CN105324876A - 电池堆 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种电池堆，包括数个电池单元和至少一个拉紧元件，该数个电池单元堆叠在电池堆的第一堆叠端部与电池堆的第二堆叠端部之间，利用至少一个拉紧元件，用于夹紧电池单元的拉紧力能够引入到第一堆叠端部与第二堆叠端部之间，该至少一个拉紧元件包括第一局部区段和第二局部区段，第一局部区段起始于第一堆叠端部且在第二堆叠端部的方向上延伸，第二局部区段起始于第二堆叠端部且在第一堆叠端部的方向上延伸，其中，至少一个拉紧元件包括加载有压缩力的至少一个弹性元件，其将第一局部区段与第二局部区段连接，其特征在于，至少一个拉紧元件的第一局部区段和第二局部区段在两个堆叠端部之间的重叠区域中彼此重叠。

Description

电池堆

技术领域

本发明涉及一种电池堆，包括堆叠在所述电池堆的第一堆叠端部与所述电池堆的第二堆叠端部之间的数个电池单元。该电池堆包括用于将电池单元夹紧在堆叠端部之间的至少一个拉紧元件。该至少一个拉紧元件包括第一局部区段和第二局部区段，所述第一局部区段起始于所述第一堆叠端部且在所述第二堆叠端部的方向上延伸，所述第二局部区段起始于所述第二堆叠端部且在所述第一堆叠端部的方向上延伸。该至少一个拉紧元件还包括加载有压缩力的至少一个弹性元件，所述至少一个弹性元件将所述第一局部区段与所述第二局部区段连接。

背景技术

这种电池堆包括通常以平面方式设计的数个电池单元，该数个电池单元在该电池堆的第一堆叠端部与第二堆叠端部之间被一个在另一个上地堆叠。例如，这些电池单元是电化学系统的电池或者是用于电化学系统的加湿器的电池。例如，电池堆或电池单元可以分别是用于电化学系统的加湿器的一部分，或者是电化学系统(例如电化学蓄能器、氧化还原液流电池、电化学压缩机)的一部分，或者是燃料电池系统的一部分。

在使用这种电池堆的过程中，必要的是将电池堆的电池单元相互压制，例如以便在电池单元之间产生所需要的密封和/或接触力。为此，在堆叠端部之间使用一个或数个拉伸元件来传递拉紧力，使得电池单元被一个在另一个上地挤压。

在拉紧或开始操作之后，由于电池单元的内压力的改变、电池单元或者电池堆的其它部分的收缩以及由于电池单元或电池堆的其它部分的设定，电池堆的总高度，由此的堆叠端部之间的距离可以随时间而改变。为了平衡这一点并且如果在可容许的范围中可能的话为了维持该拉紧力以及电池单元之间的接触和密封力，可以在电池堆的电池单元与堆叠端部之间安装弹性件组或支柱布置。然而，这导致了电池堆的复杂构造并且增大了该电池堆所需要的空间。另外，这种弹簧组或支柱布置的安装和拉紧通常需要额外的步骤或复杂的步骤，从而是耗时的。

发明内容

因此，本发明的目的是创造一种上述种类的电池堆，其可以尽可能简单且时间高效地被安装并被拉紧。

为了实现该目的，提出了根据独立权利要求的电池堆。所提出的该电池堆和制造方法的具体的实施方式和变型利用从属权利要求而产生。

因此，该电池堆包括堆叠在所述电池堆的第一堆叠端部与所述电池堆的第二堆叠端部之间的数个电池单元，例如本说明书的开头所描述的种类的数个电池单元。另外，该电池堆包括至少一个拉紧元件，利用所述至少一个拉紧元件，拉紧力在所述第一堆叠端部与所述第二堆叠端部之间被传递或者可以被传递，例如以便建立上述所提到的电池单元之间的密封和/或接触力。

该电池堆包括一个或数个这样的拉紧元件。在电池堆包括数个这样的拉紧元件的情况下，以下如果仅仅讨论了这些至少一个拉紧元件的其中之一，则对应的描述还可以转移到对应的其它拉紧元件。因此，电池堆的数个或全部拉紧元件可以包括对应描述的特征，而这不需要明确提到。

通常将第一堆叠端部与第二堆叠端部连接的拉紧元件包括第一局部区段和第二局部区段，该第一局部区段起始于第一堆叠端部且朝向第二堆叠端部延伸，该第二局部区段起始于第二堆叠端部且朝向第一堆叠端部延伸。所提到的局部区段可以设计成带状或条状；它们可以是拉紧元件的拉紧带的局部区段。

另外，第一电池堆的拉紧元件包括加载有压缩力的至少一个弹性元件。该至少一个弹性元件将第一局部区段和第二局部区段连接并产生拉紧力。为此，由压缩力加载的弹性元件向指向第二堆叠端部的第一局部区段施加力，并以同样地方式向指向第一堆叠端部的第二局部区段施加力。两个力具有相同的大小且彼此指向相反。例如，弹性元件的第一端部可以与第一局部区段的连接元件连接。相应地，弹性元件的与其第一端部相对的第二端部可以经由第二连接元件与第二局部区段连接。使用这些连接元件，所提到的弹性元件的力可以被转移到拉紧元件的第一局部区段和第二局部区段。弹性元件的端部与第一局部区段和第二局部区段之间的这些连接可以设计成刚性的或沿着局部区段可活动的。关于第一局部区段和第二局部区段与连接元件之间的该连接的可能设计，参照第二电池堆的缩短元件的描述，该缩短元件将在本说明书的另外部分中描述。该缩短元件包括与第一局部区段和第二局部区段的对应连接件，其还可以设计成用于弹性元件与局部区段之间的连接。

应当强调的是，尽管拉紧元件将夹紧力施加在电池堆上，但是弹性元件本身加载有压缩力。因此，电池堆的压缩的增加伴随着弹性元件的拉伸，电池堆的压缩的减少伴随弹性元件的压缩。

在本发明电池堆的一个优选实施方式中，拉紧元件包括缩短元件，至少与第一局部区段连接的第一连接元件和与第二局部区段连接的第二连接元件集成在缩短元件中。缩短元件在第一倾斜取向与第二倾斜取向之间可倾斜，在所述第一倾斜取向中，所述第一连接元件朝向所述第一堆叠端部取向且所述第二连接元件朝向所述第二堆叠端部取向，以及在所述第二倾斜取向中，所述第一连接元件朝向所述第二堆叠端部取向且所述第二连接元件朝向所述第一堆叠端部取向。通过使缩短元件从第一倾斜取向向第二倾斜取向倾斜，从而拉紧元件可以被缩短。缩短元件相对于拉紧元件的总长度的尺寸以及电池堆的高度和直径已经被选择成，使得给定缩短元件处于第二倾斜取向时，拉紧元件传递所提到的拉紧力。如果缩短元件处于第一倾斜取向，则所提到的拉紧力不被传递，并且通常不产生拉紧力或仅仅产生明显减小的拉紧力。

可由压力加载的弹性元件可以集成在缩短元件中，该缩短元件在第二倾斜取向中加载有压缩力，并因此产生拉紧力。例如，弹性元件的第一端部可以与第一连接元件连接，并经由该连接元件与第一局部区段连接。相应地，弹性元件的与弹性元件的第一端部相对的第二端部可以与第二连接元件连接，并经由第二连接元件与第二局部区段连接。通过这些连接元件，拉紧力可以被传递至拉紧元件的第一局部区段和第二局部区段。

使用连接元件所产生的与第一局部区段和第二局部区段的连接可以以不可活动的方式或沿着所述局部区段可活动的方式设计。在不可活动的连接的情况下，该连接通常在第一(或第二)连接元件与第一(或第二)末端区段或第一(或第二)局部区段的端部之间实现。在可活动(例如抵靠、可移动和/或可滚动)连接的情况下，该连接通常在第一(或第二)连接元件与拉紧元件邻接到或合并到拉紧元件的第一(或第二)局部区段中的过渡区段之间实现。然后，如将要在下面所详细描述的，第一局部区段和/或第二局部区段抵靠在对应的连接元件上或邻接到对应的连接元件。例如，连接元件可以设计为重新定向元件，特别是设计为辊、弓形辊(rollerbow)、导向轮、滑动件，或者还可以设计为锚固件、支架、螺纹连接件或铆接连接件、闩锁连接件等等。例如，所提到的连接可以设计成形状配合(锚固、结环、铆接、螺接或扣接(caught))和/或摩擦锁定(夹紧、螺接等等)。

如果第二元件的拉紧元件的缩短元件处于第二倾斜取向，则拉紧元件的第一局部区段和拉紧元件的第二局部区段在两个堆叠端部之间的重叠区域中彼此重叠。在该重叠区域中，第一局部区段还从第一堆叠端部在第二堆叠端部的方向上延伸。相应地，该重叠区域内的第二局部区段从第二堆叠端部在第一堆叠端部的方向上延伸。在该重叠区域中，第一局部区段和第二局部区段因此沿着彼此延伸。

如果拉紧元件的局部区段的这一重叠不存在，例如在未安装的状态中和/或未拉紧的状态中，则拉紧元件可以具有这样的总长度，其可以滑过堆叠的电池单元，该堆叠的电池单元可以使用挤压件预拉紧或者可以没有问题且不需要其自身拉紧地与电池堆的两个端部连接。仅仅在最终步骤中，才建立如所描述的拉紧元件的所述局部区段的重叠，例如在第一电池堆的情况下通过弹性元件的相应倾斜来建立。由于这是随着拉紧元件的实际缩短而来的，因此可以同时实现建立拉紧力以及将电池单元彼此压缩。

由于其考虑到拉紧元件的以简单方式的且空间上无需高要求的弹性运动，因此给出了通过拉紧元件的局部区段的重叠所实现的另外的优点。例如，由于电池单元的热膨胀或电池单元的内压力的改变，因而例如这是电池堆的高度改变的情况。例如，拉紧元件可以通过重叠区域的增大而有效地缩短，或者通过重叠区域的减小而伸长。利用该弹性运动，拉紧元件可以以非常简单的方式维持在几乎恒定的范围内，使得一方面，电池单元可以总是被一个在另一个上地挤压到所要求的程度，而没有被太过强烈地挤压。另一方面，可以防止另外的部件(例如拉紧元件)的损坏。如果该重叠区域减小，则弹性元件被压缩。如果该重叠区域增大，则弹性元件相应地膨胀。

如上面已经强调的，电池堆的拉紧元件还可以包括用于收缩该拉紧元件的缩短元件。如果缩短元件处于第二倾斜取向中，则拉紧元件的弹性元件被加载有压缩力，并产生所提到的用于该电池堆的拉紧力。至少一个弹性元件还可以形成缩短元件的一部分，从而集成到缩短元件中。因此，缩短元件的第一连接元件优选连接到至少一个弹性元件的第一端部，且缩短元件的第二连接元件连接到至少一个弹性元件的第二端部。

在一个特别紧凑的实施方式中，至少一个弹性元件布置在拉紧元件的重叠区域中。例如，弹性元件可以位于拉紧元件的第一局部区段和拉紧元件的第二局部区段之间。

在一个实施方式中提供了，拉紧元件包括中间区段，该中间区段在拉紧元件的在两个连接元件之间的重叠区域内延伸。该中间区段将第一局部区段与第二局部区段连接。这里，在第一过渡区域中第一局部区段逐渐变成所提到的拉紧元件的中间区段，并依次在第二过渡区域中拉紧元件的中间区段逐渐变成第二局部区段。这样，在过渡区域中中间区段既与第一局部区段重叠又与第二局部区段重叠。因此，第一局部区段、中间区段和第二局部区段连同过渡区域一起通常形成了z形布置或s形布置，其中，在该过渡区域中实现了对此所要求的重新定向。在上面所描述的弹性运动的过程中，如果重叠区域缩短，则连接元件之间的中间区段收紧，并且，如果重叠区域增大，则中间区段延长。例如，第一局部区段和第二局部区段、中间区段和过渡区域可以一起形成连接两个堆叠端部的连续的、连贯的结构，例如拉紧条。在该情况下，第一连接元件和第二连接元件通常沿着该结构是可活动的，例如可滑动的或可滚动的。在电池堆的拉紧状态下，由于在该情况下充当偏转元件的连接元件，第一连接元件和第二连接元件通常包括在前述所提到的过渡区域中的结构的重新定向。重叠区域的增大或减小通常对应于以下：第一连接元件和第二连接元件沿着该结构的运动、所提到的重新定向的位置的移动或过渡区域沿着该结构的移动、以及可选地弹性元件的同时压缩或同时拉伸/解压缩。特别是，所描述的重新定向要求足够的柔性，意味着拉紧元件的所提到的区段的可弯曲性。

优选地，在由重叠区域的增大或减小而引起的弹性运动的过程中，没有产生拉紧元件的所提到的区段的长度的有效改变，从而没有产生第一局部区段、第二局部区段和可选地中间区段、以及第一过渡区域和第二过渡区域的长度的有效改变。仅仅引起了弹性元件的长度的改变，因此引起压缩或拉伸/解压缩。

如果钢用作拉紧元件的材料，则其抗拉强度的范围在900N/mm和1500N/mm之间。在一个典型的电池堆中，将20kN至30kN分配至8个弹簧。因此，各个的弹簧的弹性力总量达到大约2.5kN和3.75kN之间。利用不同数量的弹簧，它们的弹性力必须相应地适应。

优选地，拉紧元件的第一局部区段和/或第二局部区段全部或者至少部分地设计为拉紧条。所提到的拉紧条可以为金属条、钢条、由不锈钢制成的条或者塑料条，该塑料条特别为纤维增强塑料条，所述纤维增强塑料条尤其为玻璃纤维增强塑料条或碳纤维增强塑料条。还可能的是，第一局部区段和第二局部区段具有不同的设计，例如关于它们的材料和/或它们的结构。另外可能的是，第一局部区段和/或第二局部区段沿着它们的在两个堆叠端部之间的路径示出了具有不同设计的子区段，例如关于它们的材料和/或它们的结构。

所提到的拉紧元件的至少一个弹性元件可以是一个或数个压缩弹性件，例如一个或数个螺旋弹簧、一个或数个板簧或一个或数个关于弯曲具有弹性的支柱或主体部。

在一个实施方式中，缩短元件包括至少两个弹性元件，该至少两个弹性元件与缩短元件的第一连接元件和第二连接元件一起形成环形布置，从而限定了缩短元件的中心通路开口或围绕该中心通路开口。然后，上面所提到的拉紧元件的中间区段可以延伸通过缩短元件的中心通路开口。在第一倾斜取向中，缩短元件之后可自由地沿着通常未拉紧或仅略微拉紧的拉紧元件移动。在第二倾斜取向中，建立了上面所描述的拉紧元件的重新定向，其引起了第一局部区段与第二局部区段的重叠，从而引起了拉紧元件的有效缩短和电池堆的压缩。

在具体的实施方式中，弹性元件设计为压缩弹性件，例如螺旋弹簧。压缩弹性件或螺旋弹簧可以分别由一个定位销进行导向，优选进行中心导向。至少一个定位销与第一连接元件和/或第二连接元件可活动地连接，以用于第一连接元件与第二连接元件之间的弹性运动。

拉紧元件通常包括固定元件，用于拉紧元件的第一局部区段与第二局部区段的相互重叠的固定和/或稳定。例如，该固定元件可以设计成，使得它将缩短元件固定、保持或稳定在第二倾斜取向中。例如，固定元件可以设计为夹子、套筒、抵靠元件、金属片、弯曲闩锁件、螺钉、销或挂钩，或者使得该固定元件包括这些元件中的至少一者或数者。在套筒的情况下，该套筒可以将第一局部区段和第二局部区段稳定在重叠区域中，并且，可选地围绕缩短元件并以这种方式稳定缩短元件。

固定元件还可以由第一局部区段或第二局部区段的拉紧条的局部区域形成，或者可以包括第一局部区段或第二局部区段的拉紧条的局部区域，该局部区域变形成钩形。例如，该局部区域可以实现挂钩、夹子或闩锁件的功能。

为了分别适应弹性元件的压缩和弹性拉紧，弹性元件和/或缩短元件可以包括设计合适的固定元件和/或调节元件，例如螺钉或夹子。在产生上面所提到的重叠之后，例如可以使用该固定元件和/或调节元件将弹性元件设定在极端的第一压缩下，随后，将弹性元件释放到用于最终所需要的压缩的弹性范围，例如通过拧上述螺钉或通过移除或释放上述夹子来释放。

在一个实施方式中，固定元件布置在电池堆的端板处。在这一情况下，拉紧元件的第一局部区段和第二局部区段的重叠区段直接邻接到该端板。

至少一个拉紧元件可以围绕电池堆的位于第一堆叠端部处的第一端板或者围绕电池堆的位于第二堆叠端部处的第二端板。还可能的是，拉紧元件围绕这两个端板。至少一个拉紧元件可以包括环形闭合的拉紧条，特别是该拉紧条包含第一局部区段和第二局部区段。另外，该环形闭合的拉紧条可以包含前面所描述的中间区段和过渡区域。该环形闭合的拉紧元件或拉紧条可以分别包括两个端部，该两个端部通过焊接、钎焊、粘合、铆接、钩接、钉接或者卷边而彼此连接。

代替所描述的对端板的围绕，然而还可能的是，例如在第一端板和/或第二端板处通过钩接(例如使用吊钩)而将拉紧元件的第一局部区段紧固在第一端板处且将拉紧元件的第二局部区段紧固至第二端板。

如已经更早所提到的，电池堆和电池单元可以形成用于电化学系统的加湿器的一部分，或者形成例如电化学蓄能器、氧化还原液流电池、电化学压缩机的电化学系统的一部分、或燃料电池系统的一部分。

除了所提出的电池堆的结构和功能特征的描述以及在安装和压缩这种电池堆的过程中它们考虑到的优点的描述，在下文中明确地描述所提出的用于安装和压缩这种电池堆的方法。该方法可选的第一步骤是，建立该电池堆的第一压缩，例如通过挤压件建立。然后，将可以是环形闭合的至少一个拉紧元件布置成，使得拉紧元件的第一局部区段起始于第一堆叠端部且在第二堆叠端部的方向上延伸，并且拉紧元件的第二局部区段起始于第二堆叠端部且在第一堆叠端部的方向上延伸。在后续的步骤中，上面所描述的这两个局部区段在两个堆叠端部之间的重叠区域中的重叠被建立，并且这样，拉紧元件被缩短，同时建立电池堆的压缩量或提高的第一压缩量。这可以以如下方式实现：拉紧元件围绕电池堆并且从第一倾斜取向移动至第二倾斜取向。以自动方式使用专用机器的合适的倾斜设备有利地实现倾斜。

随后，使用所描述的固定元件可以固定和/或维持该重叠。另外，可以打开可能使用的挤压件，并且可以从该挤压件拿出该电池堆。最终，使用弹性元件所产生的压缩可以使用固定元件和/或调节元件来重新设定或调节，例如从增大的第一压缩值到所期望的最终的压缩值，如上所述。

附图说明

下面，在图1至图15中示意性示出的实施方式的基础上解释本发明。图中：

图1：根据本发明的电池堆的前视图，其中可倾斜的缩短元件处于两个倾斜取向中的第二倾斜取向；

图2：图1中所示出的电池堆的侧视图；

图3：根据本发明的电池堆的前视图，其中可倾斜的缩短元件处于两个倾斜取向中的第一倾斜取向；

图4：根据本发明的另外的电池堆的前视图，其中可替选的可倾斜的缩短元件处于两个倾斜取向中的第二倾斜取向；

图5：图4中所示出的电池堆的前视图，其中缩短元件处于两个倾斜取向中的第一倾斜取向；

图6至图8：根据本发明的另外的电池堆的局部前视图，其中在每一个附图中，可倾斜的缩短元件处于两个倾斜取向中的第二倾斜取向；

图9：根据本发明的电池堆的拉紧元件的具体实施方式的局部视图，其中缩短元件处于两个倾斜取向中的第一倾斜取向；

图10：根据本发明的电池堆的拉紧元件的另外的具体实施方式的局部视图，其中缩短元件处于两个倾斜取向中的第二倾斜取向；

图11至图14：根据本发明的电池堆的拉紧元件的缩短元件的数个具体实施方式；以及

图15：在四个示意性附图中，加载有拉紧力的弹簧与加载有压缩力的弹簧二者在第一倾斜取向和第二倾斜取向中的差。

具体实施方式

重复的附图标记指代相同或功能上相同的特征。

因此，如在图1和图2中所给出的示意性前视图或侧视图中所看到的，根据本发明的电池堆1包括多个电池单元4(例如燃料电池)，多个电池单元4堆叠在电池堆1的第一堆叠端部2与电池堆1的第二堆叠端部3之间。因此，电池堆1为燃料电池系统的一部分。然而，电池单元4还可以形成其它的电化学电池或用于电化学系统的加湿器的电池。因此，电池堆或电池单元还可以形成用于电化学系统的加湿器的一部分，或者是例如电化学蓄能器的、氧化还原液流电池的、电化学压缩机的另一个电化学系统的一部分或燃料电池系统的一部分。

电池堆1还包括两个相同设计的拉紧元件5，尽管在图1中两个拉紧元件中仅一个是可见的。利用这些拉紧元件，用于压缩电池单元4的拉紧力在第一堆叠端部2与第二堆叠端部3之间被传递，以便建立操作电池堆1所需要的电池单元4之间的密封力和/或接触力。其中电池堆1包括仅一个或多于两个的拉紧元件的可替选实施方式是可能的。

电池堆的两个拉紧元件5具有相同的构造。因此，下面的描述同样地涉及两个拉紧元件5。在图2中，为了清楚起见，两个拉紧元件中的左边的一个拉紧元件示出为不带附图标记。拉紧元件5将两个堆叠端部2、3连接，且包括第一局部区段6和第二局部区段7，第一局部区段6起始于第一堆叠端部2且在第二堆叠端部3的方向上延伸，第二局部区段7起始于第二堆叠端部3且在第一堆叠端部2的方向上延伸。所提到的局部区段为线性的。它们被设计为拉紧元件5的拉紧条8的局部区域。

拉紧条8为金属条，例如为钢条，优选为由弹性钢制成的条。然而，还可以将它设计为塑料条，特别是设计为纤维增强塑料条，尤其是设计为玻璃纤维增强塑料条或碳纤维增强塑料条。重要的是，拉紧条是尽可能地抗拉伸的。拉紧条围绕电池堆1的位于第一堆叠端部2处的第一端板9以及电池堆1的位于第二堆叠端部3处的第二端板10。另外，环状地设计拉紧条8，其中拉紧条8的两个端部11、12通过焊接彼此连接。然而，端部11、12还可以通过钎焊、粘合、铆接、钩接、钉接或者卷边而彼此连接。

电池堆的拉紧元件5包括通过压缩力压缩的两个弹性元件13、14。然而，不同数量的弹性元件也是可能的。弹性元件13、14将第一局部区段6与第二局部区段7连接，并提供拉紧力。为此，由压缩力加载的这些弹性元件13、14中的每一个向指向第二堆叠端部3的第一局部区段6施加力，并向指向第一堆叠端部2的第二局部区段施加力。这两个力具有相同的大小并且指向相反的方向。例如，弹性元件13、14的第一端部15可以通过第一连接元件17连接至第一局部区段6。相应地，如从图1变得明显的，弹性元件的与弹性元件13、14的第一端部15相对的第二端部16可以通过第二连接元件18连接至第二局部区段7。利用这些连接元件，可以传递由弹性元件13、14所建立的拉紧力。如将在以下详细描述的，在拉紧元件5的这一实施方式中，弹性元件13、14的端部15、16与第一局部区段6和第二局部区段7和连接元件17、18之间的这些连接被设计成沿着局部区段6、7是可活动的。

拉紧元件5的弹性元件13、14和连接元件17、18为拉紧元件5的缩短元件19的一部分。如在图1与图3相比较中所变得明显的，缩短元件19可以在图3中所示出的第一倾斜取向与图1和图2中所示出的第二倾斜取向之间倾斜。在第一倾斜取向中，弹性元件13、14的第一连接元件17和第一端部15指向第一堆叠端部2，而弹性元件13、14的第二连接元件18和第二端部16指向第二堆叠端部3。在第二倾斜取向中，弹性元件13、14的第一连接元件17和第一端部15指向第二堆叠端部3，而弹性元件13、14的第二连接元件18和第二端部16指向第一堆叠端部2。通过使缩短元件19从第一倾斜取向倾斜至第二倾斜取向，由此可以使拉紧元件5缩短。缩短元件19的尺寸被选择成，使得如果缩短元件19处于第二倾斜取向，则拉紧元件传递最佳的拉紧力。假设缩短元件处于第一倾斜取向，则不传递所提到的拉紧力，因此通常不产生拉紧力或仅仅产生相当小的拉紧力。在第二倾斜取向中，弹性元件13、14加载有压缩力且因此产生拉紧力，而在第一倾斜取向中不产生拉紧力。

如在图1中所看到的，如果电池堆1的拉紧元件的缩短元件处于第二倾斜取向中，则拉紧元件5的第一局部区段6和拉紧元件5的第二局部区段7在第一堆叠端部2和第二堆叠端部3之间的重叠区域20中彼此重叠。例如，由于电池单元的热膨胀或由于电池单元的内压力的增加而引起的电池堆的高度的增加导致了重叠区域20的减小以及拉紧元件5的局部区段6、7的有效增加。反之，电池堆的高度的减小引起了重叠区域20的增加以及拉紧元件5的有效缩短。重叠区域20的减小或增加伴随弹性件的压缩或释放。因此，拉紧力维持在可接受的范围内。如果重叠区域20减小，则布置在第一局部区段6和第二局部区段7之间的重叠区域20中的弹性元件13、14被压缩。相应地，如果重叠区域增加，则弹性元件13、14延伸。因此，拉紧元件5的拉紧力基本上保持恒定。

如图3中所示，如果没有给定拉紧元件5的局部区段6、7的这一重叠，例如因为缩短元件处于第一倾斜取向中，则拉紧元件5示出了这样大的总长度，它不会有效地产生电池堆1的任何压缩。

在图1至图3中所示出的示例中，拉紧元件5包括拉紧条8的中间区段21，该中间区段21在拉紧元件5的重叠区域20中延伸，且将第一局部区段6与第二局部区段7连接。这里，在第一过渡区域中第一局部区段6逐渐变成该中间区段21，并且在第二过渡区域中该中间区段21最后逐渐变成第二局部区段7。因此，在重叠区域20中中间区段21既与第一局部区段6重叠，也与第二局部区段7重叠。如从图1变得明显的，第一局部区段6、中间区段21和第二局部区段7连同过渡区域22、23一起形成了z形布置或s形布置。

利用上面所描述的弹性运动，当重叠区域20减小时，中间区段21额外地缩短，以及如果重叠区域增加，则中间区段21伸长。为此，第一连接元件17和第二连接元件18沿着拉紧条8与中间区段21可活动地连接；例如它可以是移动的或转动的。图1示出了电池堆1的压缩状态。这里，连接元件17、18引起了拉紧条8在过渡区域22、23内的重新定向，即在连接元件17、18处重新定向。因此，重叠区域20的增加或减小对应于第一连接元件17和第二连接元件18沿着拉紧条8的运动、所提到的重新定向的位置的移动和过渡区域22、23沿着拉紧条8的移动、以及弹性元件13、14的同时压缩或拉伸。为此，拉紧条额外地被设计为可弯曲且柔性的，同时为尽可能抗拉伸的。在该示例中，连接元件17、18因此被设计为重新定向的辊，该重新定向的辊抵靠在过渡区域22、23上且给第一局部区段6和第二局部区段7划定界限。然而，它们还可以被设计为辊、弓形辊或者导向轮。

在图4和图5中示出的根据本发明的电池堆的一个另外的实施方式与图1中所示出的示例的区别基本上仅在于拉紧元件5的设计，特别是拉紧条8和缩短元件19的连接元件17、18的设计。在该示例中，连接元件17、18是刚性的，因而不可活动地连接至第一局部区段6和第二局部区段7的端部24、25。拉紧条因而不是环形闭合的。因此，第一局部区段6和第二局部区段7没有经由拉紧条8的中间区段21而彼此连接，而是仅仅通过可倾斜的缩短元件19彼此连接。在该示例中，连接元件17、18为锚固元件，其紧紧地锚固在第一局部区段6和第二局部区段7的端部24、25的末端环中。作为可替选的，可以使用夹子、螺纹连接件或铆接连接件或抵靠连接件作为连接元件17、18。拉紧条8作为单一部件从连接元件17延伸至连接元件18。

在图4中，缩短元件19处于第二倾斜取向中，因此，已经形成了电池堆的压缩。与此相反，在图5中，缩短元件19处于第一倾斜取向中，所以没有产生压缩。

在图6至图8中示出的根据本发明的电池堆的具体实施方式与图4和图5中所示出的示例的不同基本上仅在于拉紧元件5的设计，在图6至图8的示例中，拉紧元件5将电池堆的端板9、10彼此连接，并且向它们施加拉紧力，但是拉紧元件5没有围绕这些端板。例如，可能的是，拉紧元件5的拉紧条8在其端部处使用闩锁件连接至端板9、10，但是闩锁件未示出。

另外，在图6至图8中，示出了拉紧元件5的固定元件26，为清楚起见，该固定元件未在图1至图5中示出。如图6至图8所示，固定元件26用来固定并稳定对应的拉紧元件5的第一局部区段6和第二局部区段7的相互重叠，并且被设计成使得它们将对应的缩短元件19固定并维持在第二倾斜取向中。

例如，固定元件可以包括一个或数个连接至第一端板9的挂钩或闩锁件。在该实施方式中，挂钩足够长是必要的，该足够的长度应当为电池堆1的总长度的最大增量。例如，固定元件可以包括连接至第一端板9的螺钉(如图7中所示)，或者，连接至第一局部区段6和/或第二局部区段7的螺钉(如图8中所示)。这种螺钉额外地可以充当固定构件和/或调节构件27。基于此，弹性元件13、14的固定点和/或弹性元件13、14的拉紧可以被重新设定或调节。

在图9至图14中，给出了用于根据本发明的电池堆(例如用于图1至图8中所示出的电池堆的示例)的缩短元件19的数个实施方式。因此，可以根据图9和图11至图14中所给出的缩短元件19设计图1至图3中的缩短元件19。另外，可以根据图9和图11至图14中所给出的缩短元件19设计图4至图8中所示出的每一个缩短元件19。

在图9和图11至图14中所给出的缩短元件鉴于以下事实而彼此对应：这些缩短元件中的每一个均包括两个弹性元件13、14，该两个弹性元件与缩短元件19的第一连接元件17和第二连接元件18一起形成环形布置且限定了缩短元件19的中心通路开口28或者包围该中心通路开口。如在图1至图3中的实施方式，拉紧元件5的中间区段21可以延伸通过缩短元件19的该中心通路开口28。

在图9中所示出的示例中，缩短元件19包括数个固定元件26，即布置在弹性元件13、14以及拉紧条8的在第一局部区段6中的局部区域处的弯曲闩锁件，其变形为挂钩以提供挂钩的功能、夹子的功能或闩锁件的功能，用于将缩短元件19固定在第二倾斜取向中。

在图9至图14中所示出的缩短元件中，弹性元件13、14被设计为压缩弹性件。在图9、图13和图14中，它们实现为关于弯曲具有弹性的支柱(leg)，在图10中，实现为弹簧片，以及在图11和图12中，实现为螺旋弹簧。另外，螺旋弹簧分别由定位销29中心地导向，其中定位销29分别以可活动的方式连接至第一连接元件和第二连接元件。在图12中，缩短元件另外示出了固定元件和/或调节元件27，其被设计为螺纹套筒。该螺纹套筒允许调节定位销29的对应部分的长度，这调整了螺纹弹簧的压缩。

连接元件17、18在图9中被设计为重新定向辊，以及在图11至图13中被设计为弓形辊。如图10中所示，第一局部区段6和第二局部区段7沿着它们在两个堆叠端部2、3之间的延伸可以包括具有不同设计的子区段。在这一方面，第一局部区段6的端部24因此被设计为纤维增强的塑料条，以及第二局部区段的端部25被设计为金属架，如果缩短元件19处于第二倾斜取向中，则该金属固定器横向围绕弹性元件13。

在附图中所示出的实施方式可以利用下面所描述的方法来进行安装和压缩。为了通过挤压件产生电池堆增大的第一压缩量，拉紧元件5以这样的方式布置成使得拉紧元件5的第一局部区段6起始于第一堆叠端部2且在第二堆叠端部3的方向上延伸，以及拉紧元件5的第二局部区段7起始于第二堆叠端部3且在第一堆叠端部的方向上延伸。利用如在图1至图3中所示出的环形闭合的拉紧条8，或者利用如在图4和图5中所示出的环形闭合的拉紧元件5，例如可以将拉紧元件5拖过端板9、10。在图6至图8所示出的示例中，例如通过钩接或螺接，可以将两个局部区段6、7安装至端板9、10。

在后续的步骤中，事先所描述的两个局部区段6、7在两个堆叠端部之间的重叠区域20中的重叠通过使缩短元件19从第一倾斜取向倾斜到第二倾斜取向来实现，例如通过为此所构造的专用机器的倾斜装置来实现。接着，利用固定元件26来固定该重叠，打开挤压件，以及从该挤压件拿出电池堆1。在这之后，弹性元件13、14产生的拉紧可以通过固定元件和/或调节元件27来被重新设定或调节，例如从所增大的第一压缩量调节或重新设定到所期望的压缩量的最终值。

图15以四幅示意图示出了加载有拉紧力(A，B)的弹簧、由此的常规的电池堆的弹簧布置与处于第二倾斜取向中的加载有压缩力(C，D)的弹簧之间的差异。在根据本发明的电池堆中给出了，将两个弹簧一次示出在更大的拉紧力(A，C)的情况中以及在更小的拉紧力(B，D)的情况中。实际的加载有拉紧力(A，B)的弹簧在更高的拉紧力(A)的情况和更低的拉紧力(B)的情况之间被缩短至相同程度，同样地，实际的加载有压缩力(C，D)的弹簧在更高的拉紧力(C)的情况和更低的拉紧力(D)的情况之间被延长。该图表明，比起根据现有技术的夹紧系统使用加载有拉紧力的弹簧，利用根据本发明的弹簧布置，使用在第二倾斜取向中加载有压缩力的弹簧，对这样的弹簧相同的延长/压缩允许电池堆的夹紧系统的更有效的压缩/延长。

附图标记列表

1电池堆

2第一堆叠端部

3第二堆叠端部

4电池单元

5拉紧元件

6第一局部区段

7第二局部区段

8拉紧条

9第一端板

10第二端板

11拉紧条的端部

12拉紧条的端部

13弹性元件

14弹性元件

15弹性元件的第一端部

16弹性元件的第二端部

17第一连接元件

18第二连接元件

19缩短元件

20重叠区段

21中间区段

22第一过渡区域

23第二过渡区域

24第一局部区段的端部

25第二局部区段的端部

26固定元件

27固定元件和/或调节元件

28通路开口

29定位销

Claims (24)

1.一种电池堆(1)，所述电池堆(1)包括数个电池单元(4)和至少一个拉紧元件(5)，数个所述电池单元(4)堆叠在所述电池堆(1)的第一堆叠端部(2)与所述电池堆(1)的第二堆叠端部(3)之间，利用所述至少一个拉紧元件(5)，用于夹紧所述电池单元(4)的拉紧力能够引入到所述第一堆叠端部(2)与所述第二堆叠端部(3)之间，其中，所述至少一个拉紧元件(5)包括第一局部区段(6)和第二局部区段(7)，所述第一局部区段(6)起始于所述第一堆叠端部(2)且在所述第二堆叠端部(3)的方向上延伸，所述第二局部区段(7)起始于所述第二堆叠端部且在所述第一堆叠端部(2)的方向上延伸，其中，所述至少一个拉紧元件(5)包括加载有压缩力的至少一个弹性元件(13，14)，所述至少一个弹性元件(13，14)将所述第一局部区段(6)与所述第二局部区段(7)连接，其特征在于，所述至少一个拉紧元件(5)的所述第一局部区段(6)和所述至少一个拉紧元件(5)的所述第二局部区段(7)在所述第一堆叠端部(2)和所述第二堆叠端部(3)之间的重叠区域(20)中彼此重叠。

2.根据权利要求1所述的电池堆(1)，其特征在于，所述至少一个弹性元件(13，14)布置在所述至少一个拉紧元件(5)的所述重叠区域(20)中。

3.根据权利要求2所述的电池堆(1)，其特征在于，所述至少一个弹性元件(13，14)布置在所述至少一个拉紧元件(5)的所述第一局部区段(6)和所述至少一个拉紧元件(5)的所述第二局部区段(7)之间。

4.根据前述权利要求中任一项所述的电池堆(1)，其特征在于，所述至少一个拉紧元件(5)包括在所述拉紧元件(5)的所述重叠区域(20)中延伸的中间区域，所述中间区域将所述第一局部区段(6)与所述第二局部区段(7)连接。

5.根据权利要求4所述的电池堆(1)，其特征在于，所述第一局部区段(6)、所述中间区段(21)和所述第二局部区段(7)一起用于z形布置或s形布置。

6.根据前述权利要求中任一项所述的电池堆(1)，其特征在于，所述至少一个拉紧元件(5)的所述第一局部区段(6)和/或所述第二局部区段(7)整体或局部地设计为拉紧条(8)。

7.根据权利要求6所述的电池堆(1)，其特征在于，所述拉紧条(6)为金属条、钢条、由弹性钢制成的条或者塑料条，所述塑料条特别为纤维增强塑料条，尤其为玻璃纤维增强塑料条或碳纤维增强塑料条。

8.根据前述权利要求中任一项所述的电池堆(1)，其特征在于，所述至少一个弹性元件(13，14)包括至少一个压缩弹性件，特别是至少一个螺旋弹簧、至少一个板簧或至少一个关于弯曲具有弹性的支柱。

9.根据前述权利要求中任一项所述的电池堆(1)，其特征在于，所述至少一个拉紧元件(5)包括用于使所述拉紧元件(5)缩短的缩短元件(19)，其中，所述缩短元件(19)包括连接到所述第一局部区段(6)的第一连接元件(17)和连接到所述第二局部区段(7)的第二连接元件(18)，其中，所述缩短元件(19)能够在第一倾斜取向与第二倾斜取向之间倾斜，在所述第一倾斜取向中，所述第一连接元件(17)指向所述第一堆叠端部(2)且所述第二连接元件(18)指向所述第二堆叠端部(3)，以及在所述第二倾斜取向中，所述第一连接元件(17)指向所述第二堆叠端部(3)且所述第二连接元件(18)指向所述第一堆叠端部(2)，其中所述至少一个弹性元件(13，14)加载有压力，以便如果所述缩短元件(19)处于所述第二倾斜取向，则产生预拉紧力。

10.根据权利要求9所述的电池堆(1)，其特征在于，所述至少一个拉紧元件(5)的所述至少一个弹性元件(13，14)形成所述至少一个拉紧元件(5)的所述缩短元件(19)的一部分，其中所述缩短元件(19)的所述第一连接元件(17)连接至所述至少一个弹性元件(13，14)的第一端部(15)，并且所述缩短元件(19)的所述第二连接元件(18)连接至所述至少一个弹性元件(13，14)的第二端部(16)。

11.根据权利要求9或10所述的电池堆(1)，其特征在于，所述缩短元件(19)的所述第一连接元件(17)与所述至少一个拉紧元件(5)的所述第一局部区段的一个端部(24)刚性连接或可活动地连接，以及所述缩短元件(19)的所述第二连接元件与所述至少一个拉紧元件(5)的所述第二局部区段的一个端部(25)刚性连接或可活动地连接。

12.根据权利要求9至11中任一项所述的电池堆(1)，其特征在于，所述缩短元件(19)包括至少两个弹性元件(13，14)，所述至少两个弹性元件(13，14)与所述缩短元件(19)的所述第一连接元件(17)和所述第二连接元件(18)一起形成环形布置。

13.根据权利要求12所述的电池堆(1)，其特征在于，所述拉紧元件(5)的所述中间区域延伸通过所述缩短元件(19)的中心通路开口(28)。

14.根据权利要求9至13中任一项所述的电池堆(1)，其特征在于，所述弹性元件(13，14)设计为压缩弹性件，其中，所述压缩弹性件通过至少一个定位销(29)导向，其中所述至少一个定位销(29)可活动地连接所述第一连接元件(17)和/或所述第二连接元件(18)，以用于所述第一连接元件(17)和所述第二连接元件(18)之间的弹性运动。

15.根据权利要求9至14中任一项所述的电池堆(1)，其特征在于，所述第一连接元件(17)和/或所述第二连接元件(18)或所述缩短元件设计为重新定向元件，其中，所述至少一个拉紧元件(5)的所述第一局部区段(6)和/或所述第二局部区段(7)抵靠在对应的重新定向元件上或邻接至对应的重新定向元件。

16.根据权利要求9至15中任一项所述的电池堆(1)，其特征在于，所述至少一个拉紧元件(5)包括用于将所述缩短元件(19)固定在所述第二倾斜取向中的固定元件(26)。

17.根据权利要求16所述的电池堆(1)，其特征在于，所述固定元件(26)包括夹子、套筒、抵靠元件、金属片、弯曲耳、螺钉、销或挂钩。

18.根据权利要求16或17所述的电池堆(1)，就该权利要求引用权利要求6而言，其特征在于，所述固定元件(26)包括所述第一局部区段(6)或所述第二局部区段(7)的所述拉紧条(8)的钩形变形局部区域。

19.根据权利要求16至18中任一项所述的电池堆(1)，其特征在于，所述固定元件(26)布置在所述电池堆(1)的位于所述第一堆叠端部(2)的第一端板(9)处或位于所述第二堆叠端部(3)的第二端板(10)处。

20.根据前述权利要求中任一项所述的电池堆(1)，其特征在于，所述至少一个拉紧元件(5)围绕所述电池堆(1)的位于所述第一堆叠端部(2)处的第一端板(9)或所述电池堆(1)的位于所述第二堆叠端部(3)处的第二端板(10)。

21.根据前述权利要求中任一项所述的电池堆(1)，其特征在于，所述至少一个拉紧元件(5)围绕所述电池堆(1)的位于所述第一堆叠端部(2)处的所述第一端板(9)和所述电池堆(1)的位于所述第二堆叠端部(3)处的所述第二端板(10)。

22.根据权利要求21所述的电池堆(1)，其特征在于，所述至少一个拉紧元件环形闭合或者包括环形闭合的拉紧条(8)，所述环形闭合的拉紧条(8)包括所述第一局部区段(6)和所述第二局部区段(7)。

23.根据权利要求22所述的电池堆(1)，其特征在于，所述环形闭合的至少一个拉紧元件(5)包括两个端部，其中所述两个端部通过焊接、钎焊、粘合、铆接、钩接、钉接或者卷边而彼此连接。

24.根据前述权利要求中任一项所述的电池堆(1)，其特征在于，所述电池单元为电化学系统或加湿器的一部分、电化学压缩机的一部分或燃料电池系统的一部分。