EP4480031A1 - Festkörperakkumulatorsystem umfassend eine festkörperakkumulatorhalterung - Google Patents

Festkörperakkumulatorsystem umfassend eine festkörperakkumulatorhalterung

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EP4480031A1
EP4480031A1 EP23702743.8A EP23702743A EP4480031A1 EP 4480031 A1 EP4480031 A1 EP 4480031A1 EP 23702743 A EP23702743 A EP 23702743A EP 4480031 A1 EP4480031 A1 EP 4480031A1
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EP
European Patent Office
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solid
state
state accumulator
tension spring
accumulator
Prior art date
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Pending
Application number
EP23702743.8A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Max Konstantin WERHAHN
Lukas KUEHNE
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ContiTech Vibration Control GmbH
Original Assignee
ContiTech Vibration Control GmbH
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Filing date
Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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Definitions

  • the present invention relates to a solid-state battery system and a solid-state battery mount for use in such a solid-state battery system.
  • Mobile applications can be, for example, electronic entertainment and communication devices such as mobile phones and vehicles, which can be partially or fully electrically powered.
  • rechargeable electrical energy stores can be used for this purpose, which can also be referred to as accumulators.
  • Accumulators are also referred to as secondary batteries and colloquially abbreviated as rechargeable battery.
  • An accumulator is a rechargeable galvanic element that has two electrodes and an electrolyte that can store electrical energy on an electrochemical basis. The respective electrolyte is used to conduct ions between the anode and cathode.
  • accumulators can be manufactured in various sizes and shapes.
  • the accumulators of mobile phones are usually flat and cuboid in shape in order to save as much space as possible. If the space required is less important, accumulators are often designed cylindrically.
  • Cylindrical accumulators and cuboid accumulators are used for many household electrical appliances used. Cylindrical accumulators, in particular, are usually used in groups and connected in series and/or arranged one behind the other in direct contact with one another, for example in remote controls for electronic devices and the like.
  • BEV battery electric vehicles
  • accumulators In battery electric vehicles (BEV for short), which can also be referred to as electric cars, a large number of, in particular cylindrical, accumulators are usually used in combination with one another.
  • the accumulators are often arranged spatially parallel to one another in the floor of the vehicle chassis. The interconnection of the individual accumulators can take place depending on the application or depending on the manufacturer.
  • the main difference between the accumulators is the technology used to store the electrical energy, which essentially depends on the electrolyte used.
  • lithium-ion accumulators which are based on lithium compounds in all three phases of the electrochemical cell, are widespread.
  • Lithium-ion accumulators have a comparatively high specific energy, i.e. a comparatively high energy per unit mass, and are usually used in mobile phones, but also in battery electric vehicles.
  • accumulators based on lead or nickel are also used in battery electric vehicles. What these accumulators have in common is that a liquid electrolyte is used in each case.
  • a disadvantage of accumulators with liquid electrolytes is usually that the accumulators have to be cooled in order to extend the service life of the electrodes. This represents a not inconsiderable additional effort.
  • the required cooling and other devices can account for more than half the volume of a lithium-ion battery, for example. Also should extend the life of the accumulators be avoided that these are completely charged or discharged. Also, most liquid electrolytes are flammable, which may require additional safety devices. Furthermore, the liquid electrolyte can leak if damaged, which can also lead to additional safety measures. A further safety risk can arise in the case of accumulators with liquid electrolytes due to very low or very high ambient temperatures, since the liquid electrolytes can then freeze or boil.
  • accumulators with an electrolyte made of solid material are known, which can also be referred to as solid-state accumulators. Due to the solid materials of the electrolytes, they cannot leak if damaged, which can increase the safety of the use of solid-state accumulators or corresponding additional safety measures can be dispensed with. Also, the solid materials of the electrolytes are usually non-flammable. Furthermore, solid-state accumulators usually have a longer service life than accumulators with liquid electrolytes and are easier to store. Solid state accumulators can also be miniaturized more easily and can in particular be manufactured in the form of a thin layer. Furthermore, solid state accumulators usually show no safety problems with temperature fluctuations and no abrupt changes in their performance.
  • solid-state accumulators or their anodes undergo a significant change in size during charging and discharging, for example 20% can occur.
  • the change in size can correspondingly occur particularly in an elongated extension direction of the solid-state battery, ie for example in the case of cylindrical solid-state batteries in the direction of the longitudinal axis, in which the electrodes also lie opposite one another.
  • This change in size or this change in length between the charged and the discharged or uncharged state of the solid-state battery can also be referred to as “breathing”.
  • a further disadvantage is that solid-state accumulators have to be compressed with a comparatively high pressure of more than approx. 10 bar, in particular between approx. 10 bar and approx can lead to better contact between the solid particles and thereby increase the electrical conductivity.
  • this pressure is usually exerted in the elongate direction of extent, ie for example in the direction of the longitudinal axis in the case of cylindrical solid state accumulators.
  • An object of the present invention is to improve the possible uses of solid state accumulators. This should be as simple, robust, versatile, inexpensive and/or space-saving as possible.
  • the object is achieved according to the invention by a solid-state battery system and by a solid-state battery holder having the features of the independent patent claims.
  • Advantageous developments are described in the dependent claims.
  • the present invention thus relates to a solid-state accumulator system with at least one solid-state accumulator with a preferred direction of change in size and with at least one solid-state accumulator holder which is designed to counteract the change in size of the solid-state accumulator in the direction of change in size by means of at least one tension spring.
  • the present invention is based on the knowledge that, as described at the outset, solid-state accumulators or their anodes tend in principle to decrease when discharging the stored electrical charge and to increase again when charging, which is also referred to as "breathing" of the solid-state accumulator can.
  • This occurs essentially in one direction in space which can thus be referred to as the preferred direction of change in size, since the greatest change in size occurs in this direction in space due to the "breathing" of the solid-state accumulator or its accumulator cell or its accumulator cells.
  • This change in size has an effect in particular in the direction of the longitudinal extent of the solid-state battery, so that the direction of the longitudinal extent can also be referred to as the preferred direction of change in size.
  • a solid-state battery holder is proposed according to the invention, which can counteract this change in size by means of at least one tension spring.
  • the tension spring can be moved in the preferred direction of size change, ie completely or largely, with the minimum size of the solid-state battery discharged state, be at least almost or completely powerless or rest loosely on or be held on the solid-state battery and counteract the resulting enlargement of the solid-state battery in the preferred direction of size change by means of the tension spring force during charging, so that the solid-state battery is on the one hand along the direction of the preferred size change can also be held while "breathing", but can still expand in the preferred direction of size change due to the principle.
  • a secure hold of the solid state battery can be achieved despite the "breathing".
  • the tension spring of the solid state battery mount exerts a force on the solid state battery in the opposite direction to its preferred direction of size change.
  • a change in size of the solid-state battery or its anode in the preferred direction of size change during charging acts on the solid-state battery holder or its at least one tension spring in such a way that the solid-state battery expanding in the preferred direction of size change pulls the tension spring apart against its spring force, so that the Tension spring counteracts this pulling apart by means of its spring force.
  • the tension spring can be designed accordingly for this purpose.
  • mechanical and elastomeric tension springs are available for this purpose.
  • a tension spring alone can be used for implementation.
  • at least one tension spring can be used in combination with at least one rigid or movable element in order to achieve the desired effect.
  • the use of a tension spring can promote the achievement of a compact arrangement or a compact construction of the solid-state battery holder.
  • the tension spring can be arranged parallel to the solid-state battery, acting in the preferred direction of size change of the solid-state battery.
  • an elastomeric tension spring can have a degressive course of the characteristic curve of the spring stiffness due to the constriction of the elastomeric material during tensile force-related elongation in the preferred direction of size change, so that the elastomeric tension spring can exert a tensile force that is as constant as possible on the solid-state battery over the entire span of the size change.
  • the solid-state accumulator can be held securely by the solid-state accumulator holder both in the discharged and charged state and during the discharging and charging process. This can occur during the discharging and charging process despite the significant change in size in the preferred direction of change in size.
  • the solid-state accumulator holder By means of the solid-state accumulator holder, the solid-state accumulator can be connected to a device or to a device and thus be held securely there, which can be fed or operated electrically by means of the solid-state accumulator.
  • the tension spring is also designed to exert a preload on the solid-state battery.
  • This tensile force of the tension spring can be regarded as the prestressing of the tension spring and is preferably at least approximately 10 bar, particularly preferably between approximately 10 bar and approximately 30 bar.
  • the solid-state battery or its anode, cathode and electrolyte can be contracted in order to increase efficiency, since the pressure exerted can lead to better contact between the solid particles and thereby increase the electrical conductivity.
  • the tension spring has an elastomeric material, preferably consists of an elastomeric material.
  • This can represent a particularly simple, inexpensive, space-saving, long-lasting and/or easily adaptable possibility of implementation.
  • the enlargement of the solid-state accumulator or its anode in the preferred direction of size change during the charging process against the tensile force of the elastomeric tension spring can lead to a constriction of the tension spring perpendicular to the preferred direction of size change, whereby a degressive course of the characteristic curve of the spring stiffness of the elastomeric tension spring can be generated.
  • This can be advantageous in that over the entire span of the Size change as constant a tensile force as possible can be exerted by the elastomeric tension spring on the solid-state accumulator.
  • the elastomeric material is an ethylene-propylene-diene rubber, a natural rubber or silicone. This can represent particularly simple, inexpensive and/or long-lasting options for implementation.
  • the elastomeric tension spring encloses the solid-state battery at least in sections, preferably completely. This can be endlessly closed or wound, preferably in multiple layers. In any case, a compact implementation can be made possible in this way.
  • the closed elastomeric tension spring can be assembled around the solid-state accumulator in such a way that the elastomeric tension spring is manufactured or provided in an endlessly closed manner and then sufficiently stretched against its tensile force to move the solid-state accumulator within the endlessly closed elastomeric To position the tension spring and then to reduce the elongation of the endlessly closed elastomeric tension spring until the endlessly closed elastomeric tension spring rests on the solid-state accumulator.
  • the stretching can take place in particular by exerting tensile forces on the endlessly closed elastomeric tension spring in such a way that the solid-state accumulator can be positioned in the interior space of the endlessly closed elastomeric tension spring that has been expanded by stretching.
  • These tensile forces can be exerted on the endlessly closed elastomeric tension spring, for example, in that the endlessly closed elastomeric tension spring is sucked in from the outside by means of a vacuum and then pulled apart or stretched.
  • pulling points such as tabs, hooks, eyes and the like can be removed non-destructively or formed in one piece, ie integrally, on the endlessly closed elastomeric tension spring in order to be able to pull or stretch the endlessly closed elastomeric tension spring by means of a mechanical connection.
  • this preload can be exerted on the solid-state accumulator during assembly by separate clamping or pressure means until the endlessly closed elastomeric tension spring or the endlessly closed elastomeric tension springs are positioned or .
  • Any contact required for this purpose by the tensioning or pressure means preferably with the two outer surfaces of the solid-state accumulator in the preferred direction of size change, can preferably take place at the edge, in order to move the tensioning or pressure means, if necessary after the endlessly closed elastomeric tension spring has been installed, under the endlessly closed elastomeric tension spring - or to be able to pull it out.
  • a plurality of endlessly closed elastomeric tension springs are arranged parallel to one another and together endlessly enclose the solid-state accumulator at least in sections, preferably completely.
  • each elastomeric tension spring is closed endlessly and several endlessly closed elastomeric tension springs are arranged next to one another.
  • Each individual endlessly closed elastomeric tension spring acts on the solid-state accumulator as described above. This can reduce the assembly effort, since only one endlessly closed elastomeric tension spring, which is comparatively small and therefore weaker in terms of its tensile force, has to be stretched and positioned at the same time. This can be done one after the other for all endlessly closed elastomer tension springs.
  • a plurality of endlessly closed elastomeric tension springs are arranged one above the other and enclose the Solid state accumulator together at least in sections, preferably completely, endlessly.
  • This can enable a multi-layer implementation, as a result of which the scope for design can be increased.
  • several layers of endlessly closed elastomeric tension springs can be arranged in the middle of the solid-state battery or its battery cell in order to counteract sagging.
  • this can simplify the assembly of the endlessly closed elastomeric tension springs, as described above, since the tensile force per endlessly closed elastomeric tension spring can be further reduced and the resulting common tensile force can nevertheless be achieved in the interaction of all endlessly closed elastomeric tension springs. This can also be done by winding multiple open elastomeric tension springs.
  • the elastomeric tension spring encloses the solid-state accumulator at least in sections, preferably completely, and/or at least in one layer, preferably in multiple layers, when wound.
  • This can represent an alternative implementation, during the assembly of which the stretching of an endlessly closed elastomeric tension spring, as described above, can be avoided. In this case, too, any prestressing that may be required can be exerted during assembly as described above.
  • the solid-state accumulator is surrounded by the elastomeric tension spring in an arc, preferably semi-circularly, in the preferred direction of size change.
  • the endlessly closed elastomeric tension spring and/or the solid-state accumulator can be correspondingly shaped at the edge. This can bring about a more even flow of force within the material of the elastomeric tension spring, which can have a positive effect on the longevity of the elastomeric tension spring.
  • the solid-state accumulator is enclosed in the preferred direction of size change over a surface perpendicular to the preferred direction of size change by the elastomeric tension spring and is preferably curved outwards, preferably semicircular.
  • This can enable a corresponding design of the contact surface of the solid-state accumulator in relation to the elastomeric tension spring, as is customary, for example, in the case of cuboid and cylindrical solid-state accumulators.
  • the solid-state accumulator holder according to the invention can be used with such known solid-state accumulators or those that are easy to produce, without having to structurally change the solid-state accumulators or adapt them to the elastomeric tension spring.
  • At least one pair of elastomeric tension springs is arranged parallel to the solid-state battery along the preferred direction of size change and is connected to a mounting element at the open end in the preferred direction of size change, with the elastomeric tension springs and the mounting elements endlessly supporting the solid-state battery at least in sections, preferably completely enclose.
  • the holding elements can be rigid, for example made of metal. In any case, this may represent an alternative implementation of the present invention, as previously mentioned.
  • the two open-ended elastomeric tension springs can jointly exert their tensile force on the two mounting elements, which in turn enclose the solid-state accumulator at the edge in such a way that the properties described above can also be implemented in this way.
  • the holding elements or at least one of the holding elements can also have traction points such as, for example, lugs, hooks, eyelets and the like, as already described above.
  • the open ends of the elastomeric tension springs are connected to the holding elements in a materially, non-positively and/or form-fitting manner.
  • this can preferably be done by means of vulcanization before assembly of the solid-state accumulator. In any case, this can result in a durable connection in order to be able to implement the properties and advantages described above.
  • the solid state accumulator is surrounded by the holding elements in the preferred direction of size change over a surface perpendicular to the preferred direction of size change.
  • the solid state accumulator mount preferably the elastomeric tension spring and/or the mounts, has at least one pair of traction points which are designed to widen the solid state accumulator mount by pulling. This can also enable the specific implementation of the corresponding properties and advantages already described above in this case.
  • the elastomeric tension spring has at least one tension carrier element in the direction of the preferred direction of size change, the tension carrier element preferably being a reinforcement layer, preferably in the form of a fabric, the reinforcement layer preferably being synthetic fibers and/or natural fibers has, preferably consists of this.
  • the tension carrier element preferably being a reinforcement layer, preferably in the form of a fabric, the reinforcement layer preferably being synthetic fibers and/or natural fibers has, preferably consists of this.
  • the solid-state accumulator system has a plurality of accumulator cells which are arranged in the preferred direction of size change and/or perpendicular to the preferred direction of change of size, the solid-state accumulator holder being designed to counteract the change in size of all accumulator cells in the direction of size change by means of at least one tension spring.
  • the invention also relates to a solid state battery mount for use in a solid state battery system as described above.
  • a solid-state battery holder can be made available in order to be able to implement a solid-state battery system according to the invention as described above.
  • FIG. 1-15 shows perspective schematic representations of different solid-state accumulator systems according to the invention, each with a solid-state accumulator holder according to the invention.
  • the above figures are described in Cartesian coordinates with a longitudinal direction X, a transverse direction Y perpendicular to the longitudinal direction X, and a vertical direction Z perpendicular to both the longitudinal direction X and the transverse direction Y.
  • the longitudinal direction X can also be defined as depth X
  • the transverse direction Y also as width Y and the vertical direction Z as well be referred to as height Z.
  • the longitudinal direction X and the transverse direction Y together form the horizontal, X, Y, which can also be referred to as the horizontal plane X, Y.
  • the longitudinal direction X, the transverse direction Y and the vertical direction Z can also be collectively referred to as spatial directions X, Y, Z or as Cartesian spatial directions X, Y, Z.
  • a solid-state accumulator 1 is always considered, which has at least one accumulator cell 10 in each case.
  • the accumulator cell 10 represents a rechargeable galvanic element, which has two electrodes (not shown), i.e. an anode and a cathode, and an electrolyte (not shown), which can store the electrical energy on an electrochemical basis and the conduction of ions between the electrodes is used.
  • the electrolyte is a solid material.
  • accumulator cells 10 with a solid electrolyte it is known that a significant change in size of, for example, approximately 20% can occur during charging and during discharging. This change in size or this change in length can also be referred to as "breathing".
  • the change in size can occur essentially in a longitudinal extension direction of the accumulator cell 10, which corresponds to the vertical direction Z in the exemplary embodiments under consideration, in which the electrodes also lie opposite one another.
  • the preferred direction of change in size A thus corresponds to the longitudinal extension direction of the accumulator cell 10 and thus to the vertical direction Z.
  • the accumulator cells 10 with a solid electrolyte if the accumulator cells 10 are compressed with a comparatively high pressure of more than approx. 10 bar, in particular between approx. 10 bar and approx. 30 bar, since the pressure exerted leads to better contact between lead to the solid particles of the electrolyte and thereby increase the electrical conductivity can.
  • the direction in which this pressure is exerted corresponds to the longitudinal extension direction of the battery cell 10 and thus to the vertical direction Z or the preferred direction of size change A.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a solid-state accumulator system 1, 2 according to the invention with a solid-state accumulator holder 2 according to the invention according to a first exemplary embodiment.
  • the accumulator cell 10 of the solid-state accumulator 1 is surrounded by a solid-state accumulator mount 2 which has exactly one endlessly closed elastomeric tension spring 20 and a pair of mount elements 21 , 22 .
  • the tension spring 20 can generally also be referred to as a tension spring element 20 .
  • the holding elements 21 , 22 can also be referred to as holding plates 21 , 22 or as end plates 21 , 22 .
  • a tension spring 20 is thus used, which in the first exemplary embodiment under consideration in FIG. 1 is closed endlessly and is made of an elastomeric material such as ethylene-propylene-diene rubber, natural rubber or silicone.
  • a likewise endlessly closed tension carrier element 20c is embedded as a reinforcement layer 20c in the form of a fabric 20c.
  • the fabric 20c can be made of plastic fibers or natural fibers and can transmit tensile forces in the endlessly closed direction of the elastomeric tension spring 20.
  • the two mounting elements 21, 22 are each semicircular and lie with their flat, level side on the upper or lower surface of the battery cell 10, so that one mounting element 21 as the first, upper mounting element 21 and the other, in the vertical Direction Z opposite support member 22 can be referred to as the second, lower support member 22.
  • the accumulator cell 10 is surrounded on both sides in the transverse direction Y by the endlessly closed elastomeric tension spring 20 in the vertical direction Z and the two mounting elements 21, 22 of the solid-state accumulator holder 2 by the endlessly closed elastomeric tension spring 20 in an arc in the transverse direction Y, with the endlessly closed elastomeric Tension spring 20 tensioned on the accumulator cell 10 and on the mounting elements 21, 22 rests. In this way, the endlessly closed tension spring 20 exerts tensile forces on the accumulator cell 10 counter to the preferred direction of size change A.
  • the endlessly closed elastomeric tension spring 20 is dimensioned in relation to the accumulator cell 10 so that the accumulator cell 10 can be held securely in relation to the environment, for example by arranging the solid-state accumulator holder 2 within a housing or frame. Due to the elastic properties of the endlessly closed elastomeric tension spring 20, this hold can also be guaranteed when the accumulator cell 10 "breathes", i.e. shortens in the preferred direction of size change A when discharging and lengthens in the preferred direction of size change A when charging.
  • a sufficiently high tensile force can be exerted on the two mounting elements 21, 22 and transmitted from the two mounting elements 21, 22 to the accumulator cell 10 in order to generate a force or a Pressure of about 10 bar, for example, exert on the accumulator cell 10 to improve the contact between the solid particles of the electrolyte and thus increase the electrical conductivity.
  • the material of the endlessly closed elastomeric tension spring 20 constricts in the longitudinal direction X when the battery cell 10 is charged and thus enlarged in the preferred direction of size change A or in the vertical direction Z, since As a result, the characteristic curve of the spring stiffness of the elastomeric material of the endlessly closed elastomeric tension spring 20 can be reduced, so that a tensile force that is as constant as possible can be exerted by the endlessly closed elastomeric tension spring 20 on the accumulator cell 10 over the entire span of the change in size. Accordingly, the tensile force or the pressure for compressing the solid particles of the electrolyte can be exerted comparatively constantly despite the significant change in size of the accumulator cell 10 or its anode when “breathing”.
  • the solid state accumulator system 1 , 2 can be assembled in such a way that the accumulator cell 10 is provided and held on one side in the longitudinal direction X. Then the first, upper mounting element 21 can be placed on the upper side of the battery cell 10 and the second, lower mounting element 22 can also be held on one side in the longitudinal direction X and applied from below against the lower side of the battery cell 10 .
  • the endlessly closed elastomeric tension spring 20 can now be stretched, which can be done by tensile forces acting from outside, for example by negative pressure. In the expanded state, the endlessly closed elastomeric tension spring 20 can be pushed over the battery cell 10 together with the retaining elements 21 , 22 in the longitudinal direction X from the opposite side. The expansion of the endlessly closed elastomeric tension spring 20 can then be ended in the desired position, so that the solid-state accumulator system 1 , 2 can be created as previously described.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a solid-state accumulator system 1, 2 according to the invention with a solid-state accumulator holder 2 according to the invention according to a second exemplary embodiment.
  • four narrower, endlessly closed elastomeric tension springs 20 together form the solid-state battery holder 2 in the longitudinal direction X, which can simplify assembly with regard to the expansion of the individual endlessly closed elastomeric tension springs 20 .
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a solid-state accumulator system 1, 2 according to the invention with a solid-state accumulator holder 2 according to the invention according to a third exemplary embodiment.
  • an elastomeric tension spring 20 is also used, which, however, is open and is applied to the accumulator cell 10 by winding.
  • a material connection between the surface of the accumulator cell 10 and the mounting elements 21, 22 and the inside of the wound elastomeric tension spring 20 can be achieved by means of gluing. This can be done in the longitudinal direction X beyond the edges (not labeled) of the accumulator cell 10 and the mounting elements 21 , 22 and can then be shortened to its dimensions by cutting.
  • FIG. 4 shows a schematic representation of a solid-state accumulator system 1, 2 according to the invention with a solid-state accumulator holder 2 according to the invention according to a fourth exemplary embodiment.
  • two elastomeric tension springs 20 are wound in two layers in order to improve the hold of the solid-state battery holder 2 .
  • the individual plies or layers of the elastomeric tension springs 20 can be glued together. It is advantageous to overlap the individual layers or layers of the elastomeric tension springs 20 in the same winding direction or to apply them in opposite winding directions in order to improve the hold of the individual layers or layers of the elastomeric tension springs 20 to one another. Endlessly closed elastomeric tension springs 20 can also be provided in multiple layers (not shown).
  • FIG. 5 shows a schematic representation of a solid-state accumulator system 1, 2 according to the invention with a solid-state accumulator holder 2 according to the invention according to a fifth exemplary embodiment.
  • an endlessly closed elastomeric tension spring 20 is used, which has eight tension points 20a in the form of tabs 20a or eyelets 20a. which are sort of arranged “in the corners”.
  • tensile forces can be exerted on the endlessly closed elastomeric tension spring 20 via the tension points 20a.
  • FIG. 6 shows a schematic representation of a solid-state accumulator system 1, 2 according to the invention with a solid-state accumulator holder 2 according to the invention according to a sixth exemplary embodiment.
  • the support members 21, 22 are formed flat with a rectangular cross section.
  • the corresponding areas of the endlessly closed elastomeric tension spring 20 are solid in order to continue to achieve a force-transmitting connection between the endlessly closed elastomeric tension spring 20 and the two mounting elements 21 , 22 .
  • FIG. 7 shows a schematic representation of a solid-state accumulator system 1, 2 according to the invention with a solid-state accumulator holder 2 according to a seventh exemplary embodiment.
  • the rectangular mounting elements 21, 22 extend in the transverse direction Y beyond the sides of the battery cell 10 and are each bonded there, e.g. by vulcanization, with two rectangular elastomeric tension springs 20, which run laterally on the battery cell 10 or laterally applied to the battery cell 10. Both elastomeric tension springs 20 have a tension carrier element 20c.
  • FIG. 8 shows a schematic illustration of a solid-state accumulator system 1, 2 according to the invention with a solid-state accumulator holder 2 according to an eighth exemplary embodiment.
  • a form-fitting connection between the two mounting elements 21, 22 and the two elastomeric tension springs 10 is achieved in that the two edges (not labeled) of the two elastomeric tension springs 10 each have an embedded support element 20b in the form of a rod-shaped traverse 20b and in the longitudinal direction X interrupted, ie in two parts, are formed.
  • the two mounting elements 21, 22 each enclose the exposed support element 20b by means of hooks 21a, 22a, so that the tensile forces of the two divided elastomeric tension springs 10 via the two mounting elements 21, 22 as previously described the accumulator cell 20 can be transferred.
  • FIG. 9 shows a schematic representation of a solid-state accumulator system 1, 2 according to the invention with a solid-state accumulator holder 2 according to the invention according to a ninth exemplary embodiment.
  • two accumulator cells 10 of the solid-state accumulator 1 arranged parallel to one another in the horizontal X, Y are jointly accommodated by the solid-state accumulator holder 2 as described above.
  • one of three elastomer tension springs 20 is arranged in the transverse direction Y between the two accumulator cells 10 . All three elastomeric tension springs 20 are connected in the vertical direction Z to the two mounting elements 21, 22, which enclose both accumulator cells 10 in the vertical direction Z, as described above.
  • FIG. 10 shows a schematic representation of a solid-state accumulator system 1, 2 according to the invention with a solid-state accumulator holder 2 according to the invention according to a tenth exemplary embodiment.
  • This design corresponds to the previous ninth exemplary embodiment of FIG. 9, with the difference that a pair of holding elements 21, 22 is used per accumulator cell 10, which are spaced apart in the transverse direction Y from the middle elastomeric tension spring 20.
  • the material connection of the elastomeric tension springs 20 to the mounting elements 21, 22 takes place at their edges, i.e. both in the vertical direction Z and in the transverse direction Y.
  • FIG. 10 shows a schematic representation of a solid-state accumulator system 1, 2 according to the invention with a solid-state accumulator holder 2 according to the invention according to a tenth exemplary embodiment.
  • This design corresponds to the previous ninth exemplary embodiment of FIG. 9, with the difference that a pair of holding elements 21, 22 is used per accumulator cell 10, which are spaced
  • FIG. 11 shows a schematic representation of a solid-state accumulator system 1, 2 according to the invention with a solid-state accumulator holder 2 according to an eleventh exemplary embodiment.
  • two accumulator cells 10 are arranged directly next to each other in the transverse direction Y and are jointly enclosed by the solid-state accumulator mount 2 by means of a pair of elastomeric tension springs 20 and a pair of mounting elements 21 , 22 .
  • FIG. 12 shows a schematic representation of a solid-state accumulator system 1, 2 according to the invention with a solid-state accumulator holder 2 according to the invention according to a twelfth exemplary embodiment.
  • This design corresponds to the eleventh exemplary embodiment of Figure 11 with the difference that two battery cells 10 are also arranged one behind the other in the longitudinal direction X, so that a total of four battery cells 10 arranged in the horizontal X, Y can be removed from the solid-state battery holder 2 by means of a pair of elastomer tension springs 20 and a pair of support members 21, 22 are enclosed.
  • FIG. 13 shows a schematic representation of a solid-state accumulator system 1, 2 according to the invention with a solid-state accumulator holder 2 according to the invention according to a thirteenth exemplary embodiment.
  • This design corresponds to the first exemplary embodiment in FIG. 1, with the difference that here two accumulator cells 10 are arranged one above the other in the vertical direction Z and are enclosed together by the endlessly closed elastomeric tension spring 20 .
  • FIG. 14 shows a schematic representation of a solid-state accumulator system 1, 2 according to the invention with a solid-state accumulator holder 2 according to the invention according to a fourteenth exemplary embodiment.
  • This embodiment corresponds to the thirteenth Exemplary embodiment of FIG. 13 with the difference that here the solid state accumulator holder 2 according to the seventh exemplary embodiment is used.
  • FIG. 15 shows a schematic representation of a solid-state accumulator system 1, 2 according to the invention with a solid-state accumulator holder 2 according to the invention according to a fifteenth exemplary embodiment.
  • first upper support members first, upper support plates; first, upper endplate

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Festkörperakkumulatorsystem (1, 2) mit wenigstens einem Festkörperakkumulator (1) mit einer bevorzugten Größenänderungsrichtung (A) und mit wenigstens einer Festkörperakkumulatorhalterung (2), welche ausgebildet ist, in der Größenänderungsrichtung (A) der Größenänderung des Festkörperakkumulators (1) mittels wenigstens einer Zugfeder (20) entgegenzuwirken.

Description

Beschreibung
FESTKÖRPERAKKUMULATORSYSTEM UMFASSEND EINE FESTKÖRPERAKKUMULATORHALTERUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Festkörperakkumulatorsystem sowie eine Festkörperakkumulatorhalterung zur Verwendung in einem derartigen Festkörperakkumulatorsystem.
Es ist bekannt, elektrische Energie zu speichern, um die elektrische Energie zu einem späteren Zeitpunkt und bzw. oder mobil nutzen zu können. Mobile Anwendungen können beispielsweise elektronische Unterhaltungs- und Kommunikationsgeräte wie beispielsweise Mobilfunktelefone sowie Fahrzeuge sein, welche teilweise oder vollständig elektrisch angetrieben werden können.
In jedem Fall können hierzu wiederaufladbare elektrische Energiespeicher verwendet werden, welche auch als Akkumulatoren bezeichnet werden können. Akkumulatoren werden auch als Sekundärbatterien bezeichnet und umgangssprachlich als Akku abgekürzt. Ein Akkumulator stellt ein wiederaufladbares galvanisches Element dar, welches zwei Elektroden und ein Elektrolyt aufweist, welches die elektrische Energie auf elektrochemischer Basis speichern kann. Der jeweilige Elektrolyt dient der Leitung von Ionen zwischen Anode und Kathode.
Akkumulatoren können, je nach Anwendung, in verschiedenen Größen und Formen hergestellt werden. So sind beispielsweise die Akkumulatoren von Mobiltelefonen üblicherweise flach und quaderförmig ausgebildet, um möglichst bauraumsparend zu sein. Kommt es weniger auf den erforderlichen Bauraum an, so sind Akkumulatoren häufig zylindrisch ausgebildet. Zylindrische Akkumulatoren sowie quaderförmige Akkumulatoren werden für viele elektrische Haushaltsgeräte verwendet. Insbesondere zylindrische Akkumulatoren werden meist zu mehreren verwendet und in Reihe geschaltet und bzw. oder einander direkt kontaktierend hintereinander angeordnet, zum Beispiel in Fernbedienungen von elektronischen Geräten und dergleichen.
Auch in batterieelektrischen Fahrzeugen (kurz: BEV für Englisch „battery electric vehicle“), welche auch als Elektroautos bezeichnet werden können, wird üblicherweise eine Vielzahl von, insbesondere zylindrischen, Akkumulatoren miteinander kombiniert verwendet. Häufig werden die Akkumulatoren räumlich parallel zueinander im Boden des Chassis des Fahrzeugs angeordnet. Die Verschaltung der einzelnen Akkumulatoren kann je nach Anwendungsfall bzw. je nach Hersteller erfolgen.
Die Akkumulatoren unterscheiden sich im Wesentlichen durch die Technologie der Speicherung der elektrischen Energie, welche im Wesentlichen vom verwendeten Elektrolyt abhängt. So sind heutzutage Lithium-Ionen-Akkumulatoren weit verbreitet, welche auf Lithium-Verbindungen in allen drei Phasen der elektrochemischen Zelle basieren. Lithium-Ionen-Akkumulatoren weisen eine vergleichsweise hohe spezifische Energie, d.h. eine vergleichsweise hohe Energie pro Eigenmasse, auf und werden üblicherweise bei Mobiltelefonen verwendet, jedoch auch bei batterieelektrischen Fahrzeugen. Bei batterieelektrischen Fahrzeugen finden aber auch Akkumulatoren auf Blei- oder Nickelbasis Anwendung. Gemein haben diese Akkumulatoren, dass jeweils ein flüssiger Elektrolyt verwendet wird.
Nachteilig bei Akkumulatoren mit flüssigen Elektrolyten ist üblicherweise, dass die Akkumulatoren gekühlt werden müssen, um die Lebensdauer der Elektroden zu verlängern. Dies stellt einen nicht unerheblichen zusätzlichen Aufwand dar.
Insbesondere können die erforderlichen Kühl- und sonstige Vorrichtungen mehr als die Hälfte des Volumens beispielsweise eines Lithium-Ionen-Akkumulators ausmachen. Auch sollte zur Verlängerung der Lebensdauer der Akkumulatoren vermieden werden, dass diese gänzlich geladen bzw. entladen werden. Ferner sind die meisten flüssigen Elektrolyte brennbar, was zusätzliche Sicherheitsvorrichtungen erforderlich machen kann. Des Weiteren kann der flüssige Elektrolyt bei Beschädigung auslaufen, was ebenfalls zu zusätzlichen Sichereinheitsmaßnahmen führen kann. Ein weiteres Sicherheitsrisiko kann bei Akkumulatoren mit flüssigen Elektrolyten durch sehr niedrige oder sehr hohe Umgebungstemperaturen auftreten, da dann die flüssigen Elektrolyte einfrieren oder sieden können.
Es sind ferner Akkumulatoren mit Elektrolyt aus festem Material bekannt, welche auch als Festkörperakkumulatoren bezeichnet werden können. Aufgrund der festen Materialien der Elektrolyte können diese bei Beschädigung nicht auslaufen, was die Sicherheit der Verwendung von Festkörperakkumulatoren erhöhen kann bzw. es kann auf entsprechende zusätzliche Sicherheitsmaßnahmen verzichtet werden. Auch sind die festen Materialien der Elektrolyte üblicherweise nicht entflammbar. Ferner weisen Festkörperakkumulatoren üblicherweise eine längere Lebensdauer als Akkumulatoren mit flüssigen Elektrolyten auf und lassen sich besser lagern. Festkörperakkumulatoren lassen sich auch leichter miniaturisieren und können insbesondere in Form einer dünnen Schicht gefertigt werden. Des Weiteren zeigen Festkörperakkumulatoren üblicherweise bei Temperaturschwankungen keine Sicherheitsprobleme sowie keine abrupten Veränderungen ihrer Leistung.
Nachteilig ist bei Festkörperakkumulatoren jedoch, dass diese bisher eine niedrigere Leistungsdichte und eine höhere Energiedichte als Akkumulatoren mit flüssigen Elektrolyten aufweisen. Dies kann sich entsprechend nachteilig auf die Anwendungen auswirken, da dies das Beschleunigungsvermögen batterieelektrischer Fahrzeugenentsprechend einschränken kann.
Nachteilig ist auch, dass bei Festkörperakkumulatoren bzw. bei deren Anode beim Laden und beim Entladen eine signifikante Größenänderung von beispielsweise 20% auftreten kann. Die Größenänderung kann entsprechend besonders in einer länglichen Erstreckungsrichtung des Festkörperakkumulators auftreten, also beispielsweise bei zylindrischen Festkörperakkumulatoren in Richtung der Längsachse, in welcher sich auch die Elektroden gegenüber liegen. Diese Größenänderung bzw. diese Längenänderung zwischen dem geladenen und dem entladenen bzw. ungeladenen Zustand des Festkörperakkumulators kann auch als „atmen“ bezeichnet werden.
Nachteilig ist ferner, dass Festkörperakkumulatoren mit einem vergleichsweise hohen Druck von über ca. 10 bar, insbesondere zwischen ca. 10 bar und ca. 30 bar, zusammengedrückt werden müssen, um einen akzeptablen, insbesondere einen guten, Wirkungsgrad zu erreichen, da der ausgeübte Druck zu einem besseren Kontakt zwischen den festen Partikeln führen und hierdurch die elektrische Leitfähigkeit erhöhen kann. Bei Festkörperakkumulatoren mit einer länglichen Erstreckungsrichtung wird dieser Druck üblicherweise in der länglichen Erstreckungsrichtung ausgeübt, also beispielsweise bei zylindrischen Festkörperakkumulatoren in Richtung der Längsachse.
In jedem Fall werden hierdurch besondere Anforderungen an Festkörperakkumulatoren bzw. an die Gehäuse und dergleichen gestellt, welche die Festkörperakkumulatoren umgeben.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Nutzungsmöglichkeiten von Festkörperakkumulatoren zu verbessern. Dies soll möglichst einfach, robust, vielseitig, kostengünstig und bzw. oder bauraumsparend erfolgen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Festkörperakkumulatorsystem sowie durch eine Festkörperakkumulatorhalterung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben. Somit betrifft die vorliegende Erfindung ein Festkörperakkumulatorsystem mit wenigstens einem Festkörperakkumulator mit einer bevorzugten Größenänderungsrichtung und mit wenigstens einer Festkörperakkumulatorhalterung, welche ausgebildet ist, in der Größenänderungsrichtung der Größenänderung des Festkörperakkumulators mittels wenigstens einer Zugfeder entgegenzuwirken.
Der vorliegenden Erfindung liegt dabei die Erkenntnis zugrunde, dass, wie eingangs beschrieben, Festkörperakkumulatoren bzw. deren Anode prinzipiell dazu neigen, beim Entladen der gespeicherten elektrischen Ladung sich zu verkleinern und beim Aufladen wieder zu vergrößern, was auch als „atmen“ des Festkörperakkumulators bezeichnet werden kann. Dies erfolgt im Wesentlichen in einer Raumrichtung, welche somit als bevorzugte Größenänderungsrichtung bezeichnet werden kann, da in dieser Raumrichtung die größte Größenänderung aufgrund des „Atmens“ des Festkörperakkumulators bzw. seiner Akkumulatorzelle bzw. seiner Akkumulatorzellen auftritt. Dabei wirkt sich diese Größenänderung insbesondere in der Richtung der länglichen Erstreckung des Festkörperakkumulators aus, so dass die Richtung der länglichen Erstreckung auch als bevorzugte Größenänderungsrichtung bezeichnet werden kann. Dies stellt üblicherweise auch die Richtung dar, in welcher die beiden Elektroden des Festkörperakkumulators zueinander beabstandet sind bzw. von einer Trennschicht getrennt werden.
Um einen Festkörperakkumulator nun trotz der regelmäßigen signifikanten Größenänderung, welche durchaus 20% der länglichen Erstreckung des Festkörperakkumulators betragen kann, in der bevorzugten Größenänderungsrichtung halten bzw. fixieren zu können, wird erfindungsgemäß eine Festkörperakkumulatorhalterung vorgeschlagen, welche dieser Größenänderung mittels wenigstens einer Zugfeder entgegenwirken kann. Hierzu kann die Zugfeder bei minimaler Größe des Festkörperakkumulators in der bevorzugten Größenänderungsrichtung, d.h. im vollständig bzw. weitestgehend entladenen Zustand, zumindest fast oder vollständig kraftlos sein bzw. lose an dem Festkörperakkumulator anliegen bzw. gehalten werden und mittels der Zugfederkraft beim Aufladen der hierdurch bedingten Vergrößerung des Festkörperakkumulators in der bevorzugten Größenänderungsrichtung entgegenwirken, so dass der Festkörperakkumulator zwar einerseits entlang der Richtung der bevorzugten Größenänderung auch beim „Atmen“ gehalten werden kann, sich aber dennoch prinzipbedingt in der bevorzugten Größenänderungsrichtung ausdehnen kann. Somit kann ein sicherer Halt des Festkörperakkumulators trotz des „Atmens“ erreicht werden.
Um dies umzusetzen, übt die Zugfeder der Festkörperakkumulatorhalterung eine Kraft entgegen der bevorzugten Größenänderungsrichtung des Festkörperakkumulators auf diesen aus. Mit anderen Worten wirkt eine Größenänderung des Festkörperakkumulators bzw. dessen Anode in der bevorzugten Größenänderungsrichtung beim Aufladen derart auf die Festkörperakkumulatorhalterung bzw. auf dessen wenigstens eine Zugfeder, dass der sich in der bevorzugten Größenänderungsrichtung ausdehnende Festkörperakkumulator die Zugfeder entgegen ihrer Federkraft auseinander zieht, so dass die Zugfeder diesem Auseinanderziehen mittels ihrer Federkraft entgegenwirkt.
Die Zugfeder kann hierzu entsprechend ausgebildet sein. Hierzu stehen insbesondere mechanische sowie elastomere Zugfedern zur Verfügung. In jedem Fall kann eine Zugfeder alleinig zur Umsetzung verwendet werden. Es können aber auch mehrere gleiche bzw. gleichartig wirkende und bzw. oder unterschiedliche bzw. unterschiedlich wirkende Zugfedern verwendet werden. Insbesondere kann wenigstens eine Zugfeder mit wenigstens einem starren oder beweglichen Element kombiniert verwendet werden, um die gewünschte Wirkung zu erreichen. In jedem Fall kann es die Verwendung einer Zugfeder begünstigen, eine kompakte Anordnung bzw. einen kompakten Aufbau der Festkörperakkumulatorhalterung zu erreichen. Hierzu kann die Zugfeder in der bevorzugten Größenänderungsrichtung des Festkörperakkumulators wirkend parallel zum Festkörperakkumulator angeordnet werden. Dies kann insbesondere durch wenigstens eine endlos geschlossene oder gewickelte elastomere Zugfeder erfolgen, welche den Festkörperakkumulator umschließt, oder auch durch wenigstens ein Paar von parallel angeordneten, vorzugsweise elastomeren, Zugfedern, welche mit Halterungselementen verbunden sind, welche den Festkörperakkumulator jeweils randseitig umschließen und die Zugkräfte der Zugfedern auf den Festkörperakkumulator übertragen.
Insbesondere kann eine elastomere Zugfeder aufgrund der Einschnürung des elastomeren Materials bei zugkraftbedingter Dehnung in der bevorzugten Größenänderungsrichtung einen degressiven Verlauf der Kennlinie der Federsteifigkeit aufweisen, so dass über die gesamte Spanne der Größenänderung eine möglichst konstante Zugkraft von der elastomeren Zugfeder auf den Festkörperakkumulator ausgeübt werden kann.
In jedem Fall kann auf diese Art und Weise erfindungsgemäß der Festkörperakkumulator von der Festkörperakkumulatorhalterung sowohl im entladenen und geladenen Zustand als auch während des Entlade- und Aufladevorgangs sicher gehalten werden. Dies kann trotz der signifikanten Größenänderung in der bevorzugten Größenänderungsrichtung während des Entlade- und Aufladevorgangs erfolgen. Mittels der Festkörperakkumulatorhalterung kann der Festkörperakkumulator mit einer Vorrichtung bzw. mit einem Gerät verbunden und somit dort sicher gehalten werden, welches mittels des Festkörperakkumulators elektrisch gespeist bzw. betreiben werden kann. Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist die Zugfeder ferner ausgebildet ist, eine Vorspannung auf den Festkörperakkumulator auszuüben. Dies kann durch eine entsprechende Auslegung des Zugfeder erfolgen, indem auch bei minimaler Größe des vollständig entladenen Festkörperakkumulators in der bevorzugten Größenänderungsrichtung eine Zugkraft der Zugfeder auf den Festkörperakkumulator ausgeübt werden kann, welche den Festkörperakkumulator in der Richtung der bevorzugten Größenänderung zusammenzieht und hierdurch vorspannt. Mit anderen Worten kann eine möglichst gleichmäßige Vorspannung unabhängig vom Ladezustand auf der Akkumulatorzelle sichergestellt werden, sodass die Leitfähigkeit und damit die maximale Leistung der Akkumulatorzelle nicht oder möglichst wenig durch das „Atmen“ beeinflusst wird.
Diese Zugkraft der Zugfeder kann als Vorspannung der Zugfeder angesehen werden und vorzugsweise wenigstens ca. 10 bar, besonders vorzugsweise zwischen ca. 10 bar und ca. 30 bar, betragen. Auf diese Art und Weise kann der Festkörperakkumulator bzw. dessen Anode, Kathode und Elektrolyt zusammengezogen werden, um den Wirkungsgrad zu erhöhen, da der ausgeübte Druck zu einem besseren Kontakt zwischen den festen Partikeln führen und hierdurch die elektrische Leitfähigkeit erhöhen kann.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist die Zugfeder ein elastomeres Material auf, vorzugsweise besteht aus einem elastomeren Material. Dies kann eine besondere einfache, kostengünstige, bauraumsparende, langlebige und bzw. oder einfach anpassbare Möglichkeit der Umsetzung darstellen. Auch kann die Vergrößerung des Festköperakkumulators bzw. dessen Anode in der bevorzugten Größenänderungsrichtung während des Aufladevorgangs entgegen der Zugkraft der elastomeren Zugfeder zu einer Einschnürung der Zugfeder senkrecht zur bevorzugten Größenänderungsrichtung führen, wodurch ein degressiver Verlauf der Kennlinie der Federsteifigkeit der elastomeren Zugfeder erzeugt werden kann. Dies kann dahingehend vorteilhaft sein, da so über die gesamte Spanne der Größenänderung eine möglichst konstante Zugkraft von der elastomeren Zugfeder auf den Festkörperakkumulator ausgeübt werden kann.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist das elastomere Material ein Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk, ein Naturkautschuk oder Silikon. Dies können besonders einfache, kostengünstige und bzw. oder langlebige Möglichkeiten zur Umsetzung darstellen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umschließt die elastomere Zugfeder den Festkörperakkumulator zumindest abschnittsweise, vorzugsweise vollständig. Dies kann endlos geschlossen oder gewickelt, vorzugsweise mehrlagig, erfolgen. In jedem Fall kann hierdurch eine kompakte Umsetzung ermöglicht werden.
Im Fall der Verwendung einer endlos geschlossenen elastomeren Zugfeder kann eine Montage der geschlossenen elastomeren Zugfeder um den Festkörperakkumulator herum derart erfolgen, dass die elastomere Zugfeder endlos geschlossen hergestellt bzw. bereitgestellt und dann entgegen ihrer Zugkraft ausreichend gedehnt wird, um den Festkörperakkumulator innerhalb der endlos geschlossenen elastomeren Zugfeder zu positionieren und dann die Dehnung der endlos geschlossenen elastomeren Zugfeder zu reduzieren, bis die endlos geschlossene elastomere Zugfeder auf dem Festkörperakkumulator aufliegt.
Das Dehnen kann insbesondere durch die Ausübung von Zugkräften auf die endlos geschlossene elastomere Zugfeder derart erfolgen, dass die Positionierung des Festkörperakkumulators im durch Dehnung aufgeweiteten Innenraum der endlos geschlossenen elastomeren Zugfeder erfolgen kann. Diese Zugkräfte können beispielsweise dadurch auf die endlos geschlossene elastomere Zugfeder ausgeübt werden, indem die endlos geschlossene elastomere Zugfeder von außen mittels Unterdrück angesaugt und dann auseinander gezogen bzw. gedehnt wird. Auch können Zugpunkte wie beispielsweise Laschen, Haken, Ösen und dergleichen zerstörungsfrei entfernbar oder einstückig, d.h. integral, ausgebildet an der endlos geschlossenen elastomeren Zugfeder vorgesehen sein, um mittels mechanischer Verbindung die endlos geschlossene elastomere Zugfeder ziehen bzw. dehnen zu können.
Im Fall, dass der Festkörperakkumulator eine Vorspannung aufweisen soll, kann diese Vorspannung ggfs. während der Montage durch separate Spann- bzw. Druckmittel auf den Festkörperakkumulator ausgeübt werden, bis die endlos geschlossene elastomere Zugfeder bzw. die endlos geschlossenen elastomeren Zugfedern wie zuvor beschrieben positioniert bzw. montiert sind. Ein hierzu erforderlicher Kontakt vom Spann- bzw. Druckmittel vorzugsweise mit den beiden Außenflächen des Festkörperakkumulators in der bevorzugten Größenänderungsrichtung kann vorzugsweise randseitig erfolgen, um die Spann- bzw. Druckmittel ggfs. nach erfolgter Montage der endlos geschlossenen elastomeren Zugfeder unter der endlos geschlossenen elastomeren Zugfeder weg- bzw. herausziehen zu können.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung sind mehrere endlos geschlossene elastomere Zugfedern parallel zueinander angeordnet und umschließen den Festkörperakkumulator gemeinsam zumindest abschnittsweise, vorzugsweise vollständig, endlos. Mit anderen Worten ist jede elastomere Zugfeder endlos geschlossen und mehrere endlos geschlossene elastomere Zugfedern sind nebeneinander angeordnet. Dabei wirkt jede einzelne endlos geschlossene elastomere Zugfeder wie zuvor beschrieben auf den Festkörperakkumulator. Dies kann den Montageaufwand reduzieren, da jeweils nur eine vergleichsweise kleine und damit hinsichtlich ihrer Zugkraft schwächere endlos geschlossene elastomere Zugfeder gleichzeitig gedehnt und positioniert werden muss. Dies kann für alle endlos geschlossenen elastomeren Zugfedern nacheinander erfolgen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung sind mehrere endlos geschlossene elastomere Zugfedern übereinander angeordnet und umschließen den Festkörperakkumulator gemeinsam zumindest abschnittsweise, vorzugsweise vollständig, endlos. Dies kann eine mehrlagige Umsetzung ermöglichen, wodurch der Gestaltungsspielraum erhöht werden kann. Beispielsweise können mehrere Lagen von endlos geschlossenen elastomeren Zugfedern in der Mitte des Festkörperakkumulators bzw. dessen Akkumulatorzelle angeordnet werden, um einer Durchbiegung entgegenzuwirken.
Auch in diesem Fall kann dies die Montage der endlos geschlossenen elastomeren Zugfedern vereinfachen, wie zuvor beschrieben, da die Zugkraft pro endlos geschlossener elastomerer Zugfeder weiter reduziert werden und dennoch im Zusammenwirken aller endlos geschlossener elastomerer Zugfedern die resultierende gemeinsame Zugkraft erreicht werden kann. Dies kann auch durch Wickeln mehrerer offener elastomerer Zugfedern erfolgen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umschließt die elastomere Zugfeder den Festkörperakkumulator zumindest abschnittsweise, vorzugsweise vollständig, und bzw. oder wenigstens einlagig, vorzugsweise mehrlagig, gewickelt. Dies kann eine alternative Umsetzung darstellen, bei dessen Montage das Dehnen einer endlos geschlossenen elastomeren Zugfeder wie zuvor beschrieben vermieden werden kann. Auch in diesem Fall kann eine ggfs. erforderliche Vorspannung während der Montage wie zuvor beschrieben ausgeübt werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird der Festkörperakkumulator in der bevorzugten Größenänderungsrichtung bogenförmig, vorzugsweise halbrund, von der elastomeren Zugfeder umschlossen. Hierzu kann die endlos geschlossene elastomere Zugfeder und bzw. oder der Festkörperakkumulator randseitig entsprechend geformt sein. Dies kann einen gleichmäßigeren Kraftfluss innerhalb des Materials der elastomeren Zugfeder bewirken, was sich auf die Langlebigkeit der elastomeren Zugfeder positiv auswirken kann. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird der Festkörperakkumulator in der bevorzugten Größenänderungsrichtung flächig senkrecht zur bevorzugten Größenänderungsrichtung von der elastomeren Zugfeder umschlossen und ist vorzugsweise nach außen hin bogenförmig, vorzugsweise halbrund, ausgebildet. Dies kann eine entsprechende Ausbildung der Kontaktfläche des Festkörperakkumulators gegenüber der elastomeren Zugfeder ermöglichen, wie sie beispielsweise bei quaderförmigen und zylindrischen Festkörperakkumulatoren üblich ist. Auf diese Art und Weise kann die erfindungsgemäße Festkörperakkumulatorhalterung mit derartigen bekannten bzw. einfach herzustellenden Festkörperakkumulatoren verwendet werden, ohne die Festkörperakkumulatoren baulich verändern bzw. an die elastomere Zugfeder anpassen zu müssen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist wenigstens ein Paar elastomerer Zugfedern entlang der bevorzugten Größenänderungsrichtung parallel zum Festkörperakkumulator angeordnet und in der bevorzugten Größenänderungsrichtung jeweils am offenen Ende mit einem Halterungselement verbunden, wobei die elastomeren Zugfedern und die Halterungselemente den Festkörperakkumulator zumindest abschnittsweise, vorzugsweise vollständig, endlos umschließen. Die Halterungselemente können hierzu starr, beispielsweise aus Metall, ausgebildet sein. In jedem Fall kann dies eine alternative Umsetzung der vorliegenden Erfindung darstellen, wie zuvor bereits erwähnt. In diesem Fall können die beiden endseitig offenen elastomeren Zugfedern gemeinsam ihre Zugkraft jeweils auf die beiden Halterungselemente ausüben, welche ihrerseits den Festkörperakkumulator derart randseitig umschließen, so dass die zuvor beschriebenen Eigenschaften auch auf diese Art und Weise umgesetzt werden können.
Dies kann ggfs. das Dehnen zur Montage wie zuvor beschrieben vereinfachen, da die hierfür erforderlichen äußeren Zugkräfte nun zumindest im Wesentlichen auf die Halterungselemente ausgeübt werden können, wie zuvor hinsichtlich wenigstens einer endlos geschlossenen elastomeren Zugfeder beschrieben. Auch die Halterungselemente bzw. wenigstens eines der Halterungselemente kann hierzu ebenfalls Zugpunkte wie beispielsweise Laschen, Haken, Ösen und dergleichen aufweisen, wie zuvor bereits beschrieben.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung sind die offenen Enden der elastomeren Zugfedern stoffschlüssig, kraftschlüssig und bzw. oder formschlüssig mit den Halterungselementen verbunden. Bei Verwendung von elastomeren Zugfedern kann dies vorzugsweise mittels Vulkanisation vor der Montage des Festkörperakkumulators erfolgen. In jedem Fall kann hierdurch eine haltbare Verbindung erfolgen, um die zuvor beschriebenen Eigenschaften und Vorteile umsetzen zu können.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird der Festkörperakkumulator in der bevorzugten Größenänderungsrichtung flächig senkrecht zur bevorzugten Größenänderungsrichtung von den Halterungselementen umschlossen. Dies kann die Umsetzung der entsprechenden zuvor bereits beschriebenen Eigenschaften und Vorteile auch in diesem Fall ermöglichen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist die Festkörperakkumulatorhalterung, vorzugsweise die elastomere Zugfeder und bzw. oder die Halterungen, wenigstens ein Paar von Zugpunkten auf, welche ausgebildet sind, durch Ziehen die Festkörperakkumulatorhalterung zu weiten. Dies kann die konkrete Umsetzung der zuvor bereits beschriebenen entsprechenden Eigenschaften und Vorteile auch in diesem Fall ermöglichen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist die elastomere Zugfeder in der Richtung der bevorzugten Größenänderungsrichtung wenigstens ein Zugträgerelement auf, wobei das Zugträgerelement vorzugsweise eine Verstärkungsschicht, vorzugsweise in Form eines Gewebes, ist, wobei die Verstärkungsschicht vorzugsweise Kunststofffaser und bzw. oder Naturfasern aufweist, vorzugsweise hieraus besteht. Dies kann die Übertragung von Zugkräften seitens der elastomeren Zugfeder verbessern und hierdurch insbesondere die Langlebigkeit der elastomeren Zugfeder erhöhen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist das erfindungsgemäße Festkörperakkumulatorsystem mehrere Akkumulatorzellen auf, welche in der bevorzugten Größenänderungsrichtung und bzw. oder senkrecht zur bevorzugten Größenänderungsrichtung angeordnet sind, wobei die Festkörperakkumulatorhalterung ausgebildet ist, in der Größenänderungsrichtung der Größenänderung aller Akkumulatorzellen mittels wenigstens einer Zugfeder entgegenzuwirken. Dies kann den Gestaltungspielraum zur Nutzung der vorliegenden Erfindung erhöhen. Insbesondere kann der Aufwand zur Umsetzung der vorliegenden Erfindung entsprechend geringgehalten werden.
Die Erfindung betrifft auch eine Festkörperakkumulatorhalterung zur Verwendung in einem Festkörperakkumulatorsystem wie zuvor beschrieben. Hierdurch kann eine Festkörperakkumulatorhalterung zur Verfügung gestellt werden, um ein erfindungsgemäßes Festkörperakkumulatorsystem wie zuvor beschrieben umsetzen zu können.
Mehrere Ausführungsbeispiele und weitere Vorteile der Erfindung werden nachstehend im Zusammenhang mit den folgenden Figuren erläutert. Darin zeigt: Figur 1-15 perspektivische schematische Darstellungen von verschiedenen erfindungsgemäßen Festkörperakkumulatorsystemen mit jeweils einer erfindungsgemäßen Festkörperakkumulatorhalterung.
Die Beschreibung der o.g. Figuren erfolgt in kartesischen Koordinaten mit einer Längsrichtung X, einer zur Längsrichtung X senkrecht ausgerichteten Querrichtung Y sowie einer sowohl zur Längsrichtung X als auch zur Querrichtung Y senkrecht ausgerichteten vertikalen Richtung Z. Die Längsrichtung X kann auch als Tiefe X, die Querrichtung Y auch als Breite Y und die vertikale Richtung Z auch als Höhe Z bezeichnet werden. Die Längsrichtung X und die Querrichtung Y bilden gemeinsam die Horizontale, X, Y, welche auch als horizontale Ebene X, Y bezeichnet werden kann. Die Längsrichtung X, die Querrichtung Y und die vertikale Richtung Z können gemeinsam auch als Raumrichtungen X, Y, Z bzw. als kartesische Raumrichtungen X, Y, Z bezeichnet werden.
Es wird stets ein Festkörperakkumulator 1 betrachtet, welcher jeweils wenigstens eine Akkumulatorzelle 10 aufweist. Die Akkumulatorzelle 10 stellt ein wiederaufladbares galvanisches Element dar, welches zwei Elektroden (nicht dargestellt), d.h. eine Anode und eine Kathode, und ein Elektrolyt (nicht dargestellt) aufweist, welches die elektrische Energie auf elektrochemischer Basis speichern kann und der Leitung von Ionen zwischen den Elektroden dient. Der Elektrolyt ist ein Festkörpermaterial.
Bei Akkumulatorzellen 10 mit festem Elektrolyt ist bekannt, dass es beim Laden und beim Entladen zu einer signifikanten Größenänderung von beispielsweise ca. 20% kommen kann. Diese Größenänderung bzw. diese Längenänderung kann auch als „atmen“ bezeichnet werden. Die Größenänderung kann im Wesentlichen in einer länglichen Erstreckungsrichtung der Akkumulatorzelle 10, welche in den betrachteten Ausführungsbeispielen der vertikalen Richtung Z entspricht, auftreten, in welcher sich auch die Elektroden gegenüber liegen. Die bevorzugte Größenänderungsrichtung A entspricht somit der länglichen Erstreckungsrichtung der Akkumulatorzelle 10 und damit der vertikalen Richtung Z. Die bevorzugte Größenänderungsrichtung A kann auch als Dehnungs-ZStauchungsrichtung A bezeichnet werden.
Vorteilhaft ist es bei Akkumulatorzellen 10 mit festem Elektrolyt, wenn die Akkumulatorzellen 10 mit einem vergleichsweise hohen Druck von über ca. 10 bar, insbesondere zwischen ca. 10 bar und ca. 30 bar, zusammengedrückt werden, da der ausgeübte Druck zu einem besseren Kontakt zwischen den festen Partikeln des Elektrolyts führen und hierdurch die elektrische Leitfähigkeit erhöhen kann. Die Richtung dieser Druckausübung entspricht in den betrachteten Ausführungsbeispielen der länglichen Erstreckungsrichtung der Akkumulatorzelle 10 und damit der vertikalen Richtung Z bzw. der bevorzugten Größenänderungsrichtung A.
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Festkörperakkumulatorsystems 1 , 2 mit einer erfindungsgemäßen Festkörperakkumulatorhalterung 2 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Die Akkumulatorzelle 10 des Festkörperakkumulators 1 wird dabei von einer Festkörperakkumulatorhalterung 2 umschlossen, welche genau eine endlos geschlossene elastomere Zugfeder 20 und ein Paar von Halterungselementen 21 , 22 aufweist. Die Zugfeder 20 kann allgemein auch als Zugfederelement 20 bezeichnet werden. Die Halterungselemente 21 , 22 können auch als Halteplatten 21 , 22 oder als Endplatten 21 , 22 bezeichnet werden.
Es wird somit eine Zugfeder 20 verwendet, welche im betrachteten ersten Ausführungsbeispiels der Figur 1 endlos geschlossen sowie aus einem elastomeren Material wie beispielsweise Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk, Naturkautschuk oder Silikon ausgebildet ist. Im elastomeren Material der Zugfeder 20 ist ein ebenfalls endlos geschlossenes Zugträgerelement 20c als Verstärkungsschicht 20c in Form eines Gewebes 20c eingebettet. Das Gewebe 20c kann aus Kunststofffaser oder Naturfasern bestehen und Zugkräfte in der endlos geschlossenen Richtung der elastomeren Zugfeder 20 übertragen.
Die beiden Halterungselemente 21 , 22 sind jeweils halbrund ausgebildet und liegen mit ihrer jeweils flachen, ebenen Seite auf der oberen bzw. unteren Flächen der Akkumulatorzelle 10 auf, so dass das eine Halterungselement 21 als erstes, oberes Halterungselement 21 und das andere, in der vertikalen Richtung Z gegenüberliegende Halterungselement 22 als zweites, unteres Halterungselement 22 bezeichnet werden kann. Die Akkumulatorzelle 10 wird beidseitig in der Querrichtung Y von der endlos geschlossenen elastomeren Zugfeder 20 in der vertikalen Richtung Z und die beiden Halterungselemente 21 , 22 der Festkörperakkumulatorhalterung 2 von der endlos geschlossenen elastomeren Zugfeder 20 bogenförmig in der Querrichtung Y umschlossen, wobei die endlos geschlossene elastomere Zugfeder 20 gespannt an der Akkumulatorzelle 10 und an den Halterungselementen 21 , 22 anliegt. Die endlos geschlossene Zugfeder 20 übt auf diese Art und Weise Zugkräfte entgegen der bevorzugten Größenänderungsrichtung A auf die Akkumulatorzelle 10 aus.
Dabei ist die endlos geschlossene elastomere Zugfeder 20 derart gegenüber der Akkumulatorzelle 10 dimensioniert, so dass zum einen ein sicherer Halt der Akkumulatorzelle 10 gegenüber der Umgebung, beispielsweise durch Anordnung der Festkörperakkumulatorhalterung 2 innerhalb eines Gehäuses oder Gestells, erfolgen kann. Aufgrund der elastischen Eigenschaften der endlos geschlossenen elastomeren Zugfeder 20 kann dieser Halt auch dann gewährleistet bleiben, wenn die Akkumulatorzelle 10 „atmet“, d.h. sich beim Entladen in der bevorzugten Größenänderungsrichtung A verkürzt und beim Laden in der bevorzugten Größenänderungsrichtung A verlängert.
Zum anderen kann durch die Dimensionierung bzw. durch die Auslegung der endlos geschlossenen elastomeren Zugfeder 20 eine ausreichend hohe Zugkraft auf die beiden Halterungselemente 21 , 22 ausgeübt und von den beiden Halterungselementen 21 , 22 auf die Akkumulatorzelle 10 übertragen werden, um eine Kraft bzw. einen Druck von beispielsweise ca. 10 bar auf die Akkumulatorzelle 10 auszuüben um den Kontakt zwischen den festen Partikeln des Elektrolyts zu verbessern und damit die elektrische Leitfähigkeit zu erhöhen.
Dabei ist es vorteilhaft, dass sich das Material der endlos geschlossenen elastomeren Zugfeder 20 in der Längsrichtung X einschnürt, wenn die Akkumulatorzelle 10 geladen und damit in der bevorzugten Größenänderungsrichtung A bzw. in der vertikalen Richtung Z vergrößert wird, da hierdurch ein degressiver Verlauf der Kennlinie der Federsteifigkeit des elastomeren Materials der endlos geschlossenen elastomeren Zugfeder 20 erreicht werden kann, so dass über die gesamte Spanne der Größenänderung eine möglichst konstante Zugkraft von der endlos geschlossenen elastomeren Zugfeder 20 auf die Akkumulatorzelle 10 ausgeübt werden kann. Entsprechend kann die Zugkraft bzw. der Druck zum Zusammendrücken der festen Partikel des Elektrolyts auch trotz der signifikanten Größenänderung der Akkumulatorzelle 10 bzw. dessen Anode beim „Atmen“ vergleichsweise konstant ausgeübt werden.
Die Montage des Festkörperakkumulatorsystems 1 , 2 kann derart erfolgen, dass die Akkumulatorzelle 10 bereitgestellt und in der Längsrichtung X einseitig gehalten wird. Dann kann das erste, obere Halterungselement 21 auf die obere Seite der Akkumulatorzelle 10 aufgelegt und das zweite, untere Halterungselement 22 ebenfalls in der Längsrichtung X einseitig gehalten von unten gegen die untere Seite der Akkumulatorzelle 10 angelegt werden. Nun kann die endlos geschlossene elastomere Zugfeder 20 gedehnt werden, was durch von außen angreifende Zugkräfte, beispielsweise durch Unterdrück, erfolgen kann. Im geweiteten Zustand kann die endlos geschlossene elastomere Zugfeder 20 in der Längsrichtung X von der gegenüberliegenden Seite über die Akkumulatorzelle 10 samt Halterungselemente 21 , 22 drüber geschoben werden. In der gewünschten Positionierung kann dann das Aufweiten der endlos geschlossenen elastomeren Zugfeder 20 beendet werden, so dass das Festkörperakkumulatorsystem 1 , 2 wie zuvor beschrieben geschaffen werden kann.
Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Festkörperakkumulatorsystems 1 , 2 mit einer erfindungsgemäßen Festkörperakkumulatorhalterung 2 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. In diesem Fall bilden vier schmalere endlos geschlossene elastomere Zugfedern 20 gemeinsam in der Längsrichtung X die Festkörperakkumulatorhalterung 2, was die Montage hinsichtlich des Aufweitens der einzelnen endlos geschlossenen elastomeren Zugfedern 20 vereinfachen kann. Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Festkörperakkumulatorsystems 1 , 2 mit einer erfindungsgemäßen Festkörperakkumulatorhalterung 2 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel. In diesem Fall wird ebenfalls eine elastomere Zugfeder 20 verwendet, welche jedoch offen ausgebildet ist und durch Wickeln auf die Akkumulatorzelle 10 aufgebracht wird. Dabei kann eine stoffschlüssige Verbindung zwischen der Oberfläche der Akkumulatorzelle 10 sowie den Halterungselementen 21 , 22 und der Innenseite der gewickelten elastomeren Zugfeder 20 mittels Kleben erfolgen. Dies kann in der Längsrichtung X über die Kanten (nicht bezeichnet) der Akkumulatorzelle 10 sowie der Halterungselemente 21 , 22 hinaus erfolgen und dann durch Zuschneiden auf dessen Maße gekürzt werden.
Figur 4 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Festkörperakkumulatorsystems 1 , 2 mit einer erfindungsgemäßen Festkörperakkumulatorhalterung 2 gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel. In diesem Fall erfolgt ein zweilagiges Wickeln von zwei elastomeren Zugfedern 20, um den Halt der Festkörperakkumulatorhalterung 2 zu verbessern. In diesem Fall können die einzelnen Lagen bzw. Schichten der elastomeren Zugfedern 20 miteinander verklebt werden. Dabei ist es vorteilhaft, die einzelnen Lagen bzw. Schichten der elastomeren Zugfedern 20 in der gleichen Wicklungsrichtung überlappend oder in gegensinniger Wicklungsrichtung aufzubringen, um den Halt der einzelnen Lagen bzw. Schichten der elastomeren Zugfedern 20 zueinander zu verbessern. Dabei können auch endlos geschlossene elastomere Zugfedern 20 mehrlagig vorgesehen werden (nicht dargestellt).
Figur 5 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Festkörperakkumulatorsystems 1 , 2 mit einer erfindungsgemäßen Festkörperakkumulatorhalterung 2 gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel. In diesem Fall wird eine endlos geschlossen elastomere Zugfeder 20 verwendet, welche acht Zugpunkte 20a in Form von Laschen 20a bzw. Ösen 20a aufweist, welche quasi „in den Ecken“ angeordnet sind. Über die Zugpunkte 20a können bei der Montage, wie zuvor beschrieben, Zugkräfte auf die endlos geschlossene elastomere Zugfeder 20 ausgeübt werden.
Figur 6 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Festkörperakkumulatorsystems 1 , 2 mit einer erfindungsgemäßen Festkörperakkumulatorhalterung 2 gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel. In diesem Fall sind die Halterungselemente 21 , 22 flach mit einem rechteckigen Querschnitt ausgebildet. Die entsprechenden Bereiche der endlos geschlossenen elastomeren Zugfeder 20 sind massiv ausgebildet, um jeweils weiterhin eine kraftübertragende Verbindung zwischen der endlos geschlossenen elastomeren Zugfeder 20 und den beiden Halterungselementen 21 , 22 zu erreichen.
Figur 7 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Festkörperakkumulatorsystems 1 , 2 mit einer erfindungsgemäßen Festkörperakkumulatorhalterung 2 gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel. In diesem Fall erstrecken sich die rechteckigen Halterungselemente 21 , 22 in der Querrichtung Y über die Seiten der Akkumulatorzelle 10 hinaus und sind dort jeweils stoffschlüssig, z.B. durch Vulkanisation, mit zwei rechteckigen elastomeren Zugfedern 20 verbunden, welche seitlich an der Akkumulatorzelle 10 verlaufen bzw. seitlich an der Akkumulatorzelle 10 anliegen. Beide elastomere Zugfedern 20 weisen ein Zugträgerelement 20c auf.
Figur 8 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Festkörperakkumulatorsystems 1 , 2 mit einer erfindungsgemäßen Festkörperakkumulatorhalterung 2 gemäß einem achten Ausführungsbeispiel. In diesem Fall wird eine formschlüssige Verbindung zwischen den beiden Halterungselementen 21 , 22 und den beiden elastomeren Zugfedern 10 dadurch erreicht, indem die beiden Ränder (nicht bezeichnet) der beiden elastomeren Zugfedern 10 jeweils ein eingebettetes Trägerelement 20b in Form einer stabförmig ausgebildeten Traverse 20b aufweisen und in der Längsrichtung X unterbrochen, d.h. zweiteilig, ausgebildet sind. In diesem Bereich der Unterbrechung der beiden elastomeren Zugfedern 10 umgreifen die beiden Halterungselemente 21 , 22 jeweils mittels Haken 21 a, 22a das freiliegende Trägerelement 20b, so dass die Zugkräfte der beiden geteilten elastomeren Zugfedern 10 über die beiden Halterungselemente 21 , 22 wie zuvor beschrieben auf die Akkumulatorzelle 20 übertragen werden können.
Figur 9 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Festkörperakkumulatorsystems 1 , 2 mit einer erfindungsgemäßen Festkörperakkumulatorhalterung 2 gemäß einem neunten Ausführungsbeispiel. In diesem Fall werden zwei parallel zueinander in der Horizontalen X, Y angeordnete Akkumulatorzellen 10 des Festkörperakkumulators 1 gemeinsam von der Festkörperakkumulatorhalterung 2 wie zuvor beschrieben aufgenommen. Hierzu ist eine von drei elastomeren Zugfedern 20 in der Querrichtung Y zwischen den beiden Akkumulatorzellen 10 angeordnet. Alle drei elastomeren Zugfedern 20 sind in der vertikalen Richtung Z mit den beiden Halterungselementen 21 , 22 verbunden, welche wie zuvor beschrieben beide Akkumulatorzellen 10 in der vertikalen Richtung Z umschließen.
Figur 10 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Festkörperakkumulatorsystems 1 , 2 mit einer erfindungsgemäßen Festkörperakkumulatorhalterung 2 gemäß einem zehnten Ausführungsbeispiel. Diese Ausführung entspricht dem vorangehenden neunten Ausführungsbeispiel der Figur 9 mit dem Unterschied, dass pro Akkumulatorzelle 10 jeweils ein Paar von Halterungselementen 21 , 22 verwendet wird, welche in der Querrichtung Y von der mittleren elastomeren Zugfeder 20 beabstandet werden. Die stoffschlüssige Verbindung der elastomeren Zugfedern 20 mit den Halterungselementen 21 , 22 erfolgt jeweils an dessen Kanten, d.h. sowohl in der vertikalen Richtung Z als auch in der Querrichtung Y. Figur 11 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Festkörperakkumulatorsystems 1 , 2 mit einer erfindungsgemäßen Festkörperakkumulatorhalterung 2 gemäß einem elften Ausführungsbeispiel. In diesem Fall werden zwei Akkumulatorzellen 10 direkt in der Querrichtung Y nebeneinander angeordnet und gemeinsam von der Festkörperakkumulatorhalterung 2 mittels eines Paares von elastomeren Zugfedern 20 und eines Paares von Halterungselementen 21 , 22 umschlossen.
Figur 12 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Festkörperakkumulatorsystems 1 , 2 mit einer erfindungsgemäßen Festkörperakkumulatorhalterung 2 gemäß einem zwölften Ausführungsbeispiel. Diese Ausführung entspricht dem elften Ausführungsbeispiel der Figur 11 mit dem Unterschied, dass hier auch in der Längsrichtung X zwei Akkumulatorzellen 10 hintereinander angeordnet sind, so dass insgesamt vier in der Horizontalen X, Y angeordnete Akkumulatorzellen 10 von der Festkörperakkumulatorhalterung 2 mittels eines Paares von elastomeren Zugfedern 20 und eines Paares von Halterungselementen 21 , 22 umschlossen werden.
Figur 13 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Festkörperakkumulatorsystems 1 , 2 mit einer erfindungsgemäßen Festkörperakkumulatorhalterung 2 gemäß einem dreizehnten Ausführungsbeispiel. Diese Ausführung entspricht dem ersten Ausführungsbeispiel der Figur 1 mit dem Unterschied, dass hier zwei Akkumulatorzellen 10 in der vertikalen Richtung Z übereinander angeordnet sind und gemeinsam von der endlos geschlossenen elastomeren Zugfeder 20 umschlossen werden.
Figur 14 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Festkörperakkumulatorsystems 1 , 2 mit einer erfindungsgemäßen Festkörperakkumulatorhalterung 2 gemäß einem vierzehnten Ausführungsbeispiel. Diese Ausführung entspricht dem dreizehnten Ausführungsbeispiel der Figur 13 mit dem Unterschied, dass hier die Festkörperakkumulatorhalterung 2 gemäß des siebten Ausführungsbeispiels verwendet wird. Figur 15 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Festkörperakkumulatorsystems 1 , 2 mit einer erfindungsgemäßen Festkörperakkumulatorhalterung 2 gemäß einem fünfzehnten Ausführungsbeispiel. In diesem Fall werden das zwölfte Ausführungsbeispiel der Figur 12 und das vierzehnte Ausführungsbeispiel der Figur 14 miteinander kombiniert, so dass insgesamt acht blockartig in der Horizontalen X, Y und in der vertikalen Richtung Z angeordnete Akkumulatorzellen 10 von der Festkörperakkumulatorhalterung 2 mittels eines Paares von elastomeren Zugfedern 20 und eines Paares von Halterungselementen 21 , 22 umschlossen werden.
Bezugszeichenliste (Teil der Beschreibung)
A bevorzugten Größenänderungsrichtung; Dehnungs-ZStauchungsrichtung
X Längsrichtung; Tiefe
Y Querrichtung; Breite
Z vertikale Richtung; Höhe
X, Y Horizontalen; horizontale Ebene
1 , 2 Festkörperakkumulatorsystem
1 Festkörperakkumulator
10 Akkumulatorzellen
2 Festkörperakkumulatorhalterung
20 (elastomere) Zugfedern; (elastomere) Zugfederelemente
20a Zugpunkte; Laschen, Ösen
20b Trägerelement; Traverse
20c Zugträgerelement, Verstärkungsschicht; Gewebe
21 erste, obere Halterungselemente; erste, obere Halteplatten; erste, obere Endplatte
21a Haken des ersten, oberen Halterungselements 21
22 zweite, untere Halterungselemente; zweite, untere Halteplatten; zweite, untere Endplatte
22a Haken des zweiten, unteren Halterungselements

Claims

Patentansprüche
1. Festkörperakkumulatorsystem (1 , 2) mit wenigstens einem Festkörperakkumulator (1 ) mit einer bevorzugten Größenänderungsrichtung (A) und mit wenigstens einer Festkörperakkumulatorhalterung (2), welche ausgebildet ist, in der Größenänderungsrichtung (A) der Größenänderung des Festkörperakkumulators (1 ) mittels wenigstens einer Zugfeder (20) entgegenzuwirken.
2. Festkörperakkumulatorsystem (1 , 2) nach Anspruch 1 , wobei die Zugfeder (20) ferner ausgebildet ist, eine Vorspannung auf den Festkörperakkumulator (1 ) auszuüben.
3. Festkörperakkumulatorsystem (1 , 2) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Zugfeder (20) ein elastomeres Material aufweist, vorzugsweise aus einem elastomeren Material besteht.
4. Festkörperakkumulatorsystem (1 , 2) nach Anspruch 3, wobei das elastomere Material ein Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk, ein Naturkautschuk oder Silikon ist.
5. Festkörperakkumulatorsystem (1 , 2) nach einem der Ansprüche 3 oder 4, wobei die elastomere Zugfeder (20) den Festkörperakkumulator (1 ) zumindest abschnittsweise, vorzugsweise vollständig, endlos umschließt.
6. Festkörperakkumulatorsystem (1 , 2) nach Anspruch 5, wobei mehrere endlos geschlossene elastomere Zugfedern (20) parallel zueinander angeordnet sind und den Festkörperakkumulator (1 ) gemeinsam zumindest abschnittsweise, vorzugsweise vollständig, endlos umschließen. Festkörperakkumulatorsystem (1 , 2) nach einem der Ansprüche 5 oder 6, wobei mehrere endlos geschlossene elastomere Zugfedern (20) übereinander angeordnet sind und den Festkörperakkumulator (1 ) gemeinsam zumindest abschnittsweise, vorzugsweise vollständig, endlos umschließen. Festkörperakkumulatorsystem (1 , 2) nach einem der Ansprüche 3 oder 4, wobei die elastomere Zugfeder (20) den Festkörperakkumulator (1 ) zumindest abschnittsweise, vorzugsweise vollständig, und/oder wenigstens einlagig, vorzugsweise mehrlagig, gewickelt umschließt. Festkörperakkumulatorsystem (1 , 2) nach einem der Ansprüche 3 bis 8, wobei der Festkörperakkumulator (1 ) in der bevorzugten Größenänderungsrichtung (A) bogenförmig, vorzugsweise halbrund, von der elastomeren Zugfeder (20) umschlossen wird. Festkörperakkumulatorsystem (1 , 2) nach einem der Ansprüche 3 bis 8, wobei der Festkörperakkumulator (1 ) in der bevorzugten Größenänderungsrichtung (A) flächig senkrecht zur bevorzugten Größenänderungsrichtung (A) von der elastomeren Zugfeder (20) umschlossen wird und vorzugsweise nach außen hin bogenförmig, vorzugsweise halbrund, ausgebildet ist. Festkörperakkumulatorsystem (1 , 2) nach einem der Ansprüche 3 oder 4, wobei wenigstens ein Paar elastomerer Zugfedern (20) entlang der bevorzugten Größenänderungsrichtung (A) parallel zum Festkörperakkumulator (1 ) angeordnet und in der bevorzugten Größenänderungsrichtung (A) jeweils am offenen Ende mit einem Halterungselement (21 , 22) verbunden ist, wobei die elastomeren Zugfedern (20) und die Halterungselemente (21 , 22) den Festkörperakkumulator (1 ) zumindest abschnittsweise, vorzugsweise vollständig, endlos umschließen. Festkörperakkumulatorsystem (1 , 2) nach Anspruch 11 , wobei die offenen Enden der elastomeren Zugfedern (20) stoffschlüssig, kraftschlüssig und/oder formschlüssig mit den Halterungselementen (21 , 22) verbunden sind. Festkörperakkumulatorsystem (1 , 2) nach einem der Ansprüche 11 oder 12, wobei der Festkörperakkumulator (1 ) in der bevorzugten Größenänderungsrichtung (A) flächig senkrecht zur bevorzugten Größenänderungsrichtung (A) von den Halterungselementen (21 , 22) umschlossen wird. Festkörperakkumulatorsystem (1 , 2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Festkörperakkumulatorhalterung (2), vorzugsweise die elastomere Zugfeder (20) und/oder die Halterungen (21 , 22), wenigstens ein Paar von Zugpunkten (20a) aufweist, welche ausgebildet sind, durch Ziehen die Festkörperakkumulatorhalterung (2) zu weiten. Festkörperakkumulatorsystem (1 , 2) nach einem der Ansprüche 3 bis 14, wobei die elastomere Zugfeder (20) in der Richtung der bevorzugten Größenänderungsrichtung (A) wenigstens ein Zugträgerelement (20c) aufweist, wobei das Zugträgerelement (20c) vorzugsweise eine Verstärkungsschicht (20c), vorzugsweise in Form eines Gewebes (20c), ist, wobei die Verstärkungsschicht (20c) vorzugsweise Kunststofffaser und/oder Naturfasern aufweist, vorzugsweise hieraus besteht. Festkörperakkumulatorsystem (1 , 2) nach einem der vorangehenden Ansprüche mit mehreren Akkumulatorzellen (10), welche in der bevorzugten Größenänderungsrichtung (A) und/oder senkrecht zur bevorzugten Größenänderungsrichtung (A) angeordnet sind, wobei die Festkörperakkumulatorhalterung (2) ausgebildet ist, in der Größenänderungsrichtung (A) der Größenänderung aller Akkumulatorzellen (10) mittels wenigstens einer Zugfeder (20) entgegenzuwirken. Festkörperakkumulatorhalterung (2) zur Verwendung in einem Festkörperakkumulatorsystem (1 , 2) nach einem der vorangehenden Ansprüche.
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