DE102023134486B3

DE102023134486B3 - HOME STORAGE BATTERY CELL FIXING DEVICE

Info

Publication number: DE102023134486B3
Application number: DE102023134486.2A
Authority: DE
Inventors: Daniel Münch; Kevin Plachta
Original assignee: Energiesachse GmbH
Current assignee: Energiesachse GmbH
Priority date: 2023-12-08
Filing date: 2023-12-08
Publication date: 2024-12-12
Anticipated expiration: 2043-12-09

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Speichertechnik, und bezieht sich auf eine Vorrichtung, die speziell für die Aufnahme, Fixierung und den langzeitlichen und sicheren Betrieb von Batteriezellen eingerichtet ist. Bevorzugt bezieht sich die Erfindung auf eine Batteriezellfixiervorrichtung, insbesondere bevorzugt für den Einsatz in Heimspeicheranwendungen. Diese Offenbarung umfasst eine Batteriezellfixierung (3.0) innerhalb eines Gehäuses, wobei die Batteriezellen zwischen einer Fixiermittelseite und einer Fixiermittelgegenseite angeordnet sind. Darüber hinaus beinhaltet die Erfindung ein spezielles Spannelement, das eine Wirkverbindung zwischen den Batteriezellen und der Batteriezellfixierung (3.0) oder dem Gehäuse herstellt, um eine optimalen Langzeitbetrieb der Batteriezelle(n) zu gewährleisten. Weiterhin offenbart die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Prüfen und Austauschen zumindest einer Batteriezelle, die in der erfindungsgemäßen Batteriezellfixiervorrichtung angeordnet ist.

The present invention relates to the field of storage technology and relates to a device that is specially designed for receiving, fixing and long-term and safe operation of battery cells. The invention preferably relates to a battery cell fixing device, particularly preferably for use in home storage applications. This disclosure comprises a battery cell fixing (3.0) within a housing, wherein the battery cells are arranged between a fixing means side and a fixing means opposite side. In addition, the invention includes a special clamping element that creates an operative connection between the battery cells and the battery cell fixing (3.0) or the housing in order to ensure optimal long-term operation of the battery cell(s). Furthermore, the present invention discloses a method for checking and replacing at least one battery cell that is arranged in the battery cell fixing device according to the invention.

Description

TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL FIELD

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung, die speziell für die Aufnahme, Fixierung und den langzeitlichen und sicheren Betrieb von Batteriezellen eingerichtet ist . Bevorzugt bezieht sich die Erfindung auf eine Batteriezellfixiervorrichtung, insbesondere bevorzugt für den Einsatz in Heimspeicheranwendungen. Diese Offenbarung umfasst eine Batteriezellfixierung (3.0) innerhalb eines Gehäuses, wobei die Batteriezellen zwischen einer Fixiermittelseite und einer Fixiermittelgegenseite angeordnet sind. Darüber hinaus beinhaltet die Erfindung ein spezielles Spannelement, das eine Wirkverbindung zwischen den Batteriezellen und der Batteriezellfixierung (3.0) oder dem Gehäuse herstellt, um eine optimalen Langzeitbetrieb der Batteriezelle(n) zu gewährleisten, sowie ein Verfahren zum Prüfen und Austauschen zumindest einer Batteriezelle, die in der erfindungsgemäßen Batteriezellfixiervorrichtung angeordnet ist. Diese Vorrichtung ist somit zentral für die effiziente, wartbare und sichere Speicherung von Energie in verschiedenen Anwendungen, insbesondere in Heimspeichern für Solarstrom.The present invention relates to a device that is specially designed for receiving, fixing and long-term and safe operation of battery cells. The invention preferably relates to a battery cell fixing device, particularly preferably for use in home storage applications. This disclosure comprises a battery cell fixation (3.0) within a housing, wherein the battery cells are arranged between a fixing means side and a fixing means opposite side. In addition, the invention includes a special clamping element that creates an operative connection between the battery cells and the battery cell fixation (3.0) or the housing in order to ensure optimal long-term operation of the battery cell(s), as well as a method for testing and replacing at least one battery cell that is arranged in the battery cell fixing device according to the invention. This device is therefore central to the efficient, maintainable and safe storage of energy in various applications, in particular in home storage systems for solar power.

STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART

Im Bereich der Energie- und Speichertechnik haben sich Vorrichtungen zur Aufnahme von Batteriezellen, sogenanntes Sekundärbatteriemodule, als skalierbare effiziente Lösungen etabliert. Einzelne Batteriezellen sind in verschiedenen Größen und Ausführungen im Handel erhältlich, aber die Kapazität dieser Zellen reicht für speicherintensive Anwendungen wie die Speicherung von Solar- oder Windenergie oder für den Betrieb von Elektrofahrzeugen nicht aus. Daher haben sich im Stand der Technik sogenannte Sekundärbatteriemodule in vielen Bereichen durchgesetzt, bei denen es sich um Baugruppen handelt, die einzelne Batteriezellen umfassen, die zu einer größeren und leistungsfähigeren Energiespeichereinheit zusammengefasst werden. Eines der am häufigsten verwendeten Energiespeichersysteme ist eine wiederaufladbare Batterie in Form eines Lithium-Ionen-Akkumulators. Diese Module werden häufig in verschiedenen Anwendungen eingesetzt, unter anderem in Elektrofahrzeugen und Speichersystemen für erneuerbare Energien.In the field of energy and storage technology, devices for accommodating battery cells, so-called secondary battery modules, have established themselves as scalable, efficient solutions. Individual battery cells are commercially available in various sizes and designs, but the capacity of these cells is not sufficient for storage-intensive applications such as storing solar or wind energy or for operating electric vehicles. Therefore, so-called secondary battery modules have become established in many areas in the state of the art. These are assemblies that include individual battery cells that are combined to form a larger and more powerful energy storage unit. One of the most commonly used energy storage systems is a rechargeable battery in the form of a lithium-ion accumulator. These modules are often used in various applications, including electric vehicles and storage systems for renewable energies.

Herausforderungen für die Batteriezellmodule beinhalten das Bereitstellen einer definierten Vorspannung, die weiterhin eine Toleranz gegenüber der Ausdehnung der einzelnen Batteriezellmodule abhängig vom state of charge (kurz: SOC; auch als Ladestand bezeichnet) beinhalten sollte, Energie und Wärmemanegment. Die Batteriezellen setzen eine maximale und minimale Betriebstemperatur für den Betrieb voraus, weiterhin wird beim Laden und Entladen wärme freigesetzt.Challenges for the battery cell modules include providing a defined bias voltage, which should also include a tolerance to the expansion of the individual battery cell modules depending on the state of charge (SOC for short; also known as charge level), energy and heat management. The battery cells require a maximum and minimum operating temperature for operation, and heat is released during charging and discharging.

In der Literatur, z.B. in Patenten, finden sich vor allem Lösungen, die auf den Automobilbereich zugeschnitten sind. Allerdings sind diese Batteriehaltersysteme unter anderen Gesichtspunkten zu betrachten, Wärmemanagement und Schutz vor Erschütterungen haben hier eine höhere Priorität als Langzeitsicherheit und einfacher Wechsel einzelner Module. Im Stand der Technik wurde das Problem identifiziert, dass Batteriezellen unter bestimmten, definierten Bedingungen angeordnet und Betrieben werden müssen, um eine lange Lebensdauer zu gewährleisten. Im Folgenden werden einige dieser Ansätze, vorwiegend aus dem technischen Gebiet der Elektromobilität, beleuchtet:In the literature, e.g. in patents, there are mainly solutions that are tailored to the automotive sector. However, these battery holder systems must be viewed from a different perspective; heat management and protection against vibrations have a higher priority here than long-term safety and easy replacement of individual modules. In the state of the art, the problem was identified that battery cells must be arranged and operated under certain, defined conditions in order to ensure a long service life. Some of these approaches, mainly from the technical field of electromobility, are highlighted below:

Die deutsche Patentschrift DE102018113815B4 beschreibt zum Beispiel ein Energiespeichersystem, in dem die einzelnen Batteriemodule durch elastisch oder plastisch verformbare Trennschichten getrennt werden, wodurch ein flexibler Widerstand gegen die Ausdehnung gewährleistet wird. Problematisch bei diesem Ansatz ist eine starke Erschwerung der Wartung und der damit erhöhte Wartungsaufwand sowie die hohen Kosten pro verbauter Energiezelle, da das gesamte System durch die Ausdehnung in einen gespannten Zustand versetzt wird, welcher bei einer Wartung erst gelöst werden muss, wofür aber keine Mittel in der Schrift offenbart werden.The German patent specification DE102018113815B4 describes, for example, an energy storage system in which the individual battery modules are separated by elastically or plastically deformable separating layers, which ensures flexible resistance to expansion. The problem with this approach is that it makes maintenance much more difficult and therefore increases maintenance effort, as well as the high costs per installed energy cell, since the entire system is put into a tense state by the expansion, which must first be released during maintenance, but no means for this are disclosed in the document.

Des Weiteren beschreibt die europäische Patentschrift EP2381506B1 ein Gestellsystem für Batteriezellen, bei dem die einzelnen Batteriemodule durch einen externen Rahmen und ein mechanisches Verriegelungssystem unter einen definierten Druck gesetzt werden. Auch hier wird keine Lösung für einen einfachen Austausch der Module angeboten und die Ausdehnung der Batteriezellen nicht beachtet.Furthermore, the European patent specification describes EP2381506B1 a rack system for battery cells in which the individual battery modules are subjected to a defined pressure by an external frame and a mechanical locking system. Here, too, no solution is offered for easy replacement of the modules and the expansion of the battery cells is not taken into account.

Die US-Patentschrift US10199676B2 beschreibt ein Sekundärbatteriepack, das Endplatten zur Unterdrückung von Deformationen durch die Ausdehnungskraft von Zelleinheiten, eine bewegliche Wand, elastische Mitglieder und Verbindungsstäbe umfasst. Die Endplatte ist fest mit dem gesamten Rahmen verbunden, wodurch das Gerät technisch aufwendig zu fertigen ist und insbesondere die bewegliche Wand aus einer Vielzahl von Elementen besteht, was die Kosten und den möglichen Wartungsaufwand erhöht.The US patent US10199676B2 describes a secondary battery pack comprising end plates for suppressing deformations caused by the expansion force of cell units, a movable wall, elastic members and connecting rods. The end plate is firmly connected to the entire frame, which makes the device technically complex to manufacture and, in particular, the movable wall consists of a large number of elements, which increases costs and possible maintenance requirements.

Die US-Patentschrift US20200194753A1 beschreibt ein Energiespeichersystem, das einen Batteriestapel aus abwechselnd angeordneten Sekundärbatterien und Abstandshaltern sowie ein Paar Endplatten umfasst. Ein Kompressionsfeder als Druckmittel dient dazu, die Batteriezellen gleichmäßig zu pressen. Ein Problem dieses Systems könnte sein, dass die Endplatten durch ein durchlaufendes Element verbunden sind und ein vorhergehendes Lösen der Spannung ohne Öffnung der Gesamtem Umfassung nicht vorhergesehen ist.The US patent US20200194753A1 describes an energy storage system comprising a battery stack of alternating secondary batteries and spacers and a pair of end plates. A compression spring serves as a pressure medium to press the battery cells evenly. A problem with this system could be that the end plates are connected by a continuous element and a previous release of the tension without opening the entire enclosure is not foreseen.

In der europäischen Patentschrift EP3343668B1 wird eine Endplattenanordnung für ein Batteriemodul vorgestellt, die aus einer Endplatte und einer energieabsorbierenden Komponente besteht. Diese Konstruktion ist darauf ausgelegt, die Expansionskraft der Batterie zu absorbieren, um Modulausfälle zu verhindern. Hierbei ist der komplizierte und Kostenaufwendige Aufbau der Wabenstrukturmäßigen energieabsorbierenden Komponente nachteilig.In the European patent specification EP3343668B1 An end plate arrangement for a battery module is presented, which consists of an end plate and an energy absorbing component. This construction is designed to absorb the expansion force of the battery in order to prevent module failures. The complicated and costly construction of the honeycomb-structured energy absorbing component is disadvantageous here.

Die japanische Patentschrift JP6379692B2 behandelt ein Batteriemodul, in dem ein Batteriekörper zwischen Endplatten eingeklemmt ist. Zylinderförmige elastische Mitglieder zwischen den Batteriehaltern und den Endplatten sollen die Belastung durch die Ausdehnung der Batteriezellen absorbieren. Ein Nachteil dieses Ansatzes könnte sein, dass die elastischen Mitglieder im Laufe der Zeit ermüden und ersetzt werden müssen, was den Wartungsaufwand erhöht.The Japanese patent specification JP6379692B2 deals with a battery module in which a battery body is clamped between end plates. Cylindrical elastic members between the battery holders and the end plates are intended to absorb the stress caused by the expansion of the battery cells. A disadvantage of this approach could be that the elastic members fatigue over time and need to be replaced, increasing maintenance effort.

Die Patentschrift EP3614453B1 beschreibt ein Batteriemodul mit einem Stapel von Batteriezellen, einem Gehäuse und einem elastischen Mitglied, das einen gleichmäßigen Druck auf die Batteriezellen ausübt. Hierbei ist das elastische Mitglied über die Gesamtlänge der Batteriezellen angeordnet, wodurch die technische Ausgestaltung des Mitglieds unverhältnismäßig viel Materialeinsatz erfordert.The patent specification EP3614453B1 describes a battery module with a stack of battery cells, a housing and an elastic member that exerts uniform pressure on the battery cells. The elastic member is arranged over the entire length of the battery cells, which means that the technical design of the member requires a disproportionate amount of material.

Die koreanische Patentschrift KR100709262B1 offenbart ein Sekundärbatteriemodul, das darauf abzielt, die Verformung der Endplatte durch die Verbesserung der Stützstruktur der Einheitszellen zu verhindern. Ein mögliches Problem dieses Designs könnte der erhöhte Wartungsaufwand sein, der durch die Notwendigkeit entsteht, die Stützstrukturen zu überprüfen und bei Bedarf anzupassen, weiterhin ist auch hier konstruktiv kein entspannen der Stützstrukturen zum Wechseln einzelner Batteriezellen vorgesehen.The Korean patent specification KR100709262B1 discloses a secondary battery module that aims to prevent the deformation of the end plate by improving the support structure of the unit cells. A potential problem with this design could be the increased maintenance effort caused by the need to check the support structures and adjust them if necessary, furthermore, here too there is no design for relaxing the support structures to change individual battery cells.

Die japanische Patentschrift JP7148326B2 bezieht sich auf ein Batteriemodul, in dem mehrere gestapelte Einzelzellen zwischen einem Paar von Endplatten eingeklemmt sind. Ein Nachteil dieses Systems könnte der hohe Wartungsaufwand sein, der durch die starke anfängliche Belastung der Einzelzellengruppe entsteht, um deren Ausdehnung zu unterdrücken, was eine spezielle Wartung oder Anpassung der Endplatten erfordert.The Japanese patent specification JP7148326B2 refers to a battery module in which several stacked single cells are clamped between a pair of end plates. A disadvantage of this system could be the high maintenance effort caused by the heavy initial stress on the single cell group to suppress its expansion, which requires special maintenance or adjustment of the end plates.

Die deutsche Patentschrift DE102020130835A1 betrifft eine Energiespeichervorrichtung zur Speicherung elektrischer Energie sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Energiespeichervorrichtung und ein Kraftfahrzeug, das die Energiespeichervorrichtung aufweist. Die Energiespeichervorrichtung umfasst Stapelendplatten, die im Gehäuserahmen der Energiespeichervorrichtung befestigt sind und den Batteriezellenstapel mit einem kompressiven Druck beaufschlagen. Es ist keine wartbare Lösung vorgesehen, und das Batteriegehäuse ist für die besonderen technischen Herausforderungen von Kraftfahrzeugen konzipiert, insbesondere in Bezug auf die Stabilität im Falle eines Unfalls, bei dem es Belastungen von bis zu 120 Kilonewton standhalten muss.The German patent specification DE102020130835A1 relates to an energy storage device for storing electrical energy, as well as a method for producing an energy storage device and a motor vehicle having the energy storage device. The energy storage device comprises stack end plates which are fastened in the housing frame of the energy storage device and apply a compressive pressure to the battery cell stack. No maintainable solution is provided, and the battery housing is designed for the special technical challenges of motor vehicles, in particular with regard to stability in the event of an accident, where it must withstand loads of up to 120 kilonewtons.

Diese Patentschriften stammen aus dem Automobilbereich und haben andere technische Hürden und Anforderungen als ein Gerät für den Einsatz im Heimspeicherbereich. Insbesondere im Hinblick auf das Thermomanagement und die Kaltstartfähigkeit ergeben sich durch die unterschiedlichen Ladekapazitäten, -zeiten und Betriebsarten deutlich unterschiedliche Hürden. In Elektrofahrzeugen müssen die Batterien entweder schnell gekühlt werden, insbesondere bei Ladevorgängen, oder schnell erwärmt werden, insbesondere für die Kaltstartfähigkeit. Im Heimspeicherbetrieb hingegen sind niedrige Temperaturen und eine dauerhaft garantierte Mindesttemperatur eine große technische Herausforderung.These patents come from the automotive sector and have different technical hurdles and requirements than a device for use in the home storage sector. In particular with regard to thermal management and cold start capability, the different charging capacities, times and operating modes result in significantly different hurdles. In electric vehicles, the batteries must either be cooled quickly, especially during charging, or heated quickly, especially for cold start capability. In home storage operation, on the other hand, low temperatures and a permanently guaranteed minimum temperature are a major technical challenge.

Aktuelle Lösungen im Heimspeicherbereich nutzen für die Lösung entweder feste Rahmenlösungen oder Fixierbänder, die jedoch keine Flexibilität und keinen definierten Widerstand über eine definierte Längenausdehnung bieten. Darüber hinaus bieten einige Anbieter die Lösung von Batteriezellenmodulen ohne Vorspannung an, was aus sicherheitstechnischer Sicht sehr fragwürdig ist.Current solutions in the home storage sector use either fixed frame solutions or fixing straps, which, however, do not offer flexibility or defined resistance over a defined length. In addition, some suppliers offer the solution of battery cell modules without pre-tension, which is very questionable from a safety point of view.

Weiterhin sollte ein Sekundärbatteriemodul für den Einsatz im Heimspeicherbereich eine Lebensdauer (auch als Nutzungsdauer oder Betriebsdauer bezeichnet) von vorzugsweise 10 bis 15 Jahre aufweisen. Dies entspricht der Lebensdauer einer modernen Solarzelle, in der Hersteller eine bestimmte Leistungseffizienz garantieren. Ein großes technisches Hindernis ist dabei, dass die Lebensdauer einzelner Batteriezellen begrenzt ist, beispielsweise für übliche prismatische Zellen auf ca. 2000 Zyklen. Im Zusammenhang mit Solarstromspeichern ist diese Anzahl an Zyklen theoretisch ausreichend, um die angestrebte Lebenszeit zu erreichen, aber herkömmliche Sekundärbatteriemodule haben meist eine größere Anzahl von Batteriezellen, zum Beispiel 4 bis 50 Batteriezellen. Die Ausfallwahrscheinlichkeit der einzelnen Batteriezellen ist multiplikativ, so dass mit steigender Solarleistung auch die Speicherkapazität und damit die Anzahl der Batteriezellen (sowie deren Einzelkapazität) steigen muss, was gleichzeitig die Ausfallwahrscheinlichkeit erhöht. Ein gravierender Nachteil bestehender Sekundärbatteriemodule ist, dass ein Austausch einzelner Batteriezellen nicht vorgesehen ist, insbesondere wenn eine Vorspannung erforderlich ist, um den optimalen Betrieb der Batteriezellen zu gewährleisten.Furthermore, a secondary battery module for use in the home storage sector should have a service life (also referred to as service life or operating life) of preferably 10 to 15 years. This corresponds to the service life of a modern solar cell, in which manufacturers guarantee a certain performance efficiency. A major technical obstacle is that the service life of individual battery cells is limited, for example to around 2000 cycles for conventional prismatic cells. In the context of solar power storage, this number of cycles is theoretically sufficient to achieve the desired service life, but conventional secondary battery modules usually have a larger number of battery cells, for example 4 to 50 battery cells. The probability of failure of the individual battery cells is multiplicative, so that as the solar power increases, the storage capacity and thus the number of batteries also increases. battery cells (as well as their individual capacity) must increase, which at the same time increases the probability of failure. A serious disadvantage of existing secondary battery modules is that there is no provision for replacing individual battery cells, especially when pre-voltage is required to ensure optimal operation of the battery cells.

AUFGABETASK

Ein Sekundärbatteriemodul, im Kontext dieser Erfindung als Batteriezellfixiervorrichtung bezeichnet, sollte eine Lebensdauer von vorzugsweise 10 bis 15 Jahre aufweisen. Dies entspricht ungefähr der Lebensdauer einer modernen Solarzelle. Ein großes technisches Hindernis ist dabei, dass die Lebensdauer einzelner Batteriezellen begrenzt ist, beispielsweise für übliche prismatische Zellen auf ca. 2000 Zyklen. Im Zusammenhang mit Solarstromspeichern ist diese Anzahl an Zyklen theoretisch ausreichend, um die angestrebte Lebenszeit zu erreichen, aber herkömmliche Sekundärbatteriemodule haben meist eine größere Anzahl von Batteriezellen, zum Beispiel 4 bis 50 Batteriezellen. Die Ausfallwahrscheinlichkeit der einzelnen Batteriezellen ist multiplikativ, so dass mit steigender Solarleistung auch die Speicherkapazität und damit die Anzahl der Batteriezellen (sowie deren Einzelkapazität) steigen muss, was gleichzeitig die Ausfallwahrscheinlichkeit erhöht. Ein gravierender Nachteil bestehender Sekundärbatteriemodule ist, dass ein Austausch einzelner Batteriezellen nicht vorgesehen ist, insbesondere da eine Vorspannung erforderlich ist, um den optimalen Betrieb der Batteriezellen zu gewährleisten.A secondary battery module, referred to in the context of this invention as a battery cell fixing device, should preferably have a service life of 10 to 15 years. This corresponds approximately to the service life of a modern solar cell. A major technical obstacle is that the service life of individual battery cells is limited, for example to around 2000 cycles for conventional prismatic cells. In the context of solar power storage, this number of cycles is theoretically sufficient to achieve the desired service life, but conventional secondary battery modules usually have a larger number of battery cells, for example 4 to 50 battery cells. The probability of failure of the individual battery cells is multiplicative, so that as the solar power increases, the storage capacity and thus the number of battery cells (as well as their individual capacity) must also increase, which at the same time increases the probability of failure. A serious disadvantage of existing secondary battery modules is that there is no provision for replacing individual battery cells, especially since a pre-voltage is required to ensure optimal operation of the battery cells.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine effiziente und praktikable Lösung für Sekundärbatteriemodule zu bieten, die speziell für Heimspeicheranwendungen konzipiert ist. Im Gegensatz zu Lösungen aus dem Automobilbereich, die sich auf Herausforderungen wie hohe Ladekapazitäten und schnelle Kaltstartfähigkeiten konzentrieren, sind Heimspeicherlösungen mit anderen technischen Anforderungen konfrontiert. Diese beinhalten spezifische Bedürfnisse im Energiemanagement, Temperaturmanagement sowie in der Wartbarkeit und Sicherheit.The objective of the present invention is to provide an efficient and practical solution for secondary battery modules specifically designed for home storage applications. In contrast to automotive solutions, which focus on challenges such as high charging capacities and fast cold start capabilities, home storage solutions face different technical requirements. These include specific needs in energy management, temperature management, maintainability and safety.

Insbesondere erfordert der Dauerbetrieb von Batteriezellen in Heimspeichern keine schnellen Kaltstartfähigkeiten. Aufgrund der geringeren und über längere Zeiträume verteilten Ladeleistung sind aktive Kühlelemente meist nicht notwendig. Stattdessen ist es eine wesentliche Aufgabe, die Batteriezellen über einer Mindesttemperatur zu halten. Dies ist besonders relevant, wenn der Heimspeicher in unbeheizten Räumen, wie Garagen oder Kellern, oder im Freien untergebracht ist, vor allem in kalten Jahreszeiten mit geringer Solarleistung. Hierbei gilt es, die Betriebsfähigkeit der Batteriezellen auch unter weniger idealen Bedingungen sicherzustellen und damit eine zuverlässige und sichere Energielösung für den Heimgebrauch zu gewährleisten.In particular, the continuous operation of battery cells in home storage systems does not require fast cold start capabilities. Due to the lower charging power distributed over longer periods of time, active cooling elements are usually not necessary. Instead, an essential task is to keep the battery cells above a minimum temperature. This is particularly relevant if the home storage system is located in unheated rooms, such as garages or basements, or outdoors, especially in cold seasons with low solar power. The aim here is to ensure the operability of the battery cells even under less than ideal conditions, thus ensuring a reliable and safe energy solution for home use.

Ausgehend von dem hierhin beschriebenen Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Batteriezellfixiervorrichtung, insbesondere für die Anforderungen und Betriebsbedingungen einer Heimspeicheranwendung, bereitzustellen, die wartungsfreundlich ist, die geforderte Lebensdauer aufweist, sicher ist und über geeignete Mittel aufweist, um die erforderlichen Betriebsbedingungen für die umfassten Batteriezellen zu gewährleisten.Based on the prior art described here, it is an object of the present invention to provide a battery cell fixing device, in particular for the requirements and operating conditions of a home storage application, which is easy to maintain, has the required service life, is safe and has suitable means for ensuring the required operating conditions for the battery cells included.

LÖSUNGSOLUTION

Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.The object is achieved by a device having the features of claim 1.

Insbesondere wird die Aufgabe gelöst durch eine Batteriezellfixiervorrichtung, vorzugsweise eine Heimspeicherbatteriezellfixiervorrichtung (1.0), zur Aufnahme und Fixierung von Batteriezellen (2.0), aufweisend zumindest

a) eine Batteriezellfixierung (3.0), die in einem Gehäuse (1.1) angeordnet ist, wobei die Batteriezellfixierung (3.0) zumindest eine Fixiermittelseite (3.1) und eine Fixiermittelgegenseite (3.2) aufweist, sowie
b) zumindest zwei Batteriezellen (2.0), die zwischen der Fixiermittelseite (3.1) und der Fixiermittelgegenseite (3.2) angeordnet sind, und in zumindest einer Batteriezellreihe (2.1) angeordnet sind, wobei die Batteriezellen (2.0) elektrisch in Wirkverbundenheit miteinander und der Kontaktierungsseite (1.3) stehen, sowie
c) ein Gehäuse (1.1), wobei das Gehäuse (1.1) zumindest eine Zugangsseite (1.2) sowie eine Kontaktierungsseite (1.3) aufweist, sowie
d) zumindest ein Spannelement (4.0), das mit zumindest einer Batteriezelle (2.0) in Wirkverbindung steht,

wobei zumindest ein Zwischenraum (1.6), bevorzugt zwischen 1.0 und 5.0 cm, zwischen Batteriezellfixierung (3.0) und dem Gehäuse (1.1) bereitgestellt wird.In particular, the object is achieved by a battery cell fixing device, preferably a home storage battery cell fixing device (1.0), for receiving and fixing battery cells (2.0), comprising at least

a) a battery cell fixation (3.0) which is arranged in a housing (1.1), wherein the battery cell fixation (3.0) has at least one fixing means side (3.1) and one fixing means opposite side (3.2), and
b) at least two battery cells (2.0) which are arranged between the fixing means side (3.1) and the fixing means opposite side (3.2) and are arranged in at least one battery cell row (2.1), wherein the battery cells (2.0) are electrically connected to one another and to the contacting side (1.3), and
c) a housing (1.1), wherein the housing (1.1) has at least one access side (1.2) and one contacting side (1.3), and
d) at least one clamping element (4.0) which is in operative connection with at least one battery cell (2.0),

wherein at least one gap (1.6), preferably between 1.0 and 5.0 cm, is provided between the battery cell fixation (3.0) and the housing (1.1).

Weiterhin wird die Aufgabe durch ein Verfahren um Prüfen und Austauschen zumindest einer Batteriezelle, die in einer Batteriezellfixiervorrichtung im Sinne der vorliegenden Erfindung angeordnet ist, gelöst.Furthermore, the object is achieved by a method for checking and replacing at least one battery cell which is arranged in a battery cell fixing device in the sense of the present invention.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung und Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Figuren.Further advantageous embodiments and further developments result from the subclaims as well as from the description and embodiments with reference to the figures.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION

Batteriezellfixiervorrichtungbattery cell fixing device

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Batteriezellfixiervorrichtung, vorzugsweise eine Heimspeicherbatteriezellfixiervorrichtung (1.0), zur Aufnahme und Fixierung von Batteriezellen (2.0), aufweisend zumindest

a) eine Batteriezellfixierung (3.0), die in einem Gehäuse (1.1) angeordnet ist, wobei die Batteriezellfixierung (3.0) zumindest eine Fixiermittelseite (3.1) und eine Fixiermittelgegenseite (3.2) aufweist, sowie
b) zumindest zwei Batteriezellen (2.0), die zwischen der Fixiermittelseite (3.1) und der Fixiermittelgegenseite (3.2) angeordnet sind, und in zumindest einer Batteriezellreihe (2.1) angeordnet sind, wobei die Batteriezellen (2.0) elektrisch in Wirkverbundenheit miteinander und einer Kontaktierungsseite (1.3) stehen, sowie
c) ein Gehäuse (1.1), wobei das Gehäuse (1.1) zumindest eine Zugangsseite (1.2) sowie eine Kontaktierungsseite (1.3) aufweist, sowie
d) zumindest ein Spannelement (4.0), das mit zumindest einer Batteriezelle (2.0) in Wirkverbindung steht,

wobei zumindest ein Zwischenraum (1.6), bevorzugt zwischen 1.0 und 5.0 cm, zwischen Batteriezellfixierung (3.0) und dem Gehäuse (1.1) angeordnet ist. Dies erlaubt die sichere und langzeitliche Bereitstellung eines Energiespeichers, der Batteriezellen umfasst, insbesondere für Heimspeicheranwendungen.The present invention relates to a battery cell fixing device, preferably a home storage battery cell fixing device (1.0), for receiving and fixing battery cells (2.0), comprising at least

a) a battery cell fixation (3.0) which is arranged in a housing (1.1), wherein the battery cell fixation (3.0) has at least one fixing means side (3.1) and one fixing means opposite side (3.2), and
b) at least two battery cells (2.0) which are arranged between the fixing means side (3.1) and the fixing means opposite side (3.2) and are arranged in at least one battery cell row (2.1), wherein the battery cells (2.0) are electrically connected to one another and to a contacting side (1.3), and
c) a housing (1.1), wherein the housing (1.1) has at least one access side (1.2) and one contacting side (1.3), and
d) at least one clamping element (4.0) which is in operative connection with at least one battery cell (2.0),

wherein at least one gap (1.6), preferably between 1.0 and 5.0 cm, is arranged between the battery cell fixation (3.0) and the housing (1.1). This allows the safe and long-term provision of an energy storage device that comprises battery cells, in particular for home storage applications.

Eine Batteriezellfixiervorrichtung, im Kontext dieser Offenbarung auch als „Vorrichtung“ oder „Vorrichtung der Erfindung“ bezeichnet, besonders bevorzugt eine Heimspeicherbatteriezellfixiervorrichtung (1.0), ist im Sinne der vorliegenden Erfindung jede Vorrichtung gemeint, die wie hierhin beschrieben zur sicheren und wartbaren Aufnahme und Fixierung von Batteriezellen (2.0) geeignet ist, insbesondere zur Speicherung von elektrischer Energie. In einigen besonders bevorzugten Ausführungsformen ist die Batteriezellfixiervorrichtung vollständig geschlossen. Eine Batteriezellfixiervorrichtung weist zumindest ein Gehäuse (1.1) auf. Die Bereitstellung eines Gehäuses garantiert die sichere und kontrollierte Umgebung für die Batteriezellen und verhindert vorteilhaft gleichzeitig ein unbefugtes oder ungewollten Zugriff.A battery cell fixing device, in the context of this disclosure also referred to as a "device" or "device of the invention", particularly preferably a home storage battery cell fixing device (1.0), in the sense of the present invention means any device which, as described here, is suitable for the secure and maintainable reception and fixing of battery cells (2.0), in particular for the storage of electrical energy. In some particularly preferred embodiments, the battery cell fixing device is completely closed. A battery cell fixing device has at least one housing (1.1). The provision of a housing guarantees the secure and controlled environment for the battery cells and advantageously prevents unauthorized or unwanted access at the same time.

Unter Heimspeicherbatteriezellfixiervorrichtung (1.0) sind insbesondere Batteriezellfixiervorrichtungen im Sinne der vorliegenden Erfindung gemeint, die dazu eingerichtet sind als Heimspeicher eingesetzt zu werden. Dies umfasst insbesondere eine kompakte Bauweise, die für die Installation und Betrieb in einem privaten Gebäude, einem öffentlichen Gebäude oder einem gewerblichen Gebäude geeignet ist. Darüber hinaus müssen andere Hindernisse wie besondere Sicherheitsvorkehrungen, Brandschutzaspekte und Schutz vor unbefugtem Zugang und Sicherheit im Zusammenhang mit Standorten, die nicht für die Energiespeicherung spezialisiert und ausgelegt sind, berücksichtigt werden.Home storage battery cell fixing device (1.0) refers in particular to battery cell fixing devices within the meaning of the present invention which are designed to be used as home storage devices. This includes in particular a compact design which is suitable for installation and operation in a private building, a public building or a commercial building. In addition, other obstacles such as special safety precautions, fire protection aspects and protection against unauthorized access and security in connection with locations which are not specialized and designed for energy storage must be taken into account.

Vorzugsweise soll eine Batteriezellfixiervorrichtung, besonders bevorzugt eine Heimspeicherbatteriezellfixiervorrichtung, eine Lebensdauer von 5 bis 20 Jahren, besonders bevorzugt von 10 bis 15 Jahren, im Sinne der vorliegenden Erfindung aufweisen. Damit entspricht die Lebensdauer der Batteriezellfixiervorrichtung derjenigen einer modernen Solarzelle. Ein wesentliches technisches Hindernis ist in diesem Zusammenhang, dass die Lebensdauer einzelner Batteriezellen begrenzt ist, beispielsweise auf 2000 Zyklen. Im Zusammenhang mit der Speicherung von Solarstrom ist die Anzahl der Zyklen ausreichend, aber herkömmliche Batteriezellenbefestigungsvorrichtungen haben in der Regel eine größere Anzahl von Batteriezellen, zum Beispiel 4 bis 50 Batteriezellen. Die Ausfallwahrscheinlichkeit der einzelnen Batteriezellen ist multiplikativ, so dass mit steigender Solarleistung auch die Speicherkapazität und damit die Anzahl der Batteriezellen (sowie deren Einzelkapazität) steigen muss, was gleichzeitig die Ausfallwahrscheinlichkeit erhöht. Ein gravierender Nachteil bestehender Sekundärbatteriemodule ist, dass ein Austausch einzelner Batteriezellen nicht vorgesehen ist.Preferably, a battery cell fixing device, particularly preferably a home storage battery cell fixing device, should have a service life of 5 to 20 years, particularly preferably 10 to 15 years, in the sense of the present invention. The service life of the battery cell fixing device thus corresponds to that of a modern solar cell. A major technical obstacle in this context is that the service life of individual battery cells is limited, for example to 2000 cycles. In connection with the storage of solar power, the number of cycles is sufficient, but conventional battery cell fixing devices usually have a larger number of battery cells, for example 4 to 50 battery cells. The probability of failure of the individual battery cells is multiplicative, so that as the solar power increases, the storage capacity and thus the number of battery cells (as well as their individual capacity) must also increase, which at the same time increases the probability of failure. A serious disadvantage of existing secondary battery modules is that there is no provision for replacing individual battery cells.

Eine erfindungsgemäße Unterseite (1.5) ist gegenüber der Oberseite angeordnet.A bottom side (1.5) according to the invention is arranged opposite the top side.

In einigen bevorzugten Ausführungsformen ist somit vorteilhaft erlaubt, dass die Batteriezellen durch einfaches Warten, insbesondere durch die Anwendung des Verfahrens der Erfindung zum Prüfen und Austauschen zumindest einer Batteriezelle (2.0), die in der Batteriezellfixiervorrichtung, eine Lebensdauer von bevorzugt 5 bis 20 Jahren, bevorzugter 10 bis 15 Jahren erreicht. Diese Vorrichtung ist somit zentral für die effiziente, wartbare und sichere Speicherung von Energie in verschiedenen Anwendungen, insbesondere in Heimspeichern für Solarstrom.In some preferred embodiments, it is thus advantageously permitted that the battery cells achieve a service life of preferably 5 to 20 years, more preferably 10 to 15 years, by simple maintenance, in particular by applying the method of the invention for checking and replacing at least one battery cell (2.0) in the battery cell fixing device. This device is thus central to the efficient, maintainable and safe storage of energy in various applications, in particular in home storage systems for solar power.

Als ein Gehäuse (1.1) im Sinne der vorliegenden Erfindung ist die äußere Umfassung der erfindungsgemäßen Batteriezellfixiervorrichtung gemeint. Diese kann als vollumfassendes Gehäuse ausgeführt sein, bevorzugt ein Gehäuse das resistent gegen auslaufende Flüssigkeiten ist, oder einem teilumfassenden Gehäuse ausgebildet sein. Dabei ist ein teilumfassenden Gehäuse zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe so ausgelegt, dass es zusammen mit zumindest einem anderen Element, vorzugsweise einer Wand, einem Boden oder einer geeigneten anderen Fläche, mit dem es fest verbunden ist, zum Beispiel über Kleben, Schweißen oder Schraubelemente, ein vollumfassendes Gehäuse ausbildet. Vollumfassend meint im Sinne der Erfindung, dass die Batteriezellen der Batteriezellfixiervorrichtung vollständig im Gehäuse angeordnet sind.As a housing (1.1) in the sense of the present invention, the outer enclosure of the battery cell fixing device according to the invention is This can be designed as a fully enclosing housing, preferably a housing that is resistant to leaking liquids, or a partially enclosing housing. In this case, a partially enclosing housing is designed to solve the problem according to the invention in such a way that it forms a fully enclosing housing together with at least one other element, preferably a wall, a floor or another suitable surface to which it is firmly connected, for example by gluing, welding or screw elements. Fully enclosing means in the sense of the invention that the battery cells of the battery cell fixing device are arranged completely in the housing.

Bevorzugt umfasst das Gehäuse eine Isolation, die vorzugsweise vor Temperatur und Feuchtigkeit schützt. Bevorzugt ist das Gehäuse gegenüber Flüssigkeitsaustritt abgedichtet.Preferably, the housing comprises insulation which preferably protects against temperature and humidity. Preferably, the housing is sealed against liquid leakage.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Gehäuse an der Unterseite ein Mobilitätselement, z.B. umfassend mehrere Laufrollen, auf. In einer weiteren Ausführungsform stellt das Gehäuse Transportelemente bereit, beispielsweise Traggriffe und/oder Transportösen. Dies erlaubt den einfachen Transport der erfindungsgemäßen Vorrichtung.In a preferred embodiment, the housing has a mobility element on the underside, e.g. comprising several castors. In a further embodiment, the housing provides transport elements, for example carrying handles and/or transport eyes. This allows the device according to the invention to be transported easily.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das Gehäuse ein Informationselement, beispielsweise ein Display und/oder LED-Elemente, auf, das dazu eingerichtet ist, den Zustand der Batteriezellenfixiereinrichtung anzuzeigen, insbesondere hinsichtlich von Parametern, die den Zustand der Batteriezellen darstellen können. Bevorzugt ruft das Informationselement Informationen vom dem BMS ab.In a further preferred embodiment, the housing has an information element, for example a display and/or LED elements, which is designed to display the state of the battery cell fixing device, in particular with regard to parameters that can represent the state of the battery cells. The information element preferably retrieves information from the BMS.

Weiterhin können in einigen Ausführungsformen ein Kommunikationsmodul bereitgestellt werden, die über ein Kabel oder Kabellos Informationen über den Zustand der Batteriezellenfixiereinrichtung zu übertragen, zum Beispiel an eine unmittelbare oder entfernte Recheneinheit, beispielsweise ein Smartphone oder ein Server. Dies erlaubt zum Beispiel eine Ferndiagnose oder ein zentralisiertes Überwachen von Betriebsparametern.Furthermore, in some embodiments, a communication module can be provided to transmit information about the state of the battery cell fixing device via a cable or wirelessly, for example to a direct or remote computing unit, for example a smartphone or a server. This allows, for example, remote diagnosis or centralized monitoring of operating parameters.

Betriebsparamater werden bevorzugt über das BMS oder an das BMS angeschlossene Sensoren bestimmt. Das BMS weist somit Mittel zum Bestimmen der Betriebsparameter, sowie zum Übertragen dieser bereit, vorzugsweise über ein Kommunikationsmodul. Diese können bevorzugt ausgewählt werden aus der Liste umfassend Temperatur, vorzugsweise Temperatur zumindest einer Batteriezelle, Temperatur innerhalb des Gehäuses (1.1), Temperatur außerhalb des Gehäuses, verbleibende Kapazität der einzelnen Batteriezellen, Gesamtspannung, Ladegeschwindigkeit, Ladezeiten, definierter Druck des Fixiermittels, Ausdehnung der Batteriezellreihen, SOC, maximale Kapazität mindestens einer Batteriezelle.Operating parameters are preferably determined via the BMS or sensors connected to the BMS. The BMS thus has means for determining the operating parameters and for transmitting them, preferably via a communication module. These can preferably be selected from the list comprising temperature, preferably temperature of at least one battery cell, temperature inside the housing (1.1), temperature outside the housing, remaining capacity of the individual battery cells, total voltage, charging speed, charging times, defined pressure of the fixing agent, expansion of the battery cell rows, SOC, maximum capacity of at least one battery cell.

Eine Zugangsseite (1.2) im Sinne der vorliegenden Erfindung wird von dem Gehäuse (1.1) bereitgestellt und erlaubt Zugang zur Batteriezellfixierung (3.0) und somit indirekt oder direkt auf die Batteriezellen. Erfindungsgemäß kann die Zugangsseite geöffnet werden, ohne dass der Rest des Gehäuses geöffnet werden muss. Dies wird durch die dem Fachmann bekannte Anordnung und geeignete Befestigungsmittel realisiert. Die Zugangsseite kann als Seite des Gehäuses ausgeführt sein. Bevorzugt kann die Zugangsseite als Oberseite (1.4) ausgeführt sein. Dies erlaubt einen einfachen Zugriff auf die Batteriezellen, z.B. zu wartungszwecken, ohne spezialisiertes Werkzeug.An access side (1.2) in the sense of the present invention is provided by the housing (1.1) and allows access to the battery cell fixation (3.0) and thus indirectly or directly to the battery cells. According to the invention, the access side can be opened without having to open the rest of the housing. This is achieved by the arrangement known to the person skilled in the art and suitable fastening means. The access side can be designed as a side of the housing. Preferably, the access side can be designed as a top side (1.4). This allows easy access to the battery cells, e.g. for maintenance purposes, without specialized tools.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann die Zugangsseite unmittelbar an der Fixiermittelseite angeordnet sein. In diesem Fall kann es vorteilhaft möglich sein, das/die Spannelement(e) (4.0) von außerhalb des Gehäuses zu entspannen, vorzugsweise ohne die Batteriezellfixierung (3.0) demontieren zu müssen. Dies erlaubt einer wartenden Person ein sicheres Aufheben eines möglicherweise aufgebauten Druckes ohne die Batteriezellfixierung (3.0) zu öffnen oder zu demontieren, was die Sicherheit und Wartbarkeit steigert.In a particularly preferred embodiment, the access side can be arranged directly on the fixing means side. In this case, it can advantageously be possible to relax the tensioning element(s) (4.0) from outside the housing, preferably without having to dismantle the battery cell fixing (3.0). This allows a waiting person to safely relieve any pressure that may have built up without opening or dismantling the battery cell fixing (3.0), which increases safety and maintainability.

Vorteilhaft kann ein Gehäuse (1.1) zwei Zugangsseiten bereitstellen. Dabei kann besonders bevorzugt die erste Zugangsseite an der Fixiermittelseite angeordnet sein und die zweite Zugangsseite als Oberseite ausgebildet sein. Dies kann ein entspannen beziehungsweise arretieren der Spannelemente von außerhalb des Gehäuses erlauben, bevor das Gehäuse über die Oberseite geöffnet wird. Batteriezellen, zum Beispiel prismatische Zellen, besitzen ein Überdruckventil, das bei zu hohen Innendruck geöffnet wird. Die vorherige Druckentlastung über die Arretierung der Spannelemente verringert das Risiko einer Überdruckentladung im Falle einer defekten Batteriezelle und einer Verletzung oder Verunreinigung einer wartenden Person durch den Inhalt der Batteriezelle.A housing (1.1) can advantageously provide two access sides. The first access side can particularly preferably be arranged on the fixing means side and the second access side can be designed as the top side. This can allow the clamping elements to be released or locked from outside the housing before the housing is opened via the top side. Battery cells, for example prismatic cells, have a pressure relief valve that opens when the internal pressure is too high. The prior pressure relief via the locking of the clamping elements reduces the risk of an overpressure discharge in the event of a defective battery cell and injury or contamination of a waiting person by the contents of the battery cell.

Eine Kontaktierungsseite (1.3) im Sinne der vorliegenden Erfindung wird von dem Gehäuse (1.1) bereitgestellt und erlaubt Zugang zur Batteriezellfixierung (3.0) und somit indirekt oder direkt auf die Batteriezellen. Dabei stehen die Batteriezellen (2.0) elektrisch in Wirkverbundenheit miteinander und der Kontaktierungsseite (1.3), vorzugsweise über ein Batteriemanagementsystem (BMS), das Strom und Spannung beim Laden und/oder Entladen der Batteriezellen steuert, um möglichst schonende Lade- und Entladezyklen zu ermöglichen, was sich positiv auf die Lebensdauer der Batteriezellen auswirkt.A contact side (1.3) in the sense of the present invention is provided by the housing (1.1) and allows access to the battery cell fixation (3.0) and thus indirectly or directly to the battery cells. The battery cells (2.0) are electrically connected to each other and to the contact side (1.3), preferably via a battery management system (BMS) that controls current and voltage when charging and/or discharging the battery cells in order to ensure the gentlest possible To enable charging and discharging cycles, which has a positive effect on the service life of the battery cells.

Unter Batteriezellen (2.0), (auch als „Zellen“ oder „Zellen der Erfindung bezeichnet“) im Sinne der vorliegenden Erfindung versteht man jede Vorrichtung, die dazu eingerichtet ist, Energie kontrolliert aufzunehmen, zu speichern und abzugeben. Besonders bevorzugt sind hierbei elektrochemische Zellen, die elektrische Energie durch reversible chemische Reaktionen speichern und freisetzen. Diese Zellen bestehen typischerweise aus einer Anode und einer Kathode, die durch einen Elektrolyten voneinander getrennt sind. Der Elektrolyt ermöglicht den lonentransfer zwischen Anode und Kathode, während die Elektronen durch einen externen Stromkreis fließen, um elektrischen Strom bereitzustellen.Battery cells (2.0) (also referred to as "cells" or "cells of the invention") in the sense of the present invention are understood to mean any device that is designed to absorb, store and release energy in a controlled manner. Particularly preferred are electrochemical cells that store and release electrical energy through reversible chemical reactions. These cells typically consist of an anode and a cathode that are separated from each other by an electrolyte. The electrolyte enables ion transfer between the anode and cathode, while the electrons flow through an external circuit to provide electrical current.

In einer bevorzugten Ausführungsform werden unter Batteriezellen im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere Zelltypen bevorzugt ausgewählt aus der Liste, die Lithium-Ionen-Zellen (Li-Ion), Lithium-Eisenphosphat-Zellen (LiFePO₄), Blei-Säure-Zellen und Natrium-Ionen-Zellen (Na-Ion) umfasst.In a preferred embodiment, battery cells within the meaning of the present invention are in particular cell types preferably selected from the list which includes lithium-ion cells (Li-ion), lithium iron phosphate cells (LiFePO ₄ ), lead-acid cells and sodium-ion cells (Na-ion).

Diese Zelltypen bieten jeweils spezifische technische Vorteile. Lithium-Ionen-Zellen zeichnen sich durch ihre hohe Energiedichte, schnelle Ladezeiten und lange Lebensdauer aus, was sie ideal für tragbare und leistungsintensive Anwendungen macht. Lithium-Eisenphosphat-Zellen bieten eine herausragende thermische Stabilität und Sicherheit, gepaart mit einer langen Lebensdauer und Umweltfreundlichkeit, was sie besonders geeignet für Heimspeichersysteme macht. Blei-Säure-Zellen, obwohl sie eine geringere Energiedichte aufweisen und schwerer sind, bleiben aufgrund ihrer niedrigen Kosten und bewährten Zuverlässigkeit eine attraktive Option für viele stationäre Anwendungen. Natrium-Ionen-Zellen befinden sich noch in der Entwicklungsphase, könnten aber eine kostengünstigere und umweltfreundlichere Alternative zu herkömmlichen Lithium-Ionen-Zellen bieten.These cell types each offer specific technical advantages. Lithium-ion cells are characterized by their high energy density, fast charging times and long cycle life, making them ideal for portable and power-intensive applications. Lithium iron phosphate cells offer outstanding thermal stability and safety, coupled with long cycle life and environmental friendliness, making them particularly suitable for home storage systems. Lead-acid cells, although lower in energy density and heavier, remain an attractive option for many stationary applications due to their low cost and proven reliability. Sodium-ion cells are still in the development phase, but could offer a more cost-effective and environmentally friendly alternative to traditional lithium-ion cells.

Besonders bevorzugt, insbesondere im Hinblick auf Heimspeicher für Solarstrom, sind die Lithium-Eisenphosphat-Zellen (LiFePO₄). Diese sind aufgrund ihrer hohen Zyklenfestigkeit, Sicherheit und thermischen Stabilität besonders geeignet für den Einsatz in Heimspeichersystemen. Ihre Langlebigkeit und geringe Wartungsanforderungen machen sie ideal für die Langzeitspeicherung von Solarstrom, was sie zu einer zunehmend beliebten Wahl in diesem Bereich macht, während die geringere Energiedichte im Vergleich zu Lithium-lonenzellen im Bereich von Heimspeichern nicht schwer wiegt.Particularly preferred, especially with regard to home storage for solar power, are lithium iron phosphate cells (LiFePO ₄ ). These are particularly suitable for use in home storage systems due to their high cycle stability, safety and thermal stability. Their durability and low maintenance requirements make them ideal for long-term storage of solar power, making them an increasingly popular choice in this area, while the lower energy density compared to lithium-ion cells is not a major disadvantage in the area of home storage.

Bevorzugt sind die Batteriezellen so ausgeführt, dass sie platzsparend angeordnet werden können. In der Batterietechnik sind prismatische Zellen, zylindrische Zellen, Taschen-Zellen (Pouch-Zellen) und meist kleinere Knopfzellen verbreitet. Im Kontext dieser Erfindung sind insbesondere prismatische und Taschen-Zellen besonders bevorzugt, insbesondere prismatische Zellen.The battery cells are preferably designed in such a way that they can be arranged in a space-saving manner. Prismatic cells, cylindrical cells, pocket cells (pouch cells) and usually smaller button cells are common in battery technology. In the context of this invention, prismatic and pocket cells are particularly preferred, especially prismatic cells.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die Batteriezellen (2.0) als prismatische Zellen ausgeführt. Diese Entscheidung beruht auf mehreren vorteilhaften Eigenschaften der prismatischen Zellen. Aufgrund ihrer rechteckigen Form lassen sich prismatische Zellen leicht in Reihen, bevorzugt in Batteriezellreihen (2.1) anordnen, was eine effiziente Raumnutzung ermöglicht. Diese Anordnung ist besonders vorteilhaft für Batteriespeichersysteme, bei denen eine kompakte Bauweise vorteilhaft ist, wie z. B. in Heimspeichersystemen für Solarstrom oder in Elektrofahrzeugen. Prismatische Zellen bieten außerdem eine hohe verfügbare Kapazität, was sie für Anwendungen, bei denen eine hohe Energiedichte erforderlich ist, besonders attraktiv macht. Ihre rechteckige Form trägt auch zur mechanischen Stabilität des Gesamtsystems bei, da sie weniger anfällig für Verformungen sind als andere Zelltypen. Dies kann die Sicherheit und Langlebigkeit der Batteriezellfixiervorrichtung, die die Batteriezellen umfasst, erhöhen. Typische prismatische Zellen haben eine durchschnittliche Lebensdauer von etwa 2000 Zyklen.In a particularly preferred embodiment, the battery cells (2.0) are designed as prismatic cells. This decision is based on several advantageous properties of the prismatic cells. Due to their rectangular shape, prismatic cells can easily be arranged in rows, preferably in battery cell rows (2.1), which enables efficient use of space. This arrangement is particularly advantageous for battery storage systems where a compact design is advantageous, such as in home storage systems for solar power or in electric vehicles. Prismatic cells also offer a high available capacity, which makes them particularly attractive for applications where a high energy density is required. Their rectangular shape also contributes to the mechanical stability of the overall system, as they are less susceptible to deformation than other cell types. This can increase the safety and durability of the battery cell fixing device that comprises the battery cells. Typical prismatic cells have an average lifespan of about 2000 cycles.

Ein weiterer Vorteil der prismatischen Zellen ist ihre hohe Verfügbarkeit auf dem Markt. Sie werden von zahlreichen Herstellern in verschiedenen Größen und Kapazitäten angeboten, was die Beschaffung erleichtert und die Flexibilität bei der Auslegung des Batteriesystems erhöht. Diese Kombination aus Raumeffizienz, hoher Kapazität und breiter Verfügbarkeit macht prismatische Zellen zu einer hervorragenden Wahl für die in der Erfindung beschriebenen Anwendungen, insbesondere in Heimspeicherbatteriezellfixiervorrichtungen.Another advantage of prismatic cells is their high availability on the market. They are offered by numerous manufacturers in various sizes and capacities, which facilitates procurement and increases flexibility in battery system design. This combination of space efficiency, high capacity and wide availability makes prismatic cells an excellent choice for the applications described in the invention, especially in home storage battery cell fixing devices.

Bevorzugt sind die Batteriezellen (2.0) prismatische Zellen (2.2), besonders bevorzugt prismatische Zellen (2.2) mit einer jeweiligen Speicherkapazität von 50 bis 500 Ah, am bevorzugtesten von 200 bis 400 Ah.Preferably, the battery cells (2.0) are prismatic cells (2.2), particularly preferably prismatic cells (2.2) with a respective storage capacity of 50 to 500 Ah, most preferably of 200 to 400 Ah.

Eine Batteriezellreihe (2.1) ist erfindungsgemäß als eine Folge von mindestens zwei Batteriezellen zu verstehen, die entweder direkt miteinander in Kontakt stehen, zum Beispiel über die lange Seite einer prismatischen Zelle, oder zwischen denen ein Zwischenelement angeordnet ist.According to the invention, a battery cell row (2.1) is to be understood as a sequence of at least two battery cells which are either in direct contact with one another, for example via the long side of a prismatic cell, or between which an intermediate element is arranged.

Ein Zwischenelement kann als ein temperatur-modifizierendes Element, zum Beispiel eine Heizmatte oder eine Kühlmatte, ausgeführt sein.An intermediate element can be designed as a temperature-modifying element, for example a heating mat or a cooling mat.

Batteriezellfixierung (3.0)battery cell fixation (3.0)

Eine Batteriezellfixierung (3.0) im Sinne der vorliegenden Erfindung umfasst alle Mittel, die dazu geeignet sind, zumindest zwei Batteriezellen aufzunehmen und zu fixieren. Eine Batteriezellfixierung (3.0) der Batteriezellfixiervorrichtung der Erfindung ist in einem Gehäuse (1.1) angeordnet und weist zumindest eine Fixiermittelseite (3.1) und eine Fixiermittelgegenseite (3.2) auf. Diese können mit allen dem Fachmann bekannten konventionellen Mitteln verbunden werden, z. B. über Metallelemente, die zusammen mit der Befestigungsmittelseite (3.1) und einer gegenüberliegenden Befestigungsmittelseite einen Rahmen bilden, oder über Befestigungslaschen, die einen äußeren Widerstand ausüben können.A battery cell fixation (3.0) in the sense of the present invention comprises all means that are suitable for receiving and fixing at least two battery cells. A battery cell fixation (3.0) of the battery cell fixing device of the invention is arranged in a housing (1.1) and has at least one fixing means side (3.1) and one fixing means opposite side (3.2). These can be connected using all conventional means known to the person skilled in the art, e.g. via metal elements that form a frame together with the fastening means side (3.1) and an opposite fastening means side, or via fastening tabs that can exert external resistance.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Batteriezellfixierung (3.0) als Batteriezellenrahmen ausgebildet, der neben einer Fixiermittelseite (3.1) und einer Fixiermittelgegenseite (3.2) zwei weitere Seitenwände, vorzugsweise aus Metall oder Kunststoff oder einem Verbundwerkstoff, aufweist, die die Batteriezellen vollständig umrahmen.In a particularly preferred embodiment, the battery cell fixation (3.0) is designed as a battery cell frame which, in addition to a fixing means side (3.1) and a fixing means opposite side (3.2), has two further side walls, preferably made of metal or plastic or a composite material, which completely frame the battery cells.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Batteriezellfixierung (3.0) als Batteriezellumfassung ausgeführt, die neben der Batteriezellumrahmung eine Bodenplatte, die mit der Batteriezellumrahmung flüssigkeitsdicht verbunden ist, zum Beispiel über eine Schweißnaht, eine Dichtung oder andere Befestigungs- oder Verbindungsmittel, umfasst. Dies erlaubt eine weitere Barriere, die zum Beispiel elektrisch und/oder thermisch und/oder gegen Flüssigkeiten isolieren kann.In a further preferred embodiment, the battery cell fixation (3.0) is designed as a battery cell enclosure, which, in addition to the battery cell frame, comprises a base plate that is connected to the battery cell frame in a liquid-tight manner, for example via a weld seam, a seal or other fastening or connecting means. This allows a further barrier that can, for example, insulate electrically and/or thermally and/or against liquids.

Ganz besonders bevorzugt ist die Batteriezellfixierung (3.0) resistent gegenüber dem Elektrolyt der Batteriezelle gestaltet. Das Elektrolyt von Batteriezellen enthält oft toxische und/oder entzündbare und/oder korrosive Bestandteile. Somit wird im Falle eines Austretens eine erste Barriere gegenüber der Umgebung der Batteriezellfixiervorrichtung bereitgestellt.The battery cell fixation (3.0) is particularly preferably designed to be resistant to the electrolyte of the battery cell. The electrolyte of battery cells often contains toxic and/or flammable and/or corrosive components. In the event of a leak, a first barrier is thus provided against the environment of the battery cell fixation device.

Fixieren meint in diesem Kontext die Immobilisierung von Batteriezellen unter Bedingungen, die für die sachgemäße Lagerung und Betrieb von Batteriezellen geeignet sind, insbesondere bezogen auf Vorspannung, Temperatur und Anordnung.In this context, fixing means the immobilization of battery cells under conditions that are suitable for the proper storage and operation of battery cells, in particular with regard to bias voltage, temperature and arrangement.

Batteriezellen sind erfindungsgemäß zwischen der Fixiermittelseite (3.1) und Fixiermittelgegenseite (3.2) angeordnet, die wiederrum einander gegenüberliegend angeordnet sind. Bevorzugt bilden die Batteriezellen dabei zumindest eine Batteriezellreihe (2.1).According to the invention, battery cells are arranged between the fixing agent side (3.1) and the fixing agent opposite side (3.2), which in turn are arranged opposite one another. The battery cells preferably form at least one battery cell row (2.1).

Bevorzugt sind in einer Batteriezellfixierung (3.0) zwischen 1 und 8 Batteriezellreihen angeordnet, besonders bevorzugt zwischen 1 und 4, ganz bevorzugt 2 Batteriezellreihen. Bevorzugt umfasst eine Batteriezellreihe zwischen 2 und 20 Batteriezellen, besonders bevorzugt zwischen 4 und 10, ganz bevorzugt 8 Batteriezellen. Eine Batteriezellfixiervorrichtung umfasst bevorzugt zwischen 2 und 160 Batteriezellen in 1 bis 8 Batteriezellreihen.Preferably, between 1 and 8 battery cell rows are arranged in a battery cell fixing device (3.0), particularly preferably between 1 and 4, very preferably 2 battery cell rows. Preferably, a battery cell row comprises between 2 and 20 battery cells, particularly preferably between 4 and 10, very preferably 8 battery cells. A battery cell fixing device preferably comprises between 2 and 160 battery cells in 1 to 8 battery cell rows.

In einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst die Batteriezellfixiervorrichtung, die als Heimspeicherbatteriezellfixiervorrichtung ausgebildet ist, eine Batteriezellfixierung (3.0) umfasst in der zwischen 8 und 32, bevorzugt 16 Batteriezellen in 1 bis 4, bevorzugt 2 Batteriezellreihen angeordnet sind, wobei die Batteriezellfixierung (3.0) als Batteriezellumfassung oder als Batteriezellumrahmung ausgeführt ist.In a very particularly preferred embodiment, the battery cell fixing device, which is designed as a home storage battery cell fixing device, comprises a battery cell fixation (3.0) in which between 8 and 32, preferably 16 battery cells are arranged in 1 to 4, preferably 2 battery cell rows, wherein the battery cell fixation (3.0) is designed as a battery cell enclosure or as a battery cell frame.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der hierhin beschriebenen Vorrichtung umfasst die Batteriezellfixierung (3.0) mindestens zwei Batteriezellen (2.0), wobei die Batteriezellen (2.0) in zumindest zwei Batteriezellreihen (2.1) angeordnet sind, wobei jeweils ein Spannelement (4.0) über ein Kraftübertragungselement (4.1) in Wirkverbundenheit mit einer Batteriezelle (2.0) in einer Batteriezellreihe (2.1) steht. Die Batteriezellfixierung (3.0) ist dabei bevorzugt als Batteriezellumfassung oder als Batteriezellumrahmung ausgeführt.In a further preferred embodiment of the device described here, the battery cell fixation (3.0) comprises at least two battery cells (2.0), wherein the battery cells (2.0) are arranged in at least two battery cell rows (2.1), wherein a clamping element (4.0) is in operative connection with a battery cell (2.0) in a battery cell row (2.1) via a force transmission element (4.1). The battery cell fixation (3.0) is preferably designed as a battery cell enclosure or as a battery cell frame.

Die Fixiermittelseite ist im Sinne der vorliegenden Erfindung gegenüber von der Fixiermittelgegenseite (3.2) angeordnet und bildet eine Seitenbegrenzung der Batteriezellfixierung (3.0). Die Fixiermittelseite stellt die Mittel zur Aufnahme und Betrieb von zumindest einem Spannelement (4.0) bereit und stellt somit eine erfindungsgemäße Wirkverbindung zwischen den Batteriezellen (2.0) und der Batteriezellfixierung (3.0) her.In the sense of the present invention, the fixing means side is arranged opposite the fixing means counter side (3.2) and forms a side boundary of the battery cell fixing (3.0). The fixing means side provides the means for receiving and operating at least one clamping element (4.0) and thus establishes an operative connection according to the invention between the battery cells (2.0) and the battery cell fixing (3.0).

In alternativ bevorzugten Ausführungsformen ist zumindest ein Spannelement (4.0) auf der der Fixiermittelgegenseite (3.2) zugewandten Seite der Fixiermittelseite (3.1) angeordnet (im Folgenden auch als Innenseite bezeichnet). Damit wird eine Wirkverbindung zwischen den Batteriezellen (2.0) und der Batteriezellfixierung (3.0) über die Fixiermittelseite (3.1) hergestellt. Besonders bevorzugt wird die Wirkverbindung zwischen dem an der Innenseite der Fixiermittelseite angeordneten Spannelement(en) (4.0) in einigen Ausführungsformen über ein Kraftübertragungselement (4.1) und zumindest einer Batteriezelle (2.0) hergestellt. Dies erlaubt eine gleichmäßige und definierte Ausübung der erforderlichen Vorspannung.In alternatively preferred embodiments, at least one clamping element (4.0) is arranged on the side of the fixing means side (3.1) facing the fixing means opposite side (3.2) (hereinafter also referred to as the inner side). This creates an operative connection between the battery cells (2.0) and the battery cell fixation (3.0) via the fixing means side (3.1). Particularly preferably, the operative connection between the clamping element(s) (4.0) arranged on the inner side of the fixing means side is created in some embodiments via a force transmission element (4.1) and at least one battery cell (2.0). This allows a uniform and defined application of the required preload.

In anderen bevorzugten Ausführungsformen ist zumindest ein Spannelement (4.0) auf der der Fixiermittelgegenseite (3.2) abgewandten Seite der Fixiermittelseite (3.1) angeordnet (im Folgenden auch als Außenseite bezeichnet). Dadurch wird eine Wirkverbindung zwischen den Batteriezellen (2.0) und dem Gehäuse (1.1) über die Fixiermittelseite (3.1) hergestellt, die in diesem Zusammenhang vorzugsweise beweglich, z.B. auf Schienen, federbelastet oder aus einem flexiblen Material ausgeführt ist. Dabei kann die Fixiermittelseite (3.1) besonders bevorzugt als Kraftübertragungselement (4.1) ausgebildet sein, dass die Wirkverbindung zwischen zumindest einem Spannelement (4.0) und zumindest einer Batteriezelle (2.0) herstellt. Dies erlaubt eine gleichmäßige und definierte Ausübung der erforderlichen Vorspannung, weiterhin erlaubt die Anbringung zwischen Gehäuse und Fixiermittelseite einen einfacheren Zugang, wenn die Fixiermittelseite als Kraftübertragungselement ausgeführt ist wird weiterhin die Anzahl der verwendeten Bauteile reduziert was Kosten spart und Fehlerquellen und Ausfallpunkte reduziert.In other preferred embodiments, at least one clamping element (4.0) is arranged on the side of the fixing means side (3.1) facing away from the fixing means opposite side (3.2) (hereinafter also referred to as the outside). This creates an operative connection between the battery cells (2.0) and the housing (1.1) via the fixing means side (3.1), which in this context is preferably movable, e.g. on rails, spring-loaded or made of a flexible material. The fixing means side (3.1) can particularly preferably be designed as a force transmission element (4.1) that creates the operative connection between at least one clamping element (4.0) and at least one battery cell (2.0). This allows the required preload to be applied evenly and in a defined manner, and the attachment between the housing and the fixing means side also allows easier access. If the fixing means side is designed as a force transmission element, the number of components used is also reduced, which saves costs and reduces sources of error and failure points.

Die Fixiermittelgegenseite (3.2) ist im Sinne der vorliegenden Erfindung gegenüber von der Fixiermittelseite (3.1) angeordnet und bildet eine Seitenbegrenzung der Batteriezellfixierung (3.0). Die Fixiermittelseite ist derart eingerichtet, dass Sie einen Widerstand gegen ein oder mehrere über die Batteriezellen wirkverbundene Spannelement (4.0) aufbauen und so die Batteriezellen zwischen Fixiermittelseite und Fixiermittelgegenseite fixieren.In the sense of the present invention, the fixing means opposite side (3.2) is arranged opposite the fixing means side (3.1) and forms a side boundary of the battery cell fixation (3.0). The fixing means side is designed in such a way that it builds up a resistance against one or more clamping elements (4.0) that are operatively connected via the battery cells and thus fixes the battery cells between the fixing means side and the fixing means opposite side.

Ein Spannelement (4.0) im Sinne der vorliegenden Erfindung ist jedes mechanische Element, was in der Lage ist einen, über einen Arbeitsbereich (4.2) definierten, bevorzugt im Wesentlichen konstanten, Druck beziehungsweise Spannung aufzubauen. Batteriezellen sollte, wenn sie unter optimalen Bedingungen betrieben werden sollen, einen externen definierten Druck ausgesetzt sein. Dies wird üblicherweise durch eine konstruktive Vorspannung eines Zellrahmens erreicht. Besonders bevorzugt wird das Spannelement (4.0) ausgeführt durch ein Spannelement ausgewählt aus der Liste bestehend aus Metallfeder, linearen Aktor oder elastisches Gummi-Element. Alle Spannelemente aus der bevorzugten Liste bieten technische Vorteile. Metallfedern sind für ihre präzise und zuverlässige Druckausübung bekannt. Sie bieten eine genau definierbare Kraft und sind besonders robust und langlebig. Gummi-Elemente bieten weiterhin isolierende Eigenschaften und lineare Aktoren können präzise angesteuert und eingestellt werden.A tensioning element (4.0) in the sense of the present invention is any mechanical element that is capable of building up a pressure or tension that is defined over a working range (4.2), preferably essentially constant. Battery cells should, if they are to be operated under optimal conditions, be exposed to an external defined pressure. This is usually achieved by a structural pre-tensioning of a cell frame. The tensioning element (4.0) is particularly preferably implemented by a tensioning element selected from the list consisting of a metal spring, linear actuator or elastic rubber element. All tensioning elements from the preferred list offer technical advantages. Metal springs are known for their precise and reliable application of pressure. They offer a precisely definable force and are particularly robust and durable. Rubber elements also offer insulating properties and linear actuators can be precisely controlled and adjusted.

Im Rahmen dieser Erfindung wird der Ausdruck „im Wesentlichen“ verwendet, um auf einen ungefähren Wert hinzuweisen, der innerhalb akzeptabler Grenzen von einem spezifizierten Sollwert abweichen darf. Diese Toleranz berücksichtigt Faktoren wie Messgenauigkeit, Fertigungstoleranzen oder andere übliche Varianzen in der technischen Praxis. Konkret kann dies eine prozentuale Abweichung von 1 bis 10 %, bevorzugt zwischen 1 und 5 %, umfassen, oder es kann auf die Standardabweichung oder ein vergleichbares Maß bezogen sein. Diese Definition ermöglicht eine gewisse Flexibilität in der Auslegung des Wertes, ohne die Kerneigenschaften oder die Funktionalität der Erfindung zu beeinträchtigen.In the context of this invention, the term "substantially" is used to refer to an approximate value that may deviate from a specified target value within acceptable limits. This tolerance takes into account factors such as measurement accuracy, manufacturing tolerances or other common variances in technical practice. Specifically, this may include a percentage deviation of 1 to 10%, preferably between 1 and 5%, or it may be related to the standard deviation or a comparable measure. This definition allows a certain flexibility in the interpretation of the value without affecting the core properties or functionality of the invention.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist der definierte Druck über den gesamten Arbeitsbereich konstant. Insbesondere Metallfedern haben sich in diesem Kontext als besonders geeignet erwiesen, da die Arbeitsbereiche und Federkonstanten sehr genau eingestellt werden können.In a preferred embodiment, the defined pressure is constant over the entire working range. Metal springs in particular have proven to be particularly suitable in this context, since the working ranges and spring constants can be set very precisely.

In einer alternativ bevorzugten Ausführungsform ist der definierte Druck variabel. Dabei kann besonders bevorzugt die Alterung der Zellen und damit Veränderungen der Ausdehnung in Abhängigkeit des Ladezustands (SOC) kompensiert werden. In diesem Kontext sind lineare Aktoren besonders bevorzugte Fixiermittel. Die Einstellung des Druckes kann bevorzugt über das BMS gesteuert werden und erfordert keine weitere Rechen oder Kontrolleinheit. Lineare Aktoren können über Batteriemanagementsysteme (BMS) gesteuert werden, die einen Drucksensor enthalten. Dies ermöglicht eine feine Abstimmung des ausgeübten Drucks und die Bereitstellung nicht-linearer Drücke über den gesamten Arbeitsbereich. Dies ist besonders vorteilhaft für Anwendungen, die eine dynamische Anpassung der Spannung erfordern.In an alternative preferred embodiment, the defined pressure is variable. In this case, the aging of the cells and thus changes in expansion depending on the state of charge (SOC) can be compensated for in a particularly preferred manner. In this context, linear actuators are particularly preferred fixing means. The setting of the pressure can preferably be controlled via the BMS and does not require any additional computing or control unit. Linear actuators can be controlled via battery management systems (BMS) that contain a pressure sensor. This enables fine tuning of the pressure applied and the provision of non-linear pressures across the entire working range. This is particularly advantageous for applications that require dynamic adjustment of the voltage.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform in denen ein Spannelement ein Gummi-Element ist, kann dieses weiterhin als Isolierung ausgeführt sein. Gummi-Elemente bieten elektrische und thermische Isolierung, was für die Sicherheit und Effizienz der Batteriezellen entscheidend sein kann. Insbesondere Gummi-Elemente, die so gestaltet sind, dass sie die gesamte Fläche einer Batteriezelle abdecken, können einen gleichmäßigen Druck über die gesamte Zelle gewährleisten und gleichzeitig als Isolator dienen. Dies hilft, das Risiko von Kurzschlüssen zu reduzieren und die thermische Stabilität der Zelle zu verbessern.In a further preferred embodiment in which a tensioning element is a rubber element, this can also be designed as insulation. Rubber elements provide electrical and thermal insulation, which can be crucial for the safety and efficiency of the battery cells. In particular, rubber elements designed to cover the entire surface of a battery cell can ensure uniform pressure across the entire cell and at the same time serve as an insulator. This helps to reduce the risk of short circuits and improve the thermal stability of the cell.

In einigen Ausführungsformen wird bevorzugt mindestens ein Spannelement pro Batteriezellreihe bereitgestellt, in einigen bevorzugteren Ausführungsformen werden 2 bis 8 Spannelemente pro Batteriezellreihe bereitgestellt. Diese können dazu dienen, dass die Kraft (Vorspannung) gleichmäßig über die gesamte Fläche der Batteriezelle verteilt wird, insbesondere wenn das Spannelement eine geringere Fläche als die Batteriezellfläche aufweist, mit der das Spannelement im Wirkkontakt steht.In some embodiments, preferably at least one tensioning element is provided per battery cell row, in some more preferred embodiments 2 to 8 tensioning elements are provided per battery cell row. These can serve to ensure that the force (preload) is evenly is distributed over the entire surface of the battery cell, in particular if the clamping element has a smaller surface area than the battery cell surface with which the clamping element is in operative contact.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform werden 4 Spannelemente pro Batteriezellreihe eingesetzt, wobei die Spannelemente bevorzugt als Metallfeder ausgeführt sind und über ein Kraftübertragungselement (4.1) in Wirkverbundenheit mit zumindest einer Batteriezelle stehen. Dies erlaubt eine optimale und gleichmäßige Kraftverteilung.In a particularly preferred embodiment, 4 clamping elements are used per battery cell row, wherein the clamping elements are preferably designed as metal springs and are operatively connected to at least one battery cell via a force transmission element (4.1). This allows for optimal and even force distribution.

In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Batteriezellfixiervorrichtung stellt das Spannelement (4.0) im Zustand der Wirkverbundenheit einen gleichmäßigen definierten Druck von 5 bis 12 N/cm², bevorzugt von 6 bis 10 N/cm², bevorzugter zwischen 8 und 9 N/cm² auf die Fläche der Batteriezellen (2.0) bereit. Dies ermöglicht den optimalen Betrieb der Batteriezellen, insbesondere prismatischer Zellen, und hat sich als besonders geeignet für den Langzeitbetrieb einer Heimspeicherbatteriezellfixiervorrichtung unter maximaler Lebenszeit der einzelnen Batteriezellen erwiesen.In a preferred embodiment of the present battery cell fixing device, the clamping element (4.0) in the state of operative connection provides a uniform, defined pressure of 5 to 12 N/cm ² , preferably 6 to 10 N/cm ² , more preferably between 8 and 9 N/cm ² on the surface of the battery cells (2.0). This enables optimal operation of the battery cells, in particular prismatic cells, and has proven to be particularly suitable for long-term operation of a home storage battery cell fixing device with maximum service life of the individual battery cells.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung steht das Spannelement (4.0) über ein Kraftübertragungselement (4.1) in Wirkverbundenheit mit einer Batteriezelle, wobei das Spannelement (4.0) bevorzugt als eine Metallfeder, linearer Aktor oder ein elastisches Gummi-Element ausgeführt ist. Unter einem Kraftübertragungselement (4.1) wird eine Vorrichtung verstanden, die in direkten Kontakt mit dem Spannelement(4.0) und einer Batteriezelle (2.0) steht, bevorzugt am Spannelement durch ein geeignetes Befestigungsmittel fest verbunden ist. Dabei handelt es sich vorzugsweise um eine Flache Platte, vorzugsweise aus Metall oder Kunststoff, die dazu eingerichtet ist den definierten Druck, der durch das Spannelement bereitgestellt wird, gleichmäßig auf die Oberfläche der wirkverbundenen Batteriezelle zu übertragen.In a preferred embodiment of the invention, the clamping element (4.0) is operatively connected to a battery cell via a force transmission element (4.1), wherein the clamping element (4.0) is preferably designed as a metal spring, linear actuator or an elastic rubber element. A force transmission element (4.1) is understood to mean a device that is in direct contact with the clamping element (4.0) and a battery cell (2.0), preferably firmly connected to the clamping element by a suitable fastening means. This is preferably a flat plate, preferably made of metal or plastic, which is designed to evenly transfer the defined pressure provided by the clamping element to the surface of the operatively connected battery cell.

In besonders bevorzugten Ausführungsformen kann das Kraftübertragungselement Sensoren, die die Temperatur und/oder den Druck der in direkten Kontakt stehenden, folglich wirkverbundenen, Batteriezelle ermitteln, bereitstellen. Dies erlaubt das Feststellen eines zu hohen Druckes, zum Beispiel in Fehlerfall einer oder mehrerer Batteriezellen.In particularly preferred embodiments, the force transmission element can provide sensors that determine the temperature and/or pressure of the battery cell that is in direct contact and thus operatively connected. This allows the detection of excessive pressure, for example in the event of a fault in one or more battery cells.

In Bezug auf Batteriezellfixiervorrichtungen wird der Arbeitsbereich im Sinne der vorliegenden Erfindung als Bereich verstanden, in dem abhängig vom State of Charge (SOC) der Batteriezellen der vom Hersteller definierte Druck trotz der Ausdehnung der Zellen aufrechterhalten wird. Dabei wird eine maximale Krafttoleranz im Bereich von 5 % des erfindungsgemäßen definierten Drucks bevorzugt. Diese Toleranz gewährleistet, dass die Batteriezellen unter variierenden Betriebsbedingungen, einschließlich verschiedener Ladezustände, sicher und effizient gehalten werden, ohne dass der angewandte Druck zu stark abweicht. Dies ist entscheidend, um eine optimale Leistung und Langlebigkeit der Batteriezellen zu sichern, während gleichzeitig deren mechanische Integrität und Sicherheit unter verschiedenen Betriebsbedingungen gewährleistet wird.With regard to battery cell fixing devices, the working range in the sense of the present invention is understood as the range in which, depending on the state of charge (SOC) of the battery cells, the pressure defined by the manufacturer is maintained despite the expansion of the cells. A maximum force tolerance in the range of 5% of the pressure defined according to the invention is preferred. This tolerance ensures that the battery cells are held safely and efficiently under varying operating conditions, including different states of charge, without the applied pressure deviating too much. This is crucial to ensure optimal performance and longevity of the battery cells, while at the same time ensuring their mechanical integrity and safety under different operating conditions.

Bevorzugt stellt das Spannelement (4.0) einen Arbeitsbereich (4.2) von +/-0.1 bis +/-2 mm, bevorzugt von +/-0.2 bis +/-1 mm pro Batteriezelle (2.0) bereit. Dies erlaubt die erfindungsgemäße Bereitstellung eines definierten Drucks mit den hierhin beschriebenen Toleranzen im Ausdehnungsbereich, der für Batteriezellen, insbesondere prismatische Zellen, vorzugsweise mit einer Kapazität von 50 bis 400 Ah (Amperestunden), während des Betriebes üblich ist. Dadurch kann das Spannelement die Ausdehnung kompensieren und optimale Betriebsbedingungen gewährleisten.The clamping element (4.0) preferably provides a working range (4.2) of +/-0.1 to +/-2 mm, preferably from +/-0.2 to +/-1 mm per battery cell (2.0). This allows the provision of a defined pressure according to the invention with the tolerances described here in the expansion range that is usual for battery cells, in particular prismatic cells, preferably with a capacity of 50 to 400 Ah (ampere hours), during operation. The clamping element can therefore compensate for the expansion and ensure optimal operating conditions.

Unter Wartbar im Sinne der vorliegenden Erfindung wird verstanden, dass eine Batteriezelle, die in einer Batteriezellvorrichtung bereitgestellt wird, direkt vor Ort gewechselt werden kann. Dabei sollten keine aufwendigen Arbeitsschritte wie das Trennen von Schweiß- und/oder Lötverbindungen, insbesondere der elektrischen Wirkverbindungen und der Batteriezellfixierung (3.0) notwendig sein.Maintainable in the sense of the present invention means that a battery cell provided in a battery cell device can be replaced directly on site. No complex work steps such as separating welded and/or soldered connections, in particular the electrical active connections and the battery cell fixation (3.0) should be necessary.

Die Gesamtspannung der erfindungsgemäßen Vorrichtung bezeichnet die Spannung, bei der die in Reihe und/oder parallel geschalteten Batteriezellen betrieben werden. Diese wird durch die konkrete Schaltung der Batteriezellen kontrolliert und durch das BMS gesteuert.The total voltage of the device according to the invention refers to the voltage at which the battery cells connected in series and/or parallel are operated. This is controlled by the specific circuit of the battery cells and controlled by the BMS.

In einer bevorzugten Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung ein Batteriemanagementsystem (BMS) bereit, das bevorzugt an der Kontaktierungsseite der Batteriezellfixiervorrichtung angeordnet ist. Ein BMS ist ein komplexes System, das die Aufgabe hat, die Batteriezellen in einem Batteriepack zu überwachen und zu steuern, um deren Sicherheit, Leistung und Lebensdauer zu optimieren. Das BMS stellt die Mittel für eine kontinuierliche Überwachung der Zellparameter, bevorzugt Spannung, Strom und Temperatur bereit. Diese Überwachung ist entscheidend, um die Zellen innerhalb sicherer Betriebsgrenzen zu halten und frühzeitig Probleme zu identifizieren. Des Weiteren spielt das BMS eine zentrale Rolle beim Zellenausgleich. Es gleicht die Ladung der einzelnen Zellen aus, was dazu beiträgt, dass alle Zellen im Batteriepack gleichmäßig geladen und entladen werden, was wiederum die Lebensdauer des gesamten Packs erhöht und seine Leistungsfähigkeit verbessert. Weiterhin dient das BMS dem Schutz gegen kritische Zustände wie Überladung, Tiefentladung, Überstrom und Überhitzung. Diese Schutzmechanismen verhindern Schäden an den Zellen und minimieren potenzielle Sicherheitsrisiken. Darüber hinaus sammelt und speichert das BMS wichtige Daten über die Leistung und den Zustand der Batterie, die für Diagnosezwecke und zur Optimierung des Batteriebetriebs unerlässlich sind.In a preferred embodiment, the present invention provides a battery management system (BMS), which is preferably arranged on the contact side of the battery cell fixing device. A BMS is a complex system that has the task of monitoring and controlling the battery cells in a battery pack in order to optimize their safety, performance and service life. The BMS provides the means for continuous monitoring of the cell parameters, preferably voltage, current and temperature. This monitoring is crucial for keeping the cells within safe operating limits and identifying problems at an early stage. Furthermore, the BMS plays a central role in cell balancing. It balances the charge of the individual cells, which helps to ensure that all cells in the battery pack are charged and discharged evenly, which in turn increases the service life of the entire pack. and improves its performance. The BMS also serves to protect against critical conditions such as overcharging, deep discharging, overcurrent and overheating. These protection mechanisms prevent damage to the cells and minimize potential safety risks. In addition, the BMS collects and stores important data about the performance and condition of the battery, which is essential for diagnostic purposes and for optimizing battery operation.

In einer bevorzugten Ausführungsform ermöglicht die Kommunikationsfähigkeit des BMS, bevorzugt durch ein Kommunikationsmodul, schließlich eine Verbindung mit externen Systemen, um Informationen über den Zustand und die Leistung der Batterie zu übermitteln. Dies ist besonders wichtig für integrierte Energiemanagementsysteme, da es eine ganzheitliche Überwachung und Steuerung des Batteriesystems ermöglicht.Finally, in a preferred embodiment, the communication capability of the BMS, preferably through a communication module, enables a connection to external systems to transmit information about the condition and performance of the battery. This is particularly important for integrated energy management systems, as it enables holistic monitoring and control of the battery system.

Diese bevorzugten Ausführungsformen des BMS tragen wesentlich dazu bei, die Effizienz, Zuverlässigkeit und Sicherheit des gesamten Batteriesystems zu verbessern.These preferred embodiments of the BMS contribute significantly to improving the efficiency, reliability and safety of the entire battery system.

Die bevorzugte Anordnung des BMS an der Kontaktierungsseite der Batteriezellfixiervorrichtung bietet technische Vorteile. Es ermöglicht eine direkte und effiziente Verbindung zu den Batteriezellen und deren Kontaktierungspunkten. Diese Anordnung kann auch zur Vereinfachung der Systemarchitektur beitragen, indem sie die Länge der Verkabelung und die Anzahl der benötigten Komponenten reduziert. Dadurch wird die Gesamteffizienz des Batteriesystems verbessert und eine stabilere und zuverlässigere Leistung sichergestellt.The preferred arrangement of the BMS on the contact side of the battery cell fixation device offers technical advantages. It enables a direct and efficient connection to the battery cells and their contact points. This arrangement can also help simplify the system architecture by reducing the length of the wiring and the number of components required. This improves the overall efficiency of the battery system and ensures more stable and reliable performance.

In einigen bevorzugten Ausführungsformen der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung sind die elektrisch in Wirkverbundenheit stehenden Batteriezellen (2.0) so geschalten, dass die Gesamtspannung, insbesondere die Gesamtspannung als eine Gleichspannung, der Batteriezellfixiervorrichtung, bevorzugt an der Kontaktierungsseite (1.3) zur Verfügung gestellt, zwischen 30 und 60 V, bevorzugter zwischen 40 und 60 V, liegt. Erfindungsgemäß bezieht sich die Gesamtspannung auf eine Gleichspannung. Dies bedeutet vorteilhafterweise, dass für die erfindungsgemäße Gesamtspannung kein Berührungsschutz erforderlich ist, da sie als sicher für Menschen, insbesondere auch Tiere und Kinder gilt. Dies stellt einen weiteren Sicherheitsaspekt der vorliegenden Erfindung dar.In some preferred embodiments of the device according to the present disclosure, the battery cells (2.0) that are electrically connected are connected such that the total voltage, in particular the total voltage as a direct voltage, of the battery cell fixing device, preferably provided on the contacting side (1.3), is between 30 and 60 V, more preferably between 40 and 60 V. According to the invention, the total voltage refers to a direct voltage. This advantageously means that no contact protection is required for the total voltage according to the invention, since it is considered safe for people, especially animals and children. This represents a further safety aspect of the present invention.

In einer alternativ bevorzugten Ausführungsform ist die Gesamtspannung der Batteriezellfixiervorrichtung im Bereich der Sicherheitskleinspannung, besonders bevorzugt genügt die Vorrichtung den Merkmalen der Schutzklasse III gemäß DIN EN 61140 (VDE 0140-1).In an alternative preferred embodiment, the total voltage of the battery cell fixing device is in the range of the safety extra-low voltage; particularly preferably, the device satisfies the characteristics of protection class III according to DIN EN 61140 (VDE 0140-1).

Entspannungssystemrelaxation system

Ein Entspannungssystem im Sinne der vorliegenden Erfindung besteht aus mindestens einem Verriegelungselement (5.1) und einem Verriegelungsgegenstück (5.2) und dient dazu, zumindest ein Spannelement (4.0) zu entspannen beziehungsweise zu arretieren, also reversibel aus oder in den Zustand der Wirkverbindung mit den Batteriezellen (2.0) zu bringen. Dies erlaubt vorteilhaft, dass der definierte Druck abgebaut werden kann, z.B. im Falle einer Wartung, die bevorzugt das Prüfen und/oder Wechseln von Batteriezellen umfasst.A relaxation system in the sense of the present invention consists of at least one locking element (5.1) and a locking counterpart (5.2) and serves to relax or lock at least one clamping element (4.0), i.e. to bring it reversibly out of or into the state of operative connection with the battery cells (2.0). This advantageously allows the defined pressure to be reduced, e.g. in the case of maintenance, which preferably includes checking and/or changing battery cells.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann das Spannelement (4.0) mittels eines Entspannungssystems aus mindestens einem Verriegelungselement (5.1) und einem Verriegelungsgegenstück (5.2) reversibel aus oder in den Zustand der Wirkverbindung mit den Batteriezellen (2.0) gebracht werden. Durch die spezifische Kombination aus Verriegelungsgegenstück und Verriegelungselement kann ein ungewollter Zugriff verhindert werden. Bevorzugt wird daher das Verriegelungselement örtlich getrennt, zum Beispiel bei einer Wartungsfirma, aufbewahrt.In a preferred embodiment of the invention, the tensioning element (4.0) can be reversibly brought into or out of the state of operative connection with the battery cells (2.0) by means of a relaxation system comprising at least one locking element (5.1) and a locking counterpart (5.2). The specific combination of locking counterpart and locking element can prevent unwanted access. The locking element is therefore preferably stored in a separate location, for example at a maintenance company.

In einer weiteren Ausführungsform, in der die erfindungsgemäße Vorrichtung vorzugsweise an einem gesicherten Ort aufgestellt oder installiert ist, z.B. in einem Sicherheitsraum, kann das Verriegelungselement unmittelbar an dem Verriegelungsgegenstück angeordnet oder in der unmittelbaren Nähe angeordnet sein, was ein schnelles Warten ermöglicht. In diesem Kontext kann das Verriegelungselement so ausgeführt sein, dass es nicht vollständig aus dem Verriegelungsgegenstück lösbar ist, z.B. durch ein Blockierelement.In a further embodiment, in which the device according to the invention is preferably set up or installed in a secure location, e.g. in a security room, the locking element can be arranged directly on the locking counterpart or in the immediate vicinity, which enables rapid servicing. In this context, the locking element can be designed such that it cannot be completely released from the locking counterpart, e.g. by a blocking element.

Ein Verriegelungselement (5.1) im Sinne der vorliegenden Erfindung kann Teil der Vorrichtung sein und/oder ein externes Element sein, dass nur temporär mit der Vorrichtung in Wirkverbindung tritt. Besonders vorteilhaft kann das Verriegelungselement dabei eine zylindrische Form besitzen und zumindest an einem terminalen Abschnitt eine Windung, vorzugsweise eine Außenwindung aufweisen, die der Innenwindung eines Verriegelungsgegenstückes entspricht. Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem Verriegelungselement und eine Schraube oder einen Bolzen.A locking element (5.1) in the sense of the present invention can be part of the device and/or an external element that only temporarily comes into active connection with the device. The locking element can particularly advantageously have a cylindrical shape and at least on one terminal section have a turn, preferably an outer turn, which corresponds to the inner turn of a locking counterpart. The locking element is particularly preferably a screw or a bolt.

In einigen Ausführungsformen kann das Verriegelungselement und zugehöriges Verriegelungsgegenstück aus Sicherheitsgründen ein Linksgewinde aufweisen, also entgegen der üblichen Drehrichtung angezogen und gelöst werden werden. Dies verhindert einen einfachen Zugang mit einer handelsüblicheren rechtsdrehenden Schraube oder Bolzen.In some embodiments, the locking element and associated locking counterpart can have a left-hand thread for safety reasons, i.e. can be tightened and loosened against the usual direction of rotation. This prevents easy access with a more common right-hand screw or bolt.

Ein Verriegelungsgegenstück (5.2) im Sinne der vorliegenden Erfindung wird von der Vorrichtung bereitgestellt, besonders bevorzugt ist es an einem Spannelement (4.0) oder an einem Verriegelungsgegenstück (5.2) oder einer Fixiermittelseite angeordnet und durch ein geeignetes Verbindungsmittel, vorzugsweise Klebstoff, Schraub- oder eine Schweißverbindung, befestigt.A locking counterpart (5.2) in the sense of the present invention is provided by the device, particularly preferably it is arranged on a clamping element (4.0) or on a locking counterpart (5.2) or on a fixing means side and fastened by a suitable connecting means, preferably adhesive, screw or welded connection.

Ein Verschlussmittel (7.0) im Sinne der vorliegenden Erfindung deckt einen oder mehrere gesicherte Zugänge (7.1) vollständig ab oder verhindert den Zugriff. Dabei ist das Verschlussmittel reversibel entfernbar, zum Beispiel durch Lösen von Schrauben, bevorzugt mit einem nicht geläufigen Schraubenkopfantrieb, zum Beispiel Innenfünfrund (Torx Security), oder einem Schloss, zum Beispiel einem Vorhängeschloss, was den ungehinderten Zugriff, zum Beispiel durch Haustiere und Kinder, verhindern soll. Dadurch wird gewährleistet, dass eine Wartung im Sinne der Erfindung nur durch eine qualifizierte Person durchgeführt werden kann und verhindert Unfälle, da die Batteriezellfixiervorrichtung, insbesondere als Heimspeicherbatteriezellfixiervorrichtung in privaten Raum aufgestellt und genutzt werden kann.A closure means (7.0) in the sense of the present invention completely covers one or more secured accesses (7.1) or prevents access. The closure means can be removed reversibly, for example by loosening screws, preferably with an unusual screw head drive, for example a pentagonal socket (Torx Security), or a lock, for example a padlock, which is intended to prevent unhindered access, for example by pets and children. This ensures that maintenance in the sense of the invention can only be carried out by a qualified person and prevents accidents, since the battery cell fixing device, in particular as a home storage battery cell fixing device, can be set up and used in private spaces.

Ein gesicherter Zugang (7.1) im Sinne der vorliegenden Erfindung erlaub den Zugriff auf die Batteriezellen und/oder die Batteriezellfixierung (3.0) und wird durch ein Verschlussmittel (7.0) abgedeckt oder vor Zugriff gesichert. Ein gesicherter Zugang kann im Gehäuse, aber auch in der Batteriezellfixierung (3.0) angeordnet sein. Der Zugang kann vorzugsweise als Zugangsseite (1.3) und/oder Oberseite (1.4) ausgestaltet sein. Dabei kann eine Seite des Gehäuses (1.1) vollständig geöffnet werden oder es kann nur eine kleine Öffnung bereitgestellt werden, die dazu geeignet ist, ein Verschlussmittel einzuführen. Vorteilshaft ist ein Zugang bevorzugt so angeordnet, dass ein Verriegelungselement (5.1) von außerhalb des Gehäuses durch die Zugangsseite (1.3) mit einem Verriegelungsgegenstück (5.2) in Wirkverbindung gebracht werden kann, um ein dazwischen angeordnetes Spannelement reversibel zu entspannen.A secure access (7.1) in the sense of the present invention allows access to the battery cells and/or the battery cell fixation (3.0) and is covered by a closure means (7.0) or secured against access. A secure access can be arranged in the housing, but also in the battery cell fixation (3.0). The access can preferably be designed as an access side (1.3) and/or top side (1.4). One side of the housing (1.1) can be opened completely or only a small opening can be provided which is suitable for introducing a closure means. Advantageously, an access is preferably arranged in such a way that a locking element (5.1) can be brought into operative connection with a locking counterpart (5.2) from outside the housing through the access side (1.3) in order to reversibly relax a tensioning element arranged between them.

Weiterhin wird von der Erfindung in einigen bevorzugten Ausführungsformen der Vorrichtung gelehrt, dass das Entspannungssystem dazu eingerichtet ist, dass das Verriegelungselement (5.1) durch die Zugangsseite (1.2) mit dem Verriegelungsgegenstück (5.2) in Wirkverbundenheit versetzt werden kann, vorzugsweise über ein durch ein geeignetes Verschlussmittel (7.0) gesicherten Zugang (7.1), vorzugsweise eingerichtet in der Zugangsseite (1.2).Furthermore, the invention teaches in some preferred embodiments of the device that the relaxation system is designed so that the locking element (5.1) can be brought into operative connection with the locking counterpart (5.2) through the access side (1.2), preferably via an access (7.1) secured by a suitable closure means (7.0), preferably set up in the access side (1.2).

Bevorzugt kann ein Gehäuse (1.1) im Sinne der vorliegenden Erfindung zumindest über die Zugangsseite (1.2), die über ein geeignetes Verschlussmittel (7.0) gesichert ist, zerstörungsfrei gewartet werden.Preferably, a housing (1.1) in the sense of the present invention can be maintained non-destructively at least via the access side (1.2), which is secured by a suitable closure means (7.0).

Schraubkontakte im Sinne der vorliegenden Erfindung sind eine Art von mechanischen Verbindungselementen, die eine elektrische Wirkverbindung zwischen Batteriezellen gewährleisten. Diese Kontakte funktionieren durch das Anziehen einer Schraube, um einen Leiter, bevorzugt ein Draht oder ein Kabel, physisch und elektrisch mit einem Kontakt einer Batteriezelle zu verbinden.Screw contacts in the sense of the present invention are a type of mechanical connecting element that ensures an electrical connection between battery cells. These contacts function by tightening a screw to physically and electrically connect a conductor, preferably a wire or a cable, to a contact of a battery cell.

Bevorzugt ist die elektrische Wirkverbundenheit der Batteriezellen (2.0) mittels zerstörungsfrei reversibel lösbarer Schraubkontakte (8.0) gewährleistet. Diese Kontakte sind in der Regel einfach und reversibel lösbar, da die Schraube bei Bedarf gelöst und wieder angezogen werden kann. Somit kann eine einfache Wartung ohne spezialisiertes Werkzeug vor Ort gewährleistet werden.Preferably, the electrical connection of the battery cells (2.0) is ensured by means of non-destructive, reversible screw contacts (8.0). These contacts are usually easy and reversible to remove, as the screw can be loosened and tightened again as required. This ensures simple maintenance on site without the need for specialised tools.

Dämmelement und Temperatur-modifizierendes Elementinsulation element and temperature-modifying element

In einigen bevorzugten Ausführungsformen stellt die erfindungsgemäße Vorrichtung einen Zwischenraum (1.6) bereit, der dazu eingerichtet ist, ein Dämmelement (6.0) aufzunehmen, wobei ein Dämmelement (6.0) zwischen Batteriezellfixierung (3.0) und Gehäuse (1.1) angeordnet ist. Dies erlaubt vorteilhaft die Batteriezellen von der Umgebung zu isolieren und so entweder die Batteriezellen vor äußeren Einflüssen oder die Umwelt im Störfall vor den Batteriezellen abzuschirmen.In some preferred embodiments, the device according to the invention provides an intermediate space (1.6) which is designed to accommodate an insulating element (6.0), wherein an insulating element (6.0) is arranged between the battery cell fixation (3.0) and the housing (1.1). This advantageously allows the battery cells to be isolated from the environment and thus either the battery cells to be shielded from external influences or the environment from the battery cells in the event of a fault.

In einigen bevorzugten Ausführungsformen ist das Dämmelement als Isoliermatte ausgeführt. Um die erfindungsgemäßen Effekt der Isolierung zu erzielen, bedeckt dabei das Dämmelement einen großen Teil des Teils der Batteriezellfixiervorrichtung, an dem der Zwischenraum angeordnet ist. Dies kann 80 bis 99 %, bevorzugter 90 bis 99% umfassen. Besonders bevorzugt sind Zwischenräume, an mindestens 2 Seiten, bevorzugter mindestens 3 Seiten, am bevorzugtesten an 5 Seiten des Gehäuses angeordnet, wobei die Seiten ausgewählt werden aus der Liste umfassend Zugangsseite (1.2), Kontaktierungsseite (1.3), Oberseite (1.4), Unterseite (1.5) sowie weitere Seitenwände (1.7).In some preferred embodiments, the insulating element is designed as an insulating mat. In order to achieve the insulating effect according to the invention, the insulating element covers a large part of the part of the battery cell fixing device on which the intermediate space is arranged. This can be 80 to 99%, more preferably 90 to 99%. Particularly preferred are intermediate spaces arranged on at least 2 sides, more preferably at least 3 sides, most preferably on 5 sides of the housing, with the sides being selected from the list comprising access side (1.2), contact side (1.3), top side (1.4), bottom side (1.5) and other side walls (1.7).

In der vorliegenden Erfindung können Dämmelemente im Kontext von Wärmeisolierung, bevorzugt für Anwendungen von -30°C bis 50°C, bevorzugter -20 bis 45 °C, als verschiedene Arte von Dämmstoffen als Dämmmatten ausgeführt sein. Zu den bevorzugten Ausführungsformen gehören Polyurethanschaum (PU), welcher aufgrund seiner hohen Wärmedämmfähigkeit und geringen Wärmeleitfähigkeit bevorzugt wird. Er ist leicht und bietet eine ausgezeichnete Schalldämmung, was ihn ideal für die Isolierung in Batteriespeichersystemen macht. In einer Batteriezellfixiervorrichtung kann dies die Wärmeabgabe zu minimieren und die Temperatur innerhalb des Systems stabil halten.In the present invention, insulation elements in the context of thermal insulation, preferably for applications from -30°C to 50°C, more preferably -20 to 45°C, can be designed as various types of insulation materials as insulation mats. The preferred embodiments include polyurethane foam (PU), which due to its high thermal insulation capacity and low thermal conductivity. It is lightweight and offers excellent sound insulation, making it ideal for insulation in battery storage systems. In a battery cell fixation device, this can minimize heat dissipation and keep the temperature within the system stable.

Bevorzugt wird Mineralwolle (Glas- oder Steinwolle), die vorteilshaft neben der thermischen Isolierung eine hohe Feuerbeständigkeit und Schalldämmung aufweisen. In einer erfindungsgemäßen Batteriezellfixiervorrichtung können sie zur Erhöhung der Brandsicherheit und zur Verbesserung der thermischen Stabilität beitragen.Mineral wool (glass or rock wool) is preferred, as it advantageously has high fire resistance and sound insulation in addition to thermal insulation. In a battery cell fixing device according to the invention, it can contribute to increasing fire safety and improving thermal stability.

In einigen bevorzugten Ausführungsformen ist ein oder das temperatur-modifizierende Element, vorzugsweise als Heizmatte ausgeführt, auf der Unterseite des Gehäuses angeordnet, bevorzugt über zumindest 50%, bevorzugter zumindest 80 % der Fläche einer darüber angeordneten Batteriezellfixierung im Sinne der vorliegenden Erfindung.In some preferred embodiments, a or the temperature-modifying element, preferably designed as a heating mat, is arranged on the underside of the housing, preferably over at least 50%, more preferably at least 80% of the area of a battery cell fixation arranged above it in the sense of the present invention.

In einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform der Batteriezellfixiervorrichtung, die bevorzugt als Heimspeicherbatteriezellfixiervorrichtung ausgeführt ist, wird durch ein Zusammenwirken von erfindungsgemäßen Zwischenräumen (1.7) zwischen Batteriezellfixierung (3.0) und dem Gehäuse (1.1) von bevorzugt 1 0 bis 50 cm, bereitgestellt wird. Vorteilshaft kann der Zwischenraum zwischen allen vier Seitenwänden (Zugangsseite (1.2), Kontaktierungsseite (1.3) und zwei weiteren Seitenwänden (1.7)) sowie zwischen Oberseite (1.4) und Batteriezellumfassung bereitgestellt werden und umfasst eine darin angeordnetes Dämmelement (6.0), das im Zusammenhang mit dem BMS, was in dieser Ausführungsform die Mittel bereitstellt, die dazu geeignet sind die Temperatur zumindest einer Batteriezelle der Vorrichtung und/oder des Innenraums der Vorrichtung, das vom Gehäuse (1.1) umfasst ist, zu bestimmen. Weiterhin umfasst die Vorrichtung vorzugsweise ein Heizelement, was unter zumindest einer Batteriezelle angeordnet ist und durch das BMS mit Energie versorgt wird. Dies hat den Synergieeffekt, dass die Temperatur über das BMS effizient und energiesparend oberhalb der niedrigsten Betriebstemperatur gehalten werden kann, das Zusammenspiel zwischen Heizmatte und Dämmelement, vorzugsweise ausgeführt als Dämmmatte z.B. aus Mineralwolle, und die Steuerung über das BMS eine geringere Heizleistung erfordert als bei nach dem Stand der Technik bekannten Geräten, insbesondere aus dem Automobilbereich bekannten Heizmatten, die zwischen den Batteriezellen angeordnet sind.In a particularly preferred embodiment of the battery cell fixing device, which is preferably designed as a home storage battery cell fixing device, a gap (1.7) between the battery cell fixing device (3.0) and the housing (1.1) of preferably 10 to 50 cm is provided by an interaction of gaps (1.7) according to the invention between the battery cell fixing device (3.0) and the housing (1.1). The gap can advantageously be provided between all four side walls (access side (1.2), contact side (1.3) and two further side walls (1.7)) and between the top side (1.4) and the battery cell enclosure and comprises an insulating element (6.0) arranged therein, which in conjunction with the BMS, which in this embodiment provides the means suitable for determining the temperature of at least one battery cell of the device and/or the interior of the device, which is enclosed by the housing (1.1). Furthermore, the device preferably comprises a heating element, which is arranged under at least one battery cell and is supplied with energy by the BMS. This has the synergistic effect that the temperature can be kept above the lowest operating temperature efficiently and in an energy-saving manner via the BMS, the interaction between the heating mat and the insulation element, preferably designed as an insulation mat e.g. made of mineral wool, and the control via the BMS requires a lower heating output than with state-of-the-art devices, in particular heating mats known from the automotive sector, which are arranged between the battery cells.

In anderen Ausführungsformen kann das Dämmelement aus expandiertem Polystyrol (EPS) ausgeführt sein, dass ein kostengünstiges Dämmmaterial ist. In Batteriezellfixiervorrichtungen kann EPS dazu beitragen, das Gewicht des Gesamtsystems zu reduzieren, während es gleichzeitig eine ausreichende thermische Isolierung bietet. Bevorzugt ist dabei extrudiertes Polystyrol, welches im Vergleich zu EPS eine höhere Dichte und bessere thermische Isolierungseigenschaften im Vergleich zu EPS. Es ist feuchtigkeitsresistent und behält seine isolierenden Eigenschaften auch unter verschiedenen Umweltbedingungen bei.In other embodiments, the insulation element can be made of expanded polystyrene (EPS), which is a cost-effective insulation material. In battery cell fixing devices, EPS can help reduce the weight of the overall system while providing sufficient thermal insulation. Extruded polystyrene is preferred, which has a higher density and better thermal insulation properties compared to EPS. It is moisture-resistant and retains its insulating properties even under different environmental conditions.

Weiterhin kann in einigen Ausführungen das Dämmelement PE-Schaum umfassen, welcher flexibel ist und eine gute thermische Isolierung bietet. Er ist auch chemisch inert, was ihn zu einer sicheren Option für Batteriespeichersysteme macht.Furthermore, in some designs, the insulation element can comprise PE foam, which is flexible and provides good thermal insulation. It is also chemically inert, making it a safe option for battery storage systems.

Diese Dämmstoffe in Form von Dämmmatten bieten in einer Batteriezellfixiervorrichtung mehrere Vorteile: Sie tragen zur Temperaturkontrolle bei, indem sie Wärmeverluste minimieren und so eine optimale Betriebstemperatur der Batteriezellen gewährleisten.These insulating materials in the form of insulation mats offer several advantages in a battery cell fixing device: They contribute to temperature control by minimizing heat losses and thus ensuring an optimal operating temperature of the battery cells.

Ein Temperatur-modifizierendes Element im Sinne der vorliegenden Erfindung ist ein Element, dass dazu eingerichtet ist die Temperatur der in Kontakt stehenden Batteriezellen zu regulieren. Bevorzugt handelt es sich dabei um ein Kühl- oder Wärmelement. Im Gegensatz zu Automobilanwendungen ist überhitzen kein so häufiges technisches Problem, da die Ladeleistung meist über einen größeren Zeitraum erfolgt. Durch die Standortwahl, z.B. im Freien oder in unbeheizten Unterständen, ist eine Abkühlung der Batteriezellen unter die herstellerseitig geforderte Mindesttemperatur ein häufiges Problem, was die Lebensdauer der Batteriezellen drastisch verringert.A temperature-modifying element in the sense of the present invention is an element that is designed to regulate the temperature of the battery cells in contact. This is preferably a cooling or heating element. In contrast to automotive applications, overheating is not such a common technical problem, since the charging power usually takes place over a longer period of time. Due to the choice of location, e.g. outdoors or in unheated shelters, cooling of the battery cells below the minimum temperature required by the manufacturer is a common problem, which drastically reduces the service life of the battery cells.

In einer bevorzugten Ausführungsform werden zumindest zwei Batteriezellen (2.0) durch ein Temperatur-modifizierendes Element (6.1) getrennt, besonders bevorzugt durch eine Heizmatte. Dies ermöglicht eine effiziente Regulierung der Temperatur der individuellen Batteriezellen.In a preferred embodiment, at least two battery cells (2.0) are separated by a temperature-modifying element (6.1), particularly preferably by a heating mat. This enables efficient regulation of the temperature of the individual battery cells.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist an den Batteriezellen (2.0) zumindest ein temperatur-modifizierendes Element (6.1) angeordnet, besonders bevorzugt durch eine Heizmatte. Dies erlaubt, dass die Mindesttemperatur für einen effizienten, langzeitlichen und sicheren Betrieb der Batteriezellen eingehalten wird. Vorteilshaft haben die Erfinder herausgefunden, dass im Gegensatz zu in der Fahrzeugtechnik verbreiteten Lösungen, bei der ein schnelles Heizen der Batteriezellen notwendig ist, ein einbringen von Heizelementen zwischen jede Batteriezelle im Gebiet der Heimspeicher Technik nicht notwendig ist. Vielmehr ist dort, statt einem schnellen aufheizen, eine konstante, effiziente Mindesttemperatur zu gewährleisten da sich die Batteriezellen im Dauerbetrieb befinden. Durch die erfindungsgemäße Anordnung von zumindest einer Heizmatte unter den Batteriezellen, vorzugsweise in der Batteriezellfixierung (3.0) oder auf dem Gehäuse angeordnet, kann, vorzugsweise in erfindungsgemäßer Verbindung mit zumindest einem Dämmelement (6.0), das zwischen Gehäuse und Batteriezellfixierung (3.0) angeordnet ist, vorzugsweise an alle Seiten inklusive der Oberseite des Gehäuses angeordnet, ein Energieeffizienter und dauerhafter Betrieb der Batteriezellen gewährleistet werden.In a further preferred embodiment, at least one temperature-modifying element (6.1) is arranged on the battery cells (2.0), particularly preferably by means of a heating mat. This allows the minimum temperature for efficient, long-term and safe operation of the battery cells to be maintained. The inventors have advantageously found that, in contrast to solutions common in vehicle technology, where rapid heating of the battery cells is necessary, the introduction of heating elements between each battery cell is not necessary in the field of home storage technology. Rather, instead of a rapid heating, to ensure a constant, efficient minimum temperature since the battery cells are in continuous operation. By arranging at least one heating mat under the battery cells according to the invention, preferably in the battery cell fixation (3.0) or on the housing, preferably in connection with at least one insulation element (6.0) according to the invention, which is arranged between the housing and the battery cell fixation (3.0), preferably arranged on all sides including the top of the housing, energy-efficient and long-term operation of the battery cells can be ensured.

Bevorzugt wird ein temperatur-modifizierendes Element (6.1), insbesondere als eine Heizmatte über das BMS mit Energie versorgt, und ist somit als elektrische Heizmatte ausgestaltet. Dies hat den technischen Vorteil, dass z.B. überschüssige Energie genutzt werden kann oder die Batteriezellfixiervorrichtung unabhängig von einem externen Versorger, z.B. einem Netzanschluss, beheizt werden kann, was im Falle eines Stromausfalls die minimale Betriebstemperatur herstellen kann, womit in diesem Fall die Energieentnahme trotzdem gewährleistet werden kann.Preferably, a temperature-modifying element (6.1), in particular as a heating mat, is supplied with energy via the BMS and is thus designed as an electric heating mat. This has the technical advantage that, for example, excess energy can be used or the battery cell fixing device can be heated independently of an external supplier, e.g. a mains connection, which can produce the minimum operating temperature in the event of a power failure, whereby the energy extraction can still be guaranteed in this case.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ein temperatur-modifizierendes Element (6.1), insbesondere als eine Heizmatte ausgeführt, durch eine externe Stromversorgung betrieben, beispielsweise einem Netzanschluss. Dadurch wird sichergestellt, dass insbesondere bei geringer Sonneneinstrahlung und winterlichen Temperaturen in nördlichen Breitengraden die in der erfindungsgemäßen Vorrichtung enthaltenen Batteriezellen nicht vollständig entladen werden, um die Mindestbetriebstemperatur aufrechtzuerhalten.In a further preferred embodiment, a temperature-modifying element (6.1), in particular designed as a heating mat, is operated by an external power supply, for example a mains connection. This ensures that the battery cells contained in the device according to the invention are not completely discharged in order to maintain the minimum operating temperature, particularly in the case of low solar radiation and winter temperatures in northern latitudes.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird ein Temperatur-modifizierendes Element kann über das BMS und, z. B. bei niedrigem Ladezustand der Batteriezellen, über eine externe Stromversorgung mit Energie versorgt werden. Dies ermöglicht den höchsten Wirkungsgrad in allen Anwendungen und kombiniert die hohe Effizienz der Steuerung über das BMS und die Redundanz bei Stromausfällen mit einem Langzeitbetrieb bei niedrigen Temperaturen, ohne das Risiko einer Entladung der Batteriezellen durch die externe Stromversorgung.In a particularly preferred embodiment, a temperature-modifying element can be supplied with energy via the BMS and, e.g. when the battery cells are at a low state of charge, via an external power supply. This enables the highest efficiency in all applications and combines the high efficiency of control via the BMS and redundancy in the event of power failures with long-term operation at low temperatures, without the risk of discharging the battery cells through the external power supply.

In einigen bevorzugten Ausgestaltungen der Erfindung wird so die Temperatur der Batteriezellen durch Temperatur-modifizierende Element(e) vorteilshaft zwischen 0 °C und 35 °C, bevorzugter zwischen 5 °C und 30 °C eingestellt.In some preferred embodiments of the invention, the temperature of the battery cells is advantageously adjusted by temperature-modifying element(s) between 0 °C and 35 °C, more preferably between 5 °C and 30 °C.

VerfahrenProceedings

Weiterhin bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zum Prüfen und Austauschen zumindest einer Batteriezelle (2.0), die in einer erfindungsgemäßen Batteriezellfixiervorrichtung angeordnet ist, umfassend die Schritte:

a) Prüfen ob zumindest ein Parameter mit einer defekten Batteriezelle (2.0) assoziiert ist, wenn ja, dann
b) Austauschen zumindest einer defekten Batteriezelle durch
c) Entspannen des Spannelementes (4.0), dann
d) Lösen zumindest einer elektrischen Wirkverbindung und Ersetzen zumindest einer defekten Batteriezelle (2.0) durch eine Batteriezelle (2.0), abschließend
e) gefolgt von der Umkehrung der vorangegangen Schritte.

Furthermore, the present invention relates to a method for testing and replacing at least one battery cell (2.0) which is arranged in a battery cell fixing device according to the invention, comprising the steps:

a) Check whether at least one parameter is associated with a defective battery cell (2.0), if yes, then
b) Replacing at least one defective battery cell with
c) Release the clamping element (4.0), then
d) Disconnecting at least one electrical connection and replacing at least one defective battery cell (2.0) with a battery cell (2.0), finally
e) followed by the reversal of the previous steps.

Die erfindungsgemäße Ausführung des Verfahrens erlaubt einen schnellen Austausch zumindest einer Batteriezelle vor Ort, ohne dass spezialisierte Werkzeuge oder destruktive Techniken (partielles oder vollständiges Zerlegen der Vorrichtung durch Trennen oder Zerstören von nicht reversiblen Verbindungen) zum Einsatz kommen müssen.The embodiment of the method according to the invention allows a rapid replacement of at least one battery cell on site without the need for specialised tools or destructive techniques (partial or complete disassembly of the device by separating or destroying non-reversible connections).

In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Spannelemente (4.0) durch das Verriegelungselement (5.1) im Zusammenspiel mit dem Verriegelungsgegenstück (5.2) entspannt.In a preferred embodiment, the clamping element (4.0) is relaxed by the locking element (5.1) in interaction with the locking counterpart (5.2).

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die elektrischen Wirkverbindungen als Schraubkontakte ausgeführt.In a further preferred embodiment, the electrical connections are designed as screw contacts.

In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt das Entspannen des Spannelements über eine Zugangsseite. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Zugangsseite durch ein Verschlussmittel gesichert, welches zuerst geöffnet werden muss. Dies erhöht die Sicherheit.In a preferred embodiment, the tensioning element is released via an access side. In a further preferred embodiment, the access side is secured by a closure means which must first be opened. This increases safety.

Eine alternativ bevorzugte Ausführungsform des vorliegenden Verfahrens zum Prüfen und Austauschen zumindest einer Batteriezelle (2.0), in dem die Batteriezellfixiervorrichtung zumindest ein Verschlussmittels (7.0), ein Verriegelungselement (5.1) im Zusammenspiel mit dem Verriegelungsgegenstück (5.2) und ein Schraubkontakte (8.0) aufweist, umfasst die Schritte:

f) Prüfen ob zumindest ein Parameter mit einer defekten Batteriezelle (2.0) assoziiert ist, wenn ja, dann
g) Austauschen zumindest einer defekten Batteriezelle durch
h) Öffnen des Verschlussmittels (7.0), dann
i) Entspannen des Spannelementes (4.0), bevorzugt durch das Verriegelungselement (5.1) im Zusammenspiel mit dem Verriegelungsgegenstück (5.2), dann
j) Lösen zumindest einer elektrischen Wirkverbindung, bevorzugt eines Schraubkontaktes (8.0), und Ersetzen zumindest einer defekten Batteriezelle (2.0) durch eine Batteriezelle (2.0), abschließend
k) gefolgt von der Umkehrung der vorangegangen Schritte.

An alternative preferred embodiment of the present method for testing and replacing at least one battery cell (2.0), in which the battery cell fixing device has at least one closure means (7.0), a locking element (5.1) in interaction with the locking counterpart (5.2) and a screw contact (8.0), comprises the steps:

f) Check whether at least one parameter is associated with a defective battery cell (2.0), if yes, then
g) Replacing at least one defective battery cell with
h) Open the closure device (7.0), then
i) Releasing the clamping element (4.0), preferably by means of the locking element (5.1) in conjunction with the locking counterpart (5.2), then
j) Disconnecting at least one electrical connection, preferably a screw contact (8.0), and replacing at least one defective battery cell (2.0) with a battery cell (2.0), finally
k) followed by the reversal of the previous steps.

Dieses alternative Verfahren weist eine erhöhte Sicherheit auf, da der Zugang durch ein Verschlussmittel gesichert ist.This alternative method offers increased security because access is secured by a locking device.

AUSFÜHRUNGSBEISPIELEEXAMPLES OF IMPLEMENTATION

Anhand folgender Figuren und Ausführungsbeispiele wird die vorliegende Erfindung näher erläutert, ohne die Erfindung auf diese zu beschränken. Dabei zeigt

1: 1 zeigt eine schematische Darstellung (Explosionszeichnung) einer Erfindungsgemäßen Ausführungsform der Batteriezellfixiervorrichtung als Heimspeicherbatteriezellfixiervorrichtung (1.1).
2: 2 zeigt eine schematische Darstellung (Explosionszeichnung) einer Erfindungsgemäßen Ausführungsform der Batteriezellfixierung (3.0)
3: 3 zeigt eine schematische Darstellung (Explosionszeichnung) einer Erfindungsgemäßen Ausführungsform der Batteriezellfixierung (3.0) mit darin angeordneten Batteriezellen.
4: 4 zeigt eine schematische Darstellung (Explosionszeichnung) einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform der Batteriezellfixier-vorrichtung als Heimspeicherbatteriezellfixiervorrichtung (1.1).

The present invention is explained in more detail with reference to the following figures and embodiments, without limiting the invention to these.

1 : 1 shows a schematic representation (exploded drawing) of an embodiment of the battery cell fixing device according to the invention as a home storage battery cell fixing device (1.1).
2 : 2 shows a schematic representation (exploded drawing) of an embodiment of the battery cell fixation (3.0) according to the invention
3 : 3 shows a schematic representation (exploded drawing) of an embodiment of the battery cell fixation (3.0) according to the invention with battery cells arranged therein.
4 : 4 shows a schematic representation (exploded drawing) of a further embodiment of the battery cell fixing device according to the invention as a home storage battery cell fixing device (1.1).

In den unterschiedlichen Figuren sind hinsichtlich ihrer Funktion gleichwertige Teile stets mit denselben Bezugszeichen versehen, sodass diese in der Regel auch nur einmal beschrieben werden.In the different figures, parts that are equivalent in terms of their function are always provided with the same reference symbols, so that they are usually only described once.

Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben. Dabei zeigen: Anhand folgender Figuren und Ausführungsbeispiele wird die vorliegende Erfindung näher erläutert, ohne die Erfindung auf diese zu beschränken. Insbesondere sind in den einzelnen Figuren gezeigte und zu dem jeweiligen Beispiel beschriebene Merkmale nicht auf das jeweilige Einzelbeispiel beschränkt.The present invention is described in more detail below using exemplary embodiments with reference to the accompanying drawings. In the drawings: The present invention is explained in more detail using the following figures and exemplary embodiments, without restricting the invention to these. In particular, features shown in the individual figures and described for the respective example are not restricted to the respective individual example.

Zur Erläuterung des Grundprinzips der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden Ausführungsbeispiele dargestellt. Anzumerken ist, dass das Verhältnis, die Abmessungen, das Ausmaß der Verformung oder der Verschiebungsbetrag der erfindungsgemäßen Bauteile zu Gunsten der Darstellung nicht der Realität entsprechen.To explain the basic principle of the device according to the invention, embodiments are shown. It should be noted that the ratio, the dimensions, the extent of the deformation or the amount of displacement of the components according to the invention do not correspond to reality for the sake of illustration.

Der Singular schließt den Plural ein, es sei denn, aus dem Kontext geht eindeutig etwas anderes hervor. Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele. Sofern in dieser Anmeldung der Begriff „kann“ verwendet wird, handelt es sich sowohl um die technische Möglichkeit als auch um die tatsächliche technische Umsetzung.The singular includes the plural, unless the context clearly indicates otherwise. The properties, features and advantages of this invention described above, as well as the manner in which they are achieved, will become clearer and more readily understood in connection with the following description of the embodiments. Where the term "can" is used in this application, this refers both to the technical possibility and to the actual technical implementation.

Die Ausführungsform gemäß 1 umfasst eine erfindungsgemäße Batteriezellfixiervorrichtung, die in diesem Beispiel als bevorzugte Ausführung einer Heimspeicherbatteriezellfixiervorrichtung (1.0) ausgestaltet ist. Diese ist dabei so gestaltet, dass sie zur Aufnahme und Fixierung von Batteriezellen (2.0) geeignet ist. Dabei weist die Heimspeicherbatteriezellfixiervorrichtung (1.0) in dieser Ausführung beispielshaft genau eine Batteriezellfixierung (3.0) auf, die in einem Gehäuse (1.1) angeordnet ist, in diesem Beispiel vorteilshaft vollständig umfassend ausgestaltet. Das Gehäuse (1.1), weist erfindungsgemäß eine Zugangsseite (1.2), die hier vorteilhaft an der Fixiermittelseite (3.1) der Batteriezellfixierung (3.0) angeordnet ist, sowie eine Kontaktierungsseite (1.3) aufweist, die hier vorteilshaft auf der Fixiermittelgegenseite (3.2) der Batteriezellfixierung (3.0) angeordnet ist, an der hier beispielshaft das BMS (8.1) angeordnet ist. Die Zellen werden in dieser Ausführung mit einer Gesamtspannung von 51,2 V betrieben, die durch das BMS bereitgestellt, kontrolliert und bereitgestellt werden. In diesem Fall weist das Gehäuse eine Oberseite (1.4) und eine Unterseite (1.5) sowie zwei weitere Seitenwände (1.7) auf, die zusammen ein vollständig umfassendes Gehäuse (1.1) bereitstellen.The embodiment according to 1 comprises a battery cell fixing device according to the invention, which in this example is designed as a preferred embodiment of a home storage battery cell fixing device (1.0). This is designed in such a way that it is suitable for receiving and fixing battery cells (2.0). In this embodiment, the home storage battery cell fixing device (1.0) has, for example, exactly one battery cell fixation (3.0), which is arranged in a housing (1.1), in this example advantageously designed to be completely comprehensive. The housing (1.1) has, according to the invention, an access side (1.2), which is advantageously arranged here on the fixing means side (3.1) of the battery cell fixation (3.0), and a contacting side (1.3), which is advantageously arranged here on the fixing means opposite side (3.2) of the battery cell fixation (3.0), on which the BMS (8.1) is arranged here, for example. In this design, the cells are operated with a total voltage of 51.2 V, which is provided, controlled and supplied by the BMS. In this case, the housing has a top (1.4) and a bottom (1.5) as well as two further side walls (1.7), which together provide a fully comprehensive housing (1.1).

Die Batteriezellfixierung (3.0) weist in diesem Ausführungsbeispiel eine Fixiermittelseite (3.1) und eine Fixiermittelgegenseite (3.2) auf, die hier gegenüberliegend angeordnet sind und die durch zwei weitere Seiten und eine Unterseite ergänzt sind, und ist somit, als eine bevorzugte von verschiedenen Ausführungsformen in diesem Fall als Batteriezellumfassung gestaltet ist. Weiterhin weist die hier dargestellte Beispielhafte Batteriezellfixierung (3.0) 16 Batteriezellen (2.0) auf, die zwischen der Fixiermittelseite (3.1) und der Fixiermittelgegenseite (3.2) angeordnet sind, und in 2 Batteriezellreihen (2.1) angeordnet sind. Die 8 Spannelemente (4.0) werden hier so bereitgestellt, dass sie in Wirkverbindung mit den Batteriezellen (2.0) und der Batteriezellfixierung (3.0) stehen. Die 8 Spannelemente (4.0) sind hier exemplarisch als 8 gleichartige Metallfedern ausgeführt, die jeweils eine Höchstkraft pro Feder von 900 N, eine ungespannte Länge von 800 mm aufweisen und eine Federrate von 30 N/mm aufweisen. Diese werden in diesem Ausführungsbeispiel erfindungsgemäß mit einer Einbaulänge von 37.6 mm verbaut, womit sich ein Druck auf die Fläche der Batteriezelle von ca. 8.5 N/cm² im ausgelieferten SOC ergibt.In this embodiment, the battery cell fixation (3.0) has a fixing means side (3.1) and a fixing means counter side (3.2), which are arranged opposite one another and which are supplemented by two further sides and a bottom side, and is thus, as a preferred of various embodiments, designed in this case as a battery cell enclosure. Furthermore, the exemplary battery cell fixation (3.0) shown here has 16 battery cells (2.0) which are arranged between the fixing means side (3.1) and the fixing means opposite side (3.2), and are arranged in 2 battery cell rows (2.1). The 8 clamping elements (4.0) are provided here in such a way that they are in operative connection with the battery cells (2.0) and the battery cell fixation (3.0). The 8 clamping elements (4.0) are designed here as 8 identical metal springs, each of which has a maximum force per spring of 900 N, an untensioned length of 800 mm and a spring rate of 30 N/mm. In this exemplary embodiment, these are installed according to the invention with an installation length of 37.6 mm, which results in a pressure on the surface of the battery cell of approx. 8.5 N/cm ² in the delivered SOC.

Die Batteriezellen (2.0) stehen hier weiterhin elektrisch in Wirkverbundenheit miteinander und der Kontaktierungsseite (1.3). An dieser beispielhaften Fixiermittelseite (3.1) sind hier exemplarisch 8 Spannelemente (4.0), angeordnet, die über zwei Kraftübertragungselemente (4.2) mit den 16 Batteriezellen (2.0), die hier in 2 Batteriezellreihen angeordnet sind, in Wirkverbindung stehen. Die Batteriezellen sind in diesem Beispiel beispielshaft als prismatische Zellen mit einer Kapazität von 280 Ah ausgeführt.The battery cells (2.0) are still electrically connected to each other and to the contact side (1.3). On this example fixing side (3.1) there are 8 clamping elements (4.0) arranged, which are connected via two force transmission elements (4.2) to the 16 battery cells (2.0), which are arranged in 2 battery cell rows. In this example, the battery cells are designed as prismatic cells with a capacity of 280 Ah.

Weiterhin wird zumindest ein Zwischenraum (1.6), hier exemplarisch mit einer Länge von 2.5 cm, zwischen Batteriezellfixierung (3.0) und dem Gehäuse (1.1) bereitgestellt.Furthermore, at least one gap (1.6), here exemplarily with a length of 2.5 cm, is provided between the battery cell fixation (3.0) and the housing (1.1).

In 2 ist eine erfindungsgemäße Ausführungsform der Batteriezellfixierung (3.0) dargestellt, hier exemplarisch als Batteriezellumfassung ausgeführt. Die Batteriezellfixierung (3.0) weist in diesem Ausführungsbeispiel eine Fixiermittelseite (3.1) und eine Fixiermittelgegenseite (3.2) auf, die hier gegenüberliegend angeordnet sind und die durch zwei weitere Seiten und eine Unterseite ergänzt sind, und ist somit, als eine bevorzugte von verschiedenen Ausführungsformen in diesem Fall als Batteriezellumfassung gestaltet ist. Die 8 Spannelemente (4.0) sind hier exemplarisch als 8 gleichartige Metallfedern ausgeführt, die jeweils eine Höchstkraft pro Feder von 900 N, eine ungespannte Länge von 800 mm aufweisen und eine Federrate von 30 N/mm aufweisen. Diese werden in diesem Ausführungsbeispiel erfindungsgemäß mit einer Einbaulänge von 37.6 mm verbaut, womit sich ein Druck auf die Fläche der Batteriezelle von ca. 8.5 N/cm² im ausgelieferten SOC ergibt. Hier ist der Arbeitsbereich (4.2) exemplarisch dargestellt und würde in diesem Beispiel, dass 16 prismatische Zellen (2.2) , in 2 Batteriezellreihen angeordnet sind umfasst, +/-4 mm betragen (+/-0,5 mm pro Batteriezelle pro Batteriezellreihe).In 2 an embodiment of the battery cell fixation (3.0) according to the invention is shown, here designed as an example as a battery cell enclosure. The battery cell fixation (3.0) in this embodiment has a fixing side (3.1) and a fixing opposite side (3.2), which are arranged opposite one another and which are supplemented by two further sides and a bottom, and is thus designed as a battery cell enclosure as a preferred of various embodiments in this case. The 8 tensioning elements (4.0) are designed here as an example as 8 identical metal springs, each of which has a maximum force per spring of 900 N, an untensioned length of 800 mm and a spring rate of 30 N/mm. In this embodiment, these are installed according to the invention with an installation length of 37.6 mm, which results in a pressure on the surface of the battery cell of approx. 8.5 N/cm ² in the delivered SOC. Here, the working area (4.2) is shown as an example and in this example, which includes 16 prismatic cells (2.2) arranged in 2 battery cell rows, would be +/-4 mm (+/-0.5 mm per battery cell per battery cell row).

Weiterhin weist das hier dargestellte Ausführungsbeispiel der Batteriezellfixierung (3.0) beispielshaft 8 Zugänge (7.1) auf der Fixiermittelseite auf, die auf einer Höhe wie 8 Verriegelungsgegenstücke (5.2) angeordnet, die auf der zur Fixiermittelseite weisenden Seite der parallel zur Fixiermittelseite (3.1) ausgerichteten 2 Kraftübertragungselemente (4.1) angeordnet sind.Furthermore, the embodiment of the battery cell fixation (3.0) shown here has, for example, 8 accesses (7.1) on the fixing means side, which are arranged at the same height as 8 locking counterparts (5.2) which are arranged on the side facing the fixing means side of the 2 force transmission elements (4.1) aligned parallel to the fixing means side (3.1).

3 visualisiert eine 16 prismatischen Batteriezellen (2.2), in zwei Batteriezellreihen (2.1) angeordnet, umfassende Batteriezellumfassung mit explosionsartiger Darstellung der Fixiermittelseite (3.1) und daran angeordneten 8 Spannelementen (4.0), 2 Kraftübertragungselementen (4.1), sowie 8 Verriegelungselemente (5.1), die durch die 8 Zugänge (7.1) durch die Fixiermittelseite (3.1) mit den Verriegelungsgegenstücken (5.2) in Wirkverbindung gebracht werden können. Die Verriegelungselemente (5.1) sind hierbei beispielshaft als Bolzen mit rechtsdrehenden Außengewinde ausgeführt, welches mit dem Innengewinde des Verriegelungsgegenstücks (5.2) formschlüssig verbunden werden kann. Die 8 Spannelemente (4.0) sind hier exemplarisch als 8 gleichartige Metallfedern ausgeführt, die jeweils eine Höchstkraft pro Feder von 900 N, eine ungespannte Länge von 800 mm aufweisen und eine Federrate von 30 N/mm aufweisen. Gegenüber der Fixiermittelseite ist weiterhin die Fixiermittelgegenseite (3.2) angeordnet, die in diesem Fall über zwei Seitenwände verbunden als eine Batteriezellumrahmung ausgeführt ist. 3 visualizes a battery cell enclosure comprising 16 prismatic battery cells (2.2), arranged in two battery cell rows (2.1), with an exploded view of the fixing side (3.1) and 8 clamping elements (4.0), 2 force transmission elements (4.1), and 8 locking elements (5.1) arranged thereon, which can be brought into operative connection with the locking counterparts (5.2) through the 8 accesses (7.1) through the fixing side (3.1). The locking elements (5.1) are designed, for example, as bolts with a right-hand external thread, which can be positively connected to the internal thread of the locking counterpart (5.2). The 8 clamping elements (4.0) are designed here as 8 identical metal springs, each of which has a maximum force of 900 N per spring, an unstressed length of 800 mm and a spring rate of 30 N/mm. The fixing means counter side (3.2) is arranged opposite the fixing means side, which in this case is designed as a battery cell frame connected by two side walls.

4 enthält eine schematische Ansicht der Ausführungsform gemäß 1 umfasst eine erfindungsgemäße Batteriezellfixiervorrichtung, die in diesem Beispiel als bevorzugte Ausführung einer Heimspeicherbatteriezellfixiervorrichtung (1.0) ausgestaltet ist. Dabei weist die Heimspeicherbatteriezellfixiervorrichtung (1.0) in dieser Ausführung beispielshaft genau eine Batteriezellfixierung (3.0) auf, die in einem Gehäuse (1.1) angeordnet ist, in diesem Beispiel vorteilshaft vollständig umfassend ausgestaltet. Das Gehäuse (1.1), weist erfindungsgemäß eine Zugangsseite (1.2), die hier vorteilhaft an der Fixiermittelseite (3.1) der Batteriezellfixierung (3.0) angeordnet ist, sowie eine Kontaktierungsseite (1.3) aufweist, die hier vorteilshaft auf der Fixiermittelgegenseite (3.2) der Batteriezellfixierung (3.0) angeordnet ist. In diesem Fall weist das Gehäuse eine Oberseite (1.4) und eine Unterseite (1.5) sowie zwei weitere Seitenwände (1.7) auf, die zusammen ein vollständig umfassendes Gehäuse (1.1) bereitstellen. Weiterhin wird zumindest ein Zwischenraum (1.6), hier exemplarisch mit einer Länge von 2.5 cm, zwischen Batteriezellfixierung (3.0) und dem Gehäuse (1.1) bereitgestellt. In diesem spezifischen Ausführungsbeispiel wird vorteilshaft der Zwischenraum zwischen allen vier Seitenwänden (Zugangsseite (1.2), Kontaktierungsseite (1.3) und zwei weiteren Seitenwänden (1.7)) sowie zwischen Oberseite (1.4) und Batteriezellumfassung bereitgestellt. Der Zwischenraum ist dazu geeignet, ein Dämmelement (6.0), in diesem spezifischen Beispiel exemplarisch als Isoliermatte, spezifischer als Mineralfasermatte mit einer Dicke von 2.5 cm, bereitzustellen, die einen Großteil der Fläche, hier vorteilhaft 90 bis 100% der vier Seitenwände (Zugangsseite (1.2), Kontaktierungsseite (1.3) und zwei weiteren Seitenwänden (1.7)) und Oberseite (1.4) bedecken. Unterhalb der Batteriezellfixierung (3.0) und oberhalb der Unterseite (1.5) ist in diesem Beispiel weiterhin ein temperatur-modifizierendes Element (6.1), in diesem spezifischen Fall eine Heizmatte, angeordnet. 4 contains a schematic view of the embodiment according to 1 comprises a battery cell fixing device according to the invention, which in this example is designed as a preferred embodiment of a home storage battery cell fixing device (1.0). In this embodiment, the home storage battery cell fixing device (1.0) has, for example, exactly one battery cell fixing (3.0) which is arranged in a housing (1.1), in this example advantageously designed to be completely comprehensive. The housing (1.1) has, according to the invention, an access side (1.2), which is advantageously arranged here on the fixing means side (3.1) of the battery cell fixing (3.0), and a contacting side (1.3), which is advantageously arranged here on the fixing means opposite side (3.2) of the battery cell fixing (3.0). In this case, the housing has a top side (1.4) and a bottom side (1.5) as well as two further side walls (1.7), which together provide a completely comprehensive housing (1.1). Furthermore, at least one gap (1.6), here with a length of 2.5 cm, is provided between the battery cell fixation (3.0) and the housing (1.1). In this specific embodiment, the gap is advantageously provided between all four side walls (access side (1.2), contact side (1.3) and two further side walls (1.7)) as well as between the top side (1.4) and the battery cell enclosure. The gap is suitable for accommodating an insulating element (6.0), in this specific example, as an insulating mat, more specifically as a mineral fiber mat with a thickness of 2.5 cm, which covers a large part of the area, here advantageously 90 to 100% of the four side walls (access side (1.2), contact side (1.3) and two further side walls (1.7)) and top side (1.4). In this example, a temperature-modifying element (6.1), in this specific case a heating mat, is also arranged below the battery cell fixation (3.0) and above the bottom side (1.5).

Es ist zu beachten, dass Elemente oder Merkmale, die in Struktur und/oder Funktion ähnlich sind, in verschiedenen Ausführungsformen mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet werden. Wenn also ein bestimmtes Merkmal nicht im Detail unter Bezugnahme auf eine bestimmte Ausführungsform beschrieben wird, kann eine Beschreibung dieses Merkmals aus der Beschreibung einer anderen Ausführungsform übernommen werden. Darüber hinaus werden identische Elemente oder Merkmale, wenn sie in den Ausführungsbeispielen mehr als einmal vorkommen, aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht immer mit einem Bezugszeichen versehen. Diese Merkmale oder Elemente sind dann nur beispielhaft mit dem Bezugszeichen versehen und stehen exemplarisch für alle ähnlichen oder gleichen Merkmale und Elemente.It should be noted that elements or features that are similar in structure and/or function are designated by the same reference numerals in different embodiments. Thus, if a particular feature is not described in detail with reference to a specific embodiment, a description of that feature may be taken from the description of another embodiment. In addition, if identical elements or features occur more than once in the embodiments, they are not always provided with a reference numeral for reasons of clarity. These features or elements are then provided with the reference numeral only as an example and are exemplary for all similar or identical features and elements.

BEZUGSZEICHENLISTEREFERENCE SYMBOL LIST

1.01.0: Heimspeicherbatteriezellfixiervorrichtunghome storage battery cell fixing device
1.11.1: GehäuseHousing
1.21.2: Zugangsseiteaccess page
1.31.3: Kontaktierungsseitecontact page
1.41.4: Oberseitetop
1.51.5: Unterseitebottom
1.61.6: Zwischenraumspace between
1.71.7: Weitere SeitenwandAdditional side wall
2.02.0: Batteriezellenbattery cells
2.12.1: Batteriezellreihebattery cell series
2.22.2: Prismatische ZellenPrismatic cells
3.03.0: Batteriezellfixierung (3.0)battery cell fixation (3.0)
3.13.1: Fixiermittelseitefixative side
3.23.2: Fixiermittelgegenseitefixative opposite side
4.04.0: Spannelementclamping element
4.14.1: Kraftübertragungselementpower transmission element
4.24.2: Arbeitsbereichwork area
5.15.1: Verriegelungselementlocking element
5.25.2: Verriegelungsgegenstücklocking counterpart
6.06.0: Dämmelementinsulation element
6.16.1: Temperatur-modifizierendes Elementtemperature-modifying element
7.07.0: Verschlussmittelclosure means
7.17.1: ZugangAccess
8.08.0: Schraubkontaktescrew contacts
8.18.1: Batteriemanagementsystem (BMS)battery management system (BMS)

Claims

Battery cell fixing device, preferably a home storage battery cell fixing device (1.0), for receiving and fixing battery cells (2.0), comprising at least a) a battery cell fixing (3.0) which is arranged in a housing (1.1), wherein the battery cell fixing (3.0) has at least one fixing means side (3.1) and a fixing means opposite side (3.2), and b) at least two battery cells (2.0) which are arranged between the fixing means side (3.1) and the fixing means opposite side (3.2) and are arranged in at least one battery cell row (2.1), wherein the battery cells (2.0) are electrically operatively connected to one another and to a contacting side (1.3), and c) a housing (1.1), wherein the housing (1.1) has at least one access side (1.2) and a contacting side (1.3), and d) at least one clamping element (4.0) which is connected to at least one battery cell (2.0) is in operative connection, characterized in that at least one intermediate space (1.6), preferably between 1.0 and 5.0 cm, is arranged between the battery cell fixation (3.0) and the housing (1.1).

device according to claim 1 , wherein at least one clamping element (4.0) is provided which is in operative connection between the battery cells (2.0) and the battery cell fixation (3.0) or between the battery cells (2.0) and the housing (1.1).

device according to claim 1 or 2 , wherein the clamping element (4.0) in the state of operative connection provides a uniform defined pressure of 5 to 12 N/cm ² , preferably from 6 to 10 N/cm ² , more preferably between 8 and 9 N/cm ² on the surface of the battery cells (2.0).

Device according to one of the preceding claims, wherein the tensioning element (4.0) is operatively connected to a battery cell via a force transmission element (4.2), wherein the tensioning element (4.0) is preferably designed as a metal spring, linear actuator or an elastic rubber element.

Device according to one of the preceding claims, wherein the battery cell fixation (3.0) comprises at least two battery cells (2.0), wherein the battery cells (2.0) are arranged in at least two battery cell rows (2.1), wherein in each case a clamping element (4.0) is operatively connected to a battery cell (2.0) in a battery cell row (2.1) via a force transmission element (4.2).

Device according to one of the preceding claims, wherein an intermediate space (1.6) is adapted to receive an insulating element (6.0), wherein an insulating element (6.0) is arranged between the battery cell fixation (3.0) and the housing (1.1).

Device according to one of the preceding claims, wherein at least one temperature-modifying element is arranged on the battery cells (2.0), particularly preferably by a heating mat.

Device according to one of the preceding claims, wherein at least one temperature-modifying element is arranged under at least one battery cell, preferably provided by the battery cell fixation (3.0).

Device according to one of the preceding claims, wherein the clamping element (4.0) provides a working range (4.3) of +/-0.1 to +/-2 mm, preferably from +/-0.2 to +/-1 mm per battery cell (2.0).

Device according to one of the preceding claims, wherein the electrically operatively connected battery cells (2.0) are connected such that the total voltage of the battery cell fixing device, preferably provided on the contacting side (1.3), is between 30 and 60 V, more preferably between 40 and 60 V.

Device according to one of the preceding claims, wherein the tensioning element (4.0) can be reversibly brought out of or into the state of operative connection with the battery cells (2.0) by means of a relaxation system comprising at least one locking element (5.1) and a locking counterpart (5.2).

Device according to one of the preceding claims, wherein the relaxation system is designed so that the locking element (5.1) can be brought into operative connection with the locking counterpart (5.2) through the access side (1.2), preferably via an access (7.1) secured by a suitable closure means (7.0), preferably set up in the access side (1.2).

Device according to one of the preceding claims, wherein the battery cells (2.0) are prismatic cells (2.2), particularly preferably prismatic cells (2.2) with a respective storage capacity of 50 to 500 Ah, most preferably of 200 to 400 Ah.

Device according to one of the preceding claims, wherein the housing (1.1) can be maintained non-destructively at least via the access side (1.2), which is secured by a suitable closure means (7.0).

Device according to one of the preceding claims, wherein the electrical connection of the battery cells (2.0) is ensured by means of non-destructively reversibly detachable screw contacts (8.0).

Method for testing and replacing at least one battery cell (2.0) which is arranged in the battery cell fixing device according to one of the Claims 1 until 12 is arranged, comprising the steps: a) checking whether at least one parameter is associated with a defective battery cell (2.0), if so, then b) replacing at least one defective battery cell by c) relaxing the clamping element (4.0), then d) releasing at least one electrical operative connection and replacing at least one defective battery cell (2.0) with a battery cell (2.0), finally e) followed by the reversal of the previous steps.