammensetzenden Traktionsakkumulator. Der Traktionsakkumulator ist sozusagen ein Gesamtakkumulator, der sich aus mehreren, insbesondere modulartig geschaffenen, Einzelakkumulatoren zusammensetzt. Andere Fahrzeuge machen es z. B. aufgrund des in ihnen existierenden Bauraums erforderlich, dass nur ein einziger Akkumulator in dem Fahrzeug verbaut werden kann.
Mit dem Ziel, größere elektrische Energien zur Verfügung stellen zu können, sind in jedem, insbesondere modulartigen, Teil des Traktionsakkumulators mehrere elektrochemische Zellen vorhanden. Eine Orientierung einer elektrochemischen Zelle lässt sich von einer (gedachten) Verbindungslinie zwischen den Polen dieser einen elektrochemischen Zelle ableiten. Verläuft jene (gedachte) Linie in eine bestimmte Richtung und verläuft eine weitere, von einer zweiten elektrochemischen Zelle, insbesondere auf die gleiche Weise ermittelte, Linie parallel hierzu, d. h., hat die zweite elektrochemische Zelle einen gleichen Orientierungssinn oder eine gleiche Orientierungsrichtung, so kann auch gesagt werden, dass die elektrochemischen Zellen parallel zueinander angeordnet sind. Die elektrochemischen Zellen sind in dem sie umgebenden Gehäuse parallel zueinander platziert. Die (gedachte) Linie kann auch als Achse bezeichnet werden.
Damit die elektrochemische Zellen, insbesondere bei Erschütterungen, die bei Traktionsakkumulatoren regelmäßig auftreten können, ihre Orientierung behalten, bedarf es einer örtlichen Fixierung der elektrochemischen Zellen. Dies ist (u. a.) durch ein Füllstück herstellbar, das mehrere Zellen im Inneren eines Gehäuses des Traktionsakkumulators festhält.
Bis auf bewusste Einlässe und Auslässe ist das Gehäuse idealerweise flüssigkeitsdicht gestaltet. Das Füllstück füllt nicht den gesamten inneren Raum des Gehäuses auf, sondern belässt einen Kühlraum zwischen sich und den Oberflächen der elektrochemischen Zellen. In einem Gehäuse befindet sich das Füllstück, das idealerweise an Enden jeder elektrochemischen Zelle einen Fixierungspunkt schafft. In dem Fall, dass eine elektrochemische Zelle die Form einer zylindrischen Rundzelle hat, kann das Füllstück den Boden und den Kopf einer elektrochemischen Zelle umschließen. Das jeweils letzte Stückchen der elektrochemischen Zelle (z. B. jeweils die letzten 5 % der Länge der Zelle), d. h. der unterste Teil und der oberste Teil der zylindrischen Mantelfläche reichen in das Füllstück hinein. Die Mantelfläche selbst ist aber so gestaltet und dafür ausgelegt, dass eine Oberflächenkühlung durch ein Kühlfluid stattfinden kann. Hierfür hat das Gehäuse in seinem Inneren, geschaffen durch das Füllstück, Kühlkanäle, Durchströmungsbereiche und Kühlräume. Ein das Gehäuse durchströmendes Kühlfluid kann thermische Energie aus dem Gehäuse austragen. Als geeignetes Kühlfluid kommt z. B. ein Fluid in Betracht, das mehr als 99 Volumenprozent (Vol.-%) Methoxynonafluorobutan bzw. Methoxyperfluorobutane aufweist.
Das Füllstück übernimmt mehrere Aufgaben. Zum einen hält es die einzelnen elektrochemischen Zellen im Inneren des Gehäuses in Lage. Zum anderen schafft das Füllstück Begrenzungen für einen - zumindest in Teilen - die elektrochemischen Zellen umgebenden Kühlraum. Das Füllstück kann so gestaltet sein, dass es zugleich mehrere Funktionen übernehmen kann. Das Füllstück stellt u. a. eine Begrenzung für den Kühlraum dar. Aufgrund des vorhandenen Füllstücks wird der (tatsächlich mit Kühlfluid befüllbare) Kühlraum reduziert.
Wird das Füllstück mehrteilig realisiert, so kann das Füllstück in eine erste Komponente und in eine zweite Komponente unterteilt werden. Zwischen den Komponenten des Füllstückes gibt es ein die einzelnen Komponenten überspannendes Brückenglied. Das Brückenglied ist lageerhaltend. Das Brückenglied hält die Komponenten in Lage. Es kann auch gesagt werden, das Brückenglied ist lagehaltend. Außerdem ist es vorteilhaft, wenn das Brückenglied auch mindestens eine elektrochemische Zelle in Lage hält. Die beiden Teile, die jeweils mit dem Begriff „Komponente“ bezeichnet sind, können auch als „cell spacer“ beziehungsweise „Zellenhalter“ bezeichnet werden.
Das Brückenglied beansprucht einen Teil des Kühlraums. Das Brückenglied liegt im Inneren des Kühlraums und verdrängt an seiner eingenommenen Position das Kühlfluid. Außerdem hält es die einzelnen Komponenten zusammen. Das Brückenglied ist ein weiteres, das Volumen für das Kühlfluid reduzierendes Bauteil.
Die vorliegende Erfindung nutzt u. a. die Erkenntnis, dass bei einem durchströmten Gehäuse der Volumenstrom des Kühlfluids sehr gering eingestellt werden kann. Es muss nur sichergestellt werden, dass die auszutragende (Ab-)Wärme, d. h. die thermische Verlustenergie mit Hilfe des Kühlfluids aus dem Gehäuse ausgebracht werden kann. Bei einer Kontaktkühlung reicht es, wenn das Kühlfluid in Mindestmengen, z. B. als ein spaltfüllendes Kühlfluid eines Spaltes mit weniger als einem Millimeter um die zu kühlende Zelle herum, durch das Gehäuse des Traktionsakkumulators durchgeleitet wird.
Die Methode zur Positionierung und zugleich zur Kühlung von elektrochemischen Zellen eines Traktionsakkumulators greift unter anderem auf die Idee zurück, dass die elektrochemischen Zellen zwar durch Oberflächenkontaktkühlung kühlbar sind, jedoch das Kühlfluid möglichst in geringen Mengen (z. B. in einer Volumensmenge in einem ml-Bereich) neben den elektrochemischen Zellen vorhanden ist.
Durch ein zusätzliches Brückenglied lässt sich der Kühlraum weiter reduzieren. Zugleich dient das Brückenglied als Positionierungshilfe für die Komponenten bzw. das Füllstück. Genauso dient es als Fixierungspunkt für die gehaltene elektrochemische Zelle bzw. - in dem Fall, dass ein Brückenglied mehrere elektrochemische Zellen einfasst - die elektrochemischen Zellen.
Durch Versuche hat es sich gezeigt, dass es nicht ausschlaggebend ist, dass die unmittelbar an den elektrochemischen Zellen bzw. ihren Oberflächen vorgehaltene Kühlflüssigkeit bzw. das dort vorgehaltene Kühlfluid in großen Mengen vorhanden ist, sondern für eine Schnellladefähigkeit ist eher zuträglich, wenn ein Mehrfaches des durchströmenden Kühlfluids an einer Stelle außerhalb des Gehäuses eines Moduls des Traktionsakkumulators aufbereitet wird.
Außerdem neigen elektrochemische Zellen, insbesondere jene, die auf Lithium-Basis ihre Lade- und Entladevorgänge durchführen können, dazu aufzuquellen. In dem Fall, dass die elektrochemischen Zellen zu Rundzellen gewickelt sind, baucht ein mittlerer Bereich der Zylinder durch mehrfache Lade- und Entladevorgänge aus. Das Brückenglied, insbesondere wenn es in jenem Ausbauchbereich platziert ist, kann das Ausbauchen begrenzen. Der Kühlkanal bzw. Kühlraum in unmittelbarer Nachbarschaft zu dem Brückenglied bleibt als mittels Kühlfluid durchströmbarer Raum erhalten, obwohl die elektrochemische Zelle zu einem den Kühlraum einschnürenden Ausbauchen tendiert.
Nachfolgend werden vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen dargelegt, die für sich gesehen, sowohl einzeln als auch in Kombination, ebenfalls erfinderische Aspekte offenbaren können.
In einer vorteilhaften Weiterbildung verbindet das Brückenglied nicht nur die erste Komponente mit der zweiten Komponente des Füllstücks, sondern dient zugleich als Haltelement, Positionierungshülle und/oder Fixierungselement für wenigstens eine elektrochemische Zelle. Das Brückenglied kann somit ein Stülpglied oder ein Steckglied sein. Das Brückenglied ist dafür vorgesehen, sich in einem Bereich des Kühlraums zu erstrecken.
Bei einer in Kombination zu den vorherstehenden Ausgestaltungen oder alleine stehenden, vorteilhaften Weiterbildung wird der Kühlraum durch das Brückenglied unterteilt. Ein Abschnitt des Kühlraums ist ein oberster Teilkühlraum. Ein anderer Abschnitt des Kühlraums ist ein unterster Teilkühlraum. Der Kühlraum kann auch mehrfach unterteilt sein, sodass es mehrere Teilkühlräume gibt, z. B. entlang einer Seite einer elektrochemischen Zelle. Es hat sich gezeigt, dass ausreichend Verlustwärme aus dem Traktionsakkumulator ausgebracht werden kann, wenn Seitenflächen einer elektrochemischen Zelle nicht vollflächig, sondern abschnittsweise unterbrochen von einem Kühlfluid umspült werden.
Das Temperaturprofil im Inneren eines Traktionsakkumualtors kann gut vergleichmäßigt werden, wenn das gleiche Kühlfluid, vorzugsweise sogar in der gleichen Strömungsrichtung, durch die Teilkühlräume durchströmt. Der Kühleffekt kann gesteigert werden, wenn das Kühlfluid (insbesondere durch eine extern angeordnete Pumpe) umgewälzt wird.
Die erste Komponente und die zweite Komponente können vorteilhafterweise so gestaltet sein, dass sie nicht nur als Aufnahme für einzelne Enden der elektrochemischen Zellen gestaltet sind, sondern auch noch als Trägerkörper für elektrische Leitungen zur Verfügung stehen. Zumindest in einer Komponente des Füllstückes können weitere elektrische Leiterbahnen vorgesehen sein.
Außerdem können Schalter, z. B. elektrische bzw. elektronische Schalter, in einer Komponente integriert sein.
So ist es möglich, äußerst raumsparend in Abhängigkeit der Ladebedingungen, z. B. wenn eine Schnellladefunktion befolgt werden soll, die elektrochemischen Zellen zueinander unterschiedlich zu verschalten. Mit Hilfe von Schaltern können elektrochemische Zellen parallel verschaltet werden. Durch ein Umschalten von Schaltern können elektrochemische Zellen in Serie verschaltet werden. Auch können Mischformen aus Parallelverschaltungen und Serienverschaltungen aufgebaut bzw. realisiert werden. Auf diese Weise ist es möglich, schlecht ladende, tiefentladene oder mit geringerer Leistung ausgestattete elektrochemische Zellen aus dem Verbund (es kann auch gesagt werden: dem „Array“) der elektrochemischen Zellen des Traktionsakkumualtors wegzuschalten.
Das Brückenglied kann ein Spitzgussteil sein. Das Brückenglied kann ein als Tablett mit einzelnen Ausnehmungen für die Aufnahme von elektrochemischen Zellen ausgestaltetes Spitzgussteil vorhanden sein. Die Funktion und Brauchbarkeit des Brückenglieds kann dadurch gesteigert werden, dass zumindest eine elektrische Verbindung über das Brückenglied herstellbar ist.
Die Komponenten des Füllteils können extrudierte Kunststoffteile sein oder eine Komponente umfassen, die ein extrudiertes Kunststoffteil ist. Diese Kunststoffteile können offenporig ausgestaltet sein. Z. B. kann es als ein Mehrlagenteil gestaltet sein, von dem ein Teil das Kunststoffteil ist.
Besonders günstig ist es, wenn ein nachgiebigeres Füllteil bzw. Füllstück bzw. eine nachgiebigere Komponente des Füllteils bzw. des Füllstücks von dem Brückenglied eingefasst werden kann. Das Brückenglied kann als Steckteil auf dem Kunststoffteil aufgebracht werden.
Das Brückenglied kann - insbesondere in einer Ausgestaltung - als ein mit einer Innenfläche ausgestattetes Hohlglied ausgeformt sein. Der Hohlraum des Brückenglieds ist für die Aufnahme wenigstens einer elektrochemischen Zelle vorgesehen.
In einer günstigen Weiterbildung bietet das Brückenglied in seinem Inneren eine Halteoberfläche. Die Halteoberfläche ist für die Aufnahme einer Seite einer elektrochemischen Zelle gestaltet. Wie sich aus dem bereits zuvor Angedeuteten bzw. Gesagtem ergibt, ist das Brückenglied aber kürzer oder niedriger als eine Seitenlänge der elektrochemischen Zelle. Die nicht überdeckten Bereiche der Seite einer elektrochemischen Zelle können weiterhin durch das Kühlfluid gekühlt werden.
Insbesondere in den Fällen, in denen die elektrochemische Zelle eine Rundzelle ist (z. B. des Typs „26500“, des Typs „Baby-Zelle“, des Typs „8000“ oder des Typs „6000“), hat die elektrochemische Zelle eine Hülle, die die zylindrische Erstreckung zwischen den beiden Polen der elektrochemischen Zelle ist. Die Halteoberfläche befindet sich in einem Bereich der Höhe der elektrochemischen Zelle. Die Höhe der elektrochemischen Zelle ergibt sich zwischen dem einen und dem anderen Ende der elektrochemischen Zelle. Die Seitenfläche entspricht (im Wesentlichen) der Höhe der elektrochemischen Zelle.
Das vorgestellte Design aus Kühlraum, Füllstück und Brückenglied um eine elektrochemische Zelle eines Traktionsakkumulators herum lässt sich besonders vorteilhaft bei Rundzellen (z. B. bei Lithium-Zellen der Bauform 18650, der Bauform 21700 bzw. der Bauform 20700) realisieren.
Der größte Effekt der Hemmung der Ausbauchung der elektrochemischen Zelle kann dadurch erreicht werden, dass das Brückenglied in einem mittleren Bereich einer längsten Erstreckung der elektrochemischen Zelle angeordnet ist. An jener Stelle würde die elektrochemische Zelle, insbesondere nach einem mehrfachen Laden und Entladen, am stärksten Ausbauchen. Das Brückenglied hindert das seitliche Auswandern der elektrochemischen Zelle, das sogenannte Ausbauchen.
In einer günstigen Weiterentwicklung werden die Leiterbahnen, die an die Kontakte bzw. Pole der elektrochemischen Zellen heranführen, so breit dimensioniert, dass über die Leiterbahnen ebenfalls thermische Energie abgeleitet werden kann. Obwohl die einzelne elektrochemische Zelle mit ihren Enden in dem Füllglied steckt, können die Endbereiche ebenfalls gekühlt werden, nicht jedoch über das Kühlfluid, sondern über einen Wärmetransport über die Leiterbahnen. Die Leiterbahnen können somit in die Komponenten eingearbeitet sein, wodurch ein Wärmeabtransport neben dem Transport des elektrochemischen Stroms möglich ist. So kann aus Gründen des Wärmetransports die Leiterbahn mit einer mehr als 10-fachen Breite im Vergleich mit der für den zu erwartenden Strom auszulegenden Breite ausgestattet sein. Die Leiterbahn müsste nur ein Zehntel oder weniger als die tatsächlich im Füllstück vorhandene Breite betragen, um für den über sie fließenden Strom ausreichend ausgelegt zu sein. Die größere Breite bedingt sich aus dem einhergehenden Wärmetransport über die Leiterbahn.
Zur Reduktion der Teileanzahl ist es möglich, das Brückenglied als gerasterte, d. h. mit mehreren Durchbrechungen versehene Platte auszubilden.
Das Brückenglied kann auch als Kompressionsring oder als Kompressionsband gestaltet sein, insbesondere als eine Platte, die mehrere Kompressionsringe oder Kompressionsbänder umfasst. In jedem Ring oder in jedem Band steckt dann eine elektrochemische Zelle.
Die zuvor dargestellten Kombinationen und Ausführungsbeispiele lassen sich auch in zahlreichen weiteren Verbindungen und Kombinationen betrachten.
In einer günstigen Ausgestaltung kann das Brückenglied auch als Anschlags- oder Hemmglied bezeichnet werden. Das Brückenglied begrenzt die Ausdehnung der vom Brückenglied eingefassten elektrochemischen Zelle, insbesondere in eine laterale Richtung. Zugleich unterbricht das Brückenglied den Kühlraum. Das Brückenglied sorgt für eine geringere Menge Kühlfluid im Vergleich mit dem Fall, dass das Brückenglied nicht im Inneren des Gehäuses des Traktionsakkumulators vorhanden wäre. Das Brückenglied ist, so wie es das Füllstück auch ist, ein den Kühlraum teilweise ausfüllendes Element.
Außerdem stabilisiert das Brückenglied die einzelnen Komponenten des Füllstücks gegen einen Versatz zwischen den Komponenten. Das Brückenglied fördert die Parallelität der elektrochemischen Zellen. Das Brückenglied trägt dazu bei, dass der Kühlraum möglichst klein gestaltet ist.
Jedes Brückenglied gibt seiner oder seinen elektrochemischen Zelle(n) eine Ordnung bzw. ein Arrangement untereinander und zueinander zu den anderen elektrochemischen Zellen des Traktionsakkumulators vor. Die elektrochemischen Zellen sind in einer orientierten Anordnung aufgestellt.
Generell kann gesagt werden, anhand der Längsachsen, d. h. wie eine Längsachse einer ersten elektrochemischen Zelle, die insbesondere zu einer Längsachse einer zweiten gleich orientierten elektrochemischen Zelle ausgerichtet ist, parallel zu weiteren Längsachse verläuft, lässt sich eine Ausrichtung der Zellen, also eine Zellenorientierung beschreiben. Vorzugsweise ist die Längsachse jene Achse, durch die eine längste Richtung einer Zelle, z. B. bei einer Rundzelle die zylindrische Höhe, beschrieben wird. Zur Beschreibung der Anordnung der Zellen kann auch von einer periodischen Zellenanordnung gesprochen werden. Vorrangig wird durch die Orientierungsrichtung der Zellen deren Ausrichtung im Raum bezeichnet. Hierbei ist die elektrische Polung zunächst einmal nachrangig. Die in räumlicher Hinsicht betrachtete Orientierung bzw. Orientierungsrichtung wird zunächst einmal unabhängig von einer Plus-Minus-Zellenpolorientierung betrachtet. Wenn also ganz allgemein von einer gleichen Orientierungsrichtung gesprochen wird, so ist dies im Rahmen üblicher Fertigungstoleranzen zu verstehen. Z. B. kann eine Winkelabweichung einer Achse, die durch eine Längsachse gebildet ist, von einer parallel zu einer anderen Achse verlaufenden (gedachten) Achse noch als (im Wesentlichen) parallel angesehen werden, wenn diese Achsen einen Winkel von weniger als 5 zwischen sich einschließen. Im Sinne des hier beschriebenen Arrangements von einzelnen Zellen wird unter einer Parallelität nicht die Parallelität im mathematischen Sinne, sondern in Bezug auf einen optischen Eindruck gemeint. Anders gesagt, kann eine Akkumulatorbaugruppe eine Gruppe von elektrochemischen Zellen aufweisen, die an einem ersten, gleichgerichteten Zellenende einen ersten Pol, z. B. Pluspol, haben und eine zweite Gruppe von Zellen, die an einem zweiten, von dem ersten Ende weg gerichteten Zellenende einen gleichnamigen Pol, z. B. ebenfalls den Pluspol, haben. Ein Teil der Zellen hat eine Polorientierung in eine erste Richtung, während ein anderer Teil der Zellen eine Polorientierung in einer zweiten, insbesondere um 180° entgegengerichtete Ausrichtung haben.
Eine solcher Wechsel in Bezug auf die polbezogene Orientierung der einzelnen Zellen und somit ein Herausbilden von mehreren Gruppen von Zellen, insbesondere von denen es wenigstens zwei Zellengruppen gibt, schafft einen vorteilhaft aufgebauten Traktionsakkumulator. Hat der Traktionsakkumulator mehrere Gruppen von Zellen, so lässt sich die Spannung und/oder der Strom des Akkumulators an elektrische Anforderungen des Traktionssystems anpassen. Auf diese Weise ist es in einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Traktionsakkumulator möglich, eine höhere Akkumulatorspannung an den Anschlüssen des Traktionsakkumulators zur Verfügung zu stellen. Durch Gruppenbildung und ein Verschalten der Gruppen liefert ein solcher Akkumulator eine höhere Spannung als eine einzelne Gruppe der Gruppen von Zellen. Selbstredend kann also eine Gruppe von Zellen untereinander eine gleiche Polorientierung haben, genauso können sie sich auch in der Polorientierung von einer weiteren Gruppe von Zellen unterscheiden. Abhängig von der Art der Zellenverschaltung in der Gruppe können die Zellen zu einer parallelen Anordnung oder zu einer seriellen Anordnung elektrochemischer Zellen elektrisch verbunden werden.
Eines oder mehrere Brückenglieder mit eingesetzten Zellen können auch als eine (vorkonfigurierte) Akkumulatorbaugruppe vorinstalliert bzw. vorbereitet werden. Die Akkumulatorbaugruppe kommt dann bei einem Einbau als ein in sich abgeschlossenes Bauelement zum Einsatz.
Noch höhere Akkumulatorspannungen als eine doppelte Zellleerlaufspannung sind möglich, wenn es mehr als zwei Gruppen gibt, wobei mehrere Gruppen von Zellen miteinander verschaltet sind. Eine Gruppe von Zellen kann z. B. in Bezug auf die der Gruppe zugeordnete Anzahl an Zellen so klein sein, dass sie nur zwei Zellen umfasst.
Der Aufbau des Akkumulators bzw. des Traktionsakkumulators lässt sich auch anhand der Einzelzellen beschreiben. Es können statt Gruppen von Zellen auch nur ihre Einzelzellen betrachtet werden. Beispielsweise kann in einer Reihe von in gleicher Richtung orientierten elektrochemischen Zellen eine Permutation der Zellenpolung von einer ersten elektrochemischen Zelle zu einer zweiten, benachbarten elektrochemischen Zelle vorhanden sein, sodass ein Pluspol der ersten Zelle neben einem Minuspol der zweiten angeordnet ist.
Dank der Möglichkeit, die Zellen in dem Akkumulator kompakt anzuordnen, ist die Option eröffnet, Anordnungsstellen, z. B. durch die Brückenglieder, den Zellen vorzugeben, zwischen denen ein Abstand zwischen zwei der Pole zweier Zellen vorzugsweise weniger als das Dreifache eines Zellendurchmessers und ganz besonders bevorzugt mehr als das Doppelte eines insbesondere größten Zellenradius beträgt. Der Begriff „Zellenradius“ bezieht sich auf Zellenformen, die im Wesentlichen als zylindrisch bezeichnet werden können, wobei eine Grundfläche der Zelle, insbesondere eine einem Pol zugeordnete Fläche, natürlich auch als Polygon, wie ein Viereck, ausgebildet sein kann. Die Beschreibung der Geometrie durch die Angabe „Zylinder“ ist in einem abstrahierten Sinne zu verstehen. Bei einer solchen abstrahierten Betrachtung ist bei der Beschreibung der Geometrie durch den Begriff „Zylinder“ die Angabe „Zylinderhöhe“ einer Höhe der elektrochemischen Zelle zugeordnet.
In einer Ausgestaltung der Erfindung können mehrere Reihen elektrochemischer Zellen in einem Akkumulator vorhanden sein. Es ist auch möglich, in einem (einzigen) Traktionsakkumulator elektrochemische Zellen in einer Zellenlängsrichtung, d. h entlang einer Orientierung bzw. Orientierungsrichtung, zu stapeln.
In einem Traktionsakkumulator, der mit gepackten, zu einem Array zusammengeschlossenen elektrochemischen Zellen aufgebaut ist, gibt es einzelne elektrochemische Zellen, die mindestens zwei oder gar mehr als drei, z. B. vier nächste Nachbarn haben. Ein Packet bzw. ein Array von elektrochemischen Zellen kann auch als ein Zusammenschluss von elektrochemischen Zellen bezeichnet werden, der die elektrochemischen Zellen gruppiert. Zentral angeordnete Zellen, d. h elektrochemische Zellen, die mehr als drei nächste Nachbarn haben, sind in einer vorteilhaften Ausführungsform weiter beabstandet angeordnet, als elektrochemische Zellen, die nur drei oder zwei nächste Nachbarn haben. Ein Brückenglied erlaubt es, vorzugsweise zusammen mit einem Füllstück, über einen Querschnitt des Traktionsakkumulators, insbesondere quer zur Orientierungsrichtung der elektrochemischen Zellen, also in Richtung einer Kühlebene, einen größeren, ersten Zellenabstand in einem Zentrumsbereich des Traktionsakkumulators und einen zweiten, kleineren Zellenabstand in einem Randbereich des Traktionsakkumulators vorzugeben, zu bestimmen bzw. festzulegen. Durch die kühlbedarfsabhängige Beabstandung zwischen den einzelnen elektrochemischen Zellen lässt sich die Kühlung bzw. ein Kühlmitteldurchfluss im Inneren des Traktionsakkumulators noch weiter verbessern, insbesondere indem die Kühlmittelmenge auf den zu erwartenden Wärmeaustrag abgestimmt ist. Dadurch können lokale Überhitzungen vermieden werden. Die Kanalgröße, insbesondere das eine Zelle umströmende oder umfließende Volumen, kann auf die auszutragende bzw. zu erwartende Wärme bzw. kalorische Energie abgestimmt sein. Dort, wo mehr kalorische Energie auszubringen ist, können größere Kanalvolumina, durch die ein Kühlmittel geführt ist, in (unmittelbarer) Nachbarschaft zu den einzelnen Zellen vorhanden sein.
Der Zentrumsbereich kann über erste Anschlüsse für mindestens einen ersten Zufluss bzw. Einlass und mindestens einen ersten Abfluss bzw. Auslass mit einem fluidischen Kühlmittel (Kühlfluid) versorgbar sein. Ein Randbereich des Arrays kann über zweite Anschlüsse für mindestens einen zweiten Zufluss bzw. Einlass und mindestens einen zweiten Abfluss bzw. Auslass mit einem fluidischen Kühlmittel versorgbar sein. Ist der Kühlmittelraum in mehrere Kühlmittelräume (im Sinne von Teilkühlräumen) unterteilt, die unterschiedliche Volumina für das Kühlmittel unmittelbar neben einzelnen elektrochemischen Zellen anbieten, d. h., sind nicht alle, sich jeweils an einer einzelnen elektrochemischen Zelle anschließenden Kühlmittelräume identisch in ihren Volumina, sondern gibt es verschiedene Volumina für Kontaktkühlungen, so kann wärmeaustragsabhängiger gekühlt werden. Dort, wo größere Energiemengen ausgebracht werden müssen, ist stärker zu kühlen als dort, wo geringere Abwärmen anfallen.
Ein erster Auslass kann an einen zweiten Einlass angeschlossen sein. Es werden unterschiedliche Kühlmittelräume (in Sinne von Teilräumen) miteinander verbunden und zusammengeschlossen. So kann eine Betriebstemperaturverteilung über mehrere elektrochemische Zellen hinweg, z. B. durch Zirkulation bzw. Umwälzung des Fluids, noch mehr vergleichmäßigt werden.
Wie zuvor schon angesprochen, ist es auch möglich, Teilräume für die Kühlung zu schaffen. Durch das Vorhandensein von mehreren Teilräumen im Akkumulator können unterschiedliche Kühlebenen ausgestaltet werden. Es ist möglich, eine aufeinander folgende Anordnung von zwei oder mehr Kühlebenen zu gestalten, die vorzugsweise durchflusstechnisch miteinander verbunden sind. Kühlmittel bzw. Kühlfluid kann mit höherer mittlerer Strömungsgeschwindigkeit bzw. Kühlmittelvolumendurchsatz durch einen ersten Kühlteilraum, der sich z. B. in einem Zentrumsbereich befindet, und mit im Vergleich niedrigerer mittlerer Strömungsgeschwindigkeit durch einen zweiten Kühlteilraum, der sich z. B. in einem Randbereich befindet, geleitet werden. Damit können Strömungsgeschwindigkeiten und/oder Strömungsmengen (also Kühlmittelvolumina pro Zeit) eines Kühlmittels durch den Traktionsakkumulator proportional zur erzeugten bzw. erwarteten Wärme, z. B. Abwärme beim Laden des Akkumulators, insbesondere lokal, z. B. durch angeschlossene Strömungsventile in einem Kühlkreislauf, reguliert werden.
Wenn von einem Randbereich gesprochen wird, so wird - aus einem Blickwinkel heraus - mit Randbereich ein Polbereich von einer oder mehreren Zellen bezeichnet, der einen der Pole der elektrochemischen Zellen, insbesondere jeweils einen der Pole einer Gruppe elektrochemischer Zellen, umfasst. Mit dem Wort „Pol(e)“ werden sowohl Pluspole als auch Minuspole unterschiedlicher elektrochemischer Zellen bezeichnet. In derartigen Randbereichen kann besonders viel (abzutransportierende) Wärme anfallen. Mitunter sind Vorkehrungen für die Kühlung der Pole zu treffen, beispielsweise durch eine Polkühlebene, wenn z. B. thermische Energie durch einen Kontaktwiderstand umgesetzt wird. Vorteilhaft ist ein auf die Pole gerichteter Kühlmittelfluss. Besonders günstig ist es, wenn ein Kühlmittelfluss, der von Pol zu Pol führt, eingangsseitig, vorzugsweise unabhängig bzw. entkoppelt von einem Kühlmittelfluss, der zu einem Zentrumsbereich führt, regulierbar ist.
Wenn von einem Zentrumsbereich gesprochen wird, so kann mit dem Begriff „Zentrumsbereich“ ein Bereich im Akkumulator adressiert werden, der keinen Pol elektrochemischer Zellen umfasst. Diesen Fall anders ausgedrückt, Zellenkörper, die auch als Körper bezeichnet werden können, die ein elektrisches Speichermedium enthalten, befinden sich in einem Zentrumsbereich des Traktionsakkumulators, während sich die jeweiligen Pole der elektrochemischen Zellen außerhalb des Zentrumsbereich befinden. In einem Zentrumsbereich ist vorzugsweise auch mindestens ein Brückenglied vorhanden.
Mehrere Brückenglieder können zueinander so angeordnet werden, dass sie insgesamt eine wabenartige Struktur, eventuell ist diese auch als eine lagenartige oder schichtartige Struktur zu bezeichnen, bilden, in der die elektrochemischen Zellen aufgenommen sind, sozusagen im Inneren der einzelnen Waben. Reihen von Zellen können als einzelne Lagen, also lagenartig angeordnet werden. Die Brückenglieder arrangieren die Zellen lagenartig. Sind weitere Zellen existent, die zueinander versetzt angeordnet sind, so kann auch von einer netzartigen Anordnung gesprochen werden.
Eine Verbindung zwischen zwei benachbarten Brückengliedern kann über ein Brückenstück hergestellt sein. Zwei Brückenglieder können mithilfe eines Brückenstücks zu einem gemeinsamen Bauteil zusammengefasst sein. Das Brückenstück kann schmaler, dünner und/oder in der Höhe reduziert sein im Vergleich mit den Abmessungen eines Brückengliedes. Einzelne Brückenglieder können über das Brückenstück zu einem größeren Brückenglied zusammengeschlossen sein. Das Brückenstück kann, wenn die Abmessungen der Brückenstücke und der Brückenglieder miteinander verglichen werden, als eine Einschnürung oder als eine Einpressung bezeichnet werden. Werden alle Brückenglieder in einem einheitlichen Bereich, d. h. insbesondere auf der gleichen Höhe an den Zellen angeordnet, so kann von einer Brückenebene gesprochen werden. In der Brückenebene befinden sich die Brückenstücke und die Brückenglieder. In diesem Fall ist die Brückenebene ein aus nebeneinander angeordneten Brückengliedern gebildeter Bereich des Traktionsakkumulators. Brückenglieder und Brückenstück bestehen vorzugsweise aus demselben elastisch verformbaren Material, das insbesondere eine größere Elastizität als das Füllstück aufweist, idealerweise aber rückstellende Kräfte auf die jeweilige Zelle ausüben. Eine Erstreckung eines Brückenglieds, die in die Richtung der Orientierungsrichtung läuft, ist vorzugsweise kürzer als ein Zellendurchmesser einer Zelle, die durch das Brückenglied fixiert wird. Dadurch wird die Fläche auf der Oberfläche der Zelle, die nicht von einem Kühlmittel überströmt werden kann, gering. Eine Wärmeableitung der elektrochemischen Zellen auf das Kühlmittel ist gegeben, obwohl nicht die gesamte Mantelfläche vom Kühlmittel überströmt wird.
Außerdem ist es möglich, die die Brückenglieder als Schwingungsdämpfer sowie insbesondere als Dichtungen in einem Inneren des Traktionsakkumulators auszugestalten. Schwingungen, die von dem Kraftfahrzeug auf den Traktionsakkumulator übertragen werden, werden durch das Brückenglied gemildert und nur abgeschwächt auf eine Zelle weitergeleitet. Alterungen aufgrund mechanischer Schwingungen können so reduziert werden.
Auch darf hervorgehoben werden, dass sich durch das Brückenstück und insbesondere durch das Brückenglied der Zusammenbau des Traktionsakkumulators einfacher gestaltet.
In einer günstigen Weiterbildung des zuvor Erläuterten sei angesprochen, entlang der Orientierungsrichtung können mehrere Brückenglieder an einer Zelle bzw. einer Gruppe von Zellen, sozusagen nebeneinander liegend bzw. aufeinander folgend, vorhanden sein. Damit werden mehrere, insbesondere parallel angeordnete, Kühlteilräume bzw. Teilkühlräume geschaffen. In einer Anordnung ist zumindest ein Teilkühlraum von dem Füllstück, mindestens einem Brückenglied und der elektrochemischen Zelle begrenzt. Ein anderer Teilkühlraum kann durch ein erstes Brückenglied, ein zweites Brückenglied, einen Abschnitt des Füllstücks und einen Bereich des Mantels einer Zelle begrenzt sein. Je nach Materialwahl des Brückenglieds, kann ein Brückenglied auch die Funktion einer Dichtung zwischen zwei Teilkühlräumen übernehmen. Die Teilkühlräume bzw. Kühlkammern, die eine Kühlebene bilden, sind strömungsmäßig bzw. als zusammenhängender Durchflussraum miteinander fluidmäßig gekoppelt. Vorzugsweise sind mehrere Teilkühlräume seriell miteinander verbunden.
Verschiedene Teilkühlräume können durch ein Brückenglied hindurch verbunden sein. Das Brückenglied stabilisiert bzw. fixiert in Bezug auf den Ort oder die Lage eine Zelle und lässt Kühlmedium in den die Zelle umrundenden Teilkühlraum treten. Ein Brückenglied kann eine Verbindung zu einem Teilkühlraum aufweisen. Vorzugsweise befindet sich ein Durchflussbrückenglied in einem Randbereich des Traktionsakkumulators. Damit lassen sich benachbarte Kühlräume für einen Kühlfluidfluss miteinander verbinden. Die Teilkühlräume können strömungsmäßig untereinander seriell oder auch parallel angeordnet sein. Bei einer seriellen Anordnung folgt ein zweiter Teilkühlraum einem ersten Teilkühlraum. Ein Traktionsakkumulator oder eine Mehrzahl von Traktionsakkumulatoren können durch Kopplung von Kühlräumen bzw. Kühlebenen mäanderartig von Kühlmittel durchströmt werden. Ein Durchfluss von Kühlmittel durch eine Mehrzahl von Kühlteilräumen bzw. Kühlebenen erlaubt es, die Wärmeabfuhr an den Stellen stärker auszubilden, an denen eine höhere Abwärme zu erwarten ist.
Ein besonders vorteilhaft aufgebauter Traktionsakkumulator weist mindestens eine Kühlebene auf, in der sich Pole mehrerer elektrochemischer Zellen befinden. In einer Polkühlebene ist jeder der sich in dieser Ebene befindlichen Pole von nichtleitendem Kühlmittel umgeben. Der Pol reicht bis zu einer elektrisch leitfähigen Kontaktstelle des Traktionsakkumulators. Die Kontaktstelle bildet eine Wärmesenke. Vorzugsweise weisen alle Polkühlräume der Polkühlebene einen Kühlraumdurchmesser auf, der größer ist, als ein Zellendurchmesser einer elektrochemischen Zelle. Besonders gut arbeitet die Kühlung, wenn neben dem Pol auch ein Zellenende in den Polkühlraum mündet, also mit nichtleitendem Kühlmittel in Kontakt steht. Noch besser funktioniert die Kühlung, wenn zusätzlich zu den Polen auch der Endbereich der elektrochemischen Zellen von Kühlfluid umströmt wird. Der Endbereich und vorzugsweise die Pole können eine Rundung aufweisen, damit sich in Oberflächennähe der Pole möglichst kein Fluidstau ausbilden kann. Vorteilhaft ist es, wenn das Kühlfluid ungehindert über die zu kühlenden Oberflächen strömt bzw. abfließt. Anders gesagt, sollten die zu kühlenden Flächen möglichst nicht rechtwinklig, sondern schrägwinklig bzw. spitzwinklig, parallel oder konvex gekrümmt, bezogen auf eine Strömungsrichtung von einströmendem Fluid, angeordnet sein. Polkühlräume können von einem Brückenglied begrenzt sein. Vorzugsweise sind Polkühlräume in dem Füllstück angeordnet bzw. von Füllstückmaterial begrenzt. Ein solcher Polkühlraum ist von einem der Enden einer einzigen elektrochemischen Zelle, mindestens einer Kontaktstelle und dem Füllstück und ggf. einem Brückenglied begrenzt. Die zusätzlich vorhandenen Kühlebenen im Bereich der Kontakte können Teil des gleichen Kühlmittelraums sein.
Mit anderen Worten, das Füllstück kann so geformt sein, dass es bereichsweise an wenigstens eine elektrochemische Zelle, insbesondere dicht bzw. berührend, anschließt, so wie ein Brückenglied. In diesem Anschlussbereich kann ein Zellwandkontakt zwischen Zelle und Füllstück gegeben sein. Der Zellwandkontakt ist ein elektrischer Kontakt, insbesondere bei einem Akkumulatoraufbau, bei dem die Zellwand mit einem Pol einer benachbarten elektrochemischen Zelle zusammengeschlossen ist. Ein Zellwandkontakt bildet sich an einer Seitenwand einer elektrochemischen Zelle aus, insbesondere an einer zylindrisch gekrümmten Mantelfläche. Der Zellwandkontakt kann einen Temperatursensor umfassen, z. B. um eine kühlmittelferne Temperaturmessstelle an der elektrochemischen Zelle zu haben. Der Temperatursensor liefert ein Echtzeitsignal für eine Zellentemperaturüberwachung und für eine Kühlmittelflussregelung, z. B. an ein Steuergerät eines Fahrzeugs. Das Steuergerät ist vorzugsweise über einen Temperaturmessanschluss mit dem Temperatursensor verbunden. Der Temperaturmessanschluss sitzt außen an dem Gehäuse des Traktionsakkumulators. Es ist auch möglich, den Temperaturmessanschluss als Teil eines Kombiverbinders von mehreren Signalen zu realisieren, z. B. zusammen mit einem Polanschluss oder sogar mit beiden Polanschlüssen des Traktionsakkumulators, um eine besonders bauraumeffiziente Akkumulatorform zu schaffen. Die Kontakte der einzelnen Zellen können die „hot spots“ in dem Traktionsakkumulator darstellen. Vor allem an den so genannten „hot spots“ muss ausreichend gekühlt werden.
Wenn jeder elektrochemischen Zelle eines Traktionsakkumulators mindestens ein elektrischer Schalter zugeordnet ist, sind z. B. schaltbare Gruppen und Topographien der elektrochemischen Zellen zueinander erstellbar. Das Füllstück kann modulartig gestaltet sein. Insbesondere können anhand von Füllstückteilen unterschiedliche elektrische Schaltungen eingeschaltet sein, z. B. anhand des Schaltzustands der elektrischen Schalter. Auch kann der Kühlmittelfluss durch die unterschiedlichen Kühlräume eingestellt werden. Es können Leiterbahnen in dem Traktionsakkumulator vorhanden sein, die jede einzelne Zelle verschalten können und so eine Schaltung der Zellen miteinander, wie eine Serienverschaltung oder eine Parallelverschaltung, über mindestens einen Schalter, vorzugsweise über wenigstens zwei elektrische Schalter erlauben. Die Zellenverschaltung kann unabhängig von einer Anordnung der Pole und der Polung der Zellen gestaltet sein, wenn jedem Pol ein elektrischer Schalter zugeordnet ist. Der Schalter ist vorzugsweise ein Dreistellungsschalter. Eine mögliche Stellung ist eine Unterbrecherstellung. Einzelne, defekte Zellen können abgekoppelt werden. Zellen, die drohen zu überhitzen, sind abkoppelbar. Eine zweite, mögliche Schalterstellung ist eine Anschlusspolstellung. Eine dritte, mögliche Stellung ist eine Nachbarzellenpolstellung. Elektrochemische Zellen können über ein in dem Füllstück vorhandenes elektrisches Leiternetz miteinander gekoppelt werden, z. B. um eine gewünschte Akkumulatorspannung bereitzustellen. Ein Schalter kann dazu dienen, einen Pol einer ersten elektrochemischen Zelle mit einem Anschlusspol bzw. einer Leitung, wie einer Leiterbahn, und/oder einer zweiten elektrochemischen Zelle elektrisch zu verbinden. Schalter sind vorzugsweise über eine externe Steuereinrichtung betätigbar. Beispielhaft sei das Bauteil „elektrisches Relais“ für die Schalter erwähnt. Jeder Schalter kann durch ein mechanisches oder ein elektronisches Relais realisiert sein.
Als Kühlfluid kommen verschiedene Kühlmittel in Betracht. Methoxynonafluorobutan und Methoxyperfluorobutane können im Brandfall und bei entsprechend hohen Temperaturen in eine Flüssigkeit mit beachtlichen Fluorsäurekonzentrationen umgewandelt werden. Ist die Gefahr nicht gänzlich auszuschließen, dass ein Traktionsakkumulator einmal „abbrennen“ könnte, ist zu überlegen, ob auf Methoxynonafluorobutan und Methoxyperfluorobutane als Kühlmittel gänzlich verzichtet wird. Als alternative Kühlmittel, die auch als Kühlträgerflüssigkeit bezeichnet werden können, zur Kühlung von Kfz-Akkumulatoren kommen Öle in Betracht. Mögliche Öle sind GTL(s) (synthetisch erzeugte Kühlöle) oder Silikonöle oder sonstige verwendbare Kühlträgerflüssigkeiten. Natürlich könnte auch Luft als Kühlträgerfluid verwendet werden. Ebenso ist eine weitere Möglichkeit ein Wasser-Glykol-Gemisch, solange das Wasser ein destilliertes, kohlenstofffreies, somit nicht elektrisch leitendes Wasser ist.
Auch ist es möglich, die Zellen auch jeweils mit ihrem Pluspol wechselweise „nach oben“ und „nach unten“ anzuordnen, das heißt, einmal einen Pluspol „nach oben“ auszurichten und einmal einen Pluspol um 180° gedreht, sozusagen „nach unten“ auszurichten (Hierbei versteht ein Fachmann, dass „nach oben“ nicht in Bezug auf eine Schwerkraft, sondern in Bezug auf eine bevorzugte Einbaulage gemeint ist).
Die Hülle, die auch als Schale oder als Wanne bezeichnet werden kann, jeder einzelnen Zelle kann als gemeinsames Potenzial beziehungsweise Pol ausgelegt sein. Vorteilhafterweise ist die gesamte Hülle als Kontakt nutzbar. In einem solchen Fall, in dem das untere Gehäuse insgesamt als Pol genutzt wird, können die Leiterbahnen deutlich verkürzt werden. Die Verbindungen von einer Zelle zur nächsten können verkürzt in einer einzigen Ebene gehalten werden.
Als eine Auslegungsvariante sei empfohlen, immer die obere, linke Ecke an jeder Einzelzelle beispielhaft zu kontaktieren.
Der Einsatz eines zusätzlichen Brückengliedes im Inneren des Gehäuses liefert mehrere Vorteile in dem Traktionsakkumulator. Ein häufiges Schnellladen, z. B. mit Schnellladeströmen von 6C bis 8C (C als Speicherkapazität der elektrochemischen Zelle(n), angegeben in Ampere pro Amperestunden), trägt zu einem Ausbauchen der elektrochemischen Zellen bei. Dies wird durch das Brückenglied zumindest in Teilen unterbunden. Dadurch bleiben die Abmessungen, Dimensionierungen und vorgesehenen Kühl(-teil-)räume - im Wesentlichen - unverändert erhalten. Ein Kühlfluid, das z. B. nur einen Spalt von weniger als einen Millimeter auszufüllen hat, muss - sofern eine zu große Abwärme bei einem sehr großen Ladestrom (z. B. in einem Bereich von 8C) entsteht - umgewälzt werden. Je weniger Kühlfluid umzuwälzen ist, desto geringer ist der elektrische „Eigenverbrauch“ des Traktionsakkumulators für solche Tätigkeiten wie z. B. die Temperierung der elektrochemischen Zellen.
Figurenliste
Die vorliegende Erfindung kann noch besser verstanden werden, wenn Bezug auf die beiliegende Figur genommen wird, die beispielhaft besonders vorteilhafte Ausgestaltungsmöglichkeiten darlegen, ohne die vorliegende Erfindung auf diese einzuschränken, wobei

1 ein erstes Ausführungsbeispiel in schematischer Abstraktion,
2 ein zweites Ausführungsbeispiel in schematischer Abstraktion
3 Ausschnitte weiterer Ausführungsbeispiele in schematischer Abstraktion in einem Gehäuse, wobei die elektrochemischen Zellen der Ausführungsbeispiele unterschiedlich verschaltet bzw. verschaltbar sind, und
4 eine Modifikation des Ausführungsbeispiels von 3 darstellt.

Figurenbeschreibung
1, 2, 3 sowie 4 zeigen jeweils einen Traktionsakkumulator 1, 101, 201, 201^I in Schemadarstellung. Für die Figuren 1, 2 und 3 weichen vergleichbare Komponenten der Traktionsakkumulatoren 1, 101, 201 von einer Figur zu der nächst höher nummerierten Figur jeweils mit um die Zahl „100“ erhöhte Bezugszeichen ab. 4 zeigt eine Weiterbildung von 3, weshalb die Bezugszeichen von 3 auch in 4 eingezeichnet sind. Das bedeutet, die in den verschiedenen 1 bis 4 gezeigten Ausführungsbeispiele lassen sich auch untereinander kombinieren. Beim Verständnis hilft es, eine in einer Figur dargestellte Komponente durch seine um 100 oder 200 erhöht oder erniedrigt nummerierte Komponente in einem zu kombinierenden Ausführungsbeispiel zu ersetzen.
Der in 1 dargestellte Traktionsakkumulator 1 hat nach außen geführt zwei Anschlusspole 3, 3^I . Über die Anschlusspole 3, 3^I kann elektrischer Strom von dem Traktionsakkumulator gezogen werden sowie elektrischer Strom zur Ladung der elektrochemischen Zellen 5, 5^I , 5^II , 5^III , 5^IV , 5^V geleitet werden. Eine größere Anzahl elektrochemischer Zellen 5, 5^I , 5^II , 5^III , 5^IV , 5^V sind in einem Gehäuse 15 des Traktionsakkumulators 1 vorhanden, um als Array insgesamt den Traktionsakkumulator 1 zu bilden. Enden 7, 7^I einer einzelnen elektrochemischen Zelle 5 stecken in dem Füllstück 21, genauer jeweils in einer Komponente 23, 23^I des Füllstücks 21. Um die Enden 7, 7^I einer Zelle 5 in das Füllstück 21 hineinstecken zu können, hat das Füllstück 21 Aufnahmen 25, 25^I , 25^II für einzelne elektrochemische Zellen 5, 5^I , 5^II , 5^III , 5^IV , 5^V . Das Füllstück 21 hat aber eine Ausnehmung, die über einen Bereich einer Seitenfläche 9 einer elektrochemischen Zelle 5 reicht, die im Falle, dass die elektrochemische Zelle 5 eine Rundzelle ist, einer Zellenmantelfläche 11 entspricht.
Das Kühlfluid 41 kann über den Kühlmitteleinlass 17 in das Innere des Gehäuses 15 des Traktionsakkumulators gelangen. Über den Kühlmittelauslass 19 wird das Kühlfluid 41 in erwärmter Form aus dem Gehäuse 15 des Traktionsakkumulators 1 ausgebracht. Zur Wärmeabfuhr gelangt das Kühlfluid 41 über den Kühlraum 35 mit seinem obersten Kühlraum 37 und seinem untersten Kühlraum 39 an einzelne Zellmantelflächen wie die Zellmantelfläche 11.
In einem mittleren Bereich 13 einer elektrochemischen Zelle 5 ist ein Brückenglied 43 vorhanden. Zu jeder elektrochemischen Zelle 5, 5^I , 5^II gibt es ein zugehöriges Brückenglied 43, 43^I , 43^II . Das Brückenglied 43, 43^I , 43^II unterbricht den Kühlraum 35 und schafft so einen obersten Kühlraum 37 und einen untersten Kühlraum 39. Eine Innenseite 45 des Brückenglieds 43, 43^I , 43^II liegt an einer Seitenfläche 9 einer elektrochemischen Zelle 5^II an. Das Brückenglied 43^II mit seiner Innenseite 45 stabilisiert weitergehend die elektrochemische Zelle 5^II . Es sorgt für eine Einhaltung der achsparallelen Ausrichtung in die Orientierungsrichtung 47 der elektrochemischen Zelle 5^II .
Das Füllstück 21 hat Stecknasen 27, 27^I , 27^II , auf denen das Brückenglied 43, 43^I , 43^II aufgesteckt bzw. aufgestülpt werden kann.
Ein Kühlraum 35, wie der oberste Kühlraum 37 oder der unterste Kühlraum 39, wird an einer Seite durch eine Seitenfläche 9 einer elektrochemischen Zelle 5^I , an einer anderen Seite durch eine Komponente 23 des Füllstücks 21 und an einer weiteren Seite durch das Brückenglied 43^II begrenzt. Der Kühlraum 35 kann in weitere Teilkühlräume 35^I , 35^II , 35^III unterteilt sein.
In dem Füllstück 21, genauer in den Komponenten 23, 23^I des Füllstücks 21, verlaufen Leiterbahnen 29, 29^I , 29^II , 29^III , 29^IV , 29^V . Außerdem gibt es elektronische Schalter 33, 33^I , 33^II , 33^III in dem Füllstück 21. Mit Hilfe der Schalter 33, 33^I , 33^II , 33^III kann zwischen einem Parallelbetrieb und einem (zum Teil wenigstens gegebenen) Serienbetrieb der elektrochemischen Zellen 5, 5^I , 5^II , 5^III , 5^IV , 5^V umgeschaltet werden. Auch sind Schalterstellungen der Schalter 33, 33^I , 33^II , 33^III möglich, durch die einige der elektrochemischen Zellen 5, 5^I , 5^II , 5^III , 5^IV , 5^V in Serie geschaltet sind, während so gebildete Stränge parallel zueinander verschaltet sind. Einige der Leiterbahnen 29, 29^I , 29^II , 29^III , 29^IV , 29^V sind als Wärmesenken 31, 31^I , 31^II unmittelbar in Nachbarschaft zu den Polen einer elektrochemischen Zelle 5, 5^I , 5^II , gestaltet. Die thermische Energie der Wärmesenken 31, 31^I , 31^II wird über die Leiterbahnen 29, 29^I , 29^II , 29^III , 29^IV , 29^V an die Pole 3, 3^I des Traktionsakkumulators 1 ausgebracht. Dadurch lässt sich die Temperatur an den (darüber hinaus, insbesondere im Inneren vorhandenen) Polen der elektrochemischen Zellen 5, 5^I , 5^II , 5^III , 5^IV , 5^V senken.
Die Brückenglieder 43, 43^I , 43^II begrenzen die elektrochemischen Zellen 5, 5^I , 5^II , 5^III , 5^IV , 5^V in ihren mittleren Bereichen 13 gegen ein Ausbauchen bzw. Auslenken. Insbesondere bei Ladungsvorgängen entstehende Abwärme an den elektrochemischen Zellen 5, 5^I , 5^II , 5^III , 5^IV , 5^V können über das Kühlfluid 41, das durch den Kühlraum 35 durchströmt, ausgebracht werden. Außerhalb des modulartigen Traktionsakkumulators 1 kann bei Bedarf das Kühlfluid 41 durch eine Pumpe und gegebenenfalls durch einen Wärmetauscher (beides nicht dargestellt) in einem Kreislauf fließen.
Außerparallele Verschiebungen in den Orientierungen, gebildet durch die Orientierungsrichtung 47 der elektrochemischen Zellen 5, 5^I , 5^II , 5^III , 5^IV , 5^V , werden mit Hilfe der Brückenglieder 43, 43^I , 43^II minimiert. Dadurch ist es möglich, Kühlräume wie den Kühlraum 35 über - wesentliche - Bereiche der Zellmantelfläche 11 nur in Millimeterbereich auszugestalten.
Die Brückenglieder 43, 43^I , 43^II sind wie Ringe bzw. innen hohle Manschetten geformt, sodass in dem einzelnen Hohlbereich eine einzelne elektrochemische Zelle 5, 5^I , 5^II , 5^III , 5^IV , 5^V einsteckbar ist.
Das einströmende Kühlmittel 41 weist eine Wärmekapazität auf. Abfließendes Kühlmittel 42, das vorzugsweise in einem Kühlkreislauf verbleibt, unterscheidet sich bei einem in einem Ladebetrieb oder einem Entladebetrieb befindlichen Traktionsakkumulator 1 durch eine höhere Temperatur im Vergleich zu einströmendem Kühlmittel 41, insbesondere in den Fällen, in denen das einströmende Kühlmittel gegenüber einer Umgebungstemperatur vorgekühlt ist. Ein vorgeheiztes Kühlmittel kann als eine Wärmequelle dazu verwendet werden, den Traktionsakkumulator 1 auf eine für den Betrieb günstige Betriebstemperatur, wie eine Betriebstemperatur größer 0° C in der kalten Jahreszeit, zu heizen. Statt von Kühlräumen kann auch von Heizräumen gesprochen werden. Das Kühlmittel bzw. Heizmittel (wobei Kühlmittel auch als Synonym für Temperiermittel zu verstehen ist) wirkt gleichmäßig auf alle elektrochemischen Zellen des Traktionsakkumulators. Damit kann eine Lebensdauer des Traktionsakkumulators verlängert werden bzw. Umweltkonditionen, die Einfluss auf die Kapazität des Akkumulators und seine Alterung haben, können vorteilhaft beeinflusst werden.
Die in 1 auf schematische Weise gezeigte Leitungsfortsetzung durch drei Punkte am Ende der Leiterbahnen 29, 29^V bringt zum Ausdruck, dass der Schaltungsaufbau des Traktionsakkumulators 1 sowie der Kühlraum 35 auf eine größere Anzahl elektrochemischer Zellen als die sechs, in 1 gezeigten elektrochemischen Zellen 5, 5^I , 5^II , 5^III , 5^IV , 5^V erweiterbar ist, ohne das gezeigte technische Konzept von 1 dem Prinzip nach, das in Weiterbildung auch in den 2 und 3 gezeigt wird, verlassen zu müssen. Mit anderen Worten, das anhand von sechs Zellen 5, 5^I , 5^II , 5^III , 5^IV , 5^V gezeigte Prinzip lässt sich auch auf jede andere Anzahl Zellen wie z. B. auf 50, 100, 200 oder 800 Zellen anpassen.
Von dem in 2 im Querschnitt und lediglich schematisch dargestellten Traktionsakkumulator 101 sind sechs elektrochemische Zellen 105, 105^I , 105^II , 105^III , 105^IV , 105^V zu sehen. Einige Einzelheiten wie Kontaktabstände, Leiterbahnen und Stromführungen sind dem Prinzip nach dargestellt, sie sind aber nicht maßstäblich und mit exakten Abmessungen oder Proportionen eingezeichnet, um die Übersichtlichkeit zu steigern und den Blick auf die prinzipiellen Aspekte in dem Aufbau des Traktionsakkumulatos 101 zu fokussieren.
Wie anhand der 2 zu sehen ist, verbindet eine erste Leiterbahn 129 einen Anschlusspol 103 mit zwei elektrischen Schaltern 133, 133^I . Über die Schalter 133, 133^I sind jeweils ein Pol 162 einer ersten Zelle 105 sowie ein gleichartiger Pol, wie ein Pluspol 162^III , einer vierten Zelle 105^III an den Anschlusspol 103 des Traktionsakkumulators 101 aufschaltbar. Weitere Zellen 105^I , 105^II sind in Serie mit der ersten Zelle 105 verschaltet. Weitere Zellen 105^IV und 105^V sind in Serie mit der vierten Zelle 105^III verschaltet. So ergibt sich, je nach Schalterstellung einzelner Schalter 133, 133^I , 133^II , 133^III , die Spannung an den Anschlusspolen 103, 103^I des Traktionsakkumulators aus jeweils drei in Serie verschalteten Zellen 105, 105^I , 105^II bzw. 105^III , 105^IV , 105^V . Mithilfe der Schalter 133, 133^I , 133^II , 133^III kann die Spannung höher eingestellt werden als die Einzelleerlaufspannung einer einzigen Zelle 105, 105^I , 105^II , 105^III , 105^IV , 105^V . Leiterbahnen 129^I , 129^II , 129^III , 129^IV verbinden unmittelbar jeweils zwei elektrisch in Serie verschaltete Zellen 105, 105^I , 105^II , 105^III , 105^IV , 105^V . Die Leiterbahnen 129^I , 129^II , 129^III , 129^IV verlaufen auf dem kürzest möglichen Weg, d. h. von Punkt zu Punkt von einer Zelle 105, 105^I , 105^II , 105^III , 105^IV , 105^V zur nächsten Zelle 105^I , 105^II , 105^III , 105^IV , 105^V , 105. Damit der Weg der Leiterbahnen 129^I , 129^II , 129^III , 129^IV möglichst kurz ist, werden elektrisch leitfähige Kontaktstellen, wie die Kontaktstellen 131^I , 131^II , 131^III , der Zellen 105, 105^I , 105^II , 105^III , 105^IV , 105^V auf einheitlichen Höhen, z. B. zwei einheitlichen Niveaus innerhalb des Füllstücks 121 angeordnet. Werden die Zellen 105, 105^I , 105^II , 105^III , 105^IV , 105^V in abwechselnder Polrichtung bzw. Polorientierung parallel zueinander angeordnet, wie es in 2 zu sehen ist, so können durch Polflächen der Pole 160, 160^I , 160^II , 160^IV , 162, 162^I , 162^II , 162^III in einer Reihe liegende Anschlusspunkte angeordnet werden, die zueinander fluchten. Die Leiterbahnen 129^I , 129^II , 129^III , 129^IV können von einem ersten Pol 160, 160^I , 160^II , 160^IV , 162, 162^I , 162^II , 162^III zu einem zweiten Pol 160^I , 160^II , 160^IV , 162, 162^I , 162^III , 160 als gerade, die Strecke von einer Zelle 105, 105^I , 105^II , 105^III , 105^IV , 105^V zur unmittelbar im Akkumulator 101 sich als nächste Zelle befindenden Zelle 105^I , 105^II , 105^III , 105^IV , 105^V , 105 überspannende bzw. anschließende elektrische Verbindung realisiert sein.
Eine Zelle 105^I , 105^IV der drei zu einer Gruppe zusammengeschlossenen Zellen 105, 105^I , 105^II bzw. 105^III , 105^IV , 105^V ist bezüglich ihrer Polarität umgedreht. D. h., bezüglich der Orientierung ist eine der Zellen 105, 105^I , 105^II , 105^III , 105^IV , 105^V spiegelbildlich zu den anderen Zellen platziert. Die Zellen 105, 105^I , 105^II , 105^III , 105^IV , 105^V liegen alle nebeneinander. Aber eine der Zellen ist bezüglich der Polung gedreht angeordnet. Auf diese Weise können immer drei Zellen 105, 105^I , 105^II bzw. 105^III , 105^IV , 105^V in Serie angeordnet werden, obwohl die Leiterbahnen 129^I , 129^II , 129^III , 129^IV unmittelbar, auf direktestem Wege durchverbunden sind. Gruppen von benachbarten Zellen 105, 105^I , 105^II bzw. 105^III , 105^IV , 105^V sind elektrisch leitend verbunden. Alle Zellen 105, 105^I , 105^II , 105^III , 105^IV , 105^V weisen eine gleiche Achsenorientierung 147 auf, jedoch eine wechselnde Polung. Ein erster Zellenpol 160, der ein Minuspol ist, befindet sich an einem ersten Ende 107 einer ersten Zelle 105. An einem zweiten Ende 107^I derselben Zelle 105 sitzt ein zweiter Pol 162, der ein Pluspol ist. Der zweite Zellenpol 162 ist von der Seitenwand 109 der Zelle 105 durch eine Isolation 161 elektrisch getrennt. So ist es möglich, die gesamte Seitenwand 109 ebenfalls als einen der Pole 160, 162 auszubilden. Das ist ein Zellenaufbau, der zur Verkürzung der Leiterbahnen 129^I , 129^II , 129^III , 129^IV beiträgt. Würde diese Anordnung auf längere serielle Verschaltungen übertragen, so kann auch gesagt werden, bei den Zellen 105, 105^I , 105^II bzw. 105^III , 105^IV , 105^V ist jede zweite Zelle um 180° gedreht eingebaut. Die Richtung der Orientierungen 147 bleibt zwar gleich, aber die Pole bzw. die Polungen sind getauscht. Die erste Zelle 105 und die dritte Zelle 105^II weisen eine gleiche Orientierung in Bezug auf ihre Pole 162, 162^II auf. Die Pole 162, 162^II schauen in die gleiche Richtung bzw. können von der gleichen Seite aus gesehen werden. Ein erster Zellenpol 160^II der dritten Zelle 105^II ist über einen elektrischen Schalter 133^II an eine Leiterbahn 129^V anschließbar, die zu einem zweiten Anschlusspol 103^I führt. In gleicher Weise ist die sechste Zelle 105^V durch den Schalter 133^III an die Leiterbahn 129^V anschließbar. Leiterbahnen 129^I , 129^II , 129^III , 129^IV zur unmittelbaren Direktverbindung verbinden jeweils zwei der elektrochemischen Zellen 105, 105^I , 105^II , 105^III , 105^IV , 105^V und können daher auch als Zellenpaarleiterbahnen bezeichnet werden. Die Zellenpole, wie der erste Zellenpol 160 und der zweite Zellenpol 162, sind jeweils mit Kontaktstellen, wie der Kontaktstelle 131, 131^I , 131^II , 131^III verbunden, die zugleich ein Teil der Leiterbahnen 129^I , 129^II sind und somit Wärmesenken bilden.
Ein Gehäuse 115 des Traktionsakkumulators 101 umschließt das Füllstück 121, das eine erste Komponente 123 und eine zweite Komponente 123^I aufweist. Das Füllstück 121 ist aus einem elektrischen Isolatormaterial, wie einem nichtleitenden Kunststoff, gebildet. In der ersten Komponente 123 des Füllstücks 121 sind Aufnahmen, wie die Aufnahme 125, 125^I , 125^II vorhanden. In der zweiten Komponente des Füllstücks 123^I sind Aufnahmen, wie die Aufnahme 125^III , 125^IV 125^V vorhanden. Die Aufnahmen 125, 125^I , 125^II , 125^III , 125^IV , 125^V dienen jeweils zur Befestigung von elektrochemischen Zellen, wie den elektrochemischen Zellen 105, 105^I , 105^II , 105^III , 105^IV , 105^V . Durch die Aufnahmen 125, 125^I , 125^II , 125^III , 125^IV , 125^V , wird die Orientierungsrichtung 147 der elektrochemischen Zellen 105, 105^I . 105^II , 105^III , 105^IV , 105^V festgelegt. Die elektrochemischen Zellen 105, 105^I , 105^II , 105^III , 105^IV , 105^V sind gleichartig geformt. Eine Seitenfläche, wie die Seitenfläche 109, und ein Zellendurchmesser, wie der Zellendurchmesser 164, sowie eine Zellenachslänge 166 beschreiben jeweils markante Abmessungen der elektrochemischen Zellen 105, 105^I . 105^II , 105^III , 105^IV , 105^V . Anhand der Abmessungen können die elektrochemischen Zellen 105, 105^I . 105^II , 105^III , 105^IV , 105^V charakterisiert werden. Die Seitenfläche, wie die Seitenfläche 109, ist ein zylindrischer Teil einer Mantelfläche 111, beispielsweise an der dritten elektrochemischen Zelle 105^II in 2 eingezeichnet. Zwischen den elektrochemischen Zellen, wie der ersten elektrochemischen Zelle 105 und der zweiten elektrochemischen Zelle 105^I , ist jeweils ein Zellenabstand, wie der Zellenabstand 169, vorhanden. Der Zellenabstand 169 lässt sich mit dem Zellendurchmesser 164 vergleichen und ist idealerweise kleiner als der Zellendurchmesser 164. Der Zellenabstand 169 ist geringer als der Zellendurchmesser 164. Durch den Zellenabstand 169 ergibt sich ein Abstand, der als Teilkühlraum, zum Beispiel als erster Teilkühlraum 135, zweiter Teilkühlraum 135^I , dritter Teilkühlraum 135^II und vierter Teilkühlraum 135^III , genutzt werden kann. Hierbei können die Teilkühlräume 135, 135^I , 135^II , 135^III untereinander in Verbindung stehen.
Ein mittlerer Bereich 113 der elektrochemischen Zellen 105, 105^I , 105^II , 105^III , 105^IV , 105^V ist jeweils von einem Brückenglied (vgl. die Brückenglieder 143, 143^I , 143^II ) bereichsweise umschlossen. Eine Innenseite 145 liegt an einer Seitenfläche, wie der Seitenfläche 109, an. Einander gegenüberliegende Stecknasen des Füllstücks 121, wie die Stecknasen 127, 127^I , 127^II , 127^III der Komponenten 123, 123^I , sind über Brückenstücke, wie das Brückenstück 144, miteinander, insbesondere in abdichtender Weise, gekoppelt. Brückenglieder (vgl. Brückenglieder 143, 143^I ) sind über Brückenstücke, wie das Brückenstück 144, verbunden. Mehrere miteinander verbundene Brückenglieder 143, 143^I , 143^II bilden eine Brückenebene (ohne Bezugszeichen).
Brückenglieder, wie die Brückenglieder 143, 143^I , 143^II , separieren eine erste Kühlebene 170 von einer zweiten Kühlebene 172, die jeweils zur Kühlung des mittleren Bereichs 113 einer elektrochemischen Zelle 105, 105^I , 105^II , 105^III , 105^IV , 105^V dienen. Im ersten Randbereich 158 bzw. 158^I des Traktionsakkumulators 101, der auch als Polrandbereich bezeichnet werden kann, befinden sich eine dritte Kühlebene 174 bzw. eine vierte Kühlebene 176, die auch als Polkühlebenen bezeichnet werden können. Die Pohlkühlebenen 174 bzw. 176 sind jeweils zwischen Aufnahmen 125, 125^I , 125^II , 125^III , 125^IV , 125^V im Füllstück 121 und dem Gehäuse 115 vorhanden. Es gibt jeweils eine Pohlkühlebene 174 bzw. 176 in einer Komponente 123 bzw. 123^I des Füllstückstücks 121. Die erste Kühlebene 170 wird durch eine miteinander verbundene Reihung von Teilkühlräumen 135, 135^I , 135^II , 135^III gebildet, die den unteren Kühlraum 139 ausmachen. Die erste Polkühlebene 174 wird durch eine Abfolge miteinander verbundener Teilkühlräume, wie den Polkühlräumen 136, 136^I , 136^II , 136^III , gebildet, die gemeinsam den unteren Polkühlraum 140 ausmachen. Teilkühlräume 136, 136¹ , 136", 136^III , die in der ersten Komponente 123 angeordnet sind, haben spiegelbildliche Teilkühlräume in der zweiten Kühlebene 172 bzw. der zweiten Polkühlebene 176. Die Teilkühlräume 136, 136¹ , 136^II , 136^III sind jeweils an den Brückengliedern, wie den Brückengliedern 143, 143^I , 143^II , gespiegelt ausgebildet und in der zweiten Komponente 123^I angeordnet. Mehrere, im Wesentlichen parallel angeordnete Kühlebenen 170, 172, 174, 176, können auch als ein oberer Kühlraum 137 sowie als ein oberer Polkühlraum 138 in der zweiten Komponente 123^I und als ein unterer Kühlraum 139 sowie als ein unterer Polkühlraum 140 in der ersten Komponente 123 des Füllstücks 121 bezeichnet werden. Jeder der Räume 137, 138, 139, 140 bildet eine der Kühlebenen 172, 176, 170, 174.
Die Brückenglieder 143, 143^I , 143^II erstrecken sich in der Orientierungsrichtung 147, jene Erstreckung kann als Brückengliederstreckung 180 bezeichnet werden. Die Brückengliederstreckung 180 ist kleiner als der Zellendurchmesser 164. Die Brückengliederstreckung 180 ist größer als eine Dimensionierung eines Brückenstücks 144 bzw. einer Brückendichtung.
Ein zweiter Randbereich 158^II bzw. 158^III , der auch als Zellenrandbereich bezeichnet werden kann, befindet sich in unmittelbarer Nähe zu der ersten Zelle 105 bzw. der sechsten Zelle 105^V . Die Zellenrandbereiche 158^II , 158^III erstrecken sich zwischen den Polrandbereichen 158, 158^I .
Mit den elektrischen Schaltern 133, 133^I , 133^II , 133^III , die in das Füllstück 121 eingebettet sind, lassen sich die elektrochemischen Zellen 105, 105^I , 105^II , 105^III , 105^IV , 105^V gruppenweise, also in Gestalt einer ersten Gruppe 168 sowie in Gestalt einer zweiten Gruppe 168^I , von den Anschlusspolen 103, 103^I abtrennen bzw. an die Anschlusspole 103, 103^I anschließen. Die Schalter arbeiten als Trennschalter 133, 133^I , 133^II , 133^III .
In Polkühlräumen 136, 136^I , 136^II , 136^III tauchen Zellenenden, wie die Zellenenden 107, 107^I , in einem elektrisch nicht leitenden Kühlmittel. Mithilfe des Kühlmittels bzw. des Kühlfluids 141 ist Wärme von den Zellenpolen 160, 160^I 160^II , 160^IV , 162, 162^I , 162^II sowie von Kontaktstellen 131, 131^I , 131^II , 131^III abführbar. Das Kühlfluid 141 wird außerhalb des Akkumulators 101 umgewälzt. Das Kühlfluid 141 wird über einen Kühlmitteleinlass 117 in den Traktionsakkumulator 101 eingeleitet. Von dem Kühlmitteleinlass 117 gelangt einströmendes Kühlfluid 141 in Zuflusszweige 190, 192, 194, 196, die in dem Füllstück 121 ausgebildet sind. Über einen ersten Zuflusszweig 190 ist Kühlfluid 141 in die erste Kühlebene 170 einbringbar. Das Kühlfluid 141 strömt über den ersten Zuflusszweig 190 in die erste Kühlebene 170 und von dort über einen Abflusszweig 191 durch den Kühlmittelauslass 119 als Teil des Kühlmittelabflusses 142. Durch den Kühlmittelabfluss 142 kann das Kühlfluid 141 den Traktionsakkumulator 101 verlassen. Gleichartig wie die erste Kühlebene 170 aufgebaut ist, sind die Polkühlebenen 174, 176 sowie die zweite Kühlebene 172 mit dem Kühlmitteleinlass 117 und dem Kühlmittelauslass 119 verbunden. Beispielsweise kann Kühlfluid 141 als Kühlmittel durch den Kühlmitteleinlass 117 über einen Polkühlzweig 194 in die erste Polkühlebene 174 gelangen und durch die Polkühlräume 136, 136^I , 136^II , 136^III hindurch in den Abflusszweig 195. Vom Abflusszweig 195 wird das Kühlfluid 141 über den angeschlossenen Kühlmittelauslass 119 aus dem Traktionsakkumulator 101 ausgeleitet. Die Kühlebenen 170, 172, 174, 176 werden von dem aus einer Pumpe eingeleiteten Kühlfluid 141 gemeinsam durchströmt. Die Ausströmzweige 191, 193, 195, 197 sind in das Füllstück 121 eingearbeitet. Der Kühlmitteleinlass 117 und der Kühlmittelauslass 119 sind einander gegenüberliegend angeordnet. Eine Spiegelachse ist zur Lagebestimmung des Kühlmitteleinlasses 117 und des Kühlmittelauslasses 119 durch einen Zentrumsbereich 156 legbar bzw. ziehbar. Eine spiegelbildliche Positionierung der Einströmzweige 190, 192, 194, 196 und der Ausströmzweige 191, 193, 195, 197 erlaubt eine Durchströmrichtungsumkehr des Kühlfluids 141 bzw. des Kühlmittelabflusses 142.
Eine geringere Anzahl der elektrochemischen Zellen (im Vergleich mit der Gesamtzahl der elektrochemischen Zellen des Traktionsakkumulators), z. B. die vierte elektrochemische Zelle 105^III , ist mit einem Temperatursensor 184 wärmeleitend verbunden. Der Temperatursensor 184 ist in einer Aufnahme 125^IV angeordnet. Eine durch das Füllstück 121 geführte Leiterbahn (ohne Bezugszeichen) verbindet den Temperatursensor 184 mit einem Messkontakt 182, der an dem Gehäuse 115 befestigt, von außen kontaktiert werden kann.
Ein Traktionsakkumulator 201, der in 3 dargestellt ist, hat, genauso wie der Traktionsakkumulator 101 nach 2, vier Kühlebenen 270, 272, 274, 276. Die an Brückenglieder 243, 243^I , 243^II angrenzenden Kühlebenen 270, 272 werden von dem gleichen Kühlfluid 241 durchströmt, wobei die Kühlebenen 270, 272 im Bereich des Kühlmitteleinlasses 217 über einen ersten Zuflusszweig 290 miteinander verbunden sind. Im Bereich des Kühlmittelauslasses 219 wird Kühlfluid 241 aus der ersten Kühlmittelebene 270 und der zweiten Kühlmittelebene 272 über einen ersten Abflusszweig 291 zusammengeführt. Der wieder vereinigte Strom des Kühlfluids 241 gelangt als Kühlfluidabfluss 242 über einen Kühlkreislauf zu einem Wärmetauscher (beide Kühlkreislaufkomponenten sind in 3 nicht graphisch dargestellt). Durch den Wärmetauscher heruntergekühltes, d. h. in seiner Temperatur verringertes Kühlfluid 241 wird wiederum dem Kühlmitteleinlass 217 zugeführt. Parallel zu den Kühlebenen 270, 272, in denen, gleichartig wie in dem Design eines Traktionsakkumulators 101 nach 2, ein Mittenbereich 213 elektrochemischer Zellen, z. B. der Zelle 205, mit Kühlmittel bzw. Kühlfluid 241 überströmbar ist, erstrecken sich die Polkühlebenen 274, 276. Die beiden Polkühlebenen 274, 276 besitzen beide je einen eigenen Kühlmitteleinlass 217^I, 217^II sowie einen eigenen Kühlmittelauslass 219^I , 219^II . Folglich gibt es neben einem ersten Kühlfluidzufluss 241 einen zweiten Kühlfluidzufluss 241^I und einen dritten Kühlfluidzufluss 241^II . Alle drei Kühlfluidzuflüsse 241, 241^I , 241^II stellen einen eigenen Kühlmittelstrom dar. Jeder Kühlfluidzufluss 241, 241^I , 241^II kann eigenständig geregelt werden. Dadurch kann jeweils voneinander getrennt ein eigener Kühlmittelabfluss 242, 242^I , 242^II gesteuert bzw. beeinflusst werden. Damit sind die in einem Füllkörper bzw. Füllstück 221 angeordneten Polkühlebenen 274, 276 unabhängig voneinander mit unterschiedlichen Kühlfluidmengen durchströmbar. Unterschiedliche, ggf. an Enden 207, 207^I einer Zelle 205 erzeugte Wärmemengen sind kontrolliert aus dem Traktionsakkumulator 201 ausbringbar. Ein Temperaturgradient über die vorhandenen elektrochemischen Zellen hinweg, wie die Zellen 205, 205^I , 205^II, 205^III, 205^IV, 205^V , ist gesenkt, z. B. auf nur 10 Kelvin. Kontaktstellen 231, 231^I , 231^II , 263, 263^I werden unmittelbar von Kühlfluid 241^I , 241^II umspült.
Die elektrochemischen Zellen 205, 205^I , 205^II , 205^III , 205^IV , 205^V haben alle eine gleiche Orientierungsrichtung 247. Die ersten Pole, wie der erste Pol 260, befinden sich alle in der ersten Polkühlebene 274. Die zweiten Pole, wie der zweite Pol 262, befinden sich alle in der zweiten Polkühlebene 276. Ein Zellenboden 210, der den ersten Pol 260 darstellt, ist jeweils über eine Zellenmantelfläche, wie die Zellenmantelfläche 211, elektrisch leitend zu einem Mantelkontakt, wie den Mantelkontakten 263, 263^I , durchverbunden. Isolationsbereiche, gebildet durch Isolationen wie die Isolation 261 am Zellenboden 210^I , sorgen jeweils für elektrische Entkopplung zwischen einem zweiten Pol 262 und einer Zellenmantelfläche, wie der Zellenmantelfläche 211.
Die Brückenglieder, wie ein erstes, zweiteiliges Brückenglied 243 bzw. 243^I und ein zweites Brückenglied 243^II , sind jeweils durch ein Brückenstück 244 miteinander verbunden. Die Brückenstücke, wie das Brückenstück 244, sind Abstandshalter zwischen einer ersten Komponente 223 und einer zweiten Komponente 223^I des Füllstücks 221. Ähnlich zu der Darstellung nach 2 erfolgt in einem Traktionsakkumulator 201 gemäß 3 die Kühlung über miteinander verbundene Teilkühlräume, wie die Teilkühlräume 235, 235^I , sowie eine erste Kette von Polkühlräumen, wie der Polkühlraum 236, und eine zweite Kette von Polkühlteilräumen, wie der Polkühlteilraum 236^I . Polkühlteilräume, wie der Polkühlteilraum 236^I , zusammengeschlossen zu einer Kette von Kühlteilräumen, sind für einen einheitlichen Durchfluss miteinander fluidisch verbunden. Kühlfluid 241, 241^I , 241^II gelangt unmittelbar zu Seitenflächen der elektrochemischen Zellen, wie die Seitenfläche 209 der Zelle 205. Aufnahmen, wie die Aufnahmen 225, 225^I , 225^II , 225^III , die an den elektrochemischen Zellen vorzugsweise umfänglich anliegen, sichern die elektrochemischen Zellen, wie die elektrochemische Zelle 205, 205^I , 205^II , 205^III , 205^IV , 205^V gegen ein Verrutschen innerhalb des Füllstücks 221 bzw. innerhalb des Gehäuses 215. Einen weiteren Aspekt der Sicherung bedenkend, sorgen Aufnahmen 225, 225^I , 225^II , 225^III dafür, dass Kontaktstellen 231, 231^I , 231^II , 263, 263^I möglichst nicht durch Erschütterungen unterbrochen werden oder gar brechen. Das Füllstück 221 mit seinen Komponenten 223, 223^I begrenzt das dem Kühlfluid 241, 241^I , 241^II zur Verfügung stehende Volumen im Gehäuse 215. Das Füllstück 221 sichert die elektrochemischen Zellen 205, 205^I , 205^II , 205^III , 205^IV , 205^V in lageerhaltender Weise. Das Füllstück 221 sichert elektrisch leitende Teile (siehe z. B. die Leiterbahnen 229, 229^I , 229^II , 229^III , 229^IV , 229^V ) und ihre Kontakte 231, 231^I , 231^II , 263, 263^I gegen Erschütterungen.
Die erste elektrochemische Zelle 205 ist an dem ersten Pol 260 über einen ersten Kontakt 231^II , der an einer Leiterbahn 229^II angeschlossen ist, mit einem elektrischen Schalter 233^I verbunden. Über den Schalter 233^I ist die erste Zelle 205 an eine Leiterbahn 229^V anschließbar, der eine elektrische Verbindung zu einem Anschlusspol 203^I an dem Gehäuse 215 darstellt. Der zweite Pol 262 ist über eine Kontaktstelle 231 und eine elektrische Leiterbahn 229^I an einen elektrischen Schalter 233 angeschlossen. Über den Schalter 233 ist die erste Zelle 205 an eine Leiterbahn 229 elektrisch anschließbar, die zu einem Anschlusspol 203 an dem Gehäuse 215 führt. Die zweite elektrochemische Zelle 205^I ist ebenfalls beidseitig mit einem Schalter 233^II bzw. 233^III verbunden und an die Leiterbahnen 229 bzw. 229^V anschaltbar bzw. von den Leiterbahnen 229 bzw. 229^V trennbar.
Die zweite elektrochemische Zelle 205^I hat an zwei Stellen entlang ihrer Orientierungsrichtung 247 jeweils einen Pol 260^I , 262^I . Die gegenüberliegend angeordneten Pole 260^I , 262^I können durch die Schalter 233^II und 233^III an verschiedene Leiterbahnen 229, 229^II , 229^III angeschlossen werden. Der positive Pol 262^I der zweiten Zelle 205^I befindet sich neben dem zweiten Pol 262 der ersten Zelle 205. Die positiven Pole 262, 262^I liegen fluchtend nebeneinander; sie liegen in einer gleichen Ebene in dem Gehäuse 215. Ein Schalter 233^II kann in eine erste Schaltstellung gebracht werden, wodurch der positive Pol 262^I an die Leiterbahn 229 angeschlossen wird. Der gleiche Schalter 233^II hat eine zweite Schaltstellung, in der Schalter 233^II eine Verbindung von der zweiten elektrochemischen Zelle 205^I zur Leiterbahn 229 unterbrochen hat. Stattdessen ist eine Verbindung durch den Schalter 233^II von der zweiten elektrochemischen Zelle 205^I auf parallel zur Leiterbahn 229 angeordnete Leiterbahn 229^III hergestellt, die zu einem Mantelkontakt 263 an der ersten elektrochemischen Stelle 205 führt. Gleichartig sind weitere Mantelkontakte, z. B. ein weiterer Mantelkontakt 263^I an der fünften elektrochemischen Zelle 205^IV , an anderen Zellen vorhanden. In einer dritten Schaltstellung, die der elektrische Schalter 233^II hat, ist die zweite elektrochemische Zelle 205^I von jeglicher Leiterbahn 229, 229^III getrennt. In der dritten Schaltstellung ist die zweite elektrochemische Zelle abgekoppelt in dem Traktionsakkumulator 201 vorhanden. In dieser dritten Schaltstellung des Schalters 233^II liefert die zweite elektrochemische Zelle 205^I keinen elektrischen Beitrag zur Gesamtenergie, die aus dem Traktionsakkumulator 201 bezogen werden kann. Weitere Zellen, wie die dritte elektrochemische Zelle 205^II , die vierte elektrochemische Zelle 205^III , die fünfte elektrochemische Zelle 205^IV , die sechste elektrochemische Zelle 205^V , sind in gleicher Weise wie die zweite elektrochemische Zelle 205^I durch Ver- bzw. Umschalten einbindbar und aus dem Array von elektrochemischen Zellen 205^I , 205^II , 205^III , 205^IV , 205^V herausnehmbar. Auf diese Art und Weise, d. h. durch Schalter 233, 233^I , 233^II , 233^III , insbesondere mit mehreren Schaltzuständen bzw. Schaltpositionen, ist es möglich, die elektrochemischen Zellen 205, 205^I , 205^II , 205^III , 205^IV , 205^V in unterschiedlichen Gruppen zusammenzuschalten (vgl. die Schaltungsbeispiele der ersten Gruppe 168 sowie der zweiten Gruppe 168^I in 2).
An einer Innenseite 245 eines Brückengliedes 243^III , das um die vierte Zelle 205^III herum angeordnet ist, liegt ein Temperatursensor 284 auf der vierten elektrochemischen Zelle 205^III auf. Der Sensor 284 ist in einem Zentrumsbereich 256, vorzugsweise auf einer Seitenfläche, wie der Seitenfläche 209^I , der vierten elektrochemischen Zelle 205^III angeordnet. Eine Leiterbahn 229^VII verbindet den Temperatursensor 284 mit einem Temperaturmessanschluss 282, der an dem Gehäuse 215 des Traktionsakkumulators 201 angeordnet ist und so von außen kontaktiert werden kann.
Drei Punkte, die in 3 als Fortsetzung von denjenigen Leiterbahnen 229, 229^V eingezeichnet sind, die sich von den Anschlusspolen 203 bzw. 203^I erstrecken, lassen erkennen, dass sich in dem durch die 3 vorgestellten Schaltungsbeispiel eines Traktionsakkumulators 201 die Verschaltung weiterer elektrochemischer Zellen, wie einer fünften Zelle (vgl. Zelle 205^IV ) und einer sechsten Zelle (vgl. Zelle 205^V ), gleichartig wie die Verschaltung der vierten Zelle 205^III fortsetzt. D. h., an der fünften elektrochemischen Zelle 205^IV und an der sechsten elektrochemischen Zelle 205^V sind ebenfalls (nicht mehr konkret eingezeichnete) Kontaktstellen, wie die Kontaktstelle 231^II , und Schalter, wie der Schalter 233^I , vorhanden, die nur noch als durch die Punkte ausgedrückt gelten sollen anstelle ihrer Darstellung durch Funktionssymbole. Die im linken Teil der Schaltung dargestellte Schaltung soll durch die Punkte als fortgesetzte Schaltung anzusehen sein. Außerdem wird durch die Punkte angezeigt, dass in einer weiteren Ausführungsform, die mehr als sechs Zellen, z. B. zwölf Zellen, umfasst, die Verschaltung der weiteren Zellen ebenfalls gleichartig zu der Verschaltung der vierten Zelle 205^III ausgebildet sein kann.
Die 4 basiert auf der 3. D. h., die Beschreibung zur 3 mit alle ihren Bezugszeichen und Bildelementen kann unmittelbar auf eine Vorstellung der 4 übertragen werden. Aus Gründen der besseren Übersicht sei auf die zuvor stehenden Ausführungen zur 3 anstelle einer erneuten Wiedergabe der Bildelemente und ihrer Bezugszeichen verwiesen.
Nachfolgend soll auf einige Abweichungen und Weiterbildungen der 4 im Vergleich mit 3 eingegangen werden.
In 4 ist ein Traktionsakkumulator 201^I gezeigt, der - aufgrund einiger Änderungen bei sonst identischer Ausbildung - eine Weiterbildung des Traktionsakkumulators 201 von 3 ist.
Dieser Traktionsakkumulator 201^I weist Verschaltungen der gleichsinnig orientierten elektrochemischen Zellen 205, 205^I , 205^II , 205^III , 205^IV , 205^V auf. Für die Erläuterung darf das Augenmerk auf die sechste elektrochemische Zelle 205^V gerichtet werden, die je nach Zählrichtung auch als erste elektrochemische Zelle bezeichnet werden kann.
Die sechste elektrochemische Zelle 205^V (sowie die fünfte Zelle 205^IV ) ist an einem ersten Ende 207" gleichartig mit einem Schalter (nicht eingezeichnet) verschaltbar wie die erste elektrochemische Zelle 205. Im Bereich eines zweiten Endes 207^III ist die Mantelfläche 211^I , die einen Pol der sechsten elektrochemischen Zelle 205^V bildet, über einen Mantelkontakt 263^II an eine Leiterbahn 229^VI angeschlossen. Die Leiterbahn 229^VI führt zu einem elektrischen Schalter 233^IV . Durch den Schalter 233^IV ist die Leiterbahn 229^VI elektrisch leitend mit einem Anschlusspol 203^II verbindbar. Der Anschlusspol 203^II ist außen an dem Gehäuse 215^I angeordnet. Ein zweiter Pol 262^II der sechsten elektrochemischen Zelle 205^V ist über eine Leiterbahn 229^IV mit einem Mantelkontakt 263^I der fünften elektrochemischen Zelle 205^IV durch ein Umschalten eines Schalters (ohne Bezugszeichen) verbindbar. Die fünfte elektrochemische Zelle 205^IV kann je nach Zählrichtung auch als zweite elektrochemische Zelle bezeichnet werden. Weitere elektrochemische Zellen sind in einer Serienschaltung bis zu dem ersten Anschlusspol 203 durchverbunden bzw. verbindbar. Die Mantelkontakte 263, 263^I werden unmittelbar von Kühlfluid 241^I , 241^II umspült.
Ein Vorteil einer elektrischen Verschaltung gemäß dem in 4 gezeigten Traktionsakkumulators 201^I besteht darin, dass mit nur einer Polkühlebene 276 die Mantelkontakte, wie der Mantelkontakt 263^II , die Teil von ersten Zellenpolen sind, und auch die zweiten Zellenpole 262^II ausreichend kühlbar sind. Die Mantelkontakte, wie der Mantelkontakt 263^II , erfahren über die Mantelflächen, wie die Mantelfläche 211^I , zusätzlich eine besonders effiziente Wärmeableitung. Die Wärmeableitung von dem Mantelkontakt 263^II erfolgt insbesondere auch über eine Kühlebene, wie die zweite Kühlebene 272, durch die der mittlere Zellenbereich 213 gekühlt wird. Damit ist eine bedarfsabhängige, insbesondere adäquate Anpassung der Kühlleistung an die Wärmeabgabe in dem Traktionsakkumulator 201^I möglich. Dynamische Wärmeableitungen durch Kühlmittelflüsse 242, 242', 242" und Wärmeabgabe durch Wärmefluss auf das Gehäuse 215 sind noch besser aufeinander abstimmbar, sodass im Dauerbetrieb z. B. mit einer geringeren Kühlmittelpumpleistung gearbeitet werden kann.
Traktionsakkumulator 201^I weist gemäß 4 einen ersten Anschlusspol 203 und vorteilhaft zwei zweite Anschlusspole 203^I , 203^II auf. Die zweiten Anschlusspole 203^I , 203^II können je nach Stellung der elektrischen Schalter, wie der Schalter 233, 233^I , 233^II , 233^III , 233^IV , wahlweise gleichzeitig oder wechselweise betrieben werden. Auch eine Spannungsfreischaltung einzelner Anschlusspole 203, 203^I , 203^II ist möglich. Damit können ein erster an den Traktionsakkumulator 201^I angeschlossener elektrischer Schaltkreis sowie ein zweiter an den Traktionsakkumulator 201^I angeschlossener elektrischer Schaltkreis (beide Schaltkreise nicht in 4 eingezeichnet), insbesondere unabhängig voneinander, mit elektrischem Strom versorgt werden und insbesondere separat voneinander abgeschaltet werden.
Um einen weiteren Anwendungsfall realisieren zu können, ist es bei einer zuvor beschriebenen Konfiguration möglich, den Stromabgriff an dem im Querschnitt rechteckigen Traktionsakkumulator 201^I wahlweise entweder im Bereich einer Langseite oder im Bereich einer Kurzseite vorzunehmen. Es ergeben sich zusätzliche Einsatzmöglichkeiten eines solchen Traktionsakkumulators, z. B. für eine elektrische Versorgung von einem Antriebsmotor und unabhängig davon, zusätzlich von einer bedarfsgerechten Versorgung eines Hilfsaggregats, wie einer Hydraulikpumpe. Andere Einsatzmöglichkeiten ergeben sich daraus, dass zwischen einer in Reihe betriebenen Anordnung von Zellen 205, 205^I , 205^II , 205^III , 205^IV , 205^V und einer parallel betriebenen Anordnung von Zellen, auch nur in Bezug auf einzelne Gruppen, gewechselt werden kann. Dank der vorhandenen Schalter, wie z. B. der Schalter 233, 233^I , 233^II , 233^III , 233^IV , bietet der Traktionsakkumulator 201^I die Möglichkeit, eine Ausgangsspannung durch ein Umschalten und Zuschalten der Anzahl der in Reihe betriebenen elektrochemischen Zellen 205, 205^I , 205^II , 205^III , 205^IV , 205^V stufenweise anzupassen.
Gemäß einer sehr vereinfachenden Weiterbildung, basierend auf einer der Schaltungen nach 3 oder 4, ist ein Traktionsakkumulator herstellbar, bei dem die Schalter, wie die Schalter 233, 233^I , 233^II , 233^III , 233^IV entbehrlich sind, z. B. wenn ein Traktionsakkumulator als Energieversorgungsquelle möglichst wenige Kontaktstellen aufweisen soll.
Wie in 4 im Zusammenhang mit der sechsten elektrochemischen Zelle 205^V angedeutet ist, kann ein erstes Ende 207^II der Zelle 205^V befreit von einem Schalter bzw. frei von einer schaltbaren elektrischen Verbindung, es kann auch gesagt werden, frei von einem schaltbaren bzw. über einen Schalter ansteuerbaren elektrischen Kontakt, der üblicherweise eine, wie stark auch immer ausgeprägte, Wärmequelle bildet, gestaltet sein. Es kann auch von einem schalterfreien Traktionsakkumulator bzw. einem Traktionsakkumulator mit schalterfreien elektrischen Leitungsverbindungen der Zellen gesprochen werden, der insbesondere vorteilhaft eine Mehrzahl von unabhängig mit Kühlmittel versorgbaren Kühlebenen, wie die Kühlebenen 270, 272, 274, 274, aufweist.
Wie zuletzt anhand der dort beschriebenen Weiterbildung beispielhaft erläutert wurde, lassen sich die in den Figuren 1, 2, 3 und 4 gezeigten Ausgestaltungsmöglichkeiten auch untereinander in beliebiger Form verbinden.
So ist es möglich, die Kühlräume, wie den Kühlraum 35, in mehrere Teilkühlräume 37, 39 zu unterteilen, z. B. durch parallele Anordnung von mehreren Brückengliedern, wie dem Brückenglied 43.
Bezugszeichenliste

1, 101, 201, 201^I: Traktionsakkumulator
3, 3^I, 103, 103^I, 203, 203^I, 203": Anschlusspol, insbesondere des Traktionsakkumulators
5, 5^I, 5^II, 5^III, 5^IV, 5^V, 105, 105^I, 105^II, 105^III, 105^IV, 105^V, 205, 205^I, 205^II, 205^III, 205^IV, 205^V: elektrochemische Zelle
7, 7^I, 107, 107^I, 207, 207^I, 207^II, 207^III: Ende einer Zelle
9, 109, 209, 209^I: Seitenfläche einer Zelle
210, 210^I: Zellenboden
11, 111, 211, 211^I: Zellenmantelfläche
13, 113, 213: mittlerer Bereich einer Zelle bzw. Mittenbereich
15, 115, 215, 215^I: Gehäuse
17, 117, 217, 217^I, 217^II: Kühlmitteleinlass
19, 119, 219, 219^I, 219^II: Kühlmittelauslass
21, 121, 221: Füllstück
23, 23^I, 123, 123^I, 223, 223^I: Komponente, insbesondere des Füllstücks
25, 25^I, 25^II, 125, 125^I, 125^II, 125^III, 125^IV, 125^V, 225, 225^I, 225^II, 225^III: Aufnahme im Füllstück
27, 27^I, 27^II, 127, 127^I, 127^II, 127^III: Stecknase, insbesondere des Füllstücks
29, 29^I, 29^II, 29^III, 29^IV, 29^V, 129, 129^I, 129^II, 129^III, 129^IV, 129^V, 229, 229^I, 229^II, 229^III, 229^IV, 229^V, 229^VI, 229^VII: Leiterbahn
31, 31^I, 31^II, 131, 131^I,: Wärmesenke, insbesondere als Teil einer Leiterbahn bzw. Kontaktstelle
131^II, 131^III, 231, 231^I, 231^II: einer Leiterbahn
33, 33^I, 33^II, 33^III, 133, 133^I, 133^II, 133^III, 233, 233^I, 233^II, 233^III, 233^IV: Schalter
35, 35^I, 35^II, 35^III, 135, 135^I, 135^II, 135^III, 235, 235^I: Kühlraum, insbesondere Teilkühlraum
136, 136¹, 136^II, 136^III, 236, 236^I: Kühlraum, insbesondere Polkühlraum bzw. Teilkühlraum
37, 137: oberer Kühlraum bzw. Kühlteilraum
138: oberer Polkühlraum
39, 139: unterer Kühlraum bzw. Kühlteilraum
140: unterer Polkühlraum
41, 141, 241, 241^I, 241^II: Kühlfluid, insbesondere Kühlmittelzufluss
42, 142, 242, 242^I, 242^II: Kühlmittelabfluss
43, 43^I, 43^II, 143, 143^I, 143^II, 243, 243^I, 243^II, 243^III: Brückenglied
144, 244: Brückenstück, insbesondere Brückendichtung
45, 145, 245: Innenseite eines Brückenglieds
47, 147, 247: Orientierungsrichtung
156, 256: Zentrumsbereich
158, 158^I, 158^II, 158^III: Randbereich
160, 160^I, 160^II, 160^IV, 260, 260^I: erster Zellenpol, insbesondere Minuspol
161, 261: Isolation
162, 162^I, 162^II, 162^III, 262, 262^I, 262^II: zweiter Zellenpol, insbesondere Pluspol
263, 263^I, 263^II: Mantelkontakt, insbesondere Seitenwandkontakt
164: Zellendurchmesser
166: Zellenachse, insbesondere Zellenachslänge
168, 168^I: Zellengruppe
169: Zellenabstand
170, 270: erste Kühlebene
172, 272: zweite Kühlebene
174, 274: dritte Kühlebene, insbesondere erste Polkühlebene
176, 276: vierte Kühlebene, insbesondere zweite Polkühlebene
180: Brückengliederstreckung, insbesondere Erstreckung in einer Orientierungsrichtung
182, 282: Temperaturmessanschluss
184, 284: Temperatursensor
190, 290: erster Zuflusszweig
191, 291: erster Abflusszweig
192: zweiter Zuflusszweig
193: zweiter Abflusszweig
194: dritter Zuflusszweig
195: dritter Abflusszweig
196: vierter Zuflusszweig
197: vierter Abflusszweig

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2394328 B1 [0004]
US 8400012 B2 [0004]
JP 2016136472 A [0007]
DE 102013218489 A1 [0010]
DE 102015201580 A1 [0010]
EP 3096372 A1 [0011]
WO 2017/067923 A1 [0011]
DE 102015013377 A1 [0011]

Claims

Traktionsakkumulator (1), insbesondere modular gestalteter Traktionsakkumulator (1), mit wenigstens einem Gehäuse (15), in dem eine Anzahl elektrochemischer Zellen (5, 5^I, 5^II, 5^III, 5^IV, 5^V), wie Lithium-Ionen-Zellen, z. B. Lithium-Zellen mit Mangan als eines der Elektrodenmaterialien, parallel zueinander in einer gleichen Orientierungsrichtung (47) angeordnet sind, wobei in einem Modul des wenigstens ein Modul umfassenden Traktionsakkumulators (1) ein Zellen (5, 5^I, 5^II, 5^III, 5^IV, 5^V) positionierendes und haltendes, insbesondere wenigstens zweigeteiltes, Füllstück (21) vorhanden ist, wobei das Füllstück (21) in einem Inneren des Gehäuses (15) in einem Teil eines für ein, vorzugsweise durchfließendes, insbesondere elektrisch nicht leitendes, Kühlfluid (41) bestimmten Kühlraums (35) in ausfüllender Weise und dadurch in einer ein Kühlfluidvolumen reduzierender Weise ortsfest vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Komponente (23) und eine zweite Komponente (23^I) des Füllstücks (21) durch ein lagehaltendes Brückenglied (43, 43^I, 43^II), insbesondere im Inneren des Kühlraums (35), zusammengehalten werden.
Traktionsakkumulator (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Brückenglied (43, 43^I, 43^II) ein wenigstens eine ringartige Einfassung umfassendes Stülp- oder Steckglied ist, das sich in den Kühlraum (35) erstreckt.
Traktionsakkumulator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Teil des Kühlraums (35) ein oberster Teilkühlraum (37) und Teil des Kühlraums (35) ein unterster Teilkühlraum (39) ist, zwischen denen gegebenenfalls wenigstens ein weiterer Teilkühlraum vorhanden ist.
Traktionsakkumulator (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass alle Teilkühlräume (37, 39) für ein Durchströmen des gleichen Kühlfluids (41), vorzugsweise in eine gleiche Strömungsrichtung, insbesondere durch umgewälztes Kühlfluid (41), gestaltet sind.
Traktionsakkumulator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Komponente (23) und/oder die zweite Komponente (23^I) mit elektrischen Leiterbahnen (29, 29^I, 29^II, 29^III, 29^IV, 29^V) bestückt sind/ist, wobei vorzugsweise Schalter (33, 33^I, 33^II, 33^III), wie elektrische oder elektronische Schalter, in zumindest einer der Komponenten (23, 23^I) integriert sind, die eine Parallelverschaltung und/oder eine Serienverschaltung von elektrochemischen Zellen (5, 5^I, 5^II, 5^III, 5^IV, 5^V) erlauben.
Traktionsakkumulator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Brückenglied (43, 43^I, 43^II) ein, insbesondere mit einer elektrischen Verbindung ausgestattetes, Spritzgussteil ist und vorzugsweise wenigstens eine der Komponenten (23, 23^I) ein extrudiertes, insbesondere ein offenporiges, Kunststoffteil umfasst.
Traktionsakkumulator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Brückenglied (43, 43^I, 43^II) wenigstens eine Innenfläche aufweist, die eine Halteoberfläche für eine, insbesondere eine Höhe einer elektrochemischen Zelle (5, 5^I, 5^II, 5^III, 5^IV, 5^V) definierenden, Seitenfläche (9) wenigstens einer elektrochemischen Zelle (5, 5^I, 5^II, 5^III, 5^IV, 5^V) darstellt.
Traktionsakkumulator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der elektrochemischen Zellen (5, 5^I, 5^II, 5^III, 5^IV, 5^V), vorzugsweise alle elektrochemische Zellen (5, 5^I, 5^II, 5^III, 5^IV, 5^V), eine Rundzelle mit einem zylindrischen Außenmantel (11) als Zellgehäuse ist.
Traktionsakkumulator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Brückenglied (43, 43^I, 43^II) in einem mittleren Bereich (13) einer längsten Erstreckung einer elektrochemischen Zelle (5, 5^I, 5^II, 5^III, 5^IV, 5^V) angeordnet ist.
Traktionsakkumulator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kühlung der elektrochemischen Zellen (5, 5^I, 5^II, 5^III, 5^IV, 5^V) sowohl über eine Kontaktkühlung mittels Kühlfluid (41) als auch durch Wärmeabfuhr über Leiterbahnen (29, 29^I, 29^II, 29^III, 29^IV, 29^V), insbesondere in der ersten Komponente und/oder zweiten Komponente verlaufende Leiterbahnen (29, 29^I, 29^II, 29^III, 29^IV, 29^V), erfolgt.
Methode der Positionierung von elektrochemischen Zellen (5, 5^I, 5^II, 5^III, 5^IV, 5^V) eines Traktionsakkumulators (1), insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrochemischen Zellen (5, 5^I, 5^II, 5^III, 5^IV, 5^V), die in einem mehrteiligen Kühlraum angeordnet sind, der von einem Kühlfluid (41), insbesondere gleichsinnig, durchströmt wird, durch ein Brückenglied (43, 43^I, 43^II), insbesondere in einem mittleren Abschnitt (13) der elektrochemischen Zellen (5, 5^I, 5^II, 5^III, S^IV, 5^V), in Lage gehalten werden, wobei das Brückenglied (43, 43^I, 43^II) ebenso eine erste (23) und eine zweite Komponente (23^I), die einen Hohlraum eines Volumens eines Gehäuses (15) des Traktionsakkumulators (1) ausfüllen, in Lage hält.