WO2015014486A1

WO2015014486A1 - Zellmodul mit elektrochemischer energiespeicherzelle

Info

Publication number: WO2015014486A1
Application number: PCT/EP2014/002077
Authority: WO
Inventors: Christian Zahn; Matthias GRUETZE; Michael BOCH
Original assignee: Li Tec Battery GmbH
Current assignee: Li Tec Battery GmbH
Priority date: 2013-07-30
Filing date: 2014-07-29
Publication date: 2015-02-05
Anticipated expiration: 2016-01-30
Also published as: DE102013012643A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Zellmodul (1) mit einer vorzugsweise prismatischen elektrochemischen Energiespeicherzelle (2) mit einer vorzugsweise flexiblen Hülle, insbesondere eine sogenannte Pouch- oder Coffeebag-Zelle (2), und einen zwei Rahmenteile (3), (4) aufweisenden Rahmen. Die beiden Rahmenteile (3, 4) können baugleich sein, wodurch sich der Fertigungsprozess des Zellmoduls (1) vereinfacht. Die beiden Rahmenteile (3, 4) sind miteinander verbunden, beispielsweise durch Rasthaken (11) und Rastösen, und die Energiespeicherzelle (2) ist zwischen den beiden Rahmenteilen (3, 4) angeordnet und an diese, vorzugsweise an einer umlaufenden Siegelnaht (12) der Energiespeicherzelle (2), angepresst. Vorzugsweise ist zwischen der Energiespeicherzelle (2) und wenigstens einem Rahmenteil (3, 4) noch eine Weichkomponente (13) aus Kunststoff oder aus einem Elastomer angeordnet. Ein derartiges Zellmodul (1) kann als fertig montierte Einheit aus Energiespeicherzelle (2) und Rahmen ausgeliefert werden. Erfindungsgemäß weist das Zellmodul (1) weiterhin wenigstens eine Klemme (6) auf, welche eine Anpresskraft F in die beiden Rahmenteile (3, 4) einleitet, die zur Anpressung der Energiespeicherzelle (2) an die beiden Rahmenteile (3, 4) beiträgt. Besonders bevorzugt ist die wenigstens eine Klemme eine Formfeder (6), welche von außen auf den Rahmen aufgeschoben wird und beide Rahmenteile (3, 4) umgreift.

Description

Zellmodul mit elektrochemischer Energiespeicherzelle

B e s c h r e i b u n g

Hiermit wird der gesamte Inhalt der Prioritätsanmeldung DE 10 2013 012 643 durch Bezugnahme Bestandteil der vorliegenden Anmeldung.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Zellmodul, welches eine vorzugsweise im Wesentlichen prismatische elektrochemische Energiespeicherzelle mit einer vorzugsweise flexiblen Hülle und einen zwei Rahmenteile aufweisenden Rahmen aufweist, wobei die beiden Rahmenteile miteinander verbunden sind und die Energiespeicherzelle zwischen den beiden Rahmenteilen angeordnet und an diese angepresst ist.

Durch Stapelung und Verbindung mehrerer solcher Zellmodule kann aus den Zellmodulen eine Batterie gebildet werden. Eine übliche, alternative Bauweise für eine Batterie verwendet dagegen Einzelrahmen, wobei abwechselnd jeweils eine Energiespeicherzelle und ein Einzelrahmen gestapelt werden. Insbesondere aufgrund gesetzlicher Bestimmungen kann es jedoch vorgeschrieben sein, Zellmodule der beschriebenen Art als fertig montierte Einheiten aus Energiespeicherzelle und Rahmen auszuliefern.

Eine elektrochemische Energiespeicherzelle im Sinne der vorliegenden Erfindung ist eine kleinste funktionsfähige Einheit einer Einrichtung zur Speicherung und Abgabe von elektrischer Energie auf chemische Weise. Der Begriff umfasst damit insbesondere elektrochemische Energiespeicherzellen vom primären, d. h. nicht wiederaufladbaren, und vom sekundären, d. h. wiederaufladbaren Typ. Eine Energiespeicherzelle der betrachteten Art weist eine Hülle auf, welche die inneren Elemente der Energiespeicherzelle umgibt und vor äußeren Einflüssen - sei es mechanischer, elektrischer, thermischer oder sonstiger Art - abschirmt. Diese inneren Elemente der Energiespeicherzelle sind im Allgemeinen eine Elektrodenanordnung, ein flüssiger oder fester Elektrolyt, zwei Abieiter zur Zu- und Abführung des Stromes zu bzw. von der Energiespeicherzelle sowie etwaige weitere Elemente wie Sicherheitseinrichtungen oder elektronische Schaltungen.

Die betrachteten Energiespeicherzellen sind vorzugsweise im Wesentlichen prismatisch, d. h. sie weisen zwei parallele, polygonale Seitenflächen auf, welche durch parallele, gleich lange Kanten verbunden sind. Besonders bevorzugt sind die betrachteten Energiespeicherzellen im Wesentlichen quaderförmig.

Im Kontext der vorliegenden Erfindung werden vorzugsweise Energiespeicherzellen mit einer flexiblen Hülle betrachtet, sogenannte Pouchoder Coffeebag-Zellen.

Ein Zellmodul im Sinne der vorliegenden Erfindung ist eine Einheit aus einer elektrochemischen Energiespeicherzelle und einem Rahmen, welcher zur mechanischen Verstärkung und zum Schutz der Energiespeicherzelle dient. Unter einem Rahmen ist im Sinne der Erfindung insbesondere eine Einrichtung zu verstehen, welche mehrere, im Wesentlichen stabförmige, Rahmenelemente und einen zwischen den Rahmenelementen gebildeten Aufnahmeraum zur wenigstens abschnittsweisen Aufnahme einer Energiespeicherzelle aufweist, wobei die Form des Aufnahmeraums der Form der Energiespeicherzelle angepasst ist. Die Rahmenelemente umgeben den Aufnahmeraum wenigstens abschnittweise. Die Rahmenelemente sind vorzugsweise entlang der Kanten der Energiespeicherzelle angeordnet und an den Ecken der Energiespeicherzelle insbesondere stoffschlüssig miteinander verbunden.

Ein Rahmen weist eine Normalenrichtung auf, welche im Falle einer prismatischen Energiespeicherzelle und eines prismatischen Rahmens senkrecht zu den Ebenen der beiden parallelen Seitenflächen der Energiespeicherzelle bzw. des Rahmens verläuft. Ansonsten ist die Normalenrichtung eine Richtung, welche senkrecht zu einer Berührungsfläche zwischen den beiden Rahmenteilen verläuft oder, wenn eine solche Richtung nicht eindeutig gegeben ist, eine Richtung, in der sich zwei gleichartige, in derselben Orientierung befindliche Zellmodule am besten nebeneinander anordnen und verbinden lassen.

Im Kontext der vorliegenden Erfindung besteht ein Rahmen aus zwei Rahmenteilen, welche miteinander verbunden sind, wobei die Verbindungsfläche zwischen den beiden Rahmenteilen vorzugsweise im Wesentlichen senkrecht zur Normalenrichtung des Rahmens verläuft. Die miteinander verbundenen Rahmenteile können sich dabei zumindest abschnittsweise an der Verbindungsfläche gegenseitig berühren, sie können jedoch auch zumindest abschnittsweise durch geeignete Abstandselemente voneinander beabstandet sein. Die Verbindung zwischen den Rahmenteilen kann beispielsweise reibschlüssig, formschlüssig oder auch stoffschlüssig sein. Die Verbindung kann auch durch geeignete separate Verbindungselemente bewirkt werden.

In den betrachteten Zellmodulen ist die Energiespeicherzelle zwischen den beiden Rahmenteilen angeordnet und an diese angepresst. Durch diese Anpressung ist die Energiespeicherzelle vorzugsweise reibschlüssig zwischen den Rahmenteilen fixiert. Gleichzeitig lässt sich auf diese Weise sicherstellen, dass die Energiespeicherzelle, möglicherweise abgesehen von bestimmten Komponenten wie den Abieitern, stabil innerhalb des Aufnahmeraums des Rahmens angeordnet ist und somit insbesondere vor mechanischen Einflüssen wie Druck, Stößen oder dem Eindringen von spitzen Gegenständen geschützt ist.

Neben der Halte- und Schutzfunktion für die Energiespeicherzelle hat der Rahmen auch die Funktion, eine Kontaktierungsmöglichkeit für die Abieiter der Energiespeicherzelle zu bieten.

Die Zellmodule sind dafür vorgesehen, aufeinander oder aneinander gestapelt zu werden, und zwar vorzugsweise entlang der Normalenrichtung der einzelnen Zellmodule, und somit mechanisch und/oder elektrisch zu einer Batterie verbunden zu werden.

Bei einem Zellmodul der betrachteten Art stellt sich das Problem, wie die Verbindung zwischen den beiden Rahmenteilen hergestellt wird, und wie die Anpresskraft zur Anpressung der Energiespeicherzelle an die beiden Rahmenteile erzeugt wird.

Betriebsintern ist es bekannt, an den beiden Rahmenteilen Rasthaken bzw. Rastösen vorzusehen, wobei jeweils ein Rasthaken eines Rahmenteils in eine Rastöse des anderen Rahmenteils einrastet und dadurch eine Verbindung zwischen den beiden Rahmenteilen hergestellt wird. Dabei sind vorzugsweise an jeder Seite des Rahmens ein oder mehrere Paare aus einem Rasthaken und eine Rastöse vorgesehen. Die beim Einrasten der Rasthaken in die Rastösen aufgebrachte Kraft bewirkt gleichzeitig eine Vorspannung der miteinander verrasteten Rahmenteile, welche in dem montierten Zellmodul eine Anpresskraft auf die zwischen den Rahmenteilen angeordnete Energiespeicherzelle erzeugt. Bei dieser Verbindungstechnik wird die Anpresskraft an der Verbindungsstelle zwischen Rasthaken und Rastöse erzeugt. Die Erzeugung der Anpresskraft erfolgt damit nicht unmittelbar im Bereich der Energiespeicherzelle, da sonst der Rasthaken die Energiespeicherzelle durchdringen müsste, sondern außerhalb der Energiespeicherzelle. Die Anpresskraft muss von dort über die Rahmenteile zur Energiespeicherzelle übertragen werden und wird daher nur indirekt über ein Moment in die Energiespeicherzelle eingeleitet. Dies kann zu unerwünschten Materialspannungen in den Rahmenteilen führen. Weiterhin ist die maximal erzeugbare Anpresskraft auf die Energiespeicherzelle durch die zulässige Biegespannung der Rahmenteile begrenzt.

Die Aufgabe, die der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegt, besteht darin, eine verbesserte Möglichkeit zur Erzeugung der Anpresskraft zwischen der Energiespeicherzelle und den beiden Rahmenteilen in einem Zellmodul der betrachteten Art anzugeben.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Zellmodul gemäß Anspruch 1 bzw. durch eine Batterie gemäß Anspruch 1 1. Weitere vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.

Ein erfindungsgemäßes Zellmodul weist neben der Energiespeicherzelle und den beiden Rahmenteilen zusätzlich noch wenigstens eine Klemme auf, welche eine Anpresskraft in die beiden Rahmenteile einleitet, die zur Anpressung der Energiespeicherzelle an die beiden Rahmenteile beiträgt. Dabei muss die Anpresskraft nicht ausschließlich durch die wenigstens eine Klemme erzeugt werden, sondern es können auch noch weitere Vorrichtungen zur Erzeugung einer derartigen Anpresskraft, wie die oben genannten Rasthaken und Rastösen an den Rahmenteilen, vorgesehen sein.

Eine Klemme im Sinne der vorliegenden Patentanmeldung ist ein Bauteil, durch welches wenigstens ein anderes Bauteil umgriffen und auf dieses wenigstens eine Bauteil von zwei einander gegenüberliegenden Seiten eine Kraft aufgebracht werden kann. Die Verwendung einer Klemme ermöglicht es, die Anpresskraft im Wesentlichen direkt in demjenigen Bereich, in dem die Energiespeicherzelle an die beiden Rahmenteile angepresst ist, in die beiden Rahmenteile einzuleiten. Die oben genannte, nachteilige Übertragung der Anpresskraft über Momente, welche auf die Rahmenteile wirken, entfällt dadurch.

Auf diese Weise können auch große Anpresskräfte eingeleitet werden, wobei der begrenzende Faktor lediglich die Druckfestigkeit des Materials der Rahmenteile ist. Diese ist im Allgemeinen größer als die zulässige Biegespannung des Materials, welche den begrenzenden Faktor bei einer Übertragung der Anpresskraft über Momente darstellt.

Vorzugsweise wird die Anpresskraft im Wesentlichen in der Normalenrichtung des Zellmoduls in die beiden Rahmenteile eingeleitet.

In einer besonders bevorzugten Ausführung der Erfindung ist die wenigstens eine Klemme eine Formfeder. Unter einer Formfeder wird dabei ein gebogenes Bauteil aus einem elastischen Material, vorzugsweise aus Metall und vorzugsweise mit einer im ungebogenen Zustand flächigen Form, verstanden, welches durch Einwirkung einer äußeren Kraft durch Verbiegen des elastischen Materials in eine gespannte Stellung gebracht und beim Wegfall der äußeren Kraft aufgrund der Materialelastizität in die nicht gespannte Stellung zurückfedert. In der gespannten Stellung erzeugt die Formfeder dabei eine Rückstellkraft in Richtung der nicht gespannten Stellung.

Besonders vorzugsweise besteht die Formfeder aus einem U-förmig gebogenen Metallstreifen, bei dem sich der Abstand der beiden Schenkel des„U" in der nicht gespannten Stellung in Richtung ihrer offenen Enden verringert. Durch das Aufbiegen der beiden Schenkel des "U" ist somit beispielsweise bei parallel ausgerichteten Schenkeln eine gespannte Stellung erreicht. In einer besonders bevorzugten Ausführung der Erfindung wird eine solche Formfeder von außen auf den Rahmen aufgeschoben und umgreift dabei beide Rahmenteile. Falls die Formfeder den genannten U-förmigen Querschnitt aufweist, liegen vorzugsweise die beiden offenen Schenkel des "U" an den äußeren Oberflächen der beiden Rahmenteile an, erstrecken sich also senkrecht zur Normalenrichtung des Rahmens, während die Unterseite des "U" an einer seitlichen Oberfläche des Rahmens anliegt, sich also in der Normalenrichtung des Rahmens erstreckt. In einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung weist wenigstens ein Rahmenteil eine Aufschiebeneigung auf, um das Aufschieben der Formfeder zu erleichtern. Vorzugsweise ist die Aufschiebeneigung als nach außen hin abnehmende Materialstärke des Rahmenteils ausgebildet. Die Aufschiebeneigung wirkt beim Aufschieben der Formfeder von außen auf das Rahmenteil wie ein Keil, der die Formfeder während des Aufschiebens auf den Rahmenteil aufbiegt. Vorzugsweise weisen beide Rahmenteile an ihren Außenseiten derartige Aufschiebeneigungen auf, welche vorzugsweise bezüglich einer Mittelebene des Rahmens spiegelsymmetrisch zueinander angeordnet sind.

In einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung weist die Formfeder einen Vorsprung und wenigstens ein Rahmenteil eine Vertiefung zur formschlüssigen Verbindung der Formfeder mit dem Rahmenteil auf. Dabei ist der Vorsprung der Formfeder vorzugsweise nach innen, d. h. in Richtung der in der gespannten Stellung wirkenden Rückstellkraft, angeordnet, und die Vertiefung in dem Rahmenteil ist entsprechend an der äußeren Oberfläche des Rahmenteils angeordnet. Durch das Einrasten des Vorsprungs der Formfeder in die Vertiefung des Rahmenteils wird ein unbeabsichtigtes Lösen der auf den Rahmen aufgeschobenen Formfeder vermieden.

In einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung ist die Klemme in der im Zellmodul eingebauten Lage vorgespannt. Dadurch ist sichergestellt, dass die hierdurch permanent erzeugte Rückstellkraft der Klemme als Anpresskraft auf die Rahmenteile und auf die Energiespeicherzelle wirkt.

In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführung der Erfindung wirkt die Anpresskraft im Wesentlichen auf eine im Wesentlichen umlaufende Siegelnaht der Energiespeicherzelle. Hierdurch wird eine übliche Bauform einer Pouchoder Coffeebag-Zelle ausgenutzt, deren flexible Hülle im Allgemeinen aus zwei tiefgezogenen Teilen, beispielsweise aus einem Kunststoff-Metall-Laminat, gebildet ist, deren flache, seitlich abstehende Ränder aufeinandergelegt und in Form einer umlaufenden Siegelnaht miteinander verschweißt werden. Der zwischen den tiefgezogenen Teilen entstehende Hohlraum dient dann als Aufnahmeraum für die inneren Elemente, insbesondere für die Elektrodenanordnung, der Energiespeicherzelle. Diese Anordnung für die Fixierung der Energiespeicherzelle hat den Vorteil, dass die umlaufende Siegelnaht weitgehend unempfindlich gegen die von außen einwirkende Anpresskraft ist, da sie lediglich aus zwei flächig miteinander verschweißten Hüllenteilen besteht. Sie eignet sich daher besonders gut für die Fixierung einer Pouch- oder Coffeebag-Zelle innerhalb des Rahmens durch Anpressen zwischen den Rahmenteilen.

In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführung der Erfindung weist das Zellmodul weiterhin wenigstens eine Weichkomponente auf, welche zwischen der Energiespeicherzelle und wenigstens einem Rahmenteil angeordnet ist. Die Weichkomponente ist bevorzugt aus einem Kunststoff und besonders bevorzugt aus einem Elastomer gefertigt. Sie hat vorzugsweise die Form eines umlaufenden, elastischen Ringes mit vorzugsweise rundem Querschnitt, wobei die Form des Ringes im Wesentlichen der Form des Rahmens entspricht. Die zwischen der Energiespeicherzelle und dem Rahmenteil angeordnete Weichkomponente steht mit diesen beiden Elementen im Reibschluss. Sie sorgt für einen weichen, flächigen Andruck und erhöht durch ihre beim Zusammendrücken erzeugte Vorspannung abermals die auf die Energiespeicherzelle und die Rahmenteile wirkende Anpresskraft.

Besonders bevorzugt sind zwei Weichkomponenten auf beiden Seiten der Energiespeicherzelle zwischen dieser und jeweils einem Rahmenteil angeordnet, d. h. die Energiespeicherzelle ist sandwichartig zwischen den beiden Weichkomponenten angeordnet, und diese sind ebenso zwischen den beiden Rahmenteilen angeordnet. In einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung weist wenigstens einer der Rahmenteile wenigstens einen Rasthaken und der jeweils andere Rahmenteil wenigstens eine Rastöse auf, wobei der wenigstens eine Rasthaken zum Einrasten in die wenigstens eine Rastöse vorgesehen ist und die Verrastung zur Anpressung der Energiespeicherzelle an die beiden Rahmenteile beiträgt.

Es können auch an demselben Rahmenteil sowohl Rasthaken als auch Rastösen und an dem anderen Rahmenteil die zugehörigen Rastösen und Rasthaken angebracht sein. Durch diese, betriebsintern bekannte Verbindungseinrichtung für die Rahmenteile kann zusätzlich zu den Formfedern die Anpresskraft zwischen den Rahmenteilen und der Energiespeicherzelle verstärkt werden. Die Verrastung durch die Rasthaken und Rastösen kann beispielsweise auch zur Vormontage des Zellmoduls verwendet werden, ohne dass hierdurch bereits eine nennenswerte Anpresskraft erzeugt wird. Diese wird dann erst in einem zweiten Montageschritt vorzugsweise durch das Aufschieben der Formfedern erzeugt.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die beiden Rahmenteile baugleich. Hierdurch vereinfacht sich der Fertigungsprozess des Zellmoduls stark, da nur noch eine Art von Rahmenteil hergestellt werden muss. Falls die Rahmenteile als Spritzgussteile ausgebildet sind, muss beispielsweise nur noch eine einzige Spritzgussform konstruiert und gefertigt werden. Besonders bevorzugt ist der einzige Rahmenteil derart gestaltet, dass bei einer Drehung um 180 Grad sich ergänzende Gegenstücke - etwa Passstücke, beispielsweise Vorsprünge und zugehörige Ausnehmungen oder auch Bohrungen und zugehörige Zapfen, die bei der Montage des Rahmens ineinandergreifen, oder auch Rasthaken und Rastösen - sich gegenüberstehen und sich geometrisch und/oder funktional ergänzen.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen eines oder mehrere dieser Rahmenelemente mehrere Rippen oder Stege auf, welche sich im Wesentlichen senkrecht zu einer Haupterstreckungsrichtung des jeweiligen Rahmenelements in Richtung der Umgebung des Zellmoduls erstrecken. Vorzugsweise sind wenigstens zwei oder mehrere dieser Rippen oder Stege zueinander entsprechend einem Fachwerk angeordnet. Diese bevorzugte Ausführungsform kann insbesondere den Vorteil bieten, dass die Biegesteifigkeit bzw. das Widerstandsmoment des Rahmenelements um eine Biegeachse, welche im Wesentlichen senkrecht zu der Haupterstreckungsrichtung ausgerichtet ist, erhöht ist. Diese bevorzugte Ausführungsform kann insbesondere den Vorteil bieten, dass Material zur Ausbildung des Rahmenelements eingespart werden kann. Diese bevorzugte Ausführungsform kann insbesondere den Vorteil bieten, dass das Gewicht des Rahmenelements verringert werden kann.

Die Erfindung ist weiterhin auf eine Batterie gerichtet, welche eine Mehrzahl von erfindungsgemäßen Zellmodulen aufweist, wobei die Zellmodule - vorzugsweise entlang der Normalenrichtung der einzelnen Rahmen - gestapelt und miteinander verbunden sind. Durch die Anpressung der einzelnen Energiespeicherzellen zwischen den Rahmenteilen innerhalb des jeweiligen Zellmoduls entfällt weitgehend die Notwendigkeit einer Verspannung des gesamten Zellmodulstapels, eine sogenannte Blockverspannung. Die einzelnen Zellmodule des Zellmodulstapels müssen lediglich noch soweit aneinander fixiert werden, dass sie sich während des Betriebs der Batterie nicht unbeabsichtigt voneinander lösen, aber die Anpresskraft zur Fixierung der Energiespeicherzellen innerhalb der einzelnen Zellmodule muss nicht von außen auf den gesamten Zellmodulstapel aufgebracht werden.

Weitere Vorteile und Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden im Zusammenhang mit den Zeichnungen erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 : ein erfindungsgemäßes Zellmodul;

Fig. 2: eine Schmalseite des Rahmens des Zellmoduls;

Fig. 3: einen Querschnitt durch eine Schmalseite des Rahmens im Bereich einer Formfeder;

Fig. 4: eine weitere Schnittdarstellung des erfindungsgemäßen Zellmoduls;

Fig. 5: einen weiteren Querschnitt durch eine Schmalseite des Rahmens im

Bereich einer Formfeder. Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Zellmodul 1 mit einer Energiespeicherzelle 2 in Form einer Pouch-Zelle, welche zwischen zwei Rahmenteilen 3, 4 eingeklemmt ist. Die Rahmenteile 3, 4 sind aus Kunststoff gefertigt und vorzugsweise spritzgegossen. Es ist jedoch auch denkbar, die Rahmenteile 3, 4 aus anderen Materialien, beispielsweise aus Aluminium, herzustellen. Insbesondere in diesem Fall können die Rahmenteile 3, 4 auch durch spanende Bearbeitung hergestellt sein.

An der oberen Längsseite des quaderförmigen Zellmoduls 1 ragen die abgewinkelten Abieiter 5 der Pouch-Zelle 2 hervor, welche zwischen den Rahmenteilen 3, 4 hindurchgeführt und an hierfür vorgesehenen Vorsprüngen der Rahmenteile 3, 4 befestigt sind.

An den Ecken sowie in der Mitte der Längsseiten des Zellmoduls 1 sind Metallhülsen 7 eingelassen, welche jeweils eine in die Normalenrichtung des Zellmoduls 1 weisende Durchgangsbohrung aufweisen. Durch die Metallhülsen 7 können Stangen geführt werden, durch die mehrere aufeinander gestapelte Zellmodule 1 verbunden und ggf. noch stärker verspannt werden können. Die Metallhülsen 7 dienen einer maschinenbaugenauen Abstandsregulierung (beispielsweise zur Einhaltung der Toleranzen nach DIN 2768), einer Kraftbegrenzung auf die Kunststoff-Rahmenteile 3, 4 sowie zur Zentrierung der Zellmodule 1 gegeneinander. Die Metallhülsen 7 können bei der Fertigung der Kunststoff-Rahmenteile 3, 4 eingespritzt, mittels einer Presspassung kalteingebettet oder als formschlüssige Verbindung warmeingebettet werden. Über die Metallhülsen 7 ist weiterhin auch eine elektrische Verbindung zwischen benachbarten Zellmodulen 1 möglich. Alternativ oder auch zusätzlich zu den Metallhülsen 7 kann die genannte Zentrierung auch durch Passstücke (nicht dargestellt) an den Rahmenteilen 3, 4 erreicht werden, welche bei der Verbindung mehrerer Zellmodule 1 ineinandergreifen. Vorzugsweise weisen eines oder mehrere dieser Rahmenelemente bzw. Rahmenteile mehrere Rippen oder Stege auf, welche sich im Wesentlichen senkrecht zu einer Haupterstreckungsrichtung des jeweiligen Rahmenelements in Richtung der Umgebung des Zellmoduls erstrecken. Vorzugsweise sind wenigstens zwei oder mehrere dieser Rippen oder Stege zueinander entsprechend einem Fachwerk angeordnet.

Die beiden Rahmenteile 3, 4 sind sogenannte Gleichteile, d. h. sie sind baugleich hergestellt. Bei der Montage des Zellmoduls 1 wird einer der Rahmenteile 3, 4 gegenüber dem anderen um 180 Grad gedreht und so positioniert, dass die sich entsprechenden Durchgangsbohrungen der Metallhülsen 7 miteinander fluchten. Dann werden die beiden Rahmenteile 3, 4 miteinander verbunden. Die Formgebung der Rahmenteile 3, 4 ist dabei so gestaltet, dass sich bei der Montage gegenüberstehende Formen wie Vorsprünge und Nuten als Gegenstücke ergänzen. Die Verbindung der Rahmenteile 3, 4 erfolgt durch Rasthaken 1 1 (siehe Fig. 3) und entsprechende Rastösen (nicht dargestellt). An den Schmalseiten des Zellmoduls 1 werden die beiden Rahmenteile 3, 4 durch jeweils zwei von außen aufgeschobene Formfedern 6 verspannt. Jede Formfeder 6 besteht aus einem Streifen mit durchgehend gleicher Breite aus einem elastischen Material, vorzugsweise Federstahl, welcher zu einem U- förmigen Profil mit drei annähernd gleich langen, geraden Teilen gebogen ist.

Die beiden Rahmenteile 3, 4 weisen an den Stellen, an denen die Formfedern 6 aufgeschoben sind, entsprechende Aussparungen auf, so dass die aufgeschobenen Formfedern 6 weder seitlich noch in der Normalenrichtung des Zellmoduls 1 über die Rahmenteile 3, 4 hinausstehen. Dadurch wird die Stapelbarkeit der Zellmodule 1 nicht beeinträchtigt. An den Aussparungen weisen die Rahmenteile 3, 4 an der in Normalenrichtung gesehen jeweils äußeren Seite eine Aufschiebeneigung 8 auf (siehe Fig. 3 bis 5), durch die sich die Dicke des jeweiligen Rahmenteils 3, 4 zum seitlichen, äußeren Rand hin verringert. Hierdurch entsteht ein keilförmiger Querschnitt des Rahmens, durch welchen die Formfeder 6 beim Aufschieben kontinuierlich gespreizt und somit vorgespannt wird.

Sobald die Formfeder 6 bis zum Anschlag in die Aussparung in den Rahmenteilen 3, 4 eingeschoben ist, rasten nach innen gebogene Absätze 10 an den offenen Schenkeln des U-förmigen Querschnitts der Formfeder 6 in entsprechende Hinterschnitte in den Rahmenteilen 3, 4 ein, wodurch die Formfeder 6 am Rahmen fixiert ist. Die Kanten der Absätze 10 sind dabei abgerundet, um das Aufschieben auf die Rahmenteile 3, 4 zu erleichtern und etwaige Materialbeschädigungen dabei zu verhindern. Das Aufschieben der Formfedern 6 kann manuell oder auch automatisiert erfolgen.

Die Pouch-Zelle 2 ist entlang ihrer umlaufenden Siegelnaht 12 zwischen den Rahmenteilen 3, 4 eingeklemmt und wird dort an die Rahmenteile 3, 4 durch die vorgespannte Formfeder 6 angepresst, wobei die Anpresskraft der Formfeder 6 durch die weitgehend starren Rahmenteile 3, 4 in Normalenrichtung des Zellmoduls 1 übertragen wird. Die von beiden Seiten eingeleitete Anpresskraft F ist in Fig. 5 durch die beiden Pfeile dargestellt.

In der Ausführung gemäß Fig. 5 ist zwischen den Rahmenteilen 3, 4 und der Siegelnaht 12 noch jeweils ein umlaufendes Band aus einem elastischen Material, die sogenannte Weichkomponente 13, angebracht, um die Anpressung noch zu verstärken.

In Fig. 3 ist ein Querschnitt durch den Rahmen im Bereich einer Formfeder 6 gezeigt, wobei der Rahmenteil 3 zur besseren Sichtbarkeit, insbesondere des Rasthakens 1 1 , weggelassen wurde. Auf der Innenseite des Rahmenteils 4 ist etwa auf Höhe des Absatzes 10 der Formfeder 6 eine Rundung 14 zu erkennen, welche in die zwischen den Rahmenteilen 3, 4 eingeklemmte Siegelnaht 12 hineingedrückt wird, um die Anpresskraft auf die Siegelnaht 12 noch zu erhöhen.

Die bisher nicht ausdrücklich erwähnten Fig. 2 und 4 zeigen weitere perspektivische Darstellungen von Ausschnitten des Zellmoduls 1 , wobei jedoch gegenüber den Fig. 1 , 3 und 5 keine weiteren Elemente gezeigt werden.

Bezugszeichenliste

1 Zellmodul

2 Pouch-Zelle

3 Erstes Rahmenteil

4 Zweites Rahmenteil

5 Abieiter

6 Formfeder

7 Metallhülse

8 Aufschiebeneigung am Rahmenteil

9 Hinterschnitt im Rahmenteil

10 Absatz an der Formfeder

11 Rasthaken am Rahmenteil

12 Siegelnaht

13 Weichkomponente

14 Rundung am Rahmenteil

F Anpresskraft

Claims

Patentansprüche

Zellmodul (1 ), aufweisend eine vorzugsweise im Wesentlichen

prismatische elektrochemische Energiespeicherzelle (2) mit einer vorzugsweise flexiblen Hülle und einen zwei Rahmenteile (3, 4)

aufweisenden Rahmen, wobei die beiden Rahmenteile (3, 4) miteinander verbunden sind und die Energiespeicherzelle (2) zwischen den beiden Rahmenteilen (3, 4) angeordnet und an diese angepresst ist,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Zellmodul (1 ) weiterhin wenigstens eine Klemme (6) aufweist, welche eine Anpresskraft (F) in die beiden Rahmenteile (3, 4) einleitet, die zur Anpressung der Energiespeicherzelle (2) an die beiden Rahmenteile (3, 4) beiträgt.

Zellmodul (1 ) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Klemme eine

Formfeder (6) ist.

Zellmodul (1 ) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Formfeder (6) von außen auf den Rahmen

aufgeschoben ist und beide Rahmenteile (3, 4) umgreift.

Zellmodul (1 ) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass

wenigstens ein Rahmenteil (3, 4) eine Aufschiebeneigung (8) aufweist, um das Aufschieben der Formfeder (6) zu erleichtern.

Zellmodul (1 ) nach wenigstens einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Formfeder (6) einen Vorsprung (10) und wenigstens ein Rahmenteil (3, 4) eine Vertiefung (9) zur formschlüssigen Verbindung der Formfeder (6) mit dem Rahmenteil (3, 4) aufweist. Zellmodul (1) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemme (6) in der im Zellmodul (1) eingebauten Lage vorgespannt ist.

Zellmodul (1 ) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anpresskraft (F) im Wesentlichen auf eine im Wesentlichen umlaufende Siegelnaht (12) der

Energiespeicherzelle (2) wirkt.

Zellmodul (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Zellmodul (1 ) weiterhin wenigstens eine Weichkomponente (13) aufweist, welche zwischen der Energiespeicherzelle (2) und wenigstens einem Rahmenteil (3, 4) angeordnet ist.

Zellmodul (1 ) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der Rahmenteile (3, 4) wenigstens einen Rasthaken (1 1 ) und der jeweils andere Rahmenteil (3, 4) wenigstens eine Rastöse aufweist, wobei der wenigstens eine

Rasthaken (1 1 ) zum Einrasten in die wenigstens eine Rastöse

vorgesehen ist und die Verrastung zur Anpressung der

Energiespeicherzelle (2) an die beiden Rahmenteile (3, 4) beiträgt.

Zellmodul (1 ) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Rahmenteile (3, 4) baugleich sind.

Batterie, aufweisend eine Mehrzahl von Zellmodulen (1) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zellmodule (1 ) gestapelt und miteinander verbunden sind.