DE102019202132A1

DE102019202132A1 - Akkumulator

Info

Publication number: DE102019202132A1
Application number: DE102019202132.8A
Authority: DE
Inventors: Dieter Reisinger
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2019-02-18
Filing date: 2019-02-18
Publication date: 2020-08-20

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Akkumulator (1), der ein Gehäuse (2) mit zumindest zwei in einer Abstandsrichtung (4) gegenüberliegenden Gehäusewänden (3) aufweist, wobei zwischen den Gehäusewänden (3) ein Zellpaket (6) des Akkumulators (1) mit zumindest zwei Akkumulatorzellen (7) angeordnet ist. Eine vereinfachte Herstellung des Akkumulators (1) und/oder reduzierte Beschädigungsgefahr des Zellpakets (6) werden dadurch erreicht, dass das Zellpaket (6) in Abstandsrichtung (4) kleiner dimensioniert ist als ein Abstand (5) der Gehäusewände (3), wobei eine Federeinrichtung (11) das Zellpaket (6) zwischen den Gehäusewänden (3) vorspannt.
Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Akkumulators (1).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Akkumulator, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem Gehäuse sowie einem Zellpaket, das im Gehäuse aufgenommen ist und zumindest zwei nebeneinander angeordnete Akkumulatorzellen aufweist. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Akkumulators.
Batterien, die im Betrieb beladen und entladen werden, also Akkumulatoren, gewinnen in einer zunehmenden Anzahl von Anwendungsgebieten an Bedeutung. Hierzu zählen mobile Anwendungen, insbesondere Kraftfahrzeuge. Derartige Akkumulatoren weisen üblicherweise mehrere Akkumulatorzellen auf, welche miteinander elektrisch kontaktiert und in einem Gehäuse des Akkumulators aufgenommen sind. Bekannt ist es, mehrere derartige Akkumulatorzellen in einem Zellpaket zusammenzufassen, so dass diese gemeinsam und/oder modular in das Gehäuse eingebracht werden können. Das jeweilige Zellpaket ist dann zwischen zwei Gehäusewänden des Gehäuses aufgenommen.
Um das Zellpaket zwischen den zugehörigen Gehäusewänden sicher zu halten, ist es, beispielsweise aus der DE 10 2016 125 109 A1 , bekannt, im Zellpaket oder am Zellpaket anschließend elastisch verformbare Kompressionselemente vorzusehen, welche beim zwischen den Gehäusewänden eingesetzten Zustand das Zellpaket entlang der Abstandsrichtung der zugehörigen Gehäusewände vorspannen und somit im Gehäuse halten.
Bei der Herstellung des Akkumulators ist es daher notwendig, das Zellpaket mit den Kompressionselementen zu komprimieren, um das Zellpaket zwischen den Gehäusewänden einschieben zu können. Dies führt zu einer Krafteinwirkung auf die Akkumulatorzellen während des Einschiebevorgangs sowie zu einer erhöhten Reibung zwischen den Stirnseiten des Zellpakets und den zugehörigen Gehäusewänden. Aus diesem Grund können Beschädigungen des Zellpakets, insbesondere der Akkumulatorzellen, auftreten.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit der Aufgabe, für einen Akkumulator der eingangs genannten Art sowie für ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Akkumulators verbesserte oder zumindest andere Ausführungsformen anzugeben, welche sich insbesondere durch eine vereinfachte Herstellung und eine reduzierte Beschädigungsgefahr des Akkumulators, insbesondere des Zellpakets, auszeichnen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, bei einem Akkumulator mit einem Gehäuse, das zwei Gehäusewände aufweist, zwischen denen ein Zellpaket angeordnet ist, den Abstand zwischen den Gehäusewänden größer zu wählen als eine entsprechende Ausdehnung des Zellpakets und nach dem Anordnen des Zellpakets zwischen den Gehäusewänden zumindest eine Federeinrichtung auf eine der Gehäusewände und auf das Zellpaket zum Vorspannen des Zellpakets in Richtung der anderen Gehäusewand einzusetzen. Auf diese Weise wird ein einfaches Einbringen des Zellpakets zwischen den Gehäusewänden, insbesondere ohne zwischen den Gehäusewänden und dem Zellpaket entstehende Reibung und/oder frei von in einer Abstandsrichtung der Gehäusewände auf das Zellpaket einwirkende Kräfte, erreicht, so dass entsprechende Beschädigungen des Zellpakets verhindert oder zumindest reduziert sind und die Herstellung des Akkumulators vereinfacht ist. Ist das Zellpaket zwischen den Gehäusewänden angeordnet, befindet sich das Zellpaket insbesondere in einer Endposition, wirkt die zumindest eine Federeinrichtung zwischen einer der zugehörigen Gehäusewände und dem Zellpaket derart, dass das Zellpaket in Richtung der anderen Gehäusewand verspannt und somit sicher im Gehäuse gehalten ist. Mit der Federeinrichtung ist es ferner möglich, im Betrieb des Akkumulators auftretende, thermisch oder thermomechanisch bedingte Spannungen innerhalb des Akkumulators, insbesondere innerhalb des Zellpakets, auszugleichen. Auf diese Weise werden/wird also ferner die Effizienz des Akkumulators und/oder dessen Beständigkeit verbessert.
Dem Erfindungsgedanken entsprechend weist der Akkumulator also das Gehäuse auf, welches die beiden Gehäusewände aufweist, die in der Abstandsrichtung gegenüberliegend angeordnet sind. Zwischen den Gehäusewänden ist das vom Gehäuse separate Zellpaket angeordnet und aufgenommen, wobei das Zellpaket zumindest zwei nebeneinander angeordnete Akkumulatorzellen aufweist, welche insbesondere aufeinanderfolgend angeordnet sind. Ein Abstand der Gehäusewände in Abstandsrichtung ist dabei größer als eine in Abstandsrichtung verlaufende Breite des Zellpakets, das zwischen diesen Gehäusewänden angeordnet ist, wobei diese Breite nachfolgend auch als Zellen-Breite bezeichnet wird. Zwischen wenigstens einer der Gehäusewände und einer dieser Gehäusewand zugewandten Stirnseite des Zellpakets ist ferner eine Federeinrichtung angeordnet, die das Zellpaket in Richtung der anderen Gehäusewand vorspannt.
Der Abstand und die Zellbereite sind bevorzugt derart, dass das Zellpaket nach dem Einbringen des Zellpakets in das Gehäuse zwischen dem Zellpaket und wenigstens einer der Gehäusewände ein Spalt vorhanden ist. In diesem Spalt ist die Federeinrichtung angeordnet, wird die Federeinrichtung eingebracht.
Die jeweilige Akkumulatorzelle weist vorteilhaft zumindest eine Elektrode und wenigstens ein aktives Material auf. Die jeweilige Akkumulatorzelle kann prinzipiell beliebig ausgestaltet sein. Insbesondere handelt es sich bei zumindest einem Teil der Akkumulatorzellen, bevorzugt bei der jeweiligen Akkumulatorzelle, um eine Pouchzelle, welche eine verformbare Folie, insbesondere aus Metall oder einer Legierung, aufweist, in welcher die zumindest eine Elektrode und das zumindest eine aktive Material aufgenommen sind. Ebenso ist es vorstellbar, dass zumindest eine der Akkumulatorzellen als eine prismatische Zelle mit einem Gehäuse aus einem Metall oder Legierung ausgebildet ist, wobei im Gehäuse die zumindest eine Elektrode und das zumindest eine aktive Material aufgenommen sind.
Bevorzugt sind die Akkumulatorzellen des jeweiligen Zellpakets in einer Stapelrichtung aufeinanderfolgend angeordnet. Hierbei können die in Stapelrichtung benachbarten Akkumulatorzellen unmittelbar aneinander angrenzen. Vorstellbar ist es auch, zwischen zumindest zwei der Akkumulatorzellen ein Zwischenstück, beispielsweise ein insbesondere in Stapelrichtung komprimierbares Kompressionselement und/oder ein Wärmeleitblech, anzuordnen, wobei dieses wiederum Teil des Zellpakets sind.
Die Stapelrichtung des Zellpakets verläuft vorteilhaft entlang der Abstandsrichtung der zugehörigen Gehäusewände, insbesondere parallel dazu. Vorstellbar sind auch Ausführungsformen, bei denen die Stapelrichtung geneigt oder quer zur Abstandsrichtung verläuft.
Bei den Gehäusewänden des Gehäuses kann es sich jeweils um eine Innenwand oder eine Außenwand handeln. Insbesondere ist es vorstellbar, das Zellpaket zwischen einer Innenwand und einer Außenwand, zwischen zwei Innenwänden oder zwischen zwei Außenwänden des Gehäuses anzuordnen. Denkbar sind auch Ausführungsformen, bei denen das Gehäuse mehrere in Abstandsrichtung zueinander beabstandete Gehäusewände aufweist, wobei zumindest zwei in Abstandsrichtung gegenüberliegende Gehäusewände ein Fach für ein zugehöriges Zellpaket begrenzen.
Bei bevorzugten Ausführungsformen ist die Federeinrichtung zwischen einer ersten Stellung und einer zweiten Stellung verstellbar, wobei die Federeinrichtung in der zweiten Stellung das Zellpaket auf besagter Weise vorspannt und in der ersten Stellung auf das Zellpaket nicht oder mit einer reduzierten Federkraft einwirkt. Somit ist es möglich, die Federeinrichtung in der ersten Stellung in das Gehäuse zwischen der Gehäusewand und der zugehörigen Stirnseite des Zellpakets anzuordnen und erst dann in die zweite Stellung zu verstellen, so dass die entsprechende Vorspannung erst dann realisiert ist, wenn sich das Zellpaket und die Federeinrichtung bereits im Gehäuse befinden. In der Folge werden die benötigten Kräfte und/oder entstehende Reibungen und die daraus resultierenden Beschädigungen des Zellpakets und/oder der Federeinrichtung besonders wirksam verhindert oder zumindest reduziert.
Die Federeinrichtung kann hierbei in der ersten Stellung eine in Abstandsrichtung verlaufende erste Federbreite und in der zweiten Stellung eine in Abstandsrichtung verlaufende zweite Federbreite aufweisen, wobei die erste Federbreite kleiner ist als die zweite Federbreite. Die Federeinrichtung wird also in der ersten Stellung zwischen der Gehäusewand und der Stirnseite eingebracht und anschließend zum Vorspannen des Zellpakets in die zweite Stellung verstellt.
Die Verstellung der Federeinrichtung zwischen den beiden Stellungen kann prinzipiell beliebige ausgestaltet sein.
Bevorzugt ist es, wenn die Federeinrichtung ein Federelement aufweist, welches zwischen der ersten Stellung und der zweiten Stellung verstellbar ist, und beim im Gehäuse eingesetzten, zwischen der Gehäusewand und der zugehörigen Stirnseite des Zellpakets angeordneten Zustand in die zweite Stellung verstellt ist.
Als vorteilhaft erweist sich ein Federelement, das einen Wandfederabschnitt und einen Zellfederabschnitt aufweist, wobei in der zweiten Stellung des Federelements der Wandfederabschnitt auf die zugehörige Gehäusewand und der Zellfederabschnitt auf die zugehörige Stirnseite des Zellpakets einwirkt, um die Vorspannung zu erzielen. Der Wandfederabschnitt und der Zellfederabschnitt sind hierbei bevorzugt in Abstandsrichtung zueinander beabstandet.
Das Federelement weist bevorzugt ferner eine am Wandfederabschnitt anschließende und in Richtung des Zellfederabschnitts abstehende erste Teilaufnahme und eine am Zellfederabschnitt anschließende und in Richtung des Wandfederabschnitts abstehende zweite Teilaufnahme auf. Die Teilaufnahmen bilden in der ersten Stellung des Federelements eine Aufnahme, in welcher ein Fixierelement aufgenommen ist. Die Teilaufnahmen können also jeweils auch als Aufnahmeabschnitte bezeichnet werden, welche in der ersten Stellung des Federelements gemeinsam die Aufnahme bilden. In der ersten Stellung wirken die Teilaufnahmen federnd auf das Fixierelement und halten dieses somit kraftschlüssig, so dass das Federelement in der ersten Stellung fixiert ist. Das Zusammenwirken der Teilaufnahmen und des Fixierelements ist dabei derart, dass bei einem Entfernen des Fixierelements aus der Teilaufnahme das Federelement selbsttätigend in die zweite Stellung verstellt wird. Dies erfolgt vorzugsweise derart, dass beim Entfernen des Fixierelements aus der Teilaufnahme die erste Teilaufnahme und die zweite Teilaufnahme in entgegengesetzten Richtungen verstellt werden, so dass der Wandfederabschnitt und der Zellfederabschnitt in entgegengesetzten Richtungen, vorzugsweise entlang der Abstandsrichtung, bedingt durch die Federkraft des Federelements an sich, bewegt werden.
Die Aufnahme verläuft vorteilhaft quer zur Abstandsrichtung, so dass das Fixierelement entsprechend quer zur Abstandsrichtung in der Aufnahme eingesetzt ist und wieder aus der Aufnahme entfernt werden kann. Dies führt zu einer erheblichen Vereinfachung des Entfernens des Fixierelements aus der Aufnahme zum Verstellen des Federelements in die zweite Stellung, so dass die Herstellung des Akkumulators erheblich vereinfacht ist.
Die jeweilige Teilaufnahme kann prinzipiell eine beliebige Form aufweisen.
Bevorzugt weist zumindest eine der Teilaufnahmen, besonders bevorzugt die jeweilige Teilaufnahme, eine gekrümmte Form auf, um in der ersten Stellung die Aufnahme auszubilden. Als vorteilhaft gelten hierbei Ausführungsformen, bei denen beide Teilaufnahmen eine gekrümmte Form aufweisen, wobei die Teilaufnahmen bevorzugt relativ zueinander entgegengesetzt gekrümmt sind.
Der Wandfederabschnitt und/oder der Zellfederabschnitt sind, wie erwähnt, in Abstandsrichtung zueinander beabstandet. Der Wandfederabschnitt und/oder der Zellfederabschnitt verlaufen hierbei geneigt oder quer zur Abstandsrichtung und bilden bevorzugt jeweils eine Fläche, welche auf die zugehörige Gehäusewand oder auf die zugehörige Stirnseite des Zellpakets einwirkt. Vorteilhaft ist es hierbei, wenn in der zweiten Stellung des Federelements der Wandfederabschnitt flächig auf die zugehörige Gehäusewand einwirkt, insbesondere flächig auf der zugehörigen Gehäusewand liegt und/oder wenn der Zellfederabschnitt flächig auf die zugehörige Stirnseite des Zellpakets einwirkt.
Bei vorteilhaften Ausführungsformen weist das Federelement zumindest zwei quer zur Abstandsrichtung aufeinanderfolgende solche Wandfederabschnitte auf, welche mit einem gemeinsamen Grundabschnitt verbunden sind, wobei der Grundabschnitt quer zur Abstandsrichtung verläuft. Somit ist es möglich, quer zur Abstandsrichtung auf die zugehörige Gehäusewand einzuwirken, so dass quer zur Abstandsrichtung ein homogeneres Vorspannen realisiert ist.
Alternativ oder zusätzlich kann das Federelement zumindest zwei quer zur Abstandsrichtung aufeinanderfolgende Zellfederabschnitte aufweisen, die mit einem gemeinsamen Grundabschnitt verbunden sind, der quer zur Abstandsrichtung verläuft. Auch dies führt zu einem homogeneren Einwirken und somit Vorspannen quer zur Abstandsrichtung. Dabei können die Wandfederabschnitte und die Zellfederabschnitte einen gemeinsamen Grundabschnitt aufweisen.
Besonders bevorzugt sind Ausführungsformen, bei denen quer zur Abstandsrichtung Wandfederabschnitte und Zellfederabschnitte abwechselnd angeordnet sind. Dies führt zu einer kompakten Bauweise des Federelements und/oder einer vorteilhaft homogenen Vorspannung des Zellpakets.
Das jeweilige Fixierelement kann prinzipiell beliebig ausgestaltet sein.
Eine einfache Handhabung der Federeinrichtung lässt sich realisieren, wenn das Fixierelement als ein Bolzen ausgebildet ist, der in der ersten Stellung des Federelements in der Aufnahme aufgenommen ist. Somit lässt sich das Fixierelement vereinfacht aus der Aufnahme entfernen und somit das Federelement in die zweite Stellung verstellen.
Prinzipiell kann die jeweilige Federeinrichtung unmittelbar auf die Stirnseite des Zellpakets einwirken. Insbesondere ist es vorstellbar, dass die Federeinrichtung unmittelbar auf einer der Akkumulatorzellen, die an der zugehörigen Stirnseite angeordnet ist, einwirkt.
Bevorzugt sind Ausführungsformen, bei denen die Federeinrichtung auf eine Endplatte einwirkt, welche zwischen der Federeinrichtung und der in Abstandsrichtung nächstbenachbarten Akkumulatorzelle angeordnet ist. Die Endplatte verhindert also einerseits, dass die Federeinrichtung die Akkumulatorzelle beschädigt und sorgt andererseits für eine gleichmäßige, flächige Vorspannung des Zellpakets. Die Endplatte kann Bestandteil des Zellpakets oder davon separat sein, wobei in letzterem Fall der Abstand zwischen den Gehäusewänden größer ist als die Summe aus der Zellbreite und der entsprechenden Breite der Endplatte.
Bevorzugt sind hierbei Ausführungsformen, bei denen die Akkumulatorzellen des Zellpakets in Abstandsrichtung zwischen zwei solchen Endplatten angeordnet sind.
Das Federelement kann prinzipiell mehrteilig ausgebildet sein, wobei die unterschiedlichen Teile anschließend miteinander, beispielsweise stoffschlüssig, verbunden sind.
Bevorzugt sind Ausführungsformen, bei denen das Federelement einstückig und materialeinheitlich, das heißt aus einem zusammenhängenden Ausgangsmaterial, hergestellt ist. Insbesondere ist es vorstellbar, das Federelement aus einem Blech oder aus einer Metallplatte, beispielsweise durch Freischneiden und Umformen, herzustellen.
Bevorzugt ist es, wenn zwischen einer der Gehäusewände und der der Gehäusewand zugewandten Stirnseite des Zellpakets eine solche Federeinrichtung angeordnet ist, wohingegen zwischen der anderen Gehäusewand und der dieser Gehäusewand zugewandten Stirnseite des Zellpakets keine solche Federeinrichtung angeordnet ist. Somit lässt sich der Akkumulator bei ausreichend Vorspannung des Zellpakets einfach und kostengünstig herstellen.
Denkbar ist es auch, zwischen der jeweiligen Gehäusewand und der ihr zugewandten Stirnseite des Zellpakets eine solche Federeinrichtung anzuordnen. Somit wird für die jeweilige Federeinrichtung eine reduzierte Vorspannkraft benötigt, so dass kostengünstigere Federeinrichtungen eingesetzt werden können.
Denkbar ist es, dass wenigstens eine der Gehäusewände eine Vertiefung aufweist, in der die zugehörige Federeinrichtung zumindest teilweise aufgenommen ist. Somit ist eine Anordnung und Positionierung der Federeinrichtung im Gehäuse vereinfacht. Alternativ oder zusätzlich kann die Federeinrichtung, insbesondere das Federelement, beispielsweise über den Grundabschnitt, zwischen der zugehörigen Gehäusewand und dem Zellpaket, gegebenenfalls unter Einsatz eines separaten Klemmelements, eingeklemmt sein.
Der Akkumulator kann in jeder beliebigen Anwendung zum Einsatz kommen. Zu denken ist an einem Einsatz des Akkumulators in einem Kraftahrzeugs, in dem der Akkumulator Bestandteil einer Antriebsvorrichtung zum Antreiben des Kraftfahrzeugs sein kann.
Es versteht sich, dass neben dem Akkumulator auch das Verfahren zum Herstellen des Akkumulators zum Gegenstand dieser Erfindung gehört. Dabei wird zunächst das Zellpaket, gegebenenfalls die zumindest eine separate Endplatte, zwischen den Gehäusewänden angeordnet und die zumindest eine Federeinrichtung anschließend in die zweite Stellung verstellt, um das Zellpaket zwischen den Gehäusewänden vorzuspannen.
Die jeweilige Federeinrichtung kann nach dem Anordnen des Zellpakets zwischen den Gehäusewänden, vor dem Anordnen des Zellpakets zwischen den Gehäusewänden oder gemeinsam mit dem Zellpaket entsprechend zwischen den Gehäusewänden positioniert werden. Bevorzugt ist es in jedem Fall, wenn die Verstellung der Federeinrichtung in die zweite Stellung erst dann erfolgt, wenn sich das Zellpaket, gegebenenfalls auch die zumindest eine Endplatte, bereits zwischen den Gehäusewänden befindet, so dass eine weitere Bewegung bzw. Verschiebung des Zellpakets, gegebenenfalls der zumindest einen Endplatte, quer zur Abstandsrichtung nicht mehr notwendig ist, das Zellpaket sich also in der Endposition befindet.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
Es zeigen, jeweils schematisch

1 eine Teilansicht eines Akkumulators während der Herstellung des Akkumulators in isometrischer Darstellung,
2 eine Seitenansicht einer Federeinrichtung des Akkumulators in einem ersten Zustand,
3 eine Seitenansicht der Federeinrichtung in einem zweiten Zustand bei einem anderen Ausführungsbeispiel der Federeinrichtung,
4 einen Schnitt durch den Akkumulator im Bereich der Federeinrichtung,
5 eine isometrische Ansicht der Federeinrichtung.

Ein Akkumulator 1, wie er beispielsweise in 1 gezeigt ist, weist ein Gehäuse 2 auf. Das Gehäuse 2 weist zumindest zwei Gehäusewände 3 auf, welche in einer Abstandsrichtung 4 zueinander beabstandet sind, so dass sich in Abstandsrichtung 4 zwei Gehäusewände 3 gegenüberliegen. Die gegenüberliegenden Gehäusewände 3 weisen einen in Abstandsrichtung 4 verlaufenden Abstand 5 auf. Zwischen diesen Gehäusewänden 3 ist ein Zellpaket 6 mit zumindest zwei nebeneinander angeordneten Akkumulatorzellen 7 angeordnet. Zwischen den gegenüberliegenden Gehäusewänden 3 ist also ein Fach 17 für das zugehörige Zellpaket 6 ausgebildet. Somit ist eine in Abstandsrichtung 4 endseitige Stirnseite 9 der Zellpakets einer der Gehäusewände 3 und die andere in Abstandsrichtung 4 endseitige Stirnseite 9 des Zellpakets der anderen Gehäusewand 3 zugewandt. Das Zellpaket 6 weist eine in Abstandsrichtung 4 verlaufende Zellenbreite 8 auf, wobei die Zellenbreite 8 kleiner ist als der Abstand 5 zwischen den Gehäusewänden 3. Da die Zellenbreite 8 kleiner ist als der Abstand 5, ist zumindest eine der Stirnseiten 9 in Abstandsrichtung 4 zu der ihr gegenüberliegenden Gehäusewand 3 und somit der zugehörigen Gehäusewand 3 beabstandet.
Zur Herstellung des Akkumulators 1 wird zunächst das Zellpaket 6 quer zur Abstandsrichtung 4 in einer Einschubrichtung 10 zwischen den Gehäusewänden 3 angeordnet, insbesondere eingeschoben. Da die Zellenbreite 8 kleiner ist als der Abstand 5, erfolgt dieses Einschieben ohne Reibung zwischen dem Zellpaket 6 und den Gehäusewänden 3 sowie ohne Krafteinwirkung auf das Zellpaket 6 entlang der Abstandsrichtung 4.
Der Akkumulator 1 weist ferner eine Federeinrichtung 11 auf, die beispielhaft in den 2 und 3 dargestellt ist. Zwischen wenigstens einer der Gehäusewände 3 und der zugehörigen Stirnseite 9 des Zellpakets 6 ist eine solche Federeinrichtung 11 angeordnet, welche im fertig montierten Zustand des Akkumulators auf die ihr zugewandte Stirnseite 9 des Zellpakets 6 einwirkt und somit das Zellpaket 6 in Richtung der anderen Gehäusewand 3 vorspannt.
2 zeigt eine erste Stellung 12 und 3 eine zweite Stellung 13 der Federeinrichtung 11. Die Federeinrichtung 11 weist in der ersten Stellung 12 eine in Abstandsrichtung 4 verlaufende erste Breite 14, nachfolgend auch erste Federbreite 14 genannt, und in der zweiten Stellung 13 eine in Abstandsrichtung 4 verlaufende zweite Breite 15, nachfolgend auch zweite Federbreite 15 genannt, auf, welche größer ist als die erste Federbreite 14. Die erste Federbreite 14 ist derart gewählt, dass die Federeinrichtung 11 beim im Gehäuse 2 zwischen der zugehörigen Gehäusewand 3 und der zugehörigen Stirnseite 9 angeordneten Zustand und in der ersten Stellung 12 in Abstandsrichtung 4 zur zugehörigen Stirnseite 9 und/oder zur zugehörigen Gehäusewand 3 beabstandet ist. Auf dieser Weise kann die Federeinrichtung 11 in der ersten Stellung 12 zwischen der zugehörigen Gehäusewand 3 und der zugehörigen Stirnseite 9 positioniert, insbesondere eingeschoben, werden, ohne auf die zugehörige Stirnseite 9 einzuwirken und somit das Zellpaket 6 vorzuspannen. Zumindest ist die Kraft, mit welcher die Federeinrichtung 11 auf das Zellpaket 6 wirkt, in der ersten Stellung 12 kleiner, vorzugsweise erheblich kleiner, als in der zweiten Stellung 13. Das Vorspannen des Zellpakets 6 mit Hilfe der Federeinrichtung 11 erfolgt in der zweiten Stellung 13 der Federeinrichtung 11, in welcher die Federeinrichtung 11 einerseits auf die zugehörige Gehäusewand 3 und andererseits auf die zugehörige Stirnseite 9 einwirkt. Dabei wird die Federeinrichtung 11 bevorzugt in der ersten Stellung 12 zwischen der zugehörigen Gehäusewand 3 und der zugehörigen Stirnseite 9 positioniert werden und erst dann in die zweite Stellung 13 verstellt, wenn das Zellpaket 6 eine für sie bestimmte Endposition 16 zwischen den Gehäusewänden 3 erreicht hat. Die Endposition 16 ist insbesondere diejenige Position des Zellpakets 6, bei der keine Verschiebungen des Zellpakets 6 entlang der Einschubrichtung 10 mehr erfolgen.
Wie in 1 gezeigt, kann zwischen einer der Gehäusewände 3 und der ihr in Abstandsrichtung 4 nächstbenachbarten Akkumulatorzelle 7 eine Endplatte 18 angeordnet sein, welche diese Akkumulatorzelle 7, vorzugsweise flächig, abdeckt. Die Endplatte 18 ist vorzugsweise Bestandteil des Zellpakets 6, so dass sie die Stirnseite 9 des Zellpakets 6 bildet, welche der Gehäusewand 3 gegenüberliegend angeordnet ist und die Zellenbreite 8 definiert. Vorstellbar ist es auch, dass die Endplatte 18 ein vom Zellpaket 6 separater Bestandteil des Akkumulators 1 ist. In diesem Fall ist der Abstand 5 zwischen den Gehäusewänden 3 größer als die Summe aus der Zellenbreite 8 und eine in Abstandsrichtung 4 verlaufenden Plattenbreite 19 der Endplatte 18. Da die Endplatte 18 Bestandteil des Zellpakets 6 oder vom Zellpaket 6 separat sein kann, sind in 1 für das Zellpaket 6 im Bereich der Endplatte 18 entsprechend zwei verschiedene Stirnseiten 9 sowie zwei verschiedene Zellbreiten 8 angegeben.
In 1 ist ferner zu erkennen, dass das Gehäuse 1 dem Fach 17, in dem das gezeigte Zellpaket 6 angeordnet ist, in Abstandsrichtung 4 benachbart ein weiteres Fach 17 aufweist, in welchem wiederum ein weiteres, nicht gezeigtes Zellpaket 6 angeordnet sein kann, wobei in diesem Fach 17 ebenfalls eine Endplatte 18 zwischen der sichtbaren Gehäusewand 3 und der ihr in Abstandsrichtung 4 nächstbenachbarten, nicht gezeigten Akkumulatorzelle 7 angeordnet ist.
Wie 1 ferner entnommen werden kann, kann der Akkumulator 1 eine Steuerungselektronik 20 aufweisen, die in Einschubrichtung 10 stirnseitig des Zellpakets 6 angebracht sein kann.
4 zeigt einen Schnitt durch den Akkumulator 1 im Bereich zwischen der außenseitigen Gehäusewand 3 und dem Zellpaket 6. Wie in 4 zu erkennen ist, kann die der Federeinrichtung 11 zugehörige Gehäusewand 3 für die Federeinrichtung 11 eine zugehörige Vertiefung 21 aufweisen, welche von der ihr gegenüberliegenden Stirnseite 9 weggerichtet ist und in welcher die Federeinrichtung 11 zumindest teilweise angeordnet ist. Wie 4 ferner entnommen werden kann, können die Akkumulatorzellen 7 des jeweiligen Zellpakets 6 in einer Stapelrichtung 22 aufeinanderfolgend angeordnet sein, wobei die Stapelrichtung 22 bei den gezeigten Beispielen entlang bzw. parallel zur Abstandsrichtung 4 verläuft.
Die jeweilige Akkumulatorzelle 7 kann als eine Pouchzelle 23 ausgebildet sein. Zudem können zwischen in Stapelrichtung 2 aufeinanderfolgende Akkumulatorzellen 7 Zwischenstücke 24, insbesondere Kompressionselemente 25 angeordnet sein, welche in Stapelrichtung 22 und/oder in Abstandsrichtung 4 kompressibel sind. Ebenso können die Zwischenstücke 24 als Wärmeleitelemente 26, die aus Blech hergestellt sein können, ausgebildet sein.
Wie den 2 bis 5 entnommen werden kann, weist die Federeinrichtung 11 ein Federelement 27 auf. Das Federelement 27 ist zwischen der ersten Stellung 12 und der zweiten Stellung 13 verstellbar. Das gezeigte Federelement 27 weist einen Wandfederabschnitt 28 und einen Zellfederabschnitt 29 auf, welche in Abstandsrichtung 4 zueinander beabstandet sind. Der Wandfederabschnitt 28 und der Zellfederabschnitt 29 erstrecken sich quer zur Abstandsrichtung 4 und sind jeweils mit einem Grundabschnitt 30 verbunden, wobei die gezeigten Federelemente 27 für den Wandfederabschnitt 28 und den Zellfederabschnitt 29 einen gemeinsamen Grundabschnitt 30 aufweisen, der quer zur Abstandsrichtung 4, vorliegend auch quer zur Einschubrichtung 10 zum Wandfederabschnitt 28 und Zellfederabschnitt 29 beabstandet ist und von dem der Wandfederabschnitt 28 und der Zellfederabschnitt 29 abstehen. Am Wandfederabschnitt 28 anschließend weist das Federelement 27 eine erste Teilaufnahme 31 auf, welche in Richtung des Zellfederabschnitts 29 absteht. Am Zellfederabschnitt 29 schließt eine zweite Teilaufnahme 32 des Federelements 27 an, die in Richtung des Wandfederabschnitts 28 absteht. Die Teilaufnahmen 31, 32 sind im gezeigten Beispiel auf der vom Grundabschnitt 30 abgewandten Seite des Wandfederabschnitts 28 bzw. des Zellfederabschnitts 29 angeordnet. Die Teilaufnahmen 31, 32 sind im gezeigten Beispiel gekrümmt ausgebildet, wobei sie einander entgegengesetzte Krümmungen aufweisen. Die Teilaufnahmen 31, 32 bilden, wie in 2 gezeigt, in der ersten Stellung 12 des Federelements 27 eine Aufnahme 33, in welcher ein als ein Bolzen 34 ausgebildetes Fixierelement 35 aufgenommen ist. Das Fixierelement 35 ist vom Federelement 27 separat und kann somit aus der Aufnahme 33, insbesondere quer zur Abstandsrichtung 4, insbesondere entlang der Einschubrichtung 10, entfernt, insbesondere rausgezogen werden. Wird das Fixierelement 35 aus der Aufnahme 33 entfernt, wird die Aufnahme 33 aufgrund der Federwirkung des Federelements 27 geschlossen, so dass der Wandfederabschnitt 28 und der Zellfederabschnitt 29 entlang der Abstandsrichtung 4 in entgegengesetzten Richtungen vorgespannt werden. Dabei wirkt, wie in 4 gezeigt, der Wandfederabschnitt 28 auf die zugehörige Gehäusewand 3 und der Zellfederabschnittabschnitt 29 auf die zugehörige Stirnseite 9 ein, um das Zellpaket 6 in Richtung der gegenüberliegenden Gehäusewand 3 vorzuspannen.
Beim in 4 gezeigten Beispiel wirkt die Federeinrichtung 11 mit dem Federelement 27 unmittelbar auf die Gehäusewand 3, im gezeigten Beispiel in der Vertiefung 21, und die Endplatte 18 ein. Hierbei liegt der Wandfederabschnitt 28 flächig an der Gehäusewand 3 und der Zellfederabschnitt 29 flächig an der Endplatte 18 an.
Wie 4 ferner entnommen werden kann, ist das Federelement 27 über den Grundabschnitt 30 im Gehäuse 2 kraftschlüssig und/oder formschlüssig gehalten, insbesondere zwischen der Gehäusewand 3 und einem Klemmelement 36 geklem mt.
In den 2 und 3 sind unterschiedliche Ausführungsbeispiele der Federeinrichtung 11 gezeigt, die sich lediglich dadurch unterscheiden, dass die in 2 gezeigte Federeinrichtung zusätzlich eine Klammer 37 aufweist, welche den Grundabschnitt 30 auf der vom Wandfederabschnitt 28 sowie Zellfederabschnitt 29 abgewandten Seite des Federelements 27 umklammert. Dabei ist in 4 rein beispielhaft die in 3 gezeigte Federeinrichtung 11 gezeigt ist.
In 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Federeinrichtung 11 gezeigt. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel durch die Ausbildung des Federelements 27, das beim in 5 gezeigten Beispiel quer zur Abstandsrichtung 4, vorzugsweise entlang der Einschubrichtung 10, mehrere der Wandfederabschnitte 28 mit ersten Teilaufnahmen 31 und mehrere der Zellfederabschnitte 29 mit zweiten Teilaufnahmen 32 aufweist, welche ebenfalls quer zur Abstandsrichtung 4, vorzugsweise entlang der Einschubrichtung 10 aufeinanderfolgen. Dabei sind quer zur Abstandsrichtung 4, insbesondere entlang der Einschubrichtung 10, abwechselnd einer der Wandfederabschnitte 28 mit zugehöriger erster Teilaufnahme 31 und einer der Zellfederabschnitte 29 mit zugehöriger zweiter Teilaufnahme 32 angeordnet. Alle Wandfederabschnitte 28 und Zellfederabschnitte 29 weisen im gezeigten Beispiel einen gemeinsamen Grundabschnitt 30 auf, der sich quer zur Abstandsrichtung 4, insbesondere entlang der Einschubrichtung 10, erstreckt. In 5 ist die zweite Stellung 13 des Federelements 27 gezeigt. In der nicht gezeigten ersten Stellung 12 bilden die ersten Teilaufnahmen 31 und die zweiten Teilaufnahmen 32 gemeinsam eine Aufnahme 33, die sich entlang des Grundabschnitts 30 und somit quer zur Abstandsrichtung 4, insbesondere entlang der Einschubrichtung 10, erstreckt.
Durch die somit gebildete, nicht gezeigte Aufnahme 33 kann ein gemeinsames Fixierelement 34, insbesondere ein gemeinsamer Bolzen 35, (jeweils nicht gezeigt) geführt sein, das das Federelement 27 in der ersten Stellung 12 fixiert und beim Entfernen, insbesondere beim Herausziehen quer zur Abstandsrichtung 4, dazu führt, dass das Federelement 27 selbsttätigend aufgrund der eigenen Federkräfte in die zweite Stellung 13 verstellt wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102016125109 A1 [0003]

Claims

Akkumulator (1), insbesondere für ein Kraftfahrzeug, - mit einem Gehäuse (2), das zwei in einer Abstandsrichtung (4) gegenüberliegende Gehäusewände (3) aufweist, - mit einem vom Gehäuse (2) separaten und zwischen den Gehäusewänden (3) angeordneten Zellpaket (6), das zumindest zwei nebeneinander angeordnete Akkumulatorzellen (7) aufweist, dadurch gekennzeichnet, - dass ein Abstand (5) der Gehäusewände (3) in Abstandsrichtung (4) größer ist als eine in Abstandsrichtung (4) verlaufende Zellen-Breite (8) des Zellpakets (6), - dass zwischen wenigstens einer der Gehäusewände (3) und einer dieser Gehäusewand (3) zugewandten Stirnseite (9) des Zellpakets (6) eine Federeinrichtung (11) angeordnet ist, welche das Zellpaket (6) in Richtung der anderen Gehäusewand (3) vorspannt.
Akkumulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, - dass die Federeinrichtung (11) zwischen einer ersten Stellung (12) mit einer in Abstandsrichtung (4) verlaufenden ersten Federbreite (14) und einer zweiten Stellung (13) mit einer in Abstandsrichtung (4) verlaufenden zweiten Federbreite (15) verstellbar ist, wobei die erste Federbreite (14) kleiner ist als die zweite Breite (15), - dass die Federeinrichtung (11) in der ersten Stellung (12) zwischen der Gehäusewand (3) und der Stirnseite (9) eingebracht und anschließend zum Vorspannen des Zellpakets (6) in die zweite Stellung (13) verstellt ist.
Akkumulator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Federeinrichtung (11) ein Federelement (27) aufweist, das zwischen der ersten Stellung (12) und der zweiten Stellung (13) verstellbar ist.
Akkumulator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, - dass das Federelement (27) einen in der zweiten Stellung (13) auf die zugehörige Gehäusewand (3) einwirkende Wandfederabschnitt (28) und einen zum Wandfederabschnitt (28) in Abstandrichtung (4) beabstandeten und in der zweiten Stellung (13) auf die zugehörige Stirnseite (9) des Zellpaktes (6) einwirkenden Zellfederabschnitt (29) aufweist, - dass das Federelement (27) eine am Wandfederabschnitt (28) anschließende und in Richtung des Zellfederabschnitts (29) abstehende erste Teilaufnahme (31) und eine am Zellfederabschnitt (29) anschließende und in Richtung des Wandfederabschnitts (28) abstehende zweite Teilaufnahme (32) aufweist. - dass die erste Teilaufnahme (31) und die zweite Teilaufnahme (32) in der ersten Stellung (12) eine Aufnahme (33) bilden, in der ein vom Federelement (27) separates Fixierelement (34) durch das Federelement (27) kraftschlüssig aufgenommen ist, so dass das Federelement (27) in der ersten Stellung (12) fixiert ist, - dass das Fixierelement (27) zum Verstellen des Federelements (27) in die zweite Stellung (13) aus der Aufnahme (33) entfernt ist.
Akkumulator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilaufnahmen (31, 32) in zueinander entgegengesetzter Richtung gekrümmt ausgebildet sind.
Akkumulator nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme (33) quer zur Abstandsrichtung (4) verläuft, derart, dass das Fixierelement (34) quer zur Abstandsrichtung (4) aus der Aufnahme (33) entfernbar ist.
Akkumulator nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, - dass das Federelement (27) zumindest zwei quer zur Abstandsrichtung (4) aufeinanderfolgende Wandfederabschnitte (28) aufweist, die mit einem gemeinsamen Grundabschnitt (30) verbunden sind, der quer zur Abstandsrichtung (4) verläuft, und/oder - dass das Federelement (27) zumindest zwei quer zur Abstandsrichtung (4) aufeinanderfolgende Zellfederabschnitte (29) aufweist, die mit einem gemeinsamen Grundabschnitt (30) verbunden sind, der quer zur Abstandsrichtung (4) verläuft.
Akkumulator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (27) quer zur Abstandsrichtung (4) abwechselnd Wandfederabschnitte (28) und Zellfederabschnitte (29) aufweist.
Akkumulator nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Fixierelement (34) ein Bolzen (35) ist.
Akkumulator nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Zellpaket (6) zumindest eine Endplatte (18) aufweist, die in Abstandsrichtung (4) stirnseitig des Zellpakets (6) angeordnet ist und auf welche die Federeinrichtung (11) zum Vorspannen des Zellpakets (6) einwirkt.
Akkumulator nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Gehäusewände (3) eine Vertiefung (21) aufweist, in der die zugehörige Federeinrichtung (11) zumindest teilweise aufgenommen ist.
Verfahren zum Herstellen eines Akkumulators nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei - das Zellpaket (6) zwischen den Gehäusewänden (3) angeordnet wird, - anschließend das Zellpaket (6) mit der Federeinrichtung (11) zwischen den Gehäusewänden (3) vorspannt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Federeinrichtung (11) in der ersten Stellung (12) in das Gehäuse eingebracht wird und nach dem Anordnen des Zellpaktes (6) zwischen den Gehäusewänden (3) in die zweite Stellung (13) verstellt wird.