Speicherblocks

B e s c h r e i b u n g

Die Erfindung betrifft ein Speicherelement für Elektroenergie und ein Verfahren zur Herstellung eines Speicherblocks aus solchen Speicherelementen.

Speicherelemente für Elektroenergie werden in vielen Bereichen der Technik in den unterschiedlichsten Formen eingesetzt. Wichtige Beispiele solcher

Speicherelemente sind zum einen Kondensatoren und zum anderen galvanische Zellen.

Bei manchen Anwendungen, beispielsweise bei Solaruhren und ähnlichen Produkten, werden Kondensatoren als Speicherelemente bevorzugt. Für andere Anwendungen, beispielsweise für portable Kleingeräte wie Mobiltelefone oder

Notebook-Computer und ähnliche Produkte, sind Speicherelemente vorteilhafter, die auf dem Prinzip der galvanischen Zelle beruhen.

Die erwähnten wie grundsätzlich alle Typen von Speicherelementen für Elektroenergie können entweder unmittelbar mit einem Energieverbraucher verbunden werden oder mit anderen - in der Regel gleichartigen - Speicherelementen zu sogenannten Speicherblöcken (Batterien) zusammengeschaltet werden. Bei einer Parallelschaltung von Speicherelementen, bei der Elektroden gleicher Polarität miteinander verbunden werden, erhöht sich durch die Zusammenschaltung das Speichervermögen (die Kapazität) des Speicherblocks. Die Spannung zwischen den zusammen geschalteten Elektroden bleibt bei der Parallelschaltung unverändert. Bei einer Reihenschaltung, bei der Elektroden verschiedener Polarität miteinander kettenförmig verbunden werden, erhöht sich die Spannung zwischen den freien Elektroden des Speicherblocks. Je nach den Anforderungen der jeweiligen Anwendung sind deshalb Parallelschaltungen oder auch Reihenschaltungen von Speicherelementen zu Speicherblöcken aber auch der unmittelbare Anschluss eines Speicherelements an einen Energieverbraucher üblich.

Bei allen Formen der Anwendung solcher Speicherelemente gilt es stets, versehentliche Verpolungen der Elektroden zu vermeiden. Dieses Problem tritt auf, weil die Elektroden, die auch als Ableiter oder Ableiterbleche bezeichnet werden, häufig als einfache Bleche ausgeführt sind, die häufig einfach aus einer meist folienartigen Verpackung des Speicherelements oder des Speicherblocks herausragen, um über form-, kraft- oder stoffschlüssig an diese Ableiterbleche angebundene Kontaktelemente an den Energieverbraucher oder (beim Ladevorgang ) an eine Energiequelle angeschossen oder (beim Aufbau eines Speicherblocks) mit Ableitern anderer Speicherelemente elektrisch verbunden zu werden.

Kommt es zu solchen Verpolungen, also zu bestimmungswidrigen elektrischen Verbindungen zwischen den Ableitern von Speicherelementen oder zwischen Ableitern und Anschlusselementen von Energieverbrauchern oder

Energiequellen, dann sind Schäden an den Anwendungssystemen oder an den Speicherelementen durch Überspannungen oder Kurzschlussströme typische Folgen solcher Fehler.

Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine technische Lehre zur Vermeidung solcher Fehler anzugeben. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Speicherelement für Elektroenergie bzw. durch ein Verfahren zur Herstellung eines Speicherblocks aus solchen Speicherelementen nach einem der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung bilden den Gegenstand von Unteransprüchen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Speicherelement für Elektroenergie mit mindestens zwei elektrischen Ableitern entgegen gesetzter elektrischer Polarität zur Ableitung der in dem Speicherelement gespeicherten Energie vorgesehen, bei dem die Anordnung oder Formgestaltung mindestens eines der Ableiter besondere Anordnungs- oder Formgestaltungselemente aufweist. Diese besonderen Anordnungs- oder Formgestaltungselemente wirken beim Zusammenbau erfindungsgemäßer Speicherelemente mit anderen gleichartigen Speicherelementen zu einem Speicherblock oder beim Anschluss eines solchen Speicherelements oder eines aus solchen Speicherelementen zusammen gesetzten Speicherblocks an einen mit entsprechenden Kontakt- oder Isolationselementen ausgestatteten Energieverbraucher oder Energieversorger einer Verpolung des Speicherelements oder der Speicherelemente entgegen.

Unter den Begriffen Anordnungselemente bzw. Formgestaltungselemente soll im Zusammenhang mit den vorliegenden Ausführungen jede denkbare Art von Elementen zur Gestaltung der Anordnung oder der Form der Gegenstände verstanden werden, auf die sich diese Begriffe jeweils beziehen. Eine Verwendung dieser Begriffe im Plural soll nicht notwendigerweise bedeuten, dass in jeder Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Mehrzahl solcher Elemente verwendet werden muss. Die Verwendung einer Mehrzahl solcher Elemente soll jedoch auch in keinem Fall ausgeschlossen sein.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform eines solchen Speicherelements unterstützt die Anordnung oder die Formgestaltung mindestens eines seiner Ableiter - allein oder im Zusammenwirken mit entsprechenden Kontakt- oder Isolationselementen - den Zusammenbau des Speicherelements mit anderen gleichartigen Speicherelementen zu einem Speicherblock. - A -

Besonders bevorzugt wird ferner ein Speicherelement mit mindestens einem Ableiter, dessen besondere Anordnungs- oder Formgestaltungselemente geometrischen Mustern entsprechen, die einer Kodierung der Polarität dieses Ableiters entsprechen.

Insbesondere für dem Aufbau von Speicherblöcken wird ein Speicherelement mit mindestens einem Ableiter besonders bevorzugt, der so ausgestaltet ist, dass er mit Ableitern anderer gleichartiger Speicherelemente beim Zusammenbau solcher Speicherelemente zu einem Speicherblock über Kontaktelemente elektrisch verbunden oder mit Hilfe von Isolationselementen von diesen elektrisch isoliert werden kann und dessen besondere Anordnungsoder Formgestaltungselemente bei bestimmungsgemäßem Zusammenbau solcher Speicherelemente in entsprechende Anordnungs- oder Formgestaltungselemente der Kontaktelemente oder der Isolationselemente eingreifen, um einer Verpolung der Speicherelemente entgegenzuwirken.

Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung eines solchen Speicherelements weist mindestens einen Ableiter auf, dessen besondere Anordnungs- oder Formgestaltungselemente als Noppe oder Bohrung oder als geometrisches Muster oder als Anordnung von solchen Noppen oder Bohrungen ausgestaltet sind, die bei bestimmungsgemäßem Zusammenbau solcher Speicherelemente in eine entsprechende Noppe oder eine entsprechende Bohrung oder in ein geometrisches Muster oder eine Anordnung von solchen Noppen oder Bohrungen in den Kontaktelementen oder in den Isolationselementen eingreifen.

Weiterhin besonders bevorzugt ist ein Speicherelement mit mindestens einem Ableiter, dessen besondere Anordnungs- oder Formgestaltungselemente derart ausgestaltet sind, dass sie - allein oder im Zusammenwirken mit entsprechenden Kontakt- oder Isolationselementen - einen bestimmungswidrigen Zusammenbau von Speicherelementen verhindern, oder bei einem bestimmungswidrigen Zusammenbau von Speicherelementen eine bestimmungswidrige elektrische Kontaktierung verhindern, oder zumindest bewirken, dass eine auffällige Abweichung der Form des zusammengebauten Speicherbocks von seiner bestimmungsgemäßen Form entsteht.

Weitere besondere Vorteile ergeben sich bei einem erfindungsgemäßen Speicherelement mit mindestens einem Ableiter, dessen Anordnung oder besondere Anordnungs- oder Formgestaltungselemente derart ausgestaltet sind, dass sie - allein oder im Zusammenwirken mit entsprechenden Kontaktoder Isolationselementen - beim Zusammenbau von Speicherelementen zu einem Speicherblock eine bestimmungsgemäße Positionierung der Speicherelemente unterstützen oder erzwingen.

Diese Vorteile können insbesondere bei einem Speicherelement erzielt werden, bei dem die Form und/oder die Anordnung der Noppen und/oder der Bohrungen beim Zusammenbau von Speicherelementen zu einem Speicherblock eine bestimmungsgemäße Positionierung der Speicherelemente unterstützen oder erzwingen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist außerdem ein Verfahren zur Herstellung eines Speicherblocks aus einer Mehrzahl von Speicherelementen für Elektroenergie mit jeweils mindestens zwei elektrischen Ableitern entgegen gesetzter elektrischer Polarität zur Ableitung der in dem jeweiligen Speicherelement gespeicherten Energie vorgesehen, bei dem die

Speicherelemente mit anderen gleichartigen Speicherelementen zu einem Speicherblock zusammengebaut werden, nachdem die Anordnung oder Formgestaltung mindestens eines der Ableiter aller oder wenigstens einiger dieser Speicherelemente vor dem Zusammenbau mit besonderen Anordnungs- oder Formgestaltungselementen ausgestaltet wurde, die beim Zusammenbau solcher Speicherelemente zu einem Speicherblock einer Verpolung der Speicherelemente entgegenwirken. Besonders bevorzugt ist in diesem Zusammenhang ein Verfahren zur Herstellung eines Speicherblocks, bei dem die bestimmungsgemäße Positionierung der Speicherelemente im Speicherblock beim Zusammenbau durch die Anordnung oder Formgestaltung mindestens eines der Ableiter aller oder wenigstens einiger dieser Speicherelemente unterstützt wird.

Die vorliegende Erfindung wird nachstehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele und mit Hilfe von Figuren näher beschrieben.

Dabei zeigt

Fig. 1 ein Beispiel der Außenansicht eines Speicherelements für Elektroenergie gemäß dem Stand der Technik;

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Speicherelements für Elektroenergie;

Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Speicherelements für Elektroenergie (Zelle) mit daran anschließenden Kontakt- bzw. Isolationselementen zum Aufbau eines Speicherblocks (Zellenblocks);

Fig. 4 eine Explosionsdarstellung des in Figur 3 dargestellten

Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Speicherelements für Elektroenergie (Zelle) mit daran anschließenden Kontakt- bzw. Isolationselementen zum Aufbau eines Speicherblocks (Zellenblocks);

Fig. 5 eine vergrößerte Darstellung eines Ableiters eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Speicherelements für Elektroenergie und Fig. 6 eine Draufsichtdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Speicherelements für Elektroenergie.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Speicherelement (101 , 305) für Elektroenergie mit mindestens zwei elektrischen Ableitern (103, 104) entgegen gesetzter elektrischer Polarität zur Ableitung der in dem Speicherelement gespeicherten Energie vorgesehen, bei dem die Anordnung oder Formgestaltung mindestens eines der Ableiter (103, 104) besondere Anordnungs- oder Formgestaltungselemente (202, 203) aufweist. Diese besonderen Anordnungs- oder Formgestaltungselemente (202, 203) wirken beim Zusammenbau erfindungsgemäßer Speicherelemente mit anderen gleichartigen Speicherelementen zu einem Speicherblock oder beim Anschluss eines solchen Speicherelements oder eines aus solchen Speicherelementen zusammen gesetzten Speicherblocks an einen mit entsprechenden Kontaktoder Isolationselementen ausgestatteten Energieverbraucher oder Energieversorger einer Verpolung des Speicherelements oder der Speicherelemente entgegen.

Wie in Figur 1 am Beispiel einer sogenannten Pouch- oder Coffebag-Zelle dargestellt, geht die häufig sehr einfache Ausführung der Ableiterbleche (103, 104) mit einer erheblichen Verwechslungsgefahr einher, die in der Praxis häufig zu Verpolungen der Speicherelemente, also zu bestimmungswidrigen elektrischen Verbindungen zwischen deren Ableitern oder zwischen den Ableitern und an diese angeschlossenen elektrischen Kontakten führt. Solche Speicherelemente sind häufig elektrochemische (galvanische) Zellen, deren elektrochemisch wirksamer Inhalt häufig von einer folienartigen Verpackung (102) umgeben ist, durch welche die elektrischen Anschlüsse (die auch als Ableiter, Elektroden, oder ähnlich bezeichnet werden) hindurchgeführt sind.

Die vorliegende Erfindung lässt sich jedoch auch im Zusammenhang mit anderen Speicherelementen, z.B. mit Kondensatoren, verwirklichen, und die vorliegenden Ausführungen gelten deshalb sinngemäß für alle Typen von elektrischen Speicherelementen und aus solchen Speicherelementen hergestellten Speicherblöcke. Die elektrische Spannung wird an diesen Ableitern häufig durch form-, kraft- oder stoffschlüssig an die Ableiterbleche angebundene Kontaktelemente abgegriffen. Diese können ein- oder beidseitig an die Ableiter anschließen.

Häufig befindet sich auf der einen Seite eines Ableiters ein Kontaktelement und auf der anderen Seite ein Isolationselement oder ein Halteelement. Solche Halteelemente können dazu dienen, ein Kontaktelement gegen einen Ableiter zu pressen, oder das Speicherelement oder den Speicherblock in anderer Weise innerhalb der Anwendung stabil zu platzieren. Solche Halteelemente werden dabei häufig Isolationselemente sein, es sein denn, ein Ableiter soll beispielsweise das elektrische Potential eines Gerätegehäuses führen.

Die Kontaktelemente sind bei der Anwendung von Einzelzellen direkt oder indirekt mit den elektrischen Stromverbrauchern oder Stromquellen verbunden. Bei Speicherblöcken (Batterien, Zellblöcken, etc.) dienen Kontakt- und Isolationselemente dem Aufbau einer Parallel- oder Reihenschaltung von Speicherelementen innerhalb des Speicherblocks, je nach den Erfordernissen der Anwendung.

Anhand der Figuren 3 und 4 ist leicht zu sehen, wie eine zweckmäßige

Kombination von Kontakt- und Isolationselementen (304, 306, 307) in geeigneter Verbindung mit den Ableitern eines erfindungsgemäßen Speicherelements (305) für den einfachen Aufbau eines Speicherblocks in Parallel- oder Reihenschaltung erfindungsgemäßer Speicherelemente genutzt werden kann.

Soll etwa durch Stapeln einer Mehrzahl von in den Figuren 3 und 4 dargestellten Aggregaten aus einem Speicherelement (305) und Kontakt- und Isolationselementen (304, 306, 307) beispielsweise eine Reihenschaltung von Speicherelementen aufgebaut werden, so werden dazu beispielsweise elektrisch leitende Kontaktelemente (304) auf die Oberseiten der negativen Ableiter (Kathoden) aufgebracht, und die Oberseiten der positiven Ableiter (Anoden) mit Isolationselementen (306) belegt.

Wenn nun, wie erfindungsgemäß in diesem Ausführungsbeispiel vorgesehen, der Abstand und die Größe der auf den Kontakt- oder Isolationselementen (304, 402, 416) angebrachten Noppen (401 , 414) zum Abstand und zur Größe der in den Ableitern gemäß diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung vorgesehenen Bohrungen (406, 413) passen, dann wirken diese Maßnahmen einer bestimmungswidrigen elektrischen Kontaktierung entgegen, weil eine versehentliche bestimmungswidrige Ausrichtung eines Speicherelements beim Zusammenbau des Speicherblocks erschwert oder gar verhindert würde oder zumindest sofort auffiele.

Die erfindungsgemäße Lehre bewirkt also, dass beim Aufbau von Speicherblöcken in Reihenschaltung nur Ableiter ungleichnamiger Polarität miteinander verbunden werden können. Entsprechendes gilt für den Aufbau von Speicherblöcken in Parallelschaltung, bei der es gerade darauf ankommt, dafür zu sorgen, dass nur Ableiter gleichnamiger Polarität miteinander verbunden werden.

Entsprechendes gilt auch für weitere Ausführungsformen der Erfindung, bei denen anstelle von Noppen und Bohrungen oder anstelle eines geometrischen Musters oder einer Anordnung von solchen Noppen oder Bohrungen eine andersartige Anordnung oder Formgestaltung mindestens eines der Ableiter (103, 104) oder der Kontakt- oder Isolationselemente oder andersartige Kombinationen von Anordnungen oder Formgestaltungen solcher Ableiter oder Kontakt- oder Isolationselemente mit andersartigen besonderen Anordnungsoder Formge-taltungselementen (201 , 202, 203, 204) zum Einsatz kommen können, die beim Zusammenbau solcher Speicherelemente mit anderen, insbesondere gleichartigen, Speicherelementen zu einem Speicherblock oder beim Anschluss des Speicherelements oder eines Speicherblocks aus solchen Speicherelementen an einen mit entsprechenden Kontakt- oder Isolationselementen ausgestatteten Energieverbraucher oder Energieversorger einer Verpolung der galvanischen Zelle oder Zellen entgegenwirken.

Ein wichtiger Gedanke der vorliegenden Erfindung besteht - mit anderen Worten formuliert - darin, die Ableiter, die daran anschließenden Kontaktelemente und/oder die daran anschließenden Isolations- oder Halteelemente mit einer „geometrischen Kodierung" zu versehen, die einer Verpolung der Zellen entgegenwirkt oder diese gar ausschließt. Wird eine erfindungsgemäße Zelle seitenverkehrt (also bestimmungs-widrig) eingebaut, dann verhindern die die elektrische Polarität der Elektroden „in geometrischer Weise" - also mit Hilfe ihrer besonderen Anordnungs- oder Formgestaltungselemente - kodierenden Eigenschaften der erfindungsgemäßen Ableiter, Kontakt-, Isolations- oder Haltelemente entweder den elektrischen Kontakt und/oder den Zusammenbau oder Einbau der Speicherelemente oder signalisieren beispielsweise durch außermittige oder versetzte Anordnung des Speicherelements im Speicherblock dem Monteur eindeutig und augenfällig den Fehler.

Die Elemente zur geometrischen Kodierung der elektrischen Polarität, also die Anordnung oder Formgestaltung der Ableiter (103, 104), deren besondere

Anordnungs- oder Formgestaltungselemente (201 , 202, 203, 204, 301 , 302, 303,

404, 405, 406, 407, 412, 413) oder die entsprechenden Anordnungs- oder Formgestaltungselemente (401 , 403, 408, 410, 414, 415) der mit den Ableitern zu verwendenden Kontakt-, Isolations- oder Halteelemente, können dabei -je nach Ausführungsform der Erfindung - beispielsweise Muster mit variablen Abständen oder Anzahlen von Bohrungen, Ausklinkungen, Erhebungen, Noppen, Nasen, Nuten, Stegen oder ähnlichen Anordnungs- oder Formgestaltungselementen (201 , 202, 203, 204, 301 , 302, 303, 401 , 403, 404,

405, 406, 407, 408, 410, 412, 413, 414, 415) sein. Selbst die Größe, die Form oder die besondere Anordnung eines Ableiters (Winkelung, Position an der Zelle, etc.) oder seine spezielle Formgestaltung selbst (Gabelung, Biegung, etc.) können bereits eine solche „geometrische Kodierung" der Polarität darstellen, die nur bei lagerichtiger Anordnung des Speicherelements in Bezug auf entsprechende Gegenstücke, wie beispielsweise entsprechende Kontakt- oder Isolationselemente, in die entsprechenden Anordnungs- und Formelemente dieser Gegenstücke bestimmungsgemäß eingreifen.

Besonders vorteilhaft wirkt sich die Erfindung aus, wenn die erfindungsgemäße Kodierung der Ableiter bereits vor dem Abschluss des Fertigungsprozesses des Speicherelements vorgenommen wird, weil mit dieser Maßnahme einer Verpolung des Speicherelements im weiteren Fertigungsprozess entgegengewirkt werden kann. Wo dies nicht möglich ist, empfiehlt sich eine Kodierung der Ableiter ursprünglich nicht mit kodierten Ableitern versehener Speicherelemente vor dem Zusammenbau von Speicherblöcken, um einer Verpolung beim Zusammenbau entgegenzuwirken.

Wie in den Figuren 2, 3, 4, 5 und 6 am Beispiel einer flachen Pouch-Zelle dargestellt, kann die Erfindung schon mit einfachen Lochmustern (202, 203) bzw. (406, 413) verwirklicht werden, die je nach Anwendungsfall und Ausführungsform der Erfindung mit entsprechenden Lochmustern und/oder Noppenmustern (301 , 302, 303, 401 , 403, 408, 410, 412, 414, 415) in entsprechenden Kontakt- oder Isolationselementen (304, 306, 307, 402, 409, 411 , 416) zusammenpassen.

Im Detail zeigt Fjgur 5, wie die Noppen (504) bzw. die Bohrungen (5Q3) eines Kontakt- oder Isolationselements (505) zu den entsprechenden Bohrungen des mit einem solchen Element nur mechanisch oder auch elektrisch verbundenen Ableiters (502) eines Speicherelements (501) passen. In Draufsicht zeigt Figur 6, wie durch einfache Wahl unterschiedlicher Abstände (S1 , S2) von kodierenden Bohrungen (602, 603) einer Verpolung entgegengewirkt werden kann. Diese kodierenden Bohrungen können, wie es auch Figur 4 zeigt, bei Bedarf leicht zusätzlich zu eventuell bereits vorhandenen kodierenden oder nicht kodierenden, je nach Ausführungsform der Erfindung gegebenenfalls lediglich dem stabilen Einbau dienenden weiteren Bohrungen (405, 407, 410, 412, 601 , 604) im Ableiter angebracht werden.

Bei geeigneter Ausführung der Anordnungs- oder Formgestaltungselemente der Ableiter und/oder der Kontakt- oder Isolationselemente ergibt sich der zusätzliche Vorteil, dass ein erfindungsgemäßes Speicherelement durch seine Formgestaltung oder Anordnung, oder durch die Anordnung oder durch die Formgestaltung mindestens eines seiner Ableiter (103, 104, 502) - allein oder im Zusammenwirken mit entsprechenden Kontakt- oder Isolationselementen (402, 409, 411 , 416) - den Zusammenbau des Speicherelements mit anderen gleichartigen Speicherelementen zu einem Speicherblock unterstützt. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn die Form der Pouch- oder Coffebag-Zellen eine Stapelung zu einem Speicherblock unterstützt, oder wenn die Anordnung oder die Formgestaltung der Ableiter (103, 104, 502) oder der entsprechenden Kontakt- oder Isolationselemente (402, 409, 411 , 416) eine Stapelung zu einem Speicherblock unterstützt, wie dies bei den in den Figuren 3 und 4 gezeigten Ausführungsformen dargestellt ist.

In diesem Ausführungsbeispiel unterstützen die zueinander passenden Anordnungen und Dimensionierungen von Noppen und Bohrungen sogar eine bestimmungsgemäße Positionierung der Speicherelemente bei deren Zusammenbau zu einem Speicherblock, denn ein bestimmungsgemäßes

Ineinandergreifen dieser Anordnungs- und Formgestaltungselemente setzt eine bestimmungsgemäße Positionierung der Speicherelemente zwingend voraus.