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DE102015011898A1 - Energy storage device and cell holder for an energy storage device - Google Patents

Energy storage device and cell holder for an energy storage device Download PDF

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DE102015011898A1
DE102015011898A1 DE102015011898.6A DE102015011898A DE102015011898A1 DE 102015011898 A1 DE102015011898 A1 DE 102015011898A1 DE 102015011898 A DE102015011898 A DE 102015011898A DE 102015011898 A1 DE102015011898 A1 DE 102015011898A1
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DE
Germany
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energy storage
cell
storage device
cell holder
packing
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Pending
Application number
DE102015011898.6A
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German (de)
Inventor
Sebastian Prengel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ABACS GMBH, DE
Original Assignee
Esprltschmiede GbR (vertretungsberechtigter Gesellschafter Sebastian Prengel 01067 Dresden)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Esprltschmiede GbR (vertretungsberechtigter Gesellschafter Sebastian Prengel 01067 Dresden) filed Critical Esprltschmiede GbR (vertretungsberechtigter Gesellschafter Sebastian Prengel 01067 Dresden)
Priority to EP16000789.4A priority Critical patent/EP3082174B8/en
Priority to PL16000789T priority patent/PL3082174T3/en
Priority to DK16000789.4T priority patent/DK3082174T3/en
Priority to ES16000789T priority patent/ES2822996T3/en
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Energiespeichervorrichtung (5), bei welcher in wenigstens zwei Packebenen (1, 2, 3) jeweils eine Mehrzahl von Energiespeicherzellen (4) zwischen einem ersten Zellhalter (10, 110) und einem zweiten Zellhalter (14) der jeweiligen Packebene angeordnet sind, wobei wenigstens eine der Energiespeicherzellen einer der Packebenen mittels wenigstens eines Kontaktelements (20), das zwischen den einander zugewandten Zellhaltern benachbarter Packebenen angeordnet ist, mit einer korrespondierenden Energiespeicherzelle wenigstens einer benachbarten Packebene elektrisch zu einem Zellstapel verbunden ist, und wobei die ersten Zellhalter und die zweiten Zellhalter der wenigstens zwei Packebenen jeweils eine durchgängige Befestigungsausnehmung (26, 28) aufweisen, wobei sich durch die Befestigungsausnehmungen dieser Zellhalter hindurch ein unter Zug stehendes Befestigungsmittel (32) erstreckt, mittels welchem wenigstens die Energiespeicherzellen des wenigstens einen Zellstapels (a, b, c) zusammengespannt sind.The invention relates to an energy storage device (5) in which in each case a plurality of energy storage cells (4) between at least two packing levels (1, 2, 3) between a first cell holder (10, 110) and a second cell holder (14) of the respective packing level wherein at least one of the energy storage cells of one of the packaging planes is electrically connected to a cell stack by means of at least one contact element (20) disposed between the mutually facing cell holders of adjacent packaging planes, with a corresponding energy storage cell of at least one adjacent packaging plane, and wherein the first cell holders and the second cell holders of the at least two packing planes each have a continuous fastening recess (26, 28), a fastening means (32) extending under tension extending through the fastening recesses of these cell holders, by means of which at least the energy storage cells of the at least one cell stack ls (a, b, c) are clamped together.

Description

Die Erfindung betrifft eine Energiespeichervorrichtung, bei welcher in wenigstens zwei Packebenen eine Mehrzahl von Energiespeicherzellen zwischen Zellhaltern angeordnet ist, sowie einen Zellhalter für eine Energiespeichervorrichtung.The invention relates to an energy storage device in which a plurality of energy storage cells is arranged between cell holders in at least two packaging levels, as well as a cell holder for an energy storage device.

Für viele Anwendungen von Energiespeichervorrichtungen – wie beispielsweise in der Elektromobilität bei Fahrzeugen mit elektrischer Antriebskomponente oder im stationären Betrieb für einen „remote energy supply” – hat sich die Erkenntnis durchgesetzt, dass es insbesondere wirtschaftlich effizienter ist, die Energiespeichereinrichtung aus einer Mehrzahl standardisierter Energiespeicherzellen im Sinne eines „tailored assembly” anwendungsspezifisch zusammenzustellen. Aufgrund der hohen realisierbaren Stückzahl bei standardisierten Energiespeicherzellen sind solche Lösungen tendenziell kostengünstiger als der Einsatz anwendungsspezifisch angepasster Energiespeicherzellen.For many applications of energy storage devices - such as in electric mobility in vehicles with electric drive component or stationary operation for a "remote energy supply" - the realization has prevailed that it is particularly economically efficient, the energy storage device from a plurality of standardized energy storage cells in the sense of a "tailored assembly" in an application-specific way. Due to the high realizable number of pieces of standardized energy storage cells, such solutions tend to be more cost-effective than the use of application-specific adapted energy storage cells.

Die für eine gewünschte Anwendung notwendige Spannung bzw. Batteriekapazität kann dann durch eine entsprechende Anordnung, beispielsweise in mehreren Packebenen, und eine geeignete elektrische Verschaltung der Energiezellen wie gewünscht eingestellt werden.The voltage or battery capacity necessary for a desired application can then be set as desired by a corresponding arrangement, for example in several packaging levels, and a suitable electrical connection of the energy cells.

In der Regel werden hierfür aus Einzelzellen Module gebaut und diese anschließend zusammengeschaltet. Die mechanische Fixierung der Zellen im Modul erfolgt meist durch ein Gehäuse. Die Module aus mehreren fixierten Zellen werden dann in einem weiteren Gehäuse fixiert.As a rule, modules are built from single cells and then connected together. The mechanical fixation of the cells in the module is usually done by a housing. The modules of several fixed cells are then fixed in another housing.

Aus der deutschen Patentanmeldung DE 10 2011 119 253 ist eine Energiespeichervorrichtung mit mehreren Packebenen aus mehreren achsparallelen Zellen bekannt, wobei die mechanische und elektrische Verbindung der Zellen in den einzelnen Packebenen mit einer in den Zellzwischenräumen angeordneten Stift-Buchse-Verbindung realisiert wird.From the German patent application DE 10 2011 119 253 For example, an energy storage device having a plurality of packaging planes of a plurality of axially parallel cells is known, wherein the mechanical and electrical connection of the cells in the individual packaging planes is realized with a pin-socket connection arranged in the cell interstices.

Ein Nachteil der aus Standard-Energiespeicherzellen konfektionierten Energiespeichervorrichtungen ist gegenüber solchen mit anwendungsspezifisch geformten Energiespeichern, dass sie nur durch ein aufwendiges, starres und vor allem Bauraum einnehmendes Gehäuse ausreichend verformungssteif ausgebildet werden können, um in Bauraum-begrenzten Anwendungsfeldern wie beispielsweise in Fahrzeugen mit elektrischen Antriebskomponenten eingesetzt zu werden.A disadvantage of the assembled from standard energy storage cells energy storage devices is compared with those with application-specific shaped energy storage that they can be formed sufficiently rigid deformation only by a complex, rigid and above all space to order in space-limited application fields such as in vehicles with electric drive components to be used.

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine verformungssteife Energiespeichervorrichtung mit einer hohen Energiedichte zur Verfügung zu stellen.It is therefore an object of the invention to provide a strain-resistant energy storage device with a high energy density.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Energiespeichervorrichtung, bei welcher in wenigstens zwei Packebenen jeweils eine Mehrzahl von Energiespeicherzellen zwischen wenigstens einem ersten Zellhalter und wenigstens einem zweiten Zellhalter der jeweiligen Packebene angeordnet sind, wobei wenigstens eine der Energiespeicherzellen einer der Packebenen mittels wenigstens eines Kontaktelements, das zwischen den einander zugewandten Zellhaltern der benachbarten Packebenen angeordnet ist, mit einer korrespondierenden Energiespeicherzelle wenigstens einer benachbarten Packebene elektrisch zu einem Zellstapel, verbunden ist. Vorzugsweise sind mehrere, insbesondere alle Energiespeicherzellen einer der Packebenen mit jeweils einer korrespondierenden Energiespeicherzelle der benachbarten Packebene elektrisch verbunden, sodass mehrere Zellstapel ausgebildet werden.This object is achieved by an energy storage device in which in each case a plurality of energy storage cells between at least a first cell holder and at least a second cell holder of the respective packaging level are arranged in at least two packaging levels, wherein at least one of the energy storage cells one of the packaging levels by means of at least one contact element, the is arranged between the mutually facing cell holders of the adjacent packing levels, is electrically connected to a corresponding energy storage cell at least one adjacent packing level to a cell stack. Preferably, several, in particular all, energy storage cells of one of the packaging levels are electrically connected to a corresponding energy storage cell of the adjacent packaging level, so that a plurality of cell stacks are formed.

Erfindungsgemäß weisen, insbesondere die ersten und die zweiten, Zellhalter der wenigstens zwei Packebenen jeweils wenigstens eine durchgängige Befestigungsausnehmung auf, wobei sich durch diese Befestigungsausnehmungen hindurch ein unter Zug stehendes Befestigungsmittel erstreckt, mittels welchem wenigstens die Energiespeicherzellen des wenigstens einen Zellstapels, insbesondere alle korrespondierenden Zellpaare oder/oder Zellstapel der beiden Packebenen, zusammengespannt sind.According to the invention, in particular the first and the second, cell holders of the at least two packing levels each have at least one continuous mounting recess, which extends through these Befestigungsausnehmungen through a stationary attachment fastener by means of which at least the energy storage cells of at least one cell stack, in particular all corresponding cell pairs or / or cell stacks of the two packing planes, are clamped together.

Vorzugsweise bilden jeweils eine Befestigungsausnehmung eines ersten und eines zweiten Zellhalters, sowohl einer ersten Packebene als auch einer benachbarten, zweiten Packebene, gemeinsam einen Befestigungsgang aus, durch den sich das Befestigungsmittel erstreckt.Preferably, a respective fastening recess of a first and a second cell holder, both a first packing plane and an adjacent, second packing plane, jointly form a fastening passage through which the fastening means extends.

Die Erfindung beruht auf dem Grundgedanken, auf übereinander angeordneten Energiespeicherzellen benachbarter Packebenen der Energiespeichervorrichtung mittels dem unter Zug stehenden Befestigungsmittel eine Druckkraft aufzubringen, die die elektrische Verbindung der zugewandten Pole dieser Energiespeicherzellen, insbesondere über ein Kontaktelement, sicherstellt.The invention is based on the basic concept of applying a compressive force to the energy storage device arranged on top of one another by means of the fastening means located on top of one another, which ensures the electrical connection of the facing poles of these energy storage cells, in particular via a contact element.

Die Notwendigkeit, klassische „Module” zu verbauen, bei welchen eine kleine Anzahl von Energiespeicherzellen in eine Kunststoffhülle geschrumpft wird und häufig zudem die einzelnen Energiespeicherzellen aneinander gecrimpt, gelötet oder geschweißt sind, entfällt damit. Eine Energiespeichervorrichtung im Sinne der Erfindung kann dadurch aus einem oder mehreren Zellstapeln aufgebaut sein, und eine wesentlich höhere Energiedichte aufweisen, als Energiespeichervorrichtungen mit vorkonfektionierten Modulen, insbesondere weil die Gehäuse der einzelnen Module wegfallen.The need to obstruct classical "modules" in which a small number of energy storage cells shrunk into a plastic shell and often also the individual energy storage cells are crimped together, soldered or welded, thus eliminating. An energy storage device according to the invention can be constructed from one or more cell stacks, and have a much higher energy density, as energy storage devices with pre-assembled modules, especially because the housing of the individual modules omitted.

Ein weiterer Vorteil einer Energiespeichervorrichtung im Sinne der Erfindung ist, dass sie in den Kraftfluss ihrer Einbauumgebung mit einbezogen werden kann, wobei die entsprechenden Kräfte nicht ausschließlich durch ein äußeres Gehäuse der Energiespeichervorrichtung, sondern vielmehr auch durch die verspannten Zellstapel übertragen werden können. Denn indem die Energiespeicherzellen jeweils zwischen zwei Zellhaltern in ihrer Packebene angeordnet sind (also in den Zellhaltern aufgenommen sind) und zusätzlich zu einem Zellstapel verspannt, können bis zu einem bestimmten Maße Kräfte und/oder Momente aus der Einbau-Umgebung durch die Energiespeichervorrichtung hindurch übertragen werden. Limitiert sind die übertragbaren Druckkräfte insbesondere durch die Druckkraft, die eine einzelne Zelle aufnehmen kann. Sind – wie beispielsweise vorgesehen – Zellen vom Typ 18650 verbaut, beträgt die übertragbare Druckkraft nach orientierenden Messungen ca. 1 kN pro Zelle. Another advantage of an energy storage device according to the invention is that it can be included in the power flow of its installation environment, wherein the corresponding forces can not be transmitted exclusively through an outer housing of the energy storage device, but rather also through the strained cell stacks. Because by the energy storage cells are each arranged between two cell holders in their packing plane (ie in the cell holders) and in addition to a cell stack braced, forces and / or moments from the installation environment can be transmitted through the energy storage device to a certain extent , The transferable compressive forces are limited in particular by the compressive force which a single cell can absorb. If, for example, cells of type 18650 are installed, the transferable compressive force after approximate measurements is about 1 kN per cell.

So könnte beispielsweise bei einer Verwendung der Energiespeichervorrichtung als Fahrrad-Akku dieser in einem Sattelrohr des Fahrrads verbaut werden, und dort Kräfte aufnehmen, wodurch der Rahmen kleiner dimensioniert werden könnte. Auch in Hybrid- und/oder Elektro-Automobilen ist eine entsprechende Integration der Energiespeichervorrichtung in kraftführende Träger vorgesehen.For example, when using the energy storage device as a bicycle battery this could be installed in a seat tube of the bicycle, and absorb forces there, whereby the frame could be made smaller. In hybrid and / or electric automobiles, a corresponding integration of the energy storage device in force-carrying carrier is provided.

In verschiedenen Ausführungen kann auch eine Energiespeicherzelle mit mehr als zwei Packebenen und/oder mehr als einem ersten und/oder zweiten Zellhalter in wenigstens einer der Packebenen vorgegeben sein.In various embodiments, an energy storage cell with more than two packing levels and / or more than a first and / or second cell holder in at least one of the packing levels may be predetermined.

Um ein möglichst einfaches Aufbringen der Druckkraft auf den Zellstapel sicherzustellen und/oder um die Montage des Befestigungsmittels zu erleichtern, ist gemäß einer Ausführung der Befestigungsgang entlang einer gemeinsamen Längsachse der wenigstens einen Befestigungsausnehmungen der ersten und der zweiten Zellhalter ausgebildet, insbesondere durch alle Packebenen des Zellstapels hindurch. In dieser Ausführung können in einfacher Art und Weise gerade Zugstreben als Befestigungsmittel verwendet werden. Alternativ kann vorgesehen sein, die Befestigungsausnehmungen und den Befestigungsgang aufeinander abgestimmt mit einer Krümmung auszubilden, was in entsprechenden Einbau-Umgebungen, beispielsweise einem Fahrradrahmen vorteilhaft ist. In einem solchen Fall würde dann vorzugsweise ein Zugseil als Befestigungsmittel verwendet werden.In order to ensure the easiest possible application of the compressive force to the cell stack and / or to facilitate the mounting of the fastening means, according to one embodiment the fastening passage is formed along a common longitudinal axis of the at least one fastening recesses of the first and the second cell holders, in particular through all the packing planes of the cell stack therethrough. In this embodiment, straight tie rods can be used as fastening means in a simple manner. Alternatively, it may be provided to form the fastening recesses and the fastening passage coordinated with one another with a curvature, which is advantageous in corresponding installation environments, for example a bicycle frame. In such a case, a pull rope would then preferably be used as a fastening means.

Um die Einbindung der Energiespeichervorrichtung in einen Kraftfluss der Einbau-Umgebung zu optimieren, ist der Befestigungsgang durch die wenigstens zwei Packebenen hindurch ausgebildet, insbesondere durch alle Packebenen des Zellstapels hindurch.In order to optimize the integration of the energy storage device into a force flow of the installation environment, the fastening passage is formed through the at least two packing planes, in particular through all packing planes of the cell stack.

Damit das unter Zug stehende Befestigungsmittel, insbesondere mehrere unter Zug stehende Befestigungsmittel, eine Druckkraft an den oder die Zellstapel übertragen kann, müssen Befestigungsmittel und Zellstapel miteinander zur Kraftübertragung verbunden sein. Um dies sicherzustellen, weist die Energiespeichervorrichtung an einem äußeren Zellhalter einer ersten Packebene und/oder einer letzten Packebene, insbesondere eines oder aller Zellstapel, jeweils eine Abschlussplatte auf, an welcher das Befestigungsmittel festgelegt und/oder umgelegt ist. Die Abschlussplatte drückt dann durch die Zugkraft des Befestigungsmittels mittelbar oder unmittelbar auf die angrenzende Energiespeicherzelle oder den zugehörigen äußeren Zellhalter der äußersten Packebene.In order for the fastening means under tension, in particular a plurality of fastening means under tension, to be able to transmit a compressive force to the cell stack or stacks, fastening means and cell stacks must be connected to one another for power transmission. In order to ensure this, the energy storage device has on an outer cell holder of a first packing level and / or a last packing level, in particular one or all cell stacks, in each case a closure plate on which the fastening means is fixed and / or folded. The end plate then presses by the tensile force of the fastener directly or indirectly to the adjacent energy storage cell or the associated outer cell holder of the outermost packing level.

Trotzdem gemäß dieser Ausführung eine Abschlussplatte vorgesehen ist, muss eine einfache elektrische Kontaktierung der Energiespeicherzellen von außerhalb der Energiespeichervorrichtung möglich sein. Dazu weist die Abschlussplatte vorzugsweise wenigstens eine Ausnehmung für das wenigstens eine Befestigungsmittel und/oder wenigstens eine Ausnehmung für ein Leitelement auf, das mit einem Kontaktelement des äußeren Zellhalters einer äußersten Packebene elektrisch verbunden ist.Nevertheless, according to this embodiment, an end plate is provided, a simple electrical contacting of the energy storage cells must be possible from outside the energy storage device. For this purpose, the end plate preferably has at least one recess for the at least one fastening means and / or at least one recess for a guide element, which is electrically connected to a contact element of the outer cell holder of an outermost packing plane.

Gemäß einer Ausführung, insbesondere mit einer verhältnismäßig großen Anzahl von Energiespeicherzellen pro Packebene, sind mehrere Befestigungsgänge, insbesondere durch mehrere oder alle Packebenen, vorgesehen, um für alle Zellstapel und/oder Energiespeicherzellen eine zuverlässige Druckkraft zum elektrischen Verbinden sicherzustellen.According to an embodiment, in particular with a relatively large number of energy storage cells per pack level, a plurality of fastening passages, in particular by several or all pack levels, are provided in order to ensure a reliable pressure force for electrical connection for all cell stacks and / or energy storage cells.

Um das Aufbringen einer ausreichenden Druckkraft für Zellstapel, die im Inneren einer Packebene angeordnet sind, sicherzustellen, verläuft gemäß einer Ausführung wenigstens ein Befestigungsgang zwischen wenigstens zwei Zellstapeln, insbesondere so, dass dieser Befestigungsgang in wenigstens einer der Packebenen weiter von einer äußern Begrenzung der Energiespeichervorrichtung entfernt angeordnet ist, als wenigstens eine Energiespeicherzelle dieser Packebene. In einer solchen Ausführung kann beispielsweise eine Mehrzahl von Befestigungsgängen mit jeweils einem Befestigungsmittel in im Wesentlichen gleichen Abständen durch eine Packfläche einer Packebene verlaufen, wodurch eine im Wesentlichen gleiche Druckkraft auf alle Zellstapel dieser Packebene ausgeübt werden kann.In order to ensure the application of a sufficient compressive force for cell stacks, which are arranged inside a packing plane, according to one embodiment at least one fastening passage extends between at least two cell stacks, in particular so that this attachment passage in at least one of the packing planes is further away from an outer boundary of the energy storage device is arranged as at least one energy storage cell this pack level. In such an embodiment, for example, a plurality of fastening passages, each with a fastening means, extend at substantially equal intervals through a packing surface of a packing plane, whereby a substantially equal compressive force can be exerted on all cell stacks of this packing plane.

Insbesondere um eine elektrische Parallelschaltung mehrerer Zellstapel zu ermöglichen, sind gemäß einer Ausführung die Kontaktelemente mehrerer Zellstapel zwischen zwei benachbarten Packebenen miteinander elektrisch zu einer Kontaktelementgruppe verbunden. Vorzugsweise wird dabei mittels der Kontaktelementgruppe eine parallel geschaltete Zellstapelgruppe ausgebildet.In particular, in order to enable electrical parallel connection of a plurality of cell stacks, according to an embodiment, the contact elements of a plurality of cell stacks between two adjacent packaging planes are electrically connected to one another Contact element group connected. Preferably, a parallel-connected cell stack group is formed by means of the contact element group.

Um eine elektrische Parallelschaltung mehrerer Zellen zu ermöglichen, können gemäß einer Ausführung auch die Kontaktelemente mehrerer Zellen in einer Packebene miteinander elektrisch zu einer Kontaktelementgruppe verbunden sein.In order to enable electrical parallel connection of a plurality of cells, according to an embodiment, the contact elements of a plurality of cells in a pack level can also be connected to one another electrically to form a contact element group.

So kann beispielsweise über die Anzahl der Packebenen eines Zellstapels eine gewünschte Nennspannung der Energiespeichervorrichtung eingestellt werden, während über eine Anzahl mittels einer Kontaktelementegruppe zusammengeschalteter Zellstapel bzw. Zellen eine gewünschte Nennkapazität der Energiespeichervorrichtung eingestellt werden kann.Thus, for example, a desired rated voltage of the energy storage device can be set via the number of packaging levels of a cell stack, while a desired nominal capacity of the energy storage device can be set via a number of cell stacks or cells interconnected by means of a contact element group.

Gemäß einer Ausführung ist an einem Kontaktelement und/oder an einer Kontaktelementgruppe wenigstens eine Kontaktlasche zur Verbindung mit einem Batterie-Managementsystem (BMS), einem Sensor und/oder einem anderen Kontaktelement angeordnet. Wenn eine solche Kontaktlasche am Rand eines Kontaktelements bzw. einer Kontaktelementgruppe angeordnet ist, kann dies die Anwendung eines BMS, eines Sensors oder eines anderen Kontaktelements erleichtern.According to one embodiment, at least one contact tab for connection to a battery management system (BMS), a sensor and / or another contact element is arranged on a contact element and / or on a contact element group. If such a contact tab is arranged on the edge of a contact element or a contact element group, this can facilitate the application of a BMS, a sensor or another contact element.

In einer Ausführung kann in wenigstens einem Befestigungsgang anstatt eines oder zusätzlich zu einem Befestigungsmittel ein Temperatursensor angeordnet sein, insbesondere um die Temperatur im Inneren der Energiespeichervorrichtung zu messen.In one embodiment, a temperature sensor can be arranged in at least one fastening passage instead of or in addition to a fastening means, in particular in order to measure the temperature in the interior of the energy storage device.

Um auf unterschiedliche Anforderungen wie die zwischen den Energiespeicherzellen aufzubringende Druckkraft, die Geometrie der Einbau-Umgebung und/oder Montage-Randbedingungen Rücksicht nehmen zu können, weist das Befestigungsmittel in einer Ausführung eine Zugstrebe und/oder ein Zugseil auf.In order to be able to take account of different requirements, such as the pressure force to be applied between the energy storage cells, the geometry of the installation environment and / or installation boundary conditions, the fastening means in one embodiment has a tension strut and / or a pull rope.

Eine Zugstrebe kann beispielsweise im Sinne einer einfachen Fahrradspeiche aus einem metallischen Material und/oder aus einem, ggf. verstärkten, Kunststoffmaterial ausgebildet sein. Ein Zugseil kann beispielsweise aus einem Federstahl oder einem Kunststoff mit elastischer Eigenschaft ausgebildet sein und ggf. Verstärkungsfasern aufweisen.A tension strut can be designed, for example, in the sense of a simple bicycle spoke of a metallic material and / or of a possibly reinforced plastic material. A traction cable may for example be formed from a spring steel or a plastic with elastic property and optionally have reinforcing fibers.

Um auch bei hohen Stückzahlen eine kostengünstige Fertigung zu ermöglichen, ist gemäß einer Ausführung ein erster Zellhalter einer Packebene und ein diesem ersten Zellhalter zugewandter zweiter Zellhalter einer benachbarten Packebene einstückig miteinander zu einem beidseitigen Zellhalter verbunden, wobei zwischen den beiden Seiten des beidseitigen Zellhalters das wenigstens eine Kontaktelement angeordnet ist.In order to enable cost-effective production even with high quantities, according to one embodiment, a first cell holder of a packing level and a first cell holder facing the second cell holder of an adjacent packing level integrally connected to a two-sided cell holder, wherein between the two sides of the two-sided cell holder at least one Contact element is arranged.

Damit die Zellstapel im Sinne der Erfindung zusammengespannt werden können (d. h. damit mittels des Befestigungsmittels Druckkraft auf die einzelnen Energiespeicherzellen des Zellstapels ausgeübt werden kann), kann es notwendig sein, die Position der Energiespeicherzellen in ihrer Packebene festzulegen und/oder die Position korrespondierender Energiespeicherzellen unterschiedlicher Packebenen aufeinander auszurichten, insbesondere im Sinne einer koaxialen Ausrichtung. Dazu weisen gemäß einer Ausführung die Zellhalter einer Packebene für jede ihnen zugeordnete Energiespeicherzelle eine Zellaufnahme an einer Zellaufnahmeseite auf, wobei die Zellaufnahmeseite eines ersten Zellhalters derjenigen eines zweiten Zellhalters zugewandt ist, insbesondere so, dass eine Energiespeicherzelle an ihren zwei gegenüberliegenden Enden aufgenommen werden kann.So that the cell stacks can be clamped together within the meaning of the invention (ie so that pressing force can be exerted on the individual energy storage cells of the cell stack by means of the fastening means), it may be necessary to determine the position of the energy storage cells in their packing plane and / or the position of corresponding energy storage cells of different packing planes align with each other, in particular in the sense of a coaxial alignment. For this purpose, according to one embodiment, the cell holders of a packing level for each energy storage cell associated therewith a cell receptacle on a cell receiving side, wherein the cell receiving side of a first cell holder that of a second cell holder faces, in particular so that an energy storage cell can be accommodated at its two opposite ends.

Insbesondere zur Anordnung eines Kontaktelements weisen die Zellhalter in einer Ausführung eine einer Zellaufnahmeseite abgewandte Kontaktseite auf, wobei die Kontaktseiten zueinander benachbart angeordneter Zellhalter benachbarter Packebenen jeweils eine der anderen Kontaktseite zugewandte Verbindungsfläche aufweisen. Die Verbindungsfläche ist insbesondere auch dafür vorgesehen, die zwischen benachbarten Energiespeicherzellen eines Zellenstapels anliegende Druckkraft auf das Kontaktelement zu übertragen und es damit, beispielsweise in einer zu einer Packebene parallelen Ebene festzulegen. Vorzugsweise ist nämlich zwischen den einander zugewandten Verbindungsflächen wenigstens ein Kontaktelement angeordnet.In one embodiment, the cell holders have, in particular, a contact side facing away from a cell receiving side, wherein the contact sides of adjacent cell holders of adjacent packaging planes each have a connection surface facing the other contact side. In particular, the connection surface is also provided for transferring the compressive force applied between adjacent energy storage cells of a cell stack to the contact element and thereby fixing it, for example, in a plane parallel to a packing plane. Preferably, at least one contact element is arranged between the mutually facing connecting surfaces.

Um die benachbarten Zellhalter zweier benachbarter Packebenen zuverlässig zueinander zu positionieren, sind gemäß einer Ausführung ein erster Zellhalter und ein benachbarter zweiter Zellhalter mittels eines Verbindungsvorsprungs an einem von diesem ersten oder diesem zweiten Zellhalter zueinander ausgerichtet, wobei sich der Verbindungsvorsprung aus der Verbindungsfläche dieses Zellhalters erstreckt und in der wenigstens einen Befestigungsausnehmung des benachbarten Zellhalters wenigstens teilweise aufgenommen ist. Durch die Ausrichtung der Zellhalter unterschiedlicher Packebenen zueinander kann eine koaxiale Ausrichtung des einen oder der mehreren Zellstapel hinsichtlich der Längsachse der Energiespeicherzellen des Zellstapels sichergestellt werden.In order to reliably position the adjacent cell holders of two adjacent packing planes, according to an embodiment, a first cell holder and an adjacent second cell holder are aligned with each other by means of a connecting projection on one of these first or second cell holders, the connecting projection extending from the connecting surface of this cell holder and is at least partially received in the at least one mounting recess of the adjacent cell holder. By aligning the cell holders of different packing planes to one another, a coaxial alignment of the one or more cell stacks with respect to the longitudinal axis of the energy storage cells of the cell stack can be ensured.

Wenn gemäß einer Ausführung der Verbindungsvorsprung mit einer durchgängigen Ausnehmung ausgeführt ist, insbesondere als Teil einer Befestigungsausnehmung, kann der Verbindungsvorsprung auch als Führung und/oder als Durchlass für ein Befestigungsmittel dienen.If, according to one embodiment, the connecting projection is designed with a continuous recess, in particular as part of a fastening recess, the Connecting projection also serve as a guide and / or as a passage for a fastener.

Damit eine zuverlässige Positionierung aller Zellhalter der Energiespeichervorrichtung sichergestellt werden kann, ist gemäß einer Ausführung an jedem ersten und/oder an jedem zweiten Zellhalter wenigstens ein Verbindungsvorsprung angeordnet, vorzugsweise mit einer durchgängigen Ausnehmung. In einer Ausführung der Energiespeichervorrichtung kann es wünschenswert sein, die ersten und die zweiten Zellhalter aus einem Modell herstellen zu können, z. B. mittels eines Spritzgußverfahrens. Dazu sind in dieser Ausführung die Verbindungsvorsprünge an den ersten und/oder zweiten Zellhaltern jeweils einer Befestigungsausnehmung des benachbarten Zellhalters zugeordnet, die keinen Verbindungsvorsprung aufweist.In order to ensure reliable positioning of all cell holders of the energy storage device, according to one embodiment at least one connecting projection is arranged on each first and / or every second cell holder, preferably with a continuous recess. In one embodiment of the energy storage device, it may be desirable to be able to produce the first and the second cell holders from a model, for. B. by means of an injection molding process. For this purpose, in this embodiment, the connection projections on the first and / or second cell holders are each assigned to a fastening recess of the adjacent cell holder, which has no connection projection.

Um eine elektrische Isolierung zu erleichtern, ist die wenigstens eine Befestigungsausnehmung beabstandet von den Zellausnehmungen und/oder dem Kontaktelement angeordnet. Dies ermöglicht beispielsweise die Verwendung eines stromleitenden Materials für das Befestigungsmittel, weil ein Kontakt zwischen dem Befestigungsmittel und den Zellausnehmungen und/oder dem Kontaktelement von vorneherein ausgeschlossen ist.In order to facilitate electrical insulation, the at least one fastening recess is arranged at a distance from the cell recesses and / or the contact element. This allows, for example, the use of a current-conducting material for the fastening means, because a contact between the fastening means and the cell recesses and / or the contact element is excluded from the outset.

Gemäß einer Ausführung sind mehrere Befestigungsausnehmungen nach einem vorbestimmten Muster zwischen den Zellausnehmungen angeordnet, insbesondere in regelmäßigen Abständen, vorzugsweise in Umfangsrichtung, auf einem gedachten Kreis um eine Zellaufnahme. Eine solche Gestaltung ermöglicht die Verwendung weniger oder eines einzigen „Basis”-Zellaufnehmers für ganz unterschiedliche Geometrien einer Energiespeichervorrichtung, und spart so Kosten für Entwurf und Fertigung der Zellaufnehmer.According to one embodiment, a plurality of fastening recesses are arranged according to a predetermined pattern between the cell recesses, in particular at regular intervals, preferably in the circumferential direction, on an imaginary circle around a cell receptacle. Such a design allows the use of less or a single "base" cell picker for very different geometries of an energy storage device, thus saving costs for designing and manufacturing the cell pickers.

Um eine einfache Gestaltung des Kontaktelements zu ermöglichen, weist dieses ein leitendes Metallblech auf, insbesondere mit einem Eisen-, Messing-, Kuper- und/oder Aluminium-Wirkstoff.In order to enable a simple design of the contact element, this has a conductive metal sheet, in particular with an iron, brass, copper and / or aluminum active ingredient.

Gemäß einer Ausführung ist das Kontaktelement derart geformt, dass es an wenigstens einem und/oder um wenigstens einen Verbindungsvorsprung positioniert werden kann. Dadurch kann eine genaue Ausrichtung des Kontaktelements an einem Zellhalter sichergestellt werden. Beispielsweise kann das Kontaktelement wenigstens eine Ausnehmung aufweisen, an der es auf den Verbindungsvorsprung gesteckt werden kann.According to one embodiment, the contact element is shaped such that it can be positioned on at least one and / or about at least one connecting projection. As a result, precise alignment of the contact element on a cell holder can be ensured. For example, the contact element may have at least one recess, on which it can be plugged onto the connection projection.

Um die Ausbildung der Zellstapel zu erleichtern, sind die korrespondierenden Energiespeicherzellen in einer Ausführung wenigstens im Wesentlichen koaxial bezogen auf eine zu den Packebenen senkrecht verlaufende Längsachse der Energiespeicherzellen angeordnet.In order to facilitate the formation of the cell stacks, in one embodiment the corresponding energy storage cells are arranged at least substantially coaxially with respect to a longitudinal axis of the energy storage cells extending perpendicular to the packing planes.

Um eine möglichst Bauraum sparende Energiespeichervorrichtung, insbesondere mit einer möglichst hohen Energiedichte, zu ermöglichen, sind die Längsachsen der Befestigungsgänge und der Energiespeicherzellen im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet. Ebenfalls zur Bauraumoptimierung sind gemäß einer Ausführung die Energiespeicherzellen in ihrer Packebene hexagonal oder matrixförmig nebeneinander angeordnet.In order to enable a storage space-saving energy storage device, in particular with the highest possible energy density, the longitudinal axes of the attachment gears and the energy storage cells are arranged substantially parallel to each other. Likewise for space optimization, the energy storage cells are arranged in their packing plane hexagonal or matrix-shaped side by side according to an embodiment.

Um auf weitverbreitete und damit kostengünstige Standard-Energiespeicherzellen zurückgreifen zu können, weisen die Energiespeicherzellen eine wenigstens im Wesentlichen zylindrische Form auf. Vorzugsweise wird in einer Energiespeichervorrichtung nur ein Typ von Energiespeicherzellen verbaut, insbesondere vom Typ 18650. Aber auch andere gängige, insbesondere zylinderförmige, Typen von Energiespeicherzellen sind im Sinne der Erfindung verwendbar.In order to be able to resort to widespread and therefore inexpensive standard energy storage cells, the energy storage cells have an at least substantially cylindrical shape. Preferably, only one type of energy storage cell is installed in an energy storage device, in particular of the type 18650. But also other common, in particular cylindrical, types of energy storage cells can be used within the meaning of the invention.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Zellhalter für mehrere Energiespeicherzellen vorgeschlagen, insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, zur Verwendung in einer Energiespeichervorrichtung nach einer Ausführung der Erfindung.According to a further aspect of the invention, a cell holder for a plurality of energy storage cells is proposed, in particular, but not exclusively, for use in an energy storage device according to an embodiment of the invention.

Ein Zellhalter gemäß diesem Aspekt weist eine Kontaktseite mit einer Verbindungsfläche und eine der Kontaktseite abgewandte Zellaufnahmeseite, an welcher mehrere Zellaufnahmen angeordnet sind, auf.A cell holder according to this aspect has a contact side with a connection surface and a cell receiving side facing away from the contact side, on which a plurality of cell receptacles are arranged.

Bei dem Zellhalter erstreckt sich ausgehend von der Verbindungsfläche wenigstens ein Verbindungsvorsprung weg von der Zellaufnahmeseite und wenigstens eine Verbindungsausnehmung hin zu der Zellaufnahmeseite.In the cell holder, at least one connection projection extends away from the cell receiving side and at least one connection recess toward the cell receiving side, starting from the connection surface.

Der wenigstens eine Verbindungsvorsprung und die wenigstens eine Verbindungsausnehmung weisen jeweils eine durchgängige Befestigungsausnehmung auf, welche sich zwischen der Kontaktseite und der Zellaufnahmeseite durch den Zellhalter, insbesondere hindurch, erstreckt.The at least one connecting projection and the at least one connecting recess each have a continuous fastening recess, which extends between the contact side and the cell receiving side through the cell holder, in particular through it.

Diese Gestaltung ermöglicht insbesondere bei geeigneter Anordnung der Verbindungsausnehmung und des Verbindungsvorsprungs zueinander eine einfache Festlegung zweier Zellhalter an ihren Kontaktseiten. Zudem kann eine Energiespeichervorrichtung mit nur einem Typ Zellhalter ausgestaltet werden, was für erhebliche Kosteneinsparungen sorgt.This configuration allows, in particular with a suitable arrangement of the connecting recess and the connecting projection to each other a simple definition of two cell holders on their contact sides. In addition, an energy storage device can be configured with only one type of cell holder, which provides significant cost savings.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen; beispielhafte Ausführungen sind nachfolgenden Beschreibungen im Zusammenhang mit den Figuren zu entnehmen. Die Figuren zeigen im Einzelnen: Advantageous embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims; Exemplary embodiments can be found in the following descriptions in connection with the figures. The figures show in detail:

1 in einer Schnittansicht einen Ausschnitt einer Energiespeichervorrichtung nach einer Ausführung der Erfindung mit Energiespeicherzellen in drei Packebenen und mit zwei durchgängigen Befestigungsmitteln; 1 in a sectional view of a section of an energy storage device according to an embodiment of the invention with energy storage cells in three packaging levels and with two continuous attachment means;

2 in einer oberen perspektivischen Ansicht einen Zellhalter gemäß einer Ausführung der Erfindung; 2 in a top perspective view of a cell holder according to an embodiment of the invention;

3 den Zellhalter aus 2 in einer unteren perspektivischen Ansicht; 3 the cell holder 2 in a lower perspective view;

4 ein Kontaktelement zur Verwendung in einer Energiespeichervorrichtung gemäß einer Ausführung der Erfindung; 4 a contactor for use in an energy storage device according to an embodiment of the invention;

5 in einer perspektivischen Ansicht eine beispielhafte Anordnung von Energiespeicherzellen in einer Energiespeichervorrichtung gemäß einer Ausführung der Erfindung; 5 a perspective view of an exemplary arrangement of energy storage cells in an energy storage device according to an embodiment of the invention;

6 in einer perspektivischen Ansicht eine Energiespeichervorrichtung nach einer Ausführung der Erfindung mit einem einzelnen, zwischen zwei Packebenen angeordneten Kontaktelement; 6 in a perspective view of an energy storage device according to an embodiment of the invention with a single, arranged between two packaging levels contact element;

7 in einer perspektivischen Ansicht eine Energiespeichervorrichtung nach einer Ausführung der Erfindung mit einem doppelten Kontaktelement zwischen zwei Packebenen; 7 in a perspective view of an energy storage device according to an embodiment of the invention with a double contact element between two packing planes;

8 in einer teilweise geschnittenen perspektivischen Ansicht eine Energiespeichervorrichtung nach einer Ausführung der Erfindung mit einer Abschlussplatte; und 8th in a partially sectioned perspective view of an energy storage device according to an embodiment of the invention with a cover plate; and

9 in einer perspektivischen Ansicht eine Oberseite einer Energiespeichervorrichtung nach einer Ausführung der Erfindung mit einer Abschlussplatte. 9 in a perspective view of an upper side of an energy storage device according to an embodiment of the invention with a cover plate.

In 1 ist eine Energiespeichervorrichtung 5 mit drei Packebenen 1, 2, 3 dargestellt, in denen jeweils eine Mehrzahl von Energiespeicherzellen 4.1a–c, 4.2a–c und 4.3a–c in einer matrixartigen Verteilung angeordnet ist. In 1 sind in x-Richtung (siehe Koordinatenangabe) in jeder der Packebenen 1, 2 und 3 jeweils drei Energiespeicherzellen 4 angeordnet. Auch in y-Richtung ist jeweils eine Mehrzahl von nicht dargestellten Energiespeicherzellen angeordnet, sodass sich zusammen mit der Erstreckung in z-Richtung über drei Packebenen eine im Wesentlichen quaderförmige Bauform der Energiespeichervorrichtung 5 ergibt.In 1 is an energy storage device 5 with three packing levels 1 . 2 . 3 represented, in each of which a plurality of energy storage cells 4.1a c, 4.2a -C and 4.3a C is arranged in a matrix-like distribution. In 1 are in x-direction (see coordinate specification) in each of the packing levels 1 . 2 and 3 three energy storage cells each 4 arranged. Also in the y-direction a plurality of energy storage cells, not shown, is arranged, so that together with the extension in the z-direction over three packing levels a substantially cuboidal shape of the energy storage device 5 results.

Die Energiespeicherzellen 4 jeder Packebene 1, 2 und 3 sind an ihrem oberen Ende mit dem hervorstehenden Batteriekontakt 6 jeweils in einer Zellaufnahme 8 eines ersten Zellhalters 10 aufgenommen. Das andere axiale Ende jeder Energiespeicherzellen 4 ist jeweils in einer Zellaufnahme 12 eines zweiten Zellhalters 14 aufgenommen.The energy storage cells 4 every pack level 1 . 2 and 3 are at their upper end with the protruding battery contact 6 each in a cell recording 8th a first cell holder 10 added. The other axial end of each energy storage cell 4 is in each case in a cell admission 12 a second cell holder 14 added.

Die Zellaufnahmen 8 des ersten Zellhalters 10 jeder Packebene 1, 2 und 3 sowie die Zellaufnahmen 12 des zweiten Zellhalters 14 jeder Packebene 1, 2 und 3 sind so ausgebildet, dass zueinander korrespondierende Energiespeicherzellen (hier z. B. 4.1a, 4.2a und 4.3a, desgleichen mit b oder c) bezüglich einer Mittel-Längsachse L koaxial zueinander angeordnet sind.The cell pictures 8th of the first cell holder 10 every pack level 1 . 2 and 3 as well as the cell pictures 12 of the second cell holder 14 every pack level 1 . 2 and 3 are designed such that mutually corresponding energy storage cells (here, for example, 4.1a . 4.2a and 4.3a , likewise with b or c) are arranged coaxially with respect to a central longitudinal axis L.

In der Darstellung der 1 oberhalb der ersten Packebene 1 ist die Energiespeichervorrichtung mittels einer oberen Abschlussplatte 16 abgeschlossen; unterhalb der Packebene 3 durch eine untere Abschlussplatte 18.In the presentation of the 1 above the first packing level 1 is the energy storage device by means of an upper end plate 16 completed; below the packing level 3 through a lower end plate 18 ,

Zwischen der oberen Abschlussplatte 16 und den Energiespeicherzellen 4.1 der ersten Packebene 1 sowie zwischen den Packebenen 1 und 2, den Packebenen 2 und 3 und zwischen der Packebene 3 und der unteren Abschlussplatte 18 ist jeweils ein Kontaktelement 20 eingelegt, wobei die Kontaktelemente 20.2 und 20.3 dazu ausgebildet sind, die Energiespeicherzellen 4.x zueinander benachbarter Packebenen elektrisch miteinander zu verbinden. Die Kontaktelemente 20.1 und 20.4 sind dazu ausgelegt, die Energiespeicherzellen einer der äußeren Packebenen 1 und 3 mittels eines Leitelements 22.1 bzw. 22.4 mit einem elektrischen Anschluss außerhalb der Energiespeichervorrichtung 5 zu verbinden.Between the upper end plate 16 and the energy storage cells 4.1 the first packing level 1 as well as between the packing levels 1 and 2 , the packing levels 2 and 3 and between the pack level 3 and the lower end plate 18 is in each case a contact element 20 inserted, wherein the contact elements 20.2 and 20.3 are designed to the energy storage cells 4.x electrically connect each other adjacent packaging levels. The contact elements 20.1 and 20.4 are designed to be the energy storage cells of one of the outer packaging levels 1 and 3 by means of a guide element 22.1 respectively. 22.4 with an electrical connection outside the energy storage device 5 connect to.

Die Kontaktelemente 20 weisen im Bereich der Mittel-Längsachse L der Zellstapel a, b und c (oder parallel dazu) jeweils an der Verbindungsstelle zwischen zwei Energiespeicherzellen verschiedener Packebenen eine Verdickung 24 oder eine Vertiefung (hier nicht dargestellt) auf, die die elektrische Verbindung unterstützt.The contact elements 20 have in the region of the central longitudinal axis L of the cell stacks a, b and c (or parallel thereto) in each case at the junction between two energy storage cells of different packaging levels thickening 24 or a recess (not shown here) that supports the electrical connection.

In x-Richtung zwischen den Zellstapeln a und b bzw. b und c weist jeder der einstückig ausgebildeten ersten Zellhalter 10.1, 10.2 und 10.3 sowie jeder der einstückig ausgebildeten zweiten Zellhalter 14.1, 14.2 und 14.3 eine Befestigungsausnehmung 26 bzw. 28 auf, die für eine bessere Erkennbarkeit im Detail A dargestellt ist. Alle Befestigungsausnehmungen 26, 28 zwischen dem ersten Zellstapel a und dem zweiten Zellstapel b sind in einer zur Achse L parallelen Achse koaxial angeordnet. Dies gilt analog auch für die Befestigungsausnehmungen 26 und 28 der unterschiedlichen Packebenen 1–3 zwischen dem zweiten Zellstapel b und dem dritten Zellstapel c. Auch in den Abschlussplatten 16 und 18 sind entsprechend koaxial Ausnehmungen vorgesehen.In the x-direction between the cell stacks a and b or b and c, each of the integrally formed first cell holder 10.1 . 10.2 and 10.3 as well as each of the integrally formed second cell holders 14.1 . 14.2 and 14.3 a mounting recess 26 respectively. 28 which is shown in detail A for better visibility. All mounting recesses 26 . 28 between the first cell stack a and the second cell stack b are arranged coaxially in an axis parallel to the axis L. This applies analogously to the Befestigungsausnehmungen 26 and 28 the different packing levels 1 - 3 between the second cell stack b and the third cell stack c. Also in the end plates 16 and 18 are provided correspondingly coaxial recesses.

Somit erstrecken sich in der Darstellung der 1 zwei jeweils durch koaxiale Befestigungsausnehmungen ausgebildete Befestigungsgänge 30.1 und 30.2 entlang der z-Richtung durch die gesamte Energiespeichervorrichtung 5, insbesondere auch durch die entsprechenden Befestigungsausnehmungen der Zellhalter 10.1 bis 10.3 und 14.1 bis 14.3.Thus, in the illustration of the 1 two each trained by coaxial Befestigungsausnehmungen attachment gears 30.1 and 30.2 along the z-direction through the entire energy storage device 5 , In particular, by the corresponding Befestigungsausnehmungen the cell holder 10.1 to 10.3 and 14.1 to 14.3 ,

Durch jeden der Befestigungsgänge 30.1 und 30.2 ist ein als Metallstrebe ausgebildetes Befestigungsmittel 32.1 bzw. 32.2 geführt, welches an beiden Enden ein Außengewinde aufweist. Mittels Muttern 34 und Kontermuttern 36, die auf jeder z-Seite der Energiespeichervorrichtung 5 auf das jeweilige Außengewinde des Befestigungsmittels aufgeschraubt werden, spannen die Befestigungsmittel 32 die Energiespeichervorrichtung 5 und damit insbesondere die Zellstapel a, b und c zusammen.Through each of the fortifications 30.1 and 30.2 is a trained as a metal brace fastener 32.1 respectively. 32.2 guided, which has an external thread at both ends. By nuts 34 and locknuts 36 on each z-side of the energy storage device 5 be screwed onto the respective external thread of the fastener, tighten the fasteners 32 the energy storage device 5 and thus in particular the cell stacks a, b and c together.

In dem Maße, in welchem die Befestigungsmittel 32 dabei unter Zugspannung gesetzt werden, steht die fertig montierte Energiespeichervorrichtung 5 unter einer korrespondierenden Druckspannung, die insbesondere von den Muttern 34 auf die Abschlussplatten 16 und 18 übertragen wird, und von diesen aus über die metallischen Kontaktelemente 20 auf die Batteriekontakte 6 und die gegenüberliegenden Batteriekontakte eines jeden Zellstapels.To the extent that the fasteners 32 while being put under tension, stands the fully assembled energy storage device 5 under a corresponding compressive stress, in particular from the nuts 34 on the end plates 16 and 18 is transferred, and from these on the metallic contact elements 20 on the battery contacts 6 and the opposing battery contacts of each cell stack.

Damit ist zum einen der elektrische Kontakt zwischen den Energiespeicherzellen der einzelnen Packebenen jedes Zellstapels für mittels der Kontaktelemente 20 sichergestellt, weil eine ausreichende Druckkraft aufgebracht werden kann. Darüber hinaus jedoch sorgt die Verspannung der unterschiedlichen Packebenen der Energiespeichervorrichtung 5 für eine erhöhte mechanische Stabilität der Energiespeichervorrichtung gegen von außen auf die Energiespeichervorrichtung aufgebrachte Biegekräfte, Biegemomente, Scherkräfte, Schermomente und/oder Torsionsmomente.Thus, on the one hand, the electrical contact between the energy storage cells of the individual packaging levels of each cell stack for by means of the contact elements 20 ensured because a sufficient compressive force can be applied. In addition, however, ensures the tension of the different packaging levels of the energy storage device 5 for increased mechanical stability of the energy storage device against externally applied to the energy storage device bending forces, bending moments, shear forces, shear moments and / or Torsionsmomente.

Die Zellhalter 14.1 und 10.2 sowie 14.2 und 10.3 sind dabei mittels Verbindungs-Vorsprüngen 38 des beteiligten ersten Zellhalters 10.1 bzw. 10.3 in einer, ggf. verbreiterten und/oder elastischen, Befestigungsausnehmung 28 des beteiligten zweiten Zellhalters 14.1 bzw. 14.2 positioniert hinsichtlich einer Festlegung in x- und in y-Richtung.The cell holders 14.1 and 10.2 such as 14.2 and 10.3 are here by means of connecting projections 38 of the involved first cell holder 10.1 respectively. 10.3 in one, possibly widened and / or elastic, mounting recess 28 of the involved second cell holder 14.1 respectively. 14.2 positioned with respect to a determination in the x and y directions.

Die Verbindungs-Vorsprünge 38 dienen zusätzlich einer groben Festlegung der Kontaktelemente 20, welche kreisförmige Ausnehmungen 40 aufweisen, mit denen sie bei der Montage um die Verbindungs-Vorsprünge 38 eingelegt werden.The connection projections 38 additionally serve a rough definition of the contact elements 20 which circular recesses 40 have with them when mounting around the connection projections 38 be inserted.

Bei der Energiespeichervorrichtung 5 gemäß 1 ist exemplarisch eine sehr einfache Schaltung dargestellt, bei der (in der Darstellung) die drei Energiespeicherzellen jeder Packebene parallel zu einer Zellgruppe elektrisch verbunden sind, die mittels der zugehörigen Kontaktelemente 20 parallel geschalten werden. Die anderen Packebenen, die in analoger Weise parallel verschaltet sind, werden in Reihe dazu geschaltet, sodass eine Kontaktelementgruppe ausgebildet wird, welche der Energiespeichervorrichtung 5 die vergrößerte Kapazität der Parallelschaltung von drei Zellen und die vergrößerte Spannung der Reinschaltung von drei Packebenen verschafft.In the energy storage device 5 according to 1 By way of example, a very simple circuit is shown, in which (in the illustration) the three energy storage cells of each packing plane are electrically connected in parallel to a cell group, which by means of the associated contact elements 20 be switched in parallel. The other packaging planes, which are connected in parallel in an analogous manner, are connected in series, so that a contact element group is formed, which is the energy storage device 5 the increased capacity of the parallel connection of three cells and the increased voltage of the pure circuit of three packaging levels provides.

Als Standard werden in diesem Ausführungsbeispiel zylindrische Zellen vom Typ 18650 verwendet. An dem Kontaktelement 20.3 ist rechts exemplarisch eine Kontaktlasche 42 angedeutet, die im Sinne der Erfindung auch an jeder oder an einigen Kontaktelementen vorgesehen sein kann und einem hier nicht dargestellten Anschluss eines Batteriemanagement-Systems und/oder eines Temperatur-, Strom- und/oder ähnlichen Sensors dienen kann.By default, 18650 cylindrical cells are used in this embodiment. At the contact element 20.3 is on the right exemplarily a contact lug 42 indicated that in the context of the invention may also be provided on each or on some contact elements and a terminal not shown here, a battery management system and / or a temperature, current and / or similar sensor can serve.

In 2 ist ein Zellhalter 110 für mehrere Energiespeicherzellen zur Verwendung in einer Energiespeichervorrichtung dargestellt. Der Zellhalter 110 weist eine Zellaufnahmeseite 44 auf, an welcher mehrere Zellaufnahmen 108 angeordnet sind. Die Zellaufnahmen 108 haben einen im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt zur Aufnahme jeweils einer zylinderförmigen Energiespeicherzelle, die hier nicht dargestellt ist. Zur verbesserten Festlegung in der Zellaufnahme 108 können kleine Ausbuchtungen 46 in jeder Zellenaufnahme vorgesehen sein.In 2 is a cell holder 110 for a plurality of energy storage cells for use in an energy storage device. The cell holder 110 has a cell receiving side 44 on, on which several cell pictures 108 are arranged. The cell pictures 108 have a substantially circular cross section for receiving in each case a cylindrical energy storage cell, which is not shown here. For improved determination in cell uptake 108 can small bulges 46 be provided in each cell receptacle.

Die einzelnen Zellenaufnahmen 108 sind in einem hexagonalen Muster angeordnet, sodass bei einer inneren Zellenaufnahme jeweils sechs weitere Zellenaufnahmen äquidistant auf einer gedachten Kreislinie um den Mittelpunkt der mittleren Zellenaufnahme 108 angeordnet sind. An den Knotenpunkten 48 der zwischen den Zellenaufnahmen verbleibenden Stege 50 ist jeweils eine Verbindungsausnehmung 52 ausgebildet (siehe 3), wobei jede der Verbindungsausnehmungen als Teil einer durchgängigen Befestigungsausnehmung 126 ausgebildet ist, welche sich zwischen der Zellaufnahmeseite 44 und einer aus 3 ersichtlichen Kontaktseite 45 durch den Zellhalter 110 erstreckt.The individual cell shots 108 are arranged in a hexagonal pattern, so that in an inner cell uptake each six further cell images equidistant on an imaginary circle around the center of the central cell uptake 108 are arranged. At the junctions 48 the remaining between the cell receptacles webs 50 is in each case a connection recess 52 trained (see 3 ), wherein each of the connection recesses forms part of a continuous fastening recess 126 is formed, which is located between the cell receiving side 44 and one out 3 apparent contact page 45 through the cell holder 110 extends.

Aus 3 ist ersichtlich, dass die Kontaktseite 45 eine Verbindungsfläche 54 aufweist, von der ausgehend sich Verbindungsvorsprünge 56 weg von der Zellaufnahmeseite 44 und Verbindungsausnehmungen 52 hin zu der Zellaufnahmeseite 44 erstrecken.Out 3 it can be seen that the contact page 45 a connection surface 54 has, starting from the connection projections 56 away from the cell intake side 44 and connecting recesses 52 towards the cell receiving side 44 extend.

Auch die Verbindungsvorsprünge 56 sind so ausgebildet, dass sie innen derart hohl sind, dass sie einen Teil der Befestigungsausnehmung 126 darstellen.Also the connection projections 56 are designed so that they are hollow inside that they a part of the mounting recess 126 represent.

Die Verbindungsausnehmungen 52 sind derart aufgeweitet und/oder elastisch, dass sie einen Verbindungsvorsprung 56 eines zweiten, auch nach dieser Ausführung der Erfindung ausgebildeten Zellhalters 110 aufnehmen können. Durch die alternierende Ausbildung von Verbindungsvorsprüngen 56 und Verbindungsausnehmungen 52 in der in 2 und 3 gezeigten Ausführung kann damit eine Energiespeichervorrichtung mit identisch ausgebildeten ersten und zweiten Zellhaltern 120 bestückt werden, was für nennenswert günstigere Herstellungskosten und eine einfachere Montagelogistik sorgen kann.The connection recesses 52 are so expanded and / or elastic that they have a connection projection 56 a second, also according to this embodiment of the invention formed cell holder 110 be able to record. Due to the alternating formation of connection projections 56 and connecting recesses 52 in the in 2 and 3 As shown embodiment can thus an energy storage device with identically formed first and second cell holders 120 be fitted, which can provide significantly cheaper production costs and easier Montagelogistik.

In 4 ist ein beispielhaftes Kontaktelement 20 nach einer Ausführung der Erfindung dargestellt. Es ist ersichtlich, dass kleinere Ausnehmungen 40 zur Positionierung des mit einem Metallblech ausgeführten Kontaktelements 20 an den Zellhaltern vorgesehen sind. Ebenso sind Verdickungen 24 zur Sicherstellung eines elektrischen Kontakts zwischen den korrespondierenden Energiespeicherzellen benachbarter Packebenen vorgesehen, zwischen die das Kontaktelement 20 eingelegt wird. Die Verdickungen 24 des Kontaktelements 20 sind hier durch eine Verformung des Metallblechs aus dessen Hauptebene heraus ausgebildet. An dem Kontaktelement 20 sind ferner Leitelemente 22 und eine Kontaktlasche 42 vorgesehen.In 4 is an exemplary contact element 20 illustrated according to an embodiment of the invention. It can be seen that smaller recesses 40 for positioning the contact element made with a metal sheet 20 provided on the cell holders. Likewise are thickenings 24 provided for ensuring an electrical contact between the corresponding energy storage cells adjacent packaging levels, between which the contact element 20 is inserted. The thickenings 24 of the contact element 20 are formed here by a deformation of the metal sheet from the main plane out. At the contact element 20 are also guiding elements 22 and a contact tab 42 intended.

Die vereinfacht schematische Darstellung einer hexagonalen Anordnung zylindrischer Energiespeicherzellen 4 in drei Packebenen 1, 2 und 3 gemäß 5 soll insbesondere die Anordnung der Energiespeicherzellen 4 einer zugehörigen Energiespeichervorrichtung, beispielsweise mit Zellhaltern 110 gemäß den 2 und 3 und/oder mit einem oder mehreren Kontaktelementen 20 gemäß 4 pro Übergang zwischen benachbarten Packebenen 1 und 2 bzw. 2 und 3, darstellen.The simplified schematic representation of a hexagonal arrangement of cylindrical energy storage cells 4 in three packing levels 1 . 2 and 3 according to 5 in particular, the arrangement of the energy storage cells 4 an associated energy storage device, for example with cell holders 110 according to the 2 and 3 and / or with one or more contact elements 20 according to 4 per transition between adjacent packing planes 1 and 2 respectively. 2 and 3 , represent.

In 6 ist eine Energiespeichervorrichtung 5 in einem teilweise geschnitten dargestellten Ausschnitt gezeigt, wobei ersichtlich ist, dass in jeder Packebene 1 und zumindest 2 eine Vielzahl an Energiespeicherzellen 4 in hexagonaler Anordnung verbaut ist. Zwischen dem zweiten Zellhalter 14 der ersten Packebene 1 und dem ersten Zellhalter 10 der Packebene 2 ist ebenso wie zur oberen Kontaktierung der Energiespeicherzellen 4 der Packebene 1 ein einzelnes Kontaktelement 20 angeordnet, welches die Verbindung zwischen den Packebenen bzw. zwischen der obersten Packebene 1 und einem elektrischen Anschluss sicherstellen soll.In 6 is an energy storage device 5 shown in a partially sectioned cut, wherein it can be seen that in each packing plane 1 and at least 2 a plurality of energy storage cells 4 installed in hexagonal arrangement. Between the second cell holder 14 the first packing level 1 and the first cell holder 10 the pack level 2 is as well as the upper contacting of the energy storage cells 4 the pack level 1 a single contact element 20 arranged, which is the connection between the packing levels or between the top packing level 1 and ensure an electrical connection.

Im Gegensatz dazu ist in der Energiespeichervorrichtung 5 gemäß 7 zwischen den Packebenen 1 und 2 sowie zum oberen elektrischen Verbinden der Packebene 1 ein doppeltes Kontaktelement 201 und 202 verbaut, was die Fertigung der einzelnen Kontaktelemente 201 und 202 vereinfacht. Die Verdickungen 24 müssen nur noch in eine Richtung in das Grundblech eingebracht werden.In contrast, in the energy storage device 5 according to 7 between the packing levels 1 and 2 as well as for the upper electrical connection of the packing plane 1 a double contact element 201 and 202 installed what the production of the individual contact elements 201 and 202 simplified. The thickenings 24 need only be introduced in one direction in the base plate.

In 8 ist eine Energiespeichervorrichtung 5 mit einer teilweise geschnittenen Abschlussplatte 16 dargestellt. Daraus ist ersichtlich, wie die Befestigungsmittel 32 oberhalb der Abschlussplatte 16 mit Speichennippeln 34, 36 befestigt werden, wobei gleichzeitig eine Zugspannung durch das Verschrauben aufgebracht wird. Ebenso ist ersichtlich, dass auch die Abschlussplatte 16 Ausnehmungen 58 zur Aufnahme eines Verbindungsvorsprungs 56 aufweist, was unter anderem auch der Positionierung der Abschlussplatte dient.In 8th is an energy storage device 5 with a partially cut end plate 16 shown. It can be seen how the fasteners 32 above the end plate 16 with spoke nipples 34 . 36 be attached, at the same time a tensile stress is applied by the screwing. It can also be seen that also the end plate 16 recesses 58 for receiving a connection projection 56 has, which serves among other things, the positioning of the end plate.

Aus 8 ist auch ersichtlich, dass in einer Energiespeichervorrichtung 5 die Energiespeicherzellen 4 einer Packebene 1 mit getrennten Kontaktelementen 203 und 204 kontaktiert werden können, die an der mit den Bezugszeichen 60 bezeichneten Stelle voneinander beabstandet und damit nicht elektrisch verbunden sind. Dadurch können komplexere Schaltungen in der Energiespeichervorrichtung realisiert werden, bei welchen beispielsweise ein Spannungsaufbau zuerst in die eine Richtung über mehrere Packebenen und dann in die andere Richtung der Energiespeichervorrichtung über mehrere Packebenen erfolgt, entsprechende Verschaltung vorausgesetzt.Out 8th It can also be seen that in an energy storage device 5 the energy storage cells 4 a pack level 1 with separate contact elements 203 and 204 can be contacted at the with the reference numerals 60 designated point spaced from each other and are not electrically connected. As a result, more complex circuits can be realized in the energy storage device, in which, for example, a voltage build-up takes place first in one direction over several packaging levels and then in the other direction of the energy storage device over several packaging levels, assuming appropriate interconnection.

In 9 ist eine obere Ansicht einer Abschlussplatte 16 mit einer Vielzahl von Befestigungsmitteln 32 dargestellt.In 9 is a top view of a completion plate 16 with a variety of fasteners 32 shown.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102011119253 [0005] DE 102011119253 [0005]

Claims (15)

Energiespeichervorrichtung (5), bei welcher in wenigstens zwei Packebenen (1, 2, 3) jeweils eine Mehrzahl von Energiespeicherzellen (4) zwischen einem ersten Zellhalter (10, 110) und einem zweiten Zellhalter (14) der jeweiligen Packebene angeordnet sind, wobei wenigstens eine der Energiespeicherzellen einer der Packebenen mittels wenigstens eines Kontaktelements (20), das zwischen den einander zugewandten Zellhaltern benachbarter Packebenen angeordnet ist, mit einer korrespondierenden Energiespeicherzelle wenigstens einer benachbarten Packebene elektrisch zu einem Zellstapel verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Zellhalter und die zweiten Zellhalter der wenigstens zwei Packebenen jeweils eine durchgängige Befestigungsausnehmung (26, 28) aufweisen, wobei sich durch die Befestigungsausnehmungen dieser Zellhalter hindurch ein unter Zug stehendes Befestigungsmittel (32) erstreckt, mittels welchem wenigstens die Energiespeicherzellen des wenigstens einen Zellstapels (a, b, c) zusammengespannt sind.Energy storage device ( 5 ), in which at least two packing levels ( 1 . 2 . 3 ) each have a plurality of energy storage cells ( 4 ) between a first cell holder ( 10 . 110 ) and a second cell holder ( 14 ) of the respective pack level, wherein at least one of the energy storage cells of one of the pack levels is connected by means of at least one contact element ( 20 ), which is arranged between the mutually facing cell holders of adjacent packing planes, is electrically connected to a corresponding energy storage cell of at least one adjacent packing plane to a cell stack, characterized in that the first cell holders and the second cell holders of the at least two packing planes each have a continuous mounting recess ( 26 . 28 ), wherein by means of the fastening recesses of these cell holders, a tensioning attachment means ( 32 ), by means of which at least the energy storage cells of the at least one cell stack (a, b, c) are clamped together. Energiespeichervorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei entlang einer gemeinsamen Längsachse der Befestigungsausnehmungen dieser Zellhalter ein Befestigungsgang ausgebildet ist.Energy storage device according to claim 1, wherein along a common longitudinal axis of the mounting recesses of the cell holder, a fastening passage is formed. Energiespeichervorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei ein Befestigungsgang durch alle Packebenen hindurch ausgebildet ist.Energy storage device according to one of the preceding claims, wherein a fastening passage is formed through all the packaging levels. Energiespeichervorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, welche an einem äußeren Zellhalter einer ersten Packebene und/oder und einer letzten Packebene jeweils eine Abschlussplatte (16, 18) aufweist, an welcher das Befestigungsmittel festgelegt und/oder umgelenkt ist.Energy storage device according to one of the preceding claims, which at an outer cell holder of a first packing level and / or a last packing level each have a closure plate ( 16 . 18 ), on which the fastening means is fixed and / or deflected. Energiespeichervorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei an einem Kontaktelement und/oder an einer Kontaktelementgruppe wenigstens eine Kontaktlasche (42) zur Verbindung mit einem BMS, einem Sensor und/oder einem anderen Kontaktelement angeordnet ist.Energy storage device according to one of the preceding claims, wherein on a contact element and / or on a contact element group at least one contact tab ( 42 ) is arranged for connection to a BMS, a sensor and / or another contact element. Energiespeichervorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Befestigungsmittel eine Zugstrebe und/oder ein Zugseil aufweist.Energy storage device according to one of the preceding claims, wherein the fastening means comprises a tension strut and / or a pull rope. Energiespeichervorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei ein erster Zellhalter einer Packebene und ein diesem ersten Zellhalter zugewandter zweiter Zellhalter einer benachbarten Packebene einstückig miteinander zu einem beidseitigen Zellhalter verbunden sind, wobei zwischen den beiden Seiten des beidseitigen Zellhalters das wenigstens eine Kontaktelement angeordnet ist.Energy storage device according to one of the preceding claims, wherein a first cell holder a packing plane and a first cell holder facing the second cell holder an adjacent packing plane are integrally connected to a two-sided cell holder, wherein between the two sides of the two-sided cell holder, the at least one contact element is arranged. Energiespeichervorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Zellhalter einer Packebene für jede ihnen zugeordnete Energiespeicherzelle eine Zellaufnahme (8, 12) an einer Zellaufnahmeseite aufweisen, und wobei die Zellaufnahmeseite eines ersten Zellhalters derjenigen eines zweiten Zellhalters zugewandt ist.Energy storage device according to one of the preceding claims, wherein the cell holder of a pack level for each energy storage cell associated therewith a cell receptacle ( 8th . 12 ) on a cell receiving side, and wherein the cell receiving side of a first cell holder faces that of a second cell holder. Energiespeichervorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei ein erster Zellhalter und ein benachbarter zweiter Zellhalter mittels eines Verbindungsvorsprungs an einem der Zellhalter zueinander ausgerichtet sind, der sich aus der Verbindungsfläche des einen Zellhalters erstreckt und der in der wenigstens einen Befestigungsausnehmung des benachbarten Zellhalters wenigstens teilweise aufgenommen ist.Energy storage device according to one of the preceding claims, wherein a first cell holder and an adjacent second cell holder are aligned by means of a connecting projection on one of the cell holder, which extends from the connecting surface of the one cell holder and which is at least partially received in the at least one mounting recess of the adjacent cell holder , Energiespeichervorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die wenigstens eine Befestigungsausnehmung beabstandet von den Zellausnehmungen und/oder dem Kontaktelement angeordnet ist.Energy storage device according to one of the preceding claims, wherein the at least one attachment recess is arranged at a distance from the cell recesses and / or the contact element. Energiespeichervorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei mehrere Befestigungsausnehmungen nach einem vorbestimmten Muster zwischen den Zellausnehmungen angeordnet sind, insbesondere in regelmäßigen Abständen auf einem gedachten Kreis um eine Zellaufnahme.Energy storage device according to one of the preceding claims, wherein a plurality of fastening recesses are arranged according to a predetermined pattern between the cell recesses, in particular at regular intervals on an imaginary circle around a cell receptacle. Energiespeichervorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Kontaktelement derart geformt ist, dass es an wenigstens einem und/oder um wenigstens einen Verbindungsvorsprung positioniert werden kann.Energy storage device according to one of the preceding claims, wherein the contact element is shaped such that it can be positioned on at least one and / or at least one connecting projection. Energiespeichervorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die korrespondierenden Energiespeicherzellen wenigstens im Wesentlichen koaxial bezogen auf eine zu den Packebenen senkrecht verlaufende Längsachse der Energiespeicherzellen angeordnet sind.Energy storage device according to one of the preceding claims, wherein the corresponding energy storage cells are arranged at least substantially coaxially with respect to a longitudinal axis of the energy storage cells extending perpendicular to the packing planes. Energiespeichervorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Längsachsen der Befestigungsgänge und der Energiespeicherzellen im Wesentlichen parallel sind.Energy storage device according to one of the preceding claims, wherein the longitudinal axes of the attachment gears and the energy storage cells are substantially parallel. Zellhalter (10, 110) für mehrere Energiespeicherzellen zur Verwendung in einer Energiespeichervorrichtung, insbesondere gemäß einem der vorherigen Ansprüche, aufweisend – eine Kontaktseite (45) mit einer Verbindungsfläche (54), – eine der Kontaktseite abgewandte Zellaufnahmeseite (44), an welcher mehrere Zellaufnahmen (108) angeordnet sind, bei welchem sich ausgehend von der Verbindungsfläche – wenigstens ein Verbindungsvorsprung (56) weg von der Zellaufnahmeseite erstreckt, und – wenigstens eine Verbindungsausnehmung (52) hin zu der Zellaufnahmeseite erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Verbindungsvorsprung und die wenigstens eine Verbindungsausnehmung jeweils eine durchgängige Befestigungsausnehmung (126) aufweisen, welche sich zwischen der Kontaktseite und der Zellaufnahmeseite durch den Zellhalter erstreckt.Cell holder ( 10 . 110 ) for a plurality of energy storage cells for use in an energy storage device, in particular according to one of the preceding claims, comprising - a contact page ( 45 ) with a connection surface ( 54 ) A cell receiving side facing away from the contact side ( 44 ), on which several cell images ( 108 ) are arranged, in which, starting from the connecting surface - at least one connecting projection ( 56 ) extends away from the cell receiving side, and - at least one connecting recess ( 52 ) extends to the cell receiving side, characterized in that the at least one connecting projection and the at least one connecting recess each have a continuous fastening recess ( 126 ) extending through the cell holder between the contact side and the cell receiving side.
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