(57)【要約】  本発明は、少なくとも1つのガルバニセルおよび少なくとも2つのフレーム要素で構成されるアッセンブリに関し、1つのガルバニセルは、それぞれ、2つのフレーム要素間に配置されており、アッセンブリは、スタックを形成し、アッセンブリを積層方向に締め付けるための締め付け装置を有し、ガルバニセルは、平坦な本体および少なくとも2つの電流導体を備え、前記本体は、2つのフラット面および周りを取り巻く小幅面を有し、各フレーム要素は、複数の、好ましくは4つの、閉じた構成で相互に接続され、それらの間に自由空間を画定するビームを備え、ガルバニセルの本体は、隣接する2つのフレーム要素の自由空間に受容されており、少なくとも本体の小幅面の領域で、好ましくは小幅面がガルバニセルのフラット面に移行する縁部を越えて、自由空間の方に面するフレーム要素のセクションの断面がガルバニセルの本体の輪郭をたどるように設計されている。そのようにして、ガルバニセルは、フレーム要素上に横方向に支持され得る。
2013507744.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも1つのガルバニセルおよび少なくとも2つのフレーム要素から成るアッセンブリであって、2つのフレーム要素の間に1つのガルバニセルがそれぞれ配置されており、前記アッセンブリは、スタックを形成すると共に、前記アッセンブリを積層方向に締め付ける締め付け装置を有し、
前記ガルバニセルは、平坦な本体および少なくとも2つの電流導体を有し、前記本体は、2つのフラット面および周りを取り巻く小幅面を有し、
各フレーム要素は、複数の、好ましくは4つのビームを有し、前記ビームは、閉じられるように相互に接続され、前記ビーム自体の間に自由空間を画定しており、
前記ガルバニセルの前記本体は、隣接する2つのフレーム要素の前記自由空間内に受容されており、
少なくとも前記本体の前記小幅面の領域で、好ましくは前記小幅面が前記ガルバニセルのフラット面に移行する縁部を越えるまで、前記自由空間に面する前記フレーム要素のセクションが、断面において前記ガルバニセルの前記本体の輪郭をたどるように構成されているアッセンブリ。
【請求項２】
前記ガルバニセルの前記本体の前記小幅面が、2つの側縁面をそれぞれ有し、前記側縁面が、断面において、前記フラット面の1つから、前記2つのフラット面の間に画定される中央平面に向かってそれぞれ延在し、前記側縁面と、前記側縁面に隣接する前記ガルバニセルの前記本体の前記フラット面との間の角度が90°以上であることを特徴とする、請求項1に記載のアッセンブリ。
【請求項３】
前記ガルバニセルの前記本体の前記輪郭をたどる前記フレーム要素のセクションが、前記本体の前記小幅面に対する支え面を形成することを特徴とする、請求項1または2に記載のアッセンブリ。
【請求項４】
前記支え面が、半径方向に、前記本体の前記小幅面上に圧力を働かせることを特徴とする、請求項3に記載のアッセンブリ。
【請求項５】
前記ガルバニセルの前記本体の前記輪郭をたどる前記フレーム要素の前記セクションが、前記本体からの小さな間隔を保持することを特徴とする、請求項1または2に記載のアッセンブリ。
【請求項６】
前記ガルバニセルの前記本体が、電気エネルギーを受容、貯蔵かつ放出するように設計かつ装備されており、サンドイッチ状に2つのカバーホイル層により取り囲まれている活性部分を有し、前記カバーホイル層が、少なくとも2つの対向する小幅面上で、好ましくは完全に、前記本体の前記小幅面から横方向に突出し、前記活性部分を密閉する密封継目部を形成し、前記密封継目部の少なくともセクションが、隣接するフレーム要素のビームセクションにより把持され、前記締め付け装置によって軸方向に締め付けられていることを特徴とする、請求項1から5のいずれか一項に記載のアッセンブリ。
【請求項７】
前記電流導体が、前記活性部分に電気的かつ機械的に接続されており、前記2つのカバーホイル層間を、前記密封継目部を通って延び、前記本体から外方向に突出し、前記電流導体が、好ましくは前記本体の2つの対向する小幅面から突出し、前記密封継目部が、特に前記電流導体がそれを通って延びるセクションで、前記フレーム要素の前記ビームセクションにより把持され、前記締め付け装置によって軸方向に締め付けられていることを特徴とする、請求項6に記載のアッセンブリ。
【請求項８】
弾性要素が、前記ガルバニセルの前記本体の前記小幅面と、その前記輪郭をたどる前記フレーム要素の前記セクションとの間に配置されており、前記弾性要素は、好ましくは前記フレーム要素上に、形状接続又は材料接続の方式で固定されていることを特徴とする、請求項1から7のいずれか一項に記載のアッセンブリ。
【請求項９】
前記締め付け装置が、前記フレーム要素のアンカー受容セクションを通って前記アッセンブリの積層方向に延在し、前記積層方向に直交する切断面に関して、好ましくは前記ガルバニセルの領域の外側に位置するテンションボルトを有することを特徴とする、請求項1から8のいずれか一項に記載のアッセンブリ。
【請求項１０】
前記アンカー受容セクションは、ウェブまたはつまみにより形成されており、前記ウェブまたはつまみは、前記フレーム要素の前記ビームから、好ましくは、各ビームを延在させ、特に両側に2つの平行なビームをそれぞれ延在させ、前記積層方向に対して横に突出することを特徴とする、請求項9に記載のアッセンブリ。
【請求項１１】
少なくとも1つのガルバニセルおよび少なくとも2つのフレーム要素から成るアッセンブリであって、2つのフレーム要素の間に1つのガルバニセルがそれぞれ配置されており、前記アッセンブリは、スタックを形成し、前記アッセンブリを積層方向に締め付ける締め付け装置を有し、
前記フレーム要素は、複数の、好ましくは4つのビームを有し、前記ビームは、閉じられるように相互に接続され、前記ビーム自体の間に自由空間を画定しており、前記ガルバニセルの前記本体は、隣接する2つのフレーム要素の前記自由空間内に受容されており、
前記締め付け装置は、前記フレーム要素のアンカー受容セクションを通って前記アッセンブリの積層方向に延在するテンションボルトを有し、前記テンションボルトは、前記積層方向に直交する切断面に関して、前記ガルバニセルの領域の外側で延び、前記アンカー受容セクションは、ウェブまたはつまみにより形成されており、前記ウェブまたはつまみは、前記フレーム要素の前記ビームから、好ましくは、各ビームを延在させ、特に両側に2つの平行なビームをそれぞれ延在させ、前記積層方向に対して横に突出するアッセンブリ。
【請求項１２】
前記ガルバニセルの前記電流導体は、外側から自由にアクセス可能であることを特徴とする、請求項1から11のいずれか一項に記載のアッセンブリ。
【請求項１３】
前記積層方向に対して横の切断面に関して、前記フレーム要素の包絡線として引かれた線によって輪郭を示された面が、前記ガルバニセルの前記輪郭を完全に受容することを特徴とする、請求項1から12のいずれか一項に記載のアッセンブリ。
【請求項１４】
複数のガルバニセルの前記電流導体が、前記ガルバニセルが前記アッセンブリの中で、直列接続、または並列接続、またはそれらの組み合わせを形成するように、接続要素によって相互に接続されていることを特徴とする、請求項1から13のいずれか一項に記載のアッセンブリ。
【請求項１５】
前記ガルバニセルが二次セルであり、前記活性部分がリチウムを含有する少なくとも1つの材料を有することを特徴とする、請求項1から14のいずれか一項に記載のアッセンブリ。
【請求項１６】
請求項1から15のいずれか一項に記載のアッセンブリを有する、特に車両用の、牽引バッテリまたは駆動バッテリである、電気エネルギー貯蔵装置。
【請求項１７】
請求項16に記載の電気エネルギー貯蔵装置を有する車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セルブロック、すなわち、少なくとも1つのガルバニセルおよび少なくとも2つのフレーム要素から成るアッセンブリ、このタイプのアッセンブリを有する電気エネルギー貯蔵装置、ならびに、このタイプの電気エネルギー貯蔵装置を有する車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
エネルギー貯蔵装置、ならびに、特にリチウムバッテリおよびリチウム蓄電池(本出願の文脈では、自動車技術では通例であるように、バッテリおよび蓄電池という用語は、同義で使用される)を、薄板の形態で製造することが知られている。このタイプのエネルギー貯蔵装置は、パウチセル、フラットセル、またはコーヒーバッグセルと呼ばれる。
【０００３】
例えば自動車のバッテリの場合、実際に求められる電圧および容量を実現するために、複数のセルを、スタックを形成するように配置すること、およびその電流導体を好適な方式で相互接続することが必要である。個別のセルの接続は、従来は、電流導体がそこから突出するセルの小幅面(Schmalseite)上(一般的には「上部」と定義される)で行われる。このタイプの接続配置は、WO2008/128764A1、WO2008/128769A1、WO2008/128770A1およびWO2008/128771A1に示されている。電流導体およびその接続部は、この場合、上側で露出される。
【０００４】
また、本発明者らは、公開された文献からはより詳細に分からないアッセンブリに気が付き、それにおいては、複数のフラットセルが、2つの圧力板の間に積層され、スタックは、圧力板の間に延在するテンションロッド(ねじ山を切ったボルトまたは鍋小ねじ)によって、一体に保持される。ここでは、貯蔵セルの活性部分が、テンションボルトの圧力によって重なり合っている。
【０００５】
本発明者らは、まだ公には開示されていない発展形態をさらに知っており、それによれば、フラットな電流導体が反対位置の小幅面から横方向に突出するフラットセルが、締め付け装置を用いて、電流導体がフレームにより把持されるような方式でフレーム間に配置され、各セルが、この方式でひとつのブロックとして保持される。この場合、接触は、やはり電流導体間で締め付けられる接触要素を用いた締め付け装置によって摩擦接続的に行われる。締め付け装置は、接触要素の領域で電流導体を通って延びるテンションボルトからなる。セルの半径方向の中心位置調整は、例えば、フレームの対応する構成要素(ノーズ、ノブ、ストリップ、ピン等)に隣接する、またはそれらを取り囲む(例えば導体内の穴)導体によって行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】WO2008/128764A1
【特許文献２】WO2008/128769A1
【特許文献３】WO2008/128770A1
【特許文献４】WO2008/128771A1
【特許文献５】EP1017476B1
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、特に(それだけではないが)、前述の態様に関して、従来技術による構成を改善することにある。特に、本発明の課題は、複数の個別のセルが、有利な方式でブロックを形成するように組み合わされているバッテリを創出することにある。
【０００８】
本課題は、独立請求項の特徴により解決される。本発明の有利なさらなる構成が、従属請求項の主題を形成する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によれば、少なくとも1つのガルバニセルおよび少なくとも2つのフレーム要素から成るアッセンブリが提案され、2つのフレーム要素の間に１つのガルバニセルがそれぞれ配置され、アッセンブリは、スタックを形成すると共に、アッセンブリを積層方向に締め付ける締め付け装置を有し、ガルバニセルは、平坦な本体および少なくとも2つの電流導体を有し、本体は、2つのフラット面および周りを取り巻く小幅面を有し、各フレーム要素は、複数の、好ましくは4つのビーム(beam)を有し、これらのビームは、閉じた方式で相互に接続され、それら自体の間に自由空間を画定し、ガルバニセルの本体は、隣接する2つのフレーム要素の自由空間に収容され、少なくとも本体の小幅面の領域で、好ましくは小幅面がガルバニセルのフラット面に移行する縁部を越えるまで、自由空間に面するフレーム要素のセクションが、断面においてガルバニセルの本体の輪郭をたどるように構築される。
【００１０】
本発明の趣旨では、ガルバニセルは、好ましくは構造的に自立式であり、単独で機能実行可能である装置を意味すると解釈され、その装置は、電流を放出するように設計かつ装備される。これは、特に、それだけではないが、電気化学的な一次セルまたは二次セルであり得る。しかしながら、本発明の趣旨では、この用語は、一般性を限定することなく、コンデンサ、いわゆるスーパーコンデンサ(SuperCaps)(特に強力なタイプのコンデンサ)、燃料セル等にもまた適用され得る。好ましくは、本発明は、リチウムタイプの二次セルに関する。この場合、本発明の趣旨では、電流導体は、外側からアクセス可能であり、ガルバニセルの内部で電気化学的活性部分に接続され、さらに、セルの極として使用される接続部を意味すると解釈される。
【００１１】
1つのガルバニセルおよび2つのフレーム要素を有するアッセンブリは、可能な限り小さなサイズのアッセンブリに相当する。通常は、2つ以上のガルバニセルが存在することになる。アッセンブリは、理想的には、所望の総電圧および所望の総容量に相当するだけの数の、好適に電気的に相互接続した個別のガルバニセルを有することになる。
【００１２】
本発明の趣旨では、本体は、それから突出し得る付属物、切欠き、つまみ(Lasche)、固定要素等を伴わない、ガルバニセルの基本的な幾何学的形状を意味すると解釈される。本発明の定義によれば、本体は、2つのフラット面および周りを取り巻く小幅面を有しており、平坦な直方体、すなわち板状であるが、それによって、丸み付け、面取り、および/または湾曲、凹形もしくは凸形が排除されるべきではない。
【００１３】
本発明の趣旨では、隣接するフレーム要素間の自由空間は、各フレーム要素のビーム間の空間に加えて、フレーム要素のビーム間の自由空間を接続する空間、換言すればフレーム要素間のギャップも含む。
【００１４】
本発明によれば、少なくとも本体の小幅面の領域で、好ましくは小幅面がガルバニ電池のフラット面と合流する縁部を越えるまで、自由空間に面するフレーム要素のセクションが、断面においてガルバニ電池の本体の輪郭をたどる方式で構築されるので、この縁部領域とフレーム要素との間の一定の間隔が、セルのこの縁部領域で確かなものにされ得る。その結果、セルをフレーム要素上で横方向に支持すること、ならびに/または、設置の際に、および動作の際に、少なくとも半径方向でのセルの確実な中心位置調整を確かなものにすることの利点が、さらに実現され得る。セルの横方向の固定用のさらなる構成要素が不要となる場合があり、したがって、構造上の、および生産工学的な支出が削減され得る。フレーム上の中心位置調整要素との適合のために、相互に対する導体の許容誤差を狭くすることは、溶接の際にカバーに実際に固定せずに実現することは困難であるが、それは必要ではない。導体とカバーホイルとの間の接続部にかかる力が、特に大きく重いセルの場合に低減され得る。
【００１５】
本発明のさらなる構成は、ガルバニセルの本体の小幅面が２つの側縁面をそれぞれ有しており、側縁面が、断面において、複数のフラット面の内の1つから、2つのフラット面の間に画定される中央平面に向かってそれぞれ延在し、側縁面とその側縁面に隣接するガルバニ電池の本体のフラット面との間の角度が90°以上であることを特徴とする。側縁面の面取りによって、さらにより信頼性の高い中心位置調整が実現され得る。
【００１６】
本発明の特別なさらなる構成によれば、ガルバニセルの本体の輪郭をたどるフレーム要素の領域は、ガルバニセルに対する停止面、支え面または圧力面として使用される。より正確には、組み立てられた状態において、間隔が、前記面間に保たれるならば、セルとフレーム要素との間の相対運動を制限することも可能である。間隔が存在しなくなるならば、このタイプの相対運動を完全に防止することも可能である。圧力が面間に働くならば、セルを、これらの面によって、単独で、または他の措置に加えて、締め付けることも可能である。
【００１７】
本発明のさらなる構成は、ガルバニセルの本体が、電気エネルギーを受容、貯蔵かつ放出するように設計かつ装備され、サンドイッチの方式で2つのカバーホイル層により取り囲まれている活性部分を有し、カバーホイル層が、少なくとも2つの対向する小幅面上で、好ましくは完全に、、小幅面本体の小幅面から横方向に突出し、活性部分を密閉する密封継目部を形成し、密封継目部の少なくともセクションが、隣接するフレーム要素のビームセクションにより把持され、締め付け装置によって軸方向に締め付けられていることを特徴とする。本発明の趣旨では、カバーホイル層は、単一層、または好ましくは多層であり、活性部分の周囲にあり、引裂き抵抗のある、気密および液密のカバーを、必要である場合には、電磁シールドも形成するホイルを意味すると解釈される。カバーホイルは、一部品である場合があり、この場合、活性部分はカバーホイルに被包され、または2つの部分である場合があり、この場合、活性部分はサンドイッチの方式でそれらの間にある。このように、カバーホイル層は、ガルバニセルの各フラット面上に位置する。本発明の趣旨では、密封継目部は、一般性を限定することなく、例えば粘着接合または溶接等によって、カバーホイル層が密封される継目部を意味すると解釈される。単一部品のカバーホイルの場合、1つの密封継目部が、ガルバニセルのフラット面の上方で伸び、平坦に置かれ得るものである一方、例えばあるタイプのチョコレートまたはミューズリーバーのカバーの場合のように、2つの他の密封継目部が、ガルバニセルの対向する小幅面から突出する。しかしながら、3つの密封継目部すべてが、小幅面から突出することもまた可能である。2つの部分から成るカバーホイルの場合、密封継目部は、好ましくは4つすべての小幅面上で周囲一周に伸びる。密封継目部の少なくともセクションが、隣接するフレーム要素のビームセクションにより把持され、締め付け装置によって軸方向に締め付けられる(および、セルがそれによって保持される)ならば、セルブロックの単純かつ信頼性の高い構築も実現され得る。このとき、その縁部領域でガルバニセルの主部の輪郭をたどるフレーム要素の特定の成形によって、ガルバニセルの主部と、フレーム要素上に固定される密封継目部との間の相対運動の場合に発生し得る、カバーホイルでの応力も、制限または防止され得る。
【００１８】
本発明のさらなる構成は、電流導体が、活性部分に電気的かつ機械的に接続され、2つのカバーホイル層間を、密封継目部を通って延び、本体から外方向に突出し、それらが、好ましくは本体の2つの対向する小幅面から突出し、密封継目部が、特に電流導体がそれを通って延びるセクションで、フレーム要素のビームセクションにより把持され、締め付け装置によって軸方向に締め付けられていることを特徴とする。このアッセンブリには、電流導体自体が、外側から自由にアクセス可能であることが特に含められている。ガルバニセルがこの箇所で保持されているならば、セルの内部での電流導体と活性部分との接続を、セルのより安定した締め付けのために利用することも可能である。なぜなら、この接続は活性部分の相対運動を実質的に取り込むためである。さらに、電流導体で外部から取り付けられる接続要素の慣性質量が、ガルバニセルの本体の慣性質量から分離され得る。
【００１９】
本発明のさらなる構成は、弾性要素が、ガルバニセルの本体の小幅面と、その輪郭をたどるフレーム要素のセクションとの間に配置され、その弾性要素は、好ましくはフレーム要素上に、形状接続又は材料接続の方式で固定されることを特徴とする。本発明の趣旨では、弾性要素は、特に、圧力下で柔軟で可塑性がある構成要素またはセクションを意味すると解釈される。そのような要素は、例えば、一般性を限定することなく、エラストマー、発泡体、ゴム、膨張ゴム等から製造され得るものであり、または、断面において弾性的に圧縮可能であり、例えば、一般性を限定することなく、プラスチックから製造された薄壁の外形であり得る。このタイプの弾性要素は、さらに、停止または保持の力を減衰させることができ、したがって、ガルバニセルの機械的負荷をさらに低減することができる。
【００２０】
本発明によれば、少なくとも1つのガルバニセルおよび少なくとも2つのフレーム要素から成るアッセンブリがさらに提案され、2つのフレーム要素間に1つのガルバニセルがそれぞれ配置され、アッセンブリは、スタックを形成すると共に、アッセンブリを積層方向に締め付ける締め付け装置を有し、フレーム要素はそれぞれ、複数の、好ましくは4つのビームを有し、該ビームは、閉じられるように相互に接続され、それらのビーム自体の間に自由空間を画定しており、ガルバニセルの本体は、隣接する2つのフレーム要素の自由空間に受容され、締め付け装置は、フレーム要素のアンカー受容セクション(Ankeraufnahmeabschnitte)を通ってアッセンブリの積層方向に延在するテンションボルトを有し、テンションボルトは、ガルバニセルの領域の外側で、積層方向に直交する切断面に対して延び、アンカー受容セクションは、フレーム要素のビームから、好ましくは、各ビームをそれぞれ延在させ、特に両側部に2つの平行なビームをそれぞれ延在させて、積層方向に対して横に突出するウェブ(Steg)またはつまみにより形成されている。
【００２１】
テンションボルトが、ガルバニ電池の領域の外部に、すなわち特に、電流導体の領域の外側にも延びるならば、電流導体が、テンションボルトが電流導体を通って延びる、同様の考えられるアッセンブリと比較して、構造的に、より簡単に構造化され得るとともに、幾何学的に厳密に許容される必要がないという、さらなる利点もまた実現され得る。このことは、ガルバニセルの製造コストを削減し、欠陥製品を減少させることにも役立つ。
【００２２】
本発明による、前に説明したアッセンブリの両方は、特に有利に相互に組み合わされ得る。
【００２３】
本発明のさらなる構成は、ガルバニセルの電流導体が、外側から自由にアクセス可能であることを特徴とする。したがって、外側から接続要素を取り付けることが可能であり、必要に応じて、それをまた取り外すことも可能である。
【００２４】
本発明のさらなる構成は、積層方向に対して横の切断面に関して、フレーム要素の包絡線によって輪郭を示された面が、ガルバニセルの輪郭を完全に受容することを特徴とする。本発明の趣旨では、包絡線は、外部から観察する場合は単に凸形である、フレーム要素の外側輪郭の周囲にある閉じた線である。したがって、外部からアクセス可能な電流導体または他の精密なセクションを、意図的でない接触から確実に保護することも可能である。
【００２５】
本発明のさらなる構成は、複数のガルバニセルの電流導体が、ガルバニセルがアッセンブリの中で、直列接続、または並列接続、またはそれらの組み合わせを形成するような方式で、接続要素によって相互に接続されていることを特徴とする。この方式では、好適な電気特性、特に電圧および容量を有するブロックが生成され得る。この場合、ブロックの電圧は、基本的に、直列接続セルのセル電圧の和に相当し、ブロックの容量は、並列接続セルの容量の和に相当するが、実際には、回路損失およびセルの欠陥を考慮することが必要である。
【００２６】
本発明は、特に、それだけではないが、ガルバニセルが二次セルであり、活性部分がリチウムを含有する少なくとも1つの材料を有するアッセンブリに好適である。
【００２７】
本発明は、さらに、本発明による、前に説明した複数のアッセンブリの内の1つを有する、特に車両用の、牽引バッテリもしくは駆動バッテリである、電気エネルギー貯蔵装置、ならびに、このタイプの電気エネルギー貯蔵装置を有する車両に関する。
【００２８】
本発明の前述した、およびさらなる特徴、課題および利点が、添付の図面を参照した、以下の説明からより明瞭になる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施例によるセルブロックの斜視全体図を示す。
【図２】図1でのバッテリからの、2つのフレームを伴うガルバニセルの斜視分解図を示す。
【図３】垂直縦断面図での、図1でのセルブロックの断面図を示す。
【図４】図3での細部「IV」の拡大図を示す。
【図５】図示される細部が図4での細部に対応する、本発明の一部変更された実施例の拡大図を示す。
【図６】一部変更された例示的な実施形態によるフレームの隅部領域の斜視拡大図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
図においての図示は、概略的なものであり、本発明の理解のために最も重要な特徴の再現に限定されることを指摘しておきたい。さらに、図において再現される寸法およびサイズ比は、単に図示の明確性に基づくものであり、何か他のことが説明から明らかにならない限り、限定的であると決して解釈されるべきでないことを指摘しておきたい。
【００３１】
具体的な実施形態およびその可能な変更に関する説明は、以下の通りである。同じ構成要素が様々な実施形態で使用される限りでは、これらは、同じ、または対応する参照番号が与えられる。1つの実施形態に関連してすでに説明した特徴の繰り返しは、大部分は避けられる。それでも、明らかに異なる記載がされているのではない限り、または明瞭に技術的に無意味ではない限りにおいて、実施形態の特徴、配置および効果は、他の実施形態にさらに転写されることになる。
【００３２】
図1は、本発明の実施例による、組み立てられたセルブロック2の斜視図である。セルブロック2では、複数の(ここでは14の)ガルバニセル4(以下では「セル」と称する)が、複数の(ここでは15の)フレーム6により保持される。2つのフレーム6が、1つのセル4をそれぞれ把持する。セルブロック2は、本発明の趣旨でのアッセンブリである。
【００３３】
フレーム6およびセル4で編成されるスタックが、複数の(ここでは4つの)テンションボルト8により、スタックが本質的に安定したブロックを形成するような方式で締め付けられる。テンションボルト8は、フレーム6内の(後で説明する)穴を通って延在し、テンションボルト8の端部上に螺合されている2つのナット10によりそれぞれ締め付けられる。テンションボルト8およびナット10は、本発明の趣旨での締め付け装置である。
【００３４】
この図では、および、この定義は本明細書の枠内で維持されるが、空間方向は、x方向がセルブロック2の積層方向に対応し、y方向がセルブロック2の幅方向に対応し、z方向がセルブロック2の高さ方向に対応するように決定される。積層方向xは、本発明の枠内では、軸方向とも称し、y方向は横方向と称し、z方向は垂直方向と称する。軸(x)方向に直交する各方向、特にyおよびzの方向は、さらに半径方向とも称する。したがって、x-y面が水平面を形成し、x-z面およびy-z面が垂直面を形成する。これらの方向定義は、セルブロック2自体にのみ関するものであるが、本発明による図示されるアッセンブリが、別の大域的な空間位置設定で使用されることを排除しない。
【００３５】
図2は、図1によるセルブロックの、2つのフレームを伴うガルバニセルの斜視分解図である。
【００３６】
セル4は、いわゆるフラットセル、さらにパウチセルまたはコーヒーバッグセルと呼ばれる形態でのリチウムイオン電池である。これらのガルバニセル4は、平坦な直方体の形状を有する活性部分(主部)12を有する。電気エネルギーを貯蔵かつ放出するための電気化学反応(充電および放電の反応)が、活性部分12で起こる。図中詳細には図示しない、活性部分12の内部構造は、2つのタイプ(カソードおよびアノード)の電気化学活性電極ホイル、電流を電気化学活性領域に集めるための、および、電流を電気化学活性領域から供給または放出するための導電ホイル、ならびに、2つのタイプの電気化学活性領域を相互に分離するためのセパレータホイルで編成される平坦でラミネート加工されたスタックに相当する。少なくとも1つのタイプの電気化学活性電極ホイルは、リチウム化合物を有する。したがって、セル4は、リチウムイオン、リチウムポリマー蓄電池セル、またはリチウムバッテリの一群からの同タイプのセルである。好ましくは、セパレータは、非導電性の繊維で編成される不織布を用いて構築され、不織布は、少なくとも片側を無機材料で被覆されている。EP1017476B1では、このタイプのセパレータおよびその製造のための方法が説明されている。上述の特性を有するセパレータは、Evonik AG、Germany製の「Separion」という名称のものが、現在入手可能である。
【００３７】
セル4の活性部分12は、図2では詳細には示されていない2つのホイル(図4および5での32)により、サンドイッチの方式で囲まれている。2つのホイルは、それらの自由端部で、気密および液密の方式で溶接され、半径方向に突出し、周りを取り巻く不活性境界領域として活性部分12を取り囲む、いわゆる密封継目部14を形成する。さらに、活性部分12は真空にされ、それによって、カバーホイルは密に隣接する。カバーホイルにより囲まれる活性部分12は、密封継目部を伴わない、本発明の趣旨でのセル4の主部を幾何学的に形成する。
【００３８】
2つの電流導体16が、セル4の横方向の(y方向または幅方向において対向する)小幅面上で、セル4の内部から密封継目部14を通って外方向に突出し、そこで2次元構造としてアクセス可能である。電流導体16は、活性領域12の内部で電気化学活性のカソードおよびアノードの領域に接続され、したがって、セル4のカソードおよびアノードの接続部として使用される。
【００３９】
フレーム6は、4つの周りを取り巻くビーム18、20、18、20から形成される。この場合、説明の目的のために、垂直ビーム18は水平ビーム20から区別される。水平ビーム20は、つまみ22として、垂直ビーム18の境界を越えて水平方向に続く。つまみ22は、水平ビーム20とは異なる断面を有する場合がある。特に、それらは、そうである必要はないが、水平ビーム20とは異なる垂直方向の厚さを有する場合もある。穴24が、あらゆるつまみ22を通って、x方向(積層方向)に延在する。穴24は、ここではその軸線(図2での鎖線)によって指示されるのみである、テンションボルト8(図1)を受容するために使用される。その結果、セルブロック2のフレーム6は、つまみ22の穴24を通って延在するテンションボルト8にいわばつながれている。
【００４０】
ビーム18、20は、閉じたフレームを形成し、したがって、窓26の輪郭を示す。窓26に対向する面(内側)上に、各ビーム18、20は、2つの溝28をそれぞれ有する。当該溝は、それぞれ端面（すなわち、その面の法線が積層方向に沿って延びる面）から導入されるので、窓26内に突出する周囲ウェブ30は残されている。溝28間の半径方向での、および、隣接する2つのフレーム6のウェブ30間の軸方向での領域が、本発明の趣旨での、フレーム要素間の自由空間を形成する。
【００４１】
組み立てた状態(図1)では、セル4の主部は、この自由空間内に位置する。電流導体16は、隣接するフレーム6の垂直ビーム18の間を通って延在し、フレームの側方から自由にアクセス可能であり、それらは、つまみ22により垂直方向で枠にはめられ、したがって、偶発的な接触から保護される。電流導体16は、側方からアクセス可能であり、したがって、好適な接続要素(詳細には図示しない)によって接触され得るものであり、この接続は、同じく、例えば補修または測定の目的で、セルブロック2を完全に分解することなく、解除され得る。
【００４２】
図では詳細には図示しないが、セル4は、セルブロック2(図1)内で、交番極性で配置される。すなわち、セル4は、電流導体16が露出されるそれぞれの側において、正極および負極(電流導体16)が、それぞれ相互に交互になるように配置される。同様に、電流導体16に接触し、当該電流導体をバッテリまたは蓄電池に好適な方式で接続する、すでに述べた接続要素は、図では詳細には図示しない。このタイプのバッテリは、本発明の趣旨での電気エネルギー貯蔵デバイスである。
【００４３】
図3は、垂直縦断面図での、図1でのセルブロックの断面図であり、図4は、図3での細部「IV」の拡大図である。細部「IV」は、対応するフレーム6の3つの連続する水平ビーム20、およびそれらに隣接するセル4の一部の断面を包含する。図3および図4での断面は、セル4の活性部分12および密封継目部14、ならびにフレーム6の水平ビーム20を通っている。図3では、活性部分12内のホイルの層状配置は、平行線で表示され、図4では、この図示は省略される。これに対して、図4では、カバーホイル32が明示されている。カバーホイル32のそれぞれは、本発明の趣旨でのカバーホイル層である。
【００４４】
ガルバニセルの本体の小幅面が、2つの側縁面34をそれぞれ有し、それらの側縁面34は、断面において、フラット面の1つから始まり、2つのフラット面の間に画定される中央平面に向かってそれぞれ延在し、その後、密封継目部14に移行する。溝28およびウェブ30は、活性部分の小幅面の領域(側縁面34)で、および、小幅面がセル4のフラット面に移行する縁部を越えるまで、セル4の活性部分12(すなわち、セル4の本体)の外側輪郭をたどる。この場合では、ウェブ30の(内側への広がりを意味する)長さは、セル4のフラット面の縁部領域に制限される。それは、好ましくは、セル4の本体の厚さの半分より長くなく、特に好ましくは、セル4の本体の半分の厚さの半分より長くない。
【００４５】
側縁面34、およびそれに対応してさらに溝28は、切断面x-y、すなわちセル4のフラット面に対する、90°以上であるフランク角φを有する。フランク角φの好適な設定を用いると、側縁面34と溝28との間での半径方向および軸方向の、中心位置調整または誘導が、活性部分12の縁部がウェブ30と衝突することなく行われ得る。フランク角φが120°より大きくないように選択されるならば、誘導の力の軸方向の割合が制限され得るとともに、間隔の微調整が軸方向で最適化され得る。その結果、全体として、穏当な、それにもかかわらず効果的な中心位置調整が実現され得る。92.5°から115°までが、フランク角φに対する実用的な範囲として確立しており、95°から110°までの範囲が、特に好適である。
【００４６】
密封継目部14は、水平ビーム20間において、明らかな間隔をもって自由である。ガルバニセルの本体の輪郭をたどるフレーム要素のセクション、すなわち、特に溝28の斜めの面および基部が、本体の小幅面(側縁面34)に対する支え面を形成する。テンションボルト8の引張応力は、好ましくは、この場合、溝28が、(積層方向に対して横の)半径方向に、セル4の本体の小幅面(側縁面34)上に圧力を働かせるように設定される(図4での矢印を参照)。したがって、セル4は、それらの位置で、具体的には、軸方向でのように半径方向で、高い信頼性で保持される。この場合、ウェブ30は、端部停止として機能し、したがって、側縁面34の過大な横方向の押圧を防止する。したがって、セル4のフラット面のはるかに大きな部分が、機械的負荷から免れる。
【００４７】
図では詳細には示さないが、停止要素が設けられる場合があり、それによって、フレーム6間の軸方向の間隔は、あらかじめ定められた限度を超えることがない。このタイプの停止要素は、例えば、フレーム６の間で、それぞれテンションボルト8の上方で押されるディスク、または、フレーム上での、特につまみ22の領域での肉厚部等であり得る。したがって、セル4の側縁面上への締め付け力は、テンションボルト8が高いトルクで締められるとしても制限され得る。
【００４８】
上述の実施例によれば、圧力が、積層方向に対して横に、セル4の本体の小幅面(側縁面34)上に働かされ、密封継目部が、周囲一面で締め付け力から免れるように、溝28およびウェブ30は、セル４の活性部分12の外側輪郭を、その縁部領域においてたどる。
【００４９】
別の選択肢としては、それは詳細には図示しないが、設置された状態での溝28が、側縁面34からのより小さな間隔を有する。セル4は、対照的に、密封継目部14の領域、特に電流導体16が通過する場所で保持される。この目的のために、フレーム6の水平ビーム20および垂直ビーム18の厚さ(積層方向xでの広がり)、ならびに溝28の深さが、溝28が側縁面34に隣接するようになり得る、または、ウェブ30がセル4の活性部分12の縁部領域に隣接するようになり得る前に、垂直ビーム18が電流導体16(図2を参照)の通路の領域でカバーホイル32に隣接するように、セル4、電流導体16およびカバーホイル32の厚さに適合される。したがって、セル4は、フレーム6間で高い信頼性で締め付けられ、電流導体16とカバーホイル32との間の密封には、せん断力がかからない。フレーム6に対する活性部分12の回避運動は、特に半径方向(積層方向xに直交する方向)で、ただし積層方向自体でも、フレーム6の内側輪郭で(溝28およびウェブ30で)停止され、したがって、狭い許容可能な境界内に引き留められる。したがって、カバーホイル32と、セル4内の電流導体の接続箇所との容認不可能な機械的負荷が、同様に防止され得る。
【００５０】
この変型例では、フレーム6は、例えば小さな弾性圧縮ひずみを可能にするプラスチック等の材料から製造され得るとともに、溝28が、テンションボルト8のある程度の接触圧力を設定する際に、セル4の側縁面34に穏当に隣接するように寸法設定され得る。したがって、フレーム6に対するセル4の活性部分12の相対運動が、実際的に排除され得る。
【００５１】
図5は、図4からの細部に対応する図示で、本発明の一部変更した実施例を示す。以下で考察する逸脱を除いて、セルブロックの構造は、前に説明した実施例のものに対応する。
【００５２】
この一部変更された実施例では、溝は、側縁面34のフランク角をたどるが、鋭い縁部で(何らかの認識可能な湾曲がなく)ウェブ38に移行する切欠き36で置換される。(この一部変更された実施例のウェブ38と、上述の実施例のウェブ30との間の唯一の違いは、切欠き36への移行部において湾曲がないことにある。)エラストマーストリップ40が、切欠き36とウェブ38との間の角に配置され、形状接続、及び／又は材料接続の方式で固定され、そのストリップは、セル4の活性部分12の肩部34とフラット面との間の縁部に接触する。このように、フレーム6内でのセル4の活性部分12の穏当な支持が行われる。切欠き36およびウェブ38自体は、この実施例では、セル4と接触しない。例えば、発泡体、ゴム、膨張ゴム等のような任意の技術的に有意義な軟質の弾性材料、または、断面において弾性的に圧縮可能であり、例えば、一般性を限定せず、プラスチックから製造されている薄壁の外形も、本発明の趣旨でのエラストマーとして使用され得る。エラストマーストリップ40は、本発明の趣旨での弾性要素である。
【００５３】
図6は、一部変更された実施例によるフレームの角の領域の、すなわち垂直ビーム18と水平ビーム20との間の移行領域での斜視拡大図である。
【００５４】
エラストマーストリップ40は、粘着接合されるか、上に直接噴射されるか、他の何らかの方式で固定されるかのいずれかである。そのことは、エラストマーストリップ40が、単にその内部応力によって持ちこたえるならば、それは、セルブロック2の取り付けの後で、形状接続及び摩擦接続の方式で、セル4とフレーム6との間のその位置に保持されるので、やはり十分であり得る。
【００５５】
この一部変更された実施例の場合でも、停止要素が設けられ得る。それによって、テンションボルト8を締めるときに、隣接するフレーム6間のある程度の間隔、したがって切欠き36とセル4の側縁面との間のある程度の最小の間隙が保持され、、エラストマーストリップ40のみが、制限された力で側縁面を押圧することが確かなものにされる。
【００５６】
別の選択肢としては、この一部変更された実施例を、セル4が、密封継目部14上でも、好ましくは電流導体16の通路の領域で締め付けられるように実施することもできる。エラストマーストリップ40は、この場合、本質的には単に、セル4の本体の半径方向の中心位置調整、および軸方向の回避運動の減衰の課題を実行することになる。
【００５７】
実施形態の変更例
本発明を、その本質的な特徴に関して、具体的な実施例を参照して前に説明したが、本発明は、これらの実施例に限定されず、むしろ、例えば、ただし排他的ではなく、以下で指示されるように、特許請求の範囲によりあらかじめ定められた規模および範囲において一部変更かつ拡張され得ることは言うまでもない。
【００５８】
上述の実施例では、リチウムイオン二次貯蔵装置(蓄電池)のタイプの電気エネルギー貯蔵セルが、ガルバニセルとして説明された。しかしながら、この用語は、本発明の枠内では、任意のタイプの電気エネルギー貯蔵装置に適用され得る。それは、一次貯蔵装置(本来の意味でのバッテリ)に、および二次貯蔵装置に適用され得る。同様に、電気エネルギーを貯蔵かつ放出するための電気化学反応のタイプは、リチウム金属酸化物反応に限定されず、むしろ、個別の貯蔵セルは、任意の電気化学反応に基づいてよい。同様に、コンデンサ、スーパーコンデンサ等が、対応する方式で配置され得る。
【００５９】
セルおよびフレームの数は、本発明の理解および範囲に対しては重要性がない。14個のセル4および15個のフレーム6より多く設けても良いし、または少なく設けても良い。しかしながら、一般には、セル4より1つ多いフレーム6が存在し、それによって、各セル4が、隣接する2つのフレーム6間にそれぞれ受容される。慎重な受容、およびナット10を介してテンションボルト8によりセルブロックにもたらされる比較的点状の圧縮力の分散のために、ナット10が載置されているディスク、またはさらに末端フレーム(詳細には図示しない)が設けられ得る。
【００６０】
密封継目部14は、変更例において、上側および下側の小幅面に沿って折り畳まれ得るとともに、そこで、この箇所で密封継目部を安定させ、引裂きを防止する折り目(詳細には図示しない)をそれぞれ形成し得る。セル4の締め付けが密封継目部14で行われる限りでは、折り目の厚さは、ビームの厚さが一定である場合に、垂直ビーム18および水平ビーム20による内部応力を可能にするように、ホイル層32を含む電流導体16の厚さに適合され得る。
【符号の説明】
【００６１】
2  セルブロック
4  ガルバニセル
6  フレーム
8  テンションボルト
10  ナット
12  セル4の活性部分
14  密封継目部
16  電流導体
18  フレーム6の垂直ビーム
20  水平ビーム
22  つまみ
24  穴
26  窓
28  溝
30  ウェブ
32  カバーホイル
34  側縁面
36  切欠き
38  ウェブ
40  エラストマーストリップ
x  空間方向（軸方向）
y  空間方向（横方向）
z  空間方向（垂直方向）
上記の符号の説明が、本明細書の不可欠な構成要素であることを明示的に指摘する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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