DE202024100925U1 - Batterie mit elektrochemischen Energiespeicherelementen und einem zweiteiligen Zellhalter - Google Patents

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Abstract

Batterie (100) mit einem Gehäuse (110, 120) und einer Mehrzahl darin angeordneter, wiederaufladbarer elektrochemischer Energiespeicherelemente (200) mit jeweils einem positiven Pol und einem negativen Pol mit den folgenden Merkmalen:
a. Die elektrochemischen Energiespeicherelemente (200) weisen jeweils eine Längsachse sowie einen ersten endständigen Bereich und einen zweiten endständigen Bereich auf, und
b. die elektrochemischen Energiespeicherelemente (200) sind mit paralleler Ausrichtung ihrer jeweiligen Längsachsen nebeneinander angeordnet, und
c. die Batterie (100) umfasst einen zweiteiligen Zellhalter mit einem ersten Zellhalterrahmen (10) und einem zweiten Zellhalterrahmen (20), und
d. der erste Zellhalterrahmen (10) fixiert die elektrochemischen Energiespeicherelemente (200) in deren ersten endständigen Bereichen und der zweite Zellhalterrahmen (20) fixiert die elektrochemischen Energiespeicherelemente in deren zweiten endständigen Bereichen, und
e. die positiven und die negativen Pole, vorzugsweise alle positiven und alle negativen Pole, der elektrochemischen Energiespeicherelemente (200) sind in den ersten endständigen Bereichen der elektrochemischen Energiespeicherelemente mit mindestens einem weiteren Element der Batterie, insbesondere einer Leiterplatte (300), elektrisch kontaktiert, dadurch gekennzeichnet, dass
f. die elektrische Kontaktierung der positiven und der negativen Pole der elektrochemischen Energiespeicherelemente (200) mittels elektrischer Kontaktfedern (51, 52) erfolgt.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Batterie mit einem Gehäuse und einer Mehrzahl darin angeordneter, wiederaufladbarer elektrochemischer Energiespeicherelemente. Weiterhin betrifft die Erfindung einen zweiteiligen Zellhalter für eine solche Batterie. Die Batterie eignet sich insbesondere zur Stromversorgung eines elektrischen Fahrrads.
  • ANWENDUNGSGEBIET UND STAND DER TECHNIK
  • Fahrräder mit elektromotorischer Unterstützung sind weit verbreitet. Dabei dient der Elektromotor vor allem als Anfahrhilfe und zur Unterstützung der Kurbelbewegung. Es ist aber auch eine vollständige Übernahme des Antriebs durch den Elektromotor möglich. Für die Energieversorgung des Elektromotors wird in der Regel eine Batterie (im Folgenden Fahrradbatterie) verwendet, die eine Mehrzahl von wiederaufladbaren (sekundären) elektrochemischen Energiespeicherelementen, beispielsweise Lithium-Ionen-Zellen, umfasst. Innerhalb der Batterie sind die einzelnen Energiespeicherelemente in der Regel elektrisch miteinander verschaltet. Solche wiederaufladbaren Batterien werden auch als Akkumulatoren bezeichnet.
  • Für die Aufladung von Fahrradbatterien werden in der Regel Ladegeräte verwendet, die an einen Haushalts-Stromnetzanschluss angeschlossen werden können. Fahrradbatterien sind meistens als Wechsel-Batterien ausgebildet, die mit geeigneten Steckverbindungen sowohl am Fahrrad als auch an dem Ladegerät mit wenigen Handgriffen angeschlossen werden können.
  • Fahrradbatterien bzw. Akkumulatoren für Fahrräder umfassen oftmals ein längliches Gehäuse, in welchem die Energiespeicherelemente enthalten sind. Der zur elektrischen Kontaktierung der Batterie notwendige Stecker wird üblicherweise bei der Batteriefertigung in eine Endkappe des Gehäuses eingesetzt.
  • Üblicherweise sind Batterien bzw. Akkumulatoren für Fahrräder so aufgebaut, dass sie eine Mehrzahl von Energiespeicherelementen eines Typs enthalten, die je nach Anforderung seriell und/oder parallel miteinander elektrisch verschaltet sind, um die gewünschte elektrische Performance (Leistung, Kapazität) zu realisieren.
  • Innerhalb des Gehäuses einer Batterie bzw. eines Akkumulators werden die einzelnen Zellen üblicherweise mittels eines Zellhalters gehalten, der oftmals aus Kunststoff gefertigt ist und entsprechende Aufnahmen für die einzelnen Zellen bzw. die Energiespeicherelemente aufweist.
  • Zellhalter für Batterien sind beispielsweise aus dem Bereich der Energiespeicher für Kraftfahrzeuge bekannt. So zeigt beispielsweise die DE 10 2021 106 470 A1 einen Zellhalter für einen elektrischen Energiespeicher eines Kraftfahrzeugs, bei dem zwei rahmenartige Elemente des Zellhalters die einzelnen Speicherzellen, die als zylindrische Rundzellen ausgebildet sind, jeweils von oben und von unten umgreifen.
  • Die WO 2021/254941 A1 hat ein Batteriemodul mit Luftkühlung zum Gegenstand. Das Batteriemodul ist aus mindestens zwei Batterieblöcken aufgebaut, wobei jeder Batterieblock eine Mehrzahl von zylindrischen Rundzellen umfasst, die von einem Zellhalter mit entsprechenden Aufnahmen für die Rundzellen gehalten werden. Der Zellhalter ist zweiteilig ausgebildet und umgreift die jeweiligen Stirnseiten der aufrechtstehend, parallel nebeneinander angeordneten Rundzellen nach Art eines Rahmens von oben und von unten.
  • Die WO 2014/203089 A1 beschreibt eine Batterie mit mehreren wiederaufladbaren Zellen in einer Matrix. Diese Batterie weist eine Verbindungsplatine in Form einer Leiterplatte mit Leiterbahnen auf, wobei die Pole der Zellen über verschweißte Kabel, Drähte oder Streifen mit den Leiterbahnen verbunden sind.
  • Die aktuelle EU-Gesetzgebung schreibt für LMT-Batterien (LMT - light means of transport) vor, dass bei einem Defekt einer einzelnen Zelle bzw. einem einzelnen Energiespeicherelement der Batterie die einzelne Zelle austauschbar sein muss. Dies ist bei herkömmlichen Batterien dieser Art vor dem Hintergrund der komplexen Fixierung und Verschaltung der einzelnen Zellen innerhalb der Batterie nicht unproblematisch. Zum Austausch einer einzelnen Zelle muss nach dem Öffnen des Gehäuses der Batterie zum einen die elektrische Verschaltung der einzelnen Zelle innerhalb der Batterie und zum anderen deren mechanische Fixierung, die im Allgemeinen durch eine umfassende Verklebung der Zelle mit Gehäuse- oder Zellhalterelementen realisiert ist, gelöst werden, bevor ein Austausch vorgenommen werden kann. Auch die Integration einer neuen Zelle in den bestehenden Zellverbund ist aufwendig, da die neue Zelle in den mechanischen Aufbau eingesetzt, verklebt und elektrisch verschaltet werden muss.
  • Herkömmlicherweise ist der Aufbau von derartigen Batterien in der Regel so realisiert, dass die Energiespeicherelemente (Zellen) an ihren beiden Stirnseiten mit Zellverbindern, beispielsweise in Form von Metallstreifen, wechselseitig verschweißt sind, wobei in der Regel mehrere Zellen gemeinsam angeschweißt sind. Zusätzlich werden die Zellen mit dem Zellhalter in der Regel komplett auf beiden Stirnseiten verklebt oder vergossen, beispielsweise mit einem Harz. Darüber hinaus kann es auch vorgesehen sein, dass die einzelnen Zellen axial stockwerkweise angeordnet sind.
  • Diese herkömmlichen Bauformen einer Batterie erschweren den Austausch einzelner Zellen sehr oder machen ihn völlig unmöglich. Insbesondere ist das Ablösen einer einzelnen Zelle von dem Zellverbinder in der Regel nicht möglich, da die Zellen in der Regel auch direkt miteinander verbunden sind. Daher muss für einen Austausch einer einzelnen Zelle der gesamte Zellverbund vom Zellverbinder getrennt werden und der gesamte Zellverbund einschließlich der ersetzten Einzelzelle später komplett neu verschweißt werden. Die erwähnte Stockwerkanordnung der Zellen hat darüber hinaus den Nachteil, dass eine Zelle in der Mitte der Stockwerkanordnung in der Regel gar nicht für einen Austausch erreichbar ist, ohne die gesamte Anordnung zu zerstören.
  • AUFGABE UND LÖSUNG
  • Vor diesem Hintergrund stellt sich die Erfindung die Aufgabe, eine Batterie mit wiederaufladbaren elektrochemischen Energiespeicherelementen bereitzustellen, die alle Anforderungen an einen kompakten Aufbau für eine Batterie, insbesondere für einen Fahrradakkumulator, erfüllt, und die gleichzeitig mit wenig Aufwand und in einfach zu realisierender Weise einen Austausch von einzelnen, gegebenenfalls defekten Energiespeicherelementen der Batterie erlaubt.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Batterie gelöst, wie sie sich aus dem Anspruch 1 ergibt. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Batterie sind Gegenstand der von Anspruch 1 abhängigen Ansprüche. Die Aufgabe wird weiterhin durch einen zweiteiligen Zellhalter für eine solche Batterie gelöst, wie er sich aus dem weiteren nebengeordneten Anspruch und, in bevorzugten Ausgestaltungen, aus den von diesem Anspruch abhängigen Ansprüchen ergibt.
  • Die erfindungsgemäße Batterie umfasst ein Gehäuse mit einer Mehrzahl darin angeordneter, wiederaufladbarer elektrochemischer Energiespeicherelemente. Die einzelnen elektrochemischen Energiespeicherelemente weisen jeweils einen positiven Pol und einen negativen Pol auf. Weiterhin zeichnet sich die erfindungsgemäße Batterie durch die folgenden Merkmale aus:
    1. a. Die elektrochemischen Energiespeicherelemente weisen jeweils eine Längsachse sowie einen ersten endständigen Bereich und einen zweiten endständigen Bereich auf, und
    2. b. die elektrochemischen Energiespeicherelemente sind mit paralleler Ausrichtung ihrer jeweiligen Längsachsen nebeneinander angeordnet, und
    3. c. die Batterie umfasst einen zweiteiligen Zellhalter mit einem ersten Zellhalterrahmen und einem zweiten Zellhalterrahmen, und
    4. d. der erste Zellhalterrahmen fixiert die elektrochemischen Energiespeicherelemente in deren ersten endständigen Bereichen und der zweite Zellhalterrahmen fixiert die elektrochemischen Energiespeicherelemente in deren zweiten endständigen Bereichen, und
    5. e. die positiven und die negativen Pole, vorzugsweise alle positiven und alle negativen Pole, der elektrochemischen Energiespeicherelemente sind in den ersten endständigen Bereichen der elektrochemischen Energiespeicherelemente mit mindestens einem weiteren Element der Batterie, insbesondere einer Leiterplatte, elektrisch kontaktiert.
  • Die erfindungsgemäße Batterie ist weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass
    • f. die elektrische Kontaktierung der positiven und der negativen Pole der elektrochemischen Energiespeicherelemente mittels elektrischer Kontaktfedern erfolgt.
  • Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Batterie liegt darin, dass durch den elektrischen Anschluss der Energiespeicherelemente mittels der elektrischen Kontaktfedern eine lösbare Verbindung der Energiespeicherelemente bereitgestellt wird, die bei Bedarf zerstörungsfrei gelöst und in einfacher Weise wieder hergestellt werden kann. Der elektrische Kontakt wird dabei über die wirkenden Federkräfte der Kontaktfedern sichergestellt, sodass auf eine Verschwei-ßung für die elektrische Kontaktierung der Energiespeicherelemente verzichtet werden kann. Im Bedarfsfall, insbesondere bei einem Austausch eines defekten Energiespeicherelements, kann dieser elektrische Kontakt zerstörungsfrei gelöst werden, sodass ein Entfernen des defekten Energiespeicherelements und ein Einsetzen eines neuen Energiespeicherelements mit sehr wenig Aufwand möglich ist. Diese Merkmalskombination bei der erfindungsgemäßen Batterie hat also den besonderen Vorteil, dass bei dieser Batterie in besonders einfacher Weise ein Austausch von einzelnen elektrochemischen Energiespeicherelementen (im Folgenden kurz: Energiespeicherelemente) möglich ist.
  • Für die elektrische Kontaktierung können an sich bekannte elektrische Kontaktfedern eingesetzt werden. Insbesondere eignen sich Kontaktfedern aus einem Flachmaterial. Vorzugsweise sind die eingesetzten Kontaktfedern Flachformfedern, die aus einem Flachmaterial gefertigt sind und mindestens einen gebogenen Abschnitt aufweisen, der die federnden Eigenschaften bewirkt.
  • Als Material für die Herstellung der Flachfedern eignet sich beispielsweise Kupfer-Beryllium in besonderem Maße, da dieses Material sowohl eine hohe elektrische Leitfähigkeit als auch eine gute Festigkeit aufweist. Die gute Festigkeit sorgt für gute Federeigenschaften der Kontaktfedern. Darüber hinaus eignen sich auch andere Blechmaterialien für die Herstellung der Kontaktfedern, beispielsweise Federstahl, Edelstahl, Aluminium oder Kupferlegierungen. Weiterhin kann eine Beschichtung der Kontaktfedern als Oberflächenschutz vorgesehen sein.
  • Im montierten Zustand der erfindungsgemäßen Batterie ist die elektrische Kontaktierung der Energiespeicherelemente vorzugsweise so ausgebildet, dass die elektrischen Kontaktfedern fest an dem weiteren Bauteil der Batterie, insbesondere fest an der Leiterplatte, fixiert sind. So können die Kontaktfedern mit der Leiterplatte vorzugsweise als oberflächenmontierte Bauteile verlötet oder verschweißt sein. Der Kontakt der Kontaktfedern mit den Energiespeicherelementen ist hingegen lösbar, d.h. zerstörungsfrei lösbar, und basiert auf den wirkenden Federkräften.
  • Bei den elektrischen Kontaktfedern handelt es sich in besonders bevorzugten Ausführungsformen um S-förmige Kontaktfedern. Alternativ sind beispielsweise auch C-Formen oder Z-Formen oder O-Formen oder 3-Formen (liegendes W) möglich. Mit solchen Formen können mit besonderem Vorteil Schwingungskräfte auf der Leiterplatte verhindert oder zumindest stark gedämpft werden. Neben dem Vorteil der Schwingungsdämpfung können zudem durch diese Formen höhere Toleranzen und Bauteilunterschiede bei den einzelnen Energiespeicherelementen ausgeglichen werden. Dies kann besonders relevant sein, wenn bei einem erforderlichen Austausch einzelner Energiespeicherelemente im Rahmen einer Reparatur nachträglich Energiespeicherelemente anderer Hersteller eingesetzt werden. Bei solchen Energiespeicherelemente unterschiedlicher Hersteller können die Gesamt-Abmaße der Elemente im Prinzip gleich sein, wobei es dennoch Abweichungen in der Form, beispielsweise in der Ausbildung der Zellschulter oder bei den Pol-Pins (Polkappen) gibt.
  • In anderen Ausführungsformen können als elektrische Kontaktfedern beispielsweise herkömmliche Ring- oder Tellerfedern eingesetzt werden.
  • Zylindrischen Rundzellen sind ein besonders bevorzugtes Beispiel für die elektrochemischen Energiespeicherelemente einer erfindungsgemäßen Batterie. Hier werden der erwähnte erste und der zweite endständige Bereich jeweils von den stirnseitigen Bereichen der Rundzellen gebildet.
  • In bevorzugter Weise sind die einzelnen Energiespeicherelemente, die mit paralleler Ausrichtung ihrer jeweiligen Längsachsen nebeneinander angeordnet sind, ausschließlich in einer Ebene angeordnet. Das heißt, es sind vorzugsweise nicht mehrere Ebenen der nebeneinander angeordneten Energiespeicherelemente vorgesehen. Eine Anordnung in mehreren Ebenen hätte den Nachteil, dass nicht alle Energiespeicherelemente gleichermaßen für einen Austausch erreichbar wären. Daher ist es besonders bevorzugt, dass alle Energiespeicherelemente in einer Ebene angeordnet sind, so dass jedes Energiespeicherelement im Hinblick auf einen gegebenenfalls erforderlichen Austausch gut erreichbar ist.
  • Der erste und der zweite Zellhalterrahmen sind vorzugsweise aus Kunststoff gefertigt. Kunststoff zeichnet sich durch sein leichtes Gewicht aus, was für ein möglichst geringes Gewicht der fertig montierten Batterie vorteilhaft ist.
  • Darüber hinaus können entsprechende Kunststoffteile in besonders vorteilhafter Weise als Spritzgussteile gefertigt werden, so dass eine einfache und kostengünstige Produktion möglich ist.
  • Eine andere, sehr vorteilhafte Möglichkeit zur Fertigung der Kunststoffteile ist das 3D-Druckverfahren. Der 3D-Druck ermöglicht eine besonders komplexe Formgebung. So können mit einem 3D-Druck beispielsweise auch Lüftungskanäle zur Wärmeabgabe oder Bereiche zur Schwingungsdämpfung realisiert werden.
  • Zweckmäßigerweise sind der erste und der zweite Zellhalterrahmen mit Aufnahmebereichen bzw. Aufnahmen für die einzelnen Energiespeicherelemente ausgestattet, so dass die Energiespeicherelemente nebeneinander angeordnet und fixiert werden können. Im Fall von zylindrischen Rundzellen, die einen runden Querschnitt aufweisen, können beispielsweise runde Aufnahmen in den Zellhalterrahmen für die einzelnen Energiespeicherelemente vorgesehen sein.
  • Der erste und der zweite Zellhalterrahmen können beispielsweise eine rechteckförmige Grundform aufweisen, die insbesondere an eine bei Fahrradbatterien übliche rechteckförmige Quaderform angepasst ist.
  • In besonders bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Batterie ist das folgende zusätzlichen Merkmal vorgesehen:
    1. a. Alle elektrochemischen Energiespeicherelemente der Batterie sind mit gleicher Polarität nebeneinander angeordnet.
  • Die Ausrichtung der Energiespeicherelemente mit gleicher Polarität hat den Vorteil, dass hierdurch die elektrische Kontaktierung der Energiespeicherelemente vereinfacht werden kann. Insbesondere erlaubt diese Ausrichtung der Energiespeicherelemente in besonders praktikabler Weise eine einseitige, individuelle Kontaktierung der Energiespeicherelemente. Beispielsweise kann im Fall von zylindrischen Rundzellen der elektrische Kontakt im Bereich des ersten Zellhalterrahmens so erfolgen, dass der positive Pol über einen Pol-Pin und der negative Pol über eine Zellschulter auf derselben Stirnseite der Rundzelle abgegriffen werden. Die Verschaltung der einzelnen Energiespeicherelemente im Sinne einer parallelen oder seriellen Verschaltung kann über eine entsprechend vorbestückte Leiterplatte mit entsprechenden Leiterbahnen und mit entsprechender Bestückung mit Kontaktfedern erfolgen.
  • Eine Ausrichtung aller Energiespeicherelemente mit gleicher Polarität hat weiterhin den Vorteil, dass hierdurch eine automatisierte Montage deutlich vereinfacht wird, da alle Energiespeicherelemente gleich ausgerichtet sind. Weiterhin wird dadurch eine (Lage-)Verwechslungsgefahr in der Produktion vermieden. Hinzu kommt, dass in der Regel eine der Stirnseiten einer Energiespeicherzelle weniger eben als die andere ist, insbesondere durch den vorstehenden Pol-Pin. Wenn alle Energiespeicherelemente mit der gleichen Orientierung eingesetzt werden, kann die Seite ohne Pol-Pin nach unten ausgerichtet werden, sodass ein Wackeln der Zellen im Zuge der Montage vermieden wird und die Energiespeicherelemente für die Produktion vereinfacht bereitgestellt werden können.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Batterie ist mindestens eines der folgenden zusätzlichen Merkmale vorgesehen:
    1. a. Der erste Zellhalterrahmen und der zweite Zellhalterrahmen sind lösbar miteinander verbunden,
    2. b. der erste Zellhalterrahmen und der zweite Zellhalterrahmen sind durch Schraubverbindungen lösbar miteinander verbunden.
  • Vorzugsweise sind die vorgenannten Merkmale a. und b. in Kombination miteinander verwirklicht.
  • Unter einer lösbaren Verbindung ist dabei eine Verbindung zu verstehen, die ohne Beschädigung oder Zerstörung der Bauteile getrennt und erneut fixiert werden kann.
  • In einer besonders bevorzugten und sehr vorteilhaften Ausbildung der erfindungsgemäßen Batterie im Hinblick auf die lösbare Verbindung der Zellhalterrahmen sind der erste Zellhalterrahmen und der zweite Zellhalterrahmen durch eine oder mehrere Schraubverbindungen lösbar miteinander verbunden. Derartige Schraubverbindungen können im Bedarfsfall, insbesondere zu Reparaturzwecken, in einfacher Weise gelöst werden, so dass der erste Zellhalterrahmen und der zweite Zellhalterrahmen voneinander getrennt werden können. Anschließend können ohne größeren Aufwand einzelne Energiespeicherelemente entnommen und ausgetauscht werden, bevor die Zellhalterrahmen wieder miteinander verbunden werden.
  • Vorzugsweise sind mehrere Schraubverbindungen für die Verbindung der Zellhalterrahmen vorgesehen. Wenn die Zellhalterrahmen beispielsweise eine rechteckige Grundform aufweisen, können die Schraubverbindungen in den jeweiligen Eckbereichen der Rechteckform vorgesehen sein. Zusätzlich können weitere Schraubverbindungen vorgesehen sein. Je nach Größe und Dimensionierung der jeweiligen Batterie können beispielsweise mehrere Schraubverbindungen über die Länge der Längsseiten der Zellhalterrahmen verteilt sein. Auch in der Fläche der Zellhalterrahmen können Schraubverbindungen vorgesehen sein.
  • Für die Schraubverbindungen können prinzipiell selbstschneidende Schrauben verwendet werden. Oftmals ist es jedoch besonders bevorzugt, dass die Schraubverbindungen nicht durch selbstschneidende Schrauben, sondern mit einer Schraube und mit einem entsprechend vorgefertigtem Gewinde ausgebildet sind. Dies führt bei einem gegebenenfalls erforderlichen Lösen und Wiederverbinden der Schraubverbindungen zu einer im Allgemeinen stabileren erneuten Befestigung der Zellhalterrahmen aneinander.
  • Für die Schraubverbindungen sind vorzugsweise säulenförmige Verlängerungen bei den Zellhalterrahmen vorgesehen, die als Schraubkanäle oder Gewindehülsen ausgebildet sind. Die säulenförmigen Verlängerungen sind vorzugsweise senkrecht zur flächigen Erstreckung der Zellhalterrahmen orientiert, wobei die Verschraubung der Zellhalterrahmen vorzugsweise in axialer Richtung erfolgt. Während der Montage erfolgt in bevorzugter Weise die Verschraubung von dem zweiten Zellhalterrahmen aus in Richtung des ersten Zellhalterrahmens.
  • Durch die Schraubverbindungen zwischen den Zellhalterrahmen können die Energiespeicherelemente in besonders vorteilhafter Weise zwischen den beiden Zellhalterrahmen eingespannt und dadurch fixiert werden, wobei die Energiespeicherelemente in korrekter Weise im Bereich der Kontaktfedern positioniert werden.
  • In bevorzugten Ausführungsformen ist mindestens eines der folgenden zusätzlichen Merkmale vorgesehen:
    1. a. Die elektrochemischen Energiespeicherelemente sind in dem zweiten Zellhalterrahmen lösbar fixiert, insbesondere eingeklemmt,
    2. b. der zweite Zellhalterrahmen weist zur lösbaren Fixierung der elektrochemischen Energiespeicherelemente Klemmelemente, insbesondere Klemmrippen, auf.
  • Vorzugsweise sind die vorgenannten Merkmale a. und b. in Kombination miteinander realisiert.
  • Eine lösbare Fixierung der Energiespeicherelemente in dem zweiten Zellhalterrahmen ist besonders vorteilhaft, da hierdurch bei einem gegebenenfalls erforderlichen Austausch einzelner Energiespeicherelemente nach dem Lösen der Verbindung zwischen den Zellhalterrahmen der zweite Zellhalterrahmen abgenommen werden kann, ohne dass die Energiespeicherelemente aus einer festen Fixierung herausgerissen werden müssten.
  • Die Klemmelemente befinden sich zweckmäßigerweise im Bereich der Aufnahmen des Zellhalterrahmens für die einzelnen Energiespeicherelemente. Vorzugsweise sind die Klemmelemente gleichmäßig über den Umfang der Aufnahmen verteilt. Beispielsweise sind drei Klemmelemente pro Aufnahme vorgesehen.
  • Durch die Klemmelemente im zweiten Zellhalterrahmen sind im montierten Zustand die Energiespeicherelemente besonders stabil in dem zweiteiligen Zellhalterrahmen fixiert. Bei dem zum Tauschen einzelner Energiespeicherelemente erforderlichen Abnehmen des zweiten Zellhalterrahmens sollte lediglich darauf geachtet werden, dass die lösbare Fixierung, insbesondere die Klemmung der Energiespeicherelemente in dem zweiten Zellhalterrahmen, vorsichtig gelöst wird, so dass auch bei dem Abnehmen des zweiten Zellhalterrahmens der Verbund der Energiespeicherelemente zunächst erhalten bleibt.
  • Die Klemmelemente zur lösbaren Fixierung der Energiespeicherelemente in dem zweiten Zellhalterrahmen sind insbesondere als Klemmrippen ausgebildet, die in den entsprechenden Aufnahmen des zweiten Zellhalterrahmens für die Energiespeicherelemente eingefügt sind. Bei den Klemmrippen handelt es sich vorzugsweise um schmale Stege aus einem Material mit einer gewissen Elastizität. Besonders geeignet ist ein thermoplastischen Elastomermaterial (TPE). Es kann vorgesehen sein, dass einige der Klemmrippen aus dem thermoplastischen Material und andere Klemmrippen aus einem stabileren Material, insbesondere einem formstabilen Kunststoff, gefertigt sind.
  • Vorzugsweise ist der zweite Zellhalterrahmen als ein Bauteil aus zwei Komponenten ausgebildet (z. B. 2K-Spritzguss). Die erste Komponente bildet das Grundgerüst des Zellhalterrahmens, wobei hierfür vorzugsweise ein formstabiler Kunststoff verwendet wird. Dieses Grundgerüst ist beispielsweise als Kunststoffspritzgussteil oder als 2D-Druckteil ausgebildet. Die zweite Komponente bildet die Klemmelemente oder einige der Klemmelemente, insbesondere in Form von Klemmrippen im Bereich der einzelnen Aufnahmen für die Energiespeicherelemente. Für diese Klemmrippen wird zumindest teilweise vorzugsweise ein elastischeres Material als für das Grundgerüst verwendet, vorzugsweise das bereits erwähnte TPE.
  • In besonders bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Batterie kann das folgenden zusätzlichen Merkmal vorgesehen sein:
    1. a. In dem zweiten Zellhalterrahmen sind flächige und elastische Elemente zum Toleranzausgleich und/oder zur Schwingungsdämpfung vorgesehen.
  • Gemäß dieser Ausführungsform kann der Bodenbereich des zweiten Zellhalterrahmens zumindest teilweise beispielsweise mit einer elastischen Matte oder ähnlichem ausgelegt sein. Hierdurch können beispielsweise Fertigungstoleranzen bei den Energiespeicherelementen ausgeglichen werden. Dies kann vor allem bei einem nachträglichen Austausch einzelner Energiespeicherelemente von besonderem Vorteil sein. Weiterhin können hierdurch auftretende Schwingungen während des Betriebs der Batterie gedämpft werden, wodurch die Robustheit und Stabilität der Batterie verbessert werden können.
  • Mit besonderem Vorteil ist das folgende zusätzliche Merkmal vorgesehen:
    1. a. Die elektrochemischen Energiespeicherelemente sind in dem ersten Zellhalterrahmen und in dem zweiten Zellhalterrahmen klebstofffrei fixiert.
  • Der Verzicht auf einen Klebstoff bei der Fixierung der Energiespeicherelemente in den Zellhalterrahmen erlaubt in der oben beschriebenen Weise einen besonders einfachen und praktikablen Austausch von gegebenenfalls defekten einzelnen Energiespeicherelementen im Zuge einer Reparatur. Zusammen mit der Maßnahme der elektrischen Kontaktfedern ermöglicht die klebstofffreie Fixierung der Energiespeicherelemente ein zerstörungsfreies Lösen einzelnen Energiespeicherelemente aus dem Verbund und ein einfaches Einsetzen und Kontaktieren von neuen Energiespeicherelementen.
  • In weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Batterie ist mindestens eines der folgenden zusätzlichen Merkmale vorgesehen:
    1. a. Der erste Zellhalterrahmen weist Ausschnitte zur elektrischen Kontaktierung der Pluspole und der Minuspole der elektrochemischen Energiespeicherelemente auf,
    2. b. die Ausschnitte in dem ersten Zellhalterrahmen weisen eine runde Form für eine Kontaktierung eines Pol-Pins der elektrochemischen Energiespeicherelemente auf, wobei die runde Form eine teilkreisförmige Erweiterung für eine Kontaktierung einer Zellschulter der elektrochemischen Energiespeicherelemente aufweist.
  • Vorzugsweise sind die vorgenannten Merkmale a. und b. in Kombination miteinander verwirklicht.
  • Durch solche Ausschnitte in dem ersten Zellhalterrahmen kann die elektrische Kontaktierung der Energiespeicherelemente in sehr vorteilhafter Weise mittels der elektrischen Kontaktfedern erfolgen. Eine runde Form der Ausschnitte, insbesondere mit einer teilkreisförmigen Erweiterung gemäß dem vorgenannten Merkmal b., ist in besonders vorteilhafter Weise für zylindrische Rundzellen als Energiespeicherelemente geeignet.
  • In besonders bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Batterie ist mindestens eines der folgenden zusätzlichen Merkmale vorgesehen:
    1. a. Die elektrochemischen Energiespeicherelemente sind zylindrische Rundzellen,
    2. b. die elektrische Kontaktierung der elektrochemischen Energiespeicherelemente erfolgt über einen Pol-Pin und eine Zellschulter, die sich in dem ersten endständigen Bereich der elektrochemischen Energiespeicherelemente befinden.
  • In besonders bevorzugter Weise sind die vorgenannten Merkmale a. und b. gemeinsam miteinander realisiert.
  • Entsprechend der runden Grundform der zylindrischen Rundzellen sind in dieser Ausführungsform der erste und der zweite Zellhalterrahmen vorzugsweise mit kreisförmigen oder teilkreisförmigen Aufnahmen für die Energiespeicherelemente ausgebildet.
  • Bei der Verwendung von zylindrische Rundzellen für die erfindungsgemäße Batterie ist es in besonders vorteilhafter Weise möglich, dass an einer Stirnseite der Rundzellen sowohl der Pluspol als auch der Minuspol abgegriffen werden können. Die Rundzellen sind dabei vorzugsweise so ausgebildet, dass der Pluspol an einer Stirnseite der Rundzellen als zentrale, zylindrische Erhebung auf der Fläche der Stirnseite ausgebildet ist (Pol-Pin). Der Minuspol wird von der gegenüberliegenden Stirnseite und dem Zellmantel gebildet, wobei der Minuspol auch über die Zellschulter abgegriffen werden kann, die auf der Seite des Pluspols liegt. Zwischen der Zellschulter und dem auf dieser Stirnseite hervorstehenden Pol-Pin befindet sich vorzugsweise eine elektrische Isolierung, so dass ein Kurzschluss zwischen Pluspol und Minuspol ausgeschlossen ist. In anderen Ausführungsformen können eine vergleichbare Ausgestaltung mit umgedrehten Polaritäten vorgesehen sein.
  • In besonders bevorzugter Weise werden zylindrische Rundzellen mit dem Formfaktor Typ 21700 verwendet. Typ 21700 bezeichnet die bevorzugten Abmessungen der Energiespeicherelemente und bezieht sich auf einen Außendurchmesser von 21 mm und eine Länge von 70 mm.
  • Besonders bevorzugt sind Lithium-Ionen-Energiespeicherelemente bzw. Lithium-Ionen-Zellen, da Lithium-Ionen-Zellen sich durch eine besonders große Energiedichte bei vergleichsweise niedrigem Gewicht auszeichnen.
  • Allgemein basieren Lithium-Ionen-Energiespeicherelemente auf dem Einsatz von Lithium, welches in Form von Ionen zwischen den Elektroden des Elements hin und her wandern kann.
  • Die negative Elektrode und die positive Elektrode eines Lithium-Ionen-Energiespeicherelements werden in der Regel von sogenannten Kompositelektroden gebildet, die neben elektrochemisch aktiven Komponenten auch elektrochemisch inaktive Komponenten umfassen.
  • Als elektrochemisch aktive Komponenten (Aktivmaterialien) für sekundäre Lithium-Ionen-Elemente kommen prinzipiell sämtliche Materialien in Frage, die Lithium-Ionen aufnehmen und wieder abgeben können. Für die negative Elektrode werden hierfür beispielsweise Partikel auf Kohlenstoffbasis, wie beispielsweise graphitischer Kohlenstoff, eingesetzt. Als Aktivmaterialien für die positive Elektrode können beispielsweise Lithiumcobaltoxid (LiCoO2), Lithiummanganoxid (LiMn2O4), Lithiumeisenphosphat (LiFePO4) oder Derivate hiervon eingesetzt werden. Die elektrochemisch aktiven Materialien sind in der Regel in Partikelform in den Elektroden enthalten.
  • Die Aktivmaterialien sind in der Regel als Schicht auf einem bandförmige Stromkollektor aufgebracht. Der Stromkollektor stellt dabei eine elektrochemisch inaktive Komponente des Energiespeicherelements dar. Als Stromkollektoren kommen insbesondere metallische Folien zum Einsatz, die als Träger für das jeweilige Aktivmaterial dienen. Der Stromkollektor für die negative Elektrode (Anodenstromkollektor) kann beispielsweise aus Kupfer oder Nickel und der Stromkollektor für die positive Elektrode (Kathodenstromkollektor) beispielsweise aus Aluminium gebildet sein. Weiterhin können die Elektroden als elektrochemisch inaktive Komponenten einen Elektrodenbinder (z. B. Polyvinylidenfluorid (PVDF) oder ein anderes Polymer, beispielsweise Carboxymethylzellulose), leitfähigkeitsverbessernde Additive und andere Zusätze umfassen. Der Elektrodenbinder gewährleistet die mechanische Stabilität der Elektroden und häufig auch die Haftung des Aktivmaterials auf den Stromkollektoren.
  • Als Elektrolyten umfassen Lithium-Ionen-Energiespeicherelemente meist Lösungen von Lithiumsalzen wie Lithiumhexafluorophosphat (LiPF6) in organischen Lösungsmitteln (z. B. Ether und Ester der Kohlensäure).
  • In zylindrischen Rundzellen sind die Elektroden der Zelle in der Regel in Form eines Wickels angeordnet, wobei zwischen den bandförmigen Elektroden mindestens ein bandförmiger Separator angeordnet ist. In anderen Ausführungsformen, insbesondere bei prismatischen Energiespeicherelementen, können die Elektroden auch in gestapelter Form vorliegen.
  • In weiteren Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Batterie können auch Energiespeicherelemente verwendet werden, die auf einer anderen Zellchemie beruhen, beispielsweise Natrium-Ionen-Zellen oder anderes.
  • Vorzugsweise sind die zylindrischen Rundzellen innerhalb der Batterie so ausgerichtet, dass die jeweiligen Pluspole nach oben weisen. In diesem Bereich liegt die beschriebene Leiterplatte auf und wird von dem ersten Zellhalterrahmen des Zellhalters gestützt. Da sich die zylindrischen Rundzellen durch den Zellhalter in einer fixierten Position befinden und ein Mindestabstand zwischen den zylindrischen Rundzellen gewährleistet ist, bedürfen die Zellen keiner weiteren Isolation einander gegenüber und können beispielsweise ohne einen Schrumpfschlauch verwendet werden. Die aufgrund der Form sich zwangsläufig ergebenden freien Zwischenräume zwischen den zylindrischen Rundzellen gewährleisten darüber hinaus eine gute Belüftung und Wärmeabfuhr.
  • Um den Anforderungen an eine zeitgemäße Batterie gerecht zu werden, umfasst die erfindungsgemäße Batterie vorzugsweise ein Batteriemanagementsystem. Das Batteriemanagementsystem stellt die Schutzelektronik der Batterie dar und regelt vorzugsweise alle Sicherheitsfunktionen, wie insbesondere einen Überspannungsschutz, einen Tiefenentladungsschutz, eine Kurzschlusssicherung, einen Über-Strom-Schutz und einen Temperaturschutz. Darüber hinaus kann das Batteriemanagementsystem zusätzliche Funktionen, wie insbesondere ein Balancing zum Ladungsausgleich zwischen einzelnen Energiespeicherelementen, sowie Kommunikationsschnittstellen realisieren.
  • Die Elektronik des Batteriemanagementsystems kann neben den verschiedenen Schutzschaltungen beispielsweise auch eine Logik-Kommunikation realisieren.
  • Für das Batteriemanagementsystem kann in an sich bekannter Weise ein separates Elektronikbauteil (Elektronikplatine) in der Batterie verbaut sein. In besonders bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Batterie umfasst das Batteriemanagementsystem eine Elektronik, die in die erwähnte Leiterplatte der Batterie integriert ist.
  • Durch die Integration der Elektronik für das Batteriemanagementsystem in die Leiterplatte ist ein vollständiger Verzicht auf eine separate Elektronikplatine möglich. Hierdurch wird die Anzahl der Bauteile bei der erfindungsgemäßen Batterie im Vergleich mit herkömmlichen Batterien maßgeblich reduziert, so dass Gewicht, Bauraum und auch die Herstellungskosten deutlich geringer als bei herkömmlichen Batterien ausfallen können. Die einzige Leiterplatte der Batterie führt dabei sowohl die Leistung als auch Messströme und andere Signale, die im Rahmen eines Batteriemanagementsystems genutzt werden können. In dieser Ausführungsform mit einer einzigen Leiterplatte kann das Batteriemanagementsystem über die elektrischen Leiter in Form der elektrischen Kontaktfedern direkt mit den einzelnen Energiespeicherelementen verbunden sein.
  • Die Verbünde der einzelnen Energiespeicherzellen, beispielsweise die Parallelverbünde der einzelnen Energiespeicherelemente mit gleichem Potential, können direkt in der Leiterplatte integriert sein. Auf diesem Potential können ebenfalls die Spannungsmesssignale und gegebenenfalls andere sensorische Signale auf der Leiterplatte integriert sein. Neben einer Spannungsmessung kann beispielsweise auch eine Temperaturmessung direkt in die Leiterplatte integriert werden. In dieser Ausführungsform sind insofern keine weiteren Kabel oder Stecker für diese Funktionen erforderlich.
  • Im Hinblick auf das Batteriemanagementsystem zeichnet sich die erfindungsgemäße Batterie in diesen bevorzugten Ausführungsformen durch mindestens eines der folgenden zusätzlichen Merkmale aus:
    1. a. Die Elektronik des Batteriemanagementsystems umfasst Mess- und/oder Steuer- und/oder Schutzschaltungen.
    2. b. Die Elektronik des Batteriemanagementsystems umfasst mindestens einen Mikroprozessor zur Ansteuerung der Schaltungen.
    3. c. Die Elektronik des Batteriemanagementsystems umfasst eine Lade- und Entladeelektronik.
    4. d. Die Elektronik des Batteriemanagementsystems umfasst eine Schaltung zur gleichmäßigen Ladungsverteilung zwischen den Energiespeicherelementen.
    5. e. Die Elektronik des Batteriemanagementsystems umfasst mindestens einen Spannungswandler.
  • In bevorzugten Ausführungsformen sind die Merkmale gemäß den vorgenannten Merkmalen a. bis d. in Kombination miteinander verwirklicht. In besonders bevorzugter Weise ist zusätzlich das vorgenannte Merkmal e. in Kombination mit den Merkmalen a. bis d. vorgesehen.
  • Im Unterschied zu herkömmlichen Batterien mit einem Batteriemanagementsystem zeichnet sich die erfindungsgemäße Batterie gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform dadurch aus, dass sie mit einer reduzierten Anzahl von Bauteilen realisiert ist. Mit ausschließlich einer Leiterplatte können sowohl die elektrische Verschaltung der einzelnen Energiespeicherelemente (serielle (S-) und/oder parallele (P-) Verschaltung) als auch die erforderliche elektronische Kontrolle und das elektronische Management realisiert sein. Hierdurch ist im Vergleich mit herkömmlichen Batterien ein deutlich kompakterer und platzsparender Aufbau der Batterie möglich, so dass der Bauraum und das Gewicht der erfindungsgemäßen Batterie im Vergleich mit herkömmlichen Batterien in besonders vorteilhafter Weise reduziert werden können.
  • Der Spannungswandler gemäß dem vorgenannten Merkmal e. kann insbesondere genutzt werden, um eine oder mehrere Nebenspannungen bereitzustellen, die beispielsweise in einem Spannungsbereich von 8 bis 15 V, vorzugsweise 9 bis 13 V, und besonders bevorzugt bei 12 V liegt. In bevorzugten Ausführungsformen können mehrere Spannungswandler vorgesehen sein, beispielsweise drei Spannungswandler, die drei Kanäle mit beispielsweise 12 V bereitstellen.
  • Die Nebenspannungen der Batterie können für verschiedene (externe) Funktionen genutzt werden. Bei einem elektrischen Fahrrad können mit den Nebenspannungen beispielsweise eine Beleuchtung, eine Beheizung des Sattels und/oder des Lenkers, Navigation, Radarfunktionen, Airbag oder Ähnliches betrieben werden.
  • Die Hauptspannung der Batterie kann beispielsweise in einem Spannungsbereich von 30 bis 60 V, beispielsweise 48 V, liegen. Ein solcher Spannungsbereich ist insbesondere für elektrische Fahrräder geeignet. Je nach Anwendungsfeld der erfindungsgemäßen Batterie kann die bereitgestellte Hauptspannung auch höher oder niedriger liegen.
  • Die Anzahl der Energiespeicherelemente in der erfindungsgemäßen Batterie kann je nach Anwendungsbereich der Batterie gewählt werden. Geeignet für eine Fahrradbatterie ist beispielsweise eine Anzahl von 39 Energiespeicherelementen pro Batterie (zylindrische Lithium-Ionen-Rundzellen, Typ 21700). Die 39 Energiespeicherelemente können beispielsweise in drei Reihen zu jeweils 13 Zellen angeordnet sein.
  • In besonders bevorzugten Ausführungsformen weist die erfindungsgemäße Batterie mindestens eines der folgenden zusätzlichen Merkmale auf:
    1. a. Die Batterie ist ein Wechsel-Akkumulator,
    2. b. die Batterie ist ein Akkumulator für ein elektrisches Fahrzeug,
    3. c. die Batterie ist ein Akkumulator für ein elektrisches Fahrrad.
  • Vorzugsweise sind die vorgenannten Merkmale a. und b. und, besonders bevorzugt, die vorgenannten Merkmale a. bis c. in Kombination miteinander realisiert.
  • In besonders bevorzugter Weise ist die erfindungsgemäße Batterie ein Wechsel-Akkumulator, der mit wenigen Handgriffen an einen elektrischen Verbraucher und wechselweise bei Bedarf an eine Ladeeinrichtung zum Aufladen des Akkumulators angeschlossen werden kann.
  • Die erfindungsgemäße Batterie kann für grundsätzlich jedes elektrische Fahrzeug eingesetzt werden, beispielsweise für einen elektrischen Roller, einen elektrischen Rollstuhl oder andere elektrische Fahrzeuge. Weiterhin kann die Batterie beispielsweise für die Energieversorgung eines Roboters, beispielsweise eines Serviceroboters oder für Ähnliches, verwendet werden. Weiterhin ist die Batterie auch als Spannungsquelle für elektrische Werkzeuge oder ähnliches einsetzbar.
  • In besonders bevorzugten Ausführungsformen handelt es sich bei der erfindungsgemäßen Batterie um einen Wechsel-Akkumulator für ein elektrisches Fahrrad. Insbesondere bei einem elektrischen Fahrrad kommen die besonderen Vorteile der erfindungsgemäßen Batterie besonders zum Tragen, da die erfindungsgemäße Batterie für das jeweilige Anforderungsprofil bei der Herstellung des Fahrrads in sehr vorteilhafter Weise konfektioniert werden kann und sich durch ein leichtes Gewicht und einen geringen Platzbedarf auszeichnet.
  • Das Gehäuse der Batterie kann beispielsweise eine quaderförmige Grundform, insbesondere eine quaderförmige Grundform mit mindestens vier Längsseiten und einer ersten und einer zweiten Stirnseite aufweisen. Die erste Stirnseite wird vorzugsweise von einer Endkappe mit einem Stecker, beispielsweise mit einem integrierten Stecker in Form eines endkappenförmigen Steckerbauteils gebildet. Weiterhin kann in die Endkappe beispielsweise eine Ladezustands-Anzeige und/oder ein Touch Button als Bedienelement der Batterie integriert sein.
  • Allgemein eignet sich eine Grundform mit vier oder mehr Längsseiten, insbesondere eine quaderförmige Grundform mit vier Längsseiten, für verschiedene Anwendungen der erfindungsgemäßen Batterie, insbesondere für eine Verwendung als Fahrradbatterie. Eine quaderförmige Grundform kann auch abgewandelt werden und beispielsweise abgekantete Längsseiten aufweisen, sodass beispielsweise eine Grundform mit sechs oder acht Längsseiten und zwei Stirnseiten ausgebildet wird.
  • Über die Endkappe mit dem Stecker kann die elektrische Verbindung beispielsweise mit dem Fahrrad oder einem anderen Verbraucher und wechselweise mit einem Ladegerät in an sich bekannter Weise hergestellt werden.
  • Darüber hinaus weist das Gehäuse vorzugsweise Rastmittel oder Ähnliches auf, mit dem die Batterie beispielsweise am Rahmen eines Fahrrads oder Ähnlichem befestigt werden kann.
  • Als geeignete Materialien für das Gehäuse sind wegen der besonderen Stabilität metallische Werkstoffe besonders bevorzugt. Aluminium eignet sich besonders, da hierdurch das Gewicht der resultierenden Batterie verhältnismäßig niedrig gehalten werden kann. Darüber hinaus hat Aluminium den weiteren Vorteil, dass es gute Wärmeabführungseigenschaften aufweist, die für die erfindungsgemäße Batterie vorteilhaft sind.
  • Besonders bevorzugt ist ein Gehäuse mit einer länglichen Grundform und einem rechteckigen Querschnitt. Das Gehäuse wird vorzugsweise von einer metallischen Röhre mit einem rechteckigen (gegebenenfalls näherungsweise quadratischem) Querschnitt und zwei Endkappen, vorzugsweise aus Kunststoff, gebildet. Eine solche Form des Gehäuses gewährleistet zum einen eine hohe Stabilität und bietet zum anderen vorteilhafte Möglichkeiten zur Anordnung der Energiespeicherelemente innerhalb des Gehäuses. Die längliche Form macht die Batterie weiterhin insbesondere für die Verwendung als Fahrradbatterie geeignet, da ein solches längliches Gehäuse in vorteilhafter Weise am oder im Bereich des Rahmens eines Fahrrads angebracht werden kann.
  • Bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Batterie ist ein hoher Grad an Automatisierung möglich. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn eine Leiterplatte verwendet wird, die im Bereich des ersten Zellhalterrahmens angeordnet wird und über die die elektrische Kontaktierung der Energiespeicherelemente erfolgt. Vorteilhafterweise wird die Leiterplatte vorab mit den erforderlichen elektronischen Bauteilen und insbesondere auch mit den elektrischen Kontaktfedern bestückt. Nach dem Einsetzen der Energiespeicherelemente in die Zellhalterrahmen und nach dem Zusammenbau der Zellhalterrahmen mit der Leiterplatte wird somit automatisch die elektrische Kontaktierung der Energiespeicherelemente mit der Leiterplatte hergestellt. Weitere Verklebungen oder Verschweißungen sind nicht erforderlich.
  • Durch die erfindungsgemäß vorgesehene einseitige Kontaktierung der Energiespeicherelemente wird eine sehr gute thermische Anbindung der Energiespeicherelemente erreicht. Darüber hinaus ist eine Reduzierung der Kosten durch weniger Bauteile und den vorteilhaften Fertigungsprozess möglich.
  • Die Erfindung umfasst weiterhin einen Zellhalter für eine Batterie mit einem Gehäuse und einer Mehrzahl daran angeordneter, wiederaufladbarer elektrochemischer Energiespeicherelemente gemäß der obigen Beschreibung. Der erfindungsgemäße Zellhalter zeichnet sich insbesondere durch die folgenden Merkmale aus:
    1. a. Der Zellhalter ist zweiteilig und umfasst einen ersten Zellhalterrahmen und einen zweiten Zellhalterrahmen, und
    2. b. der erste Zellhalterrahmen weist Ausschnitte zur elektrischen Kontaktierung der Pluspole und der Minuspole der elektrochemischen Energiespeicherelemente mittels elektrischer Kontaktfedern auf.
  • Der Zellhalter ist vorzugsweise im Wesentlichen aus Kunststoff gebildet, wobei der erste Zellhalterrahmen und der zweite Zellhalterrahmen jeweils beispielsweise als Kunststoffspritzgussteile oder als 2D-Druckteile hergestellt sein können. Zusätzlich können einige Komponenten der Zellhalterrahmen auch aus anderen Materialen gefertigt sein. Insbesondere können die in bevorzugten Ausführungsformen vorgesehenen Klemmelemente des zweiten Zellhalterrahmens aus einem elastischeren Material, beispielsweise aus TPE, gebildet sein.
  • In Anpassung an einen runden Querschnitt der für die Batterie bevorzugten zylindrischen Rundzellen als Energiespeicherelemente weisen die Zellhalterrahmen vorzugsweise kreisförmige oder teilkreisförmige Aufnahmen auf, in die die zylindrischen Rundzellen eingesetzt werden können.
  • In besonders bevorzugten Ausführungsformen zeichnet sich der erfindungsgemäße Zellhalter durch mindestens eines der folgenden zusätzlichen Merkmale aus:
    1. a. Der erste Zellhalterrahmen und der zweite Zellhalterrahmen sind zur lösbaren Verbindung miteinander vorgesehen,
    2. b. der erste Zellhalterrahmen und der zweite Zellhalterrahmen sind durch Schraubverbindungen zur lösbaren Verbindung miteinander vorgesehen.
  • In weiteren besonders bevorzugten Ausführungsformen zeichnet sich der erfindungsgemäße Zellhalter durch das folgende zusätzlich Merkmal aus:
    1. a. Der zweite Zellhalterrahmen weist zur lösbaren Fixierung der elektrochemischen Energiespeicherelemente Klemmelemente, insbesondere Klemmrippen, auf.
  • Diese Ausführungsform erlaubt in besonders vorteilhafter Weise eine stabile und gleichzeitig klebstofffreie Halterung der Energiespeicherelemente. Es können beispielsweise pro Energiespeicherelement drei Klemmrippen vorgesehen sein, die über den Umfang der kreisförmigen Aufnahme für das Energiespeicherelement verteilt sind. Auch in dem ersten Zellhalterrahmen können mit den Klemmrippen vergleichbare Stege über den Umfang der Aufnahmen für die Energiespeicherelemente vorgesehen sein, die insbesondere zur Zentrierung der Energiespeicherelemente dienen. Auch hier können beispielsweise drei Stege oder Klemmrippen über den Umfang der Aufnahmen für jeweils eine zylindrische Rundzelle vorgesehen sein.
  • Der Zellhalter ist in einer besonders bevorzugten Ausführungsform zur klebstofffreien Fixierung der elektrochemischen Energiespeicherelemente in dem ersten Zellhalterrahmen und in dem zweiten Zellhalterrahmen vorgesehen.
  • Bezüglich der besonderen Vorteile dieser verschiedenen Merkmale des erfindungsgemäßen Zellhalters wird auf die obige Beschreibung verwiesen, in der bereits die bevorzugten Ausgestaltungen des Zellhalters im Zusammenhang mit der Beschreibung der erfindungsgemäßen Batterie ausgeführt wurden.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen. Hierbei können die einzelnen Merkmale jeweils für sich oder in Kombination miteinander realisiert sein.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • In den Zeichnungen zeigen:
    • 1 Seitliche Außenansicht einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Batterie;
    • 2A, B seitliche Teilansicht einer erfindungsgemäßen Batterie mit den Energiespeicherelementen und dem zweiteiligen Zellhalter mit Leiterplatte ohne das übrige Gehäuse (Teilfigur A) und Detailansicht (Teilfigur B) aus dem Bereich der Leiterplatte;
    • 3 Aufsicht auf einen Abschnitt des ersten Zellhalterrahmens mit eingesetzten Energiespeicherelementen; und
    • 4 Aufsicht auf einen Abschnitt des zweiten Zellhalterrahmens.
  • BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
  • 1 zeigt eine Außenansicht einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Batterie 100. Das Gehäuse der Batterie 100 umfasst einen vorzugsweise metallischen Grundkörper 110 und eine vordere stirnseitige Endkappe 120 sowie eine hintere, hier nicht sichtbare stirnseitige Endkappe. Der Grundkörper 110 kann beispielsweise von einer Aluminiumröhre mit einem rechteckigen Querschnitt gebildet sein.
  • Innerhalb des Grundkörpers 110 sind die elektrochemischen Energiespeicherelemente der Batterie angeordnet. Vorzugsweise handelt es sich um Lithium-lonen-Zellen in Form von zylindrischen Rundzellen. Die zylindrische Rundzellen sind innerhalb des Gehäuses mit paralleler Ausrichtung ihrer Längsachsen in einer Ebene und gegebenenfalls in mehreren parallelen Reihen angeordnet.
  • In die dem Betrachter zugewandte stirnseitige Endkappe 120 der Batterie 100 ist in dieser Ausführungsform der Batterie ein Stecker 121 integriert, über den die Strom- und Signalführung nach außen erfolgt. Die Endkappe 120 ist als Kunststoffspritzgussteil ausgebildet. Der Stecker 121 ist von einer umlaufenden Vertiefung 122 umgeben. Die Vertiefung 122 dient als Führung für das einzusteckende Gegenstück des Steckers.
  • Auf der Außenfläche der Endkappe 120 sind weiterhin zwei rinnenförmige Vertiefungen 123 vorgesehen. Diese Vertiefungen 123 bilden Halte- und/oder Führungselemente für die Halterung der Batterie 100, beispielsweise am Rahmen eines elektrischen Fahrrads. Die Vertiefungen 123 können insbesondere als Positionierhilfen für die Anbringung der Batterie 100 an dem Fahrrad dienen.
  • Die der Endkappe 120 gegenüberliegende Stirnseite des Gehäuses kann ebenfalls von einem Kunststoffspritzgussteil als weiterer Endkappe verschlossen sein. Alternativ können die Endkappen auch aus Aluminium oder einem anderen Metall gebildet sein.
  • Die elektrische Verschaltung der Energiespeicherelemente innerhalb des Gehäuses erfolgt vorzugsweise direkt über eine Leiterplatte, die vorzugsweise auch die Batteriemanagement-Elektronik trägt.
  • Erfindungsgemäß erfolgt der elektrische Anschluss der einzelnen Energiespeicherelemente mittels elektrischer Kontaktfedern. Vorzugsweise ist hierfür eine Leiterplatte vorgesehen, die mit elektrischen Kontaktfedern vorbestückt ist. Die Leiterplatte befindet sich im oberen Bereich der Batterie und wird von einem oberen (ersten) Zellhalterrahmen gehalten. Die Leiterplatte bedeckt dabei diejenige Seite des Verbunds aus Energiespeicherelementen, die von einer der Stirnseiten der Energiespeicherelemente gebildet wird. Die Plus- und Minuspole der Energiespeicherelemente sind über elektrische Kontaktfedern an die Leiterplatte angeschlossen. Der elektrische Kontakt wird über die wirkenden Federkräfte sichergestellt, sodass auf eine Verschweißung verzichtet werden kann. Im Bedarfsfall, insbesondere bei einem Austausch eines defekten Energiespeicherelements, kann dieser elektrische Kontakt zerstörungsfrei gelöst werden, sodass ein Entfernen des defekten Energiespeicherelements und ein Einsetzen eines neuen Energiespeicherelements mit sehr wenig Aufwand möglich ist.
  • 2 (Teilfigur A) zeigt eine seitliche Ansicht eines Abschnitts einer erfindungsgemäßen Batterie 100, wobei der Übersichtlichkeit halber das Gehäuse der Batterie nicht gezeigt ist. Zu erkennen sind die im Inneren der Batterie enthaltenden zylindrischen Rundzellen 200, die aufrecht stehend in drei parallelen Reihen angeordnet sind. Es können in der Batterie beispielsweise insgesamt 39 zylindrische Rundzellen vorgesehen, die in drei Reihen zu jeweils 13 Rundzellen angeordnet sind.
  • Die zylindrischen Rundzellen 200 werden von einem oberen, ersten Zellhalterrahmen 10 und einem unteren, zweiten Zellhalterrahmen 20 gehalten und fixiert. Im Bereich des ersten Zellhalterrahmens 10 ist eine Leiterplatte 300 vorgesehen, über die die elektrische Verschaltung der zylindrischen Rundzellen 200 erfolgt. Die Leiterplatte 300, die vorzugsweise auch das Batteriemanagementsystem trägt, ist mit Hilfe von mehreren verschraubten Klemmhaltern 310 an dem oberen Zellhalterrahmen 10 befestigt. Die Schrauben 30, die zur Verschraubung der Klemmhalter 310 dienen, befestigen auch den oberen Zellhalterrahmen 10 an dem unteren Zellhalterrahmen 20.
  • Der Kernpunkt der Erfindung liegt darin, dass die elektrische Kontaktierung der Energiespeicherelemente bzw. der zylindrischen Rundzellen 200 mit der Leiterplatte 300 über elektrische Kontaktfedern 51, 52 erfolgt. Diese elektrische Kontaktierung ist in der Detailansicht B im Detail dargestellt. Mittels der verschraubten Klemmhalter 310 wird die Leiterplatte 300 nach unten gespannt, sodass die elektrischen Kontaktfedern 51, 52, welche an der Leiterplatte 300 fixiert sind, die Rundzellen 200 mit der Leiterplatte 300 kontaktieren. Der Pluspol der Rundzelle 200 wird über den zentralen Bereich (Plus-Pin) der Stirnseite mit der elektrischen Kontaktfeder 51 abgegriffen. Der Minuspol der Rundzelle 200 wird an der Zellschulter mit der elektrischen Kontaktfeder 52 abgegriffen.
  • Bei den Kontaktfedern 51, 52 handelt es sich in diesem Fall um S-förmig gebogene Flachfedern. Ein Schenkel der Kontaktfedern 51, 52 ist fest mit der Leiterplatte 300 verbunden, insbesondere verlötet. Der andere Schenkel legt frei an dem Plus-Pin bzw. der Zellschulter der Rundzelle an. Durch das Einspannen der Rundzellen zwischen den Zellhalterrahmen und durch die wirkenden Federkräfte wird der zuverlässige elektrische Kontakt sichergestellt.
  • Im montierten Zustand sind die zylindrischen Rundzellen 200 zwischen den beiden Zellhalterrahmen 10 und 20 eingespannt und damit fest fixiert. Die Geometrie des zweiteiligen Zellhalters sorgt dabei dafür, dass die Rundzellen korrekt unterhalb der Leiterplatte 300 mit den elektrischen Kontaktfedern 51, 52 positioniert sind.
  • Diese erfindungsgemäße Bauweise der Batterie 100 erlaubt einen besonders einfachen Austausch von einzelnen, gegebenenfalls defekten Energiespeicherelementen. Der elektrische Kontakt zwischen dem einzelnen Energiespeicherelement 200 und der Leiterplatte 300 kann zerstörungsfrei gelöst werden und mit einem neuen Energiespeicherelement ohne Weiteres wieder hergestellt werden.
  • Als ein weiteres, besonders vorteilhaftes Merkmal der Batterie 100 ist es vorgesehen, dass die beiden Zellhalterrahmen 10 und 20 in lösbarer Weise miteinander verbunden sind. Dies ermöglicht im Bedarfsfall eine zerstörungsfreie Lösung der Zellhalterrahmen, sodass einzelne Energiespeicherelemente gegebenenfalls entfernt und einfach ersetzt werden können.
  • Die Lösbarkeit der Zellhalterrahmen 10, 20 wird in dieser Ausführungsform durch Schraubverbindungen 30 zwischen dem ersten und dem zweiten Zellhalterrahmen 10, 20 realisiert. Bei Bedarf können die Schraubverbindungen bzw. die Schrauben 30 gelöst und der zweite Zellhalterrahmen 20 abgenommen werden, so dass die einzelne Rundzellen 200 zugänglich sind.
  • Ein weiterer vorteilhafter Aspekt der Erfindung liegt darin, dass die zylindrischen Rundzellen 200 an ausschließlich einer Seite elektrisch kontaktiert sind, und zwar auf der in dieser Darstellung oberen Seite im Bereich des ersten Zellhalterrahmens 10. Alle zylindrischen Rundzellen 200 sind vorzugsweise mit gleicher Ausrichtung ihrer Polaritäten innerhalb der Batterie angeordnet. Beispielsweise sind alle zylindrischen Rundzellen so angeordnet, dass der Pol-Pin als Pluspol nach oben bzw. in die Richtung weist, auf der sich die Leiterplatte 300 befindet.
  • Die zylindrischen Rundzellen 200 sind mit dem zweiten Zellhalterrahmen 20 in lösbarer Weise verbunden, wobei die zylindrischen Rundzellen 200 in die entsprechenden Aufnahmen des zweiten Zellhalterrahmens 20 eingeklemmt sind. Hierdurch ist es möglich, dass nach dem Lösen der Schraubverbindungen 30 der zweite Zellhalterrahmen 20 vorsichtig abgehoben werden kann, wobei die zylindrischen Rundzellen 200 in dem Verbund mit dem ersten Zellhalterrahmen 10 verbleiben können.
  • Durch die Klemmung und das Einspannen der zylindrischen Rundzellen 200 zwischen den beiden Zellhalterrahmen 10 und 20 ist eine stabile Fixierung der zylindrischen Rundzellen 200 möglich, sodass auf Verklebungen oder ähnliches verzichtet werden kann.
  • Weiterhin sind auf der Leiterplatte 300 vorzugsweise verschiedene elektronische Bauteile angeordnet, die ein Batteriemanagementsystem der Batterie realisieren. Hierbei handelt es sich insbesondere um verschiedene Mess- und/oder Steuer- und/oder Schutzschaltungen, um einen oder mehrere Mikroprozessoren sowie gegebenenfalls um einen oder mehrere Spannungswandler.
  • 3 zeigt einen Teil des oberen, ersten Zellhalterrahmens 10 mit den darunter befindlichen zylindrischen Rundzellen 200, von denen die jeweilige obere Stirnseite zu erkennen ist.
  • Zu erkennen sind die einzelnen kreisförmigen Ausschnitte 11 in dem ersten Zellhalterrahmen 10, die jeweils eine teilkreisförmige Erweiterung 12 aufweisen. Durch diese Ausschnitte in dem ersten Zellhalterrahmen 10 sind die Stirnseiten der jeweiligen Rundzelle zugänglich und können mittels der hier nicht dargestellten elektrischen Kontaktfedern an die hier ebenfalls nicht dargestellte Leiterplatte angeschlossen werden. Im montierten Zustand liegt die Leiterplatte auf dem ersten Zellhalterrahmen 10 auf.
  • In dem zentralen Bereich der Stirnseite der Rundzellen 200 befindet sich ein Pol-Pin, der vorzugsweise den Pluspol der Rundzelle 200 bildet und der mit einer ersten elektrischen Kontaktfeder durch den kreisförmigen Ausschnitt 11 hindurch kontaktiert wird. In dem Randbereich der Stirnseite der Rundzelle 200 befindet sich die Zellschulter der Rundzelle, über die der Minuspol der Rundzelle mittels einer zweiten elektrischen Kontaktfeder abgegriffen werden kann. Die teilkreisförmigen Erweiterung 12 des kreisförmigen Ausschnitts 11 stellt den Zugang für die zweite elektrische Kontaktfeder zu der Zellschulter der Rundzelle bereit.
  • Die auf der Fläche des ersten Zellhalterrahmens verteilten Öffnungen 13 stellen die Öffnungen von Gewindehülsenkegeln dar, die zur Herstellung von Schraubverbindungen zwischen dem ersten und dem zweiten Zellhalterrahmen dienen.
  • 4 zeigt einen Teil des unteren, also des zweiten Zellhalterrahmens 20. Hier sind kreisförmigen Aufnahmen 21 für die einzusetzenden Energiespeicherelemente, also die zylindrischen Rundzellen, zu erkennen. Am inneren Umfang der Aufnahmen 21 sind Klemmrippen 22, 23 vorgesehen. Es können beispielsweise jeweils drei Klemmrippen 22, 23 pro Aufnahme 21 vorgesehen sein. Die Klemmrippen 22, 23 sind vorzugsweise gleichmäßig über den Umfang der Aufnahmen 21 verteilt.
  • In bevorzugten Ausführungsformen sind eine oder mehrere der Klemmrippen 22, gegebenenfalls auch alle Klemmrippen, aus einem elastischen Material, insbesondere einem thermoplastischen Elastomermaterial, gebildet. Vorzugsweise bestehen eine oder zwei der Klemmrippen 22 aus dem thermoplastischen Elastomermaterial und die weiteren Klemmrippen 23 bestehen aus einem anderen, weniger elastischen Kunststoff, beispielsweise dem gleichen Kunststoff, aus dem der übrige Zellhalterrahmen 20 gebildet ist. Die Klemmrippen 22 aus dem thermoplastischen Elastomermaterial bewirken eine gewisse Flexibilität und eine Toleranz bei dem Einsetzen und gegebenenfalls Entfernen der Rundzellen.
  • Zusätzlich können in dem Bodenbereich des zweiten Zellhalterrahmens 20 flächige und elastische Elemente 24 in Form einer elastischen Kunststoffmatte, die z.B. ringförmig zugeschnitten ist, vorgesehen sein. Auch durch diese elastischen Elemente 24 kann ein Toleranzausgleich und gegebenenfalls eine Schwingungsdämpfung während des Betriebs der Batterie bewirkt werden.
  • Korrespondierend zu den Gewindehülsenkegeln des ersten Zellhalterrahmens sind in dem zweiten Zellhalterrahmen 20 Schraubkanalkegel 25 als säulenförmige Erhebungen vorgesehen, die über die Fläche des zweiten Zellhalterrahmens 20 verteilt sind und die zur Herstellung von Schraubverbindungen zwischen dem ersten und dem zweiten Zellhalterrahmen dienen.
  • Die beschriebene erfindungsgemäße Batterie ist in besonderer Weise für einen Austausch einzelner Energiespeicherelemente bzw. einzelner, gegebenenfalls defekter zylindrischer Rundzellen 200 geeignet. Falls ein solcher Austausch erforderlich ist, wird zunächst das Gehäuse geöffnet und anschließend werden die Schraubverbindungen zwischen den beiden Zellhalterrahmen gelöst. Nun kann der zweite Zellhalterrahmen abgehoben werden, da die zylindrischen Rundzellen mit dem zweiten Zellhalterrahmen lediglich verklemmt, aber nicht verklebt sind. Die gegebenenfalls defekte zylindrische Rundzelle kann aus dem ersten Zellhalterrahmen einfach entnommen werden, da keine Schweiß- oder Klebeverbindungen mit dem ersten Zellhalterrahmen vorhanden sind. Nach dem Herausnehmen der defekten Zelle kann nun eine intakte Zelle eingesetzt werden. Der elektrische Kontakt mit der Leiterplatte stellt sich durch die elektrischen Kontaktfedern ohne weiteres Zutun her. Nach dem Aufsetzen des zweiten Zellhalterrahmens wird dieser wieder mit dem ersten Zellhalterrahmen verschraubt. Hierdurch werden die Rundzellen zwischen den Zellhalterrahmen eingespannt, sodass die Zellen sicher fixiert und elektrisch kontaktiert sind. Eine weitere Verklebung oder Verschweißung ist nicht erforderlich. Für eine solche Reparatur einer Batterie ist lediglich ein einziges Werkzeug zum Lösen und späteren Festziehen der Schraubverbindungen erforderlich.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102021106470 A1 [0007]
    • WO 2021254941 A1 [0008]
    • WO 2014203089 A1 [0009]

Claims (14)

  1. Batterie (100) mit einem Gehäuse (110, 120) und einer Mehrzahl darin angeordneter, wiederaufladbarer elektrochemischer Energiespeicherelemente (200) mit jeweils einem positiven Pol und einem negativen Pol mit den folgenden Merkmalen: a. Die elektrochemischen Energiespeicherelemente (200) weisen jeweils eine Längsachse sowie einen ersten endständigen Bereich und einen zweiten endständigen Bereich auf, und b. die elektrochemischen Energiespeicherelemente (200) sind mit paralleler Ausrichtung ihrer jeweiligen Längsachsen nebeneinander angeordnet, und c. die Batterie (100) umfasst einen zweiteiligen Zellhalter mit einem ersten Zellhalterrahmen (10) und einem zweiten Zellhalterrahmen (20), und d. der erste Zellhalterrahmen (10) fixiert die elektrochemischen Energiespeicherelemente (200) in deren ersten endständigen Bereichen und der zweite Zellhalterrahmen (20) fixiert die elektrochemischen Energiespeicherelemente in deren zweiten endständigen Bereichen, und e. die positiven und die negativen Pole, vorzugsweise alle positiven und alle negativen Pole, der elektrochemischen Energiespeicherelemente (200) sind in den ersten endständigen Bereichen der elektrochemischen Energiespeicherelemente mit mindestens einem weiteren Element der Batterie, insbesondere einer Leiterplatte (300), elektrisch kontaktiert, dadurch gekennzeichnet, dass f. die elektrische Kontaktierung der positiven und der negativen Pole der elektrochemischen Energiespeicherelemente (200) mittels elektrischer Kontaktfedern (51, 52) erfolgt.
  2. Batterie nach Anspruch 1 mit mindestens einem der folgenden zusätzlichen Merkmale: a. Die elektrischen Kontaktfedern (51, 52) sind S-förmige Kontaktfedern, b. die elektrischen Kontaktfedern sind C-förmige Kontaktfedern, c. die elektrischen Kontaktfedern sind Z-förmige Kontaktfedern, d. die elektrischen Kontaktfedern sind O-förmige Kontaktfedern, e. die elektrischen Kontaktfedern sind 3-förmige Kontaktfedern.
  3. Batterie nach Anspruch 1 oder Anspruch 2 mit dem folgenden zusätzlichen Merkmal: a. Alle elektrochemischen Energiespeicherelemente (200) sind mit gleicher Polarität nebeneinander angeordnet.
  4. Batterie nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit mindestens einem der folgenden zusätzlichen Merkmale: a. Der erste Zellhalterrahmen (10) und der zweite Zellhalterrahmen (20) sind lösbar miteinander verbunden, b. der erste Zellhalterrahmen (10) und der zweite Zellhalterrahmen (20) sind durch Schraubverbindungen (30) lösbar miteinander verbunden.
  5. Batterie nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit mindestens einem der folgenden zusätzlichen Merkmale: a. Die elektrochemischen Energiespeicherelemente (200) sind in dem zweiten Zellhalterrahmen (20) lösbar fixiert, insbesondere eingeklemmt, b. der zweite Zellhalterrahmen (20) weist zur lösbaren Fixierung der elektrochemischen Energiespeicherelemente Klemmelemente (22, 23), insbesondere Klemmrippen, auf.
  6. Batterie nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit dem folgenden zusätzlichen Merkmal: a. In dem zweiten Zellhalterrahmen (20) sind flächige und elastische Elemente (24) zum Toleranzausgleich und/oder zur Schwingungsdämpfung vorgesehen.
  7. Batterie nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit dem folgenden zusätzlichen Merkmal: a. Die elektrochemischen Energiespeicherelemente (200) sind in dem ersten Zellhalterrahmen (10) und in dem zweiten Zellhalterrahmen (20) klebstofffrei fixiert.
  8. Batterie nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit mindestens einem der folgenden zusätzlichen Merkmale: a. Der erste Zellhalterrahmen (10) weist Ausschnitte (11, 12) zur elektrischen Kontaktierung der Pluspole und der Minuspole der elektrochemischen Energiespeicherelemente (200) auf, b. die Ausschnitte in dem ersten Zellhalterrahmen (10) weisen eine runde Form (11) für eine Kontaktierung eines Pol-Pins der elektrochemischen Energiespeicherelemente auf, wobei die runde Form (11) eine teilkreisförmige Erweiterung (12) für eine Kontaktierung einer Zellschulter der elektrochemischen Energiespeicherelemente aufweist.
  9. Batterie nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit mindestens einem der folgenden zusätzlichen Merkmale: a. Die elektrochemischen Energiespeicherelemente (200) sind zylindrische Rundzellen, b. die elektrische Kontaktierung der elektrochemischen Energiespeicherelemente (200) erfolgt über einen Pol-Pin und eine Zellschulter, die sich in dem ersten endständigen Bereich der elektrochemischen Energiespeicherelemente befinden.
  10. Batterie nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit mindestens einem der folgenden zusätzlichen Merkmale: a. Die Batterie (100) ist ein Wechsel-Akkumulator, b. die Batterie (100) ist ein Akkumulator für ein elektrisches Fahrzeug, c. die Batterie (100) ist ein Akkumulator für ein elektrisches Fahrrad.
  11. Zellhalter (10, 20) für eine Batterie (100) mit einem Gehäuse und einer Mehrzahl darin angeordneter, wiederaufladbarer elektrochemischer Energiespeicherelemente (200) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche mit den folgenden Merkmalen: a. Der Zellhalter ist zweiteilig und umfasst einen ersten Zellhalterrahmen (10) und einen zweiten Zellhalterrahmen (20), und b. der erste Zellhalterrahmen (10) weist Ausschnitte (11, 12) zur elektrischen Kontaktierung der Pluspole und der Minuspole der elektrochemischen Energiespeicherelemente (200) mittels elektrischer Kontaktfedern (51, 52) auf.
  12. Zellhalter nach Anspruch 11 mit mindestens einem der folgenden zusätzlichen Merkmale: a. Der erste Zellhalterrahmen (10) und der zweite Zellhalterrahmen (20) sind zur lösbaren Verbindung miteinander vorgesehen, b. der erste Zellhalterrahmen (10) und der zweite Zellhalterrahmen (20) sind durch Schraubverbindungen (30) zur lösbaren Verbindung miteinander vorgesehen.
  13. Zellhalter nach Anspruch 11 oder Anspruch 12 mit dem folgenden zusätzlichen Merkmal: a. Der zweite Zellhalterrahmen (20) weist zur lösbaren Fixierung der elektrochemischen Energiespeicherelemente Klemmelemente (22, 23), insbesondere Klemmrippen, auf.
  14. Zellhalter nach einem der Ansprüche 11 bis 13 mit dem folgenden zusätzlichen Merkmal: a. Der Zellhalter ist zur klebstofffreien Fixierung der elektrochemischen Energiespeicherelemente (200) in dem ersten Zellhalterrahmen (10) und in dem zweiten Zellhalterrahmen (20) vorgesehen.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014203089A1 (en) 2013-06-18 2014-12-24 Dachs Electrónica, S. A. Battery comprising a plurality of rechargeable cells arranged in a matrix
WO2021254941A1 (de) 2020-06-18 2021-12-23 Varta Microbattery Gmbh Batteriemodul mit luftkühlung
DE102021106470A1 (de) 2021-03-17 2022-09-22 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Elektrischer Energiespeicher für ein Kraftfahrzeug sowie Kraftfahrzeug

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