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Patent Searching and Data


Title:
CELL WITH ELECTRIC ENERGY STORAGE DEVICE AND HOUSING
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2021/001545
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a cell (1) with an electric energy storage device (2) and a hollow cylindrical housing (3), wherein the electric energy storage device (2) is arranged in the housing (3), and the housing (3) seals the electric energy storage device (2). The electric energy storage device (2) has a first energy storage device pole (12) and a second energy storage device pole (13), and the housing (3) has an outer casing (4), an inner casing (5), a first cap (6), and a second cap (7). The aim of the invention is to provide a temperature control system for the cell (1), said temperature control system keeping the electric energy storage device (2) in a specified temperature range. This is achieved in that a first electric cell conductor (8) is formed by the inner casing (5) and the first cap (6), and a second electric cell conductor (9) is formed by the outer casing (4) and the second cap (7); the first energy storage device pole (12) and the inner casing (5) are electrically connected together, and the second energy storage device pole (13) and the outer casing (4) are electrically connected together; the inner casing (5) has a first socket (10) on the first cap (6) and a second socket (11) on the second cap (7) for plugs (15, 16) of a cell connector (14, 18); and the housing (3) is designed such that a medium for controlling the temperature of the cell (1) can be received in the inner casing (5).

Inventors:
FISCHER JULIAN (DE)
Application Number:
EP2020/068861
Publication Date:
January 07, 2021
Filing Date:
July 03, 2020
Export Citation:
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Assignee:
F E R FISCHER EDELSTAHLROHRE GMBH (DE)
International Classes:
H01G9/08; H01G11/78; H01M10/052; H01M10/0525; H01M10/054; H01M10/613; H01M10/615; H01M10/643; H01M10/647; H01M10/654; H01M10/6567
Foreign References:
DE102005041746A12007-03-08
US20150171462A12015-06-18
US20170229745A12017-08-10
DE102012018040A12014-03-13
EP3705344A12020-09-09
Attorney, Agent or Firm:
GESTHUYSEN PATENT- UND RECHTSANWÄLTE (DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. Zelle (1) mit einem elektrischen Energiespeicher (2) und einem hohl zylinderförmigen Gehäuse (3), wobei der elektrische Energiespeicher (2) im Gehäuse (3) angeordnet ist und das Gehäuse (3) den elektrischen Energiespeicher (2) dicht umschließt, wobei der elektrische Energiespeicher (2) einen ersten Energiespeicherpol (12) und einen zweiten Energiespeicherpol (13) aufweist und wobei das Gehäuse (3) einen Außenmantel (4), einen Innenmantel (5), eine erste Kappe (6) und eine zweite Kappe (7) aufweist,

dadurch gekennzeichnet,

dass einerseits der Innenmantel (5) und die erste Kappe (6) einen ersten elektrischen Zellleiter (8) und andererseits der Außenmantel (4) und die zweite Kappe (7) einen zweiten elektrischen Zellleiter (9) bilden, dass einerseits der erste Energiespeicherpol (12) und der Innenmantel (5) und andererseits der zweite Energiespeicherpol (13) und der Außenmantel (4) elektrisch miteinander verbunden sind, dass der Innenmantel (5) einerseits an der ersten Kappe (6) eine erste Buchse (10) und andererseits an der zweiten Kappe (7) eine zweite Buchse (11) für Stecker (115, 16) eines Zellverbinders (14, 18) aufweist und dass das Gehäuse (3) derart ausgebildet ist, sodass ein Medium zur Tempe rierung der Zelle (1) im Innenmantel (5) aufnehmbar ist.

2. Zelle (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (3) derart ausgebildet ist, sodass ein Medium zur Temperierung der Zelle (1) durch den Innenmantel (5) strömbar ist. 3. Zelle (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass einer seits der erste Energiespeicherpol (12) und die erste Kappe (6) und anderer seits der zweite Energiespeicherpol (13) und die zweite Kappe (7) elektrisch miteinander verbunden sind. 4. Zelle (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Buchse (10) und/oder die zweite Buchse (11) zum Stecken, Verschrauben, Verkleben, Verlöten, Verschweißen, Verquetschen oder Ver- pressen eines Steckers (15, 16) eines Zellverbinders (14, 18) ausgebildet sind bzw. ist.

5. Zelle (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Energiespeicher (2) ein Lithium-Ionen-, Natrium-Ionen-, Mangan-Ionen-, Magnesium-Ionen- oder Lithium-Schwefel-Energiespeicher ist. 6. Zelle (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Energiespeicher (2) ein Kondensator ist.

7. Zelle (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenmantel (5) eine kreisförmige Querschnittskontur aufweist.

8. Zelle (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenmantel (4) eine kreisförmige Querschnittskontur aufweist.

9. Zelle (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenmantel (4) eine vieleckige Querschnittskontur aufweist.

10. Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der erste elektrische Zellleiter (8) einstückig ist und aus einem einzigen Stück hergestellt ist.

11. Zelle (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite elektrische Zellleiter (9) einstückig ist und aus einem einzi gen Stück hergestellt ist.

12. Zelle (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (3), vorzugsweise der Außenmantel (4), eine Sollbruchstel le aufweist, sodass das Gehäuse (3) an der Sollbruchstelle bricht, wenn der Energiespeicher (2) eine vorgegebene Kraft auf die Sollbruchstelle ausübt.

Description:
Zelle mit elektrischem Energiespeicher und Gehäuse

Die Erfindung betrifft eine Zelle mit einem elektrischen Energiespeicher und einem hohlzylinderförmigen Gehäuse.

Der elektrische Energiespeicher ist im Gehäuse angeordnet und das Gehäuse umschließt den elektrischen Energiespeicher dicht. Der elektrische Energie speicher weist einen ersten Energiespeicherpol und einen zweiten Energie speicherpol auf. Das Gehäuse weist einen Außenmantel, einen Innenmantel, eine erste Kappe und eine zweite Kappe auf.

Das Gehäuse der Zelle hat die Form eines Hohlzylinders. Unter einem Hohl- Zylinder wird ein allgemeiner Hohlzylinder verstanden. Ein allgemeiner Hohlzylinder ist durch eine Außenmantelfläche, Innenmantelfläche, eine ers te Grundfläche und eine zweite Grundfläche bestimmt, wobei die Grundflä chen die Bereiche zwischen Innenmantelfläche und Außenmantelfläche ab schließen. Ein allgemeiner Hohlzylinder kann nicht nur senkrecht, sondern auch schief sein. Auch kann er nicht nur Grundflächen mit kreisrunden oder ovalen, sondern auch mit mehreckigen Querschnittskonturen aufweisen. Ins besondere kann das hohlzylinderförmige Gehäuse auch ein Prisma sein. Beim Gehäuse bildet der Außenmantel die Außenmantelfläche, der Innen mantel die Innenmantelfläche, die erste Kappe, die erste Grundfläche und die zweite Kappe die zweite Grundfläche.

Das Gehäuse umschließt den im Gehäuse angeordneten elektrischen Energie speicher dicht. Dabei bedeutet dicht umschlossen zum einen, dass der elektri sche Energiespeicher gegen Umwelteinflüsse geschützt ist, sodass er in sei ner Funktionalität nicht beeinträchtigt ist, und zum anderen, dass vom elekt- rischen Energiespeicher keine Gefahren für die Umwelt ausgehen.

Die beiden Energiespeicherpole des elektrischen Energiespeichers werden auch als Pluspol und Minuspol bezeichnet.

Eine Zelle oder mehrere miteinander elektrisch verschaltete Zellen werden zur Versorgung von elektrischen Geräten mit elektrischer Energie verwendet. Bei den elektrischen Geräten handelt es sich zum Beispiel um Smartphones, Laptops und Automobile. Zwei Zellen sind derart miteinander verschaltet, dass sie elektrisch entweder seriell oder parallel verbunden sind. Aus der Praxis bekannte gattungsgemäße Zellen sind zum Beispiel Lithium- Ionen-Rundzellen. Eine solche Rundzelle weist ein senkrechtes hohlzylinder förmiges Gehäuse mit einem Innenmantel und einem Außenmantel auf, wo bei der Innenmantel und der Außenmantel kreisrunde Querschnittskonturen haben. Die beiden Kappen sind an den Innenmantel und an den Außenmantel angepasst. Der elektrische Energiespeicher ist im Gehäuse angeordnet und oftmals um den Innenmantel gewickelt. Der erste Energiespeicherpol des elektrischen Energiespeichers ist mit der ersten Kappe elektrisch verbunden und der zweite Energiespeicherpol ist mit der zweiten Kappe elektrisch ver- bunden. Eine elektrische Kontaktierung der Zellen erfolgt demnach lediglich über die beiden Kappen, wobei die eine Kappe den Minuspol und die andere Kappe den Pluspol darstellt.

Mehrere gattungsgemäße Zellen können elektrisch seriell oder parallel ver bunden sein. Zur elektrisch seriellen Verbindung einer ersten und einer zwei- te Zelle sind diese vorzugsweise auch geometrisch seriell angeordnet, sodass die erste Kappe der ersten Zelle und die zweite Kappe der zweiten Zelle ei nander gegenüberliegen. Die erste Kappe und die zweite Kappe sind durch einen Zellverbinder elektrisch miteinander verbunden. Zur elektrisch paralle len Verbindung einer ersten und einer zweiten Zelle sind diese vorzugsweise auch geometrisch parallel angeordnet, sodass die erste Kappe der ersten Zel le und die erste Kappe der zweiten Zelle nebeneinander liegen. Die beiden ersten Kappen sind durch einen Zellverbinder elektrisch miteinander verbun den. Zwar sind auch weitere geometrische Anordnungen bei elektrisch seriell und parallel verbundenen Zellen bekannt, jedoch erfordern diese aufwendige- re Zellverbinder. Somit beeinflusst die Art der elektrischen Verbindung von Zellen deren geometrische Anordnung und die Orientierung der Zellen in dieser Anordnung. Das bedeutet einen Symmetrieverlust und reduziert die Packungsdichte der Zellen. Die Orientierung von Zellen bezieht sich auf die Abfolge ihrer Kappen zueinander, also auf die Abfolge der Plus- und Minu- spole. Das ist eine Einschränkung, welche einen Nachteil darstellt.

Die Temperatur des elektrischen Energiespeichers in einer Zelle muss in ei nem vorgegebenen Temperaturbereich liegen, damit die maximal mögliche Leistungsfähigkeit des elektrischen Energiespeichers gegeben ist und die ma ximal mögliche Lebensdauer des elektrischen Energiespeichers erreicht wird. Jedoch entsteht beim Laden und Entladen im elektrischen Energiespeicher Wärme. Der beim Laden und Entladen fließende Strom bewirkt aber auch Wärme in den Bereichen des Gehäuses, durch welche der Strom fließt. Zu diesen Bereichen gehören insbesondere auch die Bereiche der elektrischen Kontaktierung des Gehäuses zum Beispiel an den Kappen. Die Umgebungs temperatur von Zellen und die beim Laden und Entladen in Zellen entstehen- de Wärme können ein Verlassen des vorgegebenen Temperaturbereichs be wirken. Steigt die Temperatur soweit an, dass sie außerhalb des vorgegebe nen Temperaturbereichs liegt, besteht die Gefahr eines thermischen Durchge hens. Deshalb ist es notwendig, Zellen zu temperieren, sodass die Tempera tur des elektrischen Energiespeichers in dem vorgegebenen Temperaturbe- reich liegt. Eine fehlende Temperierung oder eine Temperierung, welche den elektrischen Energiespeicher nicht im vorgegebenen Temperaturbereich hält, stellt somit einen weiteren Nachteil dar.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist eine Überwindung oder zumindest Abmilderung der dargelegten Nachteile. Die Aufgabe ist durch eine Zelle mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst. Bei dieser Zelle bilden einerseits der Innenmantel und die erste Kappe einen ersten elektrischen Zellleiter und andererseits der Außenmantel und die zweite Kappe einen zweiten elektrischen Zellleiter. Dabei sind der erste elektrische Zellleiter und der zweite elektrische Zellleiter voneinander elekt- risch isoliert. Weiter sind einerseits der erste Energiespeicherpol und der In nenmantel und andererseits der zweite Energiespeicherpol und der Außen mantel elektrisch miteinander verbunden. Der Innenmantel weist einerseits an der ersten Kappe eine erste Buchse und andererseits an der zweiten Kappe eine zweite Buchse für Stecker eines Zellverbinders auf. Vorzugsweise sind die Buchsen unterschiedlich groß ausgebildet, um ein Verpolen zu vermei den. Weiter ist das Gehäuse derart ausgebildet, sodass ein Medium zur Tem perierung der Zelle im Innenmantel aufnehmbar ist.

Die Hohlzylinderform des Gehäuses in Verbindung mit der Zuordnung der Elemente des Gehäuses, nämlich des Außenmantels, des Innenmantels, der ersten Kappe und der zweiten Kappe, zum ersten elektrischen Zellleiter und zweiten elektrischen Zellleiter und die elektrische Verbindung des Innenman tels mit dem ersten Energiespeicherpol und die Verbindung des Außenman tels mit dem zweiten Energiespeicherpol ermöglichen sowohl eine elektri sche Serienschaltung als auch eine elektrische Parallelschaltung von zwei geometrisch seriell angeordneten Zellen unabhängig von deren Orientierung. Die Orientierung der Zellen bezieht sich auf die Abfolge ihrer Kappen zuei nander in der geometrisch seriellen Anordnung, also auf die Abfolge von ers ten und zweiten Kappen.

Bei zwei geometrisch seriell angeordneten Zellen erfolgt eine elektrische Se- rienschaltung dieser durch einen Serienzell verbinder und eine elektrische Pa rallelschaltung dieser durch einen Parallelzellverbinder.

Der Serienzellverbinder weist einen ersten Stecker, einen zweiten Stecker und einen Kragen auf. Der erste Stecker ist komplementär zu einer der bei den Buchsen, und der zweite Stecker komplementär zu der anderen Buchse ausgebildet, sodass die beiden Zellen durch den Serienzellverbinder zueinan der geometrisch angeordnet werden. Weiter ist der erste Stecker zur elektri schen Kontaktierung der Buchse und damit des ersten elektrischen Zellleiters und ist der Kragen zur elektrischen Kontaktierung des Außenmantels und da mit des zweiten elektrischen Zellleiters ausgebildet. Dabei sind der erste Ste cker und der Kragen elektrisch miteinander verbunden. Somit werden durch den Serienzellverbinder der erste elektrische Zellleiter der einen Zelle und der zweite elektrische Zellleiter der anderen Zelle elektrisch miteinander ver bunden. Die beschriebene Konfiguration des Serienzell Verbinders ermöglicht eine elektrische Reihenschaltung von zwei Zellen unabhängig von deren Ori- entierung zueinander.

Der Parallelzellverbinder weist einen ersten Stecker, einen zweiten Stecker und einen Ring auf. Der erste Stecker ist komplementär zu einer der beiden Buchsen und der zweite Stecker ist komplementär zu der anderen Buchse ausgebildet, sodass die beiden Zellen durch den Parallelzellverbinder geo- metrisch zueinander angeordnet werden. Weiter sind sowohl der erste Ste cker als auch der zweite Stecker zur elektrischen Kontaktierung der Buchsen ausgebildet. Der Ring ist zur elektrischen Kontaktierung der Außenmäntel von den beiden Zellen ausgebildet. Somit werden durch den Parallelzellver binder zum einen der erste elektrische Zellleiter der einen Zelle und der erste elektrische Zellleiter der anderen Zelle und zum anderen der zweite elektri sche Zellleiter der einen Zelle und der zweite elektrische Zellleiter der ande ren Zelle elektrisch miteinander verbunden. Die beschriebene Konfiguration des Parallelzellverbinders ermöglicht eine elektrische Parallelschaltung von zwei Zellen unabhängig von deren geometrischer Orientierung zueinander. Das Gehäuse und damit der Innenmantel ist zur Aufnahme eines Mediums zur Temperierung der Zelle ausgebildet. Wenn ein Medium im Innenmantel aufgenommen ist, dann dient dieses zur Zu- oder Abführung von Wärme, so- dass der elektrische Energiespeicher im vorgegebenen Temperaturbereich ist. Für gewöhnlich ist der elektrische Energiespeicher unmittelbar auf dem In nenmantel angeordnet. Dadurch ist der thermische Widerstand zwischen elektrischem Energiespeicher und Innenmantel gering und eine effiziente Temperierung möglich. Vorzugsweise ist auch der Außenmantel und sind auch die Kappen auf dem Energiespeicher angeordnet, sodass der thermische Widerstand möglichst gering ist.

Weiter zeichnet sich das Gehäuse der Zelle durch seine Einfachheit aus. Denn die Komponenten des Gehäuses, nämlich der Außenmantel, der Innen mantel, die erste Kappe und die zweite Kappe, sind einfach herzustellen und zusammenzufugen. Dadurch sinken Herstellungsaufwand und Herstellungs- kosten.

Der Energiespeicher in der Zelle ist für gewöhnlich geschichtet, zum Bei spiel durch Falten in sich oder durch Wickeln um den Innenmantel. Somit weist der Energiespeicher Schichten auf. Der Energiespeicher ähnelt inso weit einer Spule. Folglich weist der Energiespeicher auch eine entsprechende Induktivität auf, welche transiente Änderungen eines Stroms durch den Ener giespeicher beeinträchtigt. Deshalb ist in einer Ausgestaltung der Zelle vor gesehen, dass einerseits der erste Energiespeicherpol und die erste Kappe und andererseits der zweite Energiespeicherpol und die zweite Kappe elekt risch miteinander verbunden sind. Somit sind also zum einen einerseits der Innenmantel und die erste Kappe und andererseits der erste Energiespeicher pol elektrisch verbunden und sind zum anderen einerseits der Außenmantel und die zweite Kappe und andererseits der zweite Energiespeicherpol elekt risch verbunden. Die elektrische Verbindung zwischen dem ersten Energie speicherpol und der ersten Kappe ist derart, dass der erste Energiespeicherpol an vorzugsweise jeder Schicht des Energiespeichers und die erste Kappe mit einander elektrisch verbunden sind. Entsprechend ist die elektrische Verbin dung zwischen dem zweiten Energiespeicherpol und der zweiten Kappe der art, dass der zweite Energiespeicherpol an vorzugsweise jeder Schicht des Energiespeichers und die zweite Kappe miteinander elektrisch verbunden sind. Diese Verbindung der Schichten des Energiespeichers bewirkt eine elektrische Parallelschaltung der Schichten, wodurch die Induktivität des Energiespeichers abnimmt. Durch die zusätzlichen elektrischen Verbindun gen nimmt auch sowohl der elektrische als auch thermische Widerstand ab und steigt die maximale Stromstärke an.

In einer weiteren Ausgestaltung der Zelle ist vorgesehen, dass das Gehäuse derart ausgebildet ist, sodass ein Medium zur Temperierung der Zelle durch den Innenmantel strömbar ist. Bei diesem Medium handelt es sich vorzugs weise um ein flüssiges Medium. Ein flüssiges Medium zeichnet sich dadurch aus, dass es zum einen eine hohe Wärmekapazität hat und zum anderen im unmittelbaren Kontakt mit dem Innenmantel ist, sodass der thermische Wi- derstand zwischen Medium und Innenmangel gering ist. Ein Vorteil eines flüssigen Mediums gegenüber einem festen Medium ist, dass dem elektri schen Energiespeicher zu- oder abgeführte Wärme nicht nur durch die Wär meleitfähigkeit des Mediums, sondern auch durch die Bewegung des ström enden Mediums transportiert wird. Die erste Buchse und die zweite Buchse im Innenmantel des Gehäuses sind zur Aufnahme von Steckern von Zellverbindem ausgebildet. In einer weite ren Ausgestaltung der Zelle ist vorgesehen, dass die erste Buchse und/oder die zweite Buchse zum Stecken, Verschrauben, Verkleben, Verlöten, Ver schweißen, Verquetschen oder Verpressen eines Steckers eines Zellverbin- ders ausgebildet sind bzw. ist. Ein Vorteil von Verschrauben und Stecken ge genüber Verkleben, Verlöten, Verschweißen, Verquetschen und Verpressen ist, dass diese Verbindungen leichter trennbar sind. Ein Vorteil von Verkle ben, Verlöten, Verschweißen, Verquetschen und Verpressen gegenüber Ste cken und Verschrauben ist, dass die Verbindungen für gewöhnlich einen ge- ringeren elektrischen Widerstand aufweisen.

Das Gehäuse der Zelle kann verschiedenste elektrische Energiespeicher be herbergen. In einer Ausgestaltung der Zelle ist vorgesehen, dass der elektri sche Energiespeicher ein Lithium-Ionen-, Natrium-Ionen-, Mangan-Ionen-, Magnesium-Ionen- oder Lithium-Schwefel-Energiespeicher ist. Alternativ dazu kann der elektrische Energiespeicher auch ein Kondensator wie z. B. ein Superkondensator sein. Ein Superkondensator ist z. B. ein Doppelschicht kondensator, Pseudokondensator oder Hybridkondensator.

Das Gehäuse mit Außenmantel, Innenmantel, erster Kappe und zweiter Kap pe kann verschiedenste hohlzylinderförmige Geometrien aufweisen. In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Innenmantel eine kreisförmige Quer- schnittskontur aufweist. In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Außenmantel eine kreisförmige Querschnittskontur aufweist. In einer zur vorangehenden alternativen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Außen mantel eine vieleckige Querschnittskontur aufweist. Um die Herstellung weiter zu vereinfachen und infolgedessen die Herstel lungskosten auch weiter zu senken, ist in einer weiteren Ausgestaltung vor gesehen, dass der erste elektrische Zellleiter einstückig ist und aus einem ein zigen Stück hergestellt ist. In einer weiteren Ausgestaltung, welche die glei che Zielrichtung wie die vorangehende hat, ist vorgesehen, dass der zweite elektrische Zellleiter einstückig ist und aus einem einzigen Stück hergestellt ist.

In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Gehäuse, vorzugs weise der Außenmantel, eine Sollbruchstelle aufweist, sodass das Gehäuse an der Sollbruchstelle bricht, wenn der Energiespeicher eine vorgegebene Kraft auf die Sollbruchstelle ausübt. Der Energiespeicher übt zum Beispiel dann eine solche Kraft auf die Sollbruchstelle aus, wenn er thermisch durch geht, zum Beispiel infolge einer elektrischen Überlastung.

Im Kontext der Erfindung bedeutet eine elektrische Verbindung stets eine elektrisch leitende Verbindung und eine elektrische Kontaktierung eine elekt- risch leitende Kontaktierung.

Im Einzelnen ist eine Vielzahl von Möglichkeiten gegeben, die Zelle auszu gestalten und weiterzubilden. Dazu wird verwiesen sowohl auf die dem Pa tentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche als auch auf die nachfolgen de Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen einer Zelle in Ver- bindung mit der Zeichnung. In der Zeichnung zeigt abstrahiert

Fig. la, lb ein erstes Ausführungsbeispiel einer Zelle,

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Zelle,

Fig. 3 eine elektrische Serienschaltung von zwei Zellen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel durch ein Ausführungsbeispiel eines Serienzellverbinders,

Fig. 4a-4c das Ausführungsbeispiel eines Serienzellverbinders, Fig. 5 eine elektrische Parallelschaltung von zwei Zellen gemäß dem ersten Ausfuhrungsbeispiel durch ein Ausfuhrungsbeispiel eines Parallelzellverbinders und

Fig. 6a-6c das Ausfuhrungsbeispiel eines Parallelzell verbinders. Fig. la zeigt ein erstes Ausfuhrungsbeispiel einer Zelle 1 in perspektivischer Ansicht und Fig. lb einen Längsschnitt des Ausfuhrungsbeispiels. Die Zelle weist einen elektrischen Energiespeicher 2 und ein senkrechtes hohlzylinder förmiges Gehäuse 3 auf.

Das Gehäuse 3 weist einen Außenmantel 4, einen Innenmantel 5, eine erste Kappe 6 und eine zweite Kappe 7 auf. Sowohl der Außenmantel 4 als auch der Innenmantel 5 weisen jeweils eine kreisförmige Querschnittskontur auf. Ein erster elektrischer Zellleiter 8 ist durch den Innenmantel 5 und die erste Kappe 6 und ein zweiter elektrischer Zellleiter 9 ist durch den Außenmantel 4 und die zweite Kappe 7 gebildet. Sowohl der erste elektrische Zellleiter 8 als auch der zweite elektrische Zellleiter 9 sind jeweils einstückig aus einem einzigen Stück hergestellt und elektrisch leitend. Der erste elektrische Zelllei ter 8 und der zweite elektrische Zellleiter 9 sind elektrisch voneinander iso liert.

Durch die Einstückigkeit des ersten Zellleiters 8 und des zweiten Zellleiters 9 ist die Herstellung der Zelle 1 vereinfacht, wodurch auch die Herstellungs kosten sinken. Hinzu kommt, dass durch die Zuordnung einerseits der ersten Kappe 6 zum Innenmantel 5 und andererseits der zweiten Kappe 7 zum Au ßenmantel 4 das Zusammenfügen des ersten Zellleiters 8 und des zweiten Zellleiters 9 sich auf ein Einschieben des ersten Zellleiters 8 in den zweiten Zellleiter 9 vereinfacht. Eine weitere Vereinfachung ist dadurch gegeben, dass der elektrische Energiespeicher 2 auf den Innenmantel 5 gewickelt ist. Vorzugsweise wird der Innenmantel 5 als Wickeldom zum Aufwickeln des elektrischen Energiespeichers 2 verwendet. Einzelne Energiespeicherlagen 20 des Energiespeichers sind beispielhaft in der unteren Hälfte von Fig. lb dargestellt.

Der Innenmantel 5 weist einerseits an, also in Höhe, der ersten Kappe 6 eine erste Buchse 10 und andererseits an, also in Höhe, der zweiten Kappe 7 eine zweite Buchse 11 für Stecker eines Zellverbinders auf. Die erste Buchse 10 und die zweite Buchse 11 sind gleich und zum Stecken der Stecker eines Zellverbinders ausgebildet.

Der elektrische Energiespeicher 2 ist ein Lithium-Ionen-Energiespeicher und weist einen ersten Energiespeicherpol 12 und einen zweiten Energiespeicher- pol 13 auf. Der elektrische Energiespeicher 2 ist im Gehäuse 3 angeordnet.

Zum einen sind der erste Energiespeicherpol 12 und der erste elektrische Zellleiter 8 und zum anderen sind der zweite Energiespeicherpol 13 und der zweite elektrische Zellleiter 9 elektrisch miteinander verbunden. Demnach sind zum einen einerseits jeweils der Innenmantel 5 und die erste Kappe 6 und andererseits der erste Energiespeicherpol 12 elektrisch verbunden und sind zum anderen einerseits jeweils der Außenmantel 4 und die zweite Kap pe 7 und andererseits der zweite Energiespeicherpol 13 elektrisch verbunden. Die elektrische Verbindung zwischen dem ersten Energiespeicherpol 12 und der ersten Kappe 6 ist derart, dass der erste Energiespeicherpol 12 an jeder Energiespeicherlage 20 des elektrischen Energiespeichers 2 und die erste Kappe 6 miteinander elektrisch verbunden sind. Eine elektrische Verbindung mit der Zelle 1 kann somit über den ersten Zellleiter 8, also die erste Kappe 6 und den Innenmantel 5, und über den zweiten Zellleiter 9, also den Außen mantel 4 und die zweite Kappe 7 hergestellt werden. Dabei ist zu berücksich- tigen, dass die erste Buchse 10 und die zweite Buchse 11 zum Innenmantel 5 gehören.

Die Temperatur des elektrischen Energiespeichers 2 in der Zelle 1 muss in ei nem vorgegebenen Temperaturbereich liegen, damit die maximal mögliche Leistungsfähigkeit des elektrischen Energiespeichers 2 gegeben ist und seine maximal mögliche Lebensdauer erreicht wird. Die Umgebungstemperatur der Zelle 1 und die beim Laden und Entladen des elektrischen Energiespei chers 2 im elektrischen Energiespeicher 2 entstehende Wärme können ein Verlassen des vorgegebenen Temperaturbereichs bewirken. Folglich ist es notwendig, die Zelle 1 zu temperieren, sodass die Temperatur des elektri- sehen Energiespeichers 2 in dem vorgegebenen Temperaturbereich liegt. Deshalb ist das Gehäuse 3 derart ausgebildet, dass ein flüssiges Medium zur Temperierung der Zelle 1 durch den Innenmantel 7 strömbar ist. Ein flüss iges Medium zeichnet sich dadurch aus, dass es zum einen eine hohe Wärme kapazität hat und zum anderen im unmittelbaren Kontakt mit dem Innenman- tel 5 ist, sodass der thermische Widerstand zwischen Medium und Innenman gel 5 gering ist.

Weiter umschließt das Gehäuse 3 den elektrischen Energiespeicher 2 dicht. Dabei bedeutet dicht umschlossen zum einen, dass der elektrische Energie- Speicher 2 gegen Umwelteinflüsse geschützt ist, sodass er in seiner Funktio nalität nicht beeinträchtigt ist, und zum anderen, dass vom elektrischen Ener giespeicher 2 keine Gefahren für die Umwelt ausgehen. Das dichte Um schließen bezieht sich auch auf das Medium, sodass das Medium nicht in das Gehäuse 3 gelangt. Fig. 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer Zelle 1 in perspektivischer Ansicht. Das zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich vom ersten Aus- fühnmgsbeispiel ausschließlich dadurch, dass der Außenmantel 4 keine kreisförmige, sondern eine rechteckige Querschnittskontur aufweist. Im Üb rigen gelten die Ausführungen zum ersten Ausführungsbeispiel für das zwei- te Ausführungsbeispiel entsprechend.

Fig. 3 zeigt einen Längsschnitt einer elektrische Serienschaltung von zwei Zellen 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel durch ein Ausführungsbei spiel eines Serienzellverbinders 14. Die beiden Zellen 1 sind geometrisch se riell angeordnet. Fig. 4a zeigt den Serienzellverbinder 14 aus Fig. 3 separat in perspektivi scher Ansicht. Fig. 4b zeigt die Komponenten des Serienzellverbinders 14 entlang seiner Längsachse auseinandergezogen. Fig. 4c zeigt einen Längs schnitt des Serienzellverbinders 14. Er weist einen ersten Stecker 15, einen zweiten Stecker 16 und einen Kragen 17 auf. Der erste Stecker 15 und der zweite Stecker 16 sind komplementär zur ersten Buchse 10 und zweiten Buchse 11 und damit auch gleich. Durch den ersten Stecker 15 und den zwei ten Stecker 16 werden die beiden Zellen 1 zueinander geometrisch angeord net wie in Fig. 3 gezeigt. Weiter ist der erste Stecker 15 zur elektrischen Kon taktierung der ersten Buchse 10 und damit des ersten elektrischen Zellleiters 8 und ist der Kragen 17 zur elektrischen Kontaktierung des Außenmantels 4 und damit des zweiten elektrischen Zellleiters 9 ausgebildet. Dabei sind der erste Stecker 15 und der Kragen 17 elektrisch miteinander verbunden. Somit werden durch den Serienzell verbinder 14 der erste elektrische Zellleiter 8 der einen Zelle 1 und der zweite elektrische Zellleiter 9 der anderen Zelle 1 elektrisch miteinander verbunden. Die beschriebene Konfiguration des Se- rienzellverbinders 14 ermöglicht eine elektrische Serienschaltung von zwei Zellen 1 unabhängig von deren Orientierung zueinander. Unabhängigkeit von der Orientierung bedeutet, dass auch bei Umkehrung der Orientierung von einer oder beider Zellen 1 die elektrische Serienschaltung erhalten bleibt. Wenn die Orientierung einer der beiden Zellen umgekehrt ist, dann sind die erste Buchse 10 und die zweite Buchse 11 vertauscht.

Fig. 5 zeigt einen Längsschnitt einer elektrische Parallelschaltung von zwei Zellen 1 gemäß dem ersten Ausfuhrungsbeispiel durch ein Ausfuhrungsbei- spiel eines Parallelzellverbinders 18. Die beiden Zellen 1 sind geometrisch seriell angeordnet.

Fig. 6a zeigt den Parallelzellverbinder 18 aus Fig. 5 separat in perspektivi scher Ansicht. Fig. 6b zeigt die Komponenten des Parallelzellverbinders 18 entlang seiner Längsachse auseinandergezogen. Fig. 6c zeigt einen Längs schnitt des Parallelzellverbinders 18. Er weist einen ersten Stecker 15, einen zweiten Stecker 16 und einen Ring 19 auf. Der erste Stecker 15 und der zweite Stecker 16 sind komplementär zur ersten Buchse 10 und zweiten Buchse 11 und damit auch gleich. Durch den ersten Stecker 15 und den zwei ten Stecker 16 werden die beiden Zellen 1 zueinander geometrisch angeord net wie in Fig. 5 gezeigt. Weiter sind sowohl der erste Stecker 15 als auch der zweite Stecker 16 zur elektrischen Kontaktierung der ersten Buchse 10 und der zweiten Buchse 11 ausgebildet. Der Ring 19 ist zur elektrischen Kontaktierung der Außenmäntel 4 von den beiden Zellen 1 ausgebildet. So mit werden durch den Parallelzellverbinder 18 zum einen der erste elektri sche Zellleiter 8 der einen Zelle 1 und der erste elektrische Zellleiter 8 der anderen Zelle 1 und zum anderen der zweite elektrische Zellleiter 9 der einen Zelle 1 und der zweite elektrische Zellleiter 9 der anderen Zelle 1 elektrisch miteinander verbunden. Die beschriebene Konfiguration des Parallelzellver binders 18 ermöglicht eine elektrische Parallelschaltung von zwei Zellen 1 unabhängig von deren geometrischer Orientierung zueinander. Somit ermöglicht die Hohlzylinderform des Gehäuses 3 in Verbindung mit der Zuordnung des Außenmantels 4, des Innenmantels 5, der ersten Kappe 6 und der zweiten Kappe 7 zum ersten elektrischen Zellleiter 8 und zweiten elektrischen Zellleiter 9 und die elektrische Verbindung des ersten elektri schen Zellleiters 8 mit dem ersten Energiespeicherpol 12 und die Verbindung des zweiten elektrischen Zellleiters 9 mit dem zweiten Energiespeicherpol 13 sowohl eine elektrische Serienschaltung als auch eine elektrische Parallel schaltung von zwei geometrisch seriell angeordneten Zellen 1 unabhängig von deren geometrischer Orientierung.

Bezugszeichen

1 Zelle

2 elektrischer Energiespeicher

3 Gehäuse

4 Außenmantel

5 Innenmantel

6 erste Kappe

7 zweite Kappe

8 erster Zellleiter

9 zweiter Zellleiter

10 erste Buchse

11 zweite Buchse

12 erster Energiespeicherpol

13 zweiter Energiespeicherpol

14 Serienzellverbinder

15 erster Stecker

16 zweiter Stecker

17 Kragen

18 Parallelzellverbinder

19 Ring

20 Energiespeicherlage