DE60017349T2 - Modulare Konfiguration - Google Patents

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Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • 1. Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung ist auf ein alleinstehendes Batteriemodul von nebeneinander gestellten elektrochemischen Zellen gerichtet. Eine Mehrzahl von Modulen ist der Reihe nach zusammen angeordnet, um eine Batteriepackung zu bilden. Obwohl die Zellen jeden Typs sein können, sind Lithium-Ionen-Zellen besonders brauchbar, wenn das Modul in einer Batteriepackung für ein elektrisches Fahrzeug verwendet wird.
  • 2. Stand der Technik
  • US 5,378,555 von Waters et al. offenbart eine Batteriepackung für ein elektrisches Fahrzeug, wobei eine Mehrzahl von Batterien in eine Abstützwanne gesetzt ist und mechanisch zusammen durch Verriegelungsstecker verbunden ist. Die Verriegelungsstecker weisen Passagen für eine elektrische Verbindung zwischen Batterien durch Kabel auf, sowie für Kühlrohre und für Verdrahtungssysteme für elektronische Steuerungen der Pakete. Jedoch hat die in Waters offenbarte Batteriepackung die Nachteile, dass sie ein großes Volumen hat und komplexe mechanische, elektrische sowie thermische Verbindungen zwischen den Batterien in der Batteriepackung hat.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es die Vorteile des Standes der Technik zu überwinden. Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Batteriemodul zum Halten einer Mehrzahl von elektrochemischen Zellen für die bequeme Verwendung als eine Batterie bereitzustellen. Ein anderes Ziel ist es ein Batteriemodul bereitzustellen, das Komponententeile hat, die einfach herzustellen sind. Ein weiteres Ziel ist es ein Batteriemodul bereitzustellen, das einfach zu montieren ist. Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es ein einfach konstruiertes Batteriemodul bereitzustellen, das unterschiedlich große Zellen unterbringen kann, während Rattern verhindert ist, wobei eine zweckmäßige thermische Betriebstemperatur aufrechterhalten ist und es einfache elektrische Verbindungen hat. Ein weiteres Ziel ist es ein Batteriemodul bereitzustellen, dessen Volumen und Gewicht reduziert ist.
  • Das allein stehende Batteriemodul der vorliegenden Erfindung weist eine Konfiguration auf, die das Gesamtvolumen des Moduls reduziert sowie die Verbindung mit einer Mehrzahl von Modulen erleichtert, um eine Batteriepackung zu bilden. Ferner reduziert die Konfiguration des Moduls das Gesamtgewicht des Moduls, wodurch das Leistungsgewichtsverhältnis und das Energiegewichtsverhältnis sowohl des Moduls als auch das einer jeden Batteriepackung erhöht ist, in das es enthalten ist. Außerdem, die Teile, die das Modul ausmachen, sind konstruiert ihre Herstellung zu vereinfachen, sowie die Montage des Moduls zu vereinfachen.
  • Das alleinstehende Batteriemodul der vorliegenden Erfindung weist auf: (a) eine mechanische Konfiguration; (b) eine Thermal-Management-Konfiguration; (c) eine Elektrikverbindungskonfiguration; und (d) eine Elektronikkonfiguration. Ein derartiges Modul ist voll austauschbar in einer Batteriepackungsanordnung, mechanisch, aus der Sicht des Thermal-Managements, und elektrisch. Mit der gleichen Hardware kann das Modul unterschiedliche Zellengrößen unterbringen und kann dadurch unterschiedliche Kapazitäten haben, weil Saft-Zellen mit dem gleichen Durchmesser, jedoch mit unterschiedlichen Längen für unterschiedliche Kapazitäten, konstruiert sind. Die Modulstruktur ist konstruiert, um die Elektroniküberwachung, Schutz und bestückte Leiterplatten (PWAs) unterzubringen sowie einen Luftstrom durch das Modul zu ermöglichen. Eine Mehrzahl von Modulen kann einfach miteinander verbunden werden, um eine Batteriepackung zu bilden. Die Batteriepackung ist insbesondere nützlich als eine Leistungsquelle für ein elektrisches Fahrzeug.
  • a) Mechanische Konfiguration
  • In dem Batteriemodul der vorliegenden Erfindung ist eine Zellanordnung einer Mehrzahl von Zellen, die zwischen einem Paar Zellhaltetafeln gehalten sind, die beispielsweise der Reihe nach durch Verbindungsstangen verbunden sind. Die Zellen sind ausgerichtet, so dass ihre Längsachsen parallel zueinander sind und senkrecht zu den Haltetafeln sind. Die Zellanordnung ist innerhalb einer Schale enthalten. Eine Endkappe ist dann an jeder Haltetafel befestigt mit Raum zwischen der Endkappe und der Haltetafel. Innerhalb jeder Endkappe sind zwei Mündungen. Auf der einen Seite des Moduls sind die Mündungen in einer Endkappe für den Lufteintritt, wohingegen die Mündungen in der gegenüberliegenden Endkappe für den Austritt sind. Auf der Eintrittsseite ist der Raum zwischen der Endkappe und der Haltetafel ein Luftverteiler. Da die Mündungen in den Endkappen gleich sind, kann die Endkappe entweder die Eintrittsseite oder die Austrittsseite des Moduls sein.
  • Jede Haltetafel hat eine erste Seite, eine zweite Seite und dazwischen eine Stärke. Auf der ersten Seite ist eine Mehrzahl von Hohlräumen, die in die Haltetafel sich erstrecken, jedoch bis zu einem Ausmaß, das weniger als die Stärke der Haltetafel ist, um einen Hohlraumboden zu bilden. Die Umfangsgestalt eines jeden Hohlraums passt mit der Umfangsgestalt der Zelle zusammen, um darin gehalten zu werden. Bevorzugt haben die Zellen und die Hohlräume eine kreisförmige Umfangsgestalt, die eine gute Volumenreduktion des Moduls aufgrund der Erleichterung des miteinander Verschachtelns der Zellen bereitstellt. Eine Mehrzahl von Hohlräumen ist entlang der Länge der Haltetafel ausgerichtet, um eine erste Linie zu bilden. Eine zweite Linie weist eine Mehrzahl von Hohlräumen auf, die bezüglich der Hohlräume der ersten Linie gestaffelt sind. Eine dritte Linie weist eine Mehrzahl von Hohlräumen auf, die bezüglich der Hohlräume der zweiten Linie gestaffelt sind, die jedoch bezüglich der Hohlräume der ersten Linie ausgerichtet sind. Die vorhergehende Anordnung der kreisförmigen Hohlräume erlaubt, dass die Zellen einfach zusammen verschachtelt sind, wodurch das gesamte Volumen des Moduls reduziert ist. Da die zweite Linie sowohl von der ersten als auch von der dritten Linie versetzt ist, formt sie in dem Modul einen Vorsprung auf der einen Seite und eine Aussparung auf der anderen Seite. Der Vorsprung und die Aussparung helfen beim Zusammenverriegeln der Module, um eine Batteriepackung zu bilden, die ein reduziertes Gesamtvolumen hat, als auch eine erhöhte Stabilität. D. h., wenn der Vorsprung an einem Modul mit der Aussparung an einem benachbarten Modul ausgerichtet wird, werden die Module zusammen verschachtelt und werden gegenseitig stabil gehalten, während ein minimales Gesamtvolumen der Batteriepackung erzielt wird.
  • Innerhalb des Umfangs eines jeden Hohlraums ist ein erstes Durchgangsloch, in dem ein Anschluss der von dem Hohlraum gehaltenen Zelle untergebracht ist. Einige der Hohlräume weisen auch ein zweites Durchgangsloch auf, das ein Füllrohr der Zelle unterbringt. Das zweite Durchgangsloch ist in den Hohlräumen, die das negative Ende der Zelle halten, weil dieses Ende der Zelle das Füllrohr aufweist. Der Hohlraumboden kann einen ausgesparten Abschnitt aufweisen, um eine Anschlussplatte der Zelle unterzubringen. Jeder Hohlraum kann an seinem Umfang auch eine Mehrzahl von Keilen aufweisen. Jeder Keil kann als dreieckiger Steg geformt sein, der zwischen der Seitenwand und des Hohlraumbodens sich erstreckt. Die Keile helfen beim Halten einer Zelle innerhalb eines Hohlraums der Haltetafel. Bei Aufbringen von Druck und/oder von Wärme an den rechten Stellen während der Montage der Zellen zwischen den Zellhaltetafeln sind die Keile geformt, um Rütteln der Zelle innerhalb des Hohlraums zu eliminieren und unterschiedliche Zellhöhen unterzubringen.
  • Jede Haltetafel weist auch auf eine Mehrzahl von Löchern durch ihre Stärke auf, die jedoch nicht innerhalb des Umfangs jeden Hohlraums platziert sind. Einige der Durchgangslöcher bringen einen Luftstrom durch die Haltetafel unter. Dieser Typ Durchgangslöcher kann verschiedene Größen haben, abhängig von seiner Anordnung relativ zu den Hohlräumen auf der Haltetafel, und kann beispielsweise eine Schlitztypkonfiguration haben. Dieser Typ Durchgangslöcher, in Verbindung mit den Öffnungen in den Endkappen, stellt einen einfach herzustellenden Mechanismus zum Steuern des Thermal-Managements des Moduls bereit. Natürlich können auch andere brauchbare Formen der Luftstromdurchgangslöcher verwendet werden. Andere Durchgangslöcher bringen Verbindungsstangen unter, oder andere zweckmäßige Mittel, die zwischen dem Paar von Haltetafeln sich erstrecken, um die Haltetafeln zusammenzubefestigen mit den Zellen dazwischen.
  • Die zweite Seite einer jeden Haltetafel weist Laschen zur Befestigung einer Endkappe auf. Da die Laschen als ein Teil der Haltetafel gebildet sind, ist eine reduzierte Anzahl von separaten Teilen für die Montage des Moduls notwendig, was dadurch erleichtert wird. Die Laschen können unterschiedliche Konfigurationen haben, abhängig davon, wie die Endkappe und die Haltetafel verbunden sind. In einer ersten Konfiguration weisen die Laschen darin mit Gewinde versehene Einsätze auf, die Schrauben aufnehmen. Die Schrauben sind durch die eine Endkappe eingesetzt und in dem mit Gewinde versehenen Einsatz in der Lasche eingesetzt, um die Verbindung zu bilden. In einer zweiten Konfiguration weisen die Laschen darin Sacklöcher auf, in die Nieten eingesetzt sind. Die Nieten sind durch die eine Endkappe und das Loch der Lasche eingesetzt. Die Nieten sind dann innerhalb des Lochs in der Lasche aufgeweitet, um die Verbindung zu bilden. In einer dritten Konfiguration weisen die Laschen zwei Abschnitte auf. Ein erster Abschnitt erstreckt sich von der zweiten Seite der Haltetafel. Ein zweiter Abschnitt, der etwas kleiner im Umfang als der erste Abschnitt ist, erstreckt sich von dem ersten Abschnitt. Da der zweite Abschnitt im Umfang kleiner als der erste Abschnitt ist, ist eine Schulter oder ein gestufter Abschnitt gebildet, um an eine Endkappe anzustoßen. Der zweite Abschnitt ist durch eine Öffnung in einer Endkappe eingesetzt, um davon sich zu erstrecken. Dann wird der zweite Abschnitt erwärmt und deformiert durch einen plastischen Nietvorgang, um die Verbindung zu bilden. In der ersten und in der zweiten Konfiguration bestimmt die Höhe der Laschen die Höhe des Luftverteilers, wohingegen in der dritten Konfiguration die Höhe des ersten Abschnitts dieses tut. Deshalb stellen die Laschen auch eine einfache Art und Weise bereit, die Endkappen mit den Haltetafeln zu verbinden, insbesondere in der dritten Ausführungsform, während auch einfach eine genaue Höhe des Verteilers aufrechterhalten wird.
  • Die zweite Seite einer jeden Haltetafel weist auch Aussparungen auf, die gestaltet sind elektrische Bus-Verbinder unterzubringen, die zwischen Paaren von Zellen sich erstrecken. Die Aussparungen erstrecken sich nicht durch die gesamte Stärke der Haltetafel, sind aber tief genug, so dass die Bus-Verbinder unterhalb der zweiten Seite der Haltetafel sind. In einer derartigen Art und Weise stellt die Haltetafel selbst eine elektrische Isolation zwischen den Verbindern bereit, von denen jeder zwischen einem Paar von Zellanschlüssen sich erstreckt. Die Haltetafel selbst stellt also eine Isolation zwischen den Verbindern und den Zellengehäusen bereit, die negativ geladen sind. Da die Zellhaltetafeln die notwendige Isolation bereitstellen, sind separate Isoliermaterialien eliminiert, wodurch das Gewicht des Moduls reduziert ist. Ferner sind die Aussparungen gestaltet, um einen komplementär gestalteten Bus-Verbinder unterzubringen. Deshalb dienen die Haltetafeln als eine Schablone oder ein Abbild zum Bewerkstelligen der elektrischen Verbindungen zwischen Zellen und des Moduls. Da die Aussparungen nur einen komplementär gestalteten Bus-Verbinder unterbringen, ist die Montage des Moduls vereinfacht.
  • Die Zellmontage, die eine Mehrzahl von zwischen zwei Haltetafeln gehaltenen Zellen aufweist, wird in eine Schale eingesetzt und dann werden die Endkappen an die Haltetafeln befestigt. Die Schale ist dimensioniert, so dass sie etwas kürzer ist als der Abstand zwischen den Endkappen, nachdem sie mit den Haltetafeln befestigt wurden. In einer derartigen Art und Weise nimmt die Schale keine Spannungsbelastung auf, die an den Endkappen anliegt. D. h., es ist ermöglicht, dass die Schale zwischen den Endkappen „schwimmt". Deshalb kann die Schale dünn hergestellt sein, wodurch das Gewicht des Moduls weiter reduziert ist. Außerdem hat die dünne Schale eine einfache Gesamtgestalt, die einfach hergestellt werden kann. Da die Endkappen eine Kraftbelastung aufnehmen, können sie auf ihrer Oberfläche Versteifungsrippen aufweisen.
  • In einer anderen Ausführungsform ist nur eine Haltetafel vorgesehen. Mit dieser Anordnung ist das Modul nicht alleinstehend, wird jedoch als ein Teil einer Batteriepackung verwendet.
  • b)Thermal-Management-Konfiguration
  • In dem Modul sind die Zellen im Abstand voneinander durch einen Zelle-zu-Zelle-Abstand angeordnet, der zwischen dem Außenumfang der einen Zelle und dem Außenumfang einer benachbarten Zelle gemessen wird. Die der Schale benachbarten Zellen sind davon durch einen Zelle-zu-Schale-Abstand im Abstand voneinander angeordnet. Die Temperaturdifferenz zwischen der inneren Oberfläche (an einem innseitigen Durchmesser einer Zelle mit einem hohlen Kern) und einer äußeren Oberfläche (an einem außenseitigen Durchmesser einer Zelle mit einem hohlen Kern) einer jeden Zelle ist ΔT. Eine Endkappe ist an jeder Haltetafel mit einem Raum zwischen der Endkappe und der Haltetafel befestigt. Innerhalb einer jeden Endkappe sind zwei Mündungen. Auf der einen Seite des Moduls sind die Mündungen in einer Endkappe für den Lufteintritt, wohingegen die Mündungen in der gegenüberliegenden Endkappe für den Austritt sind. Auf der Eintrittsseite ist der Raum zwischen der Endkappe und der Haltetafel ein Luftverteiler.
  • 1) Erste Ausführungsform der Thermal-Management-Konfiguration des Moduls:
  • Eine Batteriemodulanordnung, wobei eine einheitliche Luftgeschwindigkeit innerhalb des Moduls erzielt wird. Um eine gleichförmige Luftgeschwindigkeitsverteilung an allen Spalten sowohl zwischen den Zellen als auch zwischen den Zellen und der Schale innerhalb der Wand zu erzielen, ist ein Lufteintrittsverteiler konstruiert – sowohl analytisch als auch experimentell – mit zwei Mündungen als Lufteintritt auf der eintrittsseitigen Endkappe; jede Mündung hat einen Satz von Öffnungen mit speziell ausgewählter Geometrie und Größe auf der Seitenwand und dem Boden. Die Lufteintrittsgeschwindigkeitsverteilung wird durch die Größe und die Anordnung einer jeden Eintrittsmündung gesteuert, die Höhe des Luftverteilers, die zwischen der inneren Oberfläche der Endkappe und der oberen Oberfläche der Zellentafel gebildet wird, die Größe sowie die Geometrie und die Anordnung einer jeden Öffnung auf der Seitenwand und/oder dem Boden einer jeden Lufteintrittsmündung. Als nicht einschränkendes Beispiel sind der Verteiler und die Eintrittsmündungen konstruiert, so dass Eintrittsluft, die mit 5 m/s eintritt, auf der Austrittsseite des Moduls mit einer Geschwindigkeit im Bereich zwischen 3,5 und 4,5 m/s austritt und an dem Austrittspunkt der Zelle-zu-Zelle- oder Zelle-zu-Schale-Spalten gemessen wird. Dies wurde experimentell für eine ausgewählte Verteilerkonstruktion verifiziert. Der Luftverteiler, der einfach und genau von der Verbindung zwischen der Zellhaltetafel und der Endkappe gebildet wird, ermöglicht die Steuerung der Temperatur innerhalb der Zelle durch Steuern des Luftdurchsatzes.
  • 2) Zweite Ausführungsform der Thermal-Management-Konfiguration des Moduls:
  • Eine Batteriemodulanordnung, wobei eine gleichförmige Temperaturverteilung quer zur Zelle erzielt wird. Um eine gleichförmige Temperaturverteilung zu erzielen, ist die Höhe des Verteilers minimiert, während dieser dennoch die Zellen, notwendige Hardware und Zellen-zu-Zellen-Verbindern unterbringt. Die Lufteintrittsmündungen brauchen keine spezialisierte Gestalt zu haben. Die Zelle-zu-Zelle- und die Zelle-zu-Schale-Abstände wurden experimentell und analytisch ausgewählt, um eine gleichmäßige Luftgeschwindigkeit durch die Zellanordnung mit einem Minimum an Druckabfall quer zu dem Modul und einem Minimum an Luftdurchsatz aufrechtzuerhalten.
  • Da hier keine spezialisierte Gestalt für die Lufteintrittsmündungen notwendig ist, herrscht hier kein bestimmter Lufteintritt und Austritt. D. h., jede Seite des Moduls kann Eintritt/Austritt sein und Luft kann durch das Modul in jede Richtung strömen. In der vorhergehenden Konfiguration kann jede Zelle innerhalb des Moduls bei einem vorher bestimmten ΔT aufrechterhalten werden, abhängig von dem Lufteintrittsdurchsatz.
  • c) Elektrikverbinderkonfiguration
  • Es gibt zwei Typen von Elektrikverbindern innerhalb des Moduls. Ein erster Typ des Verbinders erstreckt sich zwischen den Zellen des Moduls. Ein zweiter Typ des Verbinders erstreckt sich zwischen zwei gemeinsamen Potentialen der elektrisch verbundenen Gruppen von Zellen in dem Modul und der gewünschten Lastanwendung außerhalb des Moduls.
  • Der erste Typ Verbinder ist ein elektrisch leitender Bus-Verbinder. Jeder Bus-Verbinder ist ein Materialstreifen mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende. Sowohl auf dem ersten Ende als auch dem zweiten Ende ist ein Loch, um einen Zellschlusszapfen unterzubringen. Der erste Typ Verbinder kann entweder gerade sein oder einen gekrümmten Bereich aufweisen. Die Gestaltungen der Verbinder sind komplementär zu der Gestalt der Aussparungen in den Zellhaltetafeln, um sicherzustellen, dass die Zellen richtig verbunden sind. Ein Fahnenanschluss ist zwischen dem ersten und dem zweiten Ende des Streifens befestigt. Der Fahnenanschluss stellt eine einfache Verbindung zwischen den Modulzellen und dem elektronischen Modulsteuersystem bereit. Die Verbinder sind antikorrosionsbehandelt. Wegen ihrer Konfiguration sind die Bus-Verbinder einfach herzustellen. Außerdem, wegen der einfachen Verbindung, die durch den Fahnenanschluss auf den Bus-Verbinder bereitgestellt ist, ist die Montage des Moduls vereinfacht.
  • Der zweite Typ Verbinder, ein Leistungsverbinder, weist einen L-förmigen elektrisch leitenden Block auf. In dem Ende eines ersten Schenkels des L-förmigen Blocks ist ein mit einem Gewinde versehenes Sackloch. Der erste Schenkel erstreckt sich durch ein Vierkantloch in einer Endkappe des Moduls, um die Verbindung mit dem mit einem Gewinde versehenen Loch von außerhalb des Moduls zu ermöglichen. Der zweite Schenkel des L-förmigen Blocks weist ein Durchgangsloch in einer seiner Seitenflächen auf. Ein Draht ist mit dem Loch in dem zweiten Schenkel verbunden und mit einer Lap penverbindung. Die Lappenverbindung ist dann mit dem gemeinsamen Potential von allen Zellen innerhalb des Moduls verbunden.
  • d) Elektronik-Konfiguration des Moduls
  • Das Modul weist ein elektronisches Steuersystem auf, das mit den Zellen innerhalb des Moduls verbunden ist, um die Spannung und die Temperatur einer jeden Zelle zu überwachen. Das elektronische Steuersystem wird auch zur Kommunikation mit anderen Modulen verwendet, sowie zur Zellbalance während des Aufladezykluses des Moduls.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnung
  • Die hervorgehenden und andere Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden noch deutlicher durch die detaillierte Beschreibung ihrer bevorzugten Ausführungsformen bezüglich der anhängenden Zeichnung, wobei:
  • 1 eine perspektivische Explosionsdarstellung des Moduls der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 2 eine Unteransicht einer eintrittsseitigen Zellhaltetafel gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 3 eine Draufsicht der eintrittsseitigen Zellhaltetafel aus 2 mit elektrochemischen Zellen und daran befestigten Bus-Verbinder zeigt;
  • 4 eine Draufsicht der eintrittsseitigen Zellhaltetafel aus 2 zeigt;
  • 5 eine Schnittdarstellung der eintrittsseitigen Zellhaltetafel entlang der Linie I-I aus 4;
  • 6 eine Unteransicht der eintrittsseitigen Zellhaltetafel aus 2;
  • 7 eine Unteransicht der austrittsseitigen Zellhaltetafel gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 8 eine Unteransicht einer eintrittsseitigen Endkappe gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 9 eine Unteransicht der eintrittsseitigen Endkappe wie in 8 zeigt;
  • 10a bis c eine Draufsicht, eine perspektivische Ansicht und eine Seitenansicht eines langen Bus-Verbinders gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen;
  • 11a bis c eine Draufsicht, eine perspektivische Ansicht und eine Seitenansicht eines kurzen Bus-Verbinders gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen;
  • 12a bis f einen Leistungsverbinder der vorliegenden Erfindung zeigen, wobei in 12a eine perspektivische Ansicht mit einem Kabel gezeigt ist, das an eine Ausführungsform des Leistungsverbinders befestigt ist, und 12b bis c eine Draufsicht und eine Seitenansicht des in 12a gezeigten Leistungsverbinders gezeigt ist und 12d bis f einen Grundriss, eine Draufsicht und Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform des Leistungsverbinders gezeigt ist;
  • 13 eine perspektivische Ansicht einer elektrochemischen Zelle zeigt; und
  • 14a bis d Seitenansichten einer ersten bis dritten Ausführungsform einer Lasche zum Verbinden einer Zellhaltetafel mit einer Endkappe gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen;
  • 15A bis C Ansichten einer zweiten Ausführungsform der Zellhaltetafel zeigen, wobei in 15A eine Draufsicht, in 15B eine Querschnittsdarstellung entlang der Linie des II-II aus 15A und in 15C eine perspektivische Ansicht gezeigt ist.
  • Detaillierte Beschreibung der Erfindung
  • Wie in 1 gezeigt ist, weist das Modul der vorliegenden Erfindung eine Zellanordnung 2 auf, die in einer Schale 80 eingesetzt ist, die ihrerseits von Endkappen 50, 50' verschlossen ist.
  • Die Zellanordnung 2 ist von einer Mehrzahl von Zellen 4 gebildet, die zwischen einem Paar von Zellhaltetafeln 20, 20' gehalten sind, die ihrerseits durch die Verbindungsstangen 14 und Muttern 16 verbunden sind. Die Zellen 4 sind zylindrisch und ausgerichtet, so dass ihre Längsachsen zueinander parallel sind und senkrecht zu den Haltetafeln 20, 20' sind. Die Zellen 4 sind in drei gestaffelten Reihen ausgerichtet, so dass sie verschachtelt sind, um das Gesamtvolumen des Moduls zu reduzieren. Die Zellanordnung 2 ist innerhalb einer Schale 80 enthalten. Die Endkappen 50, 50' sind dann mit den Haltetafeln 20, 20' mit einem Abstand zwischen jeder Endkappe und der jeweiligen Haltetafel 20, 20' befestigt. Die Endkappen 50, 50' und die Haltetafeln 20, 20' weisen jeweils gleiche Vorsprünge auf einem Ende und Aussparungen an einem gegenüberliegenden Ende auf. Die Vorsprünge und die Endkappen 50, 50' und die Haltetafeln 20, 20' sind in einem Vorsprungsunterbringungsabschnitt 86 der Schale 80 aufgenommen, so dass ein Vorsprung auf einem Ende des Moduls gebildet ist. Die Aussparungen der Endkappen 50, 50' und der Haltetafeln 20, 20' nehmen eine Einbuchtung 88 in der Schale 80 auf. Deshalb weist das Modul eine Aussparung an dessen einem Ende gegenüberliegend demjenigen auf, an dem der Vorsprung angeordnet ist. Der Vorsprung kann daher einfach in der Aussparung eines ausgerichteten Moduls aufgenommen werden, wodurch die Module zur festen Verbindung zwischen den Modulen einer Batterie packung verriegelt werden können. Ferner ist das Gesamtvolumen der Batteriepackung reduziert, da benachbarte Module verriegelt sind.
  • Die Schale 80 ist dimensioniert, so dass sie etwas kürzer ist als der Abstand zwischen den Endkappen 50, 50', nachdem sie mit den Haltetafeln 20, 20' befestigt wurden. Mit einer derartigen Anordnung nimmt die Schale 80 keine Spannungsbelastung auf, die den Endkappen 50, 50' auferlegt wird. D. h., der Schale 80 ist es ermöglicht zu „schwimmen" zwischen den Endkappen 50, 50'. Deshalb kann die Schale 80 dünner gemacht sein, wodurch das Gewicht des Moduls reduziert ist. Da Saft-Zellen mit dem gleichen Durchmesser konstruiert sind, jedoch mit unterschiedlichen Längen für unterschiedliche Kapazitäten, kann die Kapazität des Moduls einfach variiert werden durch lediglich Variieren der Länge der Schale 80 und der der Verbindungsstangen 14, die die Haltetafeln 20, 20' auf jede der Seiten der Zellen 4 halten.
  • Außerdem weisen die Zellhaltetafeln 20, 20' bzw. die Endkappen 50, 50' gleiche Aussparungen 46 bzw. 58' entlang jeder Längsseite auf. Siehe 4 und 9. Die Schale 80 weist korrespondierende Einbuchtungen 85 auf, die sowohl in den Aussparungen 46 der Zelltafeln 20, 20' als auch in den Aussparungen 58' der Endkappen 50, 50' aufgenommen sind. Die vorhergehende Anordnung reduziert das Gewicht der Zelltafeln 20, 20' und der Endkappen 50, 50', während gleichzeitig die Schale 80 verstärkt wird.
  • Jedes Teil, das das Modul ausmacht, wird jetzt im Folgenden detaillierter beschrieben.
  • Zelle
  • Eine bevorzugte Ausführungsform einer elektrochemischen Zelle zur Verwendung in einem Modul ist in 13 gezeigt. Jede elektrochemische Zelle weist ein positives Ende 3 und ein negatives Ende 5 auf. Das negative Ende 5 der Zelle weist eine Sicherheitsentlüftung 6, eine Anschlussplatte 8, eine mit einem Gewinde versehenen Zapfen 10 und ein Füllrohr 12 auf. Die Sicherheitsentlüftung 6 ermöglicht das Austreten von übermäßigem Druck, der sich innerhalb der Zelle aufbaut. Die Anschlussplatte 8, die als Stromschiene dient, ist mit der negativen Elektrode (nicht gezeigt) innerhalb der Zelle 4 und mit dem mit einem Gewinde versehenen Anschlusszapfen 10 verbunden. Der mit einem Gewinde versehene Anschlusszapfen 10 wird dann dafür verwendet, die Zelle mit anderen Zellen innerhalb des Moduls oder mit einem Leistungsverbinder 60 des Moduls zu verbinden. Das Füllrohr 12 wird während der Herstellung der Zelle zum Einführen von Elektrolyt in das Zellgehäuse verwendet. Ferner kann die Zelle einen hohlen Kern 13 haben, um bei dem Thermal-Management des Moduls zu helfen. Die Zelle 4 kann von jedem gewünschten Typ sein, z. B. eine wiederaufladbare Lithium-Ionen-Zelle. Saft-Zellen sind mit dem gleichen Durchmesser konstruiert, jedoch mit unterschiedlichen Längen für unterschiedliche Kapazitäten.
  • Zellhaltetafeln
  • Die eintrittsseitige Zellhaltetafel 20 und die austrittsseitige Zellhaltetafel 20' haben gleiche, komplementäre Strukturen und deshalb wird nur die eintrittsseitige Zellhaltetafel 20 gezeigt und detailliert unter Bezugnahme auf die 2 bis 6 beschrieben.
  • Die Zellhaltetafel 20 weist eine erste Seite 21 und eine zweite Seite 23 auf, die der ersten Seite 21 gegenüber liegt, mit einer Stärke dazwischen.
  • Die erste Seite 21 der Haltetafel 20 weist darin eine Mehrzahl von Hohlräumen 22 und 22' auf. Ein jeder der Hohlräume 22, 22' weist einen Boden 24 und einen Umfang auf. Ein jeder der Hohlräume 22 weist ein Durchgangsloch 28, ein Durchgangsloch 30 und in dessen Umfang eine Aussparung 26 auf, um die Struktur an dem negativen Ende einer elektrochemischen Zelle 4 aufzunehmen. Der mit einem Gewinde versehene Anschlusszapfen 10 ist in dem Durchgangsloch 28 untergebracht, das Füllrohr 12 ist in dem Durchgangsloch 30 untergebracht und die Anschlussplatte 8 ist in dem Durchgangsloch 26 untergebracht. Nur die Hohlräume 22, 22' müssen ein jeweiliges Durchgangsloch 28 aufweisen, um jeweilige mit einem Gewinde versehene Anschlusszapfen 10 auf den positiven Seiten der Zellen unterzubringen. Außerdem können beide Typen von Hohlräumen 22 und 22' Keile 32 aufweisen, die zwischen dem Boden und einer Seitenwand und um den Umfang des Hohlraums 22, 22' gebildet sind.
  • Die Keile 32 nehmen unterschiedliche Zellhöhen auf und verhindern Rütteln der Zellen innerhalb der Hohlräume 22, 22' der Haltetafeln. D. h., nachdem all die Zellen eines Moduls zwischen der Haltetafeln 20, 20' in den jeweiligen Hohlräumen platziert worden sind, wird eine Kraft und möglicherweise Wärme auf die Haltetafeln ausgeübt, um sie zusammenzuschieben. Wenn die Haltetafeln mit den Zellen 4 dazwischen zusammengeschoben werden, werden die Keile 32 eines bestimmten Hohlraums zu der innerhalb dieses Hohlraums platzierten Zelle deformiert. Z. B., wenn eine Zelle 4 in einem Hohlraum etwas länger ist als eine Zelle in einem zweiten Hohlraum, werden die Keile in dem einen Hohlraum stärker deformiert als die in dem zweiten Hohlraum, wodurch ein gleichförmiger Raum zwischen den Zellhalttafeln 20, 20' aufrechterhalten wird, obwohl die Zellen von unterschiedlicher Höhe sind. Ferner verhindern die Keile 32 ein Rütteln der Zellen innerhalb der Hohlräume, wenn eine Zelle einen etwas kleineren Durchmesser hat als die Vorrichtung, in der sie platziert ist, durch Bereitstellen eines variablen effektiven Durchmessers für den Hohlraum. Obwohl nur einer der Typen der Hohlräume 22, 22' als Keile 32 aufweisend gezeigt ist, weisen alle Hohlräume in der Haltetafel bevorzugt Keile 32 auf. Ferner, obwohl in einem Hohlraum drei Keile gezeigt sind, kann jeder Hohlraum jede zweckmäßige Anzahl von Keilen aufweisen.
  • Die zweite Seite der Haltetafel 20 weist Aussparungen 42 und 44 zum Unterbringen der Bus-Verbinder 70 bzw. 76 auf. Die Aussparungen 42, 44 erstrecken sich von dem Durchgangsloch 28 eines Hohlraums zu dem Durchgangsloch 28 eines benachbarten Hohlraums und sind in Abhängigkeit davon, wie die Zellen 4 des Moduls verbunden sind, d. h., in Reihe, parallel oder eine Kombination davon, angeordnet. Da die Aussparungen davon abhängen, wie die Zellen verbunden sind, dienen die Haltetafeln als eine Schablone oder ein Abbild, was die Montage des Moduls vereinfacht. Außerdem erstrecken sich die Aussparungen 42, 44 unterhalb der zweiten Seite 23 der Haltetafel bis zu einem Ausmaß, das größer ist oder gleich ist der Stärke der Bus-Verbinder 70, 76. Durch eine derartige Anordnung stellt die Zellhaltetafel 20 selbst eine Isolation zwischen den Bus-Verbindern 70,76 des Moduls bereit. Deshalb ist keine zusätzliche Isolation notwendig und das Modulgewicht ist reduziert. Außerdem ist die Stärke der Zellhaltetafel derart, dass die Position zwischen den Aussparungen 42, 44 und der Hohlräume eine genügende Isolation zwischen den Bus-Verbindern 70,76 und den elektrochemischen Zellen 4 bereitstellt, deren Außenbehältnisse in einer Lithium-Ionen-Zelle beispielsweise negativ geladen sind. Noch einmal, da die Haltetafel 20 selbst genügend Isolation bereitstellt, ist eine zusätzliche Isolation nicht notwendig, wodurch das Gewicht des Moduls reduziert ist und die Herstellung vereinfacht ist.
  • Außerdem weist die zweite Seite der Zellhaltetafel 20 Laschen 40 zum Verbinden der Haltetafel 20 mit einer Endkappe 50 auf. Da die Laschen 40 mit der Haltetafel 20 gebildet sind, ist die Anzahl von separaten Teilen reduziert, wodurch die Montage des Moduls vereinfacht ist. Obwohl vier Laschen 40 gezeigt sind kann jede zweckmäßige Anzahl verwendet werden. Jede der Laschen 40 weist eine Struktur auf, die die Befestigung der Endkappe 40 mit der Haltetafel 20 vereinfacht, während auch ein Raum dort dazwischen für die Verwendung als ein Luftverteiler in einem Thermal-Management des Moduls genau aufrechterhalten ist.
  • In einer ersten Ausführungsform, wie in 14c bis d gezeigt ist, erstrecken sich die Laschen 40 von der Zellhaltetafel 20 und weisen Löcher 41 in deren Enden auf. Die Löcher 41 sind dimensioniert, um Nieten 49' darin aufzunehmen. Nachdem die Nieten 49' in die Löcher 41 eingesetzt sind, werden die Enden der Nieten 49' in den Löchern 41 aufgeweitet, um die Endkappe 50 mit der Zellhaltetafel 20 fest zu befestigen. Die Nieten 49' können solche sein, die typisch als „Schussbolzen" bekannt sind. In einer zweiten Ausführungsform sind die Löcher 41 mit einem Schraubgewinde versehen, um darin Schrauben 49 aufzunehmen. Die Schrauben 49 sind durch die Öffnungen 51 in den Endkappen 50 und in die Löcher 41 eingesetzt, um die Endkappe mit der Zellhaltetafel 20 fest zu befestigen. In der ersten und der zweiten Ausführungsform liegt die Endkappe 50 auf den Laschen 40, so dass die Höhe der Laschen einfach und genau die Höhe des Luftverteilers zwischen der Endkappe 50 und der Zellhaltetafel 20 bestimmt.
  • In einer dritten Ausführungsform, wie in 14a bis b gezeigt ist, haben Laschen 40' eine spezielle Gestalt. Ein erster Abschnitt 43 der Laschen erstreckt sich von der Zellhaltetafel 20. Ein zweiter Abschnitt 47 erstreckt sich von dem ersten Abschnitt 43. Der zweite Abschnitt 47 hat einen kleineren Umfang als der erste Abschnitt 43, um einen gestuften Abschnitt 45 an der Kontaktstelle des ersten Abschnitts 43 und des zweiten Abschnitts 45 zu bilden. Die Laschen 40' der dritten Ausführungsform sind angeordnet, so dass der zweite Abschnitt 47 durch die Öffnungen 51 in der Endkappe 50 passt, die dann auf dem gestuften Abschnitt 45 liegt. Deshalb bestimmt in der dritten Ausführungsform der Laschen die Höhe des gestuften Abschnitts 45 oberhalb der zweiten Seite 23 der Haltetafel 20 einfach und genau die Höhe eines Luftverteilers zwischen der Haltetafel 20 und der Endkappe 50. Um die Endkappe 50 mit der Haltetafel 20 zu befestigen, ist der zweite Abschnitt 47 deformiert, wie beispielsweise durch Warmverformnieten, um einen Kopf 47' zu formen, der größer ist als die Öffnung 51. Der Kopf 47' verhindert dann, dass die Endkappe 50 von der Lasche 40' auf der Zellhaltetafel 20 abgeht. Die dritte Ausführungsform ist bevorzugt wegen der Einfachheit und Geschwindigkeit bei der Montage des Moduls.
  • Ferner weist die Zellhaltetafel 20 Durchgangslöcher 34, 34', 34" auf, die nicht innerhalb des Umfangs der Hohlräume 22, 22' sind. Die Durchgangslöcher 34, 34', 34" bringen eine Fluidströmung durch die Zellhalttafel 20 unter. Die Durchgangslöcher 34, 34', 34" sind im Abstand voneinander angeordnet und von einer Größe, so dass, wenn sie mit dem Zell-zu-Zell-Raum, dem Zell-zu-Schale-Raum und der Luftverteilerhöhe zusammen genommen werden, eine gewünschte Konfiguration für Thermal-Management für das Modul erzielt wird. Die Durchgangslöcher 34, 34', 34" sind als kreisförmig und länglich gezeigt, jedoch kann jede zweckmäßige Gestalt verwendet werden.
  • Außerdem weist die Zellhaltetafel 20 Durchgangslöcher 48 auf, die Verbindungsstangen 14 aufnimmt, wenn die Zellanordnung 2 gebildet ist. D. h., die Verbindungsstangen 14 erstrecken sich sowohl durch ein Durchgangsloch 48 in der eintrittsseitigen Zellhaltetafel 20 als auch durch ein Durchgangsloch 48 in der austrittsseitigen Zellhaltetafel 20', um dadurch die Zellhaltetafeln mit elektrochemischen Zellen 4 dazwischen zu halten.
  • Zusätzlich zu den speziellen Oberflächencharakteristiken der Zellhaltetafel 20 hat diese eine Gesamtgestalt, die bei der Herstellung und der Montage des Moduls hilft. Die Zellhaltetafel 20 weist einen Vorsprung 36 an dem einen Ende, eine Aussparung 38 an einem dazu gegenüberliegenden Ende auf. Der Vorsprung 36 bringt einen Abschnitt eines Hohlraums unter, der an dem einen Ende der Zellhaltetafel 20 versetzt ist. Die Aussparung 38 ist an dem dem Vorsprung 36 gegenüberliegenden Ende der Zellhaltetafel 20 gebildet und ist damit ausgerichtet, um das Verschachteln der Module zu vereinfachen, wenn mehr als eines verwendet wird, wie in einer Batteriepackung. D. h., eine erste Linie von Hohlräumen erstreckt sich entlang einer die Aussparung 46 aufweisende Kante der Zellhaltetafel und weist beispielsweise vier Hohlräume auf, wie in 2 und 6 gezeigt ist. Obwohl jede Linie mit vier Hohlräumen gezeigt ist, kann jede zweckmäßige Anzahl verwendet werden. Eine dritte Linie von Hohlräumen erstreckt sich entlang einer gegenüberliegenden Kante der Zellhaltetafel und eine zweite Linie von Hohlräumen ist zwischen der ersten Linie und der zweiten Linie gebildet. Die zweite Linie ist von der ersten und der dritten Linie versetzt, die miteinander ausgerichtet sind. Wie in 2 und 6 gezeigt ist, ist die zweite Linie zu der linken versetzt, wodurch der Vorsprung 36 und die Aussparung 38 gebildet sind. Die Hohlräume und die zweite Linie sind versetzt und in einer Verschachtelungsanordnung bezüglich sowohl der ersten Linie als auch der dritten Linie, um eine kompakte Anordnung der Zellen 4 und dadurch ein kompaktes Modul mit einem minimalen Volumen zu erzielen. Die Hohlräume in jeder der ersten bis dritten Linie können entweder 22 oder 22' sein. In der gezeigten Ausführungsform wechseln sich die Hohlräume 22 und 22' in jeder der Linien ab – eine derartige Anordnung ist brauchbar bei der Verbindung der Zellen 4 des Moduls in Serie.
  • Die Hauptunterschiede zwischen den Zellhaltetafeln werden nun beschrieben. Erstens, die Hohlräume auf der Zellhaltetafel 20' haben eine entgegengesetzte Konfiguration ausgehend von den dazugehörigen Hohlräumen auf der Zellhaltetafel 20. D.h. ein Hohlraum 22 auf der Zellhaltetafel 20' würde mit einem Hohlraum 22' auf der Zellhaltetafel 20 korrespondieren, um eine Zelle 4 dazwischen in der Zellanordnung 2 zu halten. Gleichermaßen würde ein Hohlraum 22' auf der Zellhaltetafel 20' mit einem Hohlraum 22 auf der Zellhaltetafel 20 korrespondieren, um eine Zelle 4 dazwischen zu halten. Deshalb, wenn das positive Ende einer Zelle 4 von einem Hohlraum 22' beispielsweise auf einer Haltetafel 20' gehalten ist, würde der korrespondierende Hohlraum auf der anderen Zellhaltetafel 20' ein Hohlraum 22 sein zum Halten des negativen Endes der Zelle 4. In einer derartigen Art und Weise werden die Zellen 4 gehalten, so dass sie senkrecht zu beiden Haltetafeln 20, 20' stehen und werden in der Art und Weise gehalten, dass sie einfach miteinander verbunden werden können. Deshalb dienen die Hohlräume als eine Matrix oder ein Abbild wie die Zellen innerhalb der Zellanordnung eingesetzt sind, wodurch die Montage des Moduls vereinfacht ist.
  • Auch würden die Aussparungen 42, 44 der Haltetafel 20' nicht in den gleichen Positionen sein, wie diejenigen, die für die Haltetafel 20 gezeigt sind, würden jedoch in dazu komplementären Positionen sein, in Abhängigkeit davon, wie die Zellen in dem Modul verbunden sind. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Aussparungen 42, 44 der Haltetafel 20' positioniert, wie es in 7 gezeigt ist.
  • In der Zellanordnung 2 sind die Zellen 4 innerhalb der Hohlräume 22, 22' in den Haltetafeln gehalten, so dass mit einem Gewinde versehene Anschlusszapfen 10 der Zellen 4 sich durch die Löcher 28 und durch die Aussparungen 42, 44 erstrecken. Ein geeigneter Bus-Verbinder 70, 76 – d. h. einer hat eine komplementäre Gestalt zu der Aussparung, in der er platziert ist – wird dann in jeder der Aussparungen 42, 44 platziert, so dass die Anschlusszapfen 10 in seinen Löchern 72, 78 aufgenommen sind. Eine Mutter 18 ist dann jeweils auf jeden Anschlusszapfen 10 geschraubt, um den Bus-Verbinder 70, 76 an Ort und Stelle zu verriegeln, wodurch eine elektrische Verbindung zwischen den Zellen 4 komplettiert wird. Da die Aussparungen 42, 44 eine Gestalt haben, die komplementär zu der der jeweiligen Schienenanschlüsse 70, 76 ist, dient die Zellhaltetafel als eine Matrix zur Platzierung der Verbinder, was die Montage des Moduls vereinfacht. Ferner, da nur ein Typ von Schienenanschluss 70 bzw. 76 nur in einen Typ der komplementär gestalteten Aussparungen 42, 44 passen kann, ist eine richtige Verbindung der Zellen 4 sichergestellt.
  • Eine zweite Ausführungsform der Zellhaltetafel ist in 15A bis C gezeigt. Elemente der zweiten Ausführungsform der Zellhaltetafel 120, die gleich den Elementen der ersten Ausführungsform sind, sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, d.h., mit Hundert zuaddiert. Ähnlich wie die Zellhaltetafeln der ersten Ausführungsform weist die Zellhaltetafel 120 darin Hohlräume 120 und 122' auf. Die Hohlräume 122 weisen einen Hohlraumboden 124 und eine Aussparung in dem Hohlraumboden 124 auf. Ferner weisen die Hohlräume 122 Durchgangslöcher 130 für das Zellfüllrohr und die Entlüftung auf. Beide Typen von Hohlräumen 122 und 122' weisen ein Durchgangsloch zum Unterbringen des Zellanschlusszapfens und, obwohl nicht gezeigt, können Keile zum Helfen beim Halten der Zellen an Ort und Stelle enthalten sein. Außerdem weist die Zellhaltetafel sehr kleine Durchgangslöcher 134"', kleine Durchgangslöcher 134 und größere Durchgangslöcher 134' auf. Die Funktion und der Zweck dieser Löcher ist genauso wie bei der ersten Ausführungsform. Die Zellhaltetafel 120 weist auch Durchgangslöcher 148 zum Unterbringen von Verbindungsstangen und dergleichen auf, um die Zellhaltetafeln zusammenzuhalten.
  • Unterschiedlich von der ersten Ausführungsform ist, dass die Zellhaltetafel 120 konstruiert ist, um ohne einer Schale verwendet zu werden und deshalb ist ein Elektroniksystem-Unterbringungsabschnitt 182 darin gebildet. Ferner unterschiedlich von der ersten Ausführungsform ist, dass die Reihen der Hohlräume nicht zueinander gestaffelt sind, jedoch, stattdessen, Seite an Seite ausgerichtet sind. Diese Anordnung der Reihen der Hohlräume ermöglicht, dass das Modul ein kleineres Volumen hat als das der ersten Ausführungsform. Ein Modul mit diesem Typ von Zellhaltetafel ist nicht typisch ein alleinstehendes Modul, da keine Schale vorhanden ist. Jedoch kann eine Schale mit dieser Ausführungsform der Zellhaltetafel verwendet werden, wie in der ersten Ausführungsform.
  • In einer anderen Ausführungsform wird eine andere Zellhaltetafel verwendet. In dieser Ausführungsform ist das Modul nicht alleinstehend, es wird jedoch als ein Teil einer Batteriepackung verwendet. Jede der oben beschriebenen ersten und zweiten Ausführungsform der Zellhaltetafel kann auf diese Art und Weise verwendet werden.
  • Bus-Verbinder
  • Die Bus-Verbinder 70, 76 bilden einen Teil der elektrischen Anschlusskonfiguration innerhalb des Moduls. Mindestens zwei Typen von Bus-Verbinder, ein kurzer Bus-Verbinder 70 und ein langer Bus-Verbinder 76 werden verwendet, um die Enden der benachbarten Zellen 4 zu verbinden. D.h. z. B., wenn die Zellen in Reihe verbunden sind, würde sich ein Anschluss zwischen dem positiven Ende der einen Zelle und dem negativen Ende einer benachbarten Zelle 4 erstrecken. Alternativ können die Verbinder verwendet werden, um die Zellen des Moduls parallel zu verbinden. Außerdem, in Abhängigkeit der gewünschten Modulaustrittsspannung und dem gewünschten Austrittsstrom, kann eine Kombination von Reihen- und Parallelverbindungen innerhalb des Moduls durch die Bus-Verbinder 70, 76 hergestellt werden.
  • Der kurze Bus-Verbinder 70 weist Löcher 72 an jedem seiner Enden auf. Jedes der Löcher 72 bringt einen mit einem Gewinde versehenen Zapfen 10 einer elektrochemischen Zelle 4 unter. Ein Fahnenanschluss 74 kann an den Bus-Verbinder 70 zwischen den Löchern 72 befestigt sein. Der Fahnenanschluss 74 erleichtert die Verbindung des Bus-Verbinders 70 und deshalb der Zellen 4 mit dem elektronischen Steuersystem des Moduls. Die kurzen Bus-Verbinder 70 haben eine komplementäre Gestalt zu den Aussparungen 42 in den Zellhaltetafeln 20, 20' und sind deshalb innerhalb der Aussparungen 42 untergebracht.
  • Der lange Bus-Verbinder 76 weist Löcher 78 an seinen Enden auf. Jedes der Löcher 78 bringt einen mit einem Gewinde versehenen Zapfen 10 einer elektrochemischen- Zelle 4 unter. Ein Fahnenanschluss 74 kann auch mit dem langen Bus-Verbinder 76 zwischen den Löchern 78 verbunden sein. Der lange Bus-Verbinder weist eine Krümmung zwischen seinen Enden auf, um die Verbindung zwischen den elektrochemischen Zellen in unterschiedlichen Linien innerhalb des Moduls zu vereinfachen. Die langen Bus-Verbinder 76 haben einen komplementäre Gestalt zu den Aussparungen 44 in den Zellhaltetafeln 20, 20' und sind deshalb in den Aussparungen 44 untergebracht.
  • Die Bus-Verbinder 74, 76 sind mit der Zellanordnung 2 befestigt in der folgenden Art und Weise. Ein mit einem Gewinde versehener Anschlusszapfen 10 einer elektrochemischen Zelle 4 erstreckt sich durch ein Loch 28 in einer Zellhaltetafel 20 und ist beispielsweise einer Aussparung 42 auf der zweiten Seite der Zellhaltetafel 20 benachbart. Ein zweiter mit einem Gewinde versehener Anschlusszapfen 10 einer zweiten elektrochemischen Zelle 4 erstreckt sich durch ein benachbartes Loch 28 in der Zellhaltetafel 20 und erstreckt sich, um dem gegenüberliegenden Ende der Aussparung 42 benachbart zu sein. Der kurze Bus-Verbinder 70 ist in der passenden Aussparung 42 platziert, so dass die Anschlusszapfen 10 der benachbarten Zelle 4 sich durch die Löcher 72 des Bus-Verbinders 70 erstreckt. Eine Mutter 18 ist dann auf jeden Anschlusszapfen 10 geschraubt, um eine elektrische Verbindung zwischen den beiden Zellen 4 zu bilden. Der lange Bus-Verbinder 76 wird in gleicher Art und Weise verwendet. Viele derartige Verbindungen sind sowohl auf der eintrittsseitigen Zellhaltetafel 20 als auch auf der austrittsseitigen Zellhaltetafel 20' gefestigt, die als Schablonen oder Abbildungen zur Platzierung der Verbinder 70, 76 dienen. Ferner sind die beiden Typen von Bus-Verbindern 70, 76 einfach herzustellen und die einzigen beiden Typen, die notwendig sind, um die Zellen 4 innerhalb eines Moduls zu verbinden. Deshalb ist die Anordnung des Moduls vereinfacht durch eine Reduktion der Anzahl von unterschiedlichen erforderlichen Teilen.
  • Leistungsverbinder
  • Leistungsverbinder 60 bilden einen zweiten Teil der elektrischen Anschlusskonfiguration innerhalb des Moduls. Ein Leistungsverbinder 60 ist mit einem gemeinsamen Potential innerhalb des Moduls verbunden. D.h., ein Leistungsverbinder 60 ist mit dem positiven Potential der Zellanordnung 2 verbunden, wohingegen ein anderer Leistungsverbinder 60 mit dem negativen Potential der Zellanordnung 2 verbunden ist. Jeder Leistungsverbinder 60 wird dann verwendet, um das Modul mit einer gewünschten Anwendung, d.h. mit anderen Modulen, wodurch eine Batteriepackung gebildet wird, oder einer Last, zu verbinden. Der Leistungsverbinder 60 kann jede zweckdienliche Gestalt haben, jedoch ist ein L-förmiger Anschluss bevorzugt.
  • Jeder L-förmige Leistungsverbinder 60 weist einen ersten Schenkel 61 und einen zweiten Schenkel 65 auf, der senkrecht zu dem ersten Schenkel ist. Der erste Schenkel 61 ist innerhalb eines der Löcher 53 in der Endkappe 50 des Moduls eingesetzt. Der erste Schenkel 61 weist darin ein Sackloch 62 auf. Das Sackloch 62 weist Gewinde 63 auf, um die Verbindung des Leistungsverbinders 60 und dadurch des Moduls zu einer gewünschten Anwendung zu vereinfachen. Mindestens ein Abschnitt des zweiten Schenkels 65 weist ein Durchgangsloch 64 auf. Das Durchgangsloch 64 erstreckt sich in Richtung senkrecht zu der Richtung, in die sich das Sackloch 62 erstreckt. Ein Kabel 68 mit einem Lappen 69, der an seinem einem ersten Ende verbunden ist, erleichtert die Verbindung des L-förmigen Leistungsverbinders mit einem gemeinsamen Potential innerhalb des Moduls. Der Lappen 69 weist darin ein Loch 69' auf, das dimensioniert ist, ein mit einem Gewinde versehenen Zapfen 10 einer elektrochemischen Zelle 4 unterzubringen. Der Lappen kann dann mit dem mit einem Gewinde versehenen Zapfen 10 beispielsweise unter Verwendung einer Mutter 18 befestigt sein. Ein zweites Ende des Kabels 68 ist innerhalb des Durchgangslochs 64 befestigt. Der Verbinder 60 stellt dadurch eine einfache Struktur bereit, die wenig Platz in dem Modul in Anspruch nimmt und wenig Gewichtszusatz darstellt, für die Verbindung zwischen den Zellen in dem Modul und einer gewünschten Anwendung außerhalb des Moduls.
  • Die Gestalt des Leistungsverbinders 60 vereinfacht die Herstellung und die Montage des Moduls. D.h., der erste Schenkel 61 des Leistungsverbinders hat eine Gestalt, die komplementär zu der des Lochs 53 in der Endkappe 50 des Moduls ist, um dadurch einfach die Verdrehung des Leistungsverbinders bezüglich der Endkappe zu unterbinden. Beispielsweise können sowohl der erste Schenkel 61 als auch die Löcher 53 senkrecht sein, so dass, wenn ein Bolzen in das Sackloch 62 geschraubt wird, der Anschluss 60 sich nicht verdreht. Natürlich ist jede andere zweckmäßige Gestalt möglich, die Verdrehung unterbindet, zum Beispiel eine sternförmige Gestalt. Ferner, wenn der erste Schenkel 61 innerhalb eines Lochs 53 in der Endkappe eingesetzt ist, verhindert der zweite Schenkel 65, dass der Leistungsstecker aus dem Loch 53 fällt. D.h., der zweite Schenkel 65 wirkt als ein Stopper, der an der ersten Seite 52 der Endkappe 50 anliegt. Außerdem können die Kanten des Anschlusses 60 angefasst sein, wie bei 66, um das Einsetzen innerhalb eines Lochs 53 zu erleichtern und um Spannungsanstiege zu verhindern.
  • Eine zweite Ausführungsform eines Leistungsverbinders ist in 12d bis 12f gezeigt. Diese Version des Leistungsverbinders wird verwendet, um ein Modul mit einem anderen Modul zu verbinden und ist insbesondere nützlich mit der zweiten Ausführungsform der Zellhaltetafel. Der Leistungsverbinder 160 weist ein Loch 169' auf, um ein mit einem Gewinde versehenen Zapfen einer elektrochemischen Zelle unterzubringen, und eine Mutter 167 auf, die mit einem benachbarten Modul befestigt ist. Die Mutter 167 ist mit dem Körper des Leistungsverbinders 160 pressgepasst. Ferner weist der Leistungsverbinder 160 einen Fahnenanschluss 174 auf, so dass Verbindungen zum Messen der Spannung und anderer Modulparameter bequem bewerkstelligt werden können.
  • Modul-Endkappen
  • Es gibt zwei Zellendkappen in dem Modul – eine eintrittsseitige Endkappe 50 und eine austrittsseitige Endkappe 50'. Die Endkappen sind gleich und deshalb ist nur die eintrittsseitige Endkappe 50 gezeigt und im Detail beschrieben. Siehe 1, 8 und 9.
  • Die Endkappe 50 weist eine erste Seite 52 auf, die dem Inneren des Moduls zugewandt ist, und eine zweite Seite 54 auf, die dem Äußeren des Moduls zugewandt ist. Öffnungen 51 erstrecken sich von der ersten Seite 52 zu der zweiten Seite 54 zum Bilden einer Verbindung zwischen der Endkappe 50 und der Zellhaltetafel 20. Obwohl vier Öffnungen 51 gezeigt sind, kann jede zweckmäßige Anzahl verwendet werden. Die Endkappe 50 weist darin ferner Löcher 53 auf zum Unterbringen der Leistungsverbinder 60, die mit den gemeinsamen Potentialen innerhalb der Zelle verbunden sind. Die Löcher 53 haben eine Gestalt, die komplementär zu der der Leistungsverbinder 60 ist, um ein Verdrehen der Leistungsverbinder 60 zu verhindern, wenn eine gewünschte Last angeschlossen wird. Jedes Loch 53 weist eine Krempe 53' auf der ersten Seite der Endkappe 50 und eine andere Krempe 53' auf der zweiten Seite 54 der Endkappe 50 auf. Die Krempe 53' erstreckt sich nicht gesamt um das Loch 53, ermöglicht jedoch einen offenen Raum für den zweiten Schenkel 65, wodurch sichergestellt ist, dass der Leistungsverbinder 60 korrekt innerhalb des Lochs 53 positioniert ist. D.h., der Leistungsverbinder 60 kann nur innerhalb des Lochs 53 in einer Art und Weise eingesetzt werden, d.h., so dass ein Schenkel 65 des Anschlusses sich innerhalb der Öffnung erstreckt, die in der Krempe 53' gebildet ist. Korrektes Positionieren des Leistungsverbinders 60 stellt sicher, dass sich das daran angeschlossene Kabel 68 in die richtige Richtung zum Verbinden der Zellen innerhalb des Moduls erstreckt. Der Hauptunterschied zwischen den Endkappen 50, 50' ist, dass nur eine Löcher 53 und Krempen 53', 53" für die Leistungsverbinder 60 aufzuweisen braucht.
  • Da die Schale 80 kürzer ist als der Abstand zwischen der Endkappen 50, 50', wenn sie mit der Zellanordnung befestigt sind, nehmen die Endkappen 50, 50' alle Axialkräfte auf, die auf das Modul einwirken. Deshalb weisen die Endkappen 50, 50' Versteifungsrippen 55 auf, um eine Deformation zu unterbinden. Durch das Aufweisen von Versteifungsrippen 55 kann der verbleibende Abschnitt der Endkappe dünn hergestellt sein, wodurch sich das Gesamtgewicht des Moduls reduziert, wobei dennoch gesichert ist, dass die Endkappen den Axialkräften widerstehen können.
  • Ferner weist die Endkappe 50 einen Vorsprung 56 an dessen Ende und eine Aussparung 58 an dessen gegenüberliegenden Ende auf. Der Vorsprung 56 und die Aussparung 58 sind von einer Gestalt komplementär sowohl zu der des Vorsprungs 36 und der Aussparung 38 der Zellhaltetafel 20 als auch zu der des Vorsprungs, der den Abschnitt 86 unterbringt, und der Einbuchtung 88 der Schale 80. Außerdem weist die Endkappe 50 um dessen Umfang eine Aussparung 57 auf, um die Schale 80 unterzubringen. Da das Ende der Schale in der Aussparung 57 aufgenommen ist, ist eine Deformation nach innen unterbunden, wodurch das Modul verstärkt ist. Die Aussparung 57 ist an einem Ende der Endkappe 50 weiter gemacht, um das elektronische System unterzubringen, das die Abschnitte 82 innerhalb der Schale 80 unterbringt. Unter Bereitstellung der vorhergehenden Konfiguration ist die Endkappe einfach ausgerichtet mit und passend zu der Zellanordnung 2 und der Schale 80.
  • Außerdem weist die Endkappe 50 Mündungen 59 auf für den Eintritt oder den Austritt von wärmeübertragendem Fluid von dem Modul auf. Jede Mündung 59 weist einen angefasten Abschnitt 59' auf, wo sie mit der ersten Seite 52 der Endkappe 50 zusammen trifft, und weist eine Krempe 59" auf, die von der zweiten Seite 54 der Endkappe sich erstreckt. Der angefaste Abschnitt 59' hilft der Fluidströmung zu oder von dem Inneren des Moduls zu strömen, wohingegen die Krempe 59" dafür verwendet werden kann, um das Modul mit einem Fluidzirkulationssystem zu verbinden. Auf der einen Seite des Moduls sind die Mündungen 59 in einer Endkappe 50 für den Lufteintritt, wohingegen die Mündungen 59 in der gegenüberliegenden Endkappe 50' für den Austritt sind. Auf der Eintrittsseite ist der Raum zwischen der Endkappe 50 und der Haltetafel 20 ein Luftverteiler. Da die Mündungen 59 in den Endkappen 50, 50' gleich sind kann jede Endkappe 50, 50' die Eintrittsseite oder die Austrittsseite des Moduls sein, d. h., die Luftströmung kann leicht umgekehrt werden.
  • Schale
  • Wie in 1 gezeigt ist, weist die Schale 80 eine Gesamtform auf, die komplementär zu der Zellanordnung 2, der Halteplatten 20, 20' und den Endkappen 50, 50' ist, um die Montage des Moduls zu vereinfachen. D. h., ein Ende der Schale weist einen den Abschnitt 86 unterbringenden Vorsprung auf, wohingegen die gegenüberliegende Seite der Schale 80 eine Einbuchtung 88 aufweist. Der den Abschnitt 86 unterbringende Vorsprung umschließt die Vorsprünge 36 der Zellhaltetafeln 20, 20' und nimmt die Vorsprünge 56 auf den Endkappen 50, 50' auf. Die Einbuchtung 88 ist gestaltet, so dass sie sowohl in die Aussparungen 38 der Zellhaltetafeln 20, 20' passt als auch mit den Aussparungen 58 in dem Umfang der Endkappen 50, 50' zusammenpasst. Außerdem weist die Schale 88 Einbuchtungen 85 in deren Längsseiten auf, um mit den Einbuchtungen 46 in den Zellhaltetafeln 20, 20' und mit gleichen Einbuchtungen 58 in den Endkappen 50, 50' zusammenzupassen. Die Einbuchtungen 85 in den Seiten der Schale helfen der Schale Steifigkeit zu geben, um deren Handhabung während der Montage und der Handhabung des Moduls zu vereinfachen. D. h., die Schale ist dünn und kann deswegen während deren Handhabung leicht verbogen werden, jedoch stellen die Einbuchtungen 85 einen Versteifungseffekt bereit.
  • Ferner weist die Schale 88 ein elektronisches Steuersystem auf, das den Abschnitt 82 unterbringt. Obwohl das elektronische Steuersystem, das den Abschnitt 82 unterbringt, so gezeigt ist, als sei es dem Vorsprung benachbart, der den Abschnitt 86 unterbringt, kann es an jeder geeigneten Stelle innerhalb des Moduls angeordnet sein. Der unterbringende Abschnitt 82 weist eine Gleitabdeckung 84 auf, um einen einfachen Zugang zu dem elektronischen Steuersystem innerhalb des unterbringenden Abschnitts 82 zu ermöglichen. Das elektronische Steuersystem (nicht gezeigt) bildet die Elektronik-Konfiguration des Moduls und kann von jedem zweckdienlichen Typ zum Überwachen der Spannung und der Temperatur der Zellen sein. Ferner ist es bevorzugt, dass das elektronische Steuersystem eine Schaltung sowohl zum Kommunizieren mit anderen Modulen als auch für die Zellbalance während des Aufladezykluses des Moduls aufweist. Das elektronische Steuersystem ist mit den Zellen durch die Verwendung der Fahnenanschlüsse 74 verbunden.
  • Thermal-Management-Konfiguration
  • In dem Modul sind die Zellen 4 im Abstand voneinander angeordnet durch einen Zelle-zu-Zelle-Abstand, der zwischen dem Außenumfang der einen Zelle und den Außenumfang einer benachbarten Zelle gemessen wird. Der Zelle-zu-Zelle-Abstand ist beispielhaft durch den Abstand DC zwischen benachbarten Hohlräumen in der Zellhaltetafel 20 erläutert. Siehe 6. Die Zellen 4, die der Schale 80 benachbart sind, sind im Abstand davon durch einen Zelle-zu-Schale-Abstand angeordnet. Der Zelle-zu-Schale-Abstand ist beispielhaft durch den Abstand DS zwischen einen Hohlraum in der Zellhaltetafel 20 und der nächsten Kante der Haltetafel 20 beschrieben. Nochmals, siehe 6. Der Temperaturunterschied zwischen der inneren Oberfläche (an einem innseitigen Durchmesser einer Zelle 4 mit einem hohlen Kern 13) und einer äußeren Oberfläche (an einem außenseitigen Durchmesser) einer jeden Zelle ist ΔT. Eine Endkappe ist mit jeder Haltetafel mit einem Raum zwischen der Endkappe und der Haltetafel befestigt. Innerhalb jeder Endkappe sind zwei Öffnungen 59. Auf einer Seite des Moduls sind die Öffnungen in einer Endkappe 50 für den Lufteintritt, wohingegen die Öffnungen 59 in der gegenüberliegenden Endkappe 59' für den Austritt sind. Auf der eintrittsseitigen Seite ist der Raum zwischen der Endkappe 50 und der Haltetafel 20 ein Luftverteiler.
  • 1) Erste Ausführungsform der Thermal-Management-Konfiguration des Moduls:
  • Das Batteriemodul ist angeordnet, so dass eine gleichmäßige Luftgeschwindigkeit innerhalb des Moduls erzielt wird. Um eine gleichmäßige Luftgeschwindigkeitsverteilung an allen Spalten sowohl zwischen der Zellen 4 als zwischen den Zellen 4 und der innseitigen Wand der Schale 80 zu erzielen, ist ein Luftverteiler sowohl analytisch als auch experimentell konstruiert mit zwei Mündungen 59 des Lufteintritts auf der eintrittseitigen End kappe 50; jede Mündung 59 hat einen Satz von Öffnungen mit speziell ausgewählter Geometrie und Größe auf der Seitenwand und dem Boden. Die Lufteintrittsgeschwindigkeitsverteilung wird durch die Größe und den Ort einer jeden Eintrittsmündung 59, die Höhe des Luftverteilers, der zwischen der inneren Oberfläche 52 der Endkappe 50 und der oberen Oberfläche 23 der Zelltafel 20 geschaffen ist, sowohl die Größe als auch die Geometrie und den Ort einer jeden Öffnung auf der Seitenwand und/oder dem Boden einer jeden Lufteintrittsmündung 59 gesteuert. Die Durchgangslöcher 34, 34' und 34" in den Zellhaltetafeln 20, 20' sind sowohl dimensioniert als auch geformt und angeordnet, um die Lufteintrittsgeschwindigkeitsverteilung, die von den Eintrittsmündungen 59 und dem Verteiler geschaffen werden, aufrechtzuerhalten. Als ein nicht beschränkendes Beispiel ist die vorhergehende Konfiguration konstruiert, so dass die Eintrittsluft, die bei 5 m/s eintritt, auf die Austrittsseite des Moduls bei einer Geschwindigkeit im Bereich zwischen 3,5 und 4,5 m/s austritt, gemessen an dem Austrittspunkt der Zelle-zu-Zelle- oder Zelle-zu-Schale-Spalte. Dies wurde für die gezeigte Modulkonstruktion experimentell verifiziert. Der Luftverteiler ermöglicht die Steuerung der Temperatur innerhalb der Zelle durch Steuern des Luftdurchsatzes.
  • 2) Zweite Ausführungsform der Thermal-Management-Konfiguration des Moduls:
  • Das Batteriemodul ist angeordnet, so dass eine gleichförmige Temperaturverteilung quer zu jeder Zelle 4 erzielt wird. Um eine gleichförmige Temeraturverteilung zu erzielen, ist die Verteilerhöhe minimiert, während die Zellen 4, Hardware und Zelle-zu-Zelle-Bus-Verbinder 70,76 untergebracht sind. Die Lufteintrittsöffnungen 59 brauchen keine spezialisierte Gestalt aufweisen. Die Zelle-zu-Zelle- und Zelle-zu-Schale-Abstände, wie gezeigt, wurden experimentell und analytisch ausgewählt, um eine gleichförmige Luftgeschwindigkeit durch die Zellanordnung 2 mit einem minimalen Druckabfall quer zu dem Modul und mit einem minimalen Luftdurchsatz aufrechtzuerhalten.
  • Da keine spezialisierte Gestalt für die Lufteintrittsöffnungen 59 notwendig ist, ist hier kein bestimmtes Lufteintritts- und -austrittsende des Moduls. D. h., jede Seite des Moduls kann der Eintritt/Austritt sein und Fluid kann durch das Modul in jede Richtung strömen. Mit der vorhergehenden Konfiguration kann jede Zelle 4 innerhalb des Moduls bei einem vorher bestimmten ΔT aufrechterhalten werden, in Abhängigkeit von dem Eintrittsluftdurchsatz.
  • Obwohl bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung vorhergehend beschrieben wurden, ist es vorgesehen, dass zahlreiche Modifikationen an dem Modul der vorliegenden Erfindung ohne von dem Umfang der Erfindung abzuweichen, wie er in den folgenden Ansprüchen definiert ist, vorgenommen werden können.

Claims (8)

  1. Elektrochemisches Zellenmodul mit: – einer Zellenanordnung (2), die eine Mehrzahl von elektrochemischen Zellen (4) aufweist, die durch eine Mehrzahl von elektrischen Anschlußteilen (70, 76) verbunden sind, – mindestens eine Zellenhaltetafel (20) zum Halten der Zellen in einem vorbestimmten Abstand, wobei die Zellenhaltetafel aufweist: eine erste Oberfläche (21), eine der ersten Oberfläche gegenüberliegenden zweite Oberfläche (23), wobei die erste Oberfläche eine Mehrzahl von Hohlräumen (22, 22') darin zum Aufnehmen der elektrochemischen Zellen aufweist, wobei die zweite Oberfläche eine Mehrzahl von Aussparungen (42, 44) darin zum Aufnehmen der Mehrzahl von elektrischen Anschlußteilen aufweist; und wobei die Haltetafel eine Mehrzahl von Löchern (34, 34', 34") darin zum Führen einer Fluidströmung aufweist, um innerhalb jeder Zelle eine gleichmäßige Temperaturverteilung aufrechtzuerhalten.
  2. Elektrochemisches Zellenmodul gemäß Anspruch 1, wobei die Mehrzahl von Hohlräumen einen ersten Typ (22) aufweist, der gestaltet ist zum Aufnehmen des negativen Endes einer elektrochemischen Zelle, und einen zweiten Typ (22') aufweist, der gestaltet ist zum Aufnehmen des positiven Endes einer elektrochemischen Zelle.
  3. Elektrochemisches Zellenmodul gemäß Anspruch 2, mit einer zweiten Zellenhaltetafel (20') mit einer Mehrzahl von Hohlräumen darin, wobei die Mehrzahl von Hohlräumen in der zweiten Zellenhaltetafel den ersten Typ (22) aufweist, der gestaltet ist zum Aufnehmen des negativen Endes einer elektrochemischen Zelle, und den zweiten Typ (22') aufweist, der gestaltet ist zum Aufnehmen des positiven Endes einer elektrochemischen Zelle, wobei die zweite Zellenhaltetafel der ersten Zellen haltetafel gegenüberliegend angeordnet ist, so dass ein Hohlraum des ersten Typs in der ersten Zellenhaltetafel einem Hohlraum des zweiten Typs in der zweiten Zellenhaltetafel gegenüberliegt.
  4. Elektrochemisches Zellenmodul gemäß Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die Mehrzahl von Aussparungen einen ersten Typ Aussparung (42) aufweist, die eine erste Gestalt hat, und einen zweiten Typ Aussparung (44) aufweist, die eine zweite Gestalt hat, die unterschiedlich von der ersten Gestalt ist; und wobei die Mehrzahl von elektrischen Anschlußteilen zum Verbinden der Zellen einen ersten Typ Anschlußteil (70) aufweist, das eine Gestalt hat, die komplementär zu der ersten Gestalt ist, und einen zweiten Typ Anschlußteil (76) aufweist, das eine Gestalt hat, die komplementär zu der zweiten Gestalt ist.
  5. Elektrochemisches Zellenmodul gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei eine erste Endkappe (50) an dem ersten Ende der Zellenanordnung befestigt ist, eine zweite Endkappe (50') an dem zweiten Ende der Zellenanordnung befestigt ist, und ein Mantel (80) zwischen der ersten Endkappe und der zweiten Endkappe angeordnet ist.
  6. Elektrochemisches Zellenmodul gemäß Anspruch 5, wobei der Mantel eine Höhe hat, die kleiner ist als der Abstand zwischen der ersten Endkappe und der zweiten Endkappe.
  7. Elektrochemisches Zellenmodul gemäß Anspruch 5, wobei die erste Endkappe (50) mindestens eine Fluideinlassöffnung (59) darin hat und an die Zellenhaltetafel (20) befestigt ist, um dazwischen einen Fluidverteiler zu bilden.
  8. Elektrochemisches Zellenmodul gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Haltetafel (20) zum Halten der elektrochemischen Zellen aufweist: – ein erstes Ende mit einem Vorsprung (36), der davon sich erstreckt; und – ein dem ersten Ende gegenüberliegendes zweites Ende, mit einer darin ausgebildeten Aussparung (38), wobei die Aussparung eine Gestalt hat, die komplementär zu der des Vorsprungs ist.
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