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Die Erfindung betrifft ein Mehrfachzellgehäuse für einen elektrischen Energiespeicher mit einer Mehrzahl von elektrochemischen Einzelzellen mit einer Mehrzahl von Aufnahmen, wobei jede Aufnahme zu einer separaten Aufnahme jeweils einer Einzelzelle ausgebildet ist. Weiterhin betrifft die Erfindung einen elektrischen Energiespeicher mit einem solchen Mehrfachzellgehäuse.
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Aus der
DE 10 2014 200 983 A1 sind ein Batteriesystem mit mehreren Batteriezellen und einem Gehäuse, ein Gehäusesystem für eine Batterie und ein Verfahren zur Montage eines Batteriesystems bekannt. Das Batteriesystem weist mehrere Batteriezellen und ein Gehäuse auf, das zumindest ein Deckelteil und eine Gehäusewanne mit mehreren zur Aufnahme jeweils einer Batteriezelle geformten Fächern aufweist. Das zumindest eine Deckelteil ist mit den Batteriezellen mechanisch verbunden oder bildet einen Teil der Batteriezellen. Zudem sind das zumindest eine Deckelteil und die Gehäusewanne so geformt, dass die Batteriezellen bei einer Montage des Batteriesystems mittels des zumindest einen Deckelteiles in dem Gehäuse gemeinsam fixierbar sind.
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Eine Batterie mit wenigstens einer elektrochemischen Speicherzelle und einer Kühleinrichtung ist in der
DE 102 23 782 A1 offenbart. Dabei ist die wenigstens eine elektrochemische Speicherzelle zwischen Teilen der Kühleinrichtung angeordnet. Die Kühleinrichtung ist von einem flüssigen Kühlmedium durchströmt. Jede der elektrochemischen Speicherzellen ist in einer Öffnung der Kühleinrichtung aufgenommen und steht mit jeweils wenigstens einer in einer Richtung senkrecht zu einer Längsachse der elektrochemischen Speicherzelle gekrümmten Außenfläche zumindest teilweise in kraftschlüssigem Kontakt mit der Kühleinrichtung. Die Kühleinrichtung weist in den Bereichen des kraftschlüssigen Kontaktes wenigstens eine Dehnfuge auf.
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Des Weiteren ist in der
DE 103 52 046 A1 eine Batterie mit wenigstens einer zylindrischen elektrochemischen Speicherzelle und einer Kühleinrichtung beschrieben. Die Batterie weist ein Gehäuse auf, das von einem, insbesondere flüssigen, Kühlmedium durchströmt ist. Der zumindest annähernd größte Teil einer zylindrischen Mantelfläche der wenigstens einen elektrochemischen Speicherzelle ist von einem einstückigen Aufnahmeelement umgeben. Dieses Aufnahmeelement ist seinerseits in dem Gehäuse angeordnet und weist in Längsrichtung verlaufende elastische Bereiche auf, welche durch eine elastische Dehnung eine Erweiterung des Durchmessers des Aufnahmeelementes erlauben.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Mehrfachzellgehäuse für einen elektrischen Energiespeicher mit einer Mehrzahl von elektrochemischen Einzelzellen sowie einen elektrischen Energiespeicher mit einem solchen Mehrfachzellgehäuse anzugeben.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß hinsichtlich des Mehrfachzellgehäuses durch die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale und hinsichtlich des elektrischen Energiespeichers die in Anspruch 5 angegebenen Merkmale gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Ein Mehrfachzellgehäuse für einen elektrischen Energiespeicher mit einer Mehrzahl von elektrochemischen Einzelzellen weist eine Mehrzahl von Aufnahmen auf, wobei jede Aufnahme zu einer separaten Aufnahme jeweils einer Einzelzelle ausgebildet ist. Erfindungsgemäß ist ein Gehäusekörper aus einem Strangpressprofil hergestellt, in welches den Gehäusekörper seitlich einfassende Seitenplatten und Endplatten integriert sind. Ein zumindest jeweils eine Aufnahme bodenseitig verschließendes Bodenelement ist mit einem die zumindest eine Aufnahme begrenzenden Randbereich verschweißbar oder verschweißt und zudem ist ein zumindest jeweils eine Aufnahme kopfseitig fluiddicht verschließendes Deckelelement vorgesehen, wobei benachbarte Aufnahmen abschnittsweise aneinander grenzen und eine Wandung in einem Angrenzbereich beiden benachbarten Aufnahmen zugeordnet ist und diese voneinander separiert.
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Durch einen derart ausgebildeten elektrischen Energiespeicher, insbesondere mit einem derart ausgebildeten Mehrfachzellengehäuse, ist eine Anzahl der Bauteile reduziert, wodurch ein Montageaufwand ebenfalls verringert ist.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Dabei zeigen:
- 1 schematisch eine perspektivische Ansicht einer Mehrzahl von als Rundzellen ausgeführten Einzelzellen nach dem Stand der Technik,
- 2 schematisch eine perspektivische Ansicht eines Mehrfachzellengehäuses für eine kreiszylindrische Form einer Elektrodenfolienanordnung,
- 3 schematisch eine perspektivische Ansicht des Mehrfachzellengehäuses mit beabstandeten Bodenelementen und Deckelelementen,
- 4 schematisch eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines Mehrfachzellengehäuses mit Seitenplatten und Endplatten,
- 5 schematisch eine perspektivische Ansicht des Mehrfachzellengehäuses gemäß 4 mit beabstandeten Bodenelementen,
- 6 schematisch eine perspektivische Ansicht eines Mehrfachzellengehäuses für eine quaderförmige Elektrodenfolienanordnung mit beabstandeten Bodenelementen und Deckelelementen,
- 7 schematisch eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform des Mehrfachzellengehäuses für quaderförmige Elektrodenfolienanordnungen mit beabstandeten Bodenelementen und Deckelelementen,
- 8 schematisch eine perspektivische Ansicht einer alternativen Ausführungsform des Mehrfachzellengehäuses für quaderförmige Elektrodenfolienanordnungen mit Seitenplatten und Endplatten sowie beabstandeten Bodenelementen und Deckelelementen und
- 9 schematisch eine Draufsicht einer weiteren alternativen Ausführungsform des Mehrfachzellengehäuses für quaderförmige Elektrodenfolienanordnungen.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt acht herkömmliche als Rundzellen ausgeführte Einzelzellen 1 eines elektrischen Energiespeichers, insbesondere für ein Elektrofahrzeug, ein Hybridfahrzeug oder ein mit Brennstoffzellen betriebenes Fahrzeug.
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Eine jede Einzelzelle 1 weist ein Zellgehäuse 2 auf, welches ein Tiefziehteil ist und die Form eines Hohlzylinders aufweist. Insbesondere ist das Zellgehäuse 2 aus Aluminium ausgeführt. Ein Boden des Zellgehäuses 2 ist geschlossen. In dem Zellgehäuse 2 ist eine nicht näher gezeigte kreiszylindrisch ausgebildete Elektrodenfolienanordnung angeordnet, welche insbesondere die Form eines Elektrodenfolienwickels aufweist. Bei der Elektrodenfolienanordnung handelt es sich insbesondere um elektrochemisch aktives Material zur Erzeugung elektrischer Energie. Das jeweilige Zellgehäuse 2 weist eine Wandstärke von beispielsweise 1,5 mm auf, wobei die Einzelzellen 1 in einem Abstand von 0,5 mm zueinander beabstandet sind. Das jeweilige Zellgehäuse 2 ist mittels eines Deckelelementes 3 verschlossen, insbesondere fluiddicht verschlossen.
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Die als Rundzellen ausgeführten Einzelzellen 1 werden einzeln hergestellt und zu einem sogenannten Batteriemodul gestapelt, wobei eine Mehrzahl von Einzelzellen 1 hierzu relativ zueinander angeordnet und elektrisch seriell und/oder parallel miteinander verschaltet werden. Um eine mechanische Stabilität des Batteriemoduls weitestgehend sicherzustellen, sind die Einzelzellen 1 in einem nicht näher dargestellten Halterahmen angeordnet, wobei die Einzelzellen 1 alternativ oder zusätzlich zu dem Halterahmen stoffschlüssig miteinander verbunden, insbesondere verklebt, sind.
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Um einen zur Anordnung eines mehrere als Rundzellen ausgeführte Einzelzellen 1 aufweisenden Batteriemoduls erforderlichen Bauraum und einen Montageaufwand bei einer Herstellung des Batteriemoduls zu verringern sowie eine mechanische Stabilität des Batteriemoduls zu erhöhen, ist ein im Folgenden beschriebenes Mehrfachzellgehäuse 4 vorgesehen.
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Die 2 bis 5 zeigen verschiedene Ausführungsformen eines solchen Mehrfachzellgehäuses 4. Dabei ist in 2 eine perspektivische Ansicht eines Mehrfachzellgehäuses 4 für vier als Rundzellen ausgeführte Einzelzellen 1 und in 3 das Mehrfachzellgehäuse 4 gemäß 2 mit beabstandeten Bodenelementen 5 und Deckelelementen 3 gezeigt.
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Eine weitere Ausführungsform des Mehrfachzellgehäuses 4 ist in einer perspektivischen Ansicht in 4 dargestellt, wobei eine perspektivische Ansicht des Mehrfachzellgehäuses 4 in 5 gemäß 4 mit beabstandetem Bodenelement 5 gezeigt ist.
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Das Mehrfachzellgehäuse 4 ist ein Strangpressprofil aus einem Werkzeug und weist eine bestimmte Anzahl von Aufnahmen A auf, wobei die jeweilige Aufnahme A zunächst nach oben und nach unten hin offen ist. In eine jeweilige Aufnahme A wird zur Bildung einer Einzelzelle 1 eine kreiszylindrisch ausgebildete Elektrodenfolienanordnung eingesetzt.
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Ein z. B. in 3 gezeigtes Bodenelement 5 wird mit einem die zumindest eine Aufnahme A bodenseitig begrenzenden Randbereich verschweißt, so dass die entsprechende Aufnahme A bodenseitig verschlossen ist, insbesondere bevor die Elektrodenfolienanordnung in die Aufnahme A eingesetzt wird.
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Nach Anordnung der kreiszylindrischen Elektrodenfolienanordnung in einer Aufnahme A des Mehrfachzellgehäuses 4 wird das Deckelelement 3 kopfseitig aufgesetzt und beispielsweise mit einem kopfseitigen Randbereich der Aufnahme A ebenfalls verschweißt, so dass die Aufnahme A fluiddicht verschlossen ist.
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Die Aufnahmen A sind also hohlzylindrisch ausgebildet, wobei benachbarte Aufnahmen A aneinander angrenzen. In diesem Angrenzbereich B teilen sich die benachbarten Aufnahmen A eine Wandung, die beispielsweise eine Wandstärke von 1,5 mm aufweist. Da die Aufnahmen A aneinander angrenzen, ist kein durchgehender Spalt zwischen jeweils benachbarten Aufnahmen A ausgebildet.
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Sind, wie in 2 und 3 gezeigt ist, vier solcher Aufnahmen A als ein Mehrfachzellgehäuse 4 ausgebildet, wobei sich jeweils zwei der Aufnahmen A gegenüberliegen, ist mittig ein Zwischenraum Z ausgebildet, welcher beispielsweise zur Befüllung mit einem Temperierfluid genutzt werden kann. Mittels des Temperierfluids kann dann eine beim Laden und Entladen der Einzelzellen 1 entstehende Verlustwärme abgeführt werden.
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Die 4 und 5 zeigen jeweils eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines Mehrfachzellgehäuses 4 zur Bildung eines Batteriemoduls mit einer vergleichsweise hohen Anzahl von elektrisch miteinander verschalteten Einzelzellen 1.
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In dieser weiteren Ausführungsform des Mehrfachzellgehäuses 4 sind zur Bildung einer kompakten Baueinheit, d. h. zur Bildung des Batteriemoduls, Seitenplatten 6 und Endplatten 7 in das Strangpressprofil und somit in das Mehrfachzellgehäuse 4 integriert. Mittels der Seitenplatten 6 und der Endplatten 7, welche jeweils eine Versteifungsstruktur S aufweisen, ist das Mehrfachzellgehäuse 4 vergleichsweise stabil ausgeführt. Dadurch können die Einzelzellen 1 des Batteriemoduls, insbesondere vor mechanischer Beschädigung, beispielsweise bei einer Kollision des Fahrzeuges, geschützt werden.
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Die Versteifungsstruktur S weist Versteifungselemente und Hohlräume auf, wobei diese Hohlräume als Kanalstruktur zum Durchströmen mit einem Temperierfluid genutzt werden können, um die Einzelzellen 1 entsprechend zu temperieren.
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Durch Verwendung des Mehrfachzellgehäuses 4 kann das Stapeln der Einzelzellen 1 zur Bildung des Batteriemoduls entfallen, wodurch ein Montageaufwand und eine Anzahl der Bauteile verringert werden können. Zudem wird eine mechanische Stabilität des Batteriemoduls erhöht und ein Bauraum zur Anordnung des Batteriemoduls und somit auch des elektrischen Energiespeichers kann optimiert genutzt werden.
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In einer Ausbildung können die einzelnen Bodenelemente 5 zum bodenseitigen Verschließen der Aufnahmen A als eine Bodenplatte 8 ausgebildet sein, welche eine mit der Anzahl der Aufnahmen A korrespondierende Anzahl von Bodenelementen 5 umfasst, wie in 5 gezeigt ist. Auch die Deckelelemente 3 können als eine beispielhaft in 7 gezeigte Deckelplatte 9 ausgebildet sein, die zum Verschließen der Aufnahmen A mit dem kopfseitigen Randbereich der jeweiligen Aufnahme A verschweißt werden, so dass die jeweilige Aufnahme A, insbesondere gegenüber Ausgasungen und/oder flüssigem Elektrolyt, abgedichtet ist.
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Beispielsweise wird das Mehrfachzellgehäuse 4 nach einem Einsetzen der jeweiligen Elektrodenfolienanordnung in eine der Aufnahmen A und einem elektrischen Verschalten in ein nicht gezeigtes Gehäuse, insbesondere in Form eines Kastens, eingesetzt. Dadurch ist der elektrische Energiespeicher gebildet und kann beispielsweise am Fahrzeugboden eines Fahrzeuges befestigt werden.
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Die 6 bis 9 zeigen verschiedene Ausführungsformen eines Mehrfachzellgehäuses 4' mit Aufnahmen A' für nicht näher gezeigte quaderförmig ausgebildete Elektrodenfolienanordnungen.
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Dabei zeigt 6 ein einreihiges Mehrfachzellgehäuse 4' mit zwei Aufnahmen A', wobei in jeweils einer Aufnahme A' eine quaderförmige Elektrodenfolienanordnung anordbar ist.
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Auch das Mehrfachzellgehäuse 4' für quaderförmige Elektrodenfolienanordnungen ist ein Strangpressprofil, wobei die jeweilige Aufnahme A' beidseitig offen ist. Beispielsweise besteht das Mehrfachzellgehäuse 4' aus Aluminium.
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Ein jeweiliges Bodenelement 5' ist ein Stanzteil, welches mit einem bodenseitigen Randbereich der jeweiligen Aufnahme A' zum Verschließen eines Bodens der Aufnahme A' verschweißt wird. Beispielsweise können die beiden Bodenelemente 5' miteinander verbunden sein und somit eine Bodenplatte 8' bilden, wie insbesondere in 8 gezeigt ist.
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Ein jeweiliges Deckelelement 3' mit elektrischen Polen und anderen Funktionselementen wird kopfseitig auf die Aufnahmen A' aufgesetzt und mit einem kopfseitigen Randbereich der jeweiligen Aufnahme A' verbunden, insbesondere verschweißt, so dass die jeweilige Aufnahme A' fluiddicht ausgeführt ist. Die Deckelelemente 3' können zur Bildung einer Deckelplatte 9 miteinander verbunden sein.
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Die jeweilige Aufnahme A' ist mittels zwei Langseiten und zwei Schmalseiten gebildet, wobei sich gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel in 6 zwei nebeneinander ausgebildete Aufnahmen A' eine eine Schmalseite bildende Wandung, insbesondere eine Trennwand, teilen. Beispielweise beträgt eine Stärke dieser Schmalseite als Angrenzbereich B' 0,5 mm.
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7 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Mehrfachzellgehäuses 4' für acht quaderförmige Elektrodenfolienanordnungen. Dabei teilen sich insbesondere hintereinander angeordnete Aufnahmen A' einen Angrenzbereich B' in Form einer Langseite als Trennwand, welche ebenfalls 0,5 mm betragen kann.
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Gemäß einer in 8 gezeigten alternativen Ausführungsform des Mehrfachzellgehäuses 4' sind Seitenplatten 6' in das das Mehrfachzellgehäuse 4' bildende Strangpressprofil integriert. 9 zeigt das Mehrfachzellgehäuse 4' sowohl mit integrierten Seitenplatten 6' als auch integrierten Endplatten 7', wodurch ein vergleichsweise stabiles und kompaktes Batteriemodul gebildet ist. Dazu weisen die Seitenplatten 6' und die Endplatten 7' eine Versteifungsstruktur S' auf.
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Dadurch, dass sich zumindest zwei Aufnahmen A' eine Schmalseite und/oder eine Langseite teilen, kann ein Gewicht des Batteriemoduls und somit des elektrischen Energiespeichers verringert werden. Zusätzlich kann dadurch, dass sich zumindest zwei Aufnahmen A' des Mehrfachzellgehäuses 4' eine Schmalseite und/oder eine Langseite teilen, ein erforderlicher Bauraum des Batteriemoduls verringert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Einzelzelle
- 2
- Zellgehäuse
- 3, 3'
- Deckelelement
- 4, 4'
- Mehrfachzellgehäuse
- 5, 5'
- Bodenelement
- 6, 6'
- Seitenplatte
- 7, 7'
- Endplatte
- 8, 8'
- Bodenplatte
- 9
- Deckelplatte
- A, A'
- Aufnahme
- B, B'
- Angrenzbereich
- S, S'
- Versteifungsstruktur
- Z
- Zwischenraum
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014200983 A1 [0002]
- DE 10223782 A1 [0003]
- DE 10352046 A1 [0004]
