DE112018001832T5 - Mechanisch befestigter wanddurchgangs-stromaufnehmer - Google Patents

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Robert Bosch GmbH
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Abstract

Eine Beutelzelle beinhaltet ein aus einem metallbeschichteten Film gebildetes allgemein rechteckiges Zellengehäuse, eine in dem Zellengehäuse eingeschlossene Elektrodenbaugruppe und eine in dem Zellengehäuse angeordnete Stromabnehmereinrichtung. Die Elektrodenbaugruppe beinhaltet positive Elektrodenabschnitte, die sich mit negativen Elektrodenabschnitten abwechseln, wobei die positiven Elektrodenabschnitte und die negativen Elektrodenabschnitte durch mindestens einen Separator getrennt und entlang einer Stapelachse gestapelt sind. Die Stromabnehmereinrichtung ist elektrisch mit einem der positiven Elektrodenabschnitte und der negativen Elektrodenabschnitte verbunden und tritt über eine in dem Zellengehäuse gebildete Öffnung aus dem Zellengehäuse aus. Die Öffnung ist in einer Seitenwand des Zellengehäuses an einer Stelle gebildet, die von der das Zellengehäuse abschließenden abgedichteten Verbindung beabstandet ist und der Stapelachse gegenüberliegt.

Description

  • HINTERGRUND
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrochemische Zelle, die eine gestapelte oder gerollte Elektrodenplattenanordnung und eine in der Zelle angeordnete Stromabnehmereinrichtung beinhaltet, die eine elektrische Verbindung mit den Elektrodenplatten innerhalb der Zelle bildet und eine Übertragung von Strom aus der Zelle heraus über eine Öffnung im Zellenbeutelgehäuse ermöglicht.
  • Akkupacks stellen Energie für verschiedene Technologien von tragbarer Elektronik bis hin zu mit erneuerbarer Energie arbeitenden Systemen und umweltfreundliche Fahrzeugen bereit. Beispielsweise verwenden elektrische Hybridfahrzeuge (HEV, Hybrid Electric Vehicle) einen Akkupack und einen Elektromotor zusammen mit einem Verbrennungsmotor, um die Kraftstoffeffizienz zu erhöhen. Akkupacks sind aus einer Vielzahl von Akkumodulen gebildet, wobei jedes Akkumodul mehrere elektrochemische Zellen beinhaltet. Die Zellen sind in zwei- oder dreidimensionalen Gruppierungen angeordnet und elektrisch in Reihe oder parallel geschaltet. Ebenso sind die Akkumodule innerhalb eines Akkupacks elektrisch in Reihe oder parallel geschaltet.
  • Unterschiedliche Zellentypen sind aufgekommen, um den Platzanforderungen einer breiten Vielfalt von Einbausituationen gerecht zu werden, und die gängigsten in Kraftfahrzeugen verwendeten Typen sind zylindrische Zellen, prismatische Zellen und Beutelzellen. Ungeachtet des Zellentyps kann jede Zelle ein Zellengehäuse und eine in dem Zellengehäuse angeordnete Elektrodenbaugruppe beinhalten. Die Elektrodenbaugruppe beinhaltet eine Abfolge gestapelter oder gerollter positiver Elektrodenplatten, die sich mit negativen Elektrodenplatten abwechseln und durch dazwischenliegende Separatorplatten getrennt sind. Jede Zelle kann zudem einen ersten Stromabnehmer, der elektrisch mit den positiven Elektrodenplatten verbunden ist und die positiven Elektrodenplatten mit einem außerhalb des Zellengehäuses angeordneten positiven Zellenanschluss verbindet, und einen zweiten Stromabnehmer beinhalten, der elektrisch mit den negativen Elektrodenplatten verbunden ist und die negativen Elektrodenplatten mit einem außerhalb des Zellengehäuses angeordneten negativen Zellenanschluss verbindet.
  • Bei einer Beutelzelle beinhalten der erste und zweite Stromabnehmer typischerweise jeweils ein Leiterband, das zwischen zwei gestapelten Schichten aus Beutelgewebe hindurch und entlang einer Schweißlinie, welche die Schichten aus Beutelgewebe verbindet und eine abgedichtete Verbindung bildet, aus dem Beutel heraus verläuft. Das Leiterband wird verwendet, um Strom aus dem Inneren des Beutelzellengehäuses nach außen zu leiten, wo es elektrisch mit einer äußeren Struktur wie beispielsweise einem Anschluss verbunden sein kann. Ein spezielles Dichtungsband wird verwendet, um das Leiterband an der abgedichteten Verbindung dort zu umgeben, wo das Leiterband zwischen den Schichten hindurch und aus dem Beutel heraus verläuft. Das Dichtungsband ist relativ kostenaufwändig, da es ganz bestimmte Materialeigenschaften aufweisen muss. Beispielsweise muss das Dichtungsband unter allen Bedingungen fest, klebend und biegsam bleiben, außer bei Anwendung örtlich begrenzter Wärme wie beispielsweise während des Verschweißens des Beutelgewebes. Wenn örtlich begrenzte Wärme angewendet wird, muss das Dichtungsband schmelzen, in offene Lücken zwischen Materialien fließen und sowohl mit dem Beutelmaterial als auch den jeweiligen Leiterbändern eine Klebeverbindung eingehen. Es besteht ein Bedarf an einer verhältnismäßig einfachen und kostengünstigeren Struktur zum Leiten von Strom aus dem Inneren des Beutelzellengehäuses nach außen, wo diese elektrisch mit einer äußeren Struktur wie beispielsweise einem Anschluss oder einer anderen Zelle verbunden sein kann.
  • KURZDARSTELLUNG
  • In einigen Aspekten beinhaltet eine elektrochemische Zelle ein Zellengehäuse, eine in dem Zellengehäuse angeordnete Elektrodenbaugruppe und eine Stromabnehmereinrichtung. Das Zellengehäuse ist aus einer nachgiebigen Bahn gebildet und weist einen ersten Gehäuseabschnitt und einen zweiten Gehäuseabschnitt auf, der entlang einer abgedichteten Verbindung mit dem ersten Gehäuseabschnitt verbunden ist, um einen Beutel zu bilden. Der erste Gehäuseabschnitt beinhaltet einen Boden und eine Seitenwand, die von einem Umfang des Bodens hervorsteht und den Boden umgibt, um einen Behälter mit offenem Ende zu bilden. Die Elektrodenbaugruppe beinhaltet positive Elektrodenabschnitte, die sich mit negativen Elektrodenabschnitten abwechseln. Die positiven Elektrodenabschnitte und die negativen Elektrodenabschnitte sind durch mindestens einen Separator getrennt und entlang einer Stapelachse gestapelt. Die Stapelachse erstreckt sich in einer senkrecht zu dem Boden verlaufenden Richtung. Die Stromabnehmereinrichtung ist elektrisch mit einem der positiven Elektrodenabschnitte und der negativen Elektrodenabschnitte verbunden und tritt über eine in der Zellengehäuseseitenwand gebildete Öffnung aus dem Zellengehäuse aus. Die Öffnung ist an einer von der abgedichteten Verbindung beabstandeten und der Stapelachse gegenüberliegenden Stelle angeordnet. Die Stromabnehmereinrichtung beinhaltet eine Stromabnehmerplatte, die zwischen der Seitenwand und dem einen der positiven Elektrodenabschnitte und der negativen Elektrodenabschnitte angeordnet ist. Die Stromabnehmerplatte ist elektrisch mit dem einen der positiven Elektrodenabschnitte und der negativen Elektrodenabschnitte verbunden, ist parallel zu der Seitenwand ausgerichtet und überlagert die Öffnung. Die Stromabnehmerplatte beinhaltet einen Vorsprung, der von einer der Seitenwand zugewandten Fläche der Platte hervorsteht und sich durch die Öffnung hindurch erstreckt, und eine Dichtung, welche die Öffnung umgibt und zwischen der Seitenwand und der Stromabnehmerplatte angeordnet ist. Zusätzlich beinhaltet die Stromabnehmereinrichtung eine Anschlussplatte, die parallel zu der Seitenwand ausgerichtet ist, die Öffnung überlagert und außerhalb des Zellengehäuses angeordnet ist. Die Anschlussplatte beinhaltet eine Aufnahme, welche die Öffnung überlagert und den Vorsprung aufnimmt, und die Aufnahme ist dafür ausgelegt, mit dem Vorsprung in solcher Weise in Eingriff zu gelangen, dass die Aufnahme der Anschlussplatte den Vorsprung der Stromabnehmerplatte unmittelbar kontaktiert, um eine elektrische Verbindung mit der Stromabnehmerplatte zu bilden, und in solcher Weise, dass die Dichtung zwischen der Seitenwand und der Stromabnehmerplatte zusammengedrückt wird.
  • In einigen Aspekten beinhaltet ein Akkupack elektrochemische Zellen, wobei jede elektrochemische Zelle ein Zellengehäuse, eine in dem Zellengehäuse angeordnete Elektrodenbaugruppe und eine Stromabnehmereinrichtung beinhaltet. Das Zellengehäuse ist aus einer nachgiebigen Bahn gebildet und weist einen ersten Gehäuseabschnitt und einen zweiten Gehäuseabschnitt auf, der entlang einer abgedichteten Verbindung mit dem ersten Gehäuseabschnitt verbunden ist, um einen Beutel zu bilden. Der erste Gehäuseabschnitt beinhaltet einen Boden und eine Seitenwand, die von einem Umfang des Bodens hervorsteht und den Boden umgibt, um einen Behälter mit offenem Ende zu bilden. Die Elektrodenbaugruppe beinhaltet positive Elektrodenabschnitte, die sich mit negativen Elektrodenabschnitten abwechseln, und die positiven Elektrodenabschnitte und die negativen Elektrodenabschnitte sind durch mindestens einen Separator getrennt und entlang einer Stapelachse gestapelt. Die Stapelachse erstreckt sich in einer senkrecht zu dem Boden verlaufenden Richtung. Die Stromabnehmereinrichtung ist elektrisch mit einem der positiven Elektrodenabschnitte und der negativen Elektrodenabschnitte verbunden und tritt über eine in der Zellengehäuseseitenwand gebildete Öffnung aus dem Zellengehäuse aus. Die Öffnung ist an einer von der abgedichteten Verbindung beabstandeten und der Stapelachse gegenüberliegenden Stelle angeordnet. Die Stromabnehmereinrichtung beinhaltet eine Stromabnehmerplatte, die zwischen der Seitenwand und dem einen der positiven Elektrodenabschnitte und der negativen Elektrodenabschnitte angeordnet ist. Die Stromabnehmerplatte ist elektrisch mit dem einen der positiven Elektrodenabschnitte und der negativen Elektrodenabschnitte verbunden, ist parallel zu der Seitenwand ausgerichtet und überlagert die Öffnung. Die Stromabnehmerplatte beinhaltet einen Vorsprung, der von einer der Seitenwand zugewandten Fläche der Platte hervorsteht und sich durch die Öffnung hindurch erstreckt, und eine Dichtung, welche die Öffnung umgibt und zwischen der Seitenwand und der Stromabnehmerplatte angeordnet ist. Zudem beinhaltet die Stromabnehmereinrichtung eine Anschlussplatte, die parallel zu der Seitenwand ausgerichtet ist, die Öffnung überlagert und außerhalb des Zellengehäuses angeordnet ist. Die Anschlussplatte beinhaltet eine Aufnahme, welche die Öffnung überlagert und den Vorsprung aufnimmt. Die Aufnahme ist dafür ausgelegt, mit dem Vorsprung in solcher Weise in Eingriff zu gelangen, dass die Aufnahme der Anschlussplatte den Vorsprung der Stromabnehmerplatte unmittelbar kontaktiert, um eine elektrische Verbindung mit der Stromabnehmerplatte zu bilden, und in solcher Weise, dass die Dichtung zwischen der Seitenwand und der Stromabnehmerplatte zusammengedrückt wird. Zusätzlich kontaktiert ein Abschnitt der Stromabnehmereinrichtung einer der elektrochemischen Zellen unmittelbar einen Abschnitt einer Stromabnehmereinrichtung einer benachbarten elektrochemischen Zelle innerhalb des Akkupacks und bildet eine elektrische Verbindung mit diesem.
  • Die elektrochemische Zelle und/oder der Akkupack können eines oder mehrere der folgenden Merkmale beinhalten: Der Vorsprung erstreckt sich durch die Dichtung, die Öffnung und die Aufnahme hindurch, und ein Befestigungsmittel ist in solcher Weise an einem Anschlussende des Vorsprungs befestigt, dass es den Vorsprung in der Aufnahme festhält. Eine Außenfläche des Vorsprungs weist ein Gewinde auf, und die Stromabnehmereinrichtung umfasst eine Mutter, die an einem Anschlussende des Vorsprungs angeordnet ist, wobei Innengewinde der Mutter mit den Gewinden auf der Außenfläche des Vorsprungs in Eingriff gelangen, wobei die Mutter in solcher Weise mit dem Vorsprung zusammenwirkt, dass sie eine Druckkraft auf die Dichtung erzeugt. Eine Außenfläche des Vorsprungs weist eine Form und Abmessung auf, die es ermöglichen, dass der Vorsprung mit der Aufnahme in einem Presssitz in Eingriff gelangt. Ein zweiter Stromabnehmer ist elektrisch mit einem anderen der positiven Elektrodenabschnitte und der negativen Elektrodenabschnitte verbunden und tritt über eine in dem Zellengehäuse gebildete zweite Öffnung aus dem Zellengehäuse aus. Das Zellengehäuse ist rechteckig und beinhaltet ein erstes Ende, ein gegenüberliegendes zweites Ende und vier Seiten, die sich zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende erstrecken, und die erste Öffnung ist in einer der vier Seiten und die zweite Öffnung in einer anderen der vier Seiten gebildet. Die erste Öffnung ist in einer der vier Seiten gebildet, und die zweite Öffnung ist in einer der einen der vier Seiten gegenüberliegenden Seite gebildet. Die erste Öffnung ist in einer der vier Seiten gebildet, und die zweite Öffnung ist in einer zu der einen der vier Seiten benachbarten Seite gebildet. Die erste Öffnung ist in einer der vier Seiten gebildet, und die zweite Öffnung ist in derselben Seite gebildet. Die Anschlussplatte und die Stromabnehmerplatte umfassen jeweils eine erste Seite und eine gegenüberliegende zweite Seite, und die erste Seite und die zweite Seite sind jeweils allgemein planar und frei von Oberflächenmerkmalen.
  • Eine Beutelzelle beinhaltet eine Elektrodenbaugruppe, die zusammen mit einem Elektrolyten in einem beutelartigen Zellengehäuse aus metallbeschichteter Folie eingeschlossen ist, um eine Energieerzeugungs- und -speichereinheit zu bilden. Bei der Elektrodenbaugruppe kann es sich um eine „gestapelte“ Elektrodenbaugruppe handeln, die eine Abfolge gestapelter positiver Elektrodenplatten beinhaltet, die sich mit negativen Elektrodenplatten abwechseln und durch dazwischenliegende Separatorplatten getrennt sind. Zusätzlich beinhaltet die Beutelzelle eine Stromabnehmereinrichtung, die mit einer entsprechenden der Elektrodenplatten eine elektrische Verbindung bildet und unter Aufrechterhaltung eines hermetisch abgedichteten Beutelzellengehäuses ein Leiten von in der Elektrodenbaugruppe erzeugtem Strom durch den Stromabnehmer und aus der Zelle heraus ermöglicht.
  • Vorteilhaft ist die Stromabnehmereinrichtung an einer Stelle angeordnet, die zu der zum Bilden der Beutelzelle verwendeten abgedichteten Verbindung beabstandet ist, insbesondere an einer Stelle, die eine Öffnung in der Beutelseitenwand überlagert, wobei die Öffnung der Stapelachse der Elektrodenbaugruppe gegenüberliegt (in einer Ebene parallel zu dieser liegt). Durch Bilden der Öffnung an dieser Stelle anstatt an der abgedichteten Verbindung können allgemein verfügbare Dichtungsmaterialien verwendet werden, um Leckage um die Stromabnehmereinrichtung herum zu verhindern, wodurch auf die Verwendung des relativ teuren Dichtungsbands verzichtet werden kann und die Herstellungskosten der Zelle verringert werden.
  • Ferner kann die Stromabnehmereinrichtung vorteilhaft ein erstes Element, das innerhalb der Zelle angeordnet ist, und ein zweites Element beinhalten, das außerhalb der Zelle angeordnet ist, wobei das erste Element mit dem zweiten Element durch eine mechanische Verbindung verbunden ist, die sowohl eine elektrische Verbindung gewährleistet als auch eine Druckkraft in der Umgebung der Öffnung ausübt. In einigen Ausführungsformen ist zwischen dem zweiten Element und dem Gehäuse eine Dichtung bereitgestellt, welche die Öffnung umgibt, und die Druckkraft dient dazu, die Dichtung zusammenzudrücken, wodurch ein Eindringen von Luft und Feuchtigkeit in die Zelle über die Öffnung und ein Austreten von Elektrolyt aus der Zelle über die Öffnung verhindert werden. Die mechanische Verbindung zwischen dem ersten und zweiten Element stellt eine zuverlässige, robuste und druckunempfindliche Dichtung um die Öffnung in dem Zellengehäuse herum bereit und stellt somit eine Verbesserung gegenüber einigen herkömmlichen Beutelzellen-Abdichtungstechniken dar, bei denen eine Heißschmelzdichtung entlang einer Dichtverbindung zwischen Abschnitten eines Beutelzellengehäuses bereitgestellt wird.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine teilweise auseinandergezogene perspektivische Ansicht eines Akkupacks, der eine Gruppierung aus Beutelzellen beinhaltet.
    • 2 ist eine perspektivische Ansicht einer Beutelzelle, welche die Stromabnehmereinrichtungen beinhaltet.
    • 3 ist eine schematische Querschnittsansicht der Beutelzelle aus 2 entlang der Linie 3-3 aus 2.
    • 4 ist eine perspektivische Ansicht eines Elektrodenpaars, das eine positive Elektrodenplatte, eine negative Elektrodenplatte und sich mit der positiven und der negativen Elektrodenplatte abwechselnde Separatorplatten beinhaltet.
    • 5 ist eine Querschnittsansicht eines Abschnitts des Elektrodenplattenstapels, welche die positiven gefalteten Abschnitte der positiven Elektrodenplatten veranschaulicht, die in einer überlappenden Konfiguration angeordnet und mit einer Stromabnehmerplatte in elektrischem Kontakt sind, wobei aus Gründen der Übersichtlichkeit die negativen Elektrodenplatten und die Separatorplatten nicht dargestellt sind.
    • 6 ist eine perspektivische Ansicht einer mit dem Zellengehäuse zusammengesetzten Stromabnehmereinrichtung, wobei nur ein Abschnitt einer Seite des Zellengehäuses gezeigt ist und die Elektrodenbaugruppe aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt ist.
    • 7 ist eine Querschnittsansicht der Stromabnehmereinrichtung aus 6 entlang der Linie 7-7 aus 6.
    • 8 ist eine auseinandergezogene Querschnittsansicht der Stromabnehmereinrichtung aus 6 entlang der Linie 7-7 aus 6.
    • 9 ist eine perspektivische Ansicht einer mit dem Zellengehäuse zusammengesetzten Stromabnehmereinrichtung gemäß einer alternativen Ausführungsform, wobei nur ein Abschnitt einer Seite des Zellengehäuses gezeigt ist und die Elektrodenbaugruppe aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt ist.
    • 10 ist eine Querschnittsansicht der Stromabnehmereinrichtung aus 9 entlang der Linie 10-10 aus 9.
    • 11 ist eine auseinandergezogene Querschnittsansicht der Stromabnehmereinrichtung aus 9 entlang der Linie 10-10 aus 9.
    • 12 ist eine teilweise auseinandergezogene perspektivische Ansicht eines Akkupacks, der eine Gruppierung aus Beutelzellen beinhaltet.
    • 13 ist eine Teilquerschnittsansicht eines Elektrodenstapels gemäß einer alternativen Ausführungsform.
    • 14 ist eine schematische Draufsicht der Zelle aus 2, bei der eine erste Stromabnehmereinrichtung in einer Öffnung auf einer der vier Seiten der Zelle bereitgestellt ist und eine zweite Stromabnehmereinrichtung in einer Öffnung auf einer der einen der vier Seiten gegenüberliegenden Seite bereitgestellt ist.
    • 15 ist eine schematische Draufsicht einer Zelle gemäß einer alternativen Ausführungsform, bei der eine erste Stromabnehmereinrichtung in einer Öffnung auf einer der vier Seiten der Zelle bereitgestellt ist und eine zweite Stromabnehmereinrichtung in einer Öffnung auf einer zu der einen der vier Seiten benachbarten Seite bereitgestellt ist.
    • 16 ist eine schematische Draufsicht einer Zelle gemäß einer weiteren alternativen Ausführungsform, bei der eine erste Stromabnehmereinrichtung in einer Öffnung auf einer der vier Seiten der Zelle bereitgestellt ist und eine zweite Stromabnehmereinrichtung in einer Öffnung auf derselben Seite bereitgestellt ist.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Gemäß 1 bis 3 beinhaltet ein zum Bereitstellen von elektrischer Energie verwendeter Akkupack 1 elektrochemische Zellen 20, die elektrisch untereinander verbunden und in geordneter Weise innerhalb eines Akkupackgehäuses 2 gelagert sind. Das Akkupackgehäuse 2 beinhaltet einen Packbehälterabschnitt 3 und einen abnehmbaren Packdeckel 4. Bei den Zellen 20 handelt es sich um Lithiumionen-Beutelzellen, die eine Elektrodenbaugruppe 60 (3 und 4) beinhalten, die zusammen mit einem Elektrolyten in einem Zellengehäuse 21 eingeschlossen ist, um eine Energieerzeugungs- und -speichereinheit zu bilden. In einigen Ausführungsformen können Gruppen aus Zellen 20 zusammengepackt sein, um Akkumodule (nicht gezeigt) zu bilden, welche wiederum in dem Akkupackgehäuse 2 gelagert sind. In der veranschaulichten Ausführungsform sind die Zellen 20 jedoch nicht zu Modulen zusammengepackt, sondern unmittelbar mit Akkupackgehäuseanschlüssen 6, 7 elektrisch verbunden. Innerhalb des Akkupackgehäuses 2 sind die Zellen 20 elektrisch in Reihe oder parallel geschaltet.
  • Jede Zelle 20 beinhaltet ein beutelartiges Zellengehäuse 21. Das Zellengehäuse 21 weist eine Rechteckform auf. In der veranschaulichten Ausführungsform ist das Zellengehäuse 21 würfelförmig und beinhaltet sechs orthogonale Flächen. Die Flächen beinhalten ein erstes Ende 22, ein dem ersten Ende 22 gegenüberliegendes zweites Ende 23, eine erste Seite 24, eine an die erste Seite 24 angrenzende zweite Seite 25, eine dritte Seite 26, die an die zweite Seite 25 angrenzt und der ersten Seite 24 gegenüberliegt, und eine vierte Seite 27, die an die dritte Seite 26 und die erste Seite 24 angrenzt, wobei die vierte Seite 27 der zweiten Seite 25 gegenüberliegt. Die erste Seite 24, die zweite Seite 25, die dritte Seite 26 und die vierte Seite 27 erstrecken sich jeweils zwischen dem ersten Ende 22 und dem zweiten Ende 23, und die sechs Flächen definieren zusammen einen abgedichteten Innenraum, der von der Elektrodenbaugruppe 60 eingenommen wird.
  • Bei dem beutelartigen Zellengehäuse 21 handelt es sich um eine Baugruppe aus zwei Zuschnitten aus einer metallbeschichteten Polymerfilmbahn. Jeder Zuschnitt ist gefaltet, um die Form eines Kastens mit offenem Ende zu bilden. Der erste Zuschnitt entspricht einem relativ tiefen Kasten, der als erster Zellengehäuseabschnitt oder Behälter 42 dient, welcher bemessen ist, um die Elektrodenbaugruppe 60 aufzunehmen. Der Behälter 42 beinhaltet einen Boden, der dem zweiten Ende 23 des Zellengehäuses entspricht, und eine Seitenwand, die dem durch die Zellengehäuseseiten 24, 25, 26, 27 definierten abgeschlossenen Teilstück entspricht. Der zweite Zuschnitt entspricht einem relativ flachen Kasten, der als zweiter Gehäuseabschnitt oder Abdeckung 44 dient, der bzw. die das offene Ende des Behälters 42 verschließt. Der Abschnitt 44 entspricht dem ersten Ende 22 des Zellengehäuses und ist beispielsweise durch Schweißen mit jeder der Seiten 24, 25, 26, 27 verbunden. Insbesondere ist eine durchgängige abgedichtete Verbindung 40 entlang einer Schnittstelle zwischen den Seiten 24, 25, 26, 27 und dem ersten Ende 22 des Zellengehäuses gebildet, um einen abgedichteten rechteckigen Beutel mit einer Tiefe zu bilden, die größer ist als die Tiefe einiger herkömmlicher beutelartiger Zellengehäuse. Beispielsweise beträgt in einigen Ausführungsformen die Tiefe mehr als 20 mm. In der veranschaulichten Ausführungsform ist das Zellengehäuse 21 würfelförmig und weist Längen-, Breiten- und Höhenabmessungen von 90 mm oder mehr auf.
  • Das Zellengehäuse 21 beinhaltet in den Zellengehäuseseiten 24, 26 gebildete Öffnungen 28, 29, die mit Stromabnehmereinrichtungen 70, 71 zusammenwirken, um eine Übertragung von Strom aus dem Zellengehäuse 21 heraus zu ermöglichen. Die erste Öffnung 28 ist in einer der Seiten gebildet, z.B. der ersten Seite 24, und die zweite Öffnung 29 ist in der gegenüberliegenden Seite gebildet, z.B. der dritten Seite 26. Zudem sind die erste Öffnung 28 und die zweite Öffnung 29 zu der abgedichteten Verbindung 40 beabstandet. Beispielsweise liegen in der veranschaulichten Ausführungsform die erste Öffnung 24 und die zweite Öffnung 26 jeweils allgemein mittig auf der jeweiligen Seite 24, 26, wohingegen die abgedichtete Verbindung 40 an das erste Ende 22 des Gehäuses angrenzt. Durch diese Anordnung liegen die erste und zweite Öffnung 28, 29 in einer Ebene, die senkrecht zu einer durch das zweite Ende 23 des Zellengehäuses definierten Ebene verläuft, und liegen somit einer (nachstehend behandelten) Stapelachse 66 der Elektrodenbaugruppe 60 gegenüber.
  • Gemäß 3 und 4 ist die Elektrodenbaugruppe 60 in dem Zellengehäuse 21 angeordnet und beinhaltet eine Abfolge gestapelter positiver Elektrodenplatten 61, die sich mit negativen Elektrodenplatten 62 abwechseln und durch dazwischenliegende Separatorplatten 30, 32 getrennt sind. Bei den Separatorplatten 30, 32 handelt es sich jeweils um eine durchlässige Membran, deren Funktion darin besteht, die positiven und negativen Elektroden 61, 62 getrennt zu halten, um elektrische Kurzschlüsse zu verhindern, und gleichzeitig einen Durchtritt ionischer Ladungsträger zu ermöglichen, die in dem Elektrolyten bereitgestellt sind und die benötigt werden, um den Stromkreis während des Stromflusses in der Zelle 20 zu schließen. Die Separatorplatten 30, 32 sind beispielsweise aus einem elektrisch isolierenden Material wie beispielsweise einer dreischichtigen Polypropylen-Polyethylen-Polypropylen-Membran gebildet.
  • Die Abfolge gestapelter Elektrodenplatten 61, 62 und Separatorplatten 30, 32 wird vorliegend als „Plattenstapel“ 64 bezeichnet, und eine Stapelachse 66 des Plattenstapels 64 erstreckt sich durch einen Mittelpunkt des Plattenstapels 64 in einer parallel zu der Stapelrichtung verlaufenden Richtung. Wenn die Elektrodenbaugruppe 60 in dem Zellengehäuse 21 angeordnet ist, verlaufen die Elektrodenplatten 61, 62 parallel zu dem ersten und zweiten Ende 22, 23 des Zellengehäuses und erstreckt sich die Stapelachse 66 in einer senkrecht zu dem ersten und zweiten Ende 22, 23 des Zellengehäuses verlaufenden Richtung. Die Elektrodenplatten 60, 61 sind im Vergleich zur Gesamtdicke der Zelle (die z.B. eine Dicke im zwei- oder dreistelligen Millimeterbereich aufweist) sehr dünn (z.B. mit einer Dicke in der Größenordnung von etwa 0,095 bis 0,145 mm) und sind daher in 3 schematisch veranschaulicht.
  • Während des Stapelns werden die positiven Elektrodenplatten 61, die negativen Elektrodenplatten 62 und die Separatorplatten 30, 32, welche die Elektrodenbaugruppe 60 bilden, in einer geschichteten oder gestapelten Konfiguration in der Stapelrichtung angeordnet. In der gestapelten Konfiguration sind die Separatorplatten 30, 32 derart entlang der Stapelachse 66 gestapelt, dass Umfangsränder sämtlicher Separatorplatten 30, 32 des Stapels 64 in einer parallel zu der Richtung der Stapelachse 66 verlaufenden Richtung ausgerichtet sind.
  • Zusätzlich sind die positiven und negativen Elektrodenplatten 61, 62 in einer quer zu der Stapelachse verlaufenden Richtung (d.h. einer Längsrichtung) relativ zu den jeweiligen Separatorplatten 30, 32 teilweise versetzt. Insbesondere sind die positiven Elektrodenplatten 61 derart entlang der Stapelachse 66 gestapelt, dass Umfangsränder der positiven Elektrodenplatten 61 in einer parallel zu der Richtung der Stapelachse 66 verlaufenden Richtung miteinander ausgerichtet sind, jedoch in einer parallel zu der Längsrichtung verlaufenden ersten Richtung relativ zu den Separatorplatten 30, 32 teilweise versetzt sind. Die erste Richtung ist in 4 durch den Pfeil 34 dargestellt. Ein Rand 61a jeder der positiven Elektrodenplatten 61 erstreckt sich somit über einen entsprechenden Rand 30a, 32a der Separatorplatten 30, 32 hinaus, wodurch sich ein positiver „freier Streifen“ 63 aus freigelegtem leitfähigem Material ergibt.
  • Die negativen Elektrodenplatten 62 sind derart entlang der Stapelachse 66 gestapelt, dass Umfangsränder der negativen Elektrodenplatten 62 in einer parallel zu der Richtung der Stapelachse 66 verlaufenden Richtung miteinander ausgerichtet sind, jedoch in einer zweiten Richtung relativ zu den Separatorplatten 30, 32 teilweise versetzt sind, wobei die zweite Richtung parallel zu der Längsrichtung und in der ersten Richtung entgegengesetzter Richtung verläuft. Die zweite Richtung ist in 4 durch den Pfeil 35 dargestellt. Ein Rand 62b jeder der negativen Elektrodenplatten 62 erstreckt sich somit über einen entsprechenden Rand 30b, 32b der Separatorplatten 30, 32 hinaus, wodurch sich ein negativer „freier Streifen“ 65 aus freigelegtem leitfähigem Material ergibt.
  • Gemäß 5 kann der freie Streifen 63 jeder positiven Elektrodenplatte 61 gegen eine Seite des Plattenstapels 64 gefaltet sein. Ebenso kann der freie Streifen 65 jeder negativen Elektrodenplatte 62 gegen die gegenüberliegende Seite des Plattenstapels 64 gefaltet sein (nicht gezeigt). Aufgrund der Relativbeabstandung der Elektrodenplatten 61, 62 entlang der Stapelachse 66 bilden die gefalteten freien Streifen 63, 65 eine überlappende lamellierte Konfiguration, bei der ein Abschnitt jedes freien Streifens 63, 65 freigelegt ist und einer Seite (d.h. der Seite 24) des Zellengehäuses 21 zugewandt ist. Die gefalteten freien Streifen auf einer jeweiligen Seite des Plattenstapels 64 wirken zusammen, um eine allgemein planare elektrisch leitfähige Fläche zu bilden, die verwendet werden kann, um eine elektrische Verbindung mit einer Stromabnehmereinrichtung 70, 71 zu bilden, wie nachstehend noch näher ausgeführt wird.
  • Gemäß 2 und 6 bis 8 beinhaltet jede Zelle 20 zudem eine erste Stromabnehmereinrichtung 70 und eine zweite Stromabnehmereinrichtung 71, die eine ungeschweißte elektrische Verbindung mit den Platten 61, 62 des Plattenstapels 64 bilden. Die erste Stromabnehmereinrichtung 70 ist an der ersten Öffnung 28 angeordnet und die zweite Stromabnehmereinrichtung 71 ist an der zweiten Öffnung 29 angeordnet. Die erste Stromabnehmereinrichtung 70 und die zweite Stromabnehmereinrichtung 71 sind identisch, so dass nur auf die erste Stromabnehmereinrichtung 70 näher eingegangen wird. Elemente, die sowohl der ersten als auch der zweiten Stromabnehmereinrichtung 70, 71 gemein sind, werden mit gemeinsamen Bezugszeichen bezeichnet.
  • Bei der ersten Stromabnehmereinrichtung 70 handelt es sich um eine zweiteilige Einrichtung, die eine Stromabnehmerplatte 72 und eine Anschlussplatte 82 beinhaltet. Bei der Stromabnehmerplatte 72 handelt es sich um eine dünne, elektrisch leitfähige Platte, die eine den Elektroden zugewandte Fläche 73, eine einer Seite zugewandte Fläche 74, welche der den Elektroden zugewandten Fläche 73 gegenüberliegt, und eine Umfangsrandfläche 75 beinhaltet, die sich zwischen der den Elektroden zugewandten Fläche 73 und der einer Seite zugewandten Fläche 74 erstreckt. Die Umfangsrandfläche 75 definiert eine Rechteckform, um der Rechteckform einer Seite des Elektrodenstapels 64 zu entsprechen.
  • Die den Elektroden zugewandte Fläche 73 ist allgemein planar und frei von Oberflächenmerkmalen. Die einer Seite zugewandte Fläche 74 beinhaltet einen zylindrischen Vorsprung 76. In der veranschaulichten Ausführungsform weist der Vorsprung 76 eine kreisförmige Querschnittsform auf, ist jedoch nicht auf diese Form eingeschränkt. Der Vorsprung 76 befindet sich in einem mittigen Bereich der einer Seite zugewandten Fläche 74 und steht in Richtung der Zellengehäuseseite 24 hervor.
  • Die Stromabnehmerplatte 72 ist zwischen der ersten Seite 24 des Gehäuses und der Elektrodenbaugruppe 60 angeordnet. Insbesondere kontaktiert die den Elektroden zugewandte Fläche 73 unmittelbar die gefalteten freien Streifen 63 der positiven Elektrodenplatten 61 und bildet mit diesen eine elektrische Verbindung. Die Stromabnehmerplatte 72 ist so ausgerichtet, dass die einer Seite zugewandte Fläche 74 parallel zu der ersten Seite 24 des Gehäuses verläuft und die erste Öffnung 28 überlagert. Zusätzlich ist der Vorsprung 76 mit der ersten Öffnung 28 ausgerichtet und erstreckt sich durch die erste Öffnung 28. Das Zellengehäuse 21 und die Elektrodenbaugruppe 60 sind so bemessen, dass die einer Seite zugewandte Fläche 74 der Abnehmerplatte 72 an der Innenfläche der ersten Seite 24 des Gehäuses anliegt, während die den Elektroden zugewandte Fläche 73 mit den gefalteten freien Streifen 63 der positiven Elektrodenplatten 61 in Kontakt ist.
  • Bei der Anschlussplatte 82 handelt es sich um eine dünne, elektrisch leitfähige Platte, die eine dem Gehäuse zugewandte Fläche 83, eine nach außen gewandte Fläche 84, welche der dem Gehäuse zugewandten Fläche 83 gegenüberliegt, und eine Umfangsrandfläche 85 beinhaltet, die sich zwischen der dem Gehäuse zugewandten Fläche 83 und der nach außen gewandten Fläche 84 erstreckt. In der veranschaulichten Ausführungsform definiert die Umfangsrandfläche 85 eine allgemeine Rechteckform, ist jedoch nicht auf eine allgemeine Rechteckform eingeschränkt. Die Anschlussplatte 82 ist mit einer mittig liegenden Aufnahme 86 gebildet, die sich zwischen der dem Gehäuse zugewandten und der nach außen gewandten Fläche 83, 84 erstreckt.
  • Die Anschlussplatte 82 ist außerhalb des Zellengehäuses 21 angeordnet und liegt an der Außenfläche der ersten Seite 24 des Gehäuses an. Insbesondere überlagert die Anschlussplatte 82 die erste Öffnung 28, wobei die Aufnahme 86 mit der ersten Öffnung 28 ausgerichtet ist und sich der Vorsprung 76 durch die Aufnahme 86 hindurch erstreckt. Die Aufnahme 86 ist geformt und bemessen, um mit einer Presssitztoleranz der Form und den Abmessungen des Vorsprungs 76 zu entsprechen. Die Aufnahme 86 ist somit dafür ausgelegt, mit dem Vorsprung 76 in solcher Weise in Eingriff zu gelangen, dass die Aufnahme 86 den Vorsprung 76 unmittelbar kontaktiert und eine elektrische Verbindung mit der Stromabnehmerplatte 72 bildet. Zusätzlich dient die mechanische Verbindung (z.B. die Presssitzverbindung) zwischen dem Vorsprung 76 und der Aufnahme 86 dazu, die Stromabnehmereinrichtung 70 in der zusammengesetzten Konfiguration in der Öffnung 28 festzuhalten.
  • Um die Öffnung 28 herum ist eine Dichtung 90 bereitgestellt. Bei der Dichtung 90 kann es sich um eine Wulst aus Dichtungsmaterial handeln, die eine hermetische Dichtung um die Öffnung 28 herum bildet und Leckage von Elektrolyt aus dem Zellengehäuse 21 durch die Öffnung 28 verhindert. Die Dichtung 90 ist zwischen der dem Gehäuse zugewandten Fläche 83 der Anschlussplatte und der ersten Seite 24 des Gehäuses bereitgestellt. In der veranschaulichten Ausführungsform sitzt die Dichtung 90 in einer Ringnut 78, die in der einer Seite zugewandten Fläche 74 der Stromabnehmerplatte gebildet ist. Die Tiefe der Nut 78 ist kleiner als ein Durchmesser der Dichtung 90, so dass, wenn die Dichtung in der Nut 78 sitzt, diese relativ zu der einer Seite zugewandten Fläche 74 der Stromabnehmerplatte nach außen hervorsteht. Wahlweise kann ein Haltering 92 verwendet werden, um die Dichtung 90 in der Nut 78 festzuhalten.
  • Es versteht sich, dass die Dichtung 90 alternativ zwischen der einer Seite zugewandten Fläche 74 der Stromabnehmerplatte und der ersten Seite 24 des Gehäuses bereitgestellt sein könnte, oder auch an beiden Stellen.
  • Da die Dichtung 90 an einer von der Dichtverbindung 40 entfernten Stelle verwendet wird, muss diese vorteilhaft weniger spezielle Materialeigenschaften aufweisen. Aus diesem Grund kann es sich bei dem zum Bereitstellen der Dichtung 90 verwendeten Dichtungsmaterial um ein allgemein verfügbares Material handeln. Bei dem Dichtungsmaterial kann es sich beispielsweise um einen druckempfindlichen Klebstoff, ein Dichtscheibenmaterial oder um eine vorgeformte Dichtung wie beispielsweise einen Dichtring handeln. Das Dichtungsmaterial kann daher gegenüber einigen Dichtungsmaterialien, die in einigen herkömmlichen Beutelzellen zum Bilden einer Dichtung in der Dichtverbindung verwendet werden, kostengünstiger sein.
  • Die mechanische Verbindung (z.B. die Presssitzverbindung) zwischen dem Vorsprung 76 und der Aufnahme 86 dient nicht nur als Befestigungsmittel, das die Elemente der Stromabnehmereinrichtung 70 in einer zusammengesetzten Konfiguration festhält und in unmittelbarem physischem Kontakt ist, um zwischen diesen eine elektrische Verbindung zu erzeugen, sondern sie dient auch dazu, die Dichtung 90 zwischen der Seite 24 und der Stromabnehmerplatte 72 zusammenzudrücken. Die durch die mechanische Verbindung erzeugte Druckkraft verbessert vorteilhaft die Zuverlässigkeit der Dichtung 90 gegenüber einigen Wanddurchgangs-Stromabnehmereinrichtungen, die keine mechanische Verbindung aufweisen, welche eine Druckkraft bereitstellt.
  • Die zweite Stromabnehmereinrichtung 71 ist an der zweiten Öffnung 29 angeordnet (3). Die Stromabnehmerplatte 72 der zweiten Stromabnehmereinrichtung 71 ist zwischen der dritten Seite 26 des Gehäuses und der Elektrodenbaugruppe 60 angeordnet und so ausgerichtet, dass die einer Seite zugewandte Fläche 74 parallel zu der dritten Seite 26 des Gehäuses verläuft und die zweite Öffnung 29 überlagert und sich der Vorsprung 76 durch die zweite Öffnung 29 hindurch erstreckt. Zusätzlich kontaktiert die den Elektroden zugewandte Fläche 73 der zweiten Stromabnehmereinrichtung 71 unmittelbar die gefalteten freien Streifen 65 der negativen Elektrodenplatten 62 und bildet mit diesen eine elektrische Verbindung, während die einer Seite zugewandte Fläche 74 an einer Innenfläche der dritten Seite 26 des Gehäuses anliegt. Zusätzlich ist die Anschlussplatte 82 der zweiten Stromabnehmereinrichtung 71 außerhalb des Zellengehäuses 21 angeordnet und liegt an einer Außenfläche der dritten Seite 26 des Gehäuses an, um die zweite Öffnung 29 zu überlagern. Die Anschlussplatte 82 ist so ausgerichtet, dass die dem Gehäuse zugewandte Fläche 83 parallel zu der dritten Seite 26 des Gehäuses verläuft und durch die zweite Öffnung 29 der Stromabnehmerplatte 72 zugewandt ist. Insbesondere überlagert die Anschlussplatte 82 die zweite Öffnung 29, wobei die Aufnahme 86 mit der zweiten Öffnung 29 ausgerichtet ist und sich der Vorsprung 76 durch die Aufnahme 86 hindurch erstreckt. Hierdurch wird zwischen der Stromabnehmerplatte 72 und der Anschlussplatte 82 eine unmittelbare elektrische Verbindung gebildet. Zusätzlich wird zwischen dem Vorsprung 76 und der Aufnahme 86 eine mechanische Presssitzverbindung gebildet, die eine Druckkraft auf die die zweite Öffnung 29 umgebende Dichtung 90 ausübt.
  • Somit wird über unmittelbaren Kontakt zwischen dem Vorsprung 76 und der Aufnahme 86 sowohl in der ersten Stromabnehmereinrichtung 70 als auch der zweiten Stromabnehmereinrichtung 71 eine unmittelbare elektrische Verbindung zwischen der Stromabnehmerplatte 72 und der Anschlussplatte 82 gebildet. Insbesondere handelt es sich bei der elektrischen Verbindung um eine in den Öffnungen 28, 29 gebildete, ungeschweißte und unmittelbare elektrische Verbindung. Da die mechanische Verbindung zwischen dem Vorsprung 76 und dem Anschluss 86 dazu dient, die Dichtung 90 zwischen der Seite 24 und der Stromabnehmerplatte 72 zusammenzudrücken, besteht darüber hinaus keine Notwendigkeit, eine externe Kraft bereitzustellen, um sicherzugehen, dass zwischen den einander zugewandten Flächen 83, 74 der Anschlussplatte 82 und der Stromabnehmerplatte 72 eine elektrische Verbindung gebildet wird.
  • Gemäß 9 bis 11 ähnelt eine Stromabnehmereinrichtung 270 gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorstehend in Bezug auf die 6 bis 8 beschriebenen Stromabnehmereinrichtung 70, und gleiche Elemente werden mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Die Stromabnehmereinrichtung 270 beinhaltet die Anschlussplatte 82 wie vorstehend in Bezug auf die 6 bis 8 beschrieben und eine Stromabnehmerplatte 272 gemäß einer alternativen Ausführungsform. Die Stromabnehmerplatte 272 beinhaltet einen Vorsprung 276, der auf der einer Seite zugewandten Fläche 74 gebildet ist. Der Vorsprung 276 weist eine kreisförmige Querschnittsform auf und beinhaltet ein Außengewinde 279. Der Vorsprung 76 befindet sich in einem mittigen Bereich der einer Seite zugewandten Fläche 74 und steht in Richtung der Zellengehäuseseite 24 hervor. Der Vorsprung 276 ist an einer der Öffnung 28 entsprechenden Stelle bereitgestellt. Zusätzlich ist der Vorsprung 276 dafür ausgelegt, durch die Öffnung 28 hindurch hervorzustehen, die Anschlussplattenaufnahme 86 unmittelbar zu kontaktieren und mit der Anschlussplatte 82 über die Aufnahme 86 eine elektrische Verbindung zu bilden.
  • Die Stromaufnehmereinrichtung beinhaltet ferner eine Mutter 279, die ein Innengewinde 280 aufweist, das geformt und bemessen ist, um mit dem Außengewinde des Vorsprungs 276 in Eingriff zu gelangen. Die Mutter 279 ist in Eingriff mit dem Vorsprung 276 auf der nach außen gewandten Fläche 84 der Anschlussplatte 82 angeordnet und hinreichend festgezogen, um die einer Seite zugewandte Fläche 74 der Stromabnehmerplatte 272 in Richtung der Anschlussplatte 82 zu ziehen und auf die Dichtung 90 eine Druckkraft auszuüben.
  • Wie in den vorhergehenden Ausführungsformen ist die Dichtung 90 auf der dem Gehäuse zugewandten Fläche 83 der Anschlussplatte 82 um die Öffnung 28, 29 herum bereitgestellt, um eine hermetische Dichtung zu bilden und Leckage von Elektrolyt aus dem Zellengehäuse 21 zu verhindern. Bei der elektrischen Verbindung zwischen der Anschlussplatte 82 und der Stromabnehmerplatte 272 handelt es sich somit um eine ungeschweißte, unmittelbare elektrische Verbindung.
  • Die mechanische Verbindung zwischen dem Vorsprung 76, 276 der Stromabnehmerplatte und der Anschlussplattenaufnahme 86 ist nicht auf die vorstehend beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen eingeschränkt und kann mittels anderer Befestigungsmittel und/oder Arten von mechanischen Verbindungen erreicht werden. Beispielsweise können das Verfahren und/oder die Einrichtungen zur mechanischen Verbindung die Verwendung einer Niete, eines E-Rings, eines C-Rings usw. beinhalten. In allen Fällen wird die mechanische Verbindung zwischen dem Vorsprung 76, 276 der Stromabnehmerplatte und der Anschlussplattenaufnahme 86 in solcher Weise hergestellt, dass eine leichte Druckkraft auf die Dichtung 90 ausgeübt wird.
  • Gemäß 12 kann nun in einigen Ausführungsformen eine Kraft F auf die Zellen 20 des Akkupacks ausgeübt werden, um unmittelbaren Kontakt und eine elektrische Verbindung zwischen den Anschlussplatten 82a, 82b benachbarter Zellen 20a, 20b zu gewährleisten. In einigen Ausführungsformen kann die Kraft F in Bezug auf das Zellengehäuse 20 extern erzeugt werden. 12 veranschaulicht den Akkupack 1, der eine Gruppierung aus Zellen 20 beinhaltet, die in Reihen R1, R2, R3, R4 und Spalten C1, C2, C3, C4, C5 innerhalb des Akkupackgehäuses 2 angeordnet sind. Die elektrische Verbindung zwischen den Anschlussplatten 82a, 82b benachbarter Zellen 20a, 20b ist durch Zusammendrängen der Zellen 20 einer Reihe und der Zellen 20 einer Spalte erzeugt und/oder sichergestellt. Konkret wird eine Druckkraft entlang der Zellenreihen durch Bereitstellen eines elastischen Elements 13 zwischen den Zellen 20 der Reihe und der Seitenwand 3a des Behälterabschnitts 3 des Akkupackgehäuses 2 erreicht. Beispielsweise kann ein elastisches Element wie beispielsweise die Wellfeder 13 an einem oder beiden Enden jeder Reihe R1, R2, R3, R4 angeordnet sein, um eine elektrische Verbindung zwischen den Anschlussplatten 82a, 82b benachbarter Zellen 20a, 20b sicherzustellen. In ähnlicher Weise kann eine Wellfeder 13 an einem oder beiden Enden jeder Spalte C1, C2, C3, C4, C5 angeordnet sein, um eine elektrische Verbindung zwischen den Anschlussplatten 82a, 82b benachbarter Zellen 20a, 20b sicherzustellen.
  • In einigen Ausführungsformen sind die Stromabnehmerplatte 72 und die Anschlussplatte 82 der ersten Abnehmereinrichtung 70 aus einem ersten elektrisch leitfähigen Material gebildet oder mit diesem beschichtet, welches dem zum Bilden der positiven Elektrodenplatten 61 verwendeten Material entspricht, beispielsweise Aluminium. Zusätzlich sind die Stromabnehmerplatte 72 und die Anschlussplatte 82 der zweiten Abnehmereinrichtung 71 aus einem zweiten elektrisch leitfähigen Material gebildet oder mit diesem beschichtet, welches dem zum Bilden der negativen Elektrodenplatten 62 verwendeten Material entspricht, beispielsweise Kupfer.
  • Auch wenn vorstehend beschrieben wurde, dass die Stromabnehmerplatten 72 der ersten Stromabnehmereinrichtung 70 und der zweiten Stromabnehmereinrichtung 71 gegen einen gefalteten Abschnitt (z.B. den freien Streifen 63, 65) der entsprechenden positiven oder negativen Elektrodenplatte 61, 62 gepresst sind, um die ungeschweißte elektrische Verbindung zu bilden, können gemäß 13 auch andere Verbindungskonfigurationen eingesetzt werden, um die ungeschweißte elektrische Verbindung zu bilden. Beispielsweise kann die Stromabnehmerplatte 72 der ersten Stromabnehmereinrichtung 70 elektrisch über einen unmittelbaren Kontakt mit Umfangsrändern 61a nicht-gefalteter positiver Elektrodenplatten 61 verbunden sein. In ähnlicher Weise kann die Stromabnehmerplatte 72 der zweiten Stromabnehmereinrichtung 71 elektrisch über einen unmittelbaren Kontakt mit den Umfangsrändern 62b nicht-gefalteter negativer Elektrodenplatten 62 verbunden sein. Die erste und zweite Stromabnehmereinrichtung 70, 71 können somit über einen ungeschweißten Druckkontakt eine unmittelbare elektrische Verbindung mit Randflächen der Elektrodenplatten 61, 62 bilden.
  • Auch wenn die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen zeigen, dass die Stromabnehmerplatte 72, 272 den Vorsprung 76, 276 beinhaltet und die Anschlussplatte 82 die Aufnahme 86 beinhaltet, versteht es sich, dass in einigen alternativen Ausführungsformen die Stromabnehmerplatte 72, 272 die Aufnahme beinhalten kann und die Anschlussplatte 82 den in der Aufnahme aufgenommenen Vorsprung beinhalten kann.
  • Gemäß 14 bis 16 wird in den veranschaulichten Ausführungsformen beschrieben, dass das Zellengehäuse 21 die erste Öffnung 28, die in einer der Seiten gebildet ist, und die zweite Öffnung 29 aufweist, die in einer der einen Seite gegenüberliegenden Seite gebildet ist (14). Das Zellengehäuse 21 ist jedoch nicht auf diese Konfiguration eingeschränkt. Beispielsweise kann in einigen Ausführungsformen das Zellengehäuse 21 die erste Öffnung 28, die in einer der Seiten gebildet ist, und die zweite Öffnung 29 beinhalten, die in einer zu der einen Seite benachbarten Seite gebildet ist (15). In weiteren Ausführungsformen kann das Zellengehäuse 21 die erste Öffnung 28, die in einer der Seiten gebildet ist, und die zweite Öffnung 29 beinhalten, die in derselben Seite gebildet ist (16). In weiteren Ausführungsformen kann das Zellengehäuse 21 zwei erste Öffnungen 28, wobei eine erste Öffnung 28 auf jeder von einander gegenüberliegenden Seiten angeordnet ist, und zwei zweite Seiten 29 beinhalten, wobei eine zweite Öffnung auf jeder der zu den einander gegenüberliegenden Seiten benachbarten Seiten angeordnet ist.
  • Auch wenn vorstehend beschrieben wird, dass es sich bei der Elektrodenbaugruppe 60 um eine „gestapelte“ Elektrodenbaugruppe handelt, die eine Abfolge gestapelter Platten 61, 62 beinhaltet, ist die Elektrodenbaugruppe 60 nicht auf diese Konfiguration eingeschränkt. Beispielsweise kann in einigen Ausführungsformen die Elektrodenbaugruppe 60 eine gerollte Elektrodenbaugruppe (z.B. eine „Biskuitrollen“-Baugruppe), eine gefaltete Elektrodenbaugruppe (d.h. eine Baugruppe in Z-Faltung) oder eine andere Elektrodenanordnung beinhalten.
  • In der veranschaulichten Ausführungsform handelt es sich bei dem beutelartigen Zellengehäuse 21 um eine Baugruppe aus zwei Zuschnitten aus einer metallbeschichteten Polymerfilmbahn, wobei jeder Zuschnitt gefaltet ist, um die Form eines Kastens mit offenem Ende zu bilden. Das beutelartige Zellengehäuse ist jedoch nicht auf diese Konstruktion eingeschränkt. Beispielsweise kann in einigen Ausführungsformen das beutelartige Zellengehäuse aus einer Bahn aus einem metallbeschichteten Polymerfilm gebildet sein, die gezogen ist, um eine die Elektrodenbaugruppe aufnehmende Vertiefung zu bilden, und gefaltet und abgedichtet ist, um einen geschlossenen Beutel zu bilden.
  • Auch wenn die Zelle 20 ein würfelförmiges Zellengehäuse 21 aufweist, ist das Zellengehäuse 21 nicht auf eine Würfelform eingeschränkt. Beispielsweise kann das Zellengehäuse 21 eine Rechteckform aufweisen (4). In einem weiteren Beispiel kann das Zellengehäuse 21 andere Vieleckformen aufweisen, die ein dichtes Packen ermöglichen, beispielsweise eine Struktur mit acht Flächen, die hexagonal angeordnete Seiten aufweist (nicht gezeigt).
  • In einigen Ausführungsformen weisen die Zellen 20 kein beutelartiges Zellengehäuse auf, sondern ein Zellengehäuse eines alternativen Typs. In einem Beispiel können die Zellen 20 ein starres Kunststoffgehäuse aufweisen. In einem weiteren Beispiel können die Zellen 20 ein Metallgehäuse wie beispielsweise ein prismatisches Metallgehäuse aufweisen. In diesem Fall kann das Metallgehäuse gegenüber der Elektrodenbaugruppe und den Stromabnehmereinrichtungen 70, 71 elektrisch isoliert sein.
  • Darüber hinaus sind die Zellen 20 nicht auf einen Lithiumionenakku eingeschränkt. Beispielsweise kann es sich bei den Zellen 20 um Aluminiumionenzellen, alkalische Zellen, Nickel-Cadmium-Zellen, Nickel-Metallhydrid-Zellen oder eine andere Art von Zellen handeln.
  • Ausgewählte veranschaulichende Ausführungsformen des Akkusystems einschließlich der Zelle sind vorstehend näher beschrieben. Es ist zu beachten, dass vorliegend nur solche Strukturen beschrieben wurden, die zur Erläuterung dieser Einrichtungen für notwendig erachtet wurden. Weitere herkömmliche Strukturen sowie Strukturen untergeordneter und ergänzender Komponenten des Akkusystems werden als dem Fachmann bekannt und verständlich vorausgesetzt. Darüber hinaus wurden vorstehend zwar Arbeitsbeispiele des Akkusystems und der Akkuzelle beschrieben, jedoch sind das Akkusystem und/oder die Akkuzelle nicht auf die vorstehend beschriebenen Arbeitsbeispiele eingeschränkt, und es können verschiedene Änderungen an der Ausgestaltung vorgenommen werden, ohne von den in den Ansprüchen beschriebenen Einrichtungen abzuweichen.

Claims (20)

  1. Elektrochemische Zelle, die ein Zellengehäuse, eine in dem Zellengehäuse angeordnete Elektrodenbaugruppe und eine Stromabnehmereinrichtung beinhaltet, wobei das Zellengehäuse aus einer nachgiebigen Bahn gebildet ist, wobei das Zellengehäuse einen ersten Gehäuseabschnitt und einen zweiten Gehäuseabschnitt aufweist, der mit dem ersten Gehäuseabschnitt entlang einer abgedichteten Verbindung verbunden ist, um einen Beutel zu bilden, wobei der erste Gehäuseabschnitt einen Boden und eine Seitenwand umfasst, die von einem Umfang des Bodens hervorsteht und den Boden umgibt, um einen Behälter mit offenem Ende zu bilden, die Elektrodenbaugruppe positive Elektrodenabschnitte beinhaltet, die sich mit negativen Elektrodenabschnitten abwechseln, wobei die positiven Elektrodenabschnitte und die negativen Elektrodenabschnitte durch mindestens einen Separator getrennt und entlang einer Stapelachse gestapelt sind, wobei sich die Stapelachse in einer senkrecht zu dem Boden verlaufenden Richtung erstreckt, und die Stromabnehmereinrichtung elektrisch mit einem der positiven Elektrodenabschnitte und der negativen Elektrodenabschnitte verbunden ist und über eine in der Zellengehäuseseitenwand gebildete Öffnung aus dem Zellengehäuse austritt, wobei die Öffnung an einer von der abgedichteten Verbindung beabstandeten und der Stapelachse gegenüberliegenden Stelle angeordnet ist, wobei die Stromabnehmereinrichtung Folgendes beinhaltet: eine Stromabnehmerplatte, die zwischen der Seitenwand und dem einen der positiven Elektrodenabschnitte und der negativen Elektrodenabschnitte angeordnet ist, elektrisch mit dem einen der positiven Elektrodenabschnitte und der negativen Elektrodenabschnitte verbunden ist, parallel zu der Seitenwand ausgerichtet ist und die Öffnung überlagert, wobei die Stromabnehmerplatte einen Vorsprung beinhaltet, der von einer einer Seitenwand zugewandten Fläche der Platte hervorsteht und sich durch die Öffnung hindurch erstreckt, eine Dichtung, welche die Öffnung umgibt und zwischen der Seitenwand und der Stromabnehmerplatte angeordnet ist, und eine Anschlussplatte, die parallel zu der Seitenwand ausgerichtet ist, die Öffnung überlagert und außerhalb des Zellengehäuses angeordnet ist, wobei die Anschlussplatte eine Aufnahme beinhaltet, welche die Öffnung überlagert und den Vorsprung aufnimmt, und wobei die Aufnahme dafür ausgelegt ist, mit dem Vorsprung in solcher Weise in Eingriff zu gelangen, dass die Aufnahme der Anschlussplatte den Vorsprung der Stromabnehmerplatte unmittelbar kontaktiert, um eine elektrische Verbindung mit der Stromabnehmerplatte zu bilden, und in solcher Weise, dass die Dichtung zwischen der Seitenwand und der Stromabnehmerplatte zusammengedrückt wird.
  2. Elektrochemische Zelle nach Anspruch 1, wobei sich der Vorsprung durch die Dichtung, die Öffnung und die Aufnahme hindurch erstreckt und ein Befestigungsmittel in solcher Weise an einem Anschlussende des Vorsprungs befestigt ist, dass es den Vorsprung in der Aufnahme festhält.
  3. Elektrochemische Zelle nach Anspruch 1, wobei eine Außenfläche des Vorsprungs ein Gewinde aufweist und die Stromabnehmereinrichtung eine Mutter umfasst, die an einem Anschlussende des Vorsprungs angeordnet ist, wobei Innengewinde der Mutter mit den Gewinden auf der Außenfläche des Vorsprungs in Eingriff gelangen, wobei die Mutter in solcher Weise mit dem Vorsprung zusammenwirkt, dass sie eine Druckkraft auf die Dichtung erzeugt.
  4. Elektrochemische Zelle nach Anspruch 1, wobei eine Außenfläche des Vorsprungs eine Form und Abmessung aufweist, die es ermöglichen, dass der Vorsprung mit der Aufnahme in einem Presssitz in Eingriff gelangt.
  5. Elektrochemische Zelle nach Anspruch 1, ferner umfassend einen zweiten Stromabnehmer, der elektrisch mit einem anderen der positiven Elektrodenabschnitte und der negativen Elektrodenabschnitte verbunden ist und über eine in dem Zellengehäuse gebildete zweite Öffnung aus dem Zellengehäuse austritt.
  6. Elektrochemische Zelle nach Anspruch 5, wobei das Zellengehäuse rechteckig ist und ein erstes Ende, ein gegenüberliegendes zweites Ende und vier Seiten beinhaltet, die sich zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende erstrecken, und die erste Öffnung in einer der vier Seiten gebildet ist und die zweite Öffnung in einer anderen der vier Seiten gebildet ist.
  7. Elektrochemische Zelle nach Anspruch 6, wobei die erste Öffnung in einer der vier Seiten gebildet ist und die zweite Öffnung in einer der einen der vier Seiten gegenüberliegenden Seite gebildet ist.
  8. Elektrochemische Zelle nach Anspruch 6, wobei die erste Öffnung in einer der vier Seiten gebildet ist und die zweite Öffnung in einer zu der einen der vier Seiten benachbarten Seite gebildet ist.
  9. Elektrochemische Zelle nach Anspruch 6, wobei die erste Öffnung in einer der vier Seiten gebildet ist und die zweite Öffnung in derselben Seite gebildet ist.
  10. Elektrochemische Zelle nach Anspruch 1, wobei die Anschlussplatte und die Stromabnehmerplatte jeweils eine erste Seite und eine gegenüberliegende zweite Seite umfassen und die erste Seite und die zweite Seite jeweils allgemein planar und frei von Oberflächenmerkmalen sind.
  11. Akkupack, der elektrochemische Zellen umfasst, wobei jede elektrochemische Zelle ein Zellengehäuse, eine in dem Zellengehäuse angeordnete Elektrodenbaugruppe und eine Stromabnehmereinrichtung beinhaltet, wobei das Zellengehäuse aus einer nachgiebigen Bahn gebildet ist, wobei das Zellengehäuse einen ersten Gehäuseabschnitt und einen zweiten Gehäuseabschnitt aufweist, der mit dem ersten Gehäuseabschnitt entlang einer abgedichteten Verbindung verbunden ist, um einen Beutel zu bilden, wobei der erste Gehäuseabschnitt einen Boden und eine Seitenwand umfasst, die von einem Umfang des Bodens hervorsteht und den Boden umgibt, um einen Behälter mit offenem Ende zu bilden, die Elektrodenbaugruppe positive Elektrodenabschnitte beinhaltet, die sich mit negativen Elektrodenabschnitten abwechseln, wobei die positiven Elektrodenabschnitte und die negativen Elektrodenabschnitte durch mindestens einen Separator getrennt und entlang einer Stapelachse gestapelt sind, wobei sich die Stapelachse in einer senkrecht zu dem Boden verlaufenden Richtung erstreckt, und die Stromabnehmereinrichtung elektrisch mit einem der positiven Elektrodenabschnitte und der negativen Elektrodenabschnitte verbunden ist und über eine in der Zellengehäuseseitenwand gebildete Öffnung aus dem Zellengehäuse austritt, wobei die Öffnung an einer von der abgedichteten Verbindung beabstandeten und der Stapelachse gegenüberliegenden Stelle angeordnet ist, wobei die Stromabnehmereinrichtung Folgendes beinhaltet: eine Stromabnehmerplatte, die zwischen der Seitenwand und dem einen der positiven Elektrodenabschnitte und der negativen Elektrodenabschnitte angeordnet ist, elektrisch mit dem einen der positiven Elektrodenabschnitte und der negativen Elektrodenabschnitte verbunden ist, parallel zu der Seitenwand ausgerichtet ist und die Öffnung überlagert, wobei die Stromabnehmerplatte einen Vorsprung beinhaltet, der von einer einer Seitenwand zugewandten Fläche der Platte hervorsteht und sich durch die Öffnung hindurch erstreckt, eine Dichtung, welche die Öffnung umgibt und zwischen der Seitenwand und der Stromabnehmerplatte angeordnet ist, und eine Anschlussplatte, die parallel zu der Seitenwand ausgerichtet ist, die Öffnung überlagert und außerhalb des Zellengehäuses angeordnet ist, wobei die Anschlussplatte eine Aufnahme beinhaltet, welche die Öffnung überlagert und den Vorsprung aufnimmt, und wobei die Aufnahme dafür ausgelegt ist, mit dem Vorsprung in solcher Weise in Eingriff zu gelangen, dass die Aufnahme der Anschlussplatte den Vorsprung der Stromabnehmerplatte unmittelbar kontaktiert, um eine elektrische Verbindung mit der Stromabnehmerplatte zu bilden, und in solcher Weise, dass die Dichtung zwischen der Seitenwand und der Stromabnehmerplatte zusammengedrückt wird, und ein Abschnitt der Stromabnehmereinrichtung einer der elektrochemischen Zellen unmittelbar einen Abschnitt einer Stromabnehmereinrichtung einer benachbarten elektrochemischen Zelle kontaktiert und mit diesem eine elektrische Verbindung bildet.
  12. Akkupack nach Anspruch 11, wobei sich der Vorsprung durch die Dichtung, die Öffnung und die Aufnahme hindurch erstreckt und ein Befestigungsmittel in solcher Weise an einem Anschlussende des Vorsprungs befestigt ist, dass es den Vorsprung in der Aufnahme festhält.
  13. Akkupack nach Anspruch 11, wobei eine Außenfläche des Vorsprungs ein Gewinde aufweist und die Stromabnehmereinrichtung eine Mutter umfasst, die an einem Anschlussende des Vorsprungs angeordnet ist, wobei Innengewinde der Mutter mit den Gewinden an der Außenfläche des Vorsprungs in Eingriff gelangen, wobei die Mutter in solcher Weise mit dem Vorsprung zusammenwirkt, dass sie eine Druckkraft auf die Dichtung erzeugt.
  14. Akkupack nach Anspruch 11, wobei eine Außenfläche des Vorsprungs eine Form und Abmessung aufweist, die es ermöglichen, dass der Vorsprung mit der Aufnahme in einem Presssitz in Eingriff gelangt.
  15. Akkupack nach Anspruch 11, ferner umfassend einen zweiten Stromabnehmer, der elektrisch mit einem anderen der positiven Elektrodenabschnitte und der negativen Elektrodenabschnitte verbunden ist und über eine in dem Zellengehäuse gebildete zweite Öffnung aus dem Zellengehäuse austritt.
  16. Akkupack nach Anspruch 15, wobei das Zellengehäuse rechteckig ist und ein erstes Ende, ein gegenüberliegendes zweites Ende und vier Seiten beinhaltet, die sich zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende erstrecken, und die erste Öffnung in einer der vier Seiten gebildet ist und die zweite Öffnung in einer anderen der vier Seiten gebildet ist.
  17. Akkupack nach Anspruch 16, wobei die erste Öffnung in einer der vier Seiten gebildet ist und die zweite Öffnung in einer der einen der vier Seiten gegenüberliegenden Seite gebildet ist.
  18. Akkupack nach Anspruch 16, wobei die erste Öffnung in einer der vier Seiten gebildet ist und die zweite Öffnung in einer zu der einen der vier Seiten benachbarten Seite gebildet ist.
  19. Akkupack nach Anspruch 16, wobei die erste Öffnung in einer der vier Seiten gebildet ist und die zweite Öffnung in derselben Seite gebildet ist.
  20. Akkupack nach Anspruch 11, wobei die Anschlussplatte und die Stromabnehmerplatte jeweils eine erste Seite und eine gegenüberliegende zweite Seite umfassen und die erste Seite und die zweite Seite jeweils allgemein planar und frei von Oberflächenmerkmalen sind.
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