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EP3888156A1 - Batteriezellenhalter sowie batteriesystem - Google Patents

Batteriezellenhalter sowie batteriesystem

Info

Publication number
EP3888156A1
EP3888156A1 EP19798208.5A EP19798208A EP3888156A1 EP 3888156 A1 EP3888156 A1 EP 3888156A1 EP 19798208 A EP19798208 A EP 19798208A EP 3888156 A1 EP3888156 A1 EP 3888156A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
battery cell
cell holder
elastic
intermediate unit
holder according
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP19798208.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Christian Zielke
Haris Alisic
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP3888156A1 publication Critical patent/EP3888156A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/289—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by spacing elements or positioning means within frames, racks or packs
    • H01M50/291—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by spacing elements or positioning means within frames, racks or packs characterised by their shape
    • H—ELECTRICITY
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    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/61—Types of temperature control
    • H01M10/613—Cooling or keeping cold
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/0481—Compression means other than compression means for stacks of electrodes and separators
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    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
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    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
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    • H01M10/643—Cylindrical cells
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    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the present invention relates to a battery cell holder and a
  • Battery system with a variety of battery cells.
  • the invention is based on cylindrical battery cells, in particular lithium-ion cells, which preferably have a variety of possible uses as rechargeable, electrochemical energy stores.
  • cylindrical battery cells in particular lithium-ion cells, which preferably have a variety of possible uses as rechargeable, electrochemical energy stores.
  • a plurality of battery cells are provided as an electrical connection.
  • the dimensions of such typical cylindrical lithium-ion battery cells are standardized, for example in the "18650" format (diameter: 18 mm, height 65 mm).
  • the battery cells have relatively large tolerance dimensions, which can lead to problems when arranging a large number of battery cells in one housing.
  • Such lithium-ion battery cells also experience during a charge cycle and discharge cycle
  • the battery cell holder according to the invention with the features of claim 1 has the advantage that even with very large,
  • battery cells held according to the invention are specifically secured against vibrations, oscillations, shocks and the like.
  • safe vibration decoupling can be implemented.
  • the battery cell holder has a housing made of an inelastic material, in particular a hard plastic.
  • the housing is set up to accommodate and store a large number of individual battery cells.
  • the battery cell holder further comprises an elastic intermediate unit. Furthermore, a pretensioning device is provided, which is set up to exert a pretensioning force on the elastic intermediate unit in such a way that the elastic intermediate unit is deformed and the battery cell is clamped by means of the deformed elastic intermediate unit.
  • Pretensioner disappears.
  • the individual battery cells are securely and securely in contact with the elastic intermediate unit after the preload has been applied.
  • the elastic intermediate unit preferably comprises a perforated plate-like, elastic, one-piece insert with a plurality of through openings. Such inserts can be mass-produced easily and inexpensively from elastic material.
  • the battery cell holder further preferably comprises a multi-part housing, in particular a two-part housing, the pretensioning device being designed to exert a pretensioning force on the housing so that the elastic intermediate unit is elastically deformed in order to clamp the batteries.
  • the prestressing force can thus be transmitted from outside the housing to the housing and via the housing to the elastic intermediate unit.
  • the biasing device does not have to be arranged inside the housing, so that the battery cells can be arranged in a very compact manner.
  • the prestressing device is further preferably adjustable. In this way, a biasing force can be varied, so that in particular it is possible to react to different dimensional deviations of the battery cells.
  • the adjustable pretensioning device can be implemented, for example, by means of a screw connection or an adjustable spring element or the like.
  • the pretensioning device is set up in such a way that the
  • Biasing device only applies a predetermined biasing force. This solution is particularly inexpensive, but can be different
  • Such a pretensioning device can be realized, for example, by a welded connection between, for example, the cover and a base, the housing, or by clip elements or the like, which hold the cover on the base.
  • the battery cell holder further preferably has a pretensioning device with a multiplicity of pin elements.
  • the elastic intermediate unit has a plurality of auxiliary holes at transition regions between the through openings for receiving the battery cells.
  • One pin element each is arranged in an auxiliary hole.
  • the pin elements have a diameter which is at least partially larger than a diameter of the through openings. This causes the auxiliary holes to widen, so that the elastic deformation of the elastic intermediate unit occurs. This will clamp the battery cells.
  • the pin elements are, for example, provided with a conical end and a cylindrical part with a larger diameter than the diameter of the auxiliary holes, or alternatively completely with a conical or otherwise tapering main body.
  • the pin elements preferably have a head, which makes it easier to push them into the auxiliary holes and to remove them from the auxiliary holes.
  • the battery cell holder is preferably constructed in such a way that the multi-part housing comes into contact with the pin elements during assembly and the housing is set up to press the pin elements into the auxiliary holes.
  • preferably protruding areas can be provided on the housing in the area of the pin elements.
  • the elastic intermediate unit further preferably comprises at least a first elastic element and a second elastic element.
  • the two elastic elements are arranged in the battery cell holder at a distance from each other in the axial direction of the through openings. This allows the used
  • Battery cells are securely stored in two places by the elastic intermediate unit, namely by the first and second elastic element.
  • the first and second elastic elements are used to save costs
  • the battery cell holder further preferably comprises a support element made of an inelastic material, which is arranged adjacent to the elastic intermediate unit.
  • the support element is preferably arranged in the axial direction of the through openings between the first and second elastic elements.
  • the support element serves as support when the pretensioning device exerts a pretensioning force on the multi-part housing and the first and second elastic elements deform elastically.
  • the support element preferably comprises a multiplicity of individual sleeves which are aligned in accordance with the through openings in the first and second elastic elements.
  • the support element comprises a perforated plate-like, one-piece element with a plurality of
  • the housing preferably has a base and a cover.
  • openings for electrical contacting of the individual battery cells are preferably provided in the base and / or in the cover.
  • the basis is
  • the elastic intermediate unit preferably comprises a plurality of
  • each through opening being set up for receiving a battery cell.
  • the battery cells are enclosed by the elastic intermediate unit.
  • Each through opening is set up to receive an individual battery cell.
  • the elastic intermediate unit has a large number of elastic individual elements. As a result, the weight of the elastic intermediate unit can be significantly reduced and the space required for the elastic intermediate unit can be minimized.
  • the elastic intermediate unit comprises exactly one single part with a large number of clamping areas.
  • the clamping areas are set up to clamp the large number of battery cells.
  • the clamping process of the battery cells is preferably carried out between the housing and the clamping areas.
  • a variety of connection areas connects the
  • Battery cell holder also a support element.
  • the elastic intermediate unit is arranged on the support element.
  • the support element serves to support the elastic intermediate unit. If a variety of elastic
  • the support element also serves to support the individual individual elastic elements.
  • the elastic intermediate unit is preferably fixed on the support element.
  • the elastic intermediate unit and the support element form a 2-component component made of an inelastic carrier element with an elastic intermediate component molded onto the carrier element.
  • individual individual elastic elements or a single individual part can be injection molded onto the inelastic carrier element.
  • the elastic intermediate unit has no holes or the like.
  • the support element further preferably has a multiplicity of
  • each through opening being set up for receiving a battery cell. This allows the
  • Battery cells are prepositioned in the through openings of the support element.
  • the battery cell holder further preferably comprises at least one electrical contacting element, which is arranged on the elastic intermediate unit and is designed to make electrical contact with a battery cell on its jacket.
  • at least one electrical contacting element which is arranged on the elastic intermediate unit and is designed to make electrical contact with a battery cell on its jacket.
  • the electrical contacting element is a live element, such as a cable, FPC, or a portion of a circuit board.
  • the intermediate contact element is pressed onto the cell body of the battery cell and this can be contacted permanently if the battery cell has no insulating jacket or has an opening or the like in the insulating jacket. Individual battery cells can thus be contacted or connected in parallel
  • Battery cells connected to the same potential allow electrical contacting, so that a complete battery system can be monitored.
  • the present invention further relates to a battery system comprising a plurality of battery cells and a battery cell holder according to the invention.
  • the battery system preferably comprises a cooling device which feeds a cooling medium into the housing. It is particularly preferred if the elastic intermediate unit has the first and second elastic elements, so that the cooling medium can flow into an intermediate space formed by the first and second elastic elements on the battery cells and the
  • the battery system according to the invention is particularly suitable for electric bicycles.
  • Figure 1 is a schematic cross-sectional view of a
  • FIG. 2 shows a schematic cross-sectional view of the battery system from FIG. 1 in the unassembled state
  • Figure 3 is a schematic longitudinal sectional view taken along line III
  • Figure 4 is a schematic longitudinal sectional view taken along line IV
  • Figure 5 is a schematic cross-sectional view of a
  • FIGS. 6 to 8 are schematic sectional views of a battery cell holder according to a third exemplary embodiment of the invention.
  • FIGS. 9 and 10 are schematic views of a battery cell holder according to a fourth exemplary embodiment.
  • Figure 1 1 is a schematic view of a battery cell holder
  • Figure 12 is a schematic view of a battery cell holder according to a sixth embodiment.
  • Figure 13 is a schematic view of a battery cell holder
  • a battery system 1 with a battery cell holder 2 is described in detail below with reference to FIGS. 1 to 4.
  • Battery cell holder 2 is a multi-part housing 3 with a base 31 and a cover 32. In this case, there are a plurality of openings 30 in the base 31 and cover 32 for making electrical contact with battery cells 7
  • the battery cells 7 are cylindrical battery cells and can be lithium-ion cells, for example.
  • the battery cell holder 2 further comprises an elastic intermediate unit 4 and a pretensioning device 5.
  • Exemplary embodiment comprises a first elastic element 41 and a second elastic element 42.
  • a plurality of through openings 40 are provided in each of the first elastic element 41 and the second elastic element 42.
  • the individual battery cells 7 are guided through the through openings 40 of the elastic intermediate unit 4.
  • the through openings 40 thus serve to receive the battery cells 7.
  • the pretensioning device 5 is a clip-like clamp, which exerts a pretensioning force F1 on the housing 3.
  • the clamp engages around the base 31 and the cover 32 in order to exert the pretensioning force F1 on both the base and the cover.
  • the prestressing force F1 is transmitted via the base 31 and the cover 32 to the first and second elastic elements 41, 42 of the elastic intermediate unit 4.
  • the battery cell holder 2 includes this
  • Embodiment also a support element 6.
  • the support element 6 is arranged in the axial direction of the through openings between the first and second elastic elements 41, 42.
  • the support element 6 is made of an inelastic material. In this embodiment it is
  • Support element 6 is a one-piece component, which also
  • Figure 2 shows the state of the battery cell holder 2 without biasing force.
  • the elastic elements 41, 42 of the elastic intermediate unit 4 are not elastically deformed.
  • the first and second elastic elements 41, 42 as well as the inelastic are
  • Support element 6 has a geometrically similar structure, the through openings 40 of the elastic elements 41, 42 being larger than the through openings 60 of the support element 6 in the unloaded state.
  • an initial width B0 (FIG. 2) in the non-pretensioned state is enlarged to a widened width B1 in the pretensioned state (cf. FIG. 1).
  • the first and second elastic elements 41, 42 Due to the elastic deformation of the first and second elastic elements, the first and second elastic elements 41, 42 also lie sealing against the battery cells 7 (see FIGS. 1 and 4). A full-surface and frictional connection between the battery cell holder 2 and the individual battery cells 7 can thus be achieved. This enables a secure and robust mounting of the individual battery cells. In addition to the holding function, the mounting by means of the first and second elastic elements 41, 42 additionally results in improved damping of external forces such as vibrations and / or vibrations and / or shocks or the like. In particular, the individual battery cells 7 are not in direct contact with the multi-part housing 3, so that there is no direct transmission of such external influences to the individual battery cells 7.
  • thermo cooling can be achieved, since a thermal conductivity of the elastic intermediate unit 4, if this e.g. is made of a polymer (A polymer approx. 0.2 W / mK), is significantly better than, for example, one
  • the use of the elastic intermediate unit 4 enables improved separation of the individual battery cells from one another and also from the environment, if hot gases and / or liquids emerge from the individual battery cells 7 in the event of a fault.
  • the safety of the battery system 1 can thus also be improved.
  • FIG. 3 shows a longitudinal section along the line III-III of FIG. 2, the annular gap 8 on each individual battery cell 7 relating to the second elastic element 42 being illustrated. This gap is 8
  • Figure 4 shows a longitudinal section along the line IV-IV of Figure 1 and thus shows the
  • Prestressed state for example, on the second elastic element 42, in which the first and second elastic elements 41, 42 are elastically deformed and thus bear tightly and sealingly on the individual battery cells 7.
  • Battery cells 7 offset from one another in two rows, whereby a particularly compact and space-saving construction is achieved.
  • Elements 41, 42 also achieve secure holding of the individual battery cells 7 and decoupling from external influences.
  • FIG. 5 shows a battery system 1 according to a second exemplary embodiment of the invention, identical or functionally identical parts having the same
  • the exemplary embodiment from FIG. 5 has an adjustable pretensioning device 5, in which an adjusting element 51, such as, for example, one
  • a diameter of the through openings 60 of the support element 6 is selected such that even in the final assembled state when the pretensioning force is applied to the housing 3, a space 9 between the support element 6 and the individual
  • this intermediate space 9 can be used, for example, for cooling by a cooling device 10, which for example allows a liquid or gaseous cooling medium to flow through the intermediate spaces 9.
  • Figures 6 to 8 show schematic sectional views of a
  • Battery cell holder 1 according to a third embodiment of the invention.
  • the battery cell holder comprises an elastic intermediate unit 4 with a first elastic element 41 and a second elastic element 42.
  • the first and second elastic elements 41, 42 have the same structure. In contrast to the previous ones
  • Embodiments is additionally in the first and second elastic Element 40, 42 provided a plurality of auxiliary holes 43.
  • the auxiliary holes 43 are provided in intermediate regions 44 between the through openings 40 in the material of the elastic elements.
  • four auxiliary holes 43 are formed in the first elastic element 41.
  • a support element 6 is arranged between the first and second elastic elements 41, 42. As in the previous exemplary embodiments, the support element 6 serves as
  • the pretensioner 5 of the third exemplary embodiment comprises
  • Pin elements 50 which can be seen in detail from FIG. 8.
  • the pin members 50 include a head 51, a main body 52, and a tapered portion 53 at the end of the pin member opposite the head.
  • a diameter D1 of the auxiliary holes 43 in the non-deformed state (cf. FIG. 7) is smaller than a diameter D2 of the main body 52 of the pin elements 50.
  • the conical region 53 allows the pin elements 50 to be simply inserted into the auxiliary holes 43 and pressed in, creating an elastic
  • first and second elastic elements 41, 42 takes place.
  • the first and second elastic elements 41, 42 are elastically deformed, which is indicated in FIG. 8 by the arrows F2.
  • the battery cells 7 are clamped by the elastically deformed intermediate unit 4.
  • biasing force F1 can be applied to the pin elements 50 in different ways.
  • additional pretensioning devices can be provided, for example, or protrusions or springs or the like are arranged on a housing, not shown in FIGS of the housing, the pin elements 50 are simultaneously pressed into the auxiliary holes 43 and the battery cells 7 are clamped. Otherwise, this embodiment corresponds to the previous one
  • Figures 9 and 10 show a battery cell holder according to a fourth
  • the battery cell holder comprises the fourth
  • Embodiment a variety of elastic individual elements 45. As can be seen from Figure 9, the elastic individual elements are arranged in intermediate areas between the battery cells 7. Each elastic individual element 45 contacts three battery cells. Furthermore, each has elastic
  • Single element 45 has an auxiliary hole 43, in which, as in the third
  • a pin element or the like Can be inserted to effect an elastic expansion of the individual individual elastic elements 45.
  • an inelastic support element 6 carrier element
  • the individual elastic individual elements 45 are inelastic
  • Support element 6 reached.
  • the individual elements 45 can also be fixed to the support element 6 by means of gluing or welding or the like.
  • Figure 1 1 shows a battery cell holder according to a fifth
  • the fifth exemplary embodiment essentially corresponds to the fourth exemplary embodiment, with the support element 6 being configured differently.
  • the support element 6 is S-shaped and is only provided in the inner intermediate region between the battery cells 7.
  • the support element 6 carries a plurality of individual elastic individual elements 45, each of which has a recess 43.
  • the battery cells 7 are then clamped between the individual elements 45 and the housing 3. This further reduces the weight of the battery cell holder.
  • elastic individual elements 45 can be provided above and below the support element 6.
  • Figure 12 shows a sixth embodiment of the invention, as in
  • the sixth exemplary embodiment has elastic individual elements 45 without auxiliary openings. That is, an elastic deformation of the elastic
  • the support element 6 is S-shaped as in Figure 1 1.
  • the elastic intermediate unit 4 can also be injection molded as a 2-component component, only connecting bridges between the elastic ones
  • Individual elements 45 made of non-elastic material can be provided.
  • Figure 13 shows a seventh embodiment of the invention, which in
  • the electrical contacting elements 70 are provided, the elastic intermediate unit 4 corresponding to that of FIG. 9.
  • the electrical contacting elements 70 are each arranged on the elastic intermediate unit 4. More precisely, the electrical contacting elements 70 are arranged on the elastic individual elements 45 of the elastic intermediate unit 4.
  • FIG. 13 shows the assembled state, so that the elastic individual elements 45 have been deformed. Due to this deformation, the electrical
  • the battery cells 7 have no insulating material at the areas where they are contacted by the electrical contacting elements 70.
  • the electrical contacting elements 70 are preferably cables or parts of a printed circuit board or metallic tongues or the like.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Batteriezellenhalter, umfassend ein Gehäuse (3) aus einem unelastischen Material, welches eingerichtet ist, eine Vielzahl von Batteriezellen (7) aufzunehmen, eine elastische Zwischeneinheit (4) mit einer Vielzahl von Durchgangsöffnungen (40), wobei jede Durchgangsöffnung zur Aufnahme einer Batteriezelle (7) eingerichtet ist, und eine Vorspanneinrichtung (5), welche eingerichtet ist, eine Vorspannkraft (F1) auf die elastische Zwischeneinheit (4) derart auszuüben, dass die elastische Zwischeneinheit (4) elastisch verformt wird, um die Batteriezellen (7) zu klemmen.

Description

Beschreibung
Titel
Batteriezellenhalter sowie Batteriesystem
Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Batteriezellenhalter sowie ein
Batteriesystem mit einer Vielzahl von Batteriezellen.
Die Erfindung geht aus von zylindrischen Batteriezellen, insbesondere Lithium- lonen-Zellen, welche vorzugsweise als wiederaufladbare, elektrochemische Energiespeicher vielfältige Einsatzmöglichkeiten haben. Hierbei sind
üblicherweise eine Vielzahl von Batteriezellen als elektrischer Verbund vorgesehen. Derartige typische zylindrische Lithium-Ionen-Batteriezellen sind in ihren Abmaßen standardisiert, beispielsweise im Format„18650“ (Durchmesser: 18 mm, Höhe 65 mm). Hierbei weisen die Batteriezellen jedoch relativ große Toleranzmaße auf, was zu Problemen bei der Anordnung einer Vielzahl von Batteriezellen in einem Gehäuse führen kann. Auch erfahren derartige Lithium- Ionen-Batteriezellen während eines Ladezyklus und Entladezyklus
Volumenänderungen, welche ausgeglichen werden müssen. Weiterhin erleiden derartige Batteriezellen und Batteriesysteme während ihrer Nutzung häufig zusätzliche Beanspruchungen durch Vibrationen, Schwingungen, gasförmigem oder flüssigem Medieneintritt und Medienaustritt, was zu Zerstörungen derartiger Batteriesysteme führen kann. Insofern besteht ein erhöhter Bedarf an
verbesserten Batteriezellenhaltern sowie Batteriesystemen.
Offenbarung der Erfindung
Der erfindungsgemäße Batteriezellenhalter mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass auch bei sehr großen,
herstellungsbedingten Toleranzen von Batteriezellen ein Toleranzausgleich in mehreren Richtungen möglich ist und die Batteriezelle somit sicher im
Batteriezellenhalter gelagert werden kann. Somit kann eine deutliche
Vereinfachung der Verarbeitung von Batteriezellen verschiedener Chargen und/oder Hersteller, welche erfahrungsgemäß immer unterschiedliche
Toleranzen aufweisen, ermöglicht werden. Ferner können die mit dem
erfindungsgemäßen Batteriezellenhalter gehaltenen Batteriezellen gezielt gegen Vibrationen, Schwingungen, Stöße und dgl. abgesichert werden. Insbesondere kann eine sichere Schwingungsentkoppelung realisiert werden. Weiterhin kann eine zusätzliche thermische, kontaktbasierte Kopplung der einzelnen
Batteriezellen ermöglicht werden, was zu einer deutlich besseren Entwärmung von einzelnen Batteriezellen über lange Zeiträume führt. Dies wird
erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass der Batteriezellenhalter ein Gehäuse aus einem unelastischen Material, insbesondere einem Hartkunststoff, aufweist.
Das Gehäuse ist eingerichtet, eine Vielzahl von einzelnen Batteriezellen aufzunehmen und zu lagern. Ferner umfasst der Batteriezellenhalter eine elastische Zwischeneinheit. Ferner ist eine Vorspanneinrichtung vorgesehen, welche eingerichtet ist, eine Vorspannkraft auf die elastische Zwischeneinheit auszuüben derart, dass die elastische Zwischeneinheit verformt wird und die Batteriezelle mittels der verformten elastischen Zwischeneinheit geklemmt wird.
Somit besteht vor dem Ausüben der Vorspannkraft zwischen der elastischen Zwischeneinheit und den eingesetzten einzelnen Batteriezellen jeweils ein Zwischenraum, welcher dann nach Aufbringen der Vorspannkraft der
Vorspanneinrichtung verschwindet. Somit sind die einzelnen Batteriezellen durch die elastische Zwischeneinheit nach Aufbringen der Vorspannkraft mit dieser in Kontakt und sicher gelagert.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
Vorzugsweise umfasst die elastische Zwischeneinheit einen lochblechartigen, elastischen, einstückigen Einsatz mit einer Vielzahl von Durchgangsöffnungen. Derartige Einsätze können aus elastischem Material einfach und kostengünstig in Massen hergestellt werden.
Weiter bevorzugt umfasst der Batteriezellenhalter ein mehrteiliges Gehäuse, insbesondere ein zweiteiliges Gehäuse, wobei die Vorspanneinrichtung derart eingerichtet ist, eine Vorspannkraft auf das Gehäuse auszuüben, sodass die elastische Zwischeneinheit elastisch verformt wird, um die Batterien zu klemmen.
Somit kann die Vorspannkraft von außerhalb des Gehäuses auf das Gehäuse und über das Gehäuse auf die elastische Zwischeneinheit übertragen werden.
Somit muss die Vorspanneinrichtung nicht im Inneren des Gehäuses angeordnet werden, sodass die Batteriezellen sehr kompakt angeordnet werden können. Weiter bevorzugt ist die Vorspanneinrichtung einstellbar. Hierdurch kann eine Vorspannkraft variiert werden, so dass insbesondere auf unterschiedliche Maßabweichungen der Batteriezellen reagiert werden kann. Die einstellbare Vorspanneinrichtung kann beispielsweise mittels einer Schraubverbindung oder einem einstellbaren Federelement oder dgl. realisiert sein.
Alternativ ist die Vorspanneinrichtung derart eingerichtet, dass die
Vorspanneinrichtung nur eine vorbestimmte Vorspannkraft aufbringt. Diese Lösung ist besonders kostengünstig, kann jedoch bei unterschiedlichen
Toleranzen verschiedener einzelner Batteriezellen dazu führen, dass die jeweiligen Vorspannkräfte auf die Batteriezellen unterschiedlich sind. Dies ist jedoch hinnehmbar und führt nicht zu Nachteilen beim Gebrauch der
Batteriezellen. Eine derartige Vorspanneinrichtung kann beispielsweise durch eine Schweißverbindung zwischen zum Beispiel dem Deckel und einer Basis, des Gehäuses realisiert werden oder durch Clipselemente oder dgl., welche den Deckel auf der Basis halten.
Weiter bevorzugt weist der Batteriezellenhalter gemäß einer alternativen Ausgestaltung eine Vorspanneinrichtung mit einer Vielzahl von Stiftelementen auf. Dabei weist die elastische Zwischeneinheit an Übergangsbereichen zwischen den Durchgangsöffnungen zur Aufnahme der Batteriezellen eine Vielzahl von Hilfslöchern auf. Jeweils ein Stiftelement ist dabei in einem Hilfsloch angeordnet. Die Stiftelemente weisen dabei einen Durchmesser auf, welcher zumindest teilweise größer ist als ein Durchmesser der Durchgangsöffnungen. Dadurch erfolgt ein Aufweiten der Hilfslöcher, sodass die elastische Verformung der elastischen Zwischeneinheit auftritt. Dadurch werden die Batteriezellen geklemmt. Die Stiftelemente sind beispielsweise mit einem konischen Ende und einem zylindrischen Teil mit größerem Durchmesser als der Durchmesser der Hilfslöcher versehen oder alternativ vollständig mit einem konischen oder anderweitig sich verjüngenden Hauptkörper ausgebildet. Vorzugsweise weisen die Stiftelemente einen Kopf auf, wodurch ein Eindrücken in die Hilfslöcher und ein Entnehmen aus den Hilfslöchern vereinfacht wird.
Vorzugsweise ist der Batteriezellenhalter derart aufgebaut, dass das mehrteilige Gehäuse beim Zusammenbau mit den Stiftelementen in Kontakt kommt und das Gehäuse eingerichtet ist, die Stiftelemente in die Hilfslöcher hinein zu drücken. Hierbei können am Gehäuse vorzugsweise vorstehende Bereiche im Bereich der Stiftelemente vorgesehen werden.
Weiter bevorzugt umfasst die elastische Zwischeneinheit wenigstens ein erstes elastisches Element und ein zweites elastisches Element. Die beiden elastischen Elemente sind im Batteriezellenhalter in Axialrichtung der Durchgangsöffnungen voneinander beabstandet angeordnet. Dadurch können die eingesetzten
Batteriezellen an zwei Stellen durch die elastische Zwischeneinheit, nämlich durch das erste und zweite elastische Element sicher gelagert werden.
Zur Kosteneinsparung sind das erste und zweite elastische Element
vorzugsweise gleich aufgebaut.
Weiter bevorzugt umfasst der Batteriezellenhalter ein Abstützelement aus einem unelastischen Material, welches benachbart zur elastischen Zwischeneinheit angeordnet ist. Das Abstützelement ist in Axialrichtung der Durchgangsöffnungen bevorzugt zwischen dem ersten und zweiten elastischen Element angeordnet. Hierbei dient das Abstützelement als Abstützung, wenn die Vorspanneinrichtung eine Vorspannkraft auf das mehrteilige Gehäuse ausübt und die ersten und zweiten elastischen Elemente sich elastisch verformen.
Vorzugsweise umfasst das Abstützelement eine Vielzahl von einzelnen Hülsen, welche entsprechend den Durchgangsöffnungen im ersten und zweiten elastischen Element ausgerichtet sind. Alternativ umfasst das Abstützelement ein lochblechartiges, einstückiges Element mit einer Vielzahl von
Durchgangsöffnungen, welche entsprechend den Durchgangsöffnungen im ersten und zweiten elastischen Element ausgerichtet sind.
Das Gehäuse weist vorzugsweise eine Basis und einen Deckel auf. Hierbei sind in der Basis und/oder im Deckel vorzugsweise Öffnungen für eine elektrische Kontaktierung der einzelnen Batteriezellen vorgesehen. Die Basis ist
vorzugsweise topfförmig ausgebildet.
Bevorzugt umfasst die elastische Zwischeneinheit eine Vielzahl von
Durchgangsöffnungen, wobei jede Durchgangsöffnung zur Aufnahme einer Batteriezelle eingerichtet ist. Dadurch werden die Batteriezellen von der elastischen Zwischeneinheit umschlossen. Jede Durchgangsöffnung ist zur Aufnahme einer einzelnen Batteriezelle eingerichtet. Vor dem Ausüben der Vorspannkraft besteht zwischen den Durchgangsöffnungen der elastischen Zwischeneinheit und den eingesetzten einzelnen Batteriezellen jeweils ein ringförmiger Zwischenraum, welcher nach Aufbringen der Vorspannkraft verschwindet.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die elastische Zwischeneinheit eine Vielzahl von elastischen Einzelelementen auf. Hierdurch kann das Gewicht der elastischen Zwischeneinheit signifikant reduziert werden und ein notwendiger Bauraum für die elastische Zwischeneinheit minimiert werden.
Alternativ umfasst die elastische Zwischeneinheit genau ein einzelnes Einzelteil mit einer Vielzahl von Klemmbereichen. Die Klemmbereiche sind eingerichtet, die Vielzahl von Batteriezellen zu klemmen. Der Klemmvorgang der Batteriezellen wird dabei vorzugsweise zwischen dem Gehäuse und den Klemmbereichen vorgenommen. Eine Vielzahl von Verbindungsbereichen verbindet die
Klemmbereiche untereinander.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung umfasst der
Batteriezellenhalter ferner ein Abstützelement. Die elastische Zwischeneinheit ist dabei am Abstützelement angeordnet. Das Abstützelement dient zur Abstützung der elastischen Zwischeneinheit. Falls eine Vielzahl von elastischen
Einzelelementen vorgesehen ist, dient das Abstützelement auch zur Abstützung der einzelnen elastischen Einzelelemente.
Bevorzugt ist die elastische Zwischeneinheit am Abstützelement fixiert.
Vorzugsweise erfolgt dies mittels Kleben oder Schweißen oder dgl. Weiter bevorzugt bilden die elastische Zwischeneinheit und das Abstützelement ein 2- Komponenten-Bauteil aus einem unelastischen Trägerelement mit einem am Trägerelement angespritzten elastischen Zwischenbauteil. Hierbei können insbesondere einzelne elastische Einzelelemente oder ein einziges Einzelteil an das unelastische Trägerelement angespritzt werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist die elastische
Zwischeneinheit Hilfslöcher auf. Alternativ weist die elastische Zwischeneinheit keine Löcher oder dgl. auf. Weiter bevorzugt weist das Abstützelement eine Vielzahl von
Durchgangsöffnungen auf, wobei jede Durchgangsöffnung zur Aufnahme einer Batteriezelle eingerichtet ist. Hierdurch können bei der Montage die
Batteriezellen in den Durchgangsöffnungen des Abstützelements vorpositioniert werden.
Weiter bevorzugt umfasst der Batteriezellenhalter wenigstens ein elektrisches Kontaktierungselement, welches an der elastischen Zwischeneinheit angeordnet ist und eingerichtet ist, eine Batteriezelle an deren Mantel elektrisch zu kontaktieren. Vorzugsweise sind eine Vielzahl von elektrischen
Kontaktierungselementen vorgesehen. Das elektrische Kontaktierungselement ist ein spannungsführendes Element, wie beispielsweise ein Kabel, FPC, oder ein Teilbereich einer Leiterplatte. Bei der Expansion des elastischen
Zwischenelements wird das elektrische Kontaktierungselement mit an den Zellkörper der Batteriezelle gedrückt und diese kann dadurch dauerhaft kontaktiert werden, wenn die Batteriezelle keinen isolierenden Mantel aufweist bzw. eine Öffnung oder dgl. im isolierenden Mantel aufweist. Somit können einzelne Batteriezellen kontaktiert werden oder an parallel geschalteten
Batteriezellenverbunden gleichen Potentials eine elektrische Kontaktierung ermöglicht werden, so dass ein komplettes Batteriesystem überwacht werden kann.
Ferner betrifft die vorliegende ein Batteriesystem umfassend eine Vielzahl von Batteriezellen und einen erfindungsgemäßen Batteriezellenhalter.
Das Batteriesystem umfasst vorzugsweise eine Kühleinrichtung, welche ein Kühlmedium in das Gehäuse zuführt. Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn die elastische Zwischeneinheit das erste und zweite elastische Element aufweist, so dass das Kühlmedium in einen durch das erste und zweite elastische Element an den Batteriezellen gebildeten Zwischenraum strömen kann und die
Batteriezellen kühlen können. Insbesondere wenn das Kühlmedium ein flüssiges Medium und nicht Luft ist, kann hierbei ein abgeschlossener Kühlraum an den Batteriezellen durch das erste und zweite elastische Element der elastischen Zwischeneinheit bereitgestellt werden, welcher eine sichere Abdichtung ermöglicht. Durch den einfachen und gewichtsoptimierten Aufbau des Batteriesystems eignet sich das erfindungsgemäße Batteriesystem insbesondere bei elektrischen Fahrrädern.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
Figur 1 eine schematische Querschnittsansicht eines
Batteriesystems mit einem Batteriezellenhalter gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung im montierten Zustand,
Figur 2 eine schematische Querschnittsansicht des Batteriesystems von Figur 1 im nicht-montierten Zustand,
Figur 3 eine schematische Längsschnittansicht entlang der Linie III-
III von Figur 2,
Figur 4 eine schematische Längsschnittansicht entlang der Linie IV-
IV von Figur 1 ,
Figur 5 eine schematische Querschnittsansicht eines
Batteriesystems mit einem Batteriezellenhalter gemäß einem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel im montierten Zustand,
Figuren 6 bis 8 schematische Schnittansichten eines Batteriezellenhalters gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Figuren 9 und 10 schematische Ansichten eines Batteriezellenhalters gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel,
Figur 1 1 eine schematische Ansicht eines Batteriezellenhalters
gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel, Figur 12 eine schematische Ansicht eines Batteriezellenhalters gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel, und
Figur 13 eine schematische Ansicht eines Batteriezellenhalters
gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 4 ein Batteriesystem 1 mit einem Batteriezellenhalter 2 im Detail beschrieben.
Wie im montierten Zustand aus Figur 1 ersichtlich ist, umfasst der
Batteriezellenhalter 2 ein mehrteiliges Gehäuse 3 mit einer Basis 31 und einem Deckel 32. Hierbei sind in der Basis 31 und dem Deckel 32 jeweils eine Vielzahl von Öffnungen 30 zur elektrischen Kontaktierung von Batteriezellen 7
vorgesehen.
Die Batteriezellen 7 sind zylindrische Batteriezellen und können beispielsweise Lithium-Ionen-Zellen sein.
Der Batteriezellenhalter 2 umfasst ferner eine elastische Zwischeneinheit 4 sowie eine Vorspanneinrichtung 5. Die elastische Zwischeneinheit 4 dieses
Ausführungsbeispiels umfasst ein erstes elastisches Element 41 und ein zweites elastisches Element 42. Im ersten elastischen Element 41 und im zweiten elastischen Element 42 sind jeweils eine Vielzahl von Durchgangsöffnungen 40 vorgesehen. Wie aus Figur 1 deutlich wird, sind die einzelnen Batteriezellen 7 dabei durch die Durchgangsöffnungen 40 der elastischen Zwischeneinheit 4 hindurchgeführt. Somit dienen die Durchgangsöffnungen 40 zur Aufnahme der Batteriezellen 7.
Die Vorspanneinrichtung 5 ist in diesem Ausführungsbeispiel eine clipsartige Klammer, welche eine Vorspannkraft F1 auf das Gehäuse 3 ausübt. Wie in Figur 1 schematisch dargestellt, umgreift die Klammer dabei die Basis 31 und den Deckel 32, um jeweils die Vorspannkraft F1 sowohl auf die Basis als auch den Deckel auszuüben. Die Vorspannkraft F1 wird über die Basis 31 und den Deckel 32 dabei auf das erste und zweite elastische Element 41 , 42 der elastischen Zwischeneinheit 4 übertragen. Wie aus Figur 1 ersichtlich ist, umfasst der Batteriezellenhalter 2 dieses
Ausführungsbeispiels ferner noch ein Abstützelement 6. Das Abstützelement 6 ist in Axialrichtung der Durchgangsöffnungen zwischen dem ersten und zweiten elastischen Element 41 , 42 angeordnet. Das Abstützelement 6 ist aus einem unelastischen Material hergestellt. In diesem Ausführungsbeispiel ist das
Abstützelement 6 ein einstückiges Bauteil, welches ebenfalls
Durchgangsöffnungen 60 zur Aufnahme der Batteriezellen 7 aufweist.
Figur 2 zeigt hierbei den Zustand des Batteriezellenhalters 2 ohne Vorspannkraft. Hierbei sind die elastischen Elemente 41 , 42 der elastischen Zwischeneinheit 4 nicht elastisch verformt. Wie aus Figur 2 ersichtlich ist, sind grundsätzlich das erste und zweiten elastische Element 41 , 42 sowie das unelastische
Abstützelement 6 geometrisch ähnlich aufgebaut, wobei im unbelasteten Zustand die Durchgangsöffnungen 40 der elastischen Elemente 41 , 42 größer sind als die Durchgangsöffnungen 60 des Abstützelements 6.
Durch die Vorspanneinrichtung 5 wird, wie oben schon erläutert, die
Vorspannkraft F1 auf das Gehäuse 3 übertragen. Da das Gehäuse 3 aus einem unelastischen Material hergestellt ist, wird diese Vorspannkraft F1 auf das erste und zweite elastische Element 41 , 42 der elastischen Zwischeneinheit 4 übertragen. Hierbei dient das Abstützelement 6 als Abstützung. Dadurch ergibt sich gleichzeitig eine elastische Verformung des ersten und zweiten elastischen Elements 41 , 42, was in Figur 1 durch die Pfeile F2 angedeutet ist. Dadurch wird ein Spalt 8 (s. Figuren 2 und 3), welcher im unvorgespannten Zustand des Batteriezellenhalters 2 an den elastischen Elementen 41 , 42 vorhanden ist, eliminiert und die ersten und zweiten elastischen Elemente 41 , 42 üben eine auf die Batteriezellen 7 gerichtete Haltekraft aus.
Somit können auch große herstellungsbedingte Toleranzen der Batteriezellen 7, insbesondere hinsichtlich ihres Umfangs und/oder ihrer Länge ausgeglichen werden. Wie ein Vergleich zwischen den Figuren 1 und 2 zeigt, ist hierbei eine Ausgangslänge L0 des ersten und zweiten elastischen Elements 41 , 42 durch Ausüben der Vorspannkraft F1 auf eine reduzierte Länge L1 verkleinert.
Weiterhin ist eine Ausgangsbreite B0 (Figur 2) im unvorgespannten Zustand auf eine verbreiterte Breite B1 im vorgespannten Zustand (vgl. Figur 1 ) vergrößert.
Durch die elastische Verformung des ersten und zweiten elastischen Elements liegen somit die ersten und zweiten elastischen Elemente 41 , 42 auch abdichtend an den Batteriezellen 7 an (vgl. Figuren 1 und 4). Somit kann eine vollflächige und reibschlüssige Verbindung zwischen dem Batteriezellenhalter 2 und den einzelnen Batteriezellen 7 erreicht werden. Dadurch kann eine sichere und robuste Halterung der einzelnen Batteriezellen ermöglicht werden. Neben der Haltefunktion ergibt sich durch die Halterung mittels des ersten und zweiten elastischen Elementes 41 , 42 zusätzlich noch eine verbesserte Dämpfung von äußeren Krafteinflüssen wie beispielsweise Schwingungen und/oder Vibrationen und/oder Stöße oder dgl. Insbesondere sind die einzelnen Batteriezellen 7 nicht in direktem Kontakt mit dem mehrteiligen Gehäuse 3, so dass keine direkte Übertragung derartiger äußerer Einflüsse auf die einzelnen Batteriezellen 7 erfolgt.
Weiterhin kann im Vergleich mit dem Stand der Technik eine verbesserte thermische Entwärmung erreicht werden, da eine Wärmeleitfähigkeit der elastischen Zwischeneinheit 4, wenn diese z.B. aus einem Polymer hergestellt ist (A_Polymer ca. 0,2 W/mK), deutlich besser ist, als beispielsweise eine
Wärmeleitfähigkeit von Luft (A_Luft ca. 0,0024 W/mK).
Weiterhin ermöglicht die Verwendung der elastischen Zwischeneinheit 4 eine verbesserte Abschottung der einzelnen Batteriezellen untereinander und auch gegenüber der Umgebung, falls etwa in einem Fehlerfall heiße Gase und/oder Flüssigkeiten aus den einzelnen Batteriezellen 7 austreten. Somit kann zusätzlich auch die Sicherheit des Batteriesystems 1 verbessert werden.
Zur Verdeutlichung zeigt Figur 3 einen Längsschnitt entlang der Linie lll-lll von Figur 2, wobei der ringförmige Spalt 8 an jeder einzelnen Batteriezelle 7 zum zweiten elastischen Element 42 verdeutlicht wird. Dieser Spalt 8 ist
selbstverständlich in gleicher weise auch beim ersten elastischen Element 41 im unbelasteten, d.h. unvorgespannten Zustand vorhanden. Figur 4 zeigt einen Längsschnitt entlang der Linie IV-IV von Figur 1 und zeigt somit den
vorgespannten Zustand beispielhaft am zweiten elastischen Element 42, bei dem die ersten und zweiten elastischen Elemente 41 , 42 elastisch verformt werden und somit an den einzelnen Batteriezellen 7 eng und abdichtend anliegen.
Dadurch ist der jeweils noch im unvorgespannten Zustand vorhandene Spalt 8 vollständig verschwunden. Wie weiter aus den Figuren 3 und 4 ersichtlich ist, sind die einzelnen
Batteriezellen 7 versetzt zueinander in zwei Reihen angeordnet, wodurch ein besonders kompakter und platzsparender Aufbau erreicht wird.
Durch die doppelte Lagerung mittels des ersten und zweiten elastischen
Elements 41 , 42 wird ferner eine sichere Halterung der einzelnen Batteriezellen 7 und Entkoppelung von äußeren Einflüssen erreicht.
Figur 5 zeigt ein Batteriesystem 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei gleiche bzw. funktional gleiche Teile mit den gleichen
Bezugszeichen bezeichnet sind. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel weist das Ausführungsbeispiel von Figur 5 eine einstellbare Vorspanneinrichtung 5 auf, bei der ein Einstellelement 51 , wie beispielsweise eine
Schraubverbindung, mit welcher eine Vorspannkraft F1 auf das Gehäuse 3 verändert werden kann, aufweist. Weiterhin ist im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel beim zweiten Ausführungsbeispiel ein Durchmesser der Durchgangsöffnungen 60 des Abstützelements 6 derart gewählt, dass auch im endmontierten Zustand bei Aufbringen der Vorspannkraft auf das Gehäuse 3 ein Zwischenraum 9 zwischen dem Abstützelement 6 und den einzelnen
Batteriezellen 7 verbleibt. Durch die Abdichtung des ersten und zweiten elastischen Elements 41 , 42 der elastischen Zwischeneinheit 4 kann dieser Zwischenraum 9 beispielsweise zur Kühlung durch eine Kühleinrichtung 10 verwendet werden, welche beispielsweise ein flüssiges oder gasförmiges Kühlmedium durch die Zwischenräume 9 strömen lässt.
Ansonsten entspricht dieses Ausführungsbeispiel dem vorhergehenden
Ausführungsbeispiel, so dass auf die dort gegebene Beschreibung verwiesen werden kann.
Die Figuren 6 bis 8 zeigen schematische Schnittansichten eines
Batteriezellenhalters 1 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Wie aus der Schnittansicht von Figur 6 und Figur 7, welche einen Schnitt entlang der Linie Vll-Vll von Figur 6 ersichtlich ist, umfasst der Batteriezellenhalter eine elastische Zwischeneinheit 4 mit einem ersten elastischen Element 41 und einem zweiten elastischen Element 42. Das erste und zweite elastische Element 41 , 42 sind gleich aufgebaut. Im Unterschied zu den vorhergehenden
Ausführungsbeispielen ist zusätzlich in dem ersten und zweiten elastischen Element 40, 42 eine Vielzahl von Hilfslöchern 43 vorgesehen. Wie aus Figur 6 ersichtlich ist, sind die Hilfslöcher 43 dabei in Zwischenbereichen 44 zwischen den Durchgangsöffnungen 40 im Material der elastischen Elemente vorgesehen. Wie aus Figur 6 ersichtlich ist, sind hierbei im ersten elastischen Element 41 vier Hilfslöcher 43 ausgebildet.
Wie aus Figur 7 weiter ersichtlich ist, ist zwischen dem ersten und zweiten elastischen Element 41 , 42 ein Abstützelement 6 angeordnet. Wie in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen dient das Abstützelement 6 als
Abstützung, wenn eine Vorspannkraft auf die ersten und zweiten elastischen Elemente 41 , 42 ausgeübt wird.
Die Vorspanneinrichtung 5 des dritten Ausführungsbeispiels umfasst
Stiftelemente 50, welche im Detail aus Figur 8 ersichtlich sind. Die Stiftelemente 50 umfassen einen Kopf 51 , einen Hauptkörper 52 und einen konischen Bereich 53 am dem Kopf entgegen gesetzten Ende des Stiftelements. Hierbei ist ein Durchmesser D1 der Hilfslöcher 43 im nichtverformten Zustand (vgl. Figur 7) kleiner als ein Durchmesser D2 des Hauptkörpers 52 der Stiftelemente 50. Durch den konischen Bereich 53 können die Stiftelemente 50 einfach in die Hilfslöcher 43 ein geführt werden und eingedrückt werden, wodurch eine elastische
Verformung des ersten und zweiten elastischen Elements 41 , 42 erfolgt. Durch das Eindrücken der Stiftelemente 50 mit der Vorspannkraft F1 werden die ersten und zweiten elastischen Elemente 41 , 42 elastisch verformt, was in Figur 8 durch die Pfeile F2 angedeutet ist. Dadurch erfolgt eine Klemmung der Batteriezellen 7 durch die elastisch verformte Zwischeneinheit 4.
Es sei angemerkt, dass die Vorspannkraft F1 auf die Stiftelemente 50 in unterschiedlicher Weise aufgebracht werden kann. Hierzu können beispielsweise separate zusätzliche Vorspanneinrichtungen vorgesehen sein oder an einem in den Figuren 6 bis 8 nicht gezeigten Gehäuse sind Vorsprünge oder Federn oder dergleichen angeordnet, welche beim Zusammensetzen des Gehäuses auf die lose in die Hilfslöcher 43 eingesteckten Stiftelemente 50 die Vorspannkraft ausüben, sodass beim Zusammenbau des Gehäuses auch gleichzeitig die Stiftelemente 50 in die Hilfslöcher 43 gedrückt werden und die Batteriezellen 7 geklemmt werden. Ansonsten entspricht dieses Ausführungsbeispiel dem vorhergehenden
Ausführungsbeispiel, sodass auf die dort gegebene Beschreibung verwiesen werden kann.
Figuren 9 und 10 zeigen einen Batteriezellenhalter gemäß einem vierten
Ausführungsbeispiel der Erfindung. Im Unterschied zu den vorhergehenden Ausführungsbeispielen umfasst der Batteriezellenhalter des vierten
Ausführungsbeispiels eine Vielzahl von elastischen Einzelelementen 45. Wie aus Figur 9 ersichtlich ist, sind die elastischen Einzelelemente in Zwischenbereichen zwischen den Batteriezellen 7 angeordnet. Jedes elastische Einzelelement 45 kontaktiert dabei drei Batteriezellen. Weiterhin weist jedes elastische
Einzelelement 45 ein Hilfsloch 43 auf, in welches, wie beim dritten
Ausführungsbeispiel beschrieben, ein Stiftelement oder dgl. eingesteckt werden kann, um eine elastische Expansion der einzelnen elastischen Einzelelemente 45 zu bewirken. Wie aus Figur 9 und 10 ersichtlich ist, ist ferner ein unelastisches Abstützelement 6 (Trägerelement) vorgesehen, welches Ausnehmungen 60 aufweist, in welchem die einzelnen Batteriezellen 7 angeordnet sind. Die einzelnen elastischen Einzelelemente 45 sind dabei am unelastischen
Abstützelement 6 fixiert. Wie in Figur 10 gezeigt, sind elastische Einzelelemente 45 an einer Oberseite und Unterseite des Abstützelements 6 angeordnet. Dies wird vorzugsweise durch ein Anspritzen der Einzelelemente 45 an das
Abstützelement 6 erreicht. Alternativ können die Einzelelemente 45 auch mittels Kleben oder Schweißen oder dgl. am Abstützelement 6 fixiert werden.
Figur 1 1 zeigt einen Batteriezellenhalter gemäß einem fünften
Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das fünfte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem vierten Ausführungsbeispiel, wobei im Unterschied dazu das Abstützelement 6 unterschiedlich ausgebildet ist. Wie aus Figur 1 1 ersichtlich ist, ist das Abstützelement 6 S-förmig und nur im inneren Zwischenbereich zwischen den Batteriezellen 7 vorgesehen. Das Abstützelement 6 trägt, wie im vierten Ausführungsbeispiel, eine Vielzahl von einzelnen elastischen Einzelelementen 45, die jeweils eine Ausnehmung 43 aufweisen. Die Batteriezellen 7 werden dann zwischen den Einzelelementen 45 und dem Gehäuse 3 geklemmt. Dadurch kann ein Gewicht des Batteriezellenhalters weiter reduziert werden. Wie in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen können hierbei oberhalb und unterhalb des Abstützelements 6 elastische Einzelelemente 45 vorgesehen werden. Figur 12 zeigt ein sechstes Ausführungsbeispiel der Erfindung, wie es im
Wesentlichen dem fünften Ausführungsbeispiel entspricht. Im Unterschied dazu weist das sechste Ausführungsbeispiel elastische Einzelelemente 45 ohne Hilfsöffnungen auf. D.h., eine elastische Verformung der elastischen
Einzelelemente 45 erfolgt nur durch Ausüben einer Vorspannkraft auf die freiliegende Oberfläche. Das Abstützelement 6 ist wie in Figur 1 1 S-förmig ausgebildet.
Alternativ sei zu dem Ausführungsbeispiel von Figur 12 angemerkt, dass die elastische Zwischeneinheit 4 auch als 2-Komponenten-Bauteil gespritzt werden kann, wobei lediglich Verbindungsbrücken zwischen den elastischen
Einzelelementen 45 aus nichtelastischem Material vorgesehen werden.
Figur 13 zeigt ein siebtes Ausführungsbeispiel der Erfindung, welches im
Wesentlichen dem vierten Ausführungsbeispiel der Figuren 9 und 10 entspricht.
Beim siebten Ausführungsbeispiel sind zusätzlich noch elektrische
Kontaktierungselemente 70 vorgesehen, wobei die elastische Zwischeneinheit 4 der von Figur 9 entspricht. Die elektrischen Kontaktierungselemente 70 sind dabei jeweils an der elastischen Zwischeneinheit 4 angeordnet. Genauer sind die elektrischen Kontaktierungselemente 70 an den elastischen Einzelelementen 45 der elastischen Zwischeneinheit 4 angeordnet. Figur 13 zeigt dabei den montierten Zustand, so dass eine Verformung der elastischen Einzelelemente 45 stattgefunden hat. Durch diese Verformung werden die elektrischen
Kontaktierungselemente 70 gegen den Mantel der Batteriezellen 7 gedrückt. Die Batteriezellen 7 weisen an den Bereichen, an denen sie von den elektrischen Kontaktierungselementen 70 kontaktiert werden, kein isolierendes Material auf.
Somit kann eine dauerhafte elektrische Kontaktierung der Batteriezellen 7 durch die elektrischen Kontaktierungselemente 70 ermöglicht werden. Je nach
Schaltung der Batteriezellen können einzelne Batteriezellen kontaktiert werden oder bei parallel geschalteten Batteriezellenverbunden auch alle Batteriezellen elektrischen kontaktiert werden. Somit kann beispielsweise eine einfache Spannungsüberwachung der Batteriezellen 7 vorgenommen werden. Die elektrischen Kontaktierungselemente 70 sind vorzugsweise Kabel oder Teile einer Leiterplatte oder metallische Zungen oder dgl.

Claims

Ansprüche
1. Batteriezellenhalter, umfassend:
ein Gehäuse (3) aus einem unelastischen Material, welches eingerichtet ist, eine Vielzahl von Batteriezellen (7) aufzunehmen, eine elastische Zwischeneinheit (4), und
eine Vorspanneinrichtung (5), welche eingerichtet ist, eine Vorspannkraft (F1 ) auf die elastische Zwischeneinheit (4) derart auszuüben, dass die elastische Zwischeneinheit (4) elastisch verformt wird, um Batteriezellen (7) zu klemmen.
2. Batteriezellenhalter nach Anspruch 1 , wobei die Zwischeneinheit (4) eine Vielzahl von Durchgangsöffnungen (40) aufweist, wobei jede
Durchgangsöffnung zur Aufnahme einer Batteriezelle (7) eingerichtet ist,
3. Batteriezellenhalter nach Anspruch 2, wobei die elastische Zwischeneinheit (4) ein lochblechartiger, elastischer, einstückiger Einsatz mit
Durchgangsöffnungen (40) ist.
4. Batteriezellenhalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gehäuse (3) mehrteilig ist und wobei die Vorspanneinrichtung (5) derart eingerichtet ist, eine Vorspannkraft auf das Gehäuse auszuüben, sodass die elastische Zwischeneinheit (4) elastisch verformt wird, um die
Batteriezellen (7) zu klemmen.
5. Batteriezellenhalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorspanneinrichtung (5) eingerichtet ist, eine einstellbare Vorspannkraft (F1 ) bereitzustellen, insbesondere mittels einer Schraubverbindung.
6. Batteriezellenhalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die
Vorspanneinrichtung nur eine vorbestimmte Vorspannkraft (F1 ) aufbringt und insbesondere eine Schweißverbindung und/oder eine Clipsverbindung aufweist.
7. Batteriezellenhalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
- wobei die Vorspanneinrichtung (5) eine Vielzahl von Stiftelementen (50) umfasst,
wobei die elastische Zwischeneinheit (4) an Übergangsbereichen zwischen den Durchgangsöffnungen (40) eine Vielzahl von Hilfslöchern (43) aufweist, und
wobei jeweils ein Stiftelement (50) in einem Hilfsloch (43) angeordnet ist und wobei ein Durchmesser (D2) der Stiftelemente zumindest teilweise größer ist als ein Durchmesser (D1 ) der Hilfslöcher (43).
8. Batteriezellenhalter nach Anspruch 7, wobei das Gehäuse beim
Zusammenbau mit den Stiftelementen (50) in Kontakt kommt und das Gehäuse eingerichtet ist, die Stiftelemente in die Hilfslöcher (43) hineinzudrücken.
9. Batteriezellenhalter nach Anspruch 7 oder 8, wobei das Stiftelement (50) an einem freien Ende einen sich verjüngenden, insbesondere konisch verjüngenden, Bereich (53) aufweist.
10. Batteriezellenhalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die elastische Zwischeneinheit (4) ein erstes elastisches Element (41 ) und ein zweites elastisches Element (42) umfasst, welche in Axialrichtung der Batteriezellen (7) voneinander beabstandet angeordnet sind.
1 1. Batteriezellenhalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend ein Abstützelement (6), welches benachbart zur elastischen Zwischeneinheit (4) angeordnet ist.
12. Batteriezellenhalter nach Anspruch 11 , wobei das Abstützelement (6) in Axialrichtung der Durchgangsöffnung zwischen dem ersten und zweiten elastischen Element angeordnet ist.
13. Batteriezellenhalter nach einem der Ansprüche 11 oder 12, wobei das
Abstützelement (6) eine Vielzahl von einzelnen Hülsen umfasst, oder wobei das Abstützelement ein lochblechartiges, einstückiges Element mit einer Vielzahl von Durchgangsöffnungen (60) ist.
14. Batteriezellenhalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gehäuse (3) eine Basis (31 ) und einen Deckel (32) aufweist.
15. Batteriezellenhalter nach Anspruch 1 , wobei die elastische Zwischeneinheit (4) eine Vielzahl von elastischen Einzelelementen (45) umfasst.
16. Batteriezellenhalter nach Anspruch 1 , wobei die elastische Zwischeneinheit (4) ein einziges elastisches Einzelteil mit einer Vielzahl von
Klemmbereichen ist.
17. Batteriezellenhalter nach Anspruch 15 oder 16, ferner umfassend ein
Abstützelement (6), wobei die elastische Zwischeneinheit (4) am
Abstützelement (6) angeordnet ist, insbesondere an einer Oberseite und einer Unterseite des Abstützelements (6).
18. Batteriezellenhalter nach Anspruch 17, wobei die elastische
Zwischeneinheit (4) am Abstützelement (6) fixiert ist.
19. Batteriezellenhalter nach Anspruch 18, wobei die elektrische
Zwischeneinheit (4) und das Abstützelement (6) ein 2-Komponenten- Bauteil aus einem unelastischen Trägerelement und an dem Trägerelement angespritzen elastischen Zwischenelement bilden.
20. Batteriezellenhalter nach einem der Ansprüche 15 bis 19, wobei die
elastische Zwischeneinheit (4) mit Hilfslöchern (43) oder ohne jegliche Öffnungen ausgebildet ist.
21. Batteriezellenhalter nach einem der Ansprüche 17 bis 20, wobei das
Abstützelement (6) eine Vielzahl von Durchgangsöffnungen (60) aufweist, wobei jede Durchgangsöffnung (60) zur Aufnahme einer Batteriezelle (7) eingerichtet ist.
22. Batteriezellenhalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend ein elektrisches Kontaktierungselement (70), welches an der elastischen Zwischeneinheit (4) angeordnet ist und eingerichtet ist, einen Mantel einer Batteriezelle elektrisch zu kontaktieren.
23. Batteriesystem umfassend eine Vielzahl von Batteriezellen (7) und einen Batteriezellenhalter (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
24. Batteriesystem nach Anspruch 14, ferner umfassend eine Kühleinrichtung (10), welche ein Kühlmedium in einen Zwischenraum (9) zwischen den Batteriezellen (7) und der elastischen Zwischeneinheit (4) zuführt.
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