DE102009005854A1

DE102009005854A1 - Batteriezelle mit Umhüllung

Info

Publication number: DE102009005854A1
Application number: DE200910005854
Authority: DE
Inventors: Tim Schäfer; Andreas Dr. Gutsch
Original assignee: Li Tec Battery GmbH
Current assignee: Li Tec Battery GmbH
Priority date: 2009-01-23
Filing date: 2009-01-23
Publication date: 2010-07-29
Also published as: BRPI1007254A2; US20120156542A1; KR20120013302A; CN102292867A; JP2012516006A; WO2010083982A1; EP2389704A1

Abstract

Batteriezelle 1 von insbesondere prismatischer oder zylindrischer Gestalt, umfassend zumindest zwei Elektrodenstapel 2, wenigstens einen Stromableiter, welcher mit einem Elektrodenstapel 2 verbunden ist, eine Umhüllung 4, welche die Elektrodenstapel 2 wenigstens teilweise umschließt, wobei wenigstens ein Stromableiter 3 sich teilweise aus der Umhüllung 4 erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zwei Elektrodenstapeln 2 eine Wärmeleitplatte 5 angeordnet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Batteriezelle. Derartige Batteriezellen umfassen mindestens eine elektrische Zelle, welche zur Speicherung von elektrischer Energie vorgesehen ist. Zur Anwendung kommen dabei sowohl Primärbatterien als auch Sekundärbatterien, d. h. nicht wiederaufladbare und wiederaufladbare Batterien. Derartige Batteriezellen sind häufig Bestandteil von Batterieanordnungen, welche mehrere derartige Batteriezellen umfassen. Sie finden häufig Anwendung in elektrisch angetriebenen Fahrzeugen. Die vorliegende Batteriezelle betrifft dabei insbesondere eine Binärzelle. Binärzellen haben in der Regel unter einer gemeinsamen Umhüllung zumindest zwei elektrische Zellen, wobei beide elektrische Zellen unabhängig von einander agieren, aber miteinander verschaltet sein können.
Aus der DE 199 29 950 A1 ist eine Batterie in bipolarer Stapelbauweise bekannt. Die Batterie umfasst mehrere, in einem gasdicht verschlossenen Behälter untergebrachte Subzellen mit jeweils zwei Elektroden unterschiedlicher Polarität. Zwischen polaritätsunterschiedlichen Elektroden benachbarter Subzellen ist eine elektrisch leitende Verbindungswand angeordnet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Batteriezelle der genannten Art bereitzustellen.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird gelöst durch eine Batteriezelle von insbesondere prismatischer oder zylindrischer Gestalt, umfassend zumindest zwei Elektrodenstapel, wenigstens einen Stromableiter welcher mit einem Elektrodenstapel verbunden ist, eine Umhüllung, welche die Elektrodenstapel wenigstens teilweise umschließt, wobei wenigstens ein Stromableiter sich teilweise aus der Umhüllung erstreckt, wobei zwischen zwei Elektrodenstapeln eine Wärmeleitplatte angeordnet ist.
Unter einem Elektrodenstapel ist eine Anordnung mit mindestens zwei Elektroden und jeweils zwischen zwei Elektroden angeordnetem Elektrolyt zu verstehen. Ein Elektrodenstapel dient dabei zum Speichern von chemischer Energie und zu deren Umwandlung in elektrische Energie. Umgekehrt kann der Elektrodenstapel auch zur Wandlung von elektrischer Energie in chemische Energie dienen, wenn es sich um eine wiederaufladbare Batterie handelt.
Ein Stromableiter ist dabei ein Element, welches aus einem stromleitenden Material hergestellt ist. Es dient zur Leitung von Strom zwischen zwei geometrisch von einander getrennten Punkten. Im vorliegenden Fall ist ein Stromableiter mit einem Elektrodenstapel verbunden. Insbesondere ist der Stromableiter dabei mit allen gleichartigen Elektroden eines Elektrodenstapels verbunden, d. h. entweder mit den Kathoden oder mit den Anoden. Es ist selbstverständlich, dass ein Stromableiter nicht mit den Kathoden und Anoden eines Elektrodenstapels gleichzeitig verbunden ist, da dies zu einem Kurzschluss führen würde. Jedoch kann ein Stromableiter mit unterschiedlichen Elektroden von unterschiedlichen Elektrodenstapeln verbunden sein, so z. B. bei einer Reihenschaltung der beiden Elektrodenstapel. Wenigstens ein Stromableiter erstreckt sich aus der Umhüllung und kann dabei zum Anschließen der Batteriezellen nach außen dienen. Der Stromableiter kann mit einer oder mehreren Elektroden einstückig ausgebildet sein.
Unter Umhüllung ist im Rahmen der Erfindung eine zumindest teilweise Begrenzung zu verstehen, welche die Elektrodenstapel nach außen hin abbegrenzt. Die Umhüllung ist vorzugsweise gas- und flüssigkeitsdicht, so dass ein Materialaustausch mit der Umgebung nicht stattfinden kann. Die Elektrodenstapel sind innerhalb der Umhüllung angeordnet. Wenigstens ein Stromableiter, insbesondere zwei Stromableiter erstrecken sich aus der Umhüllung hinaus und dienen zum Anschließen der Elektrodenstapel. Die nach außen sich erstreckenden Stromableiter stellen dabei vorzugsweise den Pluspolanschluss und den Minuspolanschluss der Batteriezelle dar. Jedoch können sich auch mehrere Stromableiter aus der Umhüllung erstrecken, insbesondere vier Stromableiter. Wenn die Batteriezelle dabei zwei Elektrodenstapel aufweist, die miteinander in Reihe geschaltet sind, so sind zwei Elektroden unterschiedlicher Elektrodenstapel miteinander verbunden.
Die Umhüllung kann aus einem festen Gehäuse gebildet sein. Das Gehäuse kann aber auch aus einem Material gebildet sein, welches nicht formbeständig ist, wie z. B. eine Folie. Insbesondere wenn die Umhüllung aus einer Folie gebildet ist, wirkt die Wärmeleitplatte als stabilisierendes Element, welches der Batteriezelle eine stabile Form verschafft. Trotz einer nichtformbeständigen Umhüllung weist die Batteriezelle damit eine stabile Form auf und kann ohne weitere Stützelemente verwendet werden.
Die zwischen zwei Elektrodenstapeln angeordnete Wärmeleiteplatte dient dabei zum einen zur Trennung zwischen zwei Elektrodenstapeln. Dabei ist die Wärmeleitplatte vorzugsweise derart ausgebildet, dass sie Zellenräume, in denen sich jeweils ein Elektrodenstapel befindet, von einander gas- und flüssigkeitsdicht abdichtet. Ferner hat die Wärmeleitplatte die Aufgabe, die anfallende Wärme, die insbesondere bei der Umwandlung von elektrischer Energie und chemischer Energie anfällt und umgekehrt, abzuleiten. Vorzugsweise erstreckt sich dabei ein Abschnitt der Wärmeleitplatte ebenfalls aus der Umhüllung, sodass mittels der Wärmeleitplatte Wärme von innerhalb der Umhüllung nach außerhalb der Umhüllung geleitet werden kann. Dafür weist die Wärmeleitplatte vorzugsweise eine gute Wärmeleitfähigkeit und insbesondere eine höhere Wärmeleitfähigkeit als die Umhüllung auf.
Vorzugsweise ist die Wärmeleitplatte aus einem Faserverbundwerkstoff oder einer Kombination aus Faserverbundwerkstoffen hergestellt. Derartige Faserverbundwerkstoffe weisen in der Regel ein geringeres spezifisches Gewicht auf als beispielsweise herkömmliche Materialien die hierfür verwendet werden können, wie z. B. Blech. Insbesondere können dabei wärmeleitende Fasern zum Einsatz kommen, welche die Wärmeleitfähigkeit des Faserverbundwerkstoffs oder der Kombination aus Faserverbundwerkstoffen erhöhen können. Des weiteren kann der Faserverbundwerkstoff oder die Kombination aus Faserverbundwerkstoffen derart ausgestaltet sein, dass die Wärmeleitplatte eine hohe mechanische Stabilität aufweist. Insgesamt kann sich dabei die Ausgestaltung der Wärmeleitplatte aus einem Faserverbundwerkstoff oder einer Kombination aus Faserverbundwerkstoffen eine Wärmeleitplatte ergeben, welche gute Wärmeleiteigenschaften bei hoher mechanischer Stabilität und geringem Gewicht bietet.
Um eine Verschaltung der beiden Elektrodenstapel herzustellen, ist eine elektrische Verbindung zwischen zwei Elektroden der Elektrodenstapel erforderlich. Da die Wärmeleitplatte vorzugsweise eine dichte Trennung zwischen den Elektrodenstapeln bildet, weist dafür die Wärmeleitplatte vorzugsweise einen Durchbruch auf. In dem Durchbruch ist vorzugsweise ein Kontaktelement angeordnet, welches insbesondere eine elektrisch leitende Verbindung zwischen zwei Außenflächen der Wärmeleitplatte bildet. Ein Stromableiter kann dabei das Kontaktelement bilden. Dadurch wird eine elektrische Leitung hergestellt, die die Wärmeleitplatte durchdringt. Um dennoch sicherzustellen, dass die Wärmeleitplatte eine gas- und flüssigkeitsdichte Trennung zwischen den Elektrodenstapeln bilden kann, kann ein Isolator in einem Ringraum zwischen dem Kontaktelement und der Wärmeplatte angeordnet werden. Dieser Isolator kann zusammen mit dem Kontaktelement den Durchbruch abdichten, so dass die Dichtwirkung der Wärmeleitplatte wieder hergestellt wird. Dabei ist der Isolator vorzugsweise ringförmig ausgestaltet. Der Isolator kann eine umlaufende Nut aufweisen, in die eine Wandung der Wärmeleitplatte eingreifen kann. Hierdurch wird die Dichtwirkung verbessert und ein sicherer Halt des Isolators begünstigt.
Vorzugsweise ist ein erster Elektrodenstapel an eine erste Seite des Kontaktelements angeschlossen und ein zweiter Elektrodenstapel an eine zweite Seite des Kontaktelements angeschlossen. Die beiden Seiten sind dabei insbesondere an unterschiedlichen Außenflächen der Wärmeleitplatte angeordnet. Durch das Anschließen der Elektrodenstapel an das Kontaktelement, werden die beiden Elektrodenstapel miteinander verschaltet, insbesondere in Reihe verschaltet. Dabei können jeweils Elektroden der Elektrodenstapel an das Kontaktelement angeschlossen werden.
Dabei kann eine oder mehrere Elektroden unmittelbar an das Kontaktelement angeschlossen werden. Alternativ kann die Verbindung zwischen Elektrode und Kontaktelement auch mittelbar erfolgen, beispielsweise über einen Stromableiter.
Vorzugsweise weist das Kontaktelement im Querschnitt betrachtet eine Breite auf, die größer ist als die Querschnittsdicke der Wärmeleitplatte. Hierdurch wird die Kontaktierung zwischen dem Elektrodenstapel und dem Kontaktelement erleichtert, da das Kontaktelement dabei aus der Wärmeleitplatte etwas hervorsteht. Insbesondere steht das Kontaktelement auf beiden Seiten der Wärmeleitplatte aus der Wärmeplatte hervor. Weiter vorzugsweise weist der Isolator im Querschnitt betrachtet eine Breite auf, die größer ist als eine Querschnittsdicke der Wärmeleitpatte. Die Dicht- und Isolierwirkung des Isolators wird damit verbessert. Ferner ist der Isolator durch eine größere Breite auch robust gegen ein Herausfallen aus dem Durchbruch. Vorzugsweise weist das Kontaktelement im Querschnitt eine Breite auf, die größer als eine Breite des Isolators ist. Hierdurch wird auch die Kontaktierung erleichtert, da das Kontaktelement ein gewisses Stück aus dem Isolator hervorsteht.
Vorzugsweise ist die Umhüllung aus einer Folie hergestellt. Weiter vorzugsweise kann die Umhüllung aus einem Verbundstoff, insbesondere einer Verbundfolie hergestellt sein. Dabei kann die Umhüllung insbesondere forminstabil sein, was Einsparungen an Gewicht und Kosten bewirkt. In diesem Fall kann die Stabilität der Batteriezelle hauptsächlich über die Wärmeleitplatte hergestellt werden, welche über eine erhöhte Formsteifigkeit verfügen kann.
Alternativ kann die Umhüllung zumindest ein Formteil aufweisen, welches insbesondere mittels Tiefziehen formstabil ausgebildet sein kann. Das Formteil ist dabei als Festkörper zu verstehen, der insbesondere an die Gestalt des Elektrodenstapels angepasst ist.
Das Formteil muss dabei nicht zwangsläufig Formstabilität aufweisen, sondern kann erst mit einem weiteren Formteil oder im Zusammenspiel mit der Wärmeleitplatte seine Formstabilität erhalten. Insbesondere zwei Formteile, die im Wesentlichen identisch ausgestaltet sein können, bilden die Umhüllung. Das Formteil ist insbesondere wärmeleitend, aber stromisolierend. Es dichtet insbesondere einen Zellenraum, in dem der Elektrodenstapel aufgenommen ist, gas- und flüssigkeitsdicht nach außen hin ab.
Vorzugsweise durchdringt die Wärmeleitplatte die Umhüllung und weist insbesondere einen Wärmeübergangsbereich auf, der außerhalb der Umhüllung angeordnet ist. Der Wärmeübergangsbereich dient dabei zur Ableitung der Wärme von der Batteriezelle. Da die Wärmeleitplatte insbesondere eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist, kann damit eine ausreichende Kühlung der Batteriezelle begünstigt werden.
Vorzugsweise können an einem Abschnitt der Wärmeleitplatte, welcher sich aus der Umhüllung erstreckt, Vorrichtungen für eine Verbindung der Wärmeleitplatte an einem Trägerelement vorgesehen sein, was insbesondere durch Bohrungen realisiert werden kann, durch welche eine Schraube hindurchgeführt werden kann. Mittels einer solchen Schraube kann die Wärmeleitplatte und damit die Batteriezelle an einem Trägerelement befestigt werden.
Vorzugsweise ist die Umhüllung stoffschlüssig an die Wärmeleitplatte angeschlossen. Dabei kann die Umhüllung mittels einer Klebverbindung an die Wärmeleitplatte angeschlossen sein.
In konkreter Ausgestaltung kann die Batteriezelle zwei Elektrodenstapel aufweisen, wobei jeweils ein Stromableiter eines Elektrodenstapels sich aus der Umhüllung erstreckt. Der jeweils einem Elektrodenstapel zugeordnete Stromableiter ist dabei mit zumindest einer Elektrode des Elektrodenstapels verbunden. Somit erstrecken sich genau zwei Stromableiter, nämlich jeweils pro Elektrodenstapel ein Stromableiter, aus der Umhüllung heraus. Die Anzahl der sich durch die Umhüllung erstreckenden Stromableiter ist dadurch gering, was eine Reduzierung von schwer abzudichtenden Stellen bewirkt. Die übrigen Elektroden, die nicht an einem sich durch die Umhüllung erstreckenden Stromableiter angeschlossen sind, sind vorzugsweise innerhalb der Umhüllung miteinander elektrisch verbunden. Vorzugsweise ist neben dem einen Elektrodenstapel, der mittels eines Stromableiters mit der Umwelt verbunden ist, eine weitere Elektrode des Elektrodenstapels an das Kontaktelement angeschlossen. Ebenso ist vorzugsweise eine Elektrode eines anderen Elektrodenstapels an das Kontaktelement angeschlossen. Insofern ergibt sich eine Verschaltung der beiden Elektrodenstapel, wobei die beiden Elektrodenstapel in Reihe geschaltet sein können. Alternativ können die Elektrodenstapel auch parallel geschaltet sein.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird ferner durch eine Batterieanordnung gelöst, welche mehrere Batteriezellen der vorgenannten Art umfasst. Vorzugsweise ist dabei eine Batteriezelle an deren Wärmeleitplatte in der Batterieanordnung, insbesondere an einem Gehäuse der Batterieanordnung, gehalten.
Dabei kann die Batteriezelle an ihrer Wärmeleitplatte mit einem Gehäuse der Batterieanordnung verschraubt sein. Alternativ kann ein Abschnitt der Wärmeleitplatte einer Batteriezelle in einer Führungsnut eines Gehäuses aufgenommen sein. Dabei kann ebenfalls ein Teil der Umhüllung, insbesondere der Nahtabschnitt, in der Führungsnut gehalten sein. Beide Varianten sind insbesondere dann von Vorteil, wenn die Umhüllung der Batteriezelle aus forminstabilem Material hergestellt ist, wie z. B. einer Folie. Die Wärmeleitplatte stellt dabei die Stabilität der Batteriezelle bereit und kann daher für die feste Verbindung der Batteriezelle mit einem Gehäuse der Batterieanordnung verwendet werden.
Erfindungsgemäß kann eine Batteriezelle der genannten Art durch ein Verfahren hergestellt werden, wobei das Verfahren folgende Verfahrensschritte umfasst:

– Anlegen eines ersten Elektrodenstapels an eine erste Seite einer Wärmeleitplatte,
– Anlegen eines zweiten Elektrodenstapels an eine zweite Seite der Wärmeleitplatte,
– Umwickeln der Elektrodenstapel und der Wärmeleitplatte zumindest teilweise.

Die Wärmeleitplatte dient dabei als formstabilisierendes Element, so dass die Folie, welche die Umhüllung bildet, selbst forminstabil sein kann.
Vorzugsweise wird vor dem Umwickeln mit Folie eine Elektrode des ersten Elektrodenstapels mit einer Elektrode des zweiten Elektronenstapels verbunden.
Dadurch kann die elektrische Verbindung zwischen den Elektroden der unterschiedlichen Elektrodenstapel innerhalb der durch die Folie gebildeten Umhüllung gebildet werden. Vorzugsweise wird dafür eine elektrische Verbindung durch einen Durchbruch der Wärmeleitplatte hindurchgeführt. Diese elektrische Verbindung durch den Durchbruch kann mittels eines Kontaktelements realisiert werden, welche in dem Durchbruch angeordnet ist. Die Elektroden werden dabei an jeweils unterschiedlichen Seiten an das Kontaktelement angeschlossen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert, hierin zeigt:

• eine Batteriezelle in perspektivischer Darstellung;
• eine Schnittdarstellung durch die Batteriezelle nach 1;
• eine weitere erfindungsgemäße Batteriezelle in perspektivischer Ansicht;
• eine Schnittdarstellung der Batteriezelle nach 3;
• eine Einzelheit der Batteriezelle nach 3 in perspektivischer Darstellung;
• die Batteriezelle nach 3 in Explosionsdarstellung.

In den 1 und 2 ist eine Batteriezelle 1 gezeigt, die eine Umhüllung 4 aufweist. Die Umhüllung 4 ist durch ein erstes Formteil 11₁ und ein zweites Formteil 11₂ gebildet. Die Formteile 11₁ und 11₂ bilden jeweils schalenförmige Gehäuseteile. Die Formteile 11₁ und 11₂ weisen einen umlaufenden Nahtabschnitt 14 auf. Mit dem Nahabschnitt 14 liegt jeder der Formteile 11 auf einer Wärmeleitplatte 5 auf. Der Nahtabschnitt ist dabei mittels einer Klebverbindung stoffschlüssig mit der Wärmeleitplatte verbunden. Die beiden Nahtabschnitte 14 der Formteile 11₁ , 11₂ berühren einander nicht. Insofern stellt genaugenommen auch die Wärmeleitplatte 5 einen Teil der Umhüllung 4 dar, da sie einen Spalt zwischen den Nahtabschnitten 14 abdichtet.
Zwischen jedem der Formteile 11 und der Wärmeleitplatte 5 ist dabei ein Zellenraum 15 gebildet. Ein erster Zellenraum 15₁ befindet sich zwischen dem ersten Formteil 11₁ und der Wärmeplatte 5. Eine zweiter Zellenraum 15₂ ist dabei auf der dem ersten Zellenraum 15₁ abgewandten Seite der Wärmeleitplatte 5 angeordnet und ist zwischen der Wärmeleitplatte 5 und dem zweiten Formteil 11₂ gebildet. Die beiden Zellenräume 15₁ , 15₂ sind gegeneinander abgedichtet, so dass kein Stoffaustausch zwischen den beiden Zellenräumen 15 möglich ist.
Innerhalb des ersten Zellenraums 15₁ ist ein erster Elektrodenstapel 2₁ angeordnet. Innerhalb des zweiten Zellenraums 15₂ ist ein zweiter Elektrodenstapel 2₂ angeordnet.
In 2 ist die Batteriezelle 1 in Schnittdarstellung im Bereich der Stromableiter 3₁ ⁺ und 3₂ ^– zu erkennen. Zu sehen ist eine Kathode 16₁ ⁺ des ersten Elektrodenstapels 2₁ innerhalb des ersten Zellenraums 15₁ . Ferner ist eine Anode 16₂ ^– des zweiten Elektrodenstapels 2₂ im zweiten Zellenraum 15₂ zu erkennen.
Gleichartige Elektroden 16, also jeweils Kathoden oder Anoden, der einzelnen Elektrodenstapel 2 sind miteinander stoffschlüssig durch Laserschweißen verbunden. An die Elektroden 16₁ ⁺ und 16₂ ^– sind Stromableiter 3₁ ⁺ bzw. 3₂ ^– ebenfalls durch Laserschweißen stoffschlüssig angeschlossen. Die Stromableiter 3 dienen für eine elektrische Verbindung nach außen, außerhalb der Umhüllung 4. Dazu erstrecken sich die Stromableiter 3 jeweils durch einen Durchbruch 6 der Umhüllung 4, der zwischen dem ersten Formteil 11₁ und der Wärmeleitplatte 5 bzw. dem zweiten Formteil 11₂ und der Wärmeleitplatte 5 gebildet ist. Hierdurch werden Anschlussmöglichkeiten von außen an die Elektroden 16 der Batteriezelle 1 hergestellt. Die Stromableiter 3₁ ⁺ und 3₂ ^– sind ebenfalls mittels Laserschweißen stoffschlüssig miteinander verbunden.
In jeweils einem Durchbruch 6 ist neben einem der Stromableiter 3 auch ein Siegelband 9 angeordnet. Das Siegelband 9 umschlingt den Stromableiter 3 im Bereich des Durchbruches 6 über eine Breite, die der Auflagefläche des Stromableiters 3 in dem Durchbruch 6 entspricht. Der Stromableiter 3 kann daher nicht in stromübertragende Verbindung mit der Umhüllung 4 und der Wärmeleitplatte 5 geraten. Dazu ist das Siegelband 9 in etwa so breit wie ein Nahtabschnitt 14, an dem der Stromableiter 3 an der Umhüllung 4 anliegt. Die Wärmeleitplatte 5 ist ferner aus einem nicht stromleitenden Faserverbundwerkstoffen hergestellt. Alternativ kann die Wärmeleitplatte auch aus einem stromleitenden Material hergestellt sein. Sie weist dann vorzugsweise an ihrer Oberfläche eine isolierende Schicht auf, sodass keine Stromübertragung aus einem der Zellenräume hin zur Wärmeleitplatte erfolgen kann. In den 1 und 2 nicht dargestellt sind die übrigen Elektroden 16₁ ^– und 16₂ ⁺ der Batteriezelle 1. Diese sind wie die anderen Elektroden an die jeweiligen Elektrodenstapel 2 angeschlossen und ebenfalls mit Stromableitern 3₁ ^– und 3₂ ⁺ verbunden, welche analog zu der unter 2 beschriebenen Situation die Umhüllung durchbrechen und aus der Batteriezelle 1 herausragen. Anders als in 2 sind die Stromableiter 3₁ ^– und 3₂ ⁺ nicht miteinander in elektrisch leitender Verbindung. Die Stromableiter 3₁ ^– und 3₂ ⁺ stellen die Anschlüsse der Batteriezelle dar.
Die 3 bis 6 zeigen eine Batteriezelle 1', welche eine Weiterbildung der Batteriezelle nach 1 ist. Es ist zu erkennen, dass sich lediglich zwei Stromableiter, nämlich die Stromableiter 3₁ ^– und 3₂ ⁺ , aus der Umhüllung 4 erstrecken. Die Verschaltung der Elektrodenstapel 2₁ und 2₂ , welche in der Batteriezelle 1 nach 1 außerhalb der Umhüllung 4 mittels verbinden der Stromableiter 3₁ ⁺ und 3₂ ^– erfolgt, wird nunmehr auf andere, nachfolgende Weise realisiert.
In 4 ist eine Schnittdarstellung durch die Batteriezelle 1' gezeigt, wobei der Schnitt an gleicher Stelle vorgenommen wurde wie in der 2. Es ist zu erkennen, dass die Wärmeleitplatte 5' einen Durchbruch 13 aufweist.
In dem Durchbruch 13 ist ein Kontaktelement 7 angeordnet, welches eine elektrische Verbindung zwischen den beiden Zellenräumen 15₁ und 15₂ ermöglicht. An einer ersten Seite des Kontaktelements 7 sind die Kathoden 16₁ ⁺ des ersten Elektrodenstapels 2₁ angeschlossen. An einer zweiten Seite des Kontaktelements 7 sind die Anoden 16₂ ^– des zweiten Elektrodenstapels 2₂ angeordnet. In einem Ringraum 12, der zwischen dem Kontaktelement 7 und dem Durchbruch 13 gebildet ist, ist ein Isolator 8 angeordnet, der dichtend zwischen der Wärmeleitplatte 5 und dem Kontaktelement 7 einsitzt. Durch den Isolator 8 werden die Zellenräume 15₁ und 15₂ gegeneinander abgedichtet, sodass kein Stoffaustausch zwischen beiden Zellenräumen möglich ist.
Der Isolator 8 weist eine umlaufende Nut 17 auf, in die die Wärmeleitplatte 5 hineinragt. Dadurch wird die Dichtwirkung des Isolators 8 gegenüber der Wärmeleitplatte 5 verbessert.
Sowohl die Batteriezelle 1 nach 1 als auch die Batteriezelle 1' nach 3 weisen einen Wärmeübergangsbereich 18 auf. Der Wärmeübergangsbereich 18 ist einstückig an die Wärmeleitplatte 5 angeschlossen, welche aus der Umhüllung 4 herausragt und weist zwei Bohrungen 10 auf, mit der die Wärmeleitplatte fest mit einem Gehäuse einer Batterieanordnung verbunden werden kann.
Alternativ zur Ausbildung der Umhüllung mittels der beiden Formteile 11 kann die Umhüllung durch eine Folie gebildet werden. Bei der Montage der Batteriezelle 1 werden dabei zunächst die Elektrodenstapel 2 in Anlage zum Wärmeleitblech 5 gebracht. Anschließend werden Elektroden 16 der Elektrodenstapel 2 von unterschiedlichen Seiten an das Kontaktelement 7 angeschlossen. Anschließend werden die Elektrodenstapel 2 und die Wärmeleitplatte 5 zumindest teilweise mit der Folie umwickelt. Dabei können sich Abschnitte der Wärmeleitplatte 5 und einzelne Stromableiter 3 weiterhin aus der Umhüllung 4, die durch die Folie gebildet wird, erstrecken.

1: Batteriezelle
2: Elektrodenstapel
3: Stromleiter
4: Umhüllung
5: Wärmeleitplatte
6: Durchbruch
7: Kontaktelement
8: Isolator
9: Siegelband
10: Bohrung
11: Formteil
12: Ringraum
13: Durchbruch
14: Nahtabschnitt
15: Zellenraum
16: Elektrode
17: Nut
18: Wärmeübergangsbereich
B₁: Breite des Kontaktelements
B₂: Querschnitt der Wärmeleitplatte
B₃: Breite des Isolators

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 19929950 A1 [0002]

Claims

Batteriezelle (1) von insbesondere prismatischer oder zylindrischer Gestalt, umfassend: zumindest zwei Elektrodenstapel (2), wenigstens einen Stromableiter (3), welcher mit einem Elektrodenstapel (2) verbunden ist, eine Umhüllung (4), welche die Elektrodenstapel (2) wenigstens teilweise umschließt, wobei wenigstens ein Stromableiter (3) sich teilweise aus der Umhüllung (4) erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zwei Elektrodenstapeln (2) eine Wärmeleitplatte (5) angeordnet ist.
Batteriezelle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitplatte (5) aus einem Faserverbundwerkstoff oder aus einer Kombination von Faserverbundwerkstoffen hergestellt ist.
Batteriezelle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitplatte (5) einen Durchbruch (3) aufweist.
Batteriezelle (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Durchbruch (13) ein Kontaktelement (7) angeordnet ist.
Batteriezelle (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Isolator (8) in einem Ringraum (12) zwischen dem Kontaktelement (7) und der Wärmeleitplatte (5) angeordnet ist.
Batteriezelle (1) nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Elektrodenstapel (2) an eine erste Seite des Kontaktelements (7) angeschlossen ist und ein zweiter Elektrodenstapel (2) an eine zweite Seite des Kontaktelement (7) angeschlossen ist.
Batteriezelle (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement (7) im Querschnitt betrachtet eine Breite (B₁) aufweist, die größer ist als die Querschnittsdicke (B₂) der Wärmeleitplatte (5).
Batteriezelle (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolator (8) im Querschnitt betrachtet eine Breite (B₃) aufweist, die größer ist als eine Querschnittsdicke (B₂) der Wärmeleitplatte (5).
Batteriezelle (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement (7) im Querschnitt eine Breite (B₁) aufweist, die größer ist als eine Breite (B₂) des Isolators (8).
Batteriezelle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umhüllung (4) aus einer Folie hergestellt ist.
Batteriezelle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umhüllung (4) aus einem Verbundstoff, insbesondere einer Verbundfolie hergestellt ist.
Batteriezelle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umhüllung (4) zumindest ein Formteil (11) umfasst.
Batteriezelle (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil (11) mittels Tiefziehen formstabil ausgebildet ist.
Batteriezelle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitplatte (5) die Umhüllung (4) durchdringt.
Batteriezelle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitplatte (5) einen Wärmeübergangsbereich (18) aufweist, der außerhalb der Umhüllung (4) angeordnet ist.
Batteriezelle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umhüllung (4) stoffschlüssig an die Wärmeleitplatte (5) angeschlossen ist.
Batteriezelle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umhüllung (4) einen Durchbruch (6) aufweist, durch den ein Stromableiter (3) hindurchgeführt ist, wobei zwischen dem Stromableiter (3) und der Umhüllung (4) ein Siegelband (9) angeordnet ist.
Batteriezelle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Elektrodenstapel (2) vorgesehen sind, wobei jeweils ein Stromableiter (3) eines Elektrodenstapels (2) sich aus der Umhüllung (4) erstreckt.
Batteriezelle (1) nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiterer Stromableiter (3) eines Elektrodenstapels (2) an das Kontaktelement (7) angeschlossen ist.
Batteriezelle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Elektrodenstapel (2) in Reihe geschaltet sind.
Batteriezelle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Elektrodenstapel (2) parallel geschaltet sind.
Batteriezelle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Elektrodenstapel (2) innerhalb der Umhüllung (4) miteinander elektrisch verbunden sind.
Batteriezelle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Stromableiter (3) stoffschlüssig mit dem Kontaktelement (7) verbunden sind, insbesondere mittels Laser- oder Ultraschallschweißung.
Batteriezelle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Elektroden (16) mit einem Stromableiter (3) elektrisch leitend verbunden sind.
Batterieanordnung, umfassend mehrere Batteriezellen (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Batterieanordnung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass eine Batteriezelle (1) an deren Wärmeleitplatte (5) in der Batterieanordnung gehalten ist.
Batteriezelle (1) nach einem der Ansprüche 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriezelle (1) an ihrer Wärmeleiteplatte (5) mit einem Gehäuse der Batterieanordnung verschraubt ist.
Batteriezelle (1) nach einem der Ansprüche 25 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abschnitt der Wärmeleitplatte (5) zumindest einer Batteriezelle (1) in einer Führungsnut eines Gehäuses aufgenommen ist.
Verfahren zum Herstellen einer Batteriezelle nach einem der Ansprüche 1–24, umfassend folgende Verfahrensschritte: – anlegen eines ersten Elektrodenstapels an eine erste Seite einer Wärmeleitplatte (5), – anlegen eines zweiten Elektrodenstapels an eine zweite Seite der Wärmeleitplatte (5), – umwickeln der Elektrodenstapel und der Wärmeleitplatte zumindest teilweise.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Umwickeln mit Folie eine Elektrode des ersten Elektrodenstapels mit einer Elektrode des zweiten Elektrodenstapels elektrisch leitend verbunden wird.