EP2807687A2 - Elektrochemische energiewandlereinrichtung mit einem zellgehäuse, batterie mit zumindest zwei dieser elektrochemischen energiewandlereinrichtungen sowie verfahren zum herstellen einer elektrochemischen energiewandlereinrichtung - Google Patents

Elektrochemische energiewandlereinrichtung mit einem zellgehäuse, batterie mit zumindest zwei dieser elektrochemischen energiewandlereinrichtungen sowie verfahren zum herstellen einer elektrochemischen energiewandlereinrichtung

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Publication number
EP2807687A2
EP2807687A2 EP13701574.9A EP13701574A EP2807687A2 EP 2807687 A2 EP2807687 A2 EP 2807687A2 EP 13701574 A EP13701574 A EP 13701574A EP 2807687 A2 EP2807687 A2 EP 2807687A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
housing part
functional
electrode assembly
cell
polymer material
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP13701574.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Tim Schaefer
Werner Hufenbach
Marco Zichner
Hans-Walter Praas
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Li Tec Battery GmbH
Original Assignee
Li Tec Battery GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Priority claimed from DE201210002051 external-priority patent/DE102012002051A1/de
Application filed by Li Tec Battery GmbH filed Critical Li Tec Battery GmbH
Publication of EP2807687A2 publication Critical patent/EP2807687A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Definitions

  • Electrochemical energy conversion device with a cell housing, battery with at least two of these electrochemical
  • the present invention relates to an electrochemical
  • Batteries with a plurality of converter cells for supplying motor vehicle drives are known from the prior art.
  • Conventional converter cells have an electrode assembly with at least two electrodes of different polarity and a separator. The separator separates or complains the electrodes of different polarity.
  • conventional converter cells have a cell housing on, which surrounds the electrode assembly at least partially.
  • conventional converter cell at least two Stromleit drivenen, which are electrically connected to one electrode of the electrode assembly. The high cost of producing some types of converter cells is sometimes perceived as problematic.
  • Claim 14 describes a battery with at least two electrochemical energy conversion devices according to the invention.
  • the object is also achieved by a production method for an electrochemical energy conversion device according to claim 15
  • An electrochemical energy conversion device also referred to below as the converter cell, has at least one in particular rechargeable electrode assembly.
  • Electrode assembly is provided to provide at least temporarily electrical energy, in particular a consumer available.
  • Electrode assembly has at least two electrodes of different polarity.
  • the converter cell has one, two or more
  • the converter cell has a cell housing with at least one in particular first housing part, wherein the cell housing is provided which
  • the first Housing part has at least one functional device, which is provided to support the delivery of energy from the electrode assembly in particular to a consumer.
  • the functional device is operatively connected to the electrode assembly, in particular for receiving energy.
  • the first housing part has at least one first support element which is provided to delimit the at least one functional device from the surroundings of the converter cell.
  • the first support element serves, in particular, to support the at least one functional device, ie in particular to counteract an undesired relative displacement of the at least one functional device with respect to the converter cell.
  • Support member is used in particular to protect the at least one functional device against harmful influences from the environment.
  • the at least one electrode assembly is provided to convert at least temporarily chemical energy into electrical energy.
  • the at least one electrode assembly is provided, at least temporarily, in particular to convert supplied electrical energy into chemical energy.
  • the functional device assumes a plurality of functions, in particular with regard to the operation of the converter cell or of the electrode assembly, which are known in the art
  • Types of converter cells are met by discrete components. Several discrete components or functional elements are in the at least one
  • Transformer cell requires fewer assemblies, reducing the effort in the
  • the converter cell according to the invention offers the advantage of increased
  • the converter cell according to the invention offers the advantage of increased durability, in that the first carrier element improves the cohesion of the functional device, in particular during accelerations or vibrations during operation of the converter cell.
  • An electrode assembly in the sense of the invention means a device which serves in particular for the provision of electrical energy.
  • the electrode assembly has at least two electrodes of different polarity. These electrodes of different polarity are by a
  • the electrode assembly is formed substantially cuboid.
  • the electrode assembly is connected to two of these Stromleit bootsen different polarity in particular cohesively, which at least indirectly electrical
  • At least one of these electrodes has a particular metallic collector foil and an active mass.
  • the active composition is applied to the collector foil at least on one side.
  • electrons are exchanged between the collector foil and the active mass.
  • at least one arrester lug is connected in particular to the collector foil in a materially bonded manner. Particularly preferred are connected in particular cohesively with the collector foil several Ableitfahen. This embodiment has the advantage that the power ever
  • At least one of these electrodes has a particular metallic collector foil and two active materials of different polarity, which are arranged on different surfaces of the collector foil and spaced by the collector foil.
  • the term “bizelle” is also customary for this arrangement of active masses When charging or discharging the electrode assembly, electrons are exchanged between the collector foil and the active mass
  • at least one collector tab is provided with the collector foil
  • the separator is permeable to ions but not to electrons.
  • the separator contains at least a portion of the electrolyte or the conductive salt.
  • the electrolyte is formed in particular after closure of the converter cell substantially without liquid portion.
  • the conductive salt comprises lithium.
  • lithium ions are stored or intercalated during charging into the negative electrode and are removed again during discharging.
  • the electrode assembly is preferably configured to convert supplied electrical energy into chemical energy and to store it as chemical energy.
  • the electrode assembly is preferably configured,
  • the electrode assembly is designed as an electrode winding, in particular as a substantially cylindrical electrode winding.
  • this electrode assembly is rechargeable. This embodiment offers the advantage of easier manufacturability in particular in that band-shaped electrodes can be processed.
  • Design has the advantage that the nominal charge capacity, for example, in ampere hours [Ah] or watt-hours [Wh], more rarely in Coulomb [C]
  • the electrode assembly is an electrode flat coil
  • This embodiment has the advantage that it can be arranged in a space-saving manner next to another electrode flat winding, in particular within a battery.
  • the electrode assembly is formed as a substantially cuboid electrode stack.
  • this electrode assembly is rechargeable.
  • the electrode stack has a predetermined sequence of stack sheets, wherein each two electrode sheets of different polarity are separated by a separator sheet.
  • each electrode blade is in particular with a current conducting device
  • Electrode sheets of the same polarity are preferably electrically connected to one another, in particular via a common current-conducting device.
  • This configuration of the electrode assembly offers the advantage that the nominal charge capacity, for example in ampere hours [Ah] or watt-hours [Wh], more rarely in coulombs [C], can be increased in a simple manner by adding further electrode sheets.
  • Particularly preferably, at least two separator sheets are connected to one another and surround a delimiting edge of an electrode sheet.
  • Such an electrode assembly with a single, in particular meander-shaped separator is described in WO 201 1/020545.
  • This embodiment offers the advantage that a parasitic current, starting from this limiting edge to an electrode sheet of a different polarity, is encountered.
  • the electrode assembly is designed to provide electrical energy while receiving at least one continuously supplied fuel and an oxidizing agent, referred to below as process fluids, their chemical reaction to an educt, in particular supported by at least one catalyst, and release of the educt.
  • process fluids an oxidizing agent
  • the electrode assembly according to this preferred embodiment is designed to provide electrical energy while receiving at least one continuously supplied fuel and an oxidizing agent, referred to below as process fluids, their chemical reaction to an educt, in particular supported by at least one catalyst, and release of the educt.
  • the transducer assembly is formed as a substantially cuboid electrode stack and has at least two, in particular sheet-shaped electrodes of different polarity.
  • at least the first electrode is at least partially coated with a catalyst.
  • the electrodes are spaced,
  • the energy converter has two fluid guiding devices, which are each arranged adjacent to the electrodes of different polarity and are provided to supply the process fluids to the electrodes.
  • Fluid guiding means provided to discharge the educt.
  • Transducer assembly has at least one of the sequences:
  • Oxidizing agent especially for the educt.
  • several of these sequences are electrically connected in series for increased electrical voltage.
  • the fuel is supplied to the first electrode, in particular as fluid flow through channels of the first fluid guiding device. At the first electrode the fuel gets under
  • the electrons are dissipated via the first electrode, in particular via one of the current conducting devices, in particular in the direction of an electrical load or an adjacent one
  • the ionized fuel travels through the ion-permeable membrane to the second electrode.
  • the oxidizing agent is supplied to the second electrode, in particular as fluid flow through channels of the second
  • a current-conducting device is to be understood as meaning a device which, in particular, serves to conduct electrons between one of the electrodes of the electrode assembly and a consumer or between one of the electrodes and an adjacent converter cell.
  • the current-conducting device is electrically connected to one of the electrodes of the electrode assembly, preferably by material bonding.
  • the current-conducting device is electrically connected to one of the electrodes of the electrode assembly, preferably by material bonding.
  • the current conducting device has an electrically conductive region with a metallic material, preferably aluminum and / or copper, particularly preferably in regions a coating with nickel. This embodiment offers the advantage of reduced contact resistance.
  • the Stromleit observed is formed solid with a metallic material.
  • the material corresponds to
  • Embodiment offers the advantage of reduced contact corrosion between the current conducting device and the collector foil.
  • the current conducting device has a second region, which is arranged within the converter cell.
  • the second region is electrically connected to at least one electrode of the electrode assembly, preferably with a material fit, preferably with all electrodes of the same polarity.
  • the second region has at least one arrester lug.
  • the arrester tab is connected to one of the electrodes of the electrode assembly,
  • the arrester lug is designed as an electrically conductive band, preferably as a metal foil.
  • This refinement has the advantage that an offset between a plane of symmetry through the region of the current-conducting device which extends into the surroundings of the converter cell and a plane through this electrode or collector foil can be compensated.
  • the second region has a plurality of arrester vanes. The arrester lugs provide multiple current paths to the same electrode, thereby increasing the current density
  • the current conducting device also has a first region which extends into the surroundings of the converter cell.
  • the first region is electrically connected at least indirectly to a consumer to be supplied or to a second, in particular adjacent converter cell,
  • connection device in particular via a connection device, preferably via a connection device
  • the first region is formed as a metal plate or as a plate with a metallic coating.
  • This embodiment has the advantage that a mechanically stable, substantially flat surface for easy and / or as long as possible electrical connection with a
  • the Stromleit Vietnamese connection device is present.
  • the Stromleit Vietnamese connection device is present.
  • the Stromleit Vietnamese connection device is present.
  • the Stromleit Vietnamese connection device is present.
  • the Stromleit Vietnamese connection device is present.
  • the Stromleit Vietnamese connection device is present.
  • the Stromleit Vietnamese connection device is present.
  • the Stromleit Vietnamese connection device is present.
  • the Stromleit Vietnamese connection device is present.
  • the Stromleit Vietnamese connection device is present.
  • the Stromleit Vietnamese connection device is present.
  • the current conductor is in particular materially connected, in particular, to all the collector tabs of the same polarity.
  • the material of the current conductor preferably corresponds to the material of the arrester lug.
  • Electrode assembly is attached to the cell housing with attached tabs.
  • the current conductor from the cell housing also extends into the first region of the current-conducting device or into the surroundings of the converter cell and is designed in particular as a metal plate, stamped part and / or sheet metal pressed part.
  • This embodiment offers the advantage of lower manufacturing costs.
  • This refinement offers the further advantage that the current conducting device in the first region is mechanically sufficiently stable for connection to a transducer cell which is not associated with it
  • Connection device such as power rail, power band or
  • Power cable is formed.
  • the current conductor is the current conductor with a contact surface formed.
  • This contact surface is arranged substantially in a lateral surface of one of these housing parts or extends only slightly into the environment.
  • the contact surface for electrical connection with a spring-loaded
  • connection device provided.
  • This embodiment has the advantage that the contact surface for transport or storage of the converter cell can be covered with an insulating adhesive strip.
  • a cell housing in the context of the invention is a device to understand, which in particular the limitation of the electrode assembly relative to the environment, the protection of the electrode assembly against harmful influences from the environment is used, in particular for protection against water from the environment, the escape of substances from the electrode group into the environment counteracts, preferably the electrode assembly encloses substantially gas-tight.
  • the cell housing surrounds the electrode assembly at least in regions, preferably substantially completely.
  • the cell housing is adapted to the shape of the electrode assembly.
  • the cell housing, as well as the electrode assembly is formed substantially cuboid.
  • the cell housing preferably surrounds the electrode assembly such that at least one wall of the cell housing exerts a force on the cell assembly
  • Electrode assembly exerts the force of an undesirable
  • the cell housing receives the electrode assembly in a form-fitting and / or non-positive manner.
  • the cell housing is electrically isolated from the environment.
  • the cell housing is electrically insulated from the electrode assembly.
  • the cell housing is formed with at least one substantially rigid first housing part.
  • the first housing part has at least one
  • the first housing part has a first support element, which at least one Functional device relative to the environment of the converter cell is supported.
  • the first housing part serves to limit the
  • Electrode assembly relative to the environment of the converter cell and to protect the electrode assembly.
  • the first housing part serves to protect the electrode assembly.
  • the first housing part serves to protect the electrode assembly.
  • Housing part has a wall thickness of at least 0.3 mm.
  • the material and the geometry of the first housing part are selected so that its bending stiffness withstands the stresses of operation.
  • a functional device in the sense of the invention is to be understood as meaning a device which serves, in particular, to assist proper operation of the electrode assembly.
  • the functional device is operatively connected to the electrode assembly.
  • Electrode assembly between functional device and electrode assembly can be replaced.
  • Active-connected functional device and electrode assembly in the sense of the invention should also be understood in particular to mean that the functional device has the electrical potential of one of the electrodes of the electrode assembly.
  • the at least one functional device has at least one electrically conductive region.
  • the at least one functional device has at least one electrically insulating region, which particularly preferably serves as a carrier for functional elements.
  • the functional device is preferably connected to the first support element
  • the functional device is substantially completely covered by the first support element, provided that the first support element has no Polumbleaus strictlyung.
  • the functional device is electrically connected to at least one of the electrodes, more preferably to at least two electrodes of different polarity. This embodiment has the advantage that the functional device has the electrical potential of the connected electrode, in particular can be supplied with energy from the electrode assembly.
  • the functional device is designed as a diffusion barrier, whereby an exchange of a gas between the environment of the converter cell and the interior of the cell housing is met.
  • the functional device is designed as a populated and / or printed, in particular flexible printed circuit board.
  • This embodiment has the advantage that the circuit board is protected by the first support element.
  • This embodiment offers the advantage that the circuit board remains on the converter cell when the converter cell is removed from a battery.
  • the functional device is designed as flame protection or fire protection.
  • the functional device has one of these chemically reactive, flame-retardant substances and is preferably formed as a layer or layer and in particular the adjacent electrode assembly substantially completely covering. This embodiment has the advantage that the reliability of the converter cell is improved in a fire in their environment.
  • a first support element in the sense of the invention means a device which is provided to support the at least one functional device at least in regions.
  • the first support element faces the surroundings of the converter cell.
  • supporting in the sense of the invention is meant that an undesired relative movement of the at least one functional device with respect to the first support element or the converter cell encountered.
  • the first support element serves in particular to a
  • the first support element is used in particular to at least one
  • the first support element has a particular fiber-penetrated first
  • Polymer material preferably a thermoplastic.
  • this softening temperature of the polymer material is above the
  • the first support member comprises a fiber material, in particular glass fibers, carbon fibers, basalt fibers aramid fibers,
  • Kevlar fibers and / or Nomex fibers wherein the fiber material is used in particular the stiffening of the first support element. This is particularly preferred
  • Fiber material is formed in particular textile-like as scrim or fabric and surrounded by the first polymer material substantially completely.
  • the at least one functional device is preferably connected to the first support element in particular materially.
  • the first support element is designed as a first support layer.
  • Supporting element can be supported, whereby in particular the integrity of the at least one functional device is improved.
  • the first support element has one or two
  • the converter cell according to the invention has at least two electrode assemblies, which are connected in series in the cell housing.
  • This embodiment has the advantage that the rated voltage of the
  • Transducer cell is increased.
  • the at least one functional device has at least one or more functional elements.
  • a functional element in the sense of the invention is to be understood as an element which serves, in particular, to assist proper operation of the electrode assembly.
  • the functional element is used
  • At least one or more of these functional elements is designed as
  • this embodiment has the electrical potential of one of the electrodes of the electrode assembly, this embodiment has the advantage that at least one of these Stromleit drivingen can be formed without a first region,
  • Electrode connection area which the electrical connection of the functional device with the electrode assembly, which in particular serves the supply of the functional device, which in particular the electrical connection with one of the Stromleit.
  • Voltage sensor Voltage sensor, current sensor, temperature sensor or thermocouple, pressure sensor, sensor for a chemical substance, below
  • the sensors or sensors are used in particular the detection of operating parameters of the converter cell, in particular the electrode assembly,
  • Control device in particular cell control device
  • Actuating device, pressure relief device actuator, switching device, discharge resistor, current limiter or circuit breaker which are used in particular for performing corrective measures on detected, in particular undesirable operating states of the converter cell, which in particular the influence or limitation of electric current in the electrode assembly or from the
  • Conductor track which serves for the electrical connection of at least two or more of these functional elements to one another, a recess, which allows a connection of bodies, which are spaced apart by the functional device, or which allows a body to extend through the functional device,
  • Heat exchange area which serves to exchange heat energy with the electrode assembly
  • Fluid passage which serves to exchange a chemical substance with the electrode assembly, or as
  • Beeper light-emitting diode, infrared interface, GPS device, GSM module, first near-field radio or transponder, which serve the communication in particular with a battery controller or an independent controller, which for the transmission of data, in particular to a battery control or independent
  • the first near-field radio is provided to temporarily transmit a predetermined second signal, in particular on request or to a predetermined first signal from a second near-field radio device, wherein the second near-field radio device with a battery control
  • the first near-field radio device provided to send an identifier for the converter cell at the same time as the predetermined second signal.
  • these functional elements act together for proper operation of the electrode assembly. Particularly preferably, these functional elements are electrically connected to each other.
  • Electrode assembly is taken, hereinafter also called cell stream,
  • thermocouples for detecting the temperature of the electrode assembly or one of these current conducting devices
  • this first near-field radio device which for exchanging data with a battery controller or the second
  • Near-field radio is used, preferably two cell control terminals, which serve for connection to a data bus of a higher battery, which serve to exchange data with a battery control, preferably two heat exchange areas, which serve the exchange of heat energy with the electrode assembly and a heat exchanger not associated with the transducer cell.
  • Embodiment is the functional device formed with a printed circuit board, which is equipped with these functional elements, which has conductor tracks for connecting the other functional elements.
  • This preferred Continuing education has the advantage that when making the first
  • Embodiment is the functional device formed with a flexible film, in particular polyimide or Kapton®, which is equipped with these functional elements, which interconnects to connect the rest
  • This preferred development has the advantage that when the first housing part is produced, the functional device can be supplied with little effort or placed on this first support element. This preferred development offers the advantage that the
  • Functional device remains on removal of the converter cell from a battery to the converter cell.
  • Geometry of the converter cell can be achieved, which in particular the
  • Biegesteifmaschine of the first housing part is increased, which in particular a portion of a volume for delay or for receiving a foreign body acting on the converter cell is formed, whereby in particular a portion of the first housing part is formed with reduced thermal conductivity, and / or
  • Housing part is increased, which in particular in some areas Volume is formed for delaying or for receiving a foreign body acting on the converter cell, whereby in particular a region of the first housing part is formed with reduced thermal conductivity, and / or formed with at least one cavity in particular for a tempering, wherein the temperature control the exchange of
  • Temperature control medium flows through the cavity, in particular when the temperature of the electrode assembly a limit temperature
  • Activating energy cavities form, in particular triggered by a functional element cavities form, and / or at least partially formed with a filler (PCM) with the ability to phase transition in particular within the predetermined operating temperature range of the converter cell, the filler temporarily heat energy in particular with the
  • Electrode assembly exchanged for their heating or cooling, and / or formed at least partially with a chemically reactive filler, which is preferably provided to chemically bond a substance in particular from the electrode assembly, preferably after the release of the substance from the
  • Electrode assembly and / or Formed with a first layer region with a first wall thickness (thick) and a second layer region with a second wall thickness (thin), wherein the fraction of the second wall thickness above the first wall thickness has a predetermined value less than 1, preferably less than 0.9 , preferably less than 0.8, preferably less than 0.7, preferably less than 0.6, preferably less than 0.5, preferably greater than 0.05, wherein preferably the first layer region has a lower density than the second layer region.
  • the expandable filler is formed by an organic airgel having a three-dimensional framework of primary particles. These primary particles grow in particular during pyrolysis or intense heat radiation without any order together, with cavities formed between the particles. By means of these cavities, the heat permeability of the functional device is reduced.
  • Embodiment offers the advantage of improved flame resistance of the first housing part.
  • the expandable filler is formed by expanded mica or vermiculite. Between the layers of its cookie structure, crystal water chemically bound. at
  • the vermiculite is inflated to a multiple of its volume.
  • the chemically reactive filler acts flame retardant
  • the filler is selected from the following group, which includes alum, borax, aluminum hydroxide, substances with M l M l "(S0 4 ) 2 and with water of crystallization, wherein M is a metal ion of the oxidation state I or III, particularly preferred Potassium-aluminum sulfate
  • the functional device formed as with the filler impregnated insert particularly preferably as a cotton layer.
  • the functional device is pressed from a powder of the filler. This preferred embodiment offers the advantage that the protection of
  • Electrode assembly is improved in a fire in the vicinity of the converter cell.
  • the converter cell or its cell housing preferably has a second housing part.
  • a second housing part in the sense of the invention means a device which is provided in particular to be connected to the first housing part or at least in regions.
  • Housing part is provided to form the cell housing of the converter cell with the first housing part.
  • the first housing part and the second housing part substantially completely surround the electrode assembly and in particular act to exchange substances between them
  • the second housing part has at least one first support element, which essentially corresponds to the first support element of the first housing part.
  • the second housing part has at least one of these
  • the second housing part is formed substantially identical to the first housing part.
  • the first housing part and the second housing part are connected to one another via a hinge region.
  • the hinge region extends along each edge of the first housing part and the second housing part.
  • the hinge region has a smaller wall thickness than the regions of the housing parts that bound the electrode assembly.
  • the first housing part and the second housing part are formed by a frame
  • the housing parts are in particular with the frame
  • the frame essentially has four
  • Frame elements which are arranged to each other according to a rectangle.
  • the frame delimits a room in which the
  • Electrode assembly can be added.
  • a converter cell without functional devices having a cell housing formed with a frame has been termed a frame flat cell.
  • the frame is formed with the second polymer material, more preferably substantially entirely of the second polymer material. This preferred
  • Recording room can be formed. According to a preferred embodiment
  • two of these Stromleit drivesen extend through the frame at least partially into the environment.
  • at least one of these housing parts has one or two of these pole contact areas.
  • the first housing part and / or the second housing part have a receiving space, which can at least partially accommodate the electrode assembly.
  • this receiving space is dimensioned so that after the
  • the housing parts to the electrode assembly Closing the housing parts to the electrode assembly to a cell housing a frictional force between at least an inner surface of the cell housing and a lateral surface of the electrode assembly is present. This frictional force counteracts unwanted relative movement of the cell housing and electrode assembly.
  • the receiving spaces of the first housing part and the second housing part are formed identically. In this preferred embodiment is substantially half of
  • Electrode assembly received by a respective housing part.
  • the first housing part substantially completely accommodates the electrode assembly.
  • the first housing part is designed as a cup.
  • the electrode assembly is arranged in the interior of the cup, wherein the interior corresponds to the receiving space.
  • At least one functional device is arranged in the multilayer wall of the cup.
  • the second housing part is formed substantially as a flat lid without receiving space and / or without functional means for closing the first housing part. This embodiment offers the advantage that the second
  • Housing part can be made cheaper. According to one
  • two of these Stromleit drivesen extend through the wall of the cup or through the wall of the lid at least partially into the environment.
  • the first and / or the second housing part on a second support member, which between at least one of these
  • a second support element in the sense of the invention means a device which is intended to stiffen the housing part.
  • the second support element is arranged between the at least one functional device and the electrode assembly.
  • the second is
  • the second support element formed as a second support layer.
  • the second support element has a particular fiber-interspersed first polymeric material, preferably a thermoplastic. This softening temperature is preferably above the operating temperature range of the converter cell, more preferably at least 10 K.
  • the second carrier element comprises a fiber material, preferably glass fibers, carbon fibers, basalt fibers, aramid fibers,
  • Kevlar fibers and / or Nomex fibers which serves in particular the stiffening of the second support element.
  • the fibrous material is preferably in the form of a textile fabric in the form of a scrim or fabric, and particularly preferably completely surrounded by the first polymer material.
  • Electrode assembly separates.
  • the second support element is connected to the at least one functional device in particular materially.
  • Design has the advantage that the second day layer additionally stiffened or mechanically stabilized the housing part.
  • the second support element is in particular formed materially corresponding to the first support element.
  • This embodiment offers the advantage of reduced manufacturing costs.
  • the second support element is thinner than the first
  • Supporting element and in particular formed without fiber material.
  • Embodiment offers the advantage that the time constant in the detection of the temperature of the electrode assembly and / or the internal cell pressure is reduced.
  • the second support element has at least one
  • This embodiment has the advantage that the presence of hydrogen fluoride, hereinafter also referred to as HF, with less
  • the second support element has, in particular in an edge region of the housing part, at least one contacting recess, which in particular serves for the electrical connection of the functional device adjacent to the second support element to one of the current conducting devices of the converter cell.
  • This embodiment offers the further advantage that the functional device can be supplied with energy from the electrode assembly.
  • the first and / or second housing part in a
  • Edge region on a second polymer material is used in particular the cohesive connection with one of the other
  • Housing parts particularly preferably the cohesive connection of the first housing part with the second housing part.
  • this is
  • Operating temperature range of the converter cell more preferably by at least 10 K.
  • This embodiment has the advantage that the permanent sealing of the interior of the cell housing is improved.
  • the second polymer material is as a thermoplastic
  • This embodiment offers the advantage of a simplified supply of the second polymer material in a processing device, in particular in a shaping tool.
  • This embodiment offers the further advantage of an intimate, in particular gas-tight connection of the second polymer material with the respective housing part.
  • the second polymer material encloses an edge region of the first and / or second housing part.
  • This embodiment offers the advantage of an intimate, in particular gas-tight connection of the second
  • Polymer material with the respective housing part Particularly preferably, the second polymer material corresponds to the first
  • the converter cell in particular its cell housing, preferably has a substantially plate-shaped third housing part.
  • a third housing part in the sense of the invention means a device which is provided in particular to be connected at least in regions to the first housing part.
  • the third housing part is provided to be at least partially connected to the first housing part in particular cohesively and / or to form the cell housing of the converter cell with the first housing part.
  • the third housing part has over the first housing part has an increased thermal conductivity.
  • This embodiment offers the advantage that the third housing part contributes to improved heat dissipation from the electrode assembly.
  • the third housing part to a metal, more preferably aluminum and / or copper.
  • the third housing part contributes to improved heat dissipation from the electrode assembly.
  • the third housing part further offers the advantage that the protection of the electrode assembly against harmful effects from the environment of the converter cell is improved.
  • the third housing part has a first
  • Heat transfer area which is intended to exchange heat energy with the electrode assembly.
  • This heat transfer region particularly preferably has geometries for increased surface area
  • This embodiment offers the advantage that the third housing part contributes to improved heat dissipation from the electrode assembly.
  • the third housing part has a second
  • Heat transfer region which is intended to exchange heat energy with a temperature control device not associated with the transducer cell.
  • the second heat transfer area is polished. This embodiment has the advantage that the surface for thermal
  • the surface of the third housing part facing the electrode assembly or the first housing part is coated in an electrically insulating manner.
  • This embodiment has the advantage that the third housing part has no electrical potential of the electrode assembly.
  • the third housing part preferably has an electrode connection region and a pole contact region. Electrode connection area and
  • At least one of the current conducting devices can be formed without a first region.
  • at least one or two of these current conducting devices each have at least one contacting region.
  • the contacting region serves in particular for the electrical connection to at least one or more of these functional devices, preferably the electrical supply of at least one or more of these functional devices.
  • at least one of these contacting areas comprises a metal, more preferably aluminum and / or copper.
  • the contacting region is preferably arranged in an edge region of the first housing part, in particular in the region of the second housing part
  • the second polymer material leaves the
  • Embodiment offers the further advantage that the second polymer material, the electrical connection of the contacting region with the
  • the contacting region is preferably designed as a projection, which extends in the direction of the functional device, in particular through one of these contacting recesses. Particularly preferred is the
  • This embodiment has the advantage that the connection between the current conducting device and
  • Electrode connection area formed cohesively, more preferably by means of a friction welding or ultrasonic welding process.
  • Stromleit is easy to automate.
  • at least one of these Stromleit overlap in particular in its second region on several Ableiterfahen.
  • Detector vanes are with the same electrode as the electrode winding
  • the Ableiterfahnen same polarity are in the interior of the cell housing in particular cohesively connected to the current conductor of the same Stromleit Road. This current collector also extends into the first area outside the cell housing.
  • the current conductor is connected to the first housing part, in particular in its edge region in particular cohesively.
  • the current conductor extends through the second polymer material in the edge region of the first housing part. So in a first
  • Production step of the current conductors are cohesively and in particular gas-tight connected to the first housing part and in a subsequent manufacturing step the Ableiterfahen with the current conductor cohesively, in particular welded.
  • This embodiment offers the advantage that a heat energy input during the first manufacturing step at
  • the at least one functional device of the wall lerzelle or the first housing part between the first support member and the second support member is arranged and at least partially in particular
  • the first support element has at least one or two of these
  • the second support element has at least one or two of these contacting recesses, which are arranged adjacent to one or two of these electrode connection regions of the functional device.
  • the first support element has two PolbitausEnglishept, the functional device two Polbit Schemee different polarity, the second support element two Mullis istsausEnglishept and the functional device two
  • Electrode connection areas of different polarity are Electrode connection areas of different polarity.
  • the second or third housing part can be formed without a pole contact region, as a result of which, in particular, the associated production costs are reduced.
  • a temperature sensor or thermocouple is integrated in the second region of the current-conducting device, in particular in its current conductor.
  • the leads to the temperature sensor or thermocouple end in the edge region of the first housing part in particular at two contact surfaces in the region of a recess in the second support element. In the region of this recess two connections to the functional device are arranged and with the
  • This embodiment has the advantage that a temperature measurement in the current conducting device is made possible.
  • the converter cell has a housing assembly with the first housing part and with at least one or two of these Stromleit bootsen different polarity.
  • This housing assembly is used in particular for the simplified production of the converter cell.
  • the first housing part has a particular cohesive layer composite with the first support element, the at least one functional device and the second support element.
  • the first housing part in particular in the edge region, the second Polymer material on.
  • an edge region of the first housing part is at least partially enclosed by the second polymer material.
  • the first housing part has the receiving space, which is provided to at least partially receive the electrode assembly.
  • the at least one of these current conducting devices in particular their current conductor, has this contacting region, which is arranged in the edge region of the first housing part, preferably in the second polymer material.
  • the second support element has in the contacting region of at least one or two of these Stromleit soliciten at least one or two of these
  • the contacting region is in particular electrically connected by the contacting recess with the functional device, in particular with its electrode connecting region.
  • This preferred embodiment offers the advantage that the housing assembly can be prepared for itself. The electrode assembly will only become available after completion
  • This preferred embodiment has the further advantage that heat energy inputs in the formation of the receiving space, in the arrangement of the second
  • Polymer material on the first housing part and / or in particular cohesive connection of the current conducting device and the first housing part during the manufacture of this housing assembly can not lead to heating or accelerated aging of the electrode assembly.
  • this cell control device in particular of the first housing part, this cell control device, at least one or two of these electrode connection areas and at least one or more of these sensors.
  • the at least one measuring sensor is provided to detect an operating parameter of the converter cell, in particular of its electrode assembly, and to make it available to the cell control device.
  • An operating parameter in the sense of the invention means a parameter, in particular of the converter cell, which in particular
  • Electrode assembly permitted, and / or
  • Electrode assembly permitted, and / or
  • the sensor can be detected by a sensor or sensor, the sensor at least temporarily provides a signal available, preferably an electrical voltage or an electric current, and / or
  • • can be processed by a control device, in particular a cell control device, in particular can be compared to a target value, in particular can be linked to another detected parameter, and / or
  • Transducer cell the integrity of the converter cell, the release of a substance from the electrode assembly, the presence of a
  • the cell control device is provided, at least one operating method of the converter cell, in particular the loading and / or unloading of
  • Control electrode assembly Preferably, the monitors
  • Cell controller means an operating state of the converter cell.
  • the cell control device preferably initiates the transfer of the converter cell into a predetermined operating state.
  • the predetermined operating state Preferably, the
  • Cell control device via a display device, in particular via at least one LED to the state of the converter cell.
  • This preferred embodiment has the advantage that the cell control device is arranged protected in the first housing part.
  • This preferred embodiment offers the further advantage that the converter cell has its own cell control device for operating or monitoring the electrode assembly, which also remains on the converter cell when the converter cell is removed from a battery.
  • the cell control device is provided, the transfer of the
  • the charge of the converter cell in the secured state is at most half of the rated charge capacity, in particular in the secure state, the cell voltage is a maximum of 3V.
  • Transducer cell is also outside a battery assembly in the secure state of the converter cell can be transferred.
  • the functional device has a first near-field radio device, which is signal-connected to the cell control device.
  • This first near-field radio device is used in particular for wireless communication with a higher-level battery control, in particular with its second near-field radio device.
  • the first near-field radio device is configured, in particular periodically to transmit a predetermined signal to a higher-level battery control.
  • the functional device has two cell control connections and the first support element has two recesses in the region of these cell control connections.
  • the converter cell can be connected to a data line or a data bus via the cell control connections.
  • the converter cell has a nominal charging capacity of at least 3 amp hours [Ah], more preferably at least 5 Ah, more preferably at least 10 Ah, more preferably at least 20 Ah, even more preferably at least 50 Ah, more preferably at least 100 Ah preferably of at least 200 Ah, more preferably of at most 500 Ah.
  • Ah nominal charging capacity of at least 3 amp hours [Ah]
  • This embodiment offers the advantage of an improved service life of the consumer powered by the converter cell.
  • the converter cell preferably has a rated current of at least 50 A, more preferably of at least 100 A, more preferably of at least 200 A, more preferably of at least 500 A, further preferably of at most 1000 A.
  • This embodiment offers the advantage of an improved
  • the converter cell has a rated voltage of at least 1.2V, more preferably at least 1.5V, more preferably at least 2V, more preferably at least 2.5V, even more preferably at least 3V, more preferably at least 3 , 5 V, more preferably of at least 4 V, more preferably of at least 4.5 V, more preferably of at least 5 V, more preferably of at least 5.5V, more preferably of at least 6V, more preferably of at least 6.5V, more preferably of at least 7V, more preferably of at most 7.5V.
  • the rated voltage of at least 1.2V, more preferably at least 1.5V, more preferably at least 2V, more preferably at least 2.5V, even more preferably at least 3V, more preferably at least 3 , 5 V, more preferably of at least 4 V, more preferably of at least 4.5 V, more preferably of at least 5 V, more preferably of at least 5.5V, more preferably of at least 6V, more preferably of at least 6.5V, more preferably of
  • Electrode assembly lithium-ion on This embodiment offers the advantage of an improved energy density of the converter cell.
  • the converter cell has an operating temperature range between -40 ° C and 100 ° C, more preferably between -20 ° C and 80 ° C, more preferably between -10 ° C and 60 ° C, even more preferably between 0 ° C and 40 ° C on.
  • This embodiment offers the advantage of an unrestricted installation or use of the converter cell for supplying a
  • the transducer cell has a gravimetric energy density of at least 50 Wh / kg, more preferably at least 100 Wh / kg, more preferably at least 200 Wh / kg, even more preferably less than 500 Wh / kg.
  • the electrode assembly comprises lithium ions. This embodiment offers the advantage of an improved energy density of the converter cell.
  • the converter cell is provided for installation in a vehicle with at least one electric motor.
  • the converter cell is provided for supplying this electric motor.
  • the converter cell is provided, at least temporarily
  • the converter cell is intended for use in a stationary battery, in particular in one Buffer storage, as a device battery, industrial battery or starter battery.
  • the rated charge capacity of the converter cell is for this
  • This embodiment offers the advantage of an improved supply of a stationary consumer, in particular a stationary mounted electric motor.
  • the at least one separator which is not or only poorly electron-conducting, consists of an at least partially permeable carrier.
  • the support is preferably coated on at least one side with an inorganic material.
  • As at least partially permeable carrier is preferably a
  • the organic material which is preferably designed as a non-woven fabric.
  • the organic material which preferably contains a polymer and particularly preferably a polyethylene terephthalate (PET)
  • PET polyethylene terephthalate
  • the inorganic material preferably contains at least one compound from the group of oxides, phosphates, sulfates, titanates, silicates, aluminosilicates with at least one of the elements Zr, Al, Li, particularly preferably zirconium oxide.
  • zirconium oxide serves the material integrity
  • Nanoporosity and flexibility of the separator This preferably has
  • inorganic, ion-conducting material particles with a maximum diameter below 100 nm.
  • This embodiment offers the advantage that durability of the electrode assembly is improved at temperatures above 100 ° C.
  • Such a separator is marketed, for example, under the trade name "Separion” by Evonik AG in Germany.
  • the at least one separator which is not or only poorly electron-conducting, but is conductive for ions, consists at least predominantly or completely of a ceramic, preferably of an oxide ceramic.
  • This embodiment offers the advantage that resistance of the electrode assembly at temperatures above 100 ° C is improved.
  • a first preferred embodiment of the converter cell has this electrode assembly, a first and a second of these current conducting devices of different polarity and this cell housing.
  • the electrode assembly is formed as a particular rechargeable electrode flat winding, in particular rechargeable electrode stack or transducer assembly with at least one electrode of the first and second polarity.
  • the Stromleit groundsen have at least one or more of these
  • Ableiterfahne is electrically connected to the current conductor in the cell housing.
  • the first current conducting device in particular its arrester lug, is electrically connected to the electrode of the first polarity.
  • the second current conducting device in particular its arrester lug, is electrically connected to the second polarity electrode.
  • these current conducting devices each have one of these current conductors, which preferably extend into the surroundings of the converter cell, in particular for simplified electrical connection to a connection device.
  • the Ableiterfahnen and the current collector at least one of these Stromleit nails are in particular cohesively connected.
  • the cell housing has the first housing part.
  • the first housing part has the first support element, the second support element and at least one or more of these functional devices in each case with at least one or more of these functional elements.
  • the support elements each have a particular fiber-interspersed first polymer material.
  • Support element limits the at least one of these functional devices relative to the environment of the converter cell.
  • the second support element limited the at least one of these functional devices over the
  • Electrode assembly of the converter cell The at least one
  • Functional device is arranged between the first and the second support element.
  • the first support element preferably also the second support element, is connected with at least one of these functional devices at least in regions, in particular in a materially bonded manner.
  • the second support element has one or two of these justifyleitersausEnglishept, whereby the adjacent functional device is partially exposed to the electrode assembly.
  • the first housing part on the second polymer material which preferably the edge region of the first
  • Housing encloses.
  • the current collector at least the first
  • the second polymer material connects the edge region of the first housing part and the current conductor of the first current conducting device, preferably also the current conductor of the second
  • the first housing part has a receiving space, which at least partially accommodates the electrode assembly.
  • the at least one functional device is operatively connected to the electrode assembly, in particular electrically connected.
  • Functional device has one, preferably two of these
  • the first electrode connecting region of the at least one functional device and the contacting region of the first current conducting device are electrically connected to one another, preferably cohesively, in particular in the region of. first contacting recess.
  • the second one Electrode connection region of the at least one functional device with the contacting region of the second Stromleit adopted electrically connected, preferably cohesively, in particular in the region of the secondmaschine istsausnaturalung.
  • the functional device has this
  • the cell housing has a second housing part.
  • Housing part has at least the first support element with a particular fiber interspersed first polymer material. Together with the first
  • the second housing part forms the cell housing to the
  • the second housing part preferably has the second polymer material in an edge region, which particularly preferably surrounds the edge region of the second housing part.
  • the current conductor of the second Stromleit raised is guided by the second polymer material.
  • the second polymer material connects the edge region of the second housing part and the current collector of the second
  • the second housing part has a receiving space which at least partially accommodates the electrode assembly.
  • the cell housing preferably surrounds the electrode assembly in such a way that a frictional force between the cell housing and the electrode assembly counteracts its undesirable relative movement.
  • the functional device is kept substantially immovable in the cell housing,
  • Converter cell remains, ⁇ the cell control device, the functions of the converter cell, in particular of the electrode assembly also independent of one
  • Battery control controls or monitors, especially if the converter cell is not part of a battery.
  • the current conductor of the first Stromleit issued is guided by the second polymer material of the first housing part and the current collector of the second Stromleit observed guided by the second polymer material of the second housing part.
  • Manufacturing steps can be done, whereby the effort in production is reduced.
  • both current conductors are guided by the second polymer material of the first housing part. Further, the receiving space of the first housing part is dimensioned so that the electrode assembly is substantially completely in place. This development has the advantage that the second housing part can remain substantially without receiving space, whereby the associated production cost is reduced. This development offers the further advantage that after inserting the electrode assembly in the receiving space, the electrical connections of Ableiterfahen and
  • Stromableitern can be made easily, in particular due to improved accessibility. According to a third preferred embodiment of this preferred
  • the first housing part and the second housing part are connected to each other via a hinge region.
  • the hinge region extends along a respective limiting edge of the first housing part and the second housing part.
  • the hinge portion has a smaller wall thickness, as the areas of the housing parts which the hinge portion has a smaller wall thickness, as the areas of the housing parts which the hinge portion has a smaller wall thickness, as the areas of the housing parts which the hinge portion has a smaller wall thickness, as the areas of the housing parts which the
  • the hinge region is formed as a film hinge. This embodiment offers the advantage that the length of the edges of the cell housing to be sealed is reduced. This preferred development is with the first or second preferred
  • the first housing part and the second housing part are spaced by a frame.
  • the housing parts are with the frame
  • the frame has essentially four frame elements, which are arranged to each other according to a rectangle.
  • the frame defines a space which is provided for receiving the electrode assembly.
  • the frame is formed with the second polymer material, more preferably substantially entirely of the second polymer material.
  • the third housing part has over the first housing part on an increased thermal conductivity.
  • the third housing part preferably has a metal, more preferably aluminum and / or copper.
  • the third housing part is plate-shaped.
  • the third housing part has a first heat transfer area, with which the electrode assembly is in thermal contact and with which the electrode assembly can exchange heat energy, in particular for cooling the
  • Electrode assembly if its temperature is above a permissible maximum temperature .. Together with the first housing part, the second housing part forms the cell housing around the electrode assembly.
  • both current conductors are guided through the second polymer material of the first housing part.
  • the functional device is protected by the first support element against harmful influences from the environment of the converter cell,
  • the functional device is kept substantially immovable in the cell housing, • the functional device, in particular in an accident at the
  • Battery control controls, especially if the converter cell is not part of a battery
  • Heat energy can be exchanged with the electrode assembly via the third housing part
  • Heat dissipation can be prevented in the third housing part.
  • a third preferred embodiment of the converter cell has on this electrode assembly, a first and a second of these Stromleit boots different polarity and this cell housing.
  • Electrode assembly is formed as Elektrodenflachwickel or electrode stack with at least one electrode of each first and second polarity.
  • the first current conducting device in particular its arrester lug, is electrically connected to the electrode of the first polarity.
  • the cell housing has the first housing part.
  • the first housing part has the first support element, the second support element and at least one or a plurality of these functional devices each having at least one or more of these functional elements.
  • the support elements each have a particular fiber-interspersed first polymer material.
  • Support element limits the at least one of these functional devices relative to the environment of the converter cell.
  • the second support element limits the at least one of these functional devices with respect to
  • Electrode assembly of the converter cell The at least one
  • Functional device is arranged between the first and the second support element.
  • the first support element preferably also the second support element, is connected with at least one of these functional devices at least in regions, in particular in a materially bonded manner.
  • the first support element has one or two of these PolANDauslois traditions, each of which leaves a portion of the adjacent functional device relative to the environment of the converter cell.
  • the second support element has one or two of these
  • the first housing part has the second polymer material which encloses the edge region of the first housing part.
  • the second polymer material also connects the edge region of the first housing part to the first current-conducting device, preferably also to the second current-conducting device in a material-locking and / or gas-tight manner.
  • the first current conducting device preferably also the second current conducting device, extends from the second polymer material into the cell housing in the direction of the electrode assembly.
  • the first housing part has a receiving space, which at least partially accommodates the electrode assembly.
  • the at least one functional device is operatively connected to the electrode assembly, in particular electrically connected.
  • Functional device has one, preferably two of these
  • the first electrode connecting region of the at least one functional device and the contacting region of the first current conducting device are electrically connected to one another, preferably cohesively, in particular in the region of the first contacting recess.
  • Electrode connection region of the at least one functional device with the contacting region of the second Stromleit observed with the contacting region of the second Stromleit.
  • Electrode connection areas electrically connected are electrically connected.
  • the functional device is preferably in the form of a populated, in particular flexible printed circuit board
  • the functional device has a
  • Housing part has this first support member, preferably this second support member and preferably at least one of these functional devices.
  • the first support element preferably also the second support element, has in each case one, in particular fiber-penetrated, first polymer material.
  • the at least one functional device is arranged between the first and the second support element.
  • the support elements are connected to the at least one functional device at least in regions, in particular materially connected.
  • the first support element has one of these Pol prominenceausappel aus, which leaves a portion of the adjacent functional device relative to the environment of the converter cell.
  • the second support element has one of these Kunststoff istsausEnglishmaschine, whereby the functional device
  • the functional device has one of these
  • Electrode connection areas which serves the electrical connection with the electrode assembly, in particular via one of these justifyleiters Kunststoffe the Stromleit Roaden.
  • the functional device preferably has one of these pole contact regions, which is exposed to the environment by the pole contact recess of the first support element.
  • the Polutton the functional device with their
  • the second housing part has the second polymer material, which preferably surrounds the edge region of the second housing part.
  • the second polymer material connects the edge region of the second housing part and the second Stromleit Skewed.
  • the second housing part has a receiving space which at least partially accommodates the electrode assembly.
  • This preferred embodiment offers the advantages that the functional device is protected by the first support element against harmful influences from the environment of the converter cell, damaging consequences of vibrations from the operation on the
  • Functional device is encountered, the functional device is held substantially immovable in the cell housing, the functional device in particular in an accident at the
  • the at least one functional device of the first housing part has two of these Polutton Symposiume and two of these
  • Electrode connection areas each having different polarity.
  • the first support element of the first housing part has two of these
  • Electrode assembly can be replaced via the Polutton Symposiume the first housing part.
  • This preferred development offers the further advantage that the Stromleit drivenen can be formed without a first area. According to a second preferred embodiment of this preferred
  • Housing part has one of these Polumbleauslois traditions.
  • the second support element of the first housing part has one of these
  • the Functional device of the second housing part on one of these Polutton Symposiume and one of these electrode connection areas has one of these Poluttonausappel traditions.
  • the second support element of the second housing part has one of these
  • This preferred development offers the advantage that energy can be exchanged with the electrode assembly via the pole contact regions of the first and second housing parts.
  • This preferred development offers the further advantage that the
  • Stromleit drivenen without first area can be formed.
  • these housing parts are connected by this hinge region or by this frame, according to the third or fourth preferred embodiment of the first preferred embodiment of the converter cell.
  • a fourth preferred embodiment substantially corresponds to the first or second preferred embodiment, wherein the electrode assembly is formed as a transducer assembly. At least one of these
  • Functional devices of this preferred embodiment has at least one, preferably two or three of these fluid passages. Connected to this fluid passage is one not associated with the transducer cell
  • Fluid supply line which is used in particular for the supply or discharge of one of these process fluids.
  • this fluid passage is substantially tubular and cohesively or gas-tight with the first
  • Support layer connected. This preferably extends
  • the transducer assembly is designed as a polymer electrolyte fuel cell.
  • the membrane is proton-conducting.
  • H 2 serves as a fuel and is supplied to the negative electrode provided with a noble metal as a catalyst, in particular Pt. After ionization, the protons migrate through the membrane to the positive electrode where they come together with the oxidant.
  • the starting material is water.
  • the converter module is characterized by the integration of
  • Hydrogen storage and miniaturized fuel cell to a unit. No peripheral components such as pressure reducers, pressure regulators and hydrogen supply lines are required.
  • the hydrogen is supplied to the fuel cell directly from the integrated memory.
  • the amount of hydrogen supplied to the fuel cell becomes higher than the material properties of the surface the hydrogen storage as well as the contact area between
  • the transducer assembly is formed with an air cathode of highly porous Al 2 O 3, ZnO or SiC.
  • the anode is made of pressed Zn powder, metal foam with embedded Zn or ceramic, in particular SiC, with Zn components.
  • the electrolyte and separator are nonwoven or porous ceramic with 30% KOH
  • these housing parts are connected by this hinge region or by this frame, according to the third or fourth preferred embodiment of the first preferred embodiment of the converter cell.
  • first, second or third preferred embodiment of the converter cell wherein the first housing part and / or second housing part but two preferably layered functional devices and an insulating device.
  • the electrode assembly is designed to store in particular chemical energy, preferably designed to be rechargeable.
  • Electrode assembly is formed with at least two electrodes of different polarity and as an electrode stack or electrode winding, in particular as an electrode flat winding.
  • the insulating device is used in particular to electrically isolate, at least temporarily, the first functional device with respect to the second functional device.
  • the insulating device is formed with an electrically insulating material, in particular with a polymer, and between the first
  • the two functional devices and the insulating device are arranged between the first support element and the second support element.
  • the first functional device and the second functional device are designed to be electrically conductive, preferably as metal foils.
  • the first functional device is in particular via one of these electrode connection regions with a first polarity electrode of the electrode assembly and the second
  • Electrode assembly connected. When the isolation device is intact, the first-polarity electrode is electrically isolated from the second-polarity electrode, hereinafter referred to as the first state.
  • the isolation device is present as a result of the penetration in the second state.
  • an electrical contact of the first and second functional device can be established, wherein this electrical contact is subject to an electrical resistance R F.
  • R F an electrical resistance
  • the electrical resistance R F serves in particular to limit the electrical current I F between the first and the second functional device and thus between the electrodes of different polarity.
  • the electrical resistance RF serves to convert part of the energy stored in the electrode assembly into heat energy. Following this energy conversion, the energy remaining in the electrode assembly is reduced. Subsequently, the damaged converter cell can be recovered with reduced energy content at reduced risk. This preferred embodiment offers the advantage of increased security of the converter cell, even if a foreign body penetrates.
  • the electrical resistance R F is at least 0.5 ⁇ , more preferably at least 1 ⁇ , more preferably at least 2 ⁇ , more preferably at least 5 ⁇ , further preferably at least 10 ⁇ , more preferably
  • Electrical resistance R F is particularly preferably adapted to the electrical voltage of the converter cell or its electrode assemblies in such a way that the heating power in electrical resistance R F is limited to at most 50 W, more preferably to at most 20 W, further preferably to at most 10 W preferably at most 5W, more preferably at most 2 W, more preferably at most 1 W.
  • Impairments in particular of neighboring in the same battery converter cells due to heat development is met.
  • the first support member and / or the second support member of the first and / or second housing part are formed in layers.
  • at least the first support element is formed with a fiber-penetrated polymer material.
  • the second support member has a first and a second of these Kunststoff istsausEnglishept.
  • the first functional device is electrically connected to the first polarity electrode through the first contacting recess, in particular via one of these current conducting devices.
  • the second functional device is electrically connected by the secondmaschineticiansausNFung with the second polarity electrode in particular via a second of these Stromleit Anlagenen.
  • the first functional device is electrically connected to the first polarity electrode through the first contacting recess, in particular via one of these current conducting devices.
  • the second functional device is electrically connected by the secondmaschineticiansausEnglishung with the second polarity electrode in particular via a second of these Stromleit Anlagenen.
  • This preferred embodiment offers the advantage of improved isolation between the first functional device and the second functional device, in particular by providing a parasitic current between the first and second
  • the insulating device as
  • Insulating layer formed, in particular as a polymer film. This preferred
  • Embodiment offers the advantage that the insulation is inexpensive to produce.
  • This preferred embodiment has the advantage that the insulating device can be formed with a small wall thickness and thus space-saving.
  • the insulating device is an electrically insulating coating of the first or second
  • This preferred embodiment has the advantage that an undesired relative movement between the electrically insulating coating and the coated support element is encountered.
  • at least one of these functional devices is puncture resistant, in particular embodied as a sting protection layer.
  • Functional device on: a fabric or a scrim of reinforcing fibers, in particular aramid fibers, and / or at least one or more metallic inserts, which
  • oxide ceramic inserts are preferably interconnected, and / or at least one or more oxide ceramic inserts, which are preferably plate-shaped.
  • the functional device which is arranged closer to the electrode assembly, puncture proof or as sting protection layer. executed.
  • This preferred embodiment offers the advantage that the mechanical protection of the electrode assembly is improved and does not hinder the transfer of the insulating device into its second state.
  • the insulating device and / or at least one of these functional devices has a filler with the ability to phase transition, in particular within a predetermined operating temperature range of
  • the isolating device and / or at least one of these functional devices has a substance for reaction with hydrogen fluoride, most preferably calcium chloride.
  • This embodiment has the advantage that hydrogen fluoride can be bound within the cell housing.
  • a discharge resistor R E is connected between the first functional device and the at least one first polarity electrode or between the second functional device and the at least one second polarity electrode.
  • the discharge resistor is as
  • the electrical resistance R E is preferably at least 0.5 ⁇ , more preferably at least 1 ⁇ , more preferably at least 2 ⁇ , more preferably at least 5 ⁇ , further preferably at least 10 ⁇ , further preferably at least 20 ⁇ , further preferably at least 50 ⁇ preferably at least 100 ⁇ , more preferably at least 200 ⁇ , more preferably at least 500 ⁇ , further preferably at most 1000 ⁇ .
  • electrical resistance R E is adapted to the electrical voltage of the converter cell or its electrode assemblies such that the heating power in the discharge resistor is limited to at most 50 W, more preferably to at most 20 W, more preferably to at most 10 W, further preferably to at most 5W, more preferably to at most 2 W, more preferably to at most 1 W.
  • This preferred development has the advantage that impairments in particular of adjacent in the same battery converter cells due to heat development is met.
  • a battery has at least two of these converter cells or their preferred embodiments. Furthermore, the battery has a battery control and preferably a second near-field radio device.
  • the second near-field radio device is one of these first
  • the second near-field radio is provided to temporarily transmit a predetermined first signal, after which a first of these
  • the battery control is provided after receiving a predetermined second signal from one of these first near-field radio devices of one of the converter cells by the second near-field radio device
  • Integrate converter cell in the supply of a connected consumer offers the advantage that the replacement of a converter cell is simplified.
  • the at least two converter cells are each formed with one of these first and second layer regions of different wall thickness. These layer regions are matched to one another such that at least one channel for a temperature control medium is formed between the first converter cell and the second converter cell, in particular between the cell housings thereof.
  • the channel runs between one of these first
  • Heat energy can exchange with at least one of these two converter cells, in particular for heat dissipation from at least one of these two converter cells.
  • the converter cell is formed as described above.
  • the converter cell produced by this method according to the invention has one of these electrode assemblies, at least one or two of these Stromleit bootsen and one of these cell housing with one of these first housing parts, preferably also with one of these second or third housing parts.
  • the electrode assembly has at least two electrodes of different polarity. At least two of these
  • Stromleit painen are each connected to an electrode of different polarity. Preferably, at least one or two of these have
  • Stromleit in each case at least one or more Ableitfahen, particularly preferably in each case a current conductor.
  • at least one or two of these Stromleit drivingen each have one
  • the first housing part has a first support element and at least one or more of these functional devices each having at least one or more of these functional elements.
  • the first support element faces the surroundings of the converter cell.
  • Support element has a particular fiber-interspersed first polymer material.
  • the at least one functional device is connected to the first support element at least partially in particular cohesively. At least one of these functional devices is with the electrode assembly
  • the first housing part preferably has a second polymer material in an edge region.
  • Filler preferably then supplying at least one or more of these functional devices to a first storage, generating at least one or more of these functional devices, each having at least one or more of these functional elements, wherein preferably at least one or two of these functional elements is formed as an electrode connection region or as PolCAM Symposium, wherein at least one or more of these functional devices is produced with a first layer region having a first wall thickness and a second layer region having a second wall thickness, wherein the fraction of the second wall thickness is above the first wall thickness
  • Wall thickness has a predetermined value less than 1, more preferably, the first layer region has a lower density than the second layer region, preferably then supplying at least one or more of these functional devices to a first storage,
  • one of these first support elements which has a particular fiber-interspersed first polymer material, which preferably has one or two of these Polternausloisbrookeptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptept
  • Layer composite is formed, preferably under the influence of heat, preferably by means of an isotactic or continuous press, in particular after step S3,
  • Support element one or more of these functional devices, each having at least one or more of these functional elements and preferably the second support element, in particular after step S7,
  • Softening temperature of the first polymer material of the first support member corresponds, in particular in the processing device, in particular after step S9,
  • Mold blank in particular in the processing device, in particular by means of deformation of the particular heated
  • the receiving space is adapted to the shape of the electrode assembly, which preferably corresponds substantially to the shape of the electrode assembly, which is particularly preferably produced by closing the mold, in particular after step S12,
  • Polymer material lies, in particular after step S14,
  • Softening temperature of the first polymer material is, in particular after one of the steps S14 or S15,
  • Electrode assembly is used, in particular after step S16,
  • Joining method preferably by means of a friction welding method, particularly preferably by means of ultrasonic welding, in particular after step S17 or S19,
  • Housing part preferably in the processing device, in particular insertion of the electrode assembly in the receiving space of the first housing part, in particular after step S17,
  • Supporting element of the first housing part in particular by means of a joining method, preferably by means of a friction welding method, particularly preferably by means of ultrasonic welding, in particular after step S11, in particular before step S26,
  • Housing arranged adjacent to the electrode assembly, particularly preferably in thermal contact with the
  • Electrode assembly is brought, in particular after step S22,
  • Edge region of the at least one of the housing part is arranged, in particular at a temperature which at least the
  • Softening temperature of the second polymer material corresponds, preferably each one of these contacting region remains at least one or two of these Stromleit coupled and free, preferably an edge portion of the first housing part is connected to the second housing part or the third housing part, in particular after step S25,
  • Machining device in step S26 is to be understood in the sense of the invention that the second polymer material has a higher static pressure when fed into the processing device, than the static pressure in the
  • step S26 " the second polymer material is at an overpressure with respect to
  • step S26 "lies in the area in the
  • Machining device inserted housing parts a negative pressure with respect to the environment of the processing device before. Both pressure differences serve to supply the second polymer material into the processing device. Both configurations offer the advantage of filling for the second
  • Polymer material provided areas of the processing device is improved when connecting the inserted housing parts.
  • the manufacturing method according to the invention offers the advantage that the
  • step S2 is executed several times before step S4, whereupon a plurality of first
  • the Herste II method according to the invention has the advantage that the
  • Operating temperature range a predetermined bending stiffness and / or a predetermined ability to absorb energy with respect to one of the
  • the Herste II method according to the invention has the advantage that the first support element improves the cohesion of the functional device, whereby the resistance of the converter cell to vibrations and the operability of the converter cell is improved in vibration.
  • the manufacturing method according to the invention offers the advantage that it is possible to dispense with separate, stiffening components, in particular in contrast to converter cells with a foil-like cell housing.
  • Cell housing is easily and inexpensively adaptable to electrode assemblies of different nominal charging capacities, in particular by the receiving space in the first housing part can be made only immediately before inserting the electrode assembly. So storage costs are reducible.
  • a first preferred embodiment of the aforementioned method according to the invention for producing a converter cell, in particular for closing the cell housing around the electrode assembly, is characterized by the following steps: S17, S19, S20, S23 and S26, the cell case being one of these
  • Housing part are particularly protected within the cell housing.
  • the method also includes step S25.
  • This preferred embodiment has the advantage that the cohesive connection of the heated edge region with the second polymer material is improved.
  • step S26 is replaced by step S26 '.
  • This preferred embodiment has the advantage that the connection of this housing part can take place at a temperature below the softening temperature of the first or second polymer material, more preferably at room temperature, whereby energy can be saved.
  • step S26 is replaced by step S26 "This preferred embodiment has the advantage that the filling of the second
  • a second preferred embodiment of the aforementioned method according to the invention for producing a converter cell, in particular for producing the first housing part, is characterized by the steps: S1 1, S12, S14, S15, S16.
  • This embodiment of the method preferably has step S10 for heating the molded part blank. Preferably, this has
  • Embodiment of the method step S13 for forming the receiving space has the advantage that at least one or more of these Stromleit bootsen is enclosed by the second polymer material in particular gas-tight, which in particular an exchange of substances between the interior of the cell housing and the environment of the converter cell is counteracted.
  • a third preferred embodiment of the above-mentioned method according to the invention for producing a converter cell, in particular for producing a layer composite, the laminate having the first support element, at least one or more of these functional devices and preferably the second support element, is characterized by the steps: S2, S3, S4 ,
  • This preferred embodiment of the method offers the advantage that a particularly cohesive connection between the first
  • step S3 As
  • Functional device or functional assembly at least one populated, in particular flexible printed circuit board placed on the first support element.
  • this circuit board on the functional elements according to the first preferred embodiment of the functional device.
  • This preferred embodiment of the method has the advantage that in the functional device, which is connected to the first support member or in particular captive part of the cell housing, numerous functions for controlling or monitoring the electrode assembly can be realized.
  • This embodiment of the method preferably also has the step S2 'after step S2. In this case, two first support layers are placed on each other.
  • This preferred embodiment has the advantage that the wall thickness of the layer composite is increased, so that an improved
  • this embodiment of the method also has the steps S5 and S6.
  • step S5 takes place before the simultaneously executed steps S4 and S6.
  • This preferred embodiment has the advantage that the housing part is stiffened with at least one of these second support elements.
  • This preferred embodiment has the advantage that this functional device by this second support member relative to the
  • Electrode assembly is electrically isolated.
  • This embodiment of the method preferably also has one of the steps S1, S1 'or S1 ", particularly preferably with step S27, prior to step S2
  • This preferred embodiment offers the advantage that the directly preceding generation also includes the functional device
  • the layer composite is produced with different wall thicknesses.
  • areas for the first housing part, the second housing part and a hinge area are produced.
  • the hinge region is produced with a smaller wall thickness than the regions for the housing parts and preferably without a functional device, preferably in that the regions for the housing parts receive additional base layers or the hinge region has only one of these first base layers.
  • the hinge area is between the area for the first housing part and the area for the second one
  • Polymer material brought and bent such that the region for the first housing part opposite to the region for the second housing part.
  • the hinge region is brought to a removal temperature, in particular below the softening temperature of the first polymer material.
  • a fourth preferred embodiment of the aforementioned method according to the invention for producing a converter cell is characterized by the steps:
  • Functional means of a processing device is supplied, said functional device at least one of these
  • Forming blanks or the future first housing part are arranged, Preferably S22, wherein at least one of these contacting regions of one of these current conducting devices or one of these current conductors having at least one of these electrode connecting regions of the
  • Machining device provided first housing part is supplied, is preferably arranged in the receiving space of the first housing part,
  • first housing part is heated to a
  • Housing part are in particular materially connected to each other, in particular at a working temperature which corresponds at least to the softening temperature of the second polymer material.
  • a fifth preferred embodiment of the aforementioned method according to the invention is used for producing a converter cell, in particular for
  • the first and / or second housing part each have the first support element and the second support element, wherein the two functional devices and the insulating device are arranged between these support elements.
  • the first and the second functional device are as electrical conductors, preferably as metal foils, and each formed with one of these electrode connection areas.
  • the insulating device is designed as an insulating layer and has adjacent to the electrode connection of the first
  • the second functional device on a recess.
  • the second functional device has one of these recesses adjacent to the recess of the insulating layer.
  • the second support element which adjacent to the second
  • this step is carried out several times, wherein first the first functional device at least with one of these
  • Electrode connection areas is formed, then the second functional device at least one of these
  • Electrode connection areas and is formed with this recess,
  • Insulating layer preferably with a recess
  • this step is carried out several times, whereby first the first functional device is placed on the first supporting element, later the second functional device is placed on the insulating device,
  • a layer composite is formed with the first support element, these two functional devices, this insulating device and the second support element.
  • the layer composite according to step S7 of the fourth storage is supplied. Subsequently, the steps S1 1, S12, S14, S15, S16 are performed.
  • step S13 is performed to form the receiving space.
  • step S10 is carried out for heating the molded part blank or for softening the first polymer material, thus simplifying the formation of the receiving space with softened first polymer material. This results in a housing part for a preferred embodiment,
  • Ableiterfahen be connected to at least one of these electrodes of the first polarity or at least this of the electrodes of the second polarity
  • Processing device provided first housing part is supplied, preferably in the receiving space of the first housing part
  • Stromableitern be electrically connected, in particular by means of a joining method
  • Contacting region is electrically connected, wherein another of these electrode connection regions is electrically connected to one of said current collector of the second polarity, in particular with its contacting region,
  • the second housing part is inserted to the first housing part and to the electrode assembly in the processing device, wherein at least one of these edge regions of the first housing part and at least one of these edge region of the second housing part are arranged adjacent to each other,
  • edge regions preferably the second polymer materials of the first housing part and the second Housing part are in particular materially connected to each other, in particular a working temperature which corresponds at least to the softening temperature of the second polymer material.
  • Isolation device may be an electrical contact of the first and second functional device set, in particular with an electrical
  • Function device be electrically connected to each other. Then, an electric current I F can flow between the first and the second functional device and thus between the electrodes of different polarity.
  • the electrical resistance R F is used in particular to limit the electric current I F.
  • the electrical resistance R F is used in particular to convert part of the energy stored in the electrode assembly into
  • Electrode assembly remaining energy is reduced. Subsequently, the damaged converter cell can be recovered with reduced energy content at reduced risk.
  • This preferred embodiment offers the advantage of increased security of the converter cell, even if a foreign body penetrates.
  • Fig. 2 shows schematically two different layer networks for first
  • FIG. 4 shows a schematic view of a first housing part with first and second layer areas
  • FIG. 6 shows a schematic section through a preferred embodiment of a converter cell
  • Fig. 7 shows schematically a processing device for producing a
  • Fig. 8 shows schematically a processing device for producing a
  • Layer composite for a particular embodiment of a first housing part, wherein one of these functional devices is designed as a populated, flexible circuit board,
  • Fig. 9 shows schematically the cutting to length of part blanks of a
  • FIG. 10 shows schematically the production of a first housing part from a
  • Electrode assembly with encapsulation of current conductors and the edge region of the molding blank, in a processing device,
  • Fig. 1 different views and sections of a first housing part
  • FIG. 12 shows schematically a converter cell with a two-part cell housing, wherein the first housing part is designed as a cup and the second housing part as a lid,
  • FIG. 13 schematically shows a converter cell with a two-part cell housing, wherein the housing parts by a second frame
  • Fig. 16 schematically shows further preferred embodiments of converter cells, each with a two-part cell housing, each with a transducer assembly and two fluid passages
  • Fig. 17 schematically shows a section through a first housing part with two
  • FiguM shows schematically details of a preferred embodiment of an electrochemical energy conversion device according to the invention or
  • Transducer cell 1 with a first housing part 6.
  • the first support member 7 and the second support member 7a are formed as a support layers.
  • FIG. 1 a shows that the first housing part 6 is encapsulated in an edge area with a second polymer material 21.
  • a current conductor 14 is in particular gas-tightly encapsulated by the second polymer material 21 and, in particular, connected substantially immovably to the first housing part 6.
  • the first housing part 6 has the first support element 7, the second support element 7a and a functional device 8, the functional device 8 objecting to the support elements 7, 7a.
  • FIG. 1 b shows that the collector lugs 13 are welded to the current collector 14.
  • the Ableiterfahnen 13 are electrically connected to electrodes of the first polarity of an electrode assembly, not shown, in particular cohesively. This electrical connection has been produced after the electrode assembly, not shown, has been inserted into the first housing part 6 and before the cell housing is closed.
  • FIG. 1 c shows the first housing part 6 and a second housing part 6 a, whose edge regions are in each case encapsulated with the second polymer material 21.
  • a current collector 14, 14 a are connected to one of the housing parts 6, 6 a by second polymer materials 21. With the current conductors 14, 14a groups of Ableiterfahnen 13, 13a are welded. These groups of
  • FIG. 1 d schematically shows a detail of the converter cell 1 after the
  • Cell case 5 was closed by materially connecting the first housing part 6 with the second housing part 6a. This was second
  • FIG. 2 schematically shows two different layer composites 18, 18a for a first housing part.
  • the first support element 7and the second support element 7a are designed as support layers.
  • the layer composite 18 has two support elements 7, 7a, which four
  • Functional devices 8, 8a, 8b, 8c surround or enclose.
  • the individual functional devices fulfill various tasks and have different functional elements for this purpose.
  • the second support element 7a has an arrangement of recesses or holes, which enable a substance, in particular from the electrode assembly not shown, to pass through to the fourth functional device 8c.
  • the fourth functional device 8c has a pressure sensor, a thermocouple and a sensor for
  • Functional device 8b chemically and electrically isolates the second functional device 8a from the electrical assembly.
  • the third functional device 8b has functional elements for signal exchange between the second functional device 8a and the said sensors.
  • Functional device 8a has a cell control device, not shown, which processes signals of said sensors and controls the operation of the electrode assembly, also not shown.
  • Functional device 8 is as a cotton with alum as a flame retardant filler and serves to protect the underlying second
  • Functional device 8a The layer composite 18a has only one functional device 8.
  • the pressure sensor, the thermocouple and the cell control device are part of the same functional device 8.
  • FIG. 3 shows schematic sections through various embodiments of the first housing part 6 with different functional devices 8, 8a, 8b, 8c as well as first and second layer regions 10, 10a.
  • the functional device 8 is surrounded by the first support element 7 and the second support element 7a.
  • the first support element 7and the second support element 7a are designed as support layers.
  • the functional device 8 has two
  • Functional device 8a has a plurality of first layer regions 10 in which pass channels for a temperature control medium.
  • the functional device 8b has a plurality of first layer regions 10 which are filled with a foam.
  • the functional device 8a is filled with an expandable filler, which forms cavities when an activation energy is supplied.
  • Functional device 8c has a cavity structure, in particular a
  • FIG. 4 shows a schematic view of a first housing part 6 with first layer regions 10 and second layer regions 10a of FIG
  • the first layer regions 10, also marked by the letter "H" have a greater wall thickness, than the second
  • Layer regions 10a also marked by the letter "L.”
  • the first support element 7 and the second support element 7a are designed as support layers.
  • FIG. 5 shows schematically a section through a first housing part 6 with a particular metallic insert 22, which extends both in the functional device 8 and outside this functional device. Simplified, the adjacent support elements are not shown.
  • the insert 22 serves to stiffen the first housing part 6, in particular to increase the flexural rigidity of the first housing part 6.
  • the insert 22 is profiled for increased bending stiffness.
  • FIG. 6 shows a schematic section through a preferred one
  • Embodiment of a converter cell An electrode assembly 2 is inserted into a first housing part and electrically connected to current conductors 14, 14 a.
  • current conductors 14, 14 a are not shown Ableiterfahnen, which serve the electrical connection between a current collector 14, 14a and an electrode of the electrode assembly 2. Both current conductors 14, 14a point
  • the contacting regions 12, 12a extend from the second polymer material 21 in the direction of the functional device (not shown).
  • the contacting regions 12, 12a serve for the electrical connection, in particular the supply of the functional device, not shown.
  • FIG. 7 schematically shows a processing device 2 for producing a layer composite 18 for a first housing part.
  • FIG. 8 schematically shows a processing device 20 for producing a layer composite 18 for a preferred embodiment of a first embodiment
  • Functional devices as populated, flexible circuit board 8a is formed. First, the first functional device 8 is handled. From a gripper, the circuit boards 8a are placed individually on the first functional device 8, preferably with a minimum distance between two
  • Printed circuit boards Another functional device 8b and two support elements 7, 7a are unwound.
  • the first support element 7and the second support element 7a are designed as support layers.
  • the circuit board 8a is enclosed by the support elements 7, 7a before the layers of the double belt press 20 are fed.
  • the layer composite 18 is produced in particular under the influence of heat.
  • FIG. 9 schematically shows the cutting of preform blanks 23 from a prepared layer composite 18, in particular by means of a separating device 20. If one of the functional devices is designed as a printed circuit board, the multilayer composite 18 is separated between two such printed circuit boards.
  • FIG. 10 shows schematically the production of a first housing part 6 from a molding blank 23 with supply of a second polymer material 21 into the edge region of the molding blank 23 or of the first housing part 6, forming a receiving space 11 for an electrode assembly 2, with encapsulation of current conductors 14. 14a and from the edge of the
  • Shaped part blank 23 in a processing device 20 in a processing device 20.
  • the first support element 7and the second support element 7a are designed as support layers.
  • FIG. 10 a shows the molded part blank 23 and the current conductors 14, 14 a, which are inserted into the processing device, here designed as a shaping tool 20. The two-part forming tool is not yet
  • One part of the forming tool 20 is formed with a depression, the other part of the forming tool 20 with a protrusion. Recess and survey serve to form a receiving space in the molding blank 23 and the first housing part for the not shown
  • Electrode assembly Before the forming tool 20, equipped with indentation and elevation, is closed, the preform blank 23 is heated to a working temperature which corresponds at least to the softening temperature of the first polymer material.
  • FIG. 10b shows the forming tool 20 during the firing process, whereby the receiving space 11 in FIG
  • Forming blank 23 is formed.
  • the molding blank 23 has a working temperature which corresponds at least to the softening temperature of the first polymer material.
  • FIG. 10c shows the closed shaping tool 20.
  • the inserted molding blank 23 has the receiving space 11 after plastic deformation.
  • the current conductors 14, 14a are held in the forming tool 20 in predetermined positions with respect to the molding blank 23, in particular in the edge region of the molding blank 23.
  • the molding blank 23 has a working temperature which at least the
  • Softening temperature of the first polymer material corresponds, in particular so that the molding blank 23 can enter into an intimate material connection with the second polymer material, not shown.
  • FIG. 10d shows the closed shaping tool 20 and the inserted molding blank 23 according to FIG. 10c at a later time.
  • heated second polymer material 21 is the
  • Forming tool 20 supplied.
  • the second polymer material 21 fills in Forming tool 20 provided cavities, which are arranged in edge regions of the molding blank 23. Through the cavities extend the current collector 14, 14a. With supply of the second polymer material 21, the edge regions of the molding blank 23 and the current conductors 14, 14 a are encapsulated.
  • the molding blank 23 has a working temperature which corresponds at least to the softening temperature of the first polymer material, in particular so that the molding blank 23 intimate material
  • Compounds can enter into with the second polymer material 21.
  • FIG. 10e shows the opened shaping tool 20 and the demoulded first housing part 6.
  • the first housing part 6 has the two supporting elements, at least one of these functional devices, in the edge region second
  • Figure 1 1 shows various views and sections of a first housing part 6 with a receiving space 1 1 for an electrode assembly.
  • Figure 12 shows schematically a converter cell 1 with a two-part
  • Housing part 6a are formed as a lid. The interior of the cup corresponds to the receiving space 1 1. Not shown is the second
  • Polymer material which is arranged in the edge regions of the housing parts 6, 6a.
  • Two current-conducting devices 4, 4a extend at least partially through one of the housing parts in the vicinity of the converter cell. 1
  • FIG 12a shows that the Stromleit grounden 4, 4a through the second
  • Housing part 6a are guided in the environment. It is not shown that the Stromleit Anlagenen 4, 4a are connected to the second housing part 6a cohesively and in particular gas-tight.
  • FIG. 12b shows that the current-conducting devices 4, 4a are replaced by the first
  • Housing part 6 are guided in the area. It is not shown that the Stromleit Anlagenen 4, 4a are connected to the first housing part 6 cohesively and in particular gas-tight.
  • FIG. 13 shows schematically a converter cell 1 with a two-part
  • Electrode assembly is received by the frame.
  • the housing parts 6, 6a are each formed without a receiving space.
  • Two of these current conductors 14, 14 a extend from the frame 21 into the surroundings of the converter cell 1.
  • FIG. 14 shows schematically further preferred embodiments of FIG
  • Converter cells 1 each with a two-part cell housing 5 and each with two current conductors 14, 14 a, which extend into the environment of the converter cell 1. Edge regions of these housing parts 6, 6a are each of the second
  • the housing parts 6, 6a together form the cell housing around the electrode assembly, not shown.
  • the current conductors 14, 14a extend from different housing parts 6, 6a, in particular from each of the second polymer material 21, which each connects one of these current conductors with one of these housing parts gas-tight.
  • the housing parts 6, 6a are each formed with a receiving space.
  • Advantageous the two housing parts 6, 6a are formed symmetrically. So are
  • Figures 14a and 14b show a converter cell 1, in which the
  • FIG. 15 shows schematically further preferred embodiments of converter cells 1 each with a two-part cell housing 5 and with
  • Stromleit drivenen 4, 4a which substantially complete each with a lateral surface of the cell housing 5. Edge regions of these housing parts 6, 6a are each surrounded by second polymer material 21. These edge regions are materially bonded, in particular gas-tight, to one another. Thus, the housing parts 6, 6a together form the cell housing around the electrode assembly, not shown.
  • the Stromleit drivingen 4, 4a are arranged in different housing parts 6, 6a, in particular in each of the second
  • Housing parts 6, 6a are each formed with a receiving space.
  • the two housing parts 6, 6 a formed symmetrically. So are
  • FIGS 15a and 15b show a converter cell 1, in which the
  • FIGS. 15c and 15d show a converter cell 1, in which the
  • FIG. 16 shows schematically further preferred embodiments of FIG
  • Converter cells 1 each with a two-part cell housing 5, each with
  • Transducer assembly 2 and two fluid passages 24, 24a Not shown are the Stromleit Anlagenen the converter cell. 1 Border areas of this
  • Housing parts 6, 6a are each surrounded by second polymer material 21. These edge regions are cohesively, in particular gas-tight with each other
  • the housing parts 6, 6a together form the cell housing around the transducer assembly 2, not shown.
  • the fluid passages 24, 24a extend from the cell housing, in particular from the second
  • the first fluid passage 24 serves to supply the fuel.
  • the second fluid passage 24a serves both the supply of the oxidizing agent and the removal of the educt.
  • the second fluid passage 24a on a partition wall, not shown.
  • Figures 16a and 16c show a converter cell 1 whose fluid passages 24, 24a extend in the same direction.
  • Figures 16c and 16d show a converter cell 1 whose fluid passages 24, 24a extend in opposite directions.
  • Figure 17 shows schematically a section through a first housing part 6 with two of these functional devices 8, 8a and this insulating device 26. Die
  • Functional devices 8, 8a and the insulating device 26 are surrounded by the first support element 7 and the second support element 7a.
  • the first support element 7 and the second support element 7a are formed as support layers with a fiber-interspersed polymer material.
  • the isolating device 26 objects to the first functional device 8 from the second one
  • Functional device 8 and the second functional device 8a are as
  • Functional device 8a each have as functional elements at least one of these electrode connection regions 9, 9a for electrical connection Electrodes of different polarity of a not shown
  • the second functional device 8a has a recess 25a, which is arranged adjacent to the recess 25 of the insulating device 26 and leaves the electrode connection region 9 free relative to the current conducting device (not illustrated).
  • the second support element 7a has two NeedlesssensausEnglishept 17, 17a, which leaves the Elektrodentagens Schemee 9, 9a relative to the Stromleit wornen not shown.
  • the current conducting devices, not shown, each have a contacting region, wherein the contacting regions extend through the contacting recesses 17, 17a and the recesses 25, 25a of the second functional device 8a and the insulating device 26 to the electrode connection regions 9, 9a and are connected thereto.

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Abstract

Elektrochemische Energiewandlereinrichtung (1) mit zumindest einer insbesondere wiederaufladbaren Elektrodenbaugruppe (2), welche vorgesehen ist, zumindest zeitweise elektrische Energie insbesondere einem Verbraucher zur Verfügung zu stellen, welche zumindest zwei Elektroden (3, 3a) unterschiedlicher Polarität aufweist, mit zumindest einer Stromleiteinrichtung (4, 4a), welche vorgesehen ist, mit einer der Elektroden (3, 3a) der Elektrodenbaugruppe (2) elektrisch, vorzugsweise stoffschlüssig verbunden zu sein, mit einem Zellgehäuse (5) mit einem ersten Gehäuseteil (6), wobei das erste Gehäuseteil (6) vorgesehen ist, die Elektrodenbaugruppe (2) zumindest bereichsweise zu umschließen.

Description

Elektrochemische Energiewandlereinrichtung mit einem Zellgehäuse, Batterie mit zumindest zwei dieser elektrochemischen
Energiewandlereinrichtungen sowie
Verfahren zum Herstellen einer elektrochemischen
Energiewandlereinrichtung
B e s c h r e i b u n g
Hiermit werden die gesamten Inhalte der Prioritätsanmeldungen DE 10 2012 001 440 und DE 10 2012 002 051 durch Bezugnahme Bestandteil der vorliegenden Anmeldung.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrochemische
Energiewandlereinrichtung, nachfolgend auch Wandlerzelle genannt, mit einem Zellgehäuse, eine Batterie mit zumindest zwei dieser elektrochemischen
Energiewandlereinrichtungen sowie ein Verfahren zum Herstellen einer elektrochemischen Energiewandlereinrichtung. Die Erfindung wird im
Zusammenhang mit Lithium-Ionen-Batterien zur Versorgung von KFZ-Antrieben beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass die Erfindung auch unabhängig von der Chemie der Wandlerzelle , unabhängig von der Bauart der Batterie oder unabhängig von der Art des versorgten Antriebs Verwendung finden kann.
Aus dem Stand der Technik sind Batterien mit mehreren Wandlerzellen zur Versorgung von KFZ-Antrieben bekannt. Übliche Wandlerzellen weisen eine Elektrodenbaugruppe mit zumindest zwei Elektroden unterschiedlicher Polarität und einem Separator auf. Der Separator trennt bzw. beanstandet die Elektroden unterschiedlicher Polarität. Weiter weisen übliche Wandlerzellen ein Zellgehäuse auf, welche die Elektrodenbaugruppe zumindest bereichsweise umschließt. Weiter weisen übliche Wandlerzelle zumindest zwei Stromleiteinrichtungen auf, welche mit je einer Elektrode der Elektrodenbaugruppe elektrisch verbunden sind. Der hohe Aufwand zur Herstellung einiger Bauarten von Wandlerzellen wird mitunter als problematisch empfunden.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Wandlerzelle zur Verfügung zu stellen, welche mit geringerem Aufwand bzw. Kosten hergestellt werden kann.
Die Aufgabe wird durch eine elektrochemische Energiewandlereinrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst. Anspruch 14 beschreibt eine Batterie mit zumindest zwei erfindungsgemäßen elektrochemischen Energiewandlereinrichtungen. Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein Herstellverfahren für eine elektrochemische Energiewandlereinrichtung gemäß Anspruch 15. Zu bevorzugende
Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Eine erfindungsgemäße elektrochemische Energiewandlereinrichtung, nachfolgend auch Wandlerzelle genannt, weist zumindest eine insbesondere wiederaufladbare Elektrodenbaugruppe auf. Die zumindest eine
Elektrodenbaugruppe ist vorgesehen, zumindest zeitweise elektrische Energie insbesondere einem Verbraucher zur Verfügung zu stellen. Die
Elektrodenbaugruppe weist zumindest zwei Elektroden unterschiedlicher Polarität auf. Die Wandlerzelle weist eine, zwei oder mehrere
Stromleiteinrichtungen auf, wobei wenigstens eine oder mehrere dieser
Stromleiteinrichtungen vorgesehen sind, mit einer der Elektroden der
Elektrodenbaugruppe elektrisch, vorzugsweise stoffschlüssig verbunden zu sein. Die Wandlerzelle weist ein Zellgehäuse mit zumindest einem insbesondere ersten Gehäuseteil auf, wobei das Zellgehäuse vorgesehen ist, die
Elektrodenbaugruppe zumindest bereichsweise zu umschließen. Das erste Gehäuseteil weist zumindest eine Funktionseinrichtung auf, welche vorgesehen ist, die Abgabe von Energie aus der Elektrodenbaugruppe insbesondere an einen Verbraucher zu unterstützen. Die Funktionseinrichtung ist mit der Elektrodenbaugruppe wirkverbunden, insbesondere zur Aufnahme von Energie. Das erste Gehäuseteil weist zumindest ein erstes Tragelement auf, welches vorgesehen ist, die zumindest eine Funktionseinrichtung gegenüber der Umgebung der Wandlerzelle abzugrenzen. Das erste Tragelement dient insbesondere dazu, die zumindest eine Funktionseinrichtung abzustützen, d.h. insbesondere einer unerwünschten relativen Verlagerung der zumindest einen Funktionseinrichtung bezüglich der Wandlerzelle zu begegnen. Das erste
Tragelement dient insbesondere dazu, die zumindest eine Funktionseinrichtung gegen schädigende Einflüsse aus der Umgebung zu schützen.
Vorzugsweise ist die zumindest eine Elektrodenbaugruppe vorgesehen, zumindest zeitweise chemische Energie in elektrische Energie zu wandeln. Vorzugsweise ist die zumindest eine Elektrodenbaugruppe vorgesehen, zumindest zeitweise insbesondere zugeführte elektrische Energie in chemische Energie zu wandeln.
Bei erfindungsgemäßer Ausbildung des ersten Gehäuseteils übernimmt die Funktionseinrichtung mehrere Funktionen insbesondere betreffend den Betrieb der Wandlerzelle bzw. der Elektrodenbaugruppe, welche bei bekannten
Bauarten von Wandlerzellen durch diskrete Bauteile erfüllt werden. Mehrere diskrete Bauteile bzw. Funktionselemente sind in der zumindest einen
Funktionseinrichtung insbesondere als eigene Funktionsbaugruppe
zusammengefasst. So sind zur Herstellung der erfindungsgemäßen
Wandlerzelle weniger Baugruppen erfordert, wodurch der Aufwand bei der
Herstellung bzw. Montage verringert ist. So wird die zugrunde liegende Aufgabe gelöst.
Weiter bietet die erfindungsgemäße Wandlerzelle den Vorteil erhöhter
Haltbarkeit, indem das erste Tragelement die darunter liegende Funktionseinrichtung gegen mechanische Beschädigung insbesondere durch einen auf das Zellgehäuse einwirkenden Fremdkörper schützt. Weiter bietet die erfindungsgemäße Wandlerzelle den Vorteil erhöhter Haltbarkeit, indem das erste Tragelement den Zusammenhalt der Funktionseinrichtung insbesondere bei Beschleunigungen oder Vibrationen während des Betriebs der Wandlerzelle verbessert.
Unter einer Elektrodenbaugruppe im Sinne der Erfindung ist eine Einrichtung zu verstehen, welche insbesondere der Bereitstellung elektrischer Energie dient.
Die Elektrodenbaugruppe weist zumindest zwei Elektroden unterschiedlicher Polarität auf. Diese Elektroden unterschiedlicher Polarität sind durch einen
Separator beabstandet, wobei der Separator für Ionen leitfähig ist, nicht aber für Elektronen. Vorzugsweise ist die Elektrodenbaugruppe im wesentlichen quaderförmig ausgebildet. Vorzugsweise ist die Elektrodenbaugruppe mit zwei dieser Stromleiteinrichtungen unterschiedlicher Polarität insbesondere stoffschlüssig verbunden, welche zur zumindest mittelbaren elektrischen
Verbindung mit zumindest einer benachbarten Elektrodenbaugruppe und/oder zumindest mittelbar der elektrischen Verbindung mit dem Verbraucher dienen.
Vorzugsweise weist zumindest eine dieser Elektroden eine insbesondere metallische Kollektorfolie sowie eine Aktivmasse auf. Die Aktivmasse ist auf die Kollektorfolie zumindest einseitig aufgetragen. Beim Laden oder Entladen der Elektrodenbaugruppe werden Elektronen zwischen der Kollektorfolie und Aktivmasse ausgetauscht. Vorzugsweise ist mit der Kollektorfolie zumindest eine Ableiterfahne insbesondere stoffschlüssig verbunden. Besonders bevorzugt sind mit der Kollektorfolie mehrerer Ableiterfahnen insbesondere stoffschlüssig verbunden. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass der Strom je
Ableiterfahne verringert ist. Vorzugsweise weist zumindest eine dieser Elektroden eine insbesondere metallische Kollektorfolie sowie zwei Aktivmassen unterschiedlicher Polarität auf, welche auf verschiedenen Flächen der Kollektorfolie angeordnet und durch die Kollektorfolie beabstandet sind. Für diese Anordnung von Aktivmassen ist auch der Begriff„Bizelle" üblich. Beim Laden oder Entladen der Elektrodenbaugruppe werden Elektronen zwischen der Kollektorfolie und Aktivmasse ausgetauscht. Vorzugsweise ist mit der Kollektorfolie zumindest eine Ableiterfahne
insbesondere stoffschlüssig verbunden. Besonders bevorzugt sind mit der Kollektorfolie mehrerer Ableiterfahnen insbesondere stoffschlüssig verbunden. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die Zahl der Elektronen, welche je Zeiteinheit durch eine Ableiterfahne fließen, verringert ist.
Zwei Elektroden unterschiedlicher Polarität sind in der Elektrodenbaugruppe durch einen Separator beabstandet. Der Separator ist für Ionen durchlässig, nicht aber für Elektronen. Vorzugsweise enthält der Separator zumindest einen Teil des Elektrolyts bzw. des Leitsalzes. Vorzugsweise ist der Elektrolyt insbesondere nach dem Verschließen der Wandlerzelle im Wesentlichen ohne flüssigen Anteil ausgebildet. Vorzugsweise weist das Leitsalz Lithium auf.
Besonders bevorzugt werden Lithiumionen beim Laden in die negative Elektrode eingelagert bzw. interkaliert und beim Entladen wieder ausgelagert. Die Elektrodenbaugruppe ist vorzugsweise ausgestaltet, zugeführte elektrische Energie in chemische Energie zu wandeln und als chemische Energie zu speichern. Die Elektrodenbaugruppe ist vorzugsweise ausgestaltet,
insbesondere gespeicherte chemische Energie in elektrische Energie zu wandeln, bevor die Elektrodenbaugruppe diese elektrische Energie einem
Verbraucher zur Verfügung stellt. Man spricht dann auch von einer
wiederaufladbaren Elektrodenbaugruppe. Besonders bevorzugt werden
Lithiumionen beim Laden in die negative Elektrode eingelagert bzw. interkaliert und beim Entladen wieder ausgelagert. Gemäß einer ersten bevorzugten Ausgestaltung ist die Elektrodenbaugruppe als Elektrodenwickel ausgebildet, insbesondere als im Wesentlichen zylindrischer Elektrodenwickel. Vorzugsweise ist diese Elektrodenbaugruppe wiederaufladbar. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil einfacherer Herstellbarkeit insbesondere dadurch, dass bandförmige Elektroden verarbeitet werden können. Diese
Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die Nennladekapazität, beispielsweise in Amperestunden [Ah] oder Wattstunden [Wh], seltener in Coulomb [C]
angegeben, auf einfache Weise durch weitere Wicklungen erhöht werden kann. Vorzugsweise ist die Elektrodenbaugruppe als Elektrodenflachwickel
ausgebildet. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass dieser raumsparend neben einem weiteren Elektrodenflachwickel insbesondere innerhalb einer Batterie angeordnet werden kann.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die Elektrodenbaugruppe als im wesentlichen quaderförmiger Elektrodenstapel ausgebildet. Vorzugsweise ist diese Elektrodenbaugruppe wiederaufladbar. Der Elektrodenstapel weist eine vorbestimmte Abfolge von Stapelblättern auf, wobei je zwei Elektrodenblätter unterschiedlicher Polarität von einem Separatorblatt getrennt sind. Vorzugsweise ist jedes Elektrodenblatt mit einer Stromleiteinrichtung insbesondere
stoffschlüssig verbunden, besonders bevorzugt einstückig mit der
Stromleiteinrichtung ausgebildet. Vorzugsweise sind Elektrodenblätter gleicher Polarität insbesondere über eine gemeinsame Stromleiteinrichtung miteinander elektrisch verbunden. Diese Ausgestaltung der Elektrodenbaugruppe bietet den Vorteil, dass die Nennladekapazität, beispielsweise in Amperestunden [Ah] oder Wattstunden [Wh], seltener in Coulomb [C] angegeben, auf einfache Weise durch Hinzufügen weiterer Elektrodenblätter erhöht werden kann. Besonders bevorzugt sind zumindest zwei Separatorblätter miteinander verbunden und umschließen eine begrenzende Kante eines Elektrodenblattes. Eine derartige Elektrodenbaugruppe mit einem einzelnen, insbesondere mäanderförmigen Separator ist in der WO 201 1/020545 beschrieben. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass einem parasitären Strom, ausgehend von dieser begrenzenden Kante zu einem Elektrodenblatt anderer Polarität, begegnet ist. Gemäß einer dritten bevorzugten Ausgestaltung ist die Elektrodenbaugruppe ausgebildet, elektrische Energie unter Aufnahme zumindest eines kontinuierlich zugeführten Brennstoffs und eines Oxidationsmittels, nachfolgend Prozessfluide genannt, deren chemische Reaktion zu einem Edukt, insbesondere unterstützt durch zumindest einen Katalysator, und Abgabe des Eduktes bereitzustellen. Nachfolgend wird die Elektrodenbaugruppe gemäß dieser bevorzugten
Ausgestaltung auch Wandlerbaugruppe genannt. Die Wandlerbaugruppe ist als im wesentlichen quaderförmiger Elektrodenstapel ausgebildet und weist zumindest zwei insbesondere blattförmige Elektroden unterschiedlicher Polarität auf. Vorzugsweise ist zumindest die erste Elektrode zumindest bereichsweise mit einem Katalysator beschichtet. Die Elektroden sind beabstandet,
vorzugsweise durch einen Separator bzw. eine Membran, welcher für Ionen durchlässig ist, nicht aber für Elektronen. Weiter weist der Energiewandler zwei Fluidführungseinrichtungen auf, welche jeweils benachbart zu den Elektroden unterschiedlicher Polarität angeordnet sind und vorgesehen sind, den Elektroden die Prozessfluide zuzuführen. Vorzugsweise ist zumindest eine der
Fluidführungseinrichtungen vorgesehen, das Edukt abzuführen. Die
Wandlerbaugruppe weist zumindest eine der Abfolgen auf:
Fluidführungseinrichtung für den Brennstoff - Elektrode erster Polarität - Membran - Elektrode zweiter Polarität - Fluidführungseinrichtung für das
Oxidationsmittel, insbesondere auch für das Edukt. Vorzugsweise sind mehrere dieser Abfolgen für erhöhte elektrische Spannung elektrisch in Reihe geschaltet. Während des Betriebs des Energiewandlers wird der Brennstoff der ersten Elektrode zugeführt, insbesondere als Fluidstrom durch Kanäle der ersten Fluidführungseinrichtung. An der ersten Elektrode wird der Brennstoff unter
Abgabe von Elektronen ionisiert. Die Elektronen werden über die erste Elektrode abgeführt, insbesondere über eine der Stromleiteinrichtungen, insbesondere in Richtung eines elektrischen Verbrauchers oder einer benachbarten
Wandlerzelle. Der ionisierte Brennstoff wandert durch die für Ionen durchlässige Membran zur zweiten Elektrode. Das Oxidationsmittel wird der zweiten Elektrode zugeführt, insbesondere als Fluidstrom durch Kanäle der zweiten
Fluidführungseinrichtung. An der zweiten Elektrode treffen zusammen: das Oxidationsmittel, der ionisierte Brennstoff sowie Elektronen von dem
elektrischen Verbraucher oder einer benachbarten Wandlerzelle. An der zweiten Elektrode erfolgt die chemische Reaktion zum Edukt, welches vorzugsweise durch Kanäle der zweiten Fluidführungseinrichtung abgeführt wird. Unter einer Stromleiteinrichtung im Sinne der Erfindung ist eine Einrichtung zu verstehen, welche insbesondere der Leitung von Elektronen zwischen einer der Elektroden der Elektrodenbaugruppe und einem Verbraucher oder zwischen einer der Elektroden und einer benachbarten Wandlerzelle dient. Dazu ist die Stromleiteinrichtung mit einer der Elektroden der Elektrodenbaugruppe elektrisch, vorzugsweise stoffschlüssig verbunden. Vorzugsweise ist die
Stromleiteinrichtung zumindest mittelbar mit einem zu versorgenden
Verbraucher verbunden.
Die Stromleiteinrichtung weist einen elektrisch leitfähigen Bereich mit einem metallischen Werkstoff auf, vorzugsweise Aluminium und/oder Kupfer, besonders bevorzugt bereichsweise eine Beschichtung mit Nickel. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil eines verringerten Kontaktwiderstands.
Vorzugsweise ist die Stromleiteinrichtung massiv mit einem metallischen Werkstoff ausgebildet. Vorzugsweise entspricht der Werkstoff der
Stromleiteinrichtung dem Werkstoff der Kollektorfolie der Elektrode, mit welcher die Stromleiteinrichtung insbesondere stoffschlüssig verbunden ist. Diese
Ausgestaltung bietet den Vorteil einer verringerten Kontaktkorrosion zwischen Stromleiteinrichtung und Kollektorfolie.
Die Stromleiteinrichtung weist einen zweiten Bereich auf, welcher innerhalb der Wandlerzelle angeordnet ist. Der zweite Bereich ist elektrisch mit zumindest einer Elektrode der Elektrodenbaugruppe vorzugsweise stoffschlüssig verbunden, vorzugsweise mit sämtlichen Elektroden gleicher Polarität. Vorzugsweise weist der zweite Bereich zumindest eine Ableiterfahne auf. Die Ableiterfahne ist mit einer der Elektroden der Elektrodenbaugruppe,
insbesondere mit deren Kollektorfolie insbesondere stoffschlüssig verbunden. Die Ableiterfahne ist als elektrisch leitfähiges Band, vorzugsweise als Metallfolie ausgebildet. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass ein Versatz zwischen einer Symmetrieebene durch den Bereich der Stromleiteinrichtung, welcher sich in die Umgebung der Wandlerzelle erstreckt, und einer Ebene durch dieser Elektrode bzw. Kollektorfolie ausgeglichen werden kann. Besonders bevorzugt weist der zweite Bereich mehrere Ableiterfahnen auf. Die Ableiterfahnen bieten mehrere Strompfade zu derselben Elektrode, wodurch die Stromdichte die
Strompfad vorteilhaft verringert ist, oder zu verschiedenen Elektroden gleicher Polarität des Elektrodenstapels, wodurch eine Parallelschaltung der Elektroden gleicher Polarität gebildet ist.
Vorzugsweise weist die Stromleiteinrichtung auch einen ersten Bereich auf, welcher sich in die Umgebung der Wandlerzelle erstreckt. Der erste Bereich ist elektrisch zumindest mittelbar mit einem zu versorgenden Verbraucher oder einer zweiten, insbesondere benachbarten Wandlerzelle verbunden,
insbesondere über eine Anschlusseinrichtung, vorzugsweise über eine
Stromschiene, Stromband oder ein Anschlusskabel. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist der erste Bereich als Metallplatte oder als Platte mit einer metallischen Beschichtung ausgebildet. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass eine mechanisch stabile, im wesentlichen ebene Fläche zur einfachen und/oder möglichst dauerhaften elektrischen Verbindung mit einer
Anschlusseinrichtung vorliegt. Vorzugsweise weist die Stromleiteinrichtung einen im wesentlichen
plattenförmigen, metallischen oder metallbeschichteten Stromableiter auf. Im zweiten Bereich der Stromleiteinrichtung ist der Stromableiter insbesondere stoffschlüssig mit insbesondere sämtlichen Ableiterfahnen gleicher Polarität verbunden. Vorzugsweise entspricht der Werkstoff des Stromableiters dem Werkstoff der Ableiterfahne. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass der Stromableiter zur Verbindung mit einer Anschlusseinrichtung und/oder einem der Gehäuseteile mechanisch stabiler ausgebildet werden kann, als eine folienartiger Ableiterfahne ausgebildet werden könnte. Damit ist die Haltbarkeit der Wandlerzelle verbessert. Weiter bietet diese Ausgestaltung den Vorteil, dass der Stromableiter mit dem Zellgehäuse verbunden sein kann, bevor die
Elektrodenbaugruppe mit daran befestigten Ableiterfahnen dem Zellgehäuse zugeführt wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich der Stromableiter aus dem Zellgehäuse auch in den ersten Bereich der Stromleiteinrichtung bzw. in die Umgebung der Wandlerzelle und ist insbesondere als Metallplatte, Stanzteil und/oder Blechpressteil ausgebildet. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil geringer Herstellkosten. Diese Ausgestaltung bietet den weiteren Vorteil, dass das die Stromleiteinrichtung im ersten Bereich mechanisch ausreichend stabil zur Verbindung mit einer nicht der Wandlerzelle zugehörigen
Anschlusseinrichtung, beispielsweise Stromschiene, Stromband oder
Stromkabel, ausgebildet ist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Stromableiter ist der Stromableiter mit einer Kontaktfläche ausgebildet. Diese Kontaktfläche ist im Wesentlichen in einer Mantelfläche eines dieser Gehäuseteile angeordnet oder erstreckt sich nur unwesentlich in die Umgebung. Vorzugsweise ist die Kontaktfläche zur elektrischen Verbindung mit einer federbelasteten
Anschlusseinrichtung vorgesehen. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die Kontaktfläche für Transport oder Lagerung der Wandlerzelle mit einem isolierenden Klebestreifen abdeckbar ist. Unter einem Zellgehäuse im Sinne der Erfindung ist eine Einrichtung zu verstehen, welche insbesondere der Begrenzung der Elektrodenbaugruppe gegenüber der Umgebung dient, dem Schutz der Elektrodenbaugruppe gegenüber schädlichen Einflüssen aus der Umgebung dient, insbesondere zum Schutz vor Wasser aus der Umgebung, dem Austritt von Substanzen aus der Elektrodengruppe in die Umgebung entgegenwirkt, vorzugsweise die Elektrodenbaugruppe im wesentlichen gasdicht umschließt. Das Zellgehäuse umgibt die Elektrodenbaugruppe zumindest bereichsweise, bevorzugt im wesentlichen vollständig. Dabei ist das Zellgehäuse an die Gestalt der Elektrodenbaugruppe angepasst. Vorzugsweise ist das Zellgehäuse, ebenso wie die Elektrodenbaugruppe, im wesentlichen quaderförmig ausgebildet. Das Zellgehäuse umgibt die Elektrodenbaugruppe vorzugsweise derart, dass zumindest eine Wandung des Zellgehäuses eine Kraft auf die
Elektrodenbaugruppe ausübt, wobei die Kraft einer unerwünschten
Relativbewegung der Elektrodenbaugruppe bezüglich des Zellgehäuses entgegenwirkt. Besonders bevorzugt nimmt das Zellgehäuse die Elektrodenbaugruppe formschlüssig und/oder kraftschlüssig auf. Vorzugsweise ist das Zellgehäuse gegenüber der Umgebung elektrisch isoliert. Vorzugsweise ist das Zellgehäuse gegenüber der Elektrodenbaugruppe elektrisch isoliert.
Das Zellgehäuse ist mit zumindest einem im wesentlichen biegesteifen ersten Gehäuseteil ausgebildet. Das erste Gehäuseteil weist zumindest eine
Funktionseinrichtung auf, welche die Abgabe von Energie aus der
Elektrodenbaugruppe insbesondere an einen Verbraucher unterstützt. Das erste Gehäuseteil weist ein erstes Tragelement auf, welche die zumindest eine Funktionseinrichtung gegenüber der Umgebung der Wandlerzelle abstützt. Insbesondere dient das erste Gehäuseteil zur Begrenzung der
Elektrodenbaugruppe gegenüber der Umgebung der Wandlerzelle sowie zum Schutz der Elektrodenbaugruppe. Insbesondere dient das erste Gehäuseteil dem Schutz der Elektrodenbaugruppe. Vorzugsweise weist das erste
Gehäuseteil eine Wandstärke von mindestens 0,3 mm auf. Vorzugsweise sind das Material und die Geometrie des ersten Gehäuseteils so gewählt, dass dessen Biegesteifigkeit den Beanspruchungen des Betriebs standhält.
Unter einer Funktionseinrichtung im Sinne der Erfindung ist eine Einrichtung zu verstehen, welche insbesondere dazu dient, einen einwandfreien Betrieb der Elektrodenbaugruppe zu unterstützen. Die Funktionseinrichtung ist mit der Elektrodenbaugruppe wirkverbunden.
Unter wirkverbundener Funktionseinrichtung und Elektrodenbaugruppe im Sinne der Erfindung ist insbesondere zu verstehen, dass Energie, Stoffe und/oder Informationen insbesondere betreffend Betriebsparameter der
Elektrodenbaugruppe zwischen Funktionseinrichtung und Elektrodenbaugruppe ausgetauscht werden können. Unter wirkverbundener Funktionseinrichtung und Elektrodenbaugruppe im Sinne der Erfindung ist insbesondere auch zu verstehen, dass die Funktionseinrichtung das elektrische Potenzial einer der Elektroden der Elektrodenbaugruppe aufweist.
Vorzugsweise weist die zumindest eine Funktionseinrichtung zumindest einen elektrisch leitfähigen Bereich auf. Vorzugsweise weist die zumindest eine Funktionseinrichtung zumindest einen elektrisch isolierenden Bereich auf, welcher besonders bevorzugt als Träger für Funktionselemente dient. Die Funktionseinrichtung ist vorzugsweise mit dem ersten Tragelement
insbesondere stoffschlüssig verbunden. Gegenüber der Umgebung ist die Funktionseinrichtung von dem ersten Tragelement im wesentlichen vollständig bedeckt, sofern das erste Tragelement keine Polkontaktausnehmung aufweist. Vorzugsweise ist die Funktionseinrichtung mit zumindest einer der Elektroden elektrisch verbunden, besonders bevorzugt mit zumindest zwei Elektroden unterschiedlicher Polarität. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die Funktionseinrichtung das elektrische Potential der verbundenen Elektrode aufweist, insbesondere von der Elektrodenbaugruppe mit Energie versorgt werden kann.
Vorzugsweise ist die Funktionseinrichtung als Diffusionssperre ausgebildet, womit einem Austausch eines Gases zwischen der Umgebung der Wandlerzelle und dem Innenraum des Zellgehäuses begegnet ist. Vorzugsweise ist die Funktionseinrichtung als bestückte und/oder bedruckte, insbesondere flexible Leiterplatte ausgebildet. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die Leiterplatte von dem ersten Tragelement geschützt ist. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die Leiterplatte bei Entnahme der Wandlerzelle aus einer Batterie an der Wandlerzelle verbleibt. Vorzugsweise ist die Funktionseinrichtung als Flammschutz bzw. Brandschutz ausgebildet. Dazu weist die Funktionseinrichtung einen dieser chemisch reaktiven, flammhemmenden Stoffe auf und ist vorzugsweise als Schicht bzw. Lage und insbesondere die benachbarte Elektrodenbaugruppe im wesentlichen vollständig bedeckend ausgebildet. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die Betriebssicherheit der Wandlerzelle bei einem Brand in deren Umgebung verbessert ist.
Unter einem ersten Tragelement im Sinne der Erfindung ist eine Einrichtung zu verstehen, welche vorgesehen ist, die zumindest eine Funktionseinrichtung zumindest bereichsweise abzustützen. Das erste Tragelement ist der Umgebung der Wandlerzelle zugewandt. Unter„abzustützen" im Sinne der Erfindung ist zu verstehen, dass einer unerwünschten Relativbewegung von der zumindest einen Funktionseinrichtung bezüglich der ersten Tragelement bzw. der Wandlerzelle begegnet ist. Das erste Tragelement dient insbesondere dazu, einer
unerwünschten relativen Verlagerung der zumindest einen Funktionseinrichtung bezüglich der ersten Tragelement bzw. der Wandlerzelle zu begegnen. Das erste Tragelement dient insbesondere dazu, die zumindest eine
Funktionseinrichtung insbesondere gegen schädigende Einflüsse aus der
Umgebung der Wandlerzelle zu schützen. So bietet diese Ausbildung den Vorteil eines Schutzes der Elektrodenbaugruppe gegen einen auf das Zellgehäuse einwirkenden oder gar eindringenden Fremdkörper, insbesondere ohne dass separate Schutzeinrichtungen erfordert wären. Das erste Tragelement weist ein insbesondere faserdurchsetztes erstes
Polymermaterial auf, vorzugsweise ein Thermoplast. Vorzugsweise liegt diese Erweichungstemperatur des Polymermaterials oberhalb des
Betriebstemperaturbereichs der Wandlerzelle, besonders bevorzugt um wenigstens 10 K. Vorzugsweise weist das erste Tragelement ein Fasermaterial auf, insbesondere Glasfasern, Kohlefasern, Basaltfasern Aramidfasern,
Kevlarfasern und/oderNomexfasern, wobei das Fasermaterial insbesondere der Versteifung des ersten Tragelements dient. Besonders bevorzugt ist das
Fasermaterial insbesondere textilförmig als Gelege oder Gewebe ausgebildet und von dem ersten Polymermaterial im wesentlichen vollständig umgeben. Vorzugsweise ist die zumindest eine Funktionseinrichtung vorzugsweise mit dem ersten Tragelement insbesondere stoffschlüssig verbunden.
Vorzugsweise ist das erste Tragelement als erste Tragschicht ausgebildet.
Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die zumindest eine
Funktionseinrichtung entlang einer größeren Fläche von dem ersten
Tragelement abgestützt werden kann, wodurch insbesondere die Integrität der zumindest einen Funktionseinrichtung verbessert ist. Vorzugsweise weist das erste Tragelement eine oder zwei
Polkontaktausnehmungen auf, welche je einen Bereich der benachbarten Funktionseinrichtung aus der Umgebung der Wandlerzelle insbesondere elektrisch zugänglich machen. Nachfolgend werden vorteilhafte Ausgestaltungen und bevorzugte
Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Wandlerzelle sowie deren Vorteile beschrieben.
Vorzugsweise weist die erfindungsgemäße Wandlerzelle zumindest zwei Elektrodenbaugruppen auf, welche im Zellgehäuse in Reihe geschaltet sind. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die Nennspannung der
Wandlerzelle erhöht ist.
Vorzugsweise weist die zumindest eine Funktionseinrichtung zumindest eines oder mehrere Funktionselemente auf.
Unter einem Funktionselement im Sinne der Erfindung ist ein Element zu verstehen, welche insbesondere dazu dient, einen einwandfreien Betrieb der Elektrodenbaugruppe zu unterstützen. Das Funktionselement dient
insbesondere
• der elektrischen Verbindung der Elektrodenbaugruppe mit der Umgebung der Wandlerzelle, und/oder · der insbesondere elektrischen Verbindung der zumindest einer oder mehrerer dieser Funktionseinrichtungen mit der Elektrodenbaugruppe, und/oder • zum Zuführen von Energie insbesondere aus der Elektrodenbaugruppe zu zumindest einer oder mehrerer dieser Funktionseinrichtungen, und/oder
• der Beeinflussung bzw. Begrenzung des elektrischen Stroms, welche in die Elektrodenbaugruppe fließt oder der Elektrodenbaugruppe entnommen wird, und/oder
• der Steuerung der Wandlerzelle bzw. Elektrodenbaugruppe, und/oder
• der Erfassung von Betriebsparametern der Wandlerzelle, insbesondere von Betriebsparametern der Elektrodenbaugruppe, und/oder
• dem Austausch von Wärmeenergie mit der Elektrodenbaugruppe,
vorzugsweise der Wärmeabfuhr aus der Elektrodenbaugruppe, und/oder
• der Zufuhr oder Abfuhr eines Fluidstroms einer chemischen Substanz, und/oder
• der Erfassung des Sicherheitszustands der Wandlerzelle, der
Defektanalyse, der Zustandserfassung bzw. -mitteilung, und/oder
• der Kommunikation mit der Umgebung, insbesondere mit einer
Batteriesteuerung oder mit einer unabhängigen Steuerung.
Vorzugsweise ist zumindest eines oder mehrere dieser Funktionselemente ausgebildet als
Polkontaktbereich, welcher aus der Umgebung der Wandlerzelle insbesondere durch eine Polkontaktausnehmung des ersten Tragelements zugänglich ist, welcher insbesondere auf einer
Außenfläche des Zellgehäuses angeordnet ist, wobei der
Polkontaktbereich das elektrische Potential einer der Elektroden der Elektrodenbaugruppe aufweist, wobei diese Ausgestaltung den Vorteil bietet, dass zumindest eine dieser Stromleiteinrichtungen ohne ersten Bereich ausgebildet werden kann,
Elektrodenverbindungsbereich, welcher der elektrischen Verbindung der Funktionseinrichtung mit der Elektrodenbaugruppe, welcher insbesondere der Versorgung der Funktionseinrichtung dient, welcher insbesondere der elektrischen Verbindung mit einer der Stromleiteinrichtungen der
Wandlerzelle dient,
Spannungsfühler, Stromfühler, Temperaturfühler bzw. Thermoelement, Drucksensor, Sensor für einen chemischen Stoff, nachfolgend
„Stoffsensor" genannt, Gassensor, Flüssigkeitssensor, Lagesensor oder Beschleunigungssensor, wobei die Sensoren bzw. Fühler insbesondere der Erfassung von Betriebsparametern der Wandlerzelle, insbesondere der Elektrodenbaugruppe dienen,
Steuereinrichtung, insbesondere Zellsteuereinrichtung,
anwendungsspezifische integrierte Schaltung, Mikroprozessor oder Datenspeichereinrichtung, welche insbesondere der Steuerung der Wandlerzelle bzw. deren Elektrodenbaugruppe dienen,
Stelleinrichtung, Druckentlastungseinrichtung Aktor, Schalteinrichtung, Entladewiderstand, Strombegrenzer oder Stromunterbrecher, welche insbesondere zur Durchführung von Abstellmaßnahmen auf erkannte, insbesondere unerwünschte Betriebszustände der Wandlerzelle dienen, welche insbesondere der Beeinflussung bzw. Begrenzung des elektrischen Stroms in die Elektrodenbaugruppe bzw. aus der
Elektrodenbaugruppe dienen,
• Leiterbahn, welcher der elektrischen Verbindung von zumindest zwei oder mehreren dieser Funktionselemente untereinander dient, · Ausnehmung, welche eine Verbindung von Körpern ermöglicht, die durch die Funktionseinrichtung beabstandet sind, oder welche ermöglicht, dass sich ein Körper durch die Funktionseinrichtung erstreckt,
• Wärmeaustauschbereich, welcher dem Austausch von Wärmeenergie mit der Elektrodenbaugruppe dient,
Fluiddurchlass, welcher einem Austausch einer chemischen Substanz mit der Elektrodenbaugruppe dient, oder als
Piepser, lichtemittierende Diode, Infrarotschnittstelle, GPS-Einrichtung, GSM-Baugruppe, erste Nahfunkeinrichtung oder Transponder, welche der Kommunikation insbesondere mit einer Batteriesteuerung oder einer unabhängigen Steuerung dienen, welche zur Übermittlung von Daten insbesondere an eine Batteriesteuerung oder einer unabhängigen
Steuerung dienen, welche insbesondere der Anzeige eines insbesondere vorbestimmten Betriebszustands der Wandlerzelle bzw. der
Elektrodenbaugruppe dienen.
Vorzugsweise ist die erste Nahfunkeinrichtung vorgesehen, zeitweise ein vorbestimmtes zweites Signal zu senden, insbesondere auf Anforderung bzw. auf ein vorbestimmtes erstes Signal von einer zweiten Nahfunkeinrichtung, wobei die zweite Nahfunkeinrichtung mit einer Batteriesteuerung
signalverbunden ist. Besonders bevorzugt ist die erste Nahfunkeinrichtung vorgesehen, zeitgleich mit dem vorbestimmten zweiten Signal eine Kennung für die Wandlerzelle zu senden.
Vorzugsweise wirken mehrere Funktionselemente gemeinsam für einen einwandfreien Betrieb der Elektrodenbaugruppe. Besonders bevorzugt sind diese Funktionselemente miteinander elektrisch verbunden.
Eine erste bevorzugte Ausgestaltung der Funktionseinrichtung weist als
Funktionselemente zumindest auf:
• einen dieser Stromfühler für die Erfassung des elektrischen Stroms, welcher der Elektrodenbaugruppe zugeführt oder der
Elektrodenbaugruppe entnommen wird, nachfolgend auch Zellstrom genannt,
• einen dieser Spannungsfühler für die Erfassung der elektrischen
Spannung der Elektrodenbaugruppe,
• eines dieser Thermoelemente für die Erfassung der Temperatur der Elektrodenbaugruppe oder einer dieser Stromleiteinrichtungen,
• eine dieser Zellsteuereinrichtungen für die Verarbeitung von Signalen der insbesondere zuvor genannten Messfühler,
• einen, vorzugsweise zwei dieser Elektrodenverbindungsbereiche, welche mit einer, vorzugsweise zwei dieser Elektroden insbesondere
unterschiedlicher Polarität elektrisch verbunden sind, welche
vorzugsweise der Versorgung der Zellsteuereinrichtung und/oder zumindest eines dieser Messfühler mit elektrischer Energie dienen, • wenigstens zwei oder mehrere dieser Leiterbahnen zur elektrischen Verbindung der übrigen Funktionselemente dieser Funktionseinrichtung,
• vorzugsweise zumindest eine oder mehrere dieser Schalteinrichtungen, dieser Stromunterbrecher und/oder dieser Strombegrenzer, · vorzugsweise diese Datenspeichereinrichtung, welche zum Abspeichern und/oder Bereitstellen von Daten und/oder Rechenvorschriften dient,
• vorzugsweise diese erste Nahfunkeinrichtung, welche zum Austausch von Daten mit einer Batteriesteuerung bzw. deren zweiter
Nahfunkeinrichtung dient, vorzugsweise zwei Zellsteueranschlüsse, welche zur Verbindung mit einem Datenbus einer übergeordneten Batterie dienen, welche zum Austausch von Daten mit einer Batteriesteuerung dienen, vorzugsweise zwei Wärmeaustauschbereiche, welche dem Austausch von Wärmeenergie mit der Elektrodenbaugruppe und einem nicht der Wandlerzelle zugehörigen Wärmetauscher dienen.
Diese bevorzugte Ausgestaltung der Funktionseinrichtung bietet den Vorteil, dass die Funktionseinrichtung zur Steuerung bzw. Überwachung der
Elektrodenbaugruppe dienen kann. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die Funktionseinrichtung bei Entnahme der Wandlerzelle aus einer Batterie an der Wandlerzelle verbleibt.
Gemäß einer ersten bevorzugten Weiterbildung dieser bevorzugten
Ausgestaltung ist die Funktionseinrichtung mit einer Leiterplatte ausgebildet, welche mit diesen Funktionselementen bestückt ist, welche Leiterbahnen zur Verbindung der übrigen Funktionselemente aufweist. Diese bevorzugte Weiterbildung bietet den Vorteil, dass bei der Anfertigung des ersten
Gehäuseteil die Leiterplatte mit wenig Aufwand zugeführt bzw. auf dieses erste Tragelement aufgelegt werden kann. Diese bevorzugte Weiterbildung bietet den Vorteil, dass die Leiterplatte bei Entnahme der Wandlerzelle aus einer Batterie an der Wandlerzelle verbleibt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung dieser bevorzugten
Ausgestaltung ist die Funktionseinrichtung mit einer flexiblen Folie insbesondere aus Polyimid bzw. Kapton® ausgebildet, welche mit diesen Funktionselementen bestückt ist, welche Leiterbahnen zur Verbindung der übrigen
Funktionselemente aufweist. Diese bevorzugte Weiterbildung bietet den Vorteil, dass bei der Anfertigung des ersten Gehäuseteil die Funktionseinrichtung mit wenig Aufwand zugeführt bzw. auf dieses erste Tragelement aufgelegt werden kann. Diese bevorzugte Weiterbildung bietet den Vorteil, dass die
Funktionseinrichtung bei Entnahme der Wandlerzelle aus einer Batterie an der Wandlerzelle verbleibt.
Vorzugsweise sind zumindest eine oder mehrere dieser Funktionseinrichtungen
• zumindest bereichsweise porös ausgebildet, besonders bevorzugt mit einem Schaum, womit insbesondere eine vorbestimmte äußere
Geometrie der Wandlerzelle erzielbar ist, womit insbesondere die
Biegesteifigkeit des ersten Gehäuseteils erhöht wird, womit insbesondere bereichsweise ein Volumen zur Verzögerung bzw. zur Aufnahme eines auf die Wandlerzelle einwirkenden Fremdkörpers gebildet wird, womit insbesondere ein Bereich des ersten Gehäuseteils mit verringerter Wärmeleitfähigkeit gebildet ist, und/oder
• mit einer Hohlraumstruktur, insbesondere mit einer Wabenstruktur
ausgebildet, womit insbesondere die Biegesteifigkeit des ersten
Gehäuseteils erhöht wird, womit insbesondere bereichsweise ein Volumen zur Verzögerung bzw. zur Aufnahme eines auf die Wandlerzelle einwirkenden Fremdkörpers gebildet wird, womit insbesondere ein Bereich des ersten Gehäuseteils mit verringerter Wärmeleitfähigkeit gebildet wird, und/oder mit zumindest einem Hohlraum insbesondere für ein Temperiermedium ausgebildet, wobei das Temperiermedium dem Austausch von
Wärmeenergie mit der Elektrodenbaugruppe dient, wobei das
Temperiermedium den Hohlraum durchströmt insbesondere wenn die Temperatur der Elektrodenbaugruppe eine Grenztemperatur
überschreitet oder unterschreitet, und/oder zumindest bereichsweise mit einem expandierbaren Füllstoff ausgebildet, welcher vorgesehen ist, insbesondere bei Zufuhr einer
Aktivierungsenergie Hohlräume auszubilden, insbesondere ausgelöst durch ein Funktionselement Hohlräume auszubilden, und/oder zumindest bereichsweise mit einem Füllstoff (PCM) mit der Fähigkeit zum Phasenübergang insbesondere innerhalb des vorbestimmten Betriebstemperaturbereichs der Wandlerzelle ausgebildet, wobei der Füllstoff zeitweise Wärmeenergie insbesondere mit der
Elektrodenbaugruppe zu deren Erwärmung oder Kühlung austauscht, und/oder zumindest bereichsweise mit einem chemisch reaktiven Füllstoff ausgebildet, welcher vorzugsweise vorgesehen ist, eine Substanz insbesondere aus der Elektrodenbaugruppe chemisch zu binden, vorzugsweise nach Freiwerden der Substanz aus der
Elektrodenbaugruppe, und/oder • mit einem ersten Schichtbereich mit einer ersten Wandstärke (dick) und einen zweiten Schichtbereich mit einer zweiten Wandstärke (dünn) ausgebildet, wobei der Bruch aus der zweiten Wandstärke über der ersten Wandstärke einen vorbestimmten Wert kleiner als 1 aufweist, vorzugsweise kleiner als 0,9, bevorzugt kleiner als 0,8, bevorzugt kleiner als 0,7, bevorzugt kleiner als 0,6, bevorzugt kleiner als 0,5, bevorzugt größer als 0,05, wobei vorzugsweise der erste Schichtbereich eine geringere Dichte als der zweite Schichtbereich aufweist.
Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform ist der expandierbare Füllstoff durch ein organisches Aerogel mit einem dreidimensionalen Gerüst von Primärpartikeln gebildet. Diese Primärpartikel wachsen insbesondere bei Pyrolyse oder intensive Wärmestrahlung ohne jede Ordnung aneinander, wobei zwischen den Partikeln Hohlräume entstehen. Mittels dieser Hohlräume wird die Wärmedurchlässigkeit der Funktionseinrichtung verringert. Diese
Ausführungsform bietet den Vorteil einer verbesserten Flammbeständigkeit des ersten Gehäuseteils.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der expandierbare Füllstoff durch Blähglimmer bzw. Vermiculit gebildet. Zwischen den Schichten seiner Plätzchenstruktur Kristallwasser chemisch gebunden. Bei
Wärmeeinwirkung wird das chemisch gebundene Wasser schlagartig
ausgetrieben, wobei das Vermiculit auf ein Vielfaches seines Volumens aufgebläht wird.
Vorzugsweise wirkt der chemisch reaktive Füllstoff flammhemmend,
insbesondere durch Ausbilden einer Schutzschicht oder durch Unterbrechen einer Kettenreaktion mit Radikalen. Vorzugsweise ist der Füllstoff ausgewählt aus der folgenden Gruppe, welche beinhaltet: Alaun, Borax, Aluminiumhydroxyd, Stoffe mit MlMl"(S04)2 und mit Kristallwasser, wobei M für ein Metallion der Oxidationsstufe I bzw. III steht, besonders bevorzugt Kalium-Aluminium-Sulfat. Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform ist die Funktionseinrichtung als mit dem Füllstoff imprägnierter Einleger ausgebildet, besonders bevorzugt als Baumwollage. Gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform ist die Funktionseinrichtung aus einem Pulver des Füllstoffes gepresst. Diese bevorzugte Ausführungsform bietet den Vorteil, dass der Schutz der
Elektrodenbaugruppe bei einem Brand in der Umgebung der Wandlerzelle verbessert ist.
Vorzugsweise weist die Wandlerzelle bzw. deren Zellgehäuse ein zweites Gehäuseteil auf.
Unter einem zweiten Gehäuseteil im Sinne der Erfindung ist eine Einrichtung zu verstehen, welche insbesondere vorgesehen ist, zumindest bereichsweise mit dem ersten Gehäuseteil verbunden zu sein oder zu werden. Das zweite
Gehäuseteil ist vorgesehen, mit dem ersten Gehäuseteil das Zellgehäuse der Wandlerzelle zu bilden. Vorzugsweise umgeben das erste Gehäuseteil und das zweite Gehäuseteil die Elektrodenbaugruppe im wesentlichen vollständig und wirken insbesondere einem Austausch von Substanzen zwischen der
Elektrodenbaugruppe und der Umgebung der Wandlerzelle entgegen. Das zweite Gehäuseteil weist zumindest ein erstes Tragelement auf, welches im wesentlichen dem ersten Tragelement des ersten Gehäuseteils entspricht. Vorzugsweise weist das zweite Gehäuseteil zumindest eine dieser
Funktionseinrichtungen auf. Besonders bevorzugt ist das zweite Gehäuseteil im wesentlichen identisch zum ersten Gehäuseteil ausgebildet. Diese
Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass Fertigungskosten und Lagerhaltung verringert sind.
Bei einer ersten bevorzugten Ausführungsform des Zellgehäuses sind das erste Gehäuseteil und das zweite Gehäuseteil über einen Scharnierbereich miteinander verbunden. Der Scharnierbereich erstreckt sich entlang je einer Kante des ersten Gehäuseteils und des zweiten Gehäuseteils. Vorzugsweise weist der Scharnierbereich eine geringere Wandstärke auf, als die Bereiche der Gehäuseteile, welche die Elektrodenbaugruppe begrenzen. Diese Ausführungsform bietet den Vorteil, dass die Länge der abzudichtenden Kanten des insbesondere quaderförmigen Zellgehäuses verringert ist.
Bei einer zweiten bevorzugten Ausführungsform des Zellgehäuses sind das erste Gehäuseteil und das zweite Gehäuseteil durch einen Rahmen
beanstandet. Die Gehäuseteile sind mit dem Rahmen insbesondere
stoffschlüssig verbunden. Der Rahmen weist im wesentlichen vier
Rahmenelemente auf, welche zueinander entsprechend einem Rechteck angeordnet sind. Der Rahmen begrenzt einen Raum, in welchem die
Elektrodenbaugruppe aufgenommen werden kann. Auch ist eine Wandlerzelle ohne Funktionseinrichtungen mit einem mit Rahmen ausgebildeten Zellgehäuse als Rahmenflachzelle bezeichnet worden. Vorzugsweise ist der Rahmen mit dem zweiten Polymermaterial, besonders bevorzugt im Wesentlichen vollständig aus dem zweiten Polymermaterial ausgebildet. Diese bevorzugte
Ausführungsform bietet den Vorteil, dass die Gehäuseteile je ohne
Aufnahmeraum ausgebildet werden können. Gemäß einer bevorzugten
Weiterbildung erstrecken sich zwei dieser Stromleiteinrichtungen durch den Rahmen zumindest teilweise in die Umgebung. Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist zumindest eines dieser Gehäuseteile einen oder zwei dieser Polkontaktbereiche auf. Vorzugsweise weisen das erste Gehäuseteil und/oder das zweite Gehäuseteil einen Aufnahmeraum auf, welcher die Elektrodenbaugruppe zumindest teilweise aufnehmen kann.
Vorzugsweise ist dieser Aufnahmeraum so bemessen, dass nach dem
Schließen der Gehäuseteile um die Elektrodenbaugruppe zu einem Zellgehäuse eine Reibkraft zwischen zumindest einer Innenfläche des Zellgehäuses und einer Mantelfläche der Elektrodenbaugruppe vorliegt. Diese Reibkraft wirkt einer unerwünschten Relativbewegung von Zellgehäuse und Elektrodenbaugruppe entgegen. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung sind die Aufnahmeräume des ersten Gehäuseteils und des zweiten Gehäuseteils identisch ausgebildet. Bei dieser bevorzugten Ausgestaltung ist im wesentlichen die Hälfte der
Elektrodenbaugruppe von je einem Gehäuseteil aufgenommen. Diese
Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass Fertigungskosten und Lagerhaltung verringert sind.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung nimmt das erste Gehäuseteil die Elektrodenbaugruppe im wesentlichen vollständig auf. Vorzugsweise ist das erste Gehäuseteil als Becher ausgebildet. Die Elektrodenbaugruppe ist im Innenraum des Bechers angeordnet, wobei der Innenraum dem Aufnahmeraum entspricht. In der mehrschichtigen Wandung des Bechers ist zumindest eine Funktionseinrichtung angeordnet. Bei dieser bevorzugten Ausgestaltung ist das zweite Gehäuseteil im wesentlichen als flacher Deckel ohne Aufnahmeraum und/oder ohne Funktionseinrichtung ausgebildet zum Verschließen des ersten Gehäuseteils. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass das zweite
Gehäuseteil kostengünstiger ausgebildet werden kann. Gemäß einer
bevorzugten Weiterbildung erstrecken sich zwei dieser Stromleiteinrichtungen durch die Wandung des Bechers oder durch die Wandung des Deckels zumindest teilweise in die Umgebung. Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weisen der Deckel und oder der Becher zwei dieser
Polkontaktbereiche auf.
Vorzugsweise weisen das erste und/oder das zweite Gehäuseteil ein zweites Tragelement auf, welche zwischen zumindest einer dieser
Funktionseinrichtungen und der Elektrodenbaugruppe angeordnet ist. Unter einem zweiten Tragelement im Sinne der Erfindung ist eine Einrichtung zu verstehen, welche vorgesehen ist, das Gehäuseteil zu versteifen. Vorzugsweise ist das zweite Tragelement zwischen der zumindest einen Funktionseinrichtung und der Elektrodenbaugruppe angeordnet. Vorzugsweise ist das zweite
Tragelement als zweite Tragschicht ausgebildet. Das zweite Tragelement weist ein insbesondere faserdurchsetztes erstes Polymermaterial auf, vorzugsweise ein Thermoplast. Vorzugsweise liegt diese Erweichungstemperatur oberhalb des Betriebstemperaturbereichs der Wandlerzelle, besonders bevorzugt um wenigstens 10 K. Weiter weist das zweite Tragelement ein Fasermaterial auf, vorzugsweise Glasfasern, Kohlefasern, Basaltfasern, Aramidfasern,
Kevlarfasern und/oder Nomexfasern, welches insbesondere der Versteifung des zweiten Tragelements dient. Vorzugsweise ist das Fasermaterial insbesondere textilförmig als Gelege oder Gewebe ausgebildet und besonders bevorzugt von dem ersten Polymermaterial im wesentlichen vollständig umgeben. Diese Ausgestaltung bietet den weiteren Vorteil, dass das zweite Tragelement die zumindest eine Funktionseinrichtung von den Substanzen der
Elektrodenbaugruppe trennt.
Besonders bevorzugt ist das zweite Tragelement mit der zumindest einen Funktionseinrichtung insbesondere stoffschlüssig verbunden. Diese
Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die zweite Tagschicht das Gehäuseteil zusätzlich versteift bzw. mechanisch stabilisiert.
Besonders bevorzugt ist das zweite Tragelement insbesondere stofflich entsprechend dem ersten Tragelement ausgebildet. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil verringerter Fertigungskosten. Besonders bevorzugt ist das zweite Tragelement dünner als das erste
Tragelement und insbesondere ohne Fasermaterial ausgebildet. Diese
Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die Zeitkonstante bei der Erfassung der Temperatur der Elektrodenbaugruppe und/oder des Zellinnendrucks verringert ist. Besonders bevorzugt weist das zweite Tragelement zumindest eine
Ausnehmung auf, welche einem Sensor der Funktionseinrichtung einen unmittelbaren Kontakt mit der Elektrodenbaugruppe zur Erfassung einer Substanz ermöglicht. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass das Vorliegen von Fluorwasserstoff, nachfolgend auch HF genannt, mit geringerer
Zeitkonstante möglich ist.
Besonders bevorzugt weist das zweite Tragelement insbesondere in einem Randbereich des Gehäuseteils zumindest eine Kontaktierungsausnehmung auf, welche insbesondere der elektrischen Verbindung der zum zweiten Tragelement benachbarten Funktionseinrichtung mit einer der Stromleiteinrichtungen der Wandlerzelle dient. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die
Funktionseinrichtung das elektrische Potential einer der Elektroden der
Elektrodenbaugruppe aufweist. Diese Ausgestaltung bietet den weiteren Vorteil, dass die Funktionseinrichtung von der Elektrodenbaugruppe mit Energie versorgt werden kann.
Vorzugsweise weisen das erste und/oder zweite Gehäuseteil in einem
Randbereich ein zweites Polymermaterial auf. Das zweite Polymermaterial dient insbesondere der stoffschlüssigen Verbindung mit einem der anderen
Gehäuseteile, besonders bevorzugt der stoffschlüssigen Verbindung des ersten Gehäuseteils mit dem zweiten Gehäuseteil. Vorzugsweise liegt diese
Erweichungstemperatur des zweiten Polymermaterials oberhalb des
Betriebstemperaturbereichs der Wandlerzelle, besonders bevorzugt um wenigstens 10 K. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die dauerhafte Abdichtung des Innenraums des Zellgehäuses verbessert ist.
Besonders bevorzugt ist das zweite Polymermaterial als Thermoplast
insbesondere mit einer Erweichungstemperatur oberhalb des
Betriebstemperaturbereichs der Wandlerzelle ausgebildet. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil einer vereinfachten Zufuhr des zweiten Polymermaterials in eine Bearbeitungseinrichtung, insbesondere in ein Formgebungswerkzeug. Diese Ausgestaltung bietet den weiteren Vorteil einer innigen, insbesondere gasdichten Verbindung des zweiten Polymermaterials mit dem jeweiligen Gehäuseteil. Besonders bevorzugt umschließt das zweite Polymermaterial einen Randbereich des ersten und/oder zweiten Gehäuseteils. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil einer innigen, insbesondere gasdichten Verbindung des zweiten
Polymermaterials mit dem jeweiligen Gehäuseteil. Besonders bevorzugt entspricht das zweite Polymermaterial dem ersten
Polymermaterial. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil einer innigen, insbesondere gasdichten Verbindung des zweiten Polymermaterials mit dem ersten Polymermaterial.
Vorzugsweise weist die Wandlerzelle, insbesondere dessen Zellgehäuse ein im wesentlichen plattenförmiges drittes Gehäuseteil auf.
Unter einem dritten Gehäuseteil im Sinne der Erfindung ist eine Einrichtung zu verstehen, welche insbesondere vorgesehen ist, zumindest bereichsweise mit dem ersten Gehäuseteil verbunden zu werden. Das dritte Gehäuseteil ist vorgesehen, zumindest bereichsweise mit dem ersten Gehäuseteil insbesondere stoffschlüssig verbunden zu sein und/oder mit dem ersten Gehäuseteil das Zellgehäuse der Wandlerzelle zu bilden. Das dritte Gehäuseteil weist gegenüber dem ersten Gehäuseteil eine erhöhte Wärmeleitfähigkeit aufweist. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass das dritte Gehäuseteil zur verbesserten Wärmeabfuhr aus der Elektrodenbaugruppe beiträgt. Vorzugsweise weist das dritte Gehäuseteil ein Metall auf, besonders bevorzugt Aluminium und/oder Kupfer. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass das dritte Gehäuseteil zur verbesserten Wärmeabfuhr aus der Elektrodenbaugruppe beiträgt. Diese Ausgestaltung bietet weiter den Vorteil, dass der Schutz der Elektrodenbaugruppe gegen schädliche Einwirkungen aus der Umgebung der Wandlerzelle verbessert ist. Vorzugsweise weist das dritte Gehäuseteil einen ersten
Wärmeübertragungsbereich auf, welcher vorgesehen ist, Wärmeenergie mit der Elektrodenbaugruppe auszutauschen. Besonders bevorzugt weist dieser Wärmeübertragungsbereich Geometrien für vergrößerte Oberfläche,
insbesondere Erhebungen, Stifte, Kegel und/oder Rippen auf, welche der
Umgebung der Wandlerzelle zugewandt sind. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass das dritte Gehäuseteil zur verbesserten Wärmeabfuhr aus der Elektrodenbaugruppe beiträgt.
Vorzugsweise weist das dritte Gehäuseteil einen zweiten
Wärmeübertragungsbereich auf, welcher vorgesehen ist, Wärmeenergie mit einer der Wandlerzelle nicht zugehörigen Temperiereinrichtung auszutauschen. Besonders bevorzugt ist der zweite Wärmeübertragungsbereich poliert. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die Oberfläche zur thermischen
Berührung der Temperiereinrichtung vergrößert ist. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass das dritte Gehäuseteil zur verbesserten Wärmeabfuhr aus der Elektrodenbaugruppe beiträgt.
Vorzugsweise ist die der Elektrodenbaugruppe bzw. dem ersten Gehäuseteil zugewandte Fläche des dritten Gehäuseteils elektrisch isolierend beschichtet. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass das dritte Gehäuseteil kein elektrisches Potential der Elektrodenbaugruppe aufweist.
Vorzugsweise weist das dritte Gehäuseteil einen Elektrodenverbindungsbereich sowie einen Polkontaktbereich auf. Elektrodenverbindungsbereich und
Polkontaktbereich sind miteinander elektrisch verbunden. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die Elektrodenbaugruppe über das dritte Gehäuseteil elektrisch kontaktiert werden kann. Diese Ausgestaltung bietet den weiteren Vorteil, dass zumindest eine der Stromleiteinrichtungen ohne ersten Bereich ausgebildet werden kann. Vorzugsweise weisen zumindest eine oder zwei dieser Stromleiteinrichtungen je zumindest einen Kontaktierungsbereich auf. Der Kontaktierungsbereich dient insbesondere der elektrischen Verbindung mit zumindest einer oder mehrerer dieser Funktionseinrichtungen, vorzugsweise der elektrischen Versorgung zumindest einer oder mehrerer dieser Funktionseinrichtungen. Vorzugsweise weist zumindest einer dieser Kontaktierungsbereiche ein Metall, besonders bevorzugt Aluminium und/oder Kupfer auf.
Vorzugsweise ist der Kontaktierungsbereich in einem Randbereich des ersten Gehäuseteils angeordnet, insbesondere im Bereich des zweiten
Polymermaterials. Vorzugsweise lässt das zweite Polymermaterial den
Kontaktierungsbereich gegenüber zumindest einem dieser
Elektrodenverbindungsbereiche frei. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass der Kontaktierungsbereich vom zweiten Polymermaterial im wesentlichen unverrückbar bezüglich des ersten Gehäuseteil gehalten ist. Diese
Ausgestaltung bietet den weiteren Vorteil, dass das zweite Polymermaterial die elektrische Verbindung des Kontaktierungsbereichs mit dem
Elektrodenverbindungsbereich der Funktionseinrichtung vor chemischer Beanspruchung aus der Umgebung der Wandlerzelle schützt.
Vorzugsweise ist der Kontaktierungsbereich als Vorsprung ausgebildet, welcher sich in Richtung der Funktionseinrichtung insbesondere durch eine dieser Kontaktierungsausnehmungen erstreckt. Besonders bevorzugt ist der
Kontaktierungsbereich als Buckel ausgebildet. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die Verbindung zwischen Stromleiteinrichtung und
Funktionseinrichtung gut automatisierbar ist. Vorzugsweise ist die Verbindung zwischen Kontaktierungsbereich und
Elektrodenverbindungsbereich stoffschlüssig ausgebildet, besonders bevorzugt mittels eines Reibschweiß- oder Ultraschallschweißverfahrens. Diese
Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die Verbindung zwischen
Stromleiteinrichtung und Funktionseinrichtung gut automatisierbar ist. Vorzugsweise weist zumindest eine dieser Stromleiteinrichtungen insbesondere in ihrem zweiten Bereich mehrere Ableiterfahnen auf. Diese mehreren
Ableiterfahnen sind mit derselben Elektrode der als Elektrodenwickel
ausgebildeten Elektrodenbaugruppe, oder mit mehreren Elektroden gleicher Polarität der als Elektrodenstapel ausgebildeten Elektrodenbaugruppe vorzugsweise stoffschlüssig verbunden. Die Ableiterfahnen gleicher Polarität sind im Innenraum des Zellgehäuses insbesondere stoffschlüssig mit dem Stromableiter derselben Stromleiteinrichtung verbunden. Dieser Stromableiter erstreckt sich auch in den ersten Bereich außerhalb des Zellgehäuses.
Vorzugsweise ist der Stromableiter mit dem ersten Gehäuseteil insbesondere in dessen Randbereich insbesondere stoffschlüssig verbunden. Besonders bevorzugt erstreckt sich der Stromableiter durch das zweite Polymermaterial im Randbereich des ersten Gehäuseteils. So können in einem ersten
Fertigungsschritt der Stromableiter stoffschlüssig und insbesondere gasdicht mit dem ersten Gehäuseteil verbunden werden und in einem anschließenden Fertigungsschritt die Ableiterfahnen mit dem Stromableiter stoffschlüssig, insbesondere verschweißt werden. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass ein Wärmeenergieeintrag während des ersten Fertigungsschrittes bei
Abwesenheit der Elektrodenbaugruppe nicht zu deren Erwärmung bzw.
beschleunigter Alterung beiträgt.
Vorzugsweise ist die zumindest eine Funktionseinrichtung der Wand lerzelle bzw. des ersten Gehäuseteils zwischen dem ersten Tragelement und dem zweiten Tragelement angeordnet und zumindest bereichsweise insbesondere
stoffschlüssig mit den Tragelementen verbunden. Vorzugsweise weist das erste Tragelement zumindest eine oder zwei dieser
Polkontaktausnehmungen auf, welche eine oder zwei dieser Polkontaktbereiche der Funktionseinrichtung aus der Umgebung insbesondere elektrisch zugänglich machen. Vorzugsweise weist das zweite Tragelement zumindest eine oder zwei dieser Kontaktierungsausnehmungen auf, welche benachbart zu einem oder zwei dieser Elektrodenverbindungsbereiche der Funktionseinrichtung angeordnet sind. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass ein Austausch von Elektronen mit der Elektrodenbaugruppe auch ohne einen sich in die Umgebung
erstreckenden ersten Bereich der Stromleiteinrichtung ermöglicht ist.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des ersten Gehäuseteils weist das erste Tragelement zwei Polkontaktausnehmungen, die Funktionseinrichtung zwei Polkontaktbereiche unterschiedlicher Polarität, das zweite Tragelement zwei Kontaktierungsausnehmungen und die Funktionseinrichtung zwei
Elektrodenverbindungsbereiche unterschiedlicher Polarität auf. Diese
Weiterbildung bietet den Vorteil, dass das zweite oder dritte Gehäuseteil ohne Polkontaktbereich ausgebildet werden kann, wodurch insbesondere die zugehörigen Herstellkosten verringert sind. Vorzugsweise ist in den zweiten Bereich der Stromleiteinrichtung, insbesondere in deren Stromableiter ein Temperaturfühler bzw. Thermoelement integriert. Die Zuleitungen zum Temperaturfühler bzw. Thermoelement enden im Randbereich des ersten Gehäuseteils insbesondere an zwei Kontaktflächen im Bereich einer Ausnehmung in dem zweiten Tragelement. Im Bereich dieser Ausnehmung sind auch zwei Anschlüsse zur Funktionseinrichtung angeordnet und mit den
Kontaktflächen elektrisch verbunden. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass eine Temperaturmessung in der Stromleiteinrichtung ermöglicht ist.
Vorzugsweise weist die Wandlerzelle eine Gehäusebaugruppe mit dem ersten Gehäuseteil und mit zumindest einer oder zwei dieser Stromleiteinrichtungen unterschiedlicher Polarität auf. Diese Gehäusebaugruppe dient insbesondere der vereinfachten Fertigung der Wandlerzelle. Das erste Gehäuseteil weist einen insbesondere stoffschlüssigen Schichtverbund mit dem ersten Tragelement, der zumindest einen Funktionseinrichtung und dem zweiten Tragelement auf. Weiter weist das erste Gehäuseteil insbesondere im Randbereich das zweite Polymermaterial auf. Vorzugsweise ist ein Randbereich des ersten Gehäuseteils von dem zweiten Polymermaterial zumindest bereichsweise umschlossen.
Weiter weist das erste Gehäuseteil den Aufnahmeraum auf, welcher vorgesehen ist, die Elektrodenbaugruppe zumindest teilweise aufzunehmen. Die zumindest eine dieser Stromleiteinrichtungen, insbesondere deren Stromableiter, weist diesen Kontaktierungsbereich auf, welcher in dem Randbereich des ersten Gehäuseteils, vorzugsweise im zweiten Polymermaterial angeordnet ist. Das zweite Tragelement weist im Kontaktierungsbereich zumindest einer oder zwei dieser Stromleiteinrichtungen zumindest eine oder zwei dieser
Kontaktierungsausnehmungen auf. Der Kontaktierungsbereich ist durch die Kontaktierungsausnehmung mit der Funktionseinrichtung, insbesondere mit deren Elektrodenverbindungsbereich insbesondere elektrisch verbunden. Diese bevorzugte Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die Gehäusebaugruppe für sich vorbereitet werden kann. Die Elektrodenbaugruppe wird erst nach Fertigstellung dieser
Gehäusebaugruppe in deren Aufnahmeraum eingelegt. Diese bevorzugte Ausgestaltung bietet den weiteren Vorteil, dass Wärmeenergieeinträge bei der Ausbildung des Aufnahmeraums, bei der Anordnung des zweiten
Polymermaterials an dem ersten Gehäuseteil und/oder bei der insbesondere stoffschlüssigen Verbindung von Stromleiteinrichtung und erstem Gehäuseteil während der Herstellung dieser Gehäusebaugruppe nicht zur Erwärmung bzw. zu beschleunigter Alterung der Elektrodenbaugruppe führen können.
Vorzugsweise weist zumindest einer dieser Funktionseinrichtungen
insbesondere des ersten Gehäuseteils diese Zellsteuereinrichtung, zumindest einen oder zwei dieser Elektrodenverbindungsbereiche und zumindest einen oder mehrere dieser Messfühler auf. Der zumindest eine Messfühler ist vorgesehen, einen Betriebsparameter der Wandlerzelle, insbesondere von deren Elektrodenbaugruppe zu erfassen und der Zellsteuereinrichtung zur Verfügung zu stellen. Unter einem Betriebsparameter im Sinne der Erfindung ist ein Parameter insbesondere der Wandlerzelle zu verstehen, welcher insbesondere
• einen Rückschluss auf das Vorliegen eines erwünschten bzw.
vorbestimmten Betriebszustands der Wandlerzelle bzw. deren
Elektrodenbaugruppe gestattet, und/oder
• einen Rückschluss auf das Vorliegen eines ungeplanten bzw.
unerwünschten Betriebszustands der Wandlerzelle bzw. deren
Elektrodenbaugruppe gestattet, und/oder
• durch einen Messfühler bzw. Sensor feststellbar ist, wobei der Messfühler zumindest zeitweise ein Signal zur Verfügung stellt, vorzugsweise eine elektrische Spannung oder einen elektrischen Strom, und/oder
• von einer Steuereinrichtung, insbesondere einer Zellsteuereinrichtung, verarbeitbar ist, insbesondere mit einem Zielwert vergleichbar ist, insbesondere mit einem anderen erfassten Parameter verknüpfbar ist, und/oder
• Aufschluss über die Zellspannung, den Zellstrom, d.h. die Stromstärke des elektrischen Stroms in die Elektrodenbaugruppe oder aus der Elektrodenbaugruppe, die Zelltemperatur, den Innendruck der
Wandlerzelle, die Integrität der Wandlerzelle, das Freiwerden einer Substanz aus der Elektrodenbaugruppe, das Vorliegen einer
Fremdsubstanz insbesondere aus der Umgebung der Wandlerzelle und/oder den Ladezustand ermöglicht, und/oder
• eine Überführung der Wandlerzelle in einen anderen Betriebszustand nahelegt. Die Zellsteuereinrichtung ist vorgesehen, zumindest ein Betriebsverfahren der Wandlerzelle, insbesondere das Laden und/oder Entladen der
Elektrodenbaugruppe zu steuern. Vorzugsweise überwacht die
Zellsteuereinrichtung einen Betriebszustand der Wandlerzelle. Vorzugsweise leitet die Zellsteuereinrichtung die Überführung der Wandlerzelle in einen vorbestimmten Betriebszustand ein. Vorzugsweise zeigt die
Zellsteuereinrichtung über eine Anzeigeeinrichtung, insbesondere über zumindest eine LED den Zustand der Wandlerzelle an. Diese bevorzugte Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die Zellsteuereinrichtung im ersten Gehäuseteil geschützt angeordnet ist. Diese bevorzugte Ausgestaltung bietet den weiteren Vorteil, dass die Wandlerzelle eine eigene Zellsteuereinrichtung zum Betrieb bzw. zur Überwachung der Elektrodenbaugruppe aufweist, welche auch an der Wandlerzelle verbleibt, wenn die Wandlerzelle aus einer Batterie entfernt wird. Vorzugsweise ist die Zellsteuereinrichtung vorgesehen, die Überführung der
Wandlerzelle in einen "gesicherten" Zustand einzuleiten, wobei die Ladung der Wandlerzelle im gesicherten Zustand maximal die Hälfte der Nennladekapazität beträgt, wobei insbesondere im gesicherten Zustand die Zellspannung maximal 3V beträgt. Diese bevorzugte Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die
Wandlerzelle auch außerhalb eines Batterieverbunds in den gesicherte Zustand der Wandlerzelle überführbar ist.
Gemäß einer ersten bevorzugten Weiterbildung weist die Funktionseinrichtung eine erste Nahfunkeinrichtung auf, welche mit der Zellsteuereinrichtung signalverbunden ist. Diese erste Nahfunkeinrichtung dient insbesondere der drahtlosen Kommunikation mit einer übergeordneten Batteriesteuerung, insbesondere mit deren zweiter Nahfunkeinrichtung. Vorzugsweise ist die erste Nahfunkeinrichtung ausgestaltet, insbesondere periodisch ein vorbestimmtes Signal an eine übergeordnete Batteriesteuerung zu übermitteln. Diese
Weiterbildung bietet den Vorteil, dass die Batteriesteuerung die zugefügte Wandlerzelle auf das vorbestimmte Signal zur Versorgung eines Verbrauchers einbeziehen kann. Diese Weiterbildung bietet den weiteren Vorteil, dass die Batteriesteuerung einer Wandlerzelle nach Ausbleiben des vorbestimmten Signals isolieren kann.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist die Funktionseinrichtung zwei Zellsteueranschlüsse und das erste Tragelement zwei Ausnehmungen im Bereich dieser Zellsteueranschlüsse auf. Über die Zellsteueranschlüsse ist die Wandlerzelle an eine Datenleitung bzw. einen Datenbus anschließbar. Diese bevorzugte Weiterbildung bietet den Vorteil, dass die Zellsteuerung über die beiden Zellsteueranschlüsse mit der übergeordneten Batteriesteuerung kommunizieren kann.
Vorzugsweise weist die Wandlerzelle eine Nennladekapazität von mindestens 3 Amperestunden [Ah], weiter bevorzugt von mindestens 5 Ah, weiter bevorzugt von mindestens 10 Ah, weiter bevorzugt von mindestens 20 Ah, weiter bevorzugt von mindestens 50 Ah, weiter bevorzugt von mindestens 100 Ah, weiter bevorzugt von mindestens 200 Ah, weiter bevorzugt von höchstens 500 Ah auf. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil einer verbesserten Betriebsdauer des von der Wandlerzelle versorgten Verbrauchers.
Vorzugsweise weist die Wandlerzelle einen Nennstrom von mindestens 50 A, weiter bevorzugt von mindestens 100 A, weiter bevorzugt von mindestens 200 A, weiter bevorzugt von mindestens 500 A, weiter bevorzugt von höchstens 1000 A auf. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil einer verbesserten
Leistungsfähigkeit des von der Wandlerzelle versorgten Verbrauchers.
Vorzugsweise weist die Wandlerzelle eine Nennspannung von mindestens 1 ,2 V, weiter bevorzugt von mindestens 1 ,5 V, weiter bevorzugt von mindestens 2 V, weiter bevorzugt von mindestens 2,5 V, weiter bevorzugt von mindestens 3 V, weiter bevorzugt von mindestens 3,5 V, weiter bevorzugt von mindestens 4 V, weiter bevorzugt von mindestens 4,5 V, weiter bevorzugt von mindestens 5 V, weiter bevorzugt von mindestens 5,5 V, weiter bevorzugt von mindestens 6 V, weiter bevorzugt von mindestens 6,5 V, weiter bevorzugt von mindestens 7 V, weiter bevorzugt von höchstens 7,5 V auf. Vorzugsweise weist die
Elektrodenbaugruppe Lithium-Ionen auf. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil einer verbesserten Energiedichte der Wandlerzelle.
Vorzugsweise weist die Wandlerzelle einen Betriebstemperaturbereich zwischen -40 °C und 100 °C, weiter bevorzugt zwischen -20 °C und 80 °C, weiter bevorzugt zwischen -10 °C und 60 °C, weiter bevorzugt zwischen 0 °C und 40 °C auf. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil einer möglichst uneingeschränkten Aufstellung bzw. Verwendung der Wandlerzelle zur Versorgung eines
Verbrauchers, insbesondere eines Kraftfahrzeugs oder einer stationären Anlage bzw. Maschine.
Vorzugsweise weist die Wandlerzelle eine gravimetrische Energiedichte von mindestens 50 Wh/kg, weiter bevorzugt von mindestens 100 Wh/kg, weiter bevorzugt von mindestens 200 Wh/kg, weiter bevorzugt von weniger als 500 Wh/kg auf. Vorzugsweise weist die Elektrodenbaugruppe Lithium-Ionen auf. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil einer verbesserten Energiedichte der Wandlerzelle.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Wandlerzelle zum Einbau in ein Fahrzeug mit zumindest einem Elektromotor vorgesehen. Vorzugsweise ist die Wandlerzelle zur Versorgung dieses Elektromotors vorgesehen. Besonders bevorzugt ist die Wandlerzelle vorgesehen, zumindest zeitweise einen
Elektromotor eines Antriebsstrangs eines Hybrid- oder Elektrofahrzeugs zu versorgen. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil einer verbesserten
Versorgung des Elektromotors.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Wandlerzelle zum Einsatz in einer stationären Batterie vorgesehen, insbesondere in einem Pufferspeicher, als Gerätebatterie, Industriebatterie oder Starterbatterie.
Vorzugsweise beträgt die Nennladekapazität der Wandlerzelle für diese
Anwendungen mindestens 50 Ah. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil einer verbesserten Versorgung eines stationären Verbrauchers, insbesondere eines stationär montierten Elektromotors.
Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform besteht der zumindest eine Separator, welcher nicht oder nur schlecht elektronenleitend ist, aus einem zumindest teilweise stoffdurchlässigen Träger. Der Träger ist vorzugsweise auf mindestens einer Seite mit einem anorganischen Material beschichtet. Als wenigstens teilweise stoffdurchlässiger Träger wird vorzugsweise ein
organisches Material verwendet, welches vorzugsweise als nicht verwebtes Vlies ausgestaltet ist. Das organische Material, welches vorzugsweise ein Polymer und besonders bevorzugt ein Polyethylenterephthalat (PET) enthält, ist mit einem anorganischen, vorzugsweise ionenleitenden Material beschichtet, welches weiter vorzugsweise in einem Temperaturbereich von - 40° C bis 200° C ionenleitend ist. Das anorganische Material enthält bevorzugt wenigstens eine Verbindung aus der Gruppe der Oxide, Phosphate, Sulfate, Titanate, Silikate, Aluminosilikate mit wenigstens einem der Elemente Zr, AI, Li, besonders bevorzugt Zirkonoxid. Insbesondere Zirkonoxid dient der Stoffintegrität,
Nanoporösität und Flexibilität des Separators. Bevorzugt weist das
anorganische, ionenleitende Material Partikel mit einem größten Durchmesser unter 100 nm auf. Diese Ausführungsform bietet den Vorteil, dass Beständigkeit der Elektrodenbaugruppe bei Temperaturen oberhalb 100°C verbessert ist. Ein solcher Separator wird beispielsweise unter dem Handelsnamen "Separion" von der Evonik AG in Deutschland vertrieben.
Gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform besteht der zumindest eine Separator, welcher nicht oder nur schlecht elektronenleitend, für Ionen aber leitfähig ist, zumindest überwiegend bzw. vollständig aus einer Keramik, vorzugsweise aus einer Oxidkeramik. Diese Ausführungsform bietet den Vorteil, dass Beständigkeit der Elektrodenbaugruppe bei Temperaturen oberhalb 100°C verbessert ist.
Bevorzugte Ausführungsformen der Wandlerzelle
Eine erste bevorzugte Ausführungsform der Wandlerzelle weist auf diese Elektrodenbaugruppe, eine erste und eine zweite dieser Stromleiteinrichtungen unterschiedlicher Polarität und dieses Zellgehäuse. Die Elektrodenbaugruppe ist als insbesondere wiederaufladbarer Elektrodenflachwickel, insbesondere wiederaufladbarer Elektrodenstapel oder Wandlerbaugruppe mit zumindest je einer Elektrode erster und zweiter Polarität ausgebildet. Die Stromleiteinrichtungen weisen zumindest eine oder mehrere dieser
Ableiterfahnen auf, wobei je Stromleiteinrichtung die zumindest eine
Ableiterfahne mit dem Stromableiter im Zellgehäuse elektrisch verbunden ist. Die erste Stromleiteinrichtung, insbesondere deren Ableiterfahne ist mit der Elektrode erster Polarität elektrisch verbunden. Die zweite Stromleiteinrichtung, insbesondere deren Ableiterfahne ist mit der Elektrode zweiter Polarität elektrisch verbunden. Weiter weisen diese Stromleiteinrichtungen je einen dieser Stromableiter auf, welche sich vorzugsweise in die Umgebung der Wandlerzelle erstrecken, insbesondere für vereinfachte elektrische Verbindung mit einer Anschlusseinrichtung. Die Ableiterfahnen und der Stromableiter zumindest einer dieser Stromleiteinrichtung sind insbesondere stoffschlüssig verbunden.
Das Zellgehäuse weist das erste Gehäuseteil auf. Das erste Gehäuseteil weist das erste Tragelement, das zweite Tragelement und zumindest eine oder mehrere dieser Funktionseinrichtungen jeweils mit zumindest einem oder mehreren dieser Funktionselemente auf. Die Tragelemente weisen je ein insbesondere faserdurchsetztes erstes Polymermaterial auf. Das erste
Tragelement begrenzt die zumindest eine dieser Funktionseinrichtungen gegenüber der Umgebung der Wandlerzelle. Das zweite Tragelement begrenzt die zumindest eine dieser Funktionseinrichtungen gegenüber der
Elektrodenbaugruppe der Wandlerzelle. Die zumindest eine
Funktionseinrichtung ist zwischen dem ersten und dem zweiten Tragelement angeordnet. Das erste Tragelement, vorzugsweise auch das zweite Tragelement ist mit zumindest einer dieser Funktionseinrichtungen zumindest bereichsweise insbesondere stoffschlüssig verbunden. Das zweite Tragelement weist eine oder zwei dieser Kontaktierungsausnehmungen auf, wodurch die benachbarte Funktionseinrichtung bereichsweise gegenüber der Elektrodenbaugruppe freigelegt ist. In seinem Randbereich weist das erste Gehäuseteil das zweite Polymermaterial auf, welches vorzugsweise den Randbereich des ersten
Gehäuseteils umschließt. Der Stromableiter zumindest der ersten
Stromleiteinrichtung ist durch das zweite Polymermaterial geführt. Vorzugsweise ist der Stromableiter der zweiten Stromleiteinrichtung durch das zweite
Polymermaterial geführt. Vorzugsweise verbindet das zweite Polymermaterial den Randbereich des ersten Gehäuseteils und den Stromableiter der ersten Stromleiteinrichtung, vorzugsweise auch den Stromableiter der zweiten
Stromleiteinrichtung stoffschlüssig und/oder gasdicht. Vorzugsweise weist das erste Gehäuseteil einen Aufnahmeraum auf, welcher die Elektrodenbaugruppe zumindest teilweise aufnimmt. Die zumindest eine Funktionseinrichtung ist mit der Elektrodenbaugruppe wirkverbunden, insbesondere elektrisch verbunden. Die zumindest eine
Funktionseinrichtung weist einen, vorzugsweise zwei dieser
Elektrodenverbindungsbereiche auf, welche der elektrischen Verbindung mit der Elektrodenbaugruppe dienen. Beide Stromleiteinrichtungen weisen je einen dieser Kontaktierungsbereiche auf, wobei die Kontaktierungsbereiche der elektrischen Verbindung mit der zumindest einen Funktionseinrichtung
insbesondere über deren Elektrodenverbindungsbereiche dienen. Der erste Elektrodenverbindungsbereich der zumindest einen Funktionseinrichtung und der Kontaktierungsbereich der ersten Stromleiteinrichtung sind miteinander elektrisch verbunden, vorzugsweise stoffschlüssig, insbesondere im Bereich der . ersten Kontaktierungsausnehmung. Vorzugsweise ist der zweite Elektrodenverbindungsbereich der zumindest einen Funktionseinrichtung mit dem Kontaktierungsbereich der zweiten Stromleiteinrichtung elektrisch verbunden, vorzugsweise stoffschlüssig, insbesondere im Bereich der zweiten Kontaktierungsausnehmung. Vorzugsweise ist die zumindest einen
Funktionseinrichtung als bestückte, insbesondere flexible Leiterplatte
ausgebildet. Besonders bevorzugt weist die Funktionseinrichtung diese
Zellsteuereinrichtung auf.
Weiter weist das Zellgehäuse ein zweites Gehäuseteil auf. Das zweite
Gehäuseteil weist zumindest das erste Tragelement auf mit einem insbesondere faserdurchsetzten ersten Polymermaterial. Gemeinsam mit dem ersten
Gehäuseteil bildet das zweite Gehäuseteil das Zellgehäuse um die
Elektrodenbaugruppe. Vorzugsweise weist das zweite Gehäuseteil in einem Randbereich das zweite Polymermaterial auf, welches besonders bevorzugt den Randbereich des zweiten Gehäuseteils umschließt. Vorzugsweise ist der Stromableiter der zweiten Stromleiteinrichtung durch das zweite Polymermaterial geführt. Vorzugsweise verbindet das zweite Polymermaterial den Randbereich des zweiten Gehäuseteils und den Stromableiter der zweiten
Stromleiteinrichtung stoffschlüssig und/oder gasdicht. Vorzugsweise weist das zweite Gehäuseteil einen Aufnahmeraum auf, welcher die Elektrodenbaugruppe zumindest teilweise aufnimmt. Vorzugsweise umgibt das Zellgehäuse die Elektrodenbaugruppe derart, dass eine Reibkraft zwischen Zellgehäuse und Elektrodenbaugruppe deren unerwünschter Relativbewegung entgegenwirkt.
Diese bevorzugte Ausführungsform bietet die Vorteile, dass
• dass die Funktionseinrichtung durch das erste Tragelement gegen
schädliche Einflüsse aus der Umgebung der Wandlerzelle geschützt ist,
• schädlichen Folgen von Vibrationen aus dem Betrieb auf die
Funktionseinrichtung begegnet ist, • die Funktionseinrichtung im Zellgehäuse im wesentlichen unverrückbar gehalten ist,
• die Funktionseinrichtung insbesondere bei einem Unfall an der
Wandlerzelle verbleibt, · die Zellsteuereinrichtung die Funktionen der Wandlerzelle, insbesondere von deren Elektrodenbaugruppe auch unabhängig von einer
Batteriesteuerung steuert bzw. überwacht, insbesondere wenn die Wandlerzelle nicht Teil einer Batterie ist.
Gemäß einer ersten bevorzugten Weiterbildung dieser bevorzugten
Ausführungsform ist der Stromableiter der ersten Stromleiteinrichtung durch das zweite Polymermaterial des ersten Gehäuseteil geführt und der Stromableiter der zweiten Stromleiteinrichtung durch das zweite Polymermaterial des zweiten Gehäuseteil geführt. Diese Weiterbildung bietet den Vorteil, dass die Herstellung des ersten und des zweiten Gehäuseteils mit einigen identischen
Fertigungsschritte erfolgen kann, wodurch der Aufwand in der Fertigung reduziert ist.
Gemäß einer zweiten bevorzugten Weiterbildung dieser bevorzugten
Ausführungsform sind beide Stromableiter durch das zweite Polymermaterial des ersten Gehäuseteils geführt. Weiter ist der Aufnahmeraum des ersten Gehäuseteils so bemessen, dass die Elektrodenbaugruppe im wesentlichen vollständig darin Platz findet. Diese Weiterbildung bietet den Vorteil, dass das zweite Gehäuseteil im wesentlichen ohne Aufnahmeraum bleiben kann, wodurch der zugehörige Fertigungsaufwand reduziert ist. Diese Weiterbildung bietet den weiteren Vorteil, dass nach dem Einlegen der Elektrodenbaugruppe in den Aufnahmeraum die elektrische Verbindungen von Ableiterfahnen und
Stromableitern vereinfacht hergestellt werden können, insbesondere infolge verbesserter Zugänglichkeit. Gemäß einer dritten bevorzugten Weiterbildung dieser bevorzugten
Ausführungsform sind das erste Gehäuseteil und das zweite Gehäuseteil über einen Scharnierbereich miteinander verbunden. Der Scharnierbereich erstreckt sich entlang je einer begrenzenden Kante des ersten Gehäuseteils und des zweiten Gehäuseteils. Vorzugsweise weist der Scharnierbereich eine geringere Wandstärke auf, als die Bereiche der Gehäuseteile, welche die
Elektrodenbaugruppe begrenzen. Besonders bevorzugt ist der Scharnierbereich als Filmscharnier ausgebildet. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die Länge der abzudichtenden Kanten des Zellgehäuses verringert ist. Diese bevorzugte Weiterbildung ist mit der ersten oder zweiten bevorzugten
Weiterbildung kombinierbar.
Gemäß einer vierten bevorzugten Weiterbildung dieser bevorzugten
Ausführungsform sind das erste Gehäuseteil und das zweite Gehäuseteil durch einen Rahmen beanstandet. Die Gehäuseteile sind mit dem Rahmen
insbesondere stoffschlüssig verbunden. Der Rahmen weist im wesentlichen vier Rahmenelemente auf, welche zueinander entsprechend einem Rechteck angeordnet sind. Der Rahmen begrenzt einen Raum, welcher zur Aufnahme der Elektrodenbaugruppe vorgesehen ist. Vorzugsweise ist der Rahmen mit dem zweiten Polymermaterial, besonders bevorzugt im Wesentlichen vollständig aus dem zweiten Polymermaterial ausgebildet. Diese bevorzugte Weiterbildung sbietet den Vorteil, dass die Gehäuseteile je ohne Aufnahmeraum ausgebildet werden können. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung erstrecken sich zwei dieser Stromleiteinrichtungen durch den Rahmen zumindest teilweise in die Umgebung. Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist zumindest eines dieser Gehäuseteile einen oder zwei dieser Polkontaktbereiche auf.
Eine zweite bevorzugte Ausführungsform der Wandlerzelle entspricht im
Wesentlichen der ersten bevorzugten Ausführungsform, wobei das Zellgehäuse aber das dritte Gehäuseteil anstelle des zweiten Gehäuseteils aufweist. Das dritte Gehäuseteil weist gegenüber dem ersten Gehäuseteil eine erhöhte Wärmeleitfähigkeit auf. Vorzugsweise weist das dritte Gehäuseteil ein Metall, besonders bevorzugt Aluminium und/oder Kupfer auf. Vorzugsweise ist das dritte Gehäuseteil plattenförmig ausgebildet. Das dritte Gehäuseteil weist einen ersten Wärmeübertragungsbereich auf, mit welchem die Elektrodenbaugruppe in thermischem Kontakt steht und mit welchem die Elektrodenbaugruppe Wärmeenergie austauschen kann, insbesondere zur Kühlung der
Elektrodenbaugruppe, wenn deren Temperatur oberhalb einer zulässigen Maximaltemperatur liegt.. Gemeinsam mit dem ersten Gehäuseteil bildet das zweite Gehäuseteil das Zellgehäuse um die Elektrodenbaugruppe.
Vorzugsweise sind beide Stromableiter durch das zweite Polymermaterial des ersten Gehäuseteils geführt. Weiter ist der Aufnahmeraum des ersten
Gehäuseteils so bemessen, dass die Elektrodenbaugruppe im wesentlichen vollständig darin Platz findet. Diese Ausführungsform bietet den weiteren Vorteil, dass nach dem Einlegen der Elektrodenbaugruppe in den Aufnahmeraum die elektrische Verbindungen von Ableiterfahnen und Stromableitern vereinfacht hergestellt werden können, insbesondere infolge verbesserter Zugänglichkeit.
Diese bevorzugte Ausführungsform bietet die Vorteile, dass
• die Funktionseinrichtung durch das erste Tragelement gegen schädliche Einflüsse aus der Umgebung der Wandlerzelle geschützt ist,
• schädlichen Folgen von Vibrationen aus dem Betrieb auf die
Funktionseinrichtung begegnet ist,
• die Funktionseinrichtung im Zellgehäuse im wesentlichen unverrückbar gehalten ist, • die Funktionseinrichtung insbesondere bei einem Unfall an der
Wandlerzelle verbleibt,
• die Zellsteuereinrichtung die Funktionen der Wandlerzelle, insbesondere von deren Elektrodenbaugruppe auch unabhängig von einer
Batteriesteuerung steuert bzw. überwacht, insbesondere wenn die Wandlerzelle nicht Teil einer Batterie ist,
• Wärmeenergie mit der Elektrodenbaugruppe über das dritte Gehäuseteil ausgetauscht werden kann,
• einer beschleunigten Alterung der Elektrodenbaugruppe mittels
Wärmeabfuhr in das dritte Gehäuseteil vorgebeugt werden kann.
Eine dritte bevorzugte Ausführungsform der Wandlerzelle weist auf diese Elektrodenbaugruppe, eine erste und eine zweite dieser Stromleiteinrichtungen unterschiedlicher Polarität und dieses Zellgehäuse auf. Die
Elektrodenbaugruppe ist als Elektrodenflachwickel oder Elektrodenstapel mit zumindest je einer Elektrode erster und zweiter Polarität ausgebildet.
Die Stromleiteinrichtungen weisen je einen dieser Kontaktierungsbereiche und zumindest eine oder mehrere dieser Ableiterfahnen auf, wobei die
Kontaktierungsbereiche der elektrischen Verbindung mit der
Funktionseinrichtung insbesondere über deren Elektrodenverbindungsbereiche dienen. Die erste Stromleiteinrichtung, insbesondere deren Ableiterfahne ist mit der Elektrode erster Polarität elektrisch verbunden. Die zweite
Stromleiteinrichtung, insbesondere deren Ableiterfahne ist mit der Elektrode zweiter Polarität elektrisch verbunden.
Das Zellgehäuse weist das erste Gehäuseteil auf. Das erste Gehäuseteil weist das erste Tragelement, das zweite Tragelement und zumindest eine oder mehrere dieser Funktionseinrichtungen jeweils mit zumindest einem oder mehreren dieser Funktionselemente auf. Die Tragelemente weisen je ein insbesondere faserdurchsetztes erstes Polymermaterial auf. Das erste
Tragelement begrenzt die zumindest eine dieser Funktionseinrichtungen gegenüber der Umgebung der Wandlerzelle. Das zweite Tragelement begrenzt die zumindest eine dieser Funktionseinrichtungen gegenüber der
Elektrodenbaugruppe der Wandlerzelle. Die zumindest eine
Funktionseinrichtung ist zwischen dem ersten und dem zweiten Tragelement angeordnet. Das erste Tragelement, vorzugsweise auch das zweite Tragelement ist mit zumindest einer dieser Funktionseinrichtungen zumindest bereichsweise insbesondere stoffschlüssig verbunden. Das erste Tragelement weist eine oder zwei dieser Polkontaktausnehmungen auf, welche je einen Bereich der benachbarten Funktionseinrichtung gegenüber der Umgebung der Wandlerzelle frei lassen. Das zweite Tragelement weist eine oder zwei dieser
Kontaktierungsausnehmungen auf, wodurch die benachbarte
Funktionseinrichtung bereichsweise gegenüber der Elektrodenbaugruppe freigelegt ist. In einem Randbereich weist das erste Gehäuseteil das zweite Polymermaterial auf, welches den Randbereich des ersten Gehäuseteils umschließt. Auch verbindet das zweite Polymermaterial den Randbereich des ersten Gehäuseteils mit der ersten Stromleiteinrichtung, vorzugsweise auch mit der zweiten Stromleiteinrichtung stoffschlüssig und/oder gasdicht. Die erste Stromleiteinrichtung, vorzugsweise auch die zweite Strom leitein richtung erstreckt sich aus dem zweiten Polymermaterial in das Zellgehäuse in Richtung der Elektrodenbaugruppe. Vorzugsweise weist das erste Gehäuseteil einen Aufnahmeraum auf, welcher die Elektrodenbaugruppe zumindest teilweise aufnimmt.
Die zumindest eine Funktionseinrichtung ist mit der Elektrodenbaugruppe wirkverbunden, insbesondere elektrisch verbunden. Die zumindest eine
Funktionseinrichtung weist einen, vorzugsweise zwei dieser
Elektrodenverbindungsbereiche auf, welche der elektrischen Verbindung mit der Elektrodenbaugruppe dienen. Beide Stromleiteinrichtungen weisen je einen dieser Kontaktierungsbereiche auf, wobei die Kontaktierungsbereiche der elektrischen Verbindung mit der zumindest einen Funktionseinrichtung insbesondere über deren Elektrodenverbindungsbereiche dienen. Der erste Elektrodenverbindungsbereich der zumindest einen Funktionseinrichtung und der Kontaktierungsbereich der ersten Stromleiteinrichtung sind miteinander elektrisch verbunden, vorzugsweise stoffschlüssig, insbesondere im Bereich der ersten Kontaktierungsausnehmung. Vorzugsweise ist der zweite
Elektrodenverbindungsbereich der zumindest einen Funktionseinrichtung mit dem Kontaktierungsbereich der zweiten Stromleiteinrichtung elektrisch verbunden, vorzugsweise stoffschlüssig, insbesondere im Bereich der zweiten Kontaktierungsausnehmung. Weiter weist die zumindest eine
Funktionseinrichtung einen oder zwei dieser Polkontaktbereiche auf, welche durch je eine dieser Polkontaktausnehmungen des ersten Tragelements gegenüber der Umgebung freigelegt sind. Die Polkontaktbereiche der zumindest einen Funktionseinrichtung sind jeweils mit deren
Elektrodenverbindungsbereichen elektrisch verbunden. Vorzugsweise ist die Funktionseinrichtung als bestückte, insbesondere flexible Leiterplatte
ausgebildet. Besonders bevorzugt weist die Funktionseinrichtung eine
Zellsteuereinrichtung auf. Weiter weist das Zellgehäuse das zweite Gehäuseteil auf. Das zweite
Gehäuseteil weist dieses erste Tragelement, vorzugsweise dieses zweite Tragelement und vorzugsweise zumindest eine dieser Funktionseinrichtungen auf. Das erste Tragelement, vorzugsweise auch die zweite Tragelement weist je ein insbesondere faserdurchsetztes erstes Polymermaterial auf. Vorzugsweise ist die zumindest eine Funktionseinrichtung zwischen dem ersten und dem zweiten Tragelement angeordnet. Vorzugsweise sind die Tragelemente mit der zumindest einen Funktionseinrichtung zumindest bereichsweise insbesondere stoffschlüssig verbunden. Vorzugsweise weist das erste Tragelement eine dieser Polkontaktausnehmungen auf, welche einen Bereich der benachbarten Funktionseinrichtung gegenüber der Umgebung der Wandlerzelle frei lässt. Vorzugsweise weist das zweite Tragelement eine dieser Kontaktierungsausnehmungen auf, wodurch die Funktionseinrichtung
bereichsweise gegenüber der Elektrodenbaugruppe freigelegt ist. Vorzugsweise weist die Funktionseinrichtung weist einen dieser
Elektrodenverbindungsbereiche auf, welcher der elektrischen Verbindung mit der Elektrodenbaugruppe insbesondere über einen dieser Kontaktierungsbereiche der Stromleiteinrichtungen dient. Vorzugsweise weist die Funktionseinrichtung einen dieser Polkontaktbereiche auf, welcher durch die Polkontaktausnehmung des ersten Tragelements gegenüber der Umgebung freigelegt ist. Vorzugsweise ist der Polkontaktbereich der Funktionseinrichtung mit deren
Elektrodenverbindungsbereich elektrisch verbunden. In einem Randbereich weist das zweite Gehäuseteil das zweite Polymermaterial auf, welches vorzugsweise den Randbereich des zweiten Gehäuseteils umschließt.
Vorzugsweise verbindet das zweite Polymermaterial den Randbereich des zweiten Gehäuseteils und die zweite Stromleiteinrichtung stoffschlüssig und/oder gasdicht. Vorzugsweise weist das zweite Gehäuseteil einen Aufnahmeraum auf, welcher die Elektrodenbaugruppe zumindest teilweise aufnimmt.
Diese bevorzugte Ausführungsform bietet die Vorteile, dass dass die Funktionseinrichtung durch das erste Tragelement gegen schädliche Einflüsse aus der Umgebung der Wandlerzelle geschützt ist, schädlichen Folgen von Vibrationen aus dem Betrieb auf die
Funktionseinrichtung begegnet ist, die Funktionseinrichtung im Zellgehäuse im wesentlichen unverrückbar gehalten ist, die Funktionseinrichtung insbesondere bei einem Unfall an der
Wandlerzelle verbleibt, • die Stromleiteinrichtungen je ohne Stromableiter ausgebildet werden können.
Gemäß einer ersten bevorzugten Weiterbildung dieser bevorzugten
Ausführungsform weist die zumindest eine Funktionseinrichtung des ersten Gehäuseteils zwei dieser Polkontaktbereiche und zwei dieser
Elektrodenverbindungsbereiche jeweils unterschiedlicher Polarität auf. Das erste Tragelement des ersten Gehäuseteils weist zwei dieser
Polkontaktausnehmungen auf. Das zweite Tragelement des ersten
Gehäuseteils weist zwei dieser Kontaktierungsausnehmungen auf. Diese bevorzugte Weiterbildung bietet den Vorteil, dass Energie mit der
Elektrodenbaugruppe über die Polkontaktbereiche des ersten Gehäuseteils ausgetauscht werden kann. Diese bevorzugte Weiterbildung bietet den weiteren Vorteil, dass die Stromleiteinrichtungen ohne ersten Bereich ausgebildet werden können. Gemäß einer zweiten bevorzugten Weiterbildung dieser bevorzugten
Ausführungsform weist die zumindest eine Funktionseinrichtung des ersten Gehäuseteils einen dieser Polkontaktbereiche und einen dieser
Elektrodenverbindungsbereiche auf. Das erste Tragelement des ersten
Gehäuseteils weist eine dieser Polkontaktausnehmungen auf. Das zweite Tragelement des ersten Gehäuseteils weist eine dieser
Kontaktierungsausnehmungen auf. Weiter weist die zumindest eine
Funktionseinrichtung des zweiten Gehäuseteils einen dieser Polkontaktbereiche und einen dieser Elektrodenverbindungsbereiche auf. Das erste Tragelement des zweiten Gehäuseteils weist eine dieser Polkontaktausnehmungen auf. Das zweite Tragelement des zweiten Gehäuseteils weist eine dieser
Kontaktierungsausnehmungen auf. Diese bevorzugte Weiterbildung bietet den Vorteil, dass Energie mit der Elektrodenbaugruppe über die Polkontaktbereiche des ersten und zweiten Gehäuseteils ausgetauscht werden kann. Diese bevorzugte Weiterbildung bietet den weiteren Vorteil, dass die
Stromleiteinrichtungen ohne ersten Bereich ausgebildet werden können. Vorzugsweise sind diese Gehäuseteile durch diesen Scharnierbereich oder durch diesen Rahmen verbunden, entsprechend der dritten bzw. vierten bevorzugten Weiterbildung der ersten bevorzugten Ausführungsform der Wandlerzelle. Eine vierte bevorzugte Ausführungsform entspricht im Wesentlichen der ersten oder zweiten bevorzugten Ausführungsform, wobei die Elektrodenbaugruppe als Wandlerbaugruppe ausgebildet ist. Zumindest eine dieser
Funktionseinrichtungen dieser bevorzugten Ausführungsform weist zumindest einen, vorzugsweise zwei oder drei dieser Fluiddurchlässe auf. Mit diesem Fluiddurchlass verbunden ist eine nicht der Wandlerzelle zugehörige
Fluidzuleitung, welche insbesondere zur Zufuhr oder Abfuhr eines dieser Prozessfluide dient. Vorzugsweise ist dieser Fluiddurchlass im Wesentlichen rohrförmig ausgebildet und stoffschlüssig bzw. gasdicht mit der ersten
Tragschicht verbunden. Besonders bevorzugt erstreckt sich dieser
Fluiddurchlass aus dem Zellgehäuse in die Umgebung der Wandlerzelle.
Gemäß einer ersten bevorzugten Weiterbildung dieser Ausführungsform ist die Wandlerbaugruppe ausgebildet als Polymerelektrolyt- Brennstoffzelle. Die Membran ist protonenleitend. H2 dient als Brennstoff und wird der negativen Elektrode, versehen mit einem Edelmetall als Katalysator, insbesondere mit Pt zugeführt. Nach Ionisation wandern die Protonen durch die Membran zur positiven Elektrode und kommen dort mit dem Oxidationsmittel zusammen. Als Edukt entsteht Wasser.
Gemäß einer zweiten bevorzugten Weiterbildung dieser Ausführungsform ist die Wandlerbaugruppe gekennzeichnet durch die Integration von
Wasserstoffspeicher und miniaturisierter Brennstoffzelle zu einer Einheit. Dabei werden keine Peripherie-Komponenten wie Druckminderer, Druckregler und Wasserstoffzuleitungen benötigt. Der Wasserstoff wird der Brennstoffzelle direkt aus dem integrierten Speicher zugeführt. Die Menge des der Brennstoffzelle zugeführten Wasserstoffs wird über die Materialeigenschaften der Oberfläche des Wasserstoffspeichers sowie über die Kontaktfläche zwischen
Wasserstoffspeicher und Brennstoffzelle gesteuert. Um die Brennstoffzelle vollständig ohne aktive Komponenten zu realisieren, wird sie als selbst atmendes System ausgelegt. Diese bevorzugten Weiterbildung bietet ein großes Potential für Miniaturisierung.
Gemäß einer dritten bevorzugten Weiterbildung dieser Ausführungsform ist die Wandlerbaugruppe ausgebildet mit einer Luftkathode aus hochporösem AI2O3, ZnO oder SiC. Die Anode ist aus verpresstem Zn-Pulver, Metallschaum mit eingelagertem Zn oder Keramik, insbesondere SiC, mit Zn-Anteilen. Elektrolyt und Separator sind als Vlies oder poröse Keramik mit 30%-iger KOH
ausgebildet. Diese bevorzugte Weiterbildung ist besonders für hohe
Betriebstemperaturen geeignet.
Vorzugsweise sind diese Gehäuseteile durch diesen Scharnierbereich oder durch diesen Rahmen verbunden, entsprechend der dritten bzw. vierten bevorzugten Weiterbildung der ersten bevorzugten Ausführungsform der Wandlerzelle.
Eine fünfte bevorzugte Ausführungsform der Wandlerzelle entspricht im
Wesentlichen der ersten, zweiten oder dritten bevorzugten Ausführungsform der Wandlerzelle, wobei das erste Gehäuseteil und/oder zweite Gehäuseteil aber zwei vorzugsweise schichtförmig ausgebildete Funktionseinrichtungen sowie eine Isoliereinrichtung aufweist.
Die Elektrodenbaugruppe ist zur Speicherung von insbesondere chemischer Energie ausgestaltet, vorzugsweise wiederaufladbar ausgestaltet. Die
Elektrodenbaugruppe ist mit zumindest zwei Elektroden unterschiedlicher Polarität und als Elektrodenstapel oder Elektrodenwickel, insbesondere als Elektrodenflachwickel ausgebildet. Die Isoliereinrichtung dient insbesondere dazu, zumindest zeitweise die erste Funktionseinrichtung gegenüber der zweiten Funktionseinrichtung elektrisch zu isolieren. Die Isoliereinrichtung ist mit einem elektrisch isolierenden Werkstoff, insbesondere mit einem Polymer ausgebildet und zwischen der ersten
Funktionseinrichtung und der zweiten Funktionseinrichtung angeordnet.
Nachfolgend wird als erster Zustand bezeichnet, dass die Isoliereinrichtung die erste Funktionseinrichtung elektrisch gegenüber der zweiten
Funktionseinrichtung isoliert. Nachfolgend wird als zweiter Zustand bezeichnet, dass die Isoliereinrichtung zumindest bereichsweise ihre Eignung zur elektrischen Isolation der genannten Funktionseinrichtungen voneinander verloren hat. Dieser zweite Zustand tritt ein, wenn insbesondere ein
Fremdkörper die Isoliereinrichtung durchdringt.
Die zwei Funktionseinrichtungen sowie die Isoliereinrichtung sind zwischen dem ersten Tragelement und dem zweiten Tragelement angeordnet. Die erste Funktionseinrichtung und die zweite Funktionseinrichtung sind elektrisch leitend ausgebildet, bevorzugt als Metallfolien. Die erste Funktionseinrichtung ist insbesondere über einen dieser Elektrodenverbindungsbereiche mit einer Elektrode erster Polarität der Elektrodenbaugruppe und die zweite
Funktionseinrichtung insbesondere über einen dieser
Elektrodenverbindungsbereiche mit einer Elektrode zweiter Polarität der
Elektrodenbaugruppe verbunden. Bei intakter Isoliereinrichtung ist die Elektrode erster Polarität von der Elektrode zweiter Polarität elektrisch isoliert, nachfolgend erster Zustand genannt.
Wenn ein Fremdkörper aus der Umgebung der Wandlerzelle die
Isoliereinrichtung durchdringt, beispielsweise bei einem Unfall, dann ist deren isolierende Wirkung beeinträchtigt. Die Isoliereinrichtung liegt als Folge der Durchdringung im zweiten Zustand vor. Im zweiten Zustand kann sich eine elektrische Berührung von erster und zweiter Funktionseinrichtung einstellen, wobei diese elektrische Berührung mit einem elektrischen Widerstand RF behaftet ist. Dann kann ein elektrischer Strom lF zwischen der ersten und der zweiten Funktionseinrichtung und somit zwischen den Elektroden
unterschiedlicher Polarität fließen. Der elektrische Widerstand RF dient insbesondere der Begrenzung des elektrischen Stroms lF zwischen der ersten und der zweiten Funktionseinrichtung und somit zwischen den Elektroden unterschiedlicher Polarität. Der elektrische Widerstand RF dient insbesondere der Wandlung eines Teils der in der Elektrodenbaugruppe gespeicherten Energie in Wärmeenergie. Im Anschluss an diese Energiewandlung ist die in der Elektrodenbaugruppe verbliebene Energie verringert. Anschließend kann die beschädigte Wandlerzelle mit verringertem Energieinhalt bei verminderter Gefahr geborgen werden. Diese bevorzugte Ausführungsform bietet den Vorteil erhöhter Sicherheit der Wandlerzelle, selbst wenn ein Fremdkörper eindringt.
Vorzugsweise beträgt der elektrische Widerstand RF mindestens 0,5 Ω, weiter bevorzugt mindestens 1 Ω, weiter bevorzugt mindestens 2 Ω, weiter bevorzugt mindestens 5 Ω, weiter bevorzugt mindestens 10 Ω, weiter bevorzugt
mindestens 20 Ω, weiter bevorzugt mindestens 50 Ω, weiter bevorzugt mindestens 100 Ω, weiter bevorzugt mindestens 200 Ω, weiter bevorzugt mindestens 500 Ω, weiter bevorzugt höchstens 1000 Ω. Besonders bevorzugt ist elektrische Widerstand RF an die elektrische Spannung der Wandlerzelle bzw. deren Elektrodenbaugruppen derart angepasst, dass die Heizleistung im elektrischen Widerstand RF auf höchstens 50 W begrenzt ist, weiter bevorzugt auf höchstens 20 W, weiter bevorzugt auf höchstens 10 W, weiter bevorzugt auf höchstens 5W, weiter bevorzugt auf höchstens 2 W, weiter bevorzugt auf höchstens 1 W. Diese bevorzugte Weiterbildung bietet den Vorteil, dass
Beeinträchtigungen insbesondere von in derselben Batterie benachbarter Wandlerzellen infolge von Wärmeentwicklung begegnet ist.
Vorzugsweise sind das erste Tragelement und/oder das zweite Tragelement des ersten und/oder zweiten Gehäuseteils schichtförmig ausgebildet. Besonders bevorzugt ist zumindest das erste Tragelement mit einem faserdurchsetzten Polymermaterial ausgebildet. Diese bevorzugte Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass der mechanische Schutz der ersten Funktionseinrichtung, welche benachbart zu dem ersten Tragelement angeordnet ist, verbessert ist.
Vorzugsweise weist das zweite Tragelement eine erste und eine zweite dieser Kontaktierungsausnehmungen auf. Vorzugsweise weisen die zweite
Funktionseinrichtung, welche dem zweiten Tragelement benachbart ist, und die Isoliereinrichtung je eine Ausnehmung auf, welche zur ersten
Kontaktierungsausnehmung benachbart sind. Die erste Funktionseinrichtung ist durch die erste Kontaktierungsausnehmung elektrisch mit der Elektrode erster Polarität verbunden insbesondere über eine dieser Stromleiteinrichtungen. Die zweite Funktionseinrichtung ist durch die zweite Kontaktierungsausnehmung elektrisch mit der Elektrode zweiter Polarität verbunden insbesondere über eine zweite dieser Stromleiteinrichtungen. Besonders bevorzugt weist die
Ausnehmung der zweiten Funktionseinrichtung eine größere Querschnittfläche auf, als die benachbarte Ausnehmung der Isoliereinrichtung. Diese bevorzugte Ausgestaltung bietet den Vorteil einer verbesserten Isolation zwischen der ersten Funktionseinrichtung und der zweiten Funktionseinrichtung, insbesondere indem einem parasitären Strom zwischen der ersten und zweiten
Funktionseinrichtung begegnet ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Isoliereinrichtung als
Isolierlage ausgebildet, insbesondere als Polymerfolie. Diese bevorzugte
Ausführungsform bietet den Vorteil, dass die Isoliereinrichtung kostengünstig herstellbar ist. Diese bevorzugte Ausführungsform bietet den Vorteil, dass die Isoliereinrichtung mit geringer Wandstärke und somit platzsparend ausgebildet werden kann. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Isoliereinrichtung als elektrisch isolierende Beschichtung der ersten oder zweiten
Funktionseinrichtung ausgebildet. Diese bevorzugte Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass einer unerwünschten Relativbewegung zwischen der elektrisch isolierenden Beschichtung und dem beschichteten Tragelement begegnet ist. Vorzugsweise ist zumindest eine dieser Funktionseinrichtungen stichfest, insbesondere als Stichschutzlage ausgeführt. Dazu weist diese
Funktionseinrichtung auf: ein Gewebe oder ein Gelege von verstärkenden Fasern, insbesondere Aramidfasern, und/oder zumindest einen oder mehrere metallische Einleger, welche
vorzugsweise miteinander verbunden sind, und/oder zumindest einen oder mehrere oxidkeramische Einleger, welche vorzugsweise plattenförmig ausgebildet sind.
Die bevorzugte Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass diese
Funktionseinrichtung dem Fremdkörper einen erhöhten mechanischen
Widerstand gegen dessen Eindringen insbesondere in die Elektrodenbaugruppe entgegensetzt. Besonders bevorzugt ist die Funktionseinrichtung, welcher näher zur Elektrodenbaugruppe angeordnet ist, stichfest bzw als Stichschutzlage. ausgeführt. Diese bevorzugte Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass der mechanische Schutz der Elektrodenbaugruppe verbessert ist und dabei die Überführung der Isoliereinrichtung in ihren zweiten Zustand nicht behindert.
Vorzugsweise weist die Isoliereinrichtung und/oder zumindest eine dieser Funktionseinrichtungen einen Füllstoff mit der Fähigkeit zum Phasenübergang insbesondere innerhalb eines vorbestimmten Betriebstemperaturbereichs der
Wandlerzelle auf. Diese bevorzugte Weiterbildung bietet den Vorteil, dass einem Temperaturanstieg infolge des Stroms durch den elektrisch leitenden
Fremdkörper während des Phasenübergangs im Füllstoff begegnet ist.
Vorzugsweise weist die Isoliereinrichtung und/oder zumindest eine dieser Funktionseinrichtungen eine Substanz zur Reaktion mit Fluorwasserstoff auf, besonders bevorzugt Calciumchlorid. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass Fluorwasserstoff innerhalb des Zellgehäuses gebunden werden kann.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist ein Entladewiderstand RE zwischen die erste Funktionseinrichtung und die zumindest eine Elektrode erster Polarität oder zwischen die zweite Funktionseinrichtung und die zumindest eine Elektrode zweiter Polarität geschaltet. Vorzugsweise ist der Entladewiderstand als
Kaltleiter ausgebildet. Vorzugsweise beträgt der elektrische Widerstand RE mindestens 0,5 Ω, weiter bevorzugt mindestens 1 Ω, weiter bevorzugt mindestens 2 Ω, weiter bevorzugt mindestens 5 Ω, weiter bevorzugt mindestens 10 Ω, weiter bevorzugt mindestens 20 Ω, weiter bevorzugt mindestens 50 Ω, weiter bevorzugt mindestens 100 Ω, weiter bevorzugt mindestens 200 Ω, weiter bevorzugt mindestens 500 Ω, weiter bevorzugt höchstens 1000 Ω. Besonders bevorzugt ist elektrische Widerstand RE an die elektrische Spannung der Wandlerzelle bzw. deren Elektrodenbaugruppen derart angepasst, dass die Heizleistung im Entladewiderstand auf höchstens 50 W begrenzt ist, weiter bevorzugt auf höchstens 20 W, weiter bevorzugt auf höchstens 10 W, weiter bevorzugt auf höchstens 5W, weiter bevorzugt auf höchstens 2 W, weiter bevorzugt auf höchstens 1 W. Diese bevorzugte Weiterbildung bietet den Vorteil, dass Beeinträchtigungen insbesondere von in derselben Batterie benachbarter Wandlerzellen infolge von Wärmeentwicklung begegnet ist.
Vorzugsweise weist eine Batterie mindestens zwei dieser Wandlerzellen oder deren bevorzugte Ausführungsformen auf. Weiter weist die Batterie eine Batteriesteuerung und vorzugsweise eine zweite Nahfunkeinrichtung auf.
Vorzugsweise ist die zweite Nahfunkeinrichtung mit einer dieser ersten
Nahfunkeinrichtungen einer dieser Wandlerzellen signalverbunden.
Besonders bevorzugt ist die zweite Nahfunkeinrichtung vorgesehen, zeitweise ein vorbestimmtes erstes Signal zu senden, worauf eine erste dieser
Nahfunkeinrichtungen mit einem vorbestimmten Signal antwortet. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die Funktionsfähigkeit von Wandlerzellen der Batterie mit der zweiten Nahfunkeinrichtung abgefragt werden kann.
Besonders bevorzugt ist die Batteriesteuerung vorgesehen, nach Empfang eines vorbestimmten zweiten Signals von einer dieser ersten Nahfunkeinrichtungen einer der Wandlerzellen durch die zweite Nahfunkeinrichtung, diese
Wandlerzelle in die Versorgung eines angeschlossenen Verbrauchers einzubinden. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass der Austausch einer Wandlerzelle vereinfacht ist.
Vorzugsweise sind die zumindest zwei Wandlerzellen je mit einem dieser ersten und zweiten Schichtbereich unterschiedlicher Wandstärke ausgebildet. Diese Schichtbereiche sind derart aufeinander abgestimmt, dass zwischen der ersten Wandlerzelle und der zweiten Wandlerzelle, insbesondere zwischen deren Zellgehäusen zumindest ein Kanal für ein Temperiermedium gebildet ist.
Besonders bevorzugt verläuft der Kanal zwischen einem dieser ersten
Schichtbereiche der ersten Wandlerzelle und einem dieser zweiten
Schichtbereiche der zweiten Wandlerzelle. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass das Temperiermedium, welches den Kanal entlang strömt,
Wärmeenergie mit zumindest einer dieser beiden Wandlerzellen austauschen kann, insbesondere zur Wärmeabfuhr aus zumindest einer dieser beiden Wandlerzellen.
Verfahren zur Herstellung einer elektrochemischen
Energiewandlereinrichtung
Nachfolgend wird ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer elektrochemischen Energiewandlereinrichtung, nachfolgend auch Wandlerzelle genannt, beschrieben. Insbesondere ist die Wandlerzelle ausgebildet, wie zuvor beschrieben. Die nach diesem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Wandlerzelle weist eine dieser Elektrodenbaugruppen, wenigstens eine oder zwei dieser Stromleiteinrichtungen und eines dieser Zellgehäuse mit einem dieser ersten Gehäuseteile auf, vorzugsweise auch mit einem dieser zweiten oder dritten Gehäuseteile. Die Elektrodenbaugruppe weist zumindest zwei Elektroden unterschiedlicher Polarität auf. Zumindest zwei dieser
Stromleiteinrichtungen sind mit je einer Elektrode unterschiedlicher Polarität verbunden. Vorzugsweise weisen wenigstens eine oder zwei dieser
Stromleiteinrichtungen jeweils zumindest eine oder mehrere Ableiterfahnen auf, besonders bevorzugt jeweils einen Stromableiter. Vorzugsweise weisen wenigstens eine oder zwei dieser Stromleiteinrichtungen je einen
Kontaktierungsbereich auf. Das erste Gehäuseteil weist ein erstes Tragelement und zumindest eine oder mehrere dieser Funktionseinrichtungen jeweils mit zumindest einem oder mehreren dieser Funktionselemente auf. Das erste Tragelement ist der Umgebung der Wandlerzelle zugewandt. Das erste
Tragelement weist ein insbesondere faserdurchsetztes erstes Polymermaterial auf. Die zumindest eine Funktionseinrichtung ist mit dem ersten Tragelement zumindest bereichsweise insbesondere stoffschlüssig verbunden. Zumindest eine dieser Funktionseinrichtungen ist mit der Elektrodenbaugruppe
wirkverbunden, vorzugsweise elektrisch verbunden. Vorzugsweise weist das erste Gehäuseteil das zweite Tragelement auf, welches zwischen den
Funktionseinrichtungen und der Elektrodenbaugruppe angeordnet und besonders bevorzugt mit einer dieser Funktionseinrichtungen insbesondere stoffschlüssig verbunden ist. Vorzugsweise weist das erste Gehäuseteil in einem Randbereich ein zweites Polymermaterial auf. Das erfindungsgemäße Herstellverfahren ist gekennzeichnet durch zumindest einen der folgenden Schritte:
Erzeugen zumindest einer oder mehrerer dieser Funktionseinrichtungen mit je wenigstens einem oder mehreren dieser Funktionselemente, wobei vorzugsweise zumindest eines oder zwei dieser Funktionselemente als Elektrodenverbindungsbereich oder als Polkontaktbereich ausgebildet ist, vorzugsweise anschließendes Zuführen zumindest einer oder mehrerer dieser Funktionseinrichtungen zu einer ersten Bevorratung, Erzeugen zumindest einer oder mehrerer dieser Funktionseinrichtungen mit je wenigstens einem oder mehreren dieser Funktionselemente, wobei vorzugsweise zumindest eines oder zwei dieser Funktionselemente als Elektrodenverbindungsbereich oder als Polkontaktbereich ausgebildet ist, wobei in zumindest eine dieser Funktionseinrichtungen eingebracht wird: ein Schaum, eine Hohlraumstruktur, insbesondere eine Wabenstruktur, zumindest ein Hohlraum für ein Temperiermedium, ein Füllstoff mit der Fähigkeit zum Phasenübergang und/oder ein chemisch reaktiver
Füllstoff, vorzugsweise anschließendes Zuführen zumindest einer oder mehrerer dieser Funktionseinrichtungen zu einer ersten Bevorratung, Erzeugen zumindest einer oder mehrerer dieser Funktionseinrichtungen mit je wenigstens einem oder mehreren dieser Funktionselemente, wobei vorzugsweise zumindest eines oder zwei dieser Funktionselemente als Elektrodenverbindungsbereich oder als Polkontaktbereich ausgebildet ist, wobei zumindest eine oder mehrere dieser Funktionseinrichtungen mit einem ersten Schichtbereich mit einer ersten Wandstärke und einem zweiten Schichtbereich mit einer zweiten Wandstärke hergestellt wird, wobei der Bruch aus der zweiten Wandstärke über der ersten
Wandstärke einen vorbestimmten Wert kleiner als 1 aufweist, besonders bevorzugt der erste Schichtbereich eine geringere Dichte aufweist als der zweite Schichtbereich, vorzugsweise anschließendes Zuführen zumindest einer oder mehrerer dieser Funktionseinrichtungen zu einer ersten Bevorratung,
Bereitstellen, vorzugsweise aus einer zweiten Bevorratung, eines dieser ersten Tragelemente, welches ein insbesondere faserdurchsetztes erstes Polymermaterial aufweist, welches vorzugsweise eine oder zwei dieser Polkontaktausnehmungen aufweist, wobei eine oder zwei dieser
Polkontaktausnehmungen zu je einem dieser Polkontaktbereiche benachbart ist, insbesondere nach Schritt S1 , (S2') Auflegen eines dieser ersten Tragelemente auf ein anderes dieser ersten Tragelemente, insbesondere nach Schritt S2,
Auflegen zumindest einer oder mehrerer dieser Funktionseinrichtungen bzw. Funktionsbaugruppen, vorzugsweise aus der ersten Bevorratung, auf das erste Tragelement, eine andere dieser Funktionseinrichtungen oder eine Isoliereinrichtung, wobei vorzugsweise als Funktionseinrichtung zumindest eine bestückte, insbesondere flexible Leiterplatte auf das erste Tragelement aufgelegt wird, wobei besonders bevorzugt die Leiterplatte die Funktionselemente gemäß der ersten bevorzugten Ausgestaltung der Funktionseinrichtung aufweist, insbesondere nach Schritt S2,
Auflegen zumindest einer dieser Isoliereinrichtungen auf eine dieser Funktionseinrichtungen, insbesondere nach Schritt S2, insbesondere stoffschlüssiges Verbinden des ersten Tragelements mit zumindest einer dieser Funktionseinrichtungen, worauf ein
Schichtverbund gebildet wird, vorzugsweise unter Wärmeeinfluss, vorzugsweise mittels einer isotaktischen oder kontinuierlichen Presse, insbesondere nach Schritt S3,
Auflegen eines zweiten Tragelements auf eine dieser
Funktionseinrichtungen, vorzugsweise von einer dritten Bevorratung, wobei das zweite Tragelement ein insbesondere faserdurchsetztes erstes Polymermaterial aufweist, wobei vorzugsweise das zweite Tragelement eine oder zwei Kontaktierungsausnehmungen aufweist, insbesondere nach Schritt S3,
(S6) Verbinden des zweiten Tragelements mit einer dieser
Funktionseinrichtungen, insbesondere mit der benachbarten
Funktionseinrichtung, vorzugsweise unter Wärmeeinfluss, vorzugsweise mittels einer isotaktischen oder kontinuierlichen Presse, insbesondere nach Schritt S5,
Speichern des Schichtverbunds in einer vierten Bevorratung, insbesondere nach Schritt S4, (S8) Entnehmen des Schichtverbunds insbesondere aus der vierten
Bevorratung, wobei der Schichtverbund zumindest das erste
Tragelement, eine oder mehrere dieser Funktionseinrichtungen mit je zumindest einem oder mehreren dieser Funktionselemente und vorzugsweise das zweite Tragelement aufweist, insbesondere nach Schritt S7,
Ablängen zumindest eines im Wesentlichen ebenen Formteilrohlings dem Schichtverbund, vorzugsweise mit einer Trenneinrichtung, insbesondere nach Schritt S8,
(S10) Erwärmen des im Wesentlichen ebenen Formteilrohlings, vorzugsweise bis zu einer Arbeitstemperatur, welche wenigstens der
Erweichungstemperatur des ersten Polymermaterials des ersten Tragelements entspricht, insbesondere in der Bearbeitungseinrichtung, insbesondere nach Schritt S9,
(S1 1 ) Zuführen des im Wesentlichen ebenen Formteilrohlings in eine
Bearbeitungseinrichtung, insbesondere in ein Formgebungswerkzeug, insbesondere nach Schritt S10,
(S12) Einlegen wenigstens einer oder mehrerer dieser Stromleiteinrichtungen, vorzugsweise Einlegen wenigstens eines oder mehrerer dieser
Stromableiter, in die Bearbeitungseinrichtung, insbesondere in das Formgebungswerkzeug, insbesondere zu dem im Wesentlichen ebenen Formteilrohling, insbesondere nach Schritt S1 1 ,
(S13) Ausbilden eines Aufnahmeraumes für die Elektrodenbaugruppe im
Formteilrohling, insbesondere in der Bearbeitungseinrichtung, insbesondere mittels Verformung des insbesondere erwärmten
Formteilrohlings mit einem Körper, wobei der Aufnahmeraum an die Gestalt der Elektrodenbaugruppe angepasst ist, welcher vorzugsweise im Wesentlichen der Gestalt der Elektrodenbaugruppe entspricht, welcher besonders bevorzugt durch Schließen des Formwerkzeugs erzeugt wird, insbesondere nach Schritt S12,
(S14) Zuführen eines insbesondere fließfähigen zweiten Polymermaterials, vorzugsweise unter Wärmeeinfluss und vorzugsweise mit einem
Differenzdruck zum umgebenden Luftdruck zu dem Formteilrohling in die Bearbeitungseinrichtung, insbesondere in das Formgebungswerkzeug, wobei das zweite Polymermaterial im Randbereich des Formteilrohlings angeordnet wird, insbesondere bei einer Arbeitstemperatur, welche wenigstens der Erweichungstemperatur des zweiten Polymermaterials entspricht, wobei vorzugsweise je einer dieser Kontaktierungsbereiche zumindest einer oder zwei dieser Stromleiteinrichtungen frei bleibt, insbesondere nach einem der Schritte S10, S1 1 , S12 oder S13,
(S15) Verfestigen des verformten Formteilrohlings, vorzugsweise durch
Abkühlen auf eine Entnahmetemperatur, welche insbesondere unter der Erweichungstemperatur des ersten Polymermaterials liegt, welche insbesondere unter der Erweichungstemperatur des zweiten
Polymermaterials liegt, insbesondere nach Schritt S14,
(S16) Entnehmen des insbesondere verformten Formteilrohlings, nachfolgend auch erstes Gehäuseteil genannt, aus der Bearbeitungseinrichtung, insbesondere bei einer Entnahmetemperatur, welche unter der
Erweichungstemperatur des ersten Polymermaterials liegt, insbesondere nach einem der Schritte S14 oder S15,
(S17) Bereitstellen des ersten Gehäuseteils bzw. des insbesondere verformten Formteilrohlings, vorzugsweise in einer Bearbeitungseinrichtung, welche insbesondere zum Ausbilden des Zellgehäuses um die
Elektrodenbaugruppe dient, insbesondere nach Schritt S16,
(S18) elektrisches, insbesondere stoffschlüssiges Verbinden zumindest einer oder mehrerer dieser Ableiterfahnen mit zumindest einer oder mehrerer dieser Elektroden der Elektrodenbaugruppe, insbesondere mittels eines
Fügeverfahrens, vorzugsweise mittels eines Reibschweißverfahrens, besonders bevorzugt mittels Ultraschallschweißen, insbesondere nach Schritt S17 oder S19,
(S19) Zuführen der Elektrodenbaugruppe, welche vorzugsweise wenigstens eine oder mehrere dieser Ableiterfahnen aufweist, zu dem ersten
Gehäuseteil vorzugsweise in die Bearbeitungseinrichtung, insbesondere Einlegen der Elektrodenbaugruppe in den Aufnahmeraum des ersten Gehäuseteils, insbesondere nach Schritt S17,
(S20) elektrisches Verbinden der Elektrodenbaugruppe mit zumindest einer oder mehrerer dieser Stromleiteinrichtungen, insbesondere mittels eines Fügeverfahrens, vorzugsweise mittels eines Reibschweißverfahrens, besonders bevorzugt mittels Ultraschallschweißen, insbesondere nach Schritt S19,
(S21 ) elektrisches Verbinden zumindest einer oder mehrerer dieser
Ableiterfahnen mit einem dieser Stromableiter, welche derselben Stromleiteinrichtung zugehörig sind, insbesondere mittels eines Fügeverfahrens, vorzugsweise mittels eines Reibschweißverfahrens, besonders bevorzugt mittels Ultraschallschweißen, insbesondere nach Schritt S19,
(S22) elektrisches Verbinden von dem Kontaktierungsbereich zumindest einer oder mehrerer dieser Stromleiteinrichtungen mit zumindest einem oder mehreren dieser Elektrodenverbindungsbereiche zumindest einer dieser Funktionseinrichtungen des ersten Gehäuseteils, insbesondere im Bereich einer dieser Kontaktierungsausnehmungen des zweiten
Tragelements des ersten Gehäuseteils, insbesondere mittels eines Fügeverfahrens, vorzugsweise mittels eines Reibschweißverfahrens, besonders bevorzugt mittels Ultraschallschweißen, insbesondere nach Schritt S11 , insbesondere vor Schritt S26,
(S23) Zuführen des zweiten Gehäuseteils zu dem ersten Gehäuseteil wobei vorzugsweise das zweite Gehäuseteil in einem Randbereich das zweite Polymermaterial aufweist, insbesondere nach Schritt S22,
(S24) Zuführen des dritten Gehäuseteils zu dem ersten Gehäuseteil, wobei vorzugsweise ein erster Wärmeübertragungsbereich des dritten
Gehäuseteils benachbart zu der Elektrodenbaugruppe angeordnet, besonders bevorzugt in thermischen Kontakt mit der
Elektrodenbaugruppe gebracht wird, insbesondere nach Schritt S22,
(S25) Erwärmen insbesondere des Randbereichs des insbesondere ersten Gehäuseteils auf eine Arbeitstemperatur, welche wenigstens der Erweichungstemperatur des zweiten Polymermaterials entspricht,
(S26) insbesondere stoffschlüssiges Verbinden des zweiten Gehäuseteils oder des dritten Gehäuseteils mit dem ersten Gehäuseteil, insbesondere bei einer Arbeitstemperatur, welche wenigstens der Erweichungstemperatur des zweiten Polymermaterials entspricht, wobei vorzugsweise ein Randbereich des ersten Gehäuseteils mit dem zweiten Gehäuseteil oder dem dritten Gehäuseteil verbunden wird, insbesondere nach Schritt S25,
(S26') insbesondere stoffschlüssiges Verbinden des zweiten Gehäuseteils oder des dritten Gehäuseteils mit dem ersten Gehäuseteil, insbesondere unter Einsatz eines Dicht- und/oder Klebstoffes, wobei vorzugsweise ein Randbereich des ersten Gehäuseteil mit dem zweiten Gehäuseteil oder dem dritten Gehäuseteil verbunden wird, insbesondere nach Schritt S25,
(S26") insbesondere stoffschlüssiges Verbinden des zweiten Gehäuseteils oder des dritten Gehäuseteils mit dem ersten Gehäuseteil, vorzugsweise unter Zuführen eines insbesondere fließfähigen zweiten Polymermaterial, vorzugsweise unter Wärmeeinfluss und bei einem Differenzdruck bezüglich der Umgebung der Bearbeitungseinrichtung, insbesondere in das Formgebungswerkzeug, wobei das zweite Polymermaterial im
Randbereich des zumindest eines der Gehäuseteil angeordnet wird, insbesondere bei einer Temperatur, welche wenigstens der
Erweichungstemperatur des zweiten Polymermaterial entspricht, wobei vorzugsweise je einer dieser Kontaktierungsbereich zumindest einer oder zwei dieser Stromleiteinrichtung und frei bleibt, wobei vorzugsweise ein Randbereich des ersten Gehäuseteil mit dem zweiten Gehäuseteil oder dem dritten Gehäuseteil verbunden wird, insbesondere nach Schritt S25,
(527) Zusammenführen mehrerer dieser Funktionselemente in einer dieser Funktionseinrichtungen, wodurch insbesondere eine Funktionsbaugruppe gebildet wird, insbesondere vor Schritt S3,
(528) Senken des Luftdrucks in der Umgebung des ersten Gehäuseteils,
insbesondere vor Schritt S26, worauf der höhere Normaldruck in der Umgebung des nach Schritt S26 geschlossenen Zellgehäuses eine Reibkraft zwischen Zellgehäuse und Elektrodenbaugruppe bewirkt, welche einer unerwünschten Relativbewegung von Zellgehäuse und Elektrodenbaugruppe begegnet,
(S29) Erzeugen einer dieser Isoliereinrichtungen, vorzugsweise als Isolierlage, vorzugsweise mit einer Ausnehmung.
Unter einem Differenzdruck bezüglich der Umgebung der
Bearbeitungseinrichtung in Schritt S26" ist im Sinne der Erfindung zu verstehen, dass das zweite Polymermaterial beim Zuführen in die Bearbeitungseinrichtung einen höheren statischen Druck aufweist, als der statische Druck in der
Bearbeitungseinrichtung. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des Schritt S26" ist das zweite Polymermaterial mit einem Überdruck bezüglich der
Umgebung der Bearbeitungseinrichtung beaufschlagt. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Schritt S26" liegt im Bereich der in die
Bearbeitungseinrichtung eingelegten Gehäuseteile ein Unterdruck bezüglich der Umgebung der Bearbeitungseinrichtung vor. Beide Druckdifferenzen dienen der Zufuhr des zweiten Polymermaterial in die Bearbeitungseinrichtung. Beide Ausgestaltungen bieten den Vorteil, dass die Füllung von für das zweite
Polymermaterial vorgesehene Bereiche der Bearbeitungseinrichtung beim Verbinden der eingelegten Gehäuseteile verbessert ist. Das erfindungsgemäße Herstellverfahren bietet den Vorteil, dass das
Zellgehäuse bzw. dessen erstes Gehäuseteil mit einer vorbestimmten
Biegesteifigkeit und/oder einer vorbestimmten Fähigkeit zur Energieaufnahme bezüglich eines aus der Umgebung auf die Wandlerzelle einwirkenden
Fremdkörpers herstellbar ist, wodurch insbesondere die mechanische
Widerstandsfähigkeit der Wandlerzelle verbessert ist. Vorzugsweise wird dazu Schritt S2 mehrfach vor Schritt S4 ausgeführt, worauf mehrere erste
Trageelemente mit der Funktionseinrichtung zum Schichtverbund bzw.
Formteilrohling verbunden werden. Das erfindungsgemäße Herste II verfahren bietet den Vorteil, dass das
Zellgehäuse bzw. dessen erstes Gehäuseteil, welches innerhalb des
Betriebstemperaturbereichs eine vorbestimmten Biegesteifigkeit und/oder eine vorbestimmten Fähigkeit zur Energieaufnahme bezüglich eines aus der
Umgebung auf die Wandlerzelle einwirkenden Fremdkörpers aufweist, bei der Arbeitstemperatur mit geringerem Energieaufwand hergestellt werden kann.
Das erfindungsgemäße Herste II verfahren bietet den Vorteil, dass das erste Tragelement den Zusammenhalt der Funktionseinrichtung verbessert, wodurch die Widerstandsfähigkeit der Wandlerzelle gegenüber Vibrationen bzw. die Funktionsfähigkeit der Wandlerzelle bei Vibrationen verbessert ist.
Das erfindungsgemäße Herstellverfahren bietet den Vorteil, dass insbesondere im Gegensatz zu Wandlerzellen mit folienartigem Zellgehäuse auf separate, versteifende Bauteile verzichtet werden kann.
Das erfindungsgemäße Herste II verfahren bietet den Vorteil, dass nach
Ausbildung der Funktionseinrichtung, des Schichtverbunds und/oder des ersten Gehäuseteils die späteren Fertigungsschritte vereinfacht sind. So werden Herste II kosten gespart. Das erfindungsgemäße Herstellverfahren bietet den weiteren Vorteil, dass Ausbeute und Qualität der Herstellung verbessert sind.
Das erfindungsgemäße Herstellverfahren bietet den Vorteil, dass das
Zellgehäuse einfach und kostengünstig an Elektrodenbaugruppen verschiedener Nennladekapazitäten anpassbar ist, insbesondere indem der Aufnahmeraum im ersten Gehäuseteil erst unmittelbar vor dem Einlegen der Elektrodenbaugruppe hergestellt werden kann. So sind Lagerkosten verringerbar.
Bevorzugte Ausgestaltungen des vorgenannten erfindungsgemäßen
Verfahrens zur Herstellung einer Wandlerzelle Eine erste bevorzugte Ausgestaltung des vorgenannten erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer Wandlerzelle, insbesondere zum Schließen des Zellgehäuses um die Elektrodenbaugruppe, ist gekennzeichnet durch die Schritte: · S17, S19, S20, S23 und S26, wobei das Zellgehäuse eines dieser
zweiten Gehäuseteile aufweist, oder
• S17, S19, S20, S24 und S26, wobei das Zellgehäuse eines dieser dritten Gehäuseteile aufweist.
Diese bevorzugte Ausgestaltung des Verfahrens bietet den Vorteil, dass zumindest einer oder mehrere dieser Funktionseinrichtungen des ersten
Gehäuseteils innerhalb des Zellgehäuses insbesondere geschützt angeordnet werden.
Vorzugsweise weist das Verfahren auch Schritt S25 auf. Diese bevorzugte Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die stoffschlüssige Verbindung des erwärmten Randbereichs mit dem zweiten Polymermaterial verbessert ist.
Vorzugsweise ist Schritt S26 durch Schritt S26' ersetzt. Diese bevorzugte Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass das Verbinden dieser Gehäuseteil bei einer Temperatur unterhalb der Erweichungstemperatur des ersten oder zweiten Polymermaterials, besonders bevorzugt bei Raumtemperatur erfolgen kann, wodurch Energie eingespart werden kann.
Vorzugsweise ist Schritt S26 durch Schritt S26" ersetzt. Diese bevorzugte Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die Füllung von für das zweite
Polymermaterial vorgesehene Bereiche der Bearbeitungseinrichtung beim Verbinden der eingelegten Gehäuseteile verbessert ist. Eine zweite bevorzugte Ausgestaltung des vorgenannten erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer Wandlerzelle, insbesondere zum Herstellen des ersten Gehäuseteils, ist gekennzeichnet durch die Schritte: S1 1 , S12, S14, S15, S16. Vorzugsweise weist diese Ausgestaltung des Verfahrens Schritt S10 zum Erwärmen des Formteilrohlings auf. Vorzugsweise weist diese
Ausgestaltung des Verfahrens Schritt S13 zur Ausbildung des Aufnahmeraums auf. Diese bevorzugte Ausgestaltung des Verfahrens bietet den Vorteil, dass zumindest eine oder mehrere dieser Stromleiteinrichtungen von dem zweiten Polymermaterial insbesondere gasdicht umschlossen ist, womit insbesondere einem Austausch von Substanzen zwischen dem Innenraum des Zellgehäuses und der Umgebung der Wandlerzelle entgegengewirkt ist.
Eine dritte bevorzugte Ausgestaltung des vorgenannten erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer Wandlerzelle, insbesondere zum Herstellen eines Schichtverbunds, wobei der Schichtverbund das erste Tragelement, zumindest eine oder mehrere dieser Funktionseinrichtungen und vorzugsweise das zweite Tragelement aufweist, ist gekennzeichnet durch die Schritte: S2, S3, S4. Diese bevorzugte Ausgestaltung des Verfahrens bietet den Vorteil, dass eine insbesondere stoffschlüssige Verbindung zwischen dem ersten
Tragelement und zumindest einer dieser Funktionseinrichtungen erzeugt wird, wodurch der Zusammenhalt dieser Funktionseinrichtung insbesondere bei Stößen verbessert ist. Vorzugsweise wird unter Schritt S3 als
Funktionseinrichtung bzw. Funktionsbaugruppe zumindest eine bestückte, insbesondere flexible Leiterplatte auf die erste Tragelement aufgelegt. Dabei weist diese Leiterplatte die Funktionselemente gemäß der ersten bevorzugten Ausgestaltung der Funktionseinrichtung auf. Diese bevorzugte Ausgestaltung des Verfahrens bietet den Vorteil, dass in der Funktionseinrichtung, welche mit dem ersten Tragelement verbunden bzw. insbesondere unverlierbarer Teil des Zellgehäuses ist, zahlreiche Funktionen zur Steuerung bzw. Überwachung der Elektrodenbaugruppe verwirklicht werden können. Vorzugsweise weist diese Ausgestaltung des Verfahrens insbesondere nach Schritt S2 auch den Schritt S2' auf. Dabei werden zwei erste Tragschichten aufeinander gelegt. Diese bevorzugte Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die Wandstärke des Schichtverbunds erhöht ist, womit ein verbesserter
mechanischer Schutz einer benachbarten Funktionseinrichtung erreicht wird.
Vorzugsweise weist diese Ausgestaltung des Verfahrens auch die Schritte S5 und S6 auf. Besonders bevorzugt erfolgt Schritt S5 vor den zeitgleich ausgeführten Schritten S4 und S6. Diese bevorzugte Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass das Gehäuseteil mit zumindest einer dieser zweiten Tragelemente versteift ist. Diese bevorzugte Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass das diese Funktionseinrichtung durch dieses zweite Tragelement gegenüber der
Elektrodenbaugruppe elektrisch isoliert ist.
Vorzugsweise weist diese Ausgestaltung des Verfahrens insbesondere vor Schritt S2 auch einen der Schritte S1 , S1 ' oder S1 " auf, besonders bevorzugt mit Schritt S27. Diese bevorzugte Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die unmittelbar vorausgehende Erzeugung auch der Funktionseinrichtung
Lagerkosten einspart.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung dieser bevorzugten Ausgestaltung wird der Schichtverbund mit unterschiedlichen Wandstärken hergestellt. Dabei werden Bereiche für das erste Gehäuseteil, das zweite Gehäuseteil und für einen Scharnierbereich hergestellt. Der Scharnierbereich wird mit geringerer Wandstärke als die Bereiche für die Gehäuseteile und vorzugsweise ohne Funktionseinrichtung hergestellt, vorzugsweise indem die Bereiche für die Gehäuseteile zusätzliche Tragschichten erhalten oder der Scharnierbereich nur eine dieser ersten Tragschichten aufweist. Der Scharnierbereich ist zwischen dem Bereich für das erste Gehäuseteil und dem Bereich für das zweite
Gehäuseteil angeordnet. Später wird der Formteilrohling so abgelängt, dass er an einem ersten Ende diesen Bereich für das erste Gehäuseteil, an einem gegenüberliegenden Ende diesen Bereich für das zweite Gehäuseteil und dazwischen liegend dem Scharnierbereich aufweist. Diese Weiterbildung bietet den Vorteil, dass die Länge der abzudichtenden Kanten des insbesondere quaderförmigen Zellgehäuses verringert ist.
Zum Schließen des Zellgehäuses bzw. beim Verbinden des ersten Gehäuseteils mit dem zweiten Gehäuseteil wird der Scharnierbereich auf eine
Arbeitstemperatur oberhalb der Erweichungstemperatur des ersten
Polymermaterials gebracht und derart umgebogen, dass der Bereich für das erste Gehäuseteil dem Bereich für das zweite Gehäuseteil gegenüberliegt.
Anschließend, insbesondere nach dem Verbinden der Gehäuseteile um die Elektrodenbaugruppe, wird der Scharnierbereich auf eine Entnahmetemperatur, insbesondere unter die Erweichungstemperatur des ersten Polymermaterials gebracht.
Eine vierte bevorzugte Ausgestaltung des vorgenannten erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer Wandlerzelle, insbesondere zum Herstellen der ersten bevorzugten Weiterbildung der ersten bevorzugten Ausführungsform der Wandlerzelle, ist gekennzeichnet durch die Schritte:
• S1 1 , wobei einer dieser Formteilrohlinge mit einer dieser
Funktionseinrichtungen einer Bearbeitungseinrichtung zugeführt wird, wobei diese Funktionseinrichtung zumindest einen dieser
Elektrodenverbindungsbereiche aufweist,
S12, wobei eine oder vorzugsweise zwei dieser Stromleiteinrichtungen bzw. deren Stromableiter zu diesem Formteilrohling in das
Formgebungswerkzeug gegeben und dort im Randbereich des
Formteilrohlings bzw. des künftigen ersten Gehäuseteils angeordnet werden, • vorzugsweise S22, wobei zumindest einer dieser Kontaktierungsbereiche einer dieser Stromleiteinrichtungen bzw. eines dieser Stromableiter mit zumindest einem dieser Elektrodenverbindungsbereiche der
Funktionseinrichtung elektrisch verbunden wird,
S10, S13 und S14, wobei vorzugsweise S10 zeitlich vor S13,
vorzugsweise S13 zeitgleich mit S14 ausgeführt wird, worauf der Formteilrohling einen Aufnahmeraum für die Elektrodenbaugruppe erhält und zweites Polymermaterial derart im Randbereich des Formteilrohlings angeordnet ist, dass die eingelegten Stromleiteinrichtungen bzw. deren Stromableiter insbesondere gasdicht von dem zweiten Polymermaterial umschlossen sind,
• S15, worauf das erweichte erste Polymermaterial des ersten
Tragelements wieder an Festigkeit gewinnt und das resultierende erste Gehäuseteil dem Formgebungswerkzeug entnommen werden kann,
S18, zur Ausrüstung der Elektrodenbaugruppe mit zumindest einer oder mehrerer dieser Ableiterfahnen, wobei die Ableiterfahnen mit zumindest einer dieser Elektroden erster Polarität oder mit zumindest dieser der Elektroden zweiter Polarität verbunden werden,
S17 und S19, womit die Elektrodenbaugruppe dem in der
Bearbeitungseinrichtung bereitgestellten ersten Gehäuseteil zugeführt wird, vorzugsweise im Aufnahmeraum des ersten Gehäuseteil angeordnet wird,
• S21 , wobei diese Ableiterfahnen, welche mit diesen Elektroden erster Polarität verbunden sind, und dieser Ableiterfahnen, welche mit diesen Elektroden zweiter Polarität verbunden sind, mit verschiedenen Stromableitern elektrisch verbunden werden, insbesondere mittels eines Fügeverfahrens,
• S23, wobei das zweite Gehäuseteil zu dem ersten Gehäuseteil und zu der Elektrodenbaugruppe in die Bearbeitungseinrichtung eingelegt wird, wobei zumindest einer dieser Randbereiche des ersten Gehäuseteils und zumindest einem dieser Randbereich des zweiten Gehäuseteils zueinander benachbart angeordnet werden, vorzugsweise S25, wobei insbesondere der Randbereich des
insbesondere ersten Gehäuseteils erwärmt wird auf eine
Arbeitstemperatur, welche wenigstens der Erweichungstemperatur des zweiten Polymermaterials entspricht,
S26, wobei insbesondere die Randbereiche, vorzugsweise die zweiten Polymermaterialien des ersten Gehäuseteils und des zweiten
Gehäuseteils insbesondere stoffschlüssig miteinander verbunden werden, insbesondere bei einer Arbeitstemperatur, welche wenigstens der Erweichungstemperatur des zweiten Polymermaterial entspricht.
Eine fünfte bevorzugte Ausgestaltung des vorgenannten erfindungsgemäßen Verfahrens dient zur Herstellung einer Wandlerzelle, insbesondere zur
Herstellung der vorgenannten fünften bevorzugten Ausführungsform der Wandlerzelle, insbesondere zur Herstellung eines dieser ersten und/oder zweiten Gehäuseteile mit zwei dieser Funktionseinrichtungen und der
Isoliereinrichtung.
Das erste und/oder zweite Gehäuseteil weisen je das erste Tragelement und das zweite Tragelement auf, wobei die beiden Funktionseinrichtungen und die Isoliereinrichtung zwischen diesen Tragelementen angeordnet sind. Die erste und die zweite Funktionseinrichtung sind als elektrischer Leiter, vorzugsweise als Metallfolien, und je mit einem dieser Elektrodenverbindungsbereiche ausgebildet. Die erste Funktionseinrichtung des benachbart zum ersten
Tragelement angeordnet. Die Isoliereinrichtung ist als Isolierlage ausgebildet und weist benachbart zum Elektrodenverbindung der ersten
Funktionseinrichtung eine Ausnehmung auf. Die zweite Funktionseinrichtung weist benachbart zu der Ausnehmung der Isolierlage eine dieser Ausnehmungen auf. Das zweite Tragelement, welches benachbart zur zweiten
Funktionseinrichtung angeordnet ist, weist benachbart zu den
Elektrodenverbindungsbereichen der ersten und zweiten Funktionseinrichtung je eine dieser Kontaktierungsausnehmungen auf.
Das Verfahren ist gekennzeichnet durch die Schritte:
• S1 , dieser Schritt wird mehrfach ausgeführt, wobei zunächst die erste Funktionseinrichtung zumindest mit einem dieser
Elektrodenverbindungsbereiche ausgebildet wird, anschließend die zweite Funktionseinrichtung zumindest mit einem dieser
Elektrodenverbindungsbereiche und mit dieser Ausnehmung ausgebildet wird,
• S29, Erzeugen einer dieser Isoliereinrichtungen, vorzugsweise als
Isolierlage, vorzugsweise mit einer Ausnehmung,
• S2,
• S3, dieser Schritt wird mehrfach ausgeführt, wobei zunächst die erste Funktionseinrichtung auf das erste Tragelement, später die zweite Funktionseinrichtung auf die Isoliereinrichtung aufgelegt wird,
• S3', wobei die Isoliereinrichtung auf die erste Funktionseinrichtung
aufgelegt wird, • vorzugsweise S4, womit dieser Schichtverbund gebildet wird,
• S5,
• vorzugsweise S6, womit das zweite Tragelement diesem Schichtverbund zugeführt wird. Während der mehrfach ausgeführten Schritte S3 und Schritt S3' werden die Ausnehmungen der Isoliereinrichtung und der zweiten Funktionseinrichtung sowie die Kontaktierungsausnehmungen des zweiten Tragelements so angeordnet, dass die Elektrodenverbindungsbereiche der ersten und zweiten Funktionseinrichtungen durch die genannten Ausnehmungen und
Kontaktierungsausnehmungen gegenüber den Stromleiteinrichtungen frei liegen.
Nach diesen Schritten ist ein Schichtverbund mit dem ersten Tragelement, diesen zwei Funktionseinrichtungen, dieser Isoliereinrichtung und dem zweiten Tragelement gebildet. Vorzugsweise wird der Schichtverbund gemäß Schritt S7 der vierten Bevorratung zugeführt. Anschließend werden die Schritte S1 1 , S12, S14, S15, S16 durchgeführt.
Vorzugsweise wird Schritt S13 zur Ausbildung des Aufnahmeraums ausgeführt. Besonders bevorzugt wird Schritt S10 zum Erwärmen des Formteilrohlings bzw. zum Erweichen des ersten Polymermaterials ausgeführt, womit die Ausbildung des Aufnahmeraums bei erweichtem erstem Polymermaterial vereinfacht ist. Damit entsteht ein Gehäuseteil für eine bevorzugte Ausführungsform,
insbesondere für die bevorzugte fünfte Ausführungsform mit drei
Funktionseinrichtungen und mit zwei dieser Stromableiter (S1 1 )
unterschiedlicher Polarität, welche vom zweiten Polymermaterial (S13) insbesondere gasdicht umschlossen sind. Anschließend werden die folgenden Schritte ausgeführt: vorzugsweise S18, zur Ausrüstung der Elektrodenbaugruppe mit zumindest einer oder mehrerer dieser Ableiterfahnen, wobei die
Ableiterfahnen mit zumindest einer dieser Elektroden erster Polarität oder mit zumindest dieser der Elektroden zweiter Polarität verbunden werden,
S17 und S19, womit die Elektrodenbaugruppe dem in der
Bearbeitungseinrichtung bereitgestellten ersten Gehäuseteil zugeführt wird, vorzugsweise im Aufnahmeraum des ersten Gehäuseteil
angeordnet wird,
521 , wobei diese Ableiterfahnen, welche mit diesen Elektroden erster Polarität verbunden sind, und dieser Ableiterfahnen, welche mit diesen Elektroden zweiter Polarität verbunden sind, mit verschiedenen
Stromableitern elektrisch verbunden werden, insbesondere mittels eines Fügeverfahrens,
522, wobei einer dieser Elektrodenverbindungsbereiche mit einem dieser Stromableiter erster Polarität, insbesondere mit dessen
Kontaktierungsbereich elektrisch verbunden wird, wobei ein anderer dieser Elektrodenverbindungsbereiche mit einem dieser Stromableiter zweiter Polarität, insbesondere mit dessen Kontaktierungsbereich elektrisch verbunden wird,
523, wobei das zweite Gehäuseteil zu dem ersten Gehäuseteil und zu der Elektrodenbaugruppe in die Bearbeitungseinrichtung eingelegt wird, wobei zumindest einer dieser Randbereiche des ersten Gehäuseteils und zumindest einem dieser Randbereich des zweiten Gehäuseteils zueinander benachbart angeordnet werden,
S26, wobei insbesondere die Randbereiche, vorzugsweise die zweiten Polymermaterialien des ersten Gehäuseteils und des zweiten Gehäuseteils insbesondere stoffschlüssig miteinander verbunden werden, insbesondere einer Arbeitstemperatur, welche wenigstens der Erweichungstemperatur des zweiten Polymermaterial entspricht.
Als Ergebnis dieses bevorzugten Herstellverfahrens entsteht eine Wandlerzelle, welche den Vorteil einer erhöhten Betriebssicherheit aufweist.
Wenn ein Fremdkörper aus der Umgebung der Wandlerzelle die
Isoliereinrichtung durchdringt, beispielsweise bei einem Unfall, dann ist deren isolierende Wirkung beeinträchtigt. Als Folge der Durchdringung der
Isoliereinrichtung kann sich eine elektrische Berührung von erster und zweiter Funktionseinrichtung einstellen, insbesondere mit einem elektrischen
Widerstand RF. In diesem Zustand der Isoliereinrichtung, nachfolgend zweiter Zustand genannt, können die erste Funktionseinrichtung und die zweite
Funktionseinrichtung miteinander elektrisch verbunden sein. Dann kann ein elektrischer Strom lF zwischen der ersten und der zweiten Funktionseinrichtung und somit zwischen den Elektroden unterschiedlicher Polarität fließen. Der elektrische Widerstand RF dient insbesondere der Begrenzung des elektrischen Stroms lF. Der elektrische Widerstand RF dient insbesondere der Wandlung eines Teils der in der Elektrodenbaugruppe gespeicherten Energie in
Wärmeenergie. Im Anschluss an diese Energiewandlung ist die in der
Elektrodenbaugruppe verbliebene Energie verringert. Anschließend kann die beschädigte Wandlerzelle mit verringertem Energieinhalt bei verminderter Gefahr geborgen werden. Diese bevorzugte Ausführungsform bietet den Vorteil erhöhter Sicherheit der Wandlerzelle, selbst wenn ein Fremdkörper eindringt.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Zusammenhang mit den Figuren. Es zeigt: Fig. 1 schematisch Details einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen elektrochemischen Energiewandlereinrichtung,
Fig. 2 schematisch zwei verschiedenen Schichtverbünde für erste
Gehäuseteile,
Fig. 3 schematische Schnitte durch erste Gehäuseteile mit verschiedenen Funktionselementen bzw. ersten und zweiten Schichtbereichen,
Fig. 4 eine schematische Ansicht eines ersten Gehäuseteils mit ersten und zweiten Schichtbereichen,
Fig. 5 schematisch einen Schnitt durch ein erstes Gehäuseteil mit einem metallischen Einleger,
Fig. 6 einen schematischen Schnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform einer Wandlerzelle,
Fig. 7 schematisch eine Bearbeitungseinrichtung zur Herstellung eines
Schichtverbunds für ein erstes Gehäuseteil,
Fig. 8 schematisch eine Bearbeitungseinrichtung zur Herstellung eines
Schichtverbunds für eine bestimmte Ausführungsform eines ersten Gehäuseteils, wobei eine dieser Funktionseinrichtungen als bestückte, flexible Leiterplatte ausgebildet ist,
Fig. 9 schematisch das Ablängen von Formteilrohlingen von einem
vorbereiteten Schichtverbund,
Fig. 10 schematisch die Herstellung eines ersten Gehäuseteils aus einem
Formteilrohling mit Zuführung eines zweites Polymermaterials im Randbereich, mit Ausbildung eines Aufnahmeraums für eine
Elektrodenbaugruppe, mit Umspritzen von Stromableitern und vom Randbereich des Formteilrohlings, in einer Bearbeitungseinrichtung,
Fig. 1 1 verschiedene Ansichten und Schnitte eines ersten Gehäuseteil mit
Aufnahmeraum,
Fig. 12 schematisch eine Wandlerzelle mit einem zweiteiligen Zellgehäuse, wobei das erste Gehäuseteil als Becher und das zweite Gehäuseteil als Deckel ausgebildet sind,
Fig. 13 schematisch eine Wandlerzelle mit einem zweiteiligen Zellgehäuse, wobei die Gehäuseteile durch einen Rahmen aus zweitem
Polymermaterial beabstandet sind
Fig. 14 schematisch weitere bevorzugte Ausführungsformen von Wandlerzellen jeweils mit einem zweiteiligen Zellgehäuse und je mit zwei
Stromableitern, welche sich in die Umgebung der Wandlerzelle erstrecken,
Fig. 15 schematisch weitere bevorzugte Ausführungsformen von Wandlerzellen jeweils mit einem zweiteiligen Zellgehäuse und mit
Stromleiteinrichtungen, welche im wesentlichen mit je einer
Mantelfläche des Zellgehäuses abschließen, Fig. 16 schematisch weitere bevorzugte Ausführungsformen von Wandlerzellen jeweils mit einem zweiteiligen Zellgehäuse, je mit Wandlerbaugruppe und zwei Fluiddurchlässen
Fig. 17 schematisch einen Schnitt durch ein erstes Gehäuseteil mit zwei
Funktionseinrichtungen und mit einer Isoliereinrichtung. FiguM zeigt schematisch Details einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen elektrochemischen Energiewandlereinrichtung bzw.
Wandlerzelle 1 mit einem ersten Gehäuseteil 6. Vorteilhaft sind das erste Tragelement 7und das zweite Tragelement 7a als Tragschichten ausgebildet. Figur 1 a zeigt, dass das erste Gehäuseteil 6 in einem Randbereich mit einem zweiten Polymermaterial 21 umspritzt ist. Ein Stromableiter 14 ist von dem zweiten Polymermaterial 21 insbesondere gasdicht umspritzt und insbesondere im wesentlichen unverrückbar mit dem ersten Gehäuseteil 6 verbunden. Das erste Gehäuseteil 6 weist das erste Tragelement 7, das zweite Tragelement 7a und eine Funktionseinrichtung 8 auf, wobei die Funktionseinrichtung 8 die Tragelemente 7, 7a beanstandet.
Figur 1 b zeigt, dass Ableiterfahnen 13 mit dem Stromableiter 14 verschweißt sind. Die Ableiterfahnen 13 sind auch mit Elektroden erster Polarität einer nicht dargestellten Elektrodenbaugruppe elektrisch, insbesondere stoffschlüssig verbunden. Diese elektrische Verbindung ist erzeugt worden, nachdem die nicht dargestellte Elektrodenbaugruppe in das erste Gehäuseteil 6 eingelegt worden ist und bevor das Zellgehäuse geschlossen wird.
Figur 1 c zeigt das erste Gehäuseteil 6 und ein zweites Gehäuseteil 6a, deren Randbereiche jeweils mit dem zweiten Polymermaterial 21 umspritzt sind.
Jeweils sind ein Stromableiter 14, 14a mit einem der Gehäuseteile 6, 6a durch zweite Polymermaterialen 21 verbunden. Mit den Stromableitern 14, 14a sind Gruppen von Ableiterfahnen 13, 13a verschweißt. Diese Gruppen von
Ableiterfahnen 13, 13a sind mit Elektroden unterschiedlicher Polarität derselben nicht dargestellten Elektrodenbaugruppe elektrisch verbunden. So weist der erste Stromableiter 14 eine andere Polarität auf als der zweite Stromableiter 14a. Das Zellgehäuse ist noch nicht geschlossen. Figur 1 d zeigt schematisch ein Detail der Wandlerzelle 1 , nachdem das
Zellgehäuse 5 durch stoffschlüssiges Verbinden des ersten Gehäuseteils 6 mit dem zweiten Gehäuseteil 6a geschlossen wurde. Dabei wurden zweite
Polymermaterialien 21 der Randbereiche der Gehäuseteile 6, 6a miteinander verschmolzen. Aus dem Zellgehäuse 5 erstrecken sich die Stromableiter 14, 14a. Auch erstrecken sich die Stromableiter 14, 14a im Zellgehäuse 5.
Figur 2 zeigt schematisch zwei verschiedene Schichtverbünde 18, 18a für ein erstes Gehäuseteil. Vorteilhaft sind das erste Tragelement 7und das zweite Tragelement 7a als Tragschichten ausgebildet. Der Schichtverbund 18 weist zwei Tragelemente 7, 7a auf, welche vier
Funktionseinrichtungen 8, 8a, 8b, 8c umgeben bzw. umschließen. Die einzelnen Funktionseinrichtungen erfüllen verschiedene Aufgaben und weisen dazu verschiedene Funktionselemente auf. Das zweite Tragelement 7a weist eine Anordnung von Ausnehmungen bzw. Löchern auf, welche einer Substanz insbesondere aus der nicht dargestellten Elektrodenbaugruppe den Durchtritt zur vierten Funktionseinrichtung 8c ermöglichen. Die vierte Funktionseinrichtung 8c weist einen Drucksensor, ein Thermoelement und einen Sensor für
Fluorwasserstoff auf, wobei die Sensoren nicht dargestellt sind. Die dritte
Funktionseinrichtung 8b isoliert die zweite Funktionseinrichtung 8a von der Elektrobaugruppe chemisch und elektrisch. Die dritte Funktionseinrichtung 8b weist aber Funktionselemente zum Signalaustausch zwischen der zweiten Funktionseinrichtung 8a und den genannten Sensoren auf. Die zweite
Funktionseinrichtung 8a weist eine nicht dargestellte Zellsteuereinrichtung auf, welche Signale der genannten Sensoren verarbeitet und der Betrieb der ebenfalls nicht dargestellten Elektrodenbaugruppe steuert. Die erste
Funktionseinrichtung 8 ist als Baumwollage mit Alaun als flammhemmendem Füllstoff auf und dient dem Schutz der darunter liegenden zweiten
Funktionseinrichtung 8a. Der Schichtverbund 18a weist nur eine Funktionseinrichtung 8 auf. Hier sind der Drucksensor, das Thermoelement und die Zellsteuereinrichtung Teil derselben Funktionseinrichtung 8.
Figur 3 zeigt schematische Schnitte durch verschiedene Ausgestaltungen des ersten Gehäuseteils 6 mit verschiedenen Funktionseinrichtungen 8, 8a, 8b, 8c sowie ersten und zweiten Schichtbereichen 10, 10a. Die Funktionseinrichtung 8 von dem ersten Tragelement 7 und dem zweiten Tragelement 7a umgeben. Vorteilhaft sind das erste Tragelement 7und das zweite Tragelement 7a als Tragschichten ausgebildet. Die Funktionseinrichtung 8 weist zwei
Schichtbereiche 10, 10a auf, wobei der erste Schichtbereich 10 eine größere Wandstärke aufweist, als der zweite Schichtbereich 10a. Die
Funktionseinrichtung 8a weist mehrere erste Schichtbereiche 10 auf, in denen Kanäle für ein Temperiermedium verlaufen. Die Funktionseinrichtung 8b weist mehrere erste Schichtbereiche 10 auf, welche mit einem Schaum gefüllt sind. Dazu ist die Funktionseinrichtung 8a mit einem expandierbaren Füllstoff gefüllt, welcher bei Zufuhr einer Aktivierungsenergie Hohlräume ausbildet. Die
Funktionseinrichtung 8c weist eine Hohlraumstruktur, insbesondere eine
Wabenstruktur auf, welche der Gewichtsersparnis bei erhöhter Biegesteifigkeit des ersten Gehäuseteils 6 dient. Figur 4 zeigt eine schematische Ansicht eines ersten Gehäuseteils 6 mit ersten Schichtbereichen 10 und zweiten Schichtbereichen 10a der
Funktionseinrichtung. Der ersten Schichtbereiche 10, auch markiert durch den Buchstaben„H" weisen eine größere Wandstärke auf, als die zweiten
Schichtbereiche 10a, auch markiert durch den Buchstaben„L". Vorteilhaft sind das erste Tragelement 7und das zweite Tragelement 7a als Tragschichten ausgebildet.
Figur 5 zeigt schematisch einen Schnitt durch ein erstes Gehäuseteil 6 mit einem insbesondere metallischen Einleger 22, welcher sich sowohl in der Funktionseinrichtung 8 als auch außerhalb dieser Funktionseinrichtung erstreckt. Vereinfacht sind die benachbarten Tragelemente nicht dargestellt. Der Einleger 22 dient der Versteifung des ersten Gehäuseteils 6, insbesondere der Erhöhung der Biegesteifigkeit des ersten Gehäuseteils 6. Der Einleger 22 ist profiliert für erhöhte Biegesteifigkeit. Figur 6 zeigt einen schematischen Schnitt durch eine bevorzugte
Ausführungsform einer Wandlerzelle. Eine Elektrodenbaugruppe 2 ist in ein erstes Gehäuseteil eingelegt und mit Stromableitern 14, 14a elektrisch verbunden. Nicht dargestellt sind Ableiterfahnen, welcher der elektrischen Verbindung zwischen einem Stromableiter 14, 14a und einer Elektrode der Elektrodenbaugruppe 2 dienen. Beide Stromableiter 14, 14a weisen
Kontaktierungsbereiche 12, 12a auf. Von dem ersten Gehäuseteil ist lediglich das zweite Polymermaterial 21 dargestellt. Tragelemente und
Funktionseinrichtungen sind nicht dargestellt, damit die Kontaktierungsbereiche 12, 12a besser erkennbar sind. Die Kontaktierungsbereiche 12, 12a erstrecken sich aus dem zweiten Polymermaterial 21 in Richtung der nicht dargestellten Funktionseinrichtung. Die Kontaktierungsbereiche 12, 12a dienen der elektrischen Verbindung, insbesondere der Versorgung der nicht dargestellten Funktionseinrichtung.
Figur 7 zeigt schematisch eine Bearbeitungseinrichtung 2 zur Herstellung eines Schichtverbunds 18 für ein erstes Gehäuseteil. Von verschiedenen
Bevorratungen werden das erste Tragelement 7, das zweite Tragelement 7a und zwei Funktionseinrichtungen 8, 8a abgewickelt. Vorteilhaft sind das erste Tragelement 7und das zweite Tragelement 7a als Tragschichten ausgebildet. Diese Schichten werden der Bearbeitungseinrichtung 20 zugeführt, hier ausgebildet als Doppelbandpresse 20. Insbesondere unter Wärmeeinfluss werden die aufeinander gelegten Schichten in der Doppelbandpresse 20 miteinander zum Schichtverbund 18 verbunden. Der Schichtverbund 18 wird einer Bevorratung 19 zugeführt. Figur 8 zeigt schematisch eine Bearbeitungseinrichtung 20 zur Herstellung eines Schichtverbunds 18 für eine bevorzugte Ausführungsform eines ersten
Gehäuseteils, mit mehreren Funktionseinrichtungen, wobei eine dieser
Funktionseinrichtungen als bestückte, flexible Leiterplatte 8a ausgebildet ist. Zunächst wird die erste Funktionseinrichtung 8 abgewickelt. Von einem Greifer werden die Leiterplatten 8a einzeln auf die erste Funktionseinrichtung 8 aufgelegt, vorzugsweise mit einem mindesten Abstand zwischen zwei
Leiterplatten. Es werden eine weitere Funktionseinrichtung 8b sowie zwei Tragelemente 7, 7a abgewickelt. Vorteilhaft sind das erste Tragelement 7und das zweite Tragelement 7a als Tragschichten ausgebildet. Die Leiterplatte 8a wird von den Tragelementen 7, 7a umschlossen, bevor die Schichten der Doppelbandpresse 20 zugeführt werden. In der Doppelbandpresse 20 wird insbesondere unter Wärmeeinfluss der Schichtverbund 18 erzeugt. Der
Schichtverbund 18 wird der Bevorratung 19 zugeführt. Figur 9 zeigt schematisch das Ablängen von Formteilrohlingen 23 von einem vorbereiteten Schichtverbund 18, insbesondere mittels einer Trenneinrichtung 20. Sofern eine der Funktionseinrichtungen als Leiterplatte ausgebildet ist, wird der Schichtverbund 18 zwischen zwei solchen Leiterplatten getrennt.
Figur 10 zeigt schematisch die Herstellung eines ersten Gehäuseteils 6 aus einem Formteilrohling 23 mit Zuführung eines zweites Polymermaterials 21 in den Randbereich des Formteilrohling 23 bzw. des ersten Gehäuseteils 6, mit Ausbildung eines Aufnahmeraums 1 1 für eine Elektrodenbaugruppe 2, mit Umspritzen von Stromableitern 14, 14a und vom Randbereich des
Formteilrohlings 23, in einer Bearbeitungseinrichtung 20. Obwohl nicht dargestellt, weist der Formteilrohling 23 das erste Tragelement, zumindest eine dieser Funktionseinrichtungen sowie das zweite Tragelement auf. Vorteilhaft sind das erste Tragelement 7und das zweite Tragelement 7a als Tragschichten ausgebildet. Figur 10a zeigt den Formteilrohling 23 sowie die Stromableiter 14, 14a, welche in die Bearbeitungseinrichtung, hier ausgebildet als Formgebungswerkzeug 20, eingelegt sind. Das zweiteilige Formgebungswerkzeug ist noch nicht
geschlossen. Ein Teil des Formgebungswerkzeugs 20 ist mit einer Vertiefung, der andere Teil des Formgebungswerkzeugs 20 mit einer Erhebung ausgebildet. Vertiefung und Erhebung dienen zur Ausbildung eines Aufnahmeraums im Formteilrohling 23 bzw. ersten Gehäuseteil für die nicht dargestellte
Elektrodenbaugruppe. Bevor das Formgebungswerkzeug 20, ausgestattet mit Vertiefung und Erhebung, geschlossen wird, wird der Formteilrohling 23 auf eine Arbeitstemperatur erwärmt, welche zumindest der Erweichungstemperatur des ersten Polymermaterials entspricht.
Figur 10b zeigt das Formgebungswerkzeug 20 während des Schießvorgangs, wobei mittels der Vertiefung und der Erhebung der Aufnahmeraum 11 im
Formteilrohling 23 ausgebildet wird. Dabei weist der Formteilrohling 23 eine Arbeitstemperatur auf, welche zumindest der Erweichungstemperatur des ersten Polymermaterials entspricht.
Figur 10c zeigt das geschlossene Formgebungswerkzeug 20. Der eingelegte Formteilrohling 23 weist nach plastischer Verformung den Aufnahmeraum 11 auf. Die Stromableiter 14, 14a werden im Formgebungswerkzeug 20 in vorbestimmten Positionen bezüglich des Formteilrohlings 23 gehalten, insbesondere im Randbereich des Formteilrohlings 23. Vorzugsweise weist der Formteilrohling 23 eine Arbeitstemperatur auf, welche zumindest der
Erweichungstemperatur des ersten Polymermaterials entspricht, insbesondere damit der Formteilrohling 23 eine innige stoffliche Verbindung mit dem nicht dargestellten zweiten Polymermaterial eingehen kann.
Figur 10d zeigt das geschlossene Formgebungswerkzeug 20 sowie den eingelegten Formteilrohling 23 gemäß Figur 10c zu einem späteren Zeitpunkt. Durch zwei Kanäle wird erwärmtes zweites Polymermaterial 21 dem
Formgebungswerkzeug 20 zugeführt. Das zweite Polymermaterial 21 füllt im Formgebungswerkzeug 20 vorgesehene Hohlräume, welche in Randbereichen des Formteilrohlings 23 angeordnet sind. Durch die Hohlräume erstrecken sich auch die Stromableiter 14, 14a. Mit Zuführung des zweiten Polymermaterials 21 werden die Randbereiche des Formteilrohlings 23 sowie die Stromableiter 14, 14a umspritzt. Vorzugsweise weist der Formteilrohling 23 eine Arbeitstemperatur auf, welche zumindest der Erweichungstemperatur des ersten Polymermaterials entspricht, insbesondere damit der Formteilrohling 23 innige stoffliche
Verbindungen mit dem zweiten Polymermaterial 21 eingehen kann.
Nach Zuführung des zweiten Polymermaterials 21 werden dessen Temperatur sowie die Temperatur des verformten Formteilrohlings 23 gesenkt, so dass die Erweichungstemperatur auch des ersten Polymermaterials unterschritten wird. Das erste Gehäuseteil 6 ist dann bereit zur Entnahme.
Figur 10e zeigt das geöffnete Formgebungswerkzeug 20 sowie das entformte erste Gehäuseteil 6. Das erste Gehäuseteil 6 weist die zwei Tragelemente, zumindest eine dieser Funktionseinrichtungen, im Randbereich zweites
Polymermaterial 21 , den Aufnahmeraum 1 1 , sowie die Stromableiter 14, 14a auf. Nach dem Entnehmen des ersten Gehäuseteils 6 ist das
Formgebungswerkzeug 20 zur Herstellung des nächsten ersten Gehäuseteils bereit. Figur 1 1 zeigt verschiedene Ansichten und Schnitte eines ersten Gehäuseteils 6 mit einem Aufnahmeraum 1 1 für eine Elektrodenbaugruppe.
Figur 12 zeigt schematisch eine Wandlerzelle 1 mit einem zweiteiligen
Zellgehäuse 5, wobei das erste Gehäuseteil 6 als Becher und das zweite
Gehäuseteil 6a als Deckel ausgebildet sind. Der Innenraum des Bechers entspricht dem Aufnahmeraum 1 1 . Nicht dargestellt ist das zweite
Polymermaterial, welches in den Randbereichen der Gehäuseteile 6, 6a angeordnet ist. Zwei Stromleiteinrichtungen 4, 4a erstrecken sich zumindest bereichsweise durch eines der Gehäuseteile in die Umgebung der Wandlerzelle 1.
Figur 12a zeigt, dass die Stromleiteinrichtungen 4, 4a durch das zweite
Gehäuseteil 6a in die Umgebung geführt sind. Es ist nicht dargestellt, dass die Stromleiteinrichtungen 4, 4a mit dem zweiten Gehäuseteil 6a stoffschlüssig und insbesondere gasdicht verbunden sind.
Figur 12b zeigt, dass die Stromleiteinrichtungen 4, 4a durch das erste
Gehäuseteil 6 in die Umgebung geführt sind. Es ist nicht dargestellt, dass die Stromleiteinrichtungen 4, 4a mit dem ersten Gehäuseteil 6 stoffschlüssig und insbesondere gasdicht verbunden sind.
Figur 13 zeigt schematisch eine Wandlerzelle 1 mit einem zweiteiligen
Zellgehäuse 5, wobei die Gehäuseteile 6, 6a durch einen Rahmen aus zweiten Polymermaterial 21 beabstandet sind. Die nicht dargestellte
Elektrodenbaugruppe ist vom Rahmen aufgenommen. So sind die Gehäuseteile 6, 6a je ohne Aufnahmeraum ausgebildet. Zwei dieser Stromableiter 14, 14a erstrecken sich aus dem Rahmen 21 in die Umgebung der Wandlerzelle 1 .
Figur 14 zeigt schematisch weitere bevorzugte Ausführungsformen von
Wandlerzellen 1 jeweils mit einem zweiteiligen Zellgehäuse 5 und je mit zwei Stromableitern 14, 14a, welche sich in die Umgebung der Wandlerzelle 1 erstrecken. Randbereiche dieser Gehäuseteile 6, 6a sind je von zweitem
Polymermaterial 21 umgeben. Diese Randbereiche sind stoffschlüssig, insbesondere gasdicht miteinander verbunden. So bilden die Gehäuseteile 6, 6a gemeinsam das Zellgehäuse um die nicht dargestellte Elektrodenbaugruppe. Die Stromableiter 14, 14a erstrecken sich aus verschiedenen Gehäuseteilen 6, 6a, insbesondere aus je dem zweiten Polymermaterial 21 , welches je einen dieser Stromableiter mit je einem dieser Gehäuseteile gasdicht verbindet. Die Gehäuseteile 6, 6a sind mit je einem Aufnahmeraum ausgebildet. Vorteilhaft sind die beiden Gehäuseteile 6, 6a symmetrisch ausgebildet. So sind
Lagerkosten verringert.
Die Figuren 14a und 14b zeigen eine Wandlerzelle 1 , bei der sich die
Stromableiter 14, 14a in dieselbe Richtung aus dem Zellgehäuse erstrecken. Die Figuren 14c und 14d zeigen eine Wandlerzelle 1 , bei der sich die
Stromableiter 14, 14a in entgegengesetzte Richtungen aus dem Zellgehäuse erstrecken.
Figur 15 zeigt schematisch weitere bevorzugte Ausführungsformen von Wandlerzellen 1 jeweils mit einem zweiteiligen Zellgehäuse 5 und mit
Stromleiteinrichtungen 4, 4a, welche im Wesentlichen mit je einer Mantelfläche des Zellgehäuses 5 abschließen. Randbereiche dieser Gehäuseteile 6, 6a sind je von zweitem Polymermaterial 21 umgeben. Diese Randbereiche sind stoffschlüssig, insbesondere gasdicht miteinander verbunden. So bilden die Gehäuseteile 6, 6a gemeinsam das Zellgehäuse um die nicht dargestellte Elektrodenbaugruppe. Die Stromleiteinrichtungen 4, 4a sind in verschiedenen Gehäuseteilen 6, 6a angeordnet, insbesondere in je dem zweiten
Polymermaterial 21 , welches je eine dieser Stromleiteinrichtungen mit je einem dieser Gehäuseteile gasdicht verbindet. Die Stromleiteinrichtungen 4, 4a schließen mit Mantelflächen verschiedener Gehäuseteile 6, 6a ab. Die
Gehäuseteile 6, 6a sind mit je einem Aufnahmeraum ausgebildet. Vorteilhaft sind die beiden Gehäuseteile 6, 6a symmetrisch ausgebildet. So sind
Lagerkosten verringert.
Die Figuren 15a und 15b zeigen eine Wandlerzelle 1 , bei der sich die
Stromleiteinrichtungen 4, 4a in dieselbe Richtung erstrecken. Die Figuren 15c und 15d zeigen eine Wandlerzelle 1 , bei der sich die
Stromleiteinrichtungen 4, 4a in entgegengesetzte Richtungen erstrecken. Figur 16 zeigt schematisch weitere bevorzugte Ausführungsformen von
Wandlerzellen 1 jeweils mit einem zweiteiligen Zellgehäuse 5, je mit
Wandlerbaugruppe 2 und zwei Fluiddurchlässen 24, 24a. Nicht dargestellt sind die Stromleiteinrichtungen der Wandlerzelle 1 . Randbereiche dieser
Gehäuseteile 6, 6a sind je von zweitem Polymermaterial 21 umgeben. Diese Randbereiche sind stoffschlüssig, insbesondere gasdicht miteinander
verbunden. So bilden die Gehäuseteile 6, 6a gemeinsam das Zellgehäuse um die nicht dargestellte Wandlerbaugruppe 2. Die Fluiddurchlässe 24, 24a erstrecken sich aus dem Zellgehäuse, insbesondere aus dem zweiten
Polymermaterial in die Umgebung der Wandlerzelle 1 . Der erste Fluiddurchlass 24 dient der Zufuhr des Brennstoffs. Der zweite Fluiddurchlass 24a dient sowohl der Zufuhr des Oxidationmittels als auch der Abfuhr des Eduktes. Dazu weist der zweite Fluiddurchlass 24a eine nicht dargestellte Trennwand auf.
Die Figuren 16a und 16c zeigen eine Wandlerzelle 1 , deren Fluiddurchlässe 24, 24a sich in dieselbe Richtung erstrecken.
Die Figuren 16c und 16d zeigen eine Wandlerzelle 1 , deren Fluiddurchlässe 24, 24a sich in entgegengesetzte Richtungen erstrecken.
Figur 17 zeigt schematisch einen Schnitt durch ein erstes Gehäuseteil 6 mit zwei dieser Funktionseinrichtungen 8, 8a und dieser Isoliereinrichtung 26. Die
Funktionseinrichtungen 8, 8a sowie die Isoliereinrichtung 26 sind von dem ersten Tragelement 7 und dem zweiten Tragelement 7a umgeben. Vorteilhaft sind das erste Tragelement 7und das zweite Tragelement 7a als Tragschichten mit einem faserdurchsetzten Polymermaterial ausgebildet. Die Isoliereinrichtung 26 beanstandet die erste Funktionseinrichtung 8 von der zweiten
Funktionseinrichtung 8a und weist eine Ausnehmung 25 auf. Die erste
Funktionseinrichtung 8 und die zweite Funktionseinrichtung 8a sind als
Metallfolien ausgebildet. Die erste Funktionseinrichtung 8 und die zweite
Funktionseinrichtung 8a weisen als Funktionselemente je zumindest einen dieser Elektrodenverbindungsbereiche 9, 9a zur elektrischen Verbindung mit Elektroden unterschiedlicher Polarität einer nicht dargestellten
Elektrodenbaugruppe auf. Zusätzlich weist die zweite Funktionseinrichtung 8a eine Ausnehmung 25a auf, welche benachbart zu der Ausnehmung 25 der Isoliereinrichtung 26 angeordnet ist und den Elektrodenverbindungsbereich 9 gegenüber der nicht dargestellten Stromleiteinrichtung frei lässt. Das zweite Tragelement 7a weist zwei Kontaktierungsausnehmungen 17, 17a auf, welche die Elektrodenverbindungsbereiche 9, 9a gegenüber den nicht dargestellten Stromleiteinrichtungen frei lässt. Die nicht dargestellten Stromleiteinrichtungen weisen je einen Kontaktierungsbereich auf, wobei die Kontaktierungsbereiche sich durch die Kontaktierungsausnehmungen 17, 17a sowie die Ausnehmungen 25, 25a der zweiten 8a Funktionseinrichtung und der Isoliereinrichtung 26 bis zu den Elektrodenverbindungsbereichen 9, 9a erstrecken und mit diesen verbunden sind.
Wenn ein Fremdkörper in das erste Gehäuseteil 6 eindringt und dabei die Isoliereinrichtung 26 in ihren zweiten Zustand überführt, kann ein elektrischer Strom zwischen den Funktionseinrichtungen 8, 8a und somit zwischen den Elektroden unterschiedlicher Polarität der Elektrodenbaugruppe fließen. Dabei wird der Elektrodenbaugruppe zumindest ein Teil der gespeicherten Energie entnommen und insbesondere in Wärmeenergie gewandelt.
Liste der Bezugsziffern
1 Wandlerzelle
2 Elektrodenbaugruppe, Wandlerbaugruppe
3, 3a Elektrode
4, 4a Stromleiteinrichtung
5 Zellgehäuse
6, 6a, 6b Gehäuseteil
7, 7a Tragelement
8, 8a, 8b Funktionseinrichtung
9, 9a Funktionselement
10, 10a Schichtbereich
1 1 Aufnahmeraum
12, 12a Kontaktierungsbereich
13 Ableiterfahne
14, 14a Stromableiter
15, 15a Polkontaktausnehmung
16, 16a Polkontaktbereich
17, 17a Kontaktierungsausnehmung
18 Schichtverbund
19 Bevorratung
20 Bearbeitungseinrichtung, Formgebungswerkzeug
21 zweites Polymermaterial, Rahmen aus zweitem Polymermaterial
22 Einleger
23 Formteilrohling
24, 24a Fluiddurchlass
25, 25a Ausnehmung
26 Isoliereinrichtung

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
Elektrochemische Energiewandlereinrichtung, nachfolgend auch Wandlerzelle (1 ) genannt, mit zumindest
• einer insbesondere wiederaufladbaren Elektrodenbaugruppe (2), welche vorgesehen ist, zumindest zeitweise elektrische Energie insbesondere einem Verbraucher zur Verfügung zu stellen, welche zumindest zwei Elektroden (3, 3a) unterschiedlicher Polarität aufweist, welche vorzugsweise vorgesehen ist, zumindest zeitweise chemische Energie in elektrische Energie zu wandeln, welche vorzugsweise vorgesehen ist, zumindest zeitweise insbesondere zugeführte elektrische Energie in chemische Energie zu wandeln,
• einer Stromleiteinrichtung (4, 4a), welche vorgesehen ist, mit einer der Elektroden (3, 3a) der Elektrodenbaugruppe (2) elektrisch, vorzugsweise stoffschlüssig verbunden zu sein,
• einem Zellgehäuse (5) mit einem ersten Gehäuseteil (6), wobei das Zellgehäuse (5) vorgesehen ist, die Elektrodenbaugruppe (2) zumindest bereichsweise zu umschließen, wobei das erste Gehäuseteil (6) zumindest aufweist
• eine Funktionseinrichtung (8, 8a, 8b), welche vorgesehen ist, die Abgabe von Energie aus der Elektrodenbaugruppe (2) insbesondere an einen Verbraucher zu unterstützen, welche mit der
Elektrodenbaugruppe (2) wirkverbunden ist, insbesondere zur Aufnahme von Energie,
• ein erstes Tragelement (7), welches vorgesehen ist, die zumindest eine Funktionseinrichtung (8, 8a, 8b) abzustützen. Wandlerzelle (1) gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass
• das erste Gehäuseteil (6) zumindest ein zweites Tragelement (7a) aufweist, wobei das zweite Tragelement (7a) vorgesehen ist, zumindest eine dieser Funktionseinrichtungen (8, 8a) abzustützen,
• das erste Gehäuseteil (6) zumindest zwei dieser
Funktionseinrichtungen (8, 8a) und eine Isoliereinrichtung (26) aufweist, wobei die beiden Funktionseinrichtungen (8, 8a) und die Isoliereinrichtung (26) zwischen dem ersten Tragelement (7) und dem zweiten Tragelement (7a) angeordnet sind,
• die erste Funktionseinrichtung (8) und die zweite Funktionseinrichtung (8a) elektrisch leitend ausgebildet sind, vorzugsweise jeweils als Metallfolien ausgebildet sind,
• die erste Funktionseinrichtung (8) elektrisch mit einer der Elektroden (3) erster Polarität der Elektrodenbaugruppe (2) und die zweite Funktionseinrichtung (8a) elektrisch mit einer der Elektroden (3a) zweiter Polarität der Elektrodenbaugruppe (2) verbunden sind,
• die Isoliereinrichtung (26) ausgestaltet ist, die erste
Funktionseinrichtung (8) zumindest zeitweise elektrisch gegenüber der zweite Funktionseinrichtung (8a) zu isolieren, wobei diese
Ausgestaltung der Isoliereinrichtung (26) nachfolgend erster Zustand genannt wird,
• die Isoliereinrichtung (26) mit einem elektrisch isolierenden Werkstoff ausgebildet und zwischen der ersten Funktionseinrichtung (8) und der zweiten Funktionseinrichtung (8a) angeordnet ist, vorzugsweise als elektrisch isolierende Schicht ausgebildet ist, besonders bevorzugt als elektrisch isolierende Beschichtung der ersten Funktionseinrichtung (8) und/oder der zweiten Funktionseinrichtung (8a) ausgebildet ist,
• die Isoliereinrichtung (26) vorgesehen ist, aus dem ersten Zustand in einen zweiten Zustand überführt zu werden, insbesondere durch einen nicht der Wandlerzelle zugehörigen Fremdkörper, wobei die Isoliereinrichtung (26) im zweiten Zustand die erste
Funktionseinrichtung (8) gegenüber der zweiten Funktionseinrichtung (26) elektrisch nicht isoliert, wobei vorzugsweise im zweiten Zustand die erste Funktionseinrichtung (8) mit der zweiten
Funktionseinrichtung (8a) elektrisch verbunden ist.
Wandlerzelle (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Funktionseinrichtung (8, 8a, 8b) zumindest ein Funktionselement (9, 9a) aufweist, wobei das zumindest eine Funktionselement (9, 9a) mit der Elektrodenbaugruppe (2) wirkverbunden ist, insbesondere elektrisch verbunden ist, wobei vorzugsweise das zumindest eine Funktionselement (9, 9a) ausgebildet ist als:
Polkontaktbereich (16, 16a), Elektrodenverbindungsbereich, Leiterbahn, Ausnehmung (14, 14a), Spannungsfühler, Stromfühler, Temperaturfühler, Drucksensor, Stoffsensor, Gassensor, Flüssigkeitssensor, Lagesensor, Beschleunigungssensor, Steuereinrichtung, anwendungsspezifische integrierte Schaltung, Mikroprozessor, Schalteinrichtung,
Stromunterbrecher, Strombegrenzer, Entladewiderstand,
Druckentlastungseinrichtung, Fluiddurchlass, Stelleinrichtung, Aktor, Datenspeichereinrichtung, Piepser, lichtemittierende Diode,
Infrarotschnittstelle, GSM-Baugruppe, erste Nahfunkeinrichtung oder Transponder. Wandlerzelle (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Funktionseinrichtung (8, 8a, 8b) zumindest
• teilweise porös ausgebildet ist, besonders bevorzugt mit einem
Schaum, und/oder
• bereichsweise eine Hohlraumstruktur, insbesondere eine
Wabenstruktur aufweist, und/oder
• einen Hohlraum für ein Temperiermedium aufweist, und/oder
• bereichsweise einen expandierbaren Füllstoff aufweist, welcher
vorgesehen ist, Hohlräume auszubilden insbesondere bei Zufuhr einer Aktivierungsenergie oder ausgelöst durch ein Funktionselement (9, 9a), und/oder
• bereichsweise einen Füllstoff mit der Fähigkeit zum Phasenübergang (PCM) insbesondere innerhalb des vorbestimmten
Betriebstemperaturbereichs der Wandlerzelle (1) aufweist, und/oder
• bereichsweise einen chemisch reaktiven Füllstoff aufweist, welcher vorzugsweise vorgesehen ist, eine Substanz insbesondere aus der Elektrodenbaugruppe (2) chemisch zu binden, besonders bevorzugt nach Freiwerden der Substanz aus der Elektrodenbaugruppe (2), und/oder
• einen ersten Schichtbereich (10) mit einer ersten Wandstärke (dick) und einen zweiten Schichtbereich (10a) mit einer zweiten
Wandstärke (dünn) aufweist, wobei der Bruch aus der zweiten Wandstärke über der ersten Wandstärke einen vorbestimmten Wert kleiner als 1 aufweist, wobei vorzugsweise der erste Schichtbereich (10) eine geringere Dichte als der zweite Schichtbereich (10a) aufweist.
Wandlerzelle (1 ) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, deren Zellgehäuse (5) ein zweites Gehäuseteil (6a) aufweist, wobei das zweite Gehäuseteil (6a)
• vorgesehen ist, zumindest bereichsweise mit dem ersten Gehäuseteil (6) insbesondere stoffschlüssig verbunden zu sein,
• vorgesehen ist, mit dem ersten Gehäuseteil (6) das Zellgehäuse (5) der Wandlerzelle (1 ) zu bilden,
• ein erstes Tragelement (7) aufweist, welches vorgesehen ist, die
Elektrodenbaugruppe (2) gegenüber der Umgebung der Wandlerzelle (1 ) abzugrenzen,
• vorzugsweise zumindest eine Funktionseinrichtung (8, 8a, 8b)
aufweist, welche vorgesehen ist, die Abgabe von Energie
insbesondere an einen Verbraucher zu unterstützen, welche mit der Elektrodenbaugruppe (2) wirkverbunden ist, insbesondere zur Aufnahme von Energie.
Wandlerzelle (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Gehäuseteil (6) und/oder das zweite Gehäuseteil (6a)
• einen Aufnahmeraum (1 1 ) aufweist, welcher vorgesehen ist, die
Elektrodenbaugruppe (2) zumindest teilweise aufzunehmen, und/oder
• ein zweites Tragelement (7a) aufweist, welches insbesondere
benachbart zur Funktionseinrichtung (8) angeordnet und der
Elektrodenbaugruppe (2) zugewandt ist, welche vorzugsweise ein insbesondere faserdurchsetztes erstes Polymermaterial aufweist, insbesondere zur Versteifung des zweiten Tragelements (7a), wobei vorzugsweise das zweite Tragelement (7a) eine
Kontaktierungsausnehmung (17, 17a) aufweist, und/oder
• in einem Randbereich des Gehäuseteils ein zweites Polymermaterial (21) aufweist, wobei das zweite Polymermaterial (21) der
insbesondere stoffschlüssigen Verbindung mit einem anderen Gehäuseteil (6a, 6b) dient, wobei vorzugsweise das zweite
Polymermaterial (21) als Thermoplast ausgebildet ist.
Wandlerzelle (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, deren Zellgehäuse (5) ein im wesentlichen plattenförmiges drittes Gehäuseteil (6b) aufweist, wobei das dritte Gehäuseteil (6b)
• vorgesehen ist, zumindest bereichsweise mit dem ersten Gehäuseteil (6) insbesondere stoffschlüssig zum Zellgehäuse (5) verbunden zu sein, und/oder
• gegenüber dem ersten Gehäuseteil (6) eine erhöhte
Wärmeleitfähigkeit aufweist, vorzugsweise ein Metall aufweist, besonders bevorzugt Aluminium und/oder Kupfer, und/oder
• einen ersten Wärmeübertragungsbereich aufweist, welcher
vorgesehen ist, Wärmeenergie mit der Elektrodenbaugruppe (2) auszutauschen, und/oder
• vorzugsweise einen zweiten Wärmeübertragungsbereich aufweist, welcher vorgesehen ist, Wärmeenergie mit einer der Wandlerzelle (1 ) nicht zugehörigen Temperiereinrichtung auszutauschen.
Wandlerzelle (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Stromleiteinrichtung (4, 4a) einen Kontaktierungsbereich (12, 12a) aufweist, wobei der
Kontaktierungsbereich (12, 12a)
• zur elektrischen Kontaktierung, vorzugsweise der elektrischen
Versorgung der Funktionseinrichtung (8) dient, und/oder
• vorzugsweise in einem Randbereich des ersten Gehäuseteils (6) angeordnet ist, und/oder
• vorzugsweise sich in Richtung der Funktionseinrichtung (8) erstreckt, und/oder
• vorzugsweise mittels eines Umformverfahrens besonders bevorzugt als Buckel ausgebildet ist.
Wandlerzelle (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine dieser Stromleiteinrichtungen (4, 4a)
• zumindest eine Ableiterfahne (13, 13a) aufweist, welche mit einer der Elektroden (3, 3a) der Elektrodenbaugruppe (2) vorzugsweise stoffschlüssig verbunden ist,
• vorzugsweise einen Stromableiter (14, 14a) aufweist, welcher sich zumindest teilweise in das Innere des Zellgehäuses (5) erstreckt, welcher sich besonders bevorzugt zumindest teilweise aus dem Zellgehäuse (5) in die Umgebung der Wandlerzelle (1) erstreckt, welcher mit der zumindest einen Ableiterfahne (13, 13a) insbesondere stoffschlüssig verbunden ist.
10. Wandlerzelle (1 ) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine dieser Funktionseinrichtungen (8, 8a, 8b) zwischen dem ersten Tragelement (7) und dem zweiten Tragelement (7a) angeordnet ist, vorzugsweise zumindest bereichsweise stoffschlüssig mit dem ersten Tragelement (7) und dem zweiten Tragelement (7a) verbunden ist, das erste Tragelement (7) zumindest eine Polkontaktausnehmung (15, 15a) aufweist, welches insbesondere einen Bereich der benachbarten Funktionseinrichtung (8) aus der Umgebung der Wandlerzelle (1 ) zugänglich, insbesondere elektrisch kontaktierbar macht, zumindest eine dieser Funktionseinrichtungen (8, 8a, 8b) zumindest einen dieser Polkontaktbereiche (16, 16a) insbesondere im Bereich der zumindest einen Polkontaktausnehmung (15, 15a) aufweist, welcher das Potential einer der Elektroden (3, 3a) der
Elektrodenbaugruppe (2) aufweist, welcher vorzugsweise der elektrischen Verbindung dieser Elektrode (3, 3a) mit einer anderen Wandlerzelle (1 ) oder mit einem Verbraucher dient,
• das zweite Tragelement (7a) benachbart zum Kontaktierungsbereich (12, 12a) der Stromleiteinrichtung (4, 4a) eine
Kontaktierungsausnehmung (17, 17a) aufweist,
• die Funktionseinrichtung (8, 8a, 8b), insbesondere im Bereich der Kontaktierungsausnehmung (17, 17a) als Funktionselement (9, 9a) den Elektrodenverbindungsbereich aufweist, welcher insbesondere der Stromleiteinrichtung (4, 4a), vorzugsweise deren
Kontaktierungsbereich (12, 12a) zugewandt ist,
• eine elektrische Verbindung zwischen der Stromleiteinrichtung (4, 4a), insbesondere deren Kontaktierungsbereich (12, 12a) und der Funktionseinrichtung (8) insbesondere zur elektrischen Versorgung der Funktionseinrichtung (8) bzw. zumindest eines
Funktionselementes (9, 9a) durch die Elektrodenbaugruppe (2) ausgebildet ist.
Wandlerzelle (1 ) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Gehäusebaugruppe mit dem ersten
Gehäuseteil (6) und zumindest einer dieser Stromleiteinrichtungen (4, 4a), vorzugsweise zwei dieser Stromleiteinrichtungen (4, 4a), welche mit Elektroden (3, 3a) unterschiedlicher Polarität verbunden sind, wobei
• das erste Gehäuseteil (6) einen insbesondere stoffschlüssigen
Schichtverbund (18, 18a) aus zumindest dem ersten Tragelement (7), zumindest einer Funktionseinrichtung (8) mit zumindest einem Funktionselement (9, 9a) und dem zweiten Tragelement (7a) aufweist,
• das erste Gehäuseteil (6) insbesondere im Randbereich ein zweites Polymermaterial (21 ) aufweist, wobei vorzugsweise der Randbereich von dem zweiten Polymermaterial (21 ) zumindest bereichsweise umschlossen ist, das erste Gehäuseteil (6) einen Aufnahmeraum (1 1 ) aufweist, wobei der Aufnahmeraum (1 1 ) vorgesehen ist, die Elektrodenbaugruppe (2) zumindest teilweise aufzunehmen,
• zumindest eine dieser Stromleiteinrichtungen (4, 4a) den
Kontaktierungsbereich (12, 12a) aufweist, wobei der
Kontaktierungsbereich (12, 12a) im Randbereich des ersten
Gehäuseteils (6), vorzugsweise im zweiten Polymermaterial (21 ) angeordnet ist, das zweite Tragelement (7a) im Kontaktierungsbereich (12, 12a) zumindest einer dieser Stromleiteinrichtungen (4, 4a) die Kontaktierungsausnehmung (17, 17a) aufweist, der Kontaktierungsbereich (12, 12a) durch die
Kontaktierungsausnehmung (17, 17a) mit der Funktionseinrichtung (8, 8a, 8b), insbesondere mit deren Elektrodenverbindungsbereich (9, 9a) insbesondere elektrisch verbunden ist.
Wandlerzelle (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
• die zumindest eine dieser Funktionseinrichtungen (8, 8a, 8b) eine dieser Zellsteuereinrichtungen (9b) und zumindest einen dieser Messfühler (9c) aufweist,
• der zumindest eine Messfühler (9c) vorgesehen ist, einen
Betriebsparameter der Wandlerzelle (1), insbesondere der Elektrodenbaugruppe (2) zu erfassen, und der Zellsteuereinrichtung (9b) zur Verfügung zu stellen,
• die Zellsteuereinrichtung (9c) vorgesehen ist, zumindest ein
Betriebsverfahren der Wandlerzelle (1), insbesondere das Laden und/oder Entladen der Elektrodenbaugruppe (2) zu steuern, vorzugsweise einen Betriebszustand der Wandlerzelle (1) zu überwachen.
13. Wandlerzelle (1 ) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch
• vorzugsweise eine Nennladekapazität von mindestens 10 Ah,
und/oder • einen Nennstrom von mindestens 50 A, vorzugsweise von
mindestens 100 A, und/oder
• eine Nennspannung von mindestens 3,5 V, und/oder
• einen Betriebstemperaturbereich von -40°C bis +100°C, und/oder
• vorzugsweise eine gravimetrische Energiedichte von mindestens 50 Wh/kg.
Batterie mit zumindest zwei Wandlerzellen (1 ) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer Batteriesteuerung und
vorzugsweise mit einer zweiten Nahfunkeinrichtung.
Verfahren zur Herstellung einer elektrochemischen
Energiewandlereinrichtung, insbesondere gemäß einem der Ansprüche 1 -13, wobei die elektrochemische Energiewandlereinrichtung,
nachfolgend auch Wandlerzelle (1 ) genannt, zumindest aufweist:
• eine Elektrodenbaugruppe (2) mit zumindest zwei Elektroden (3, 3a) unterschiedlicher Polarität,
• wenigstens eine oder zwei Stromleiteinrichtungen (4, 4a), wobei die erste Stromleiteinrichtung (4) mit der Elektrode erster Polarität (3) und die zweite Stromleiteinrichtung (4a) mit der Elektrode zweiter Polarität (3a) verbunden ist, vorzugsweise weist zumindest eine dieser Stromleiteinrichtungen (4, 4a) zumindest eine Ableiterfahne (13, 13a) auf, besonders bevorzugt einen Stromableiter (14, 14a),
vorzugsweise weist zumindest eine dieser Stromleiteinrichtungen (4, 4a) einen Kontaktierungsbereich (12, 12a) auf, ein Zellgehäuse (5) mit einem ersten Gehäuseteil (6), vorzugsweise auch ein zweites Gehäuseteil (6a) oder drittes Gehäuseteil (6b), wobei das erste Gehäuseteil (6) ein erstes Tragelement (7) und zumindest eine Funktionseinrichtung (8, 8a, 8b) mit zumindest einem Funktionselement (9, 9a, 9b, 9c) aufweist,
wobei das erste Tragelement (7) zum Abstützen der zumindest einen Funktionseinrichtung (8, 8a, 8b) dient, wobei das erste Tragelement (7) ein erstes Polymermaterial und vorzugsweise ein Fasermaterial aufweist,
wobei die zumindest eine Funktionseinrichtung (8, 8a, 8b) mit dem ersten Tragelement (7) zumindest bereichsweise insbesondere stoffschlüssig verbunden ist,
wobei zumindest eine dieser Funktionseinrichtungen (8, 8a, 8b) mit der Elektrodenbaugruppe (2) wirkverbunden, vorzugsweise elektrisch verbunden ist,
wobei vorzugsweise das erste Gehäuseteil (6) ein zweites
Tragelement (7a) aufweist, welches zwischen der zumindest einen Funktionseinrichtung (8, 8a, 8b) und der Elektrodenbaugruppe (2) angeordnet ist, welches besonders bevorzugt mit einer dieser Funktionseinrichtungen (8, 8a, 8b) insbesondere stoffschlüssig verbunden ist,
wobei vorzugsweise das erste Gehäuseteil (6) in einem Randbereich ein zweites Polymermaterial (21 ) aufweist, wobei das Verfahren insbesondere zum Schließen des Zellgehäuses (5) um die Elektrodenbaugruppe (2) dient, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
(S17) Bereitstellen des ersten Gehäuseteils (6) bzw. des insbesondere verformten Formteilrohlings (23), vorzugsweise in einer
Bearbeitungseinrichtung (20), welche insbesondere zum Ausbilden des Zellgehäuses (6) um die Elektrodenbaugruppe (2) dient,
(S19) Zuführen der Elektrodenbaugruppe (2), welche vorzugsweise wenigstens eine oder mehrere dieser Ableiterfahnen (13, 13a) aufweist, zu dem ersten Gehäuseteil (6) vorzugsweise in die Bearbeitungseinrichtung (20), insbesondere Einlegen der
Elektrodenbaugruppe (2) in den Aufnahmeraum (1 1 ) des ersten Gehäuseteils (6),
(S20) elektrisches Verbinden der Elektrodenbaugruppe (2) mit
zumindest einer oder mehrerer dieser Stromleiteinrichtungen (4, 4a), insbesondere mittels eines Fügeverfahrens, vorzugsweise mittels eines Reibschweißverfahrens, besonders bevorzugt mittels Ultraschallschweißen,
(S23) Zuführen des zweiten Gehäuseteils (6a) zu dem ersten
Gehäuseteil (6) wobei vorzugsweise das zweite Gehäuseteil (6a) in einem Randbereich das zweite Polymermaterial (21) aufweist,
(S26) insbesondere stoffschlüssiges Verbinden des zweiten
Gehäuseteils (6a) oder des dritten Gehäuseteils (6b) mit dem ersten Gehäuseteil (6), insbesondere unter Wärmeeinfluss, insbesondere bei einer Arbeitstemperatur, welche wenigstens der Erweichungstemperatur des zweiten Polymermaterials (21 ) entspricht, wobei vorzugsweise ein Randbereich des ersten Gehäuseteils (6) mit dem zweiten Gehäuseteil (6a) oder dem dritten Gehäuseteil (6b) verbunden wird, vorzugsweise mit (S25) Erwärmen insbesondere des Randbereichs des insbesondere ersten Gehäuseteils auf eine Arbeitstemperatur, welche
wenigstens der Erweichungstemperatur des zweiten
Polymermaterials entspricht, wobei vorzugsweise statt Schritt S23 ausgeführt wird:
(S24) Zuführen des dritten Gehäuseteils (6b) zu dem ersten Gehäuseteil (6), wobei vorzugsweise ein erster Wärmeübertragungsbereich des dritten Gehäuseteils (6b) benachbart zu der
Elektrodenbaugruppe (2) angeordnet, besonders bevorzugt in thermischen Kontakt mit der Elektrodenbaugruppe (2) gebracht wird wobei vorzugsweise statt Schritt S26 ausgeführt wird:
(S26') insbesondere stoffschlüssiges Verbinden des zweiten
Gehäuseteils oder des dritten Gehäuseteils mit dem ersten Gehäuseteil, insbesondere unter Einsatz eines Dicht- und/oder Klebstoffes, wobei vorzugsweise ein Randbereich des ersten Gehäuseteil mit dem zweiten Gehäuseteil oder dem dritten
Gehäuseteil verbunden wird, oder
(S26") insbesondere stoffschlüssiges Verbinden des zweiten
Gehäuseteils oder des dritten Gehäuseteils mit dem ersten Gehäuseteil, vorzugsweise unter Zuführen eines insbesondere fließfähigen zweiten Polymermaterial, vorzugsweise unter
Wärmeeinfluss und bei einem Differenzdruck bezüglich der Umgebung der Bearbeitungseinrichtung, insbesondere in das Formgebungswerkzeug, wobei das zweite Polymermaterial im Randbereich des zumindest eines der Gehäuseteil angeordnet wird, insbesondere bei einer Temperatur, welche wenigstens der Erweichungstemperatur des zweiten Polymermaterial entspricht, wobei vorzugsweise je einer dieser Kontaktierungsbereich zumindest einer oder zwei dieser Stromleiteinrichtung und frei bleibt, wobei vorzugsweise ein Randbereich des ersten
Gehäuseteil mit dem zweiten Gehäuseteil oder dem dritten Gehäuseteil verbunden wird, insbesondere nach Schritt S25.
Verfahren insbesondere gemäß dem vorhergehenden Anspruch, insbesondere zum Herstellen der Wandlerzelle (1), insbesondere zum Herstellen des ersten bzw. zweiten Gehäuseteils (6, 6a), gekennzeichnet durch die Schritte:
(511 ) Zuführen des im Wesentlichen ebenen Formteilrohlings (23) in eine Bearbeitungseinrichtung (20), insbesondere in ein
Formgebungswerkzeug,
(512) Einlegen wenigstens einer oder mehrerer dieser
Stromleiteinrichtungen (4, 4a), vorzugsweise Einlegen wenigstens eines oder mehrerer dieser Stromableiter (14, 14a), in die
Bearbeitungseinrichtung (20), insbesondere in das
Formgebungswerkzeug, insbesondere zu dem im Wesentlichen ebenen Formteilrohling (23),
(S14) Zuführen eines insbesondere fließfähigen zweiten
Polymermaterials (21), vorzugsweise unter Wärmeeinfluss und vorzugsweise einem Differenzdruck zum umgebenden Luftdruck zu dem Formteilrohling (23) in die Bearbeitungseinrichtung (20), insbesondere in das Formgebungswerkzeug, wobei das zweite Polymermaterial (21) im Randbereich des Formteilrohlings (23) angeordnet wird, insbesondere bei einer Arbeitstemperatur, welche wenigstens der Erweichungstemperatur des zweiten Polymermaterials (21) entspricht, wobei vorzugsweise je einer dieser Kontaktierungsbereiche (12, 12a) zumindest einer oder zwei dieser Stromleiteinrichtungen (14,14a) frei bleibt,
(515) Verfestigen des verformten Formteilrohlings (23), vorzugsweise durch Abkühlen auf eine Entnahmetemperatur, welche insbesondere unter der Erweichungstemperatur des ersten Polymermaterials liegt, welche insbesondere unter der
Erweichungstemperatur des zweiten Polymermaterials (21 ) liegt,
(516) Entnehmen des insbesondere verformten Formteilrohlings (23), nachfolgend auch erstes Gehäuseteil (6) genannt, aus der Bearbeitungseinrichtung (20), insbesondere bei einer
Entnahmetemperatur, welche unter der Erweichungstemperatur des ersten Polymermaterials liegt, vorzugsweise mit zumindest einem der Schritte:
(S10) Erwärmen des im Wesentlichen ebenen Formteilrohlings (23), vorzugsweise bis zu einer Arbeitstemperatur, welche wenigstens der Erweichungstemperatur des ersten Polymermaterials des ersten Tragelements (7) entspricht, insbesondere in der
Bearbeitungseinrichtung (20), und/oder
(S13) Ausbilden eines Aufnahmeraumes (11 ) für die
Elektrodenbaugruppe (2) im Formteilrohling, insbesondere in der Bearbeitungseinrichtung (20), insbesondere mittels Verformung des insbesondere erwärmten Formteilrohlings (23) mit einem Körper, wobei der Aufnahmeraum (11 ) an die Gestalt der Elektrodenbaugruppe (2) angepasst ist, welcher vorzugsweise im Wesentlichen der Gestalt der Elektrodenbaugruppe (2) entspricht, welcher besonders bevorzugt durch Schließen des
Formwerkzeugs erzeugt wird.
Verfahren insbesondere gemäß einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, insbesondere zum Herstellen eines Schichtverbunds (18, 18a) für das erste bzw. zweite Gehäuseteil (6, 6a), wobei der
Schichtverbund (18, 18a) das erste Tragelement (7), zumindest eine oder mehrere dieser Funktionseinrichtungen (8, 8a, 8b) und vorzugsweise das zweite Tragelement (7a) aufweist, gekennzeichnet durch die Schritte:
(52) Bereitstellen, vorzugsweise von einer zweiten Bevorratung, des ersten Tragelements (7), welche ein insbesondere
faserdurchsetztes erstes Polymermaterial aufweist, welche vorzugsweise eine oder zwei dieser Polkontaktausnehmungen (15, 15a) aufweist, wobei eine oder zwei dieser
Polkontaktausnehmungen (15, 15a) zu je einem dieser
Polkontaktbereiche (16, 16a) benachbart ist,
(53) Auflegen zumindest einer oder mehrerer dieser
Funktionseinrichtungen (8, 8a, 8b) bzw. Funktionsbaugruppen, vorzugsweise von der ersten Bevorratung, auf das erste
Tragelement (7) oder eine dieser Funktionseinrichtungen (8, 8a, 8b), wobei vorzugsweise als Funktionseinrichtung (8, 8a, 8b) zumindest eine bestückte, insbesondere flexible Leiterplatte auf das erste Tragelement (7) aufgelegt wird, wobei besonders bevorzugt die Leiterplatte die Funktionselemente (9, 9a, 9b, 9c) gemäß der ersten bevorzugten Ausgestaltung der
Funktionseinrichtung (8, 8a, 8b) aufweist, (S4) insbesondere stoffschlüssiges Verbinden des ersten
Tragelements (7) mit zumindest einer dieser
Funktionseinrichtungen (8, 8a, 8b), vorzugsweise unter
Wärmeeinfluss, vorzugsweise mittels einer isotaktischen oder kontinuierlichen Presse (20), worauf der Schichtverbund (18, 18a) gebildet wird, vorzugsweise mit zumindest einem der Schritte:
(S1 ) Erzeugen zumindest einer oder mehrerer dieser
Funktionseinrichtungen (8, 8a, 8b) mit wenigstens einem oder mehreren dieser Funktionselemente (9, 9a, 9b, 9c), wobei vorzugsweise zumindest eines oder zwei dieser
Funktionselemente (9, 9a, 9b, 9c) als
Elektrodenverbindungsbereich oder als Polkontaktbereich (16, 16a) ausgebildet ist, vorzugsweise Zuführen zumindest einer oder mehrerer dieser Funktionseinrichtungen (8, 8a, 8b) zu einer ersten Bevorratung, oder
(S1 ') Erzeugen zumindest einer oder mehrerer dieser
Funktionseinrichtungen (8, 8a, 8b) mit wenigstens einem oder mehreren dieser Funktionselemente (9, 9a, 9b, 9c), wobei vorzugsweise zumindest eines oder zwei dieser
Funktionselemente (9, 9a, 9b, 9c) als
Elektrodenverbindungsbereich oder als Polkontaktbereich (16, 16a) ausgebildet ist, wobei in zumindest eine dieser
Funktionseinrichtungen (8, 8a, 8b) eingebracht wird: ein Schaum, eine Hohlraumstruktur, insbesondere eine Wabenstruktur, zumindest ein Hohlraum für ein Temperiermedium, ein Füllstoff mit der Fähigkeit zum Phasenübergang und/oder ein chemisch reaktiver Füllstoff, vorzugsweise Zuführen zumindest einer oder mehrerer dieser Funktionseinrichtungen (8, 8a, 8b) zu einer ersten Bevorratung, oder
(S1 ") Erzeugen zumindest einer oder mehrerer dieser
Funktionseinrichtungen (8, 8a, 8b) mit wenigstens einem oder mehreren dieser Funktionselemente (9, 9a, 9b, 9c), wobei vorzugsweise zumindest eines oder zwei dieser
Funktionselemente (9, 9a, 9b, 9c) als
Elektrodenverbindungsbereich oder als Polkontaktbereich (16, 16a) ausgebildet ist, wobei zumindest eine oder mehrere diese Funktionseinrichtungen (8, 8a, 8b) mit einem ersten
Schichtbereich (10) mit einer ersten Wandstärke (dick) und einem zweiten Schichtbereich (10a) mit einer zweiten Wandstärke (dünn) hergestellt wird, wobei der Bruch aus der zweiten Wandstärke über der ersten Wandstärke einen vorbestimmten Wert kleiner als 1 aufweist, besonders bevorzugt der erste Schichtbereich (10) eine geringere Dichte aufweist als der zweite Schichtbereich (10a), vorzugsweise Zuführen zumindest einer oder mehrerer dieser Funktionseinrichtungen (8, 8a, 8b) zu einer ersten Bevorratung, vorzugsweise mit den Schritten
(S5) Auflegen eines zweiten Tragelements (7a) auf eine dieser
Funktionseinrichtungen (8, 8a, 8b), wobei das zweite Tragelement (7a) ein insbesondere faserdurchsetztes erstes Polymermaterial aufweist, vorzugsweise von einer dritten Bevorratung, wobei vorzugsweise das zweite Tragelement (7a) eine oder zwei
Kontaktierungsausnehmungen (17, 17a) aufweist, und
Verbinden des zweiten Tragelements (7a) mit einer dieser
Funktionseinrichtungen (8, 8a, 8b), insbesondere mit der benachbarten Funktionseinrichtung, vorzugsweise unter
Wärmeeinfluss, vorzugsweise mittels einer isotaktischen oder kontinuierlichen Presse (20), besonders bevorzugt mit Schritt
(S27) Zusammenführen mehrerer dieser Funktionselemente (9, 9a) in einer dieser Funktionseinrichtungen (8, 8a, 8b), wodurch insbesondere eine Funktionsbaugruppe gebildet wird.
Verfahren insbesondere gemäß einem der Ansprüche 15-17,
insbesondere zum Schließen des Zellgehäuses (5) um die
Elektrodenbaugruppe (2), insbesondere zum Herstellen der ersten bevorzugten Weiterbildung der ersten bevorzugten Ausführungsform der Wandlerzelle (1 ), gekennzeichnet durch die Schritte:
• S11 , wobei einer dieser Formteilrohlinge (23) mit einer dieser
Funktionseinrichtungen (8, 8a, 8b) einer Bearbeitungseinrichtung (20) zugeführt wird, wobei diese Funktionseinrichtung (8, 8a, 8b) zumindest einen dieser Elektrodenverbindungsbereiche (9) aufweist
• S12, wobei eine oder vorzugsweise zwei dieser
Stromleiteinrichtungen (4, 4a) bzw. deren Stromableiter (14, 14a) zu diesem Formteilrohling (23) in das Formgebungswerkzeug (20) gegeben und dort im Randbereich des Formteilrohlings (23) bzw. des künftigen ersten Gehäuseteils (6) angeordnet werden
• vorzugsweise S22, wobei zumindest einer dieser
Kontaktierungsbereiche (12, 12a) einer dieser Stromleiteinrichtungen (4, 4a) bzw. eines dieser Stromableiter (12, 12a) mit zumindest einem dieser Elektrodenverbindungsbereiche der Funktionseinrichtung (8, 8a, 8b) elektrisch verbunden wird,
S10, S13 und S14, wobei vorzugsweise S10 zeitlich vor S13, vorzugsweise S13 zeitgleich mit S14 ausgeführt wird, worauf der Formteilrohling (23) einen Aufnahmeraum (11) für die
Elektrodenbaugruppe (2) erhält und zweites Polymermaterial (21 ) derart im Randbereich des Formteilrohlings (23) angeordnet ist, dass die eingelegten Stromleiteinrichtungen (4, 4a) bzw. deren
Stromableiter (12, 12a) insbesondere gasdicht von dem zweiten Polymermaterial (23) umschlossen sind,
S15, worauf das erweichte erste Polymermaterial des ersten
Tragelements (7) wieder an Festigkeit gewinnt und das resultierende erste Gehäuseteil (6) dem Formgebungswerkzeug (20) entnommen werden kann,
S18, zur Ausrüstung der Elektrodenbaugruppe (2) mit zumindest einer oder mehrerer dieser Ableiterfahnen (13), wobei die
Ableiterfahnen (13) mit zumindest einer dieser Elektroden (3) erster Polarität oder mit zumindest dieser der Elektroden (3a) zweiter Polarität verbunden werden,
S17 und S19, womit die Elektrodenbaugruppe (2) dem in der Bearbeitungseinrichtung (20) bereitgestellten ersten Gehäuseteil (6) zugeführt wird, vorzugsweise im Aufnahmeraum (11) des ersten Gehäuseteils (6) angeordnet wird,
S21 , wobei diese Ableiterfahnen (13) , welche mit diesen Elektroden (3) erster Polarität verbunden sind, und diese Ableiterfahnen (13a), welche mit diesen Elektroden (3b) zweiter Polarität verbunden sind, mit verschiedenen Stromableitern (14, 14a) elektrisch verbunden werden, insbesondere mittels eines Fügeverfahrens,
• S23, wobei das zweite Gehäuseteil (6a) zu dem ersten Gehäuseteil (6) und zu der Elektrodenbaugruppe (2) in die
Bearbeitungseinrichtung (20) eingelegt wird, wobei zumindest einer dieser Randbereiche des ersten Gehäuseteils (6) und zumindest einer dieser Randbereiche des zweiten Gehäuseteils (6a) zueinander benachbart angeordnet werden,
• vorzugsweise S25, wobei insbesondere der Randbereich des
insbesondere ersten Gehäuseteils (6) erwärmt wird auf eine
Arbeitstemperatur, welche wenigstens der Erweichungstemperatur des zweiten Polymermaterials (21) entspricht,
• S26, wobei insbesondere die Randbereiche, vorzugsweise die
zweiten Polymermaterialien (21 ) des ersten Gehäuseteils (6) und des zweiten Gehäuseteils (6a) insbesondere stoffschlüssig miteinander verbunden werden, insbesondere bei einer Arbeitstemperatur, welche wenigstens der Erweichungstemperatur des zweiten
Polymermaterials (21) entspricht.
Verfahren insbesondere gemäß einem der Ansprüche 15-18,
insbesondere zum Herstellen eines dieser ersten oder zweiten
Gehäuseteile insbesondere für eine Wandlerzelle gemäß Anspruch 2, wobei
• das erste Gehäuseteil (6) und/oder das zweite Gehäuseteil (6a) je zwei dieser Funktionseinrichtungen (8, 8a) und diese
Isoliereinrichtung (26) zwischen dem ersten Tragelement (7) und dem zweiten Tragelement (7a) aufweist, • die erste Funktionseinrichtung (8) und die zweite Funktionseinrichtung (8a) als elektrischer Leiter, vorzugsweise als Metallfolien, und mit je einem dieser Elektrodenverbindungsbereiche ausgebildet sind,
• die Isoliereinrichtung (26) als Isolationsschicht zwischen der ersten (8) und der zweiten Funktionseinrichtung (8a) ausgebildet und
benachbart zum Elektrodenverbindungsbereich der ersten
Funktionseinrichtung (8) mit einer dieser Ausnehmungen (25) ausgebildet ist,
• die zweite Funktionseinrichtung (8a) benachbart zu der Ausnehmung (25) der Isoliereinrichtung (26) mit einer dieser Ausnehmungen (25a) ausgebildet ist,
• das zweite Tragelement (7a), welches benachbart zur zweiten
Funktionseinrichtung (8a) angeordnet ist, benachbart zu den
Elektrodenverbindungsbereichen der ersten Funktionseinrichtung (8) und der zweiten Funktionseinrichtung (8a) je eine
Kontaktierungsausnehmung (17, 17a) aufweist, gekennzeichnet durch die Schritte:
• S1 , dieser Schritt wird mehrfach ausgeführt, wobei zunächst die erste Funktionseinrichtung (8) zumindest mit einem dieser
Elektrodenverbindungsbereiche ausgebildet wird, anschließend die dritte Funktionseinrichtung (8b) zumindest mit einem dieser
Elektrodenverbindungsbereiche und mit dieser Ausnehmung (25a) ausgebildet wird,
• S29, Erzeugen einer dieser Isoliereinrichtungen (26), vorzugsweise als Isolierlage, vorzugsweise mit einer Ausnehmung (25), • S2,
• S3, dieser Schritt wird mehrfach ausgeführt, wobei zunächst die erste Funktionseinrichtung (8) auf das erste Tragelement (7), anschließend die zweite Funktionseinrichtung (26) auf die Isoliereinrichtung (26) aufgelegt wird,
• S3', wobei die Isoliereinrichtung (26) auf das erste
Funktionseinrichtung (8) aufgelegt wird,
• vorzugsweise S4, insbesondere womit dieser Schichtverbund (18) gebildet wird,
• S5,
• vorzugsweise S6, womit das zweite Tragelement (7a) diesem
Schichtverbund (18) zugeführt wird, wobei während der Schritte S3 und S3' die Ausnehmungen (25, 25a) der zweiten Funktionseinrichtung (8a) und der Isoliereinrichtung (26) mit den Kontaktierungsausnehmungen (17, 17a) des zweiten Tragelements (7a) so angeordnet werden, dass die Elektrodenverbindungsbereiche der ersten (8) und zweiten Funktionseinrichtung (8a) durch die genannten Ausnehmungen (25, 25a) und Kontaktierungsausnehmungen (17, 17a) gegenüber den Stromleiteinrichtungen (4, 4a) frei liegen, worauf ein Schichtverbund (18) mit dem ersten Tragelement (7), diesen zwei Funktionseinrichtungen (8, 8a), der Isoliereinrichtung und dem zweiten Tragelement (7a) gebildet ist, mit den weiteren Schritten
• vorzugsweise S8 und/oder S9,
• S1 1 , S12, S14, S15, S16,
• vorzugsweise S13, besonders bevorzugt S10, vorzugsweise erfolgen anschließend die Schritte:
• S18, zur Ausrüstung der Elektrodenbaugruppe (2) mit zumindest einer oder mehrerer dieser Ableiterfahnen (13), wobei die
Ableiterfahnen (13) mit zumindest einer dieser Elektroden (3) erster Polarität oder mit zumindest dieser der Elektroden (3a) zweiter Polarität verbunden werden,
• S17 und S19, womit die Elektrodenbaugruppe (2) dem in der
Bearbeitungseinrichtung (20) bereitgestellten ersten Gehäuseteil (6) zugeführt wird, vorzugsweise im Aufnahmeraum (11) des ersten Gehäuseteils (6) angeordnet wird,
• S21 , wobei diese Ableiterfahnen (13) , welche mit diesen Elektroden (3) erster Polarität verbunden sind, und diese Ableiterfahnen (13a), welche mit diesen Elektroden (3b) zweiter Polarität verbunden sind, mit verschiedenen Stromableitern (14, 14a) elektrisch verbunden werden, insbesondere mittels eines Fügeverfahrens,
• S23, wobei das zweite Gehäuseteil (6a) zu dem ersten Gehäuseteil (6) und zu der Elektrodenbaugruppe (2) in die
Bearbeitungseinrichtung (20) eingelegt wird, wobei zumindest einer dieser Randbereiche des ersten Gehäuseteils (6) und zumindest einer dieser Randbereiche des zweiten Gehäuseteils (6a) zueinander benachbart angeordnet werden, vorzugsweise S25, wobei insbesondere der Randbereich des insbesondere ersten Gehäuseteils (6) erwärmt wird auf eine
Arbeitstemperatur, welche wenigstens der Erweichungstemperatur des zweiten Polymermaterials (21) entspricht,
S26, wobei insbesondere die Randbereiche, vorzugsweise die zweiten Polymermaterialien (21) des ersten Gehäuseteils (6) und des zweiten Gehäuseteils (6a) insbesondere stoffschlüssig miteinander verbunden werden, insbesondere bei einer Arbeitstemperatur, welche wenigstens der Erweichungstemperatur des zweiten
Polymermaterials (21) entspricht.
EP13701574.9A 2012-01-26 2013-01-25 Elektrochemische energiewandlereinrichtung mit einem zellgehäuse, batterie mit zumindest zwei dieser elektrochemischen energiewandlereinrichtungen sowie verfahren zum herstellen einer elektrochemischen energiewandlereinrichtung Withdrawn EP2807687A2 (de)

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