DE102009035460B4 - Batterie mit einer Vielzahl von Batterieeinzelzellen - Google Patents

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Abstract

Batterie mit einer Vielzahl von Batterieeinzelzellen, welche in einer bipolaren Flachbauweise realisiert sind, und welche zu einem Zellenstapel gestapelt und über Spannmittel verspannt sind, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Zellenstapel (5), an wenigstens einer Stelle, zwischen zwei benachbarten Batterieeinzelzellen (2) ein elastisches, elektrisch isolierendes Material (11) angeordnet ist, welches in einem unverspannten oder einem teilverspannten Zustand des Zellenstapels (5) die beiden Batterieeinzelzellen (2) elektrisch voneinander trennt, und welches im verspannten Zustand des Zellenstapels (5) so weit zusammenpressbar ist, dass die beiden Batterieeinzelzellen (2) kontaktiert sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Batterie mit einer Vielzahl von Batterieeinzelzellen nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.
  • Batterien, und insbesondere Hochvoltbatterien, wie sie beispielsweise in hybridisierten oder teilhybridisierten Antriebssträngen in Fahrzeugen eingesetzt werden, bestehen in der Regel aus einer Vielzahl von Batterieeinzelzellen, welche in Reihe und/oder parallel verschaltet werden. Sie bilden typischerweise zusammen mit der dazugehörenden Elektronik und Kühlung einen gemeinsamen Aufbau. Beispielhaft soll hierzu auf die vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldungen 10 2007 063 181 und 10 2007 063 179 verwiesen werden, welche einen Aufbau von bipolaren Flachzellen mit Rahmen beschreibt. Die beiden metallischen Hüllbleche der Batterieeinzelzellen sind durch einen isolierenden Rahmen elektrisch voneinander getrennt. Sie dienen gleichzeitig als Pol und als Wärmeleitblech. Die Wärme wird über entsprechend aufgedickte Hüllbleche nach außen weitergeleitet und an eine Kühlplatte abgegeben, die von einem Klimakühlmittel oder einer separaten Kühlflüssigkeit durchströmt wird. Zur elektrischen Isolation von Hüllblechen und metallischer Kühlplatte ist zwischen dem Stapel der Batterieeinzelzellen und der Kühlplatte eine elektrisch isolierende Wärmeleitfolie angeordnet. Zur elektrischen Reihenschaltung werden die Zellen aufeinander gestapelt, wobei die entsprechenden als Pole genutzten Hüllbleche die Batterieeinzelzellen elektrisch miteinander kontaktieren. Der Stapel an Batterieeinzelzellen wird dann an seinen Enden durch Polplatten abgeschlossen und über entsprechende Spannmittel verpresst.
  • Nachteilig bei einem solchen Aufbau ist es, dass die Hochspannung bereits beim losen Zusammensetzen der Zellen zu dem Zellenstapel nach Berührung der Hüllbleche der Batterieeinzelzellen anliegt. In der Praxis bedeutet dies, dass ab diesem Zeitpunkt die gesamte weitere Montage der Batterie unter Berücksichtigung entsprechender Sicherheitsvorschriften für höhere Spannungen vorgenommen werden muss. Dies beinhaltet beispielsweise besondere Vorsichtsmaßnahmen wie Schutzausrüstung, speziell ausgebildetes Personal und dergleichen. Dadurch werden die Kosten für die Montage einer derartigen Batterie deutlich erhöht.
  • Die deutsche Patentschrift DE 35 20 855 C1 kennt daher eine galvanische Zelle mit Presskontaktierung, die aus abwechselnd unter Zwischenschaltung eines Separators angeordneten Elektrodenplatten besteht, und bei der die Polbolzen dem Zusammenpressen und Kontaktieren des Plattenstapels dienen. Hierbei wird ein vergleichsweise komplexer Aufbau von elektrisch leitenden und elektrisch isolierenden Hülsen um die als Schrauben ausgebildeten Polbolzen verwendet, so dass diese bei der Montage die Elektroden aus einem Fasermaterial entsprechend kontaktieren.
  • Es ist nun die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung, einen Aufbau aus flachen, gestapelten Batterieeinzelzellen dahingehend zu verbessern, dass diese schnell, einfach und kostengünstig montiert - und gegebenenfalls wieder demontiert - werden kann.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil von Patentanspruch 1 genannten Merkmale gelöst.
  • Die erfindungsgemäße Lösung, bei welcher vorgeschlagen wird, an einer oder auch mehreren Stellen des Zellenstapels zwischen den Batterieeinzelzellen elastische, elektrisch isolierende Materialien anzuordnen, ist in ihrem Aufbau sehr einfach. Die elastischen Materialien sorgen dafür, dass im unverspannten oder teilverspannten Zustand die Batterieeinzelzellen entsprechend auseinandergedrückt werden, so dass der elektrische Kontakt zwischen den Batterieeinzelzellen nicht zustande kommt, oder aber, beispielsweise bei der Demontage, wieder verloren geht. Nur in verspanntem Zustand, also wenn die Batterieeinzelzellen mit einer entsprechend vordefinierten Kraft gegeneinander gedrückt sind, sind die isolierenden und elastischen Materialien soweit zusammengedrückt, dass die Batterieeinzelzellen sich in den Bereichen neben den elastischen, elektrisch isolierenden Materialien entsprechend berühren und damit der elektrische Kontakt hergestellt ist.
  • Dieser Aufbau ermöglicht es, bei der Montage der Batterie die Batterieeinzelzellen zu stapeln und im unverspannten oder einem teilverspannten Zustand zu halten. In dieser Bauphase liegt dabei keine hohe Spannung an den Bauteilen der Batterie. Daher kann auf spezielle Maßnahmen bei der Montage verzichtet werden, so dass die Montage einfach und kostengünstig durchgeführt werden kann. Erst im Endstadium der Montage werden die Spannmittel entsprechend gespannt, so dass die Batterie beziehungsweise der Zellenstapel von seinem teilverspannten Zustand in den verspannten Zustand wechselt. Dabei wird dann das elastische, elektrisch isolierende Material so weit zusammengedrückt, dass es zu einer Kontaktierung der Batterieeinzelzellen untereinander und damit zu einer Kontaktierung des gesamten Aufbaus kommt.
  • Ein weiterer besonderer Vorteil der Erfindung liegt darin, dass auch bei einer Demontage der Batterie, nachdem der verspannte Zustand durch ein Lösen der Spannmittel in einen teilverspannten oder unverspannten Zustand überführt worden ist, das elastische Material sich so weit ausdehnt, dass die Batterieeinzelzellen wieder voneinander getrennt werden. Dann kann beispielsweise bei einer Demontage nach dem Entspannen des Zellenstapels ohne entsprechende Schutzmaßnahmen aufgrund der hohen Spannung der Batterie gearbeitet werden.
  • Diese Eigenschaft hat darüber hinaus noch einen anderen besonders wichtigen sicherheitsrelevanten Vorteil. Kommt es im Zellinneren zu einem Überdruck, so werden die Spannmittel durch diesen Überdruck im Zellinneren entsprechend gestreckt oder gegebenenfalls auch zerstört. Damit fällt jedoch die vorgegebene Spannung des Zellenstapels weg oder fällt unter einen Wert, welcher für den verspannten Zustand charakteristisch ist. Ein entsprechendes Szenario, bei welchem die Spannmittel entsprechend gestreckt oder abgetrennt werden, kann beispielsweise auch bei einem Unfall und einer entsprechenden Deformation beziehungsweise Beschädigung der Batterie auftreten, insbesondere jedoch auch, wenn sich in einer oder einigen der Batterieeinzelzellen ein Überdruck - beispielsweise wegen einer Fehlfunktion - aufbaut. In all diesen Fällen werden sich die elastischen elektrisch isolierenden Materialien zwischen den Zellen wieder entspannen und dabei dafür sorgen, dass die elektrische Kontaktierung zwischen den Zellen aufgehoben wird. Damit kann die Batterie auch in gefährlichen Situationen durch ihren Aufbau in einen Zustand gebracht werden, in dem keine höheren Spannungen an der Batterie vorliegen.
  • In einer besonders günstigen Ausgestaltung der Erfindung ist es dabei vorgesehen, dass die Anzahl der Stellen mit dem elastischen, elektrisch isolierenden Material in dem Zellenstapel so gewählt ist, dass die Gruppe der zwischen zwei Stellen oder einer Stelle und einem Ende des Zellenstapels liegenden Batterieeinzelzellen jeweils eine Spannung aufweist, welche unterhalb eines vorgegebenen Grenzwerts liegt.
  • Dieser Aufbau erlaubt es, den Einsatz der Elemente aus elastischem elektrisch isolierendem Material zu minimieren. Nicht jede der Batteriezellen muss ein derartiges Element aufweisen. Es reicht aus, wenn nach einigen der Zellen ein derartiges Element zwischen den Zellen angeordnet ist. Auf diese Art bilden sich zwischen den Enden der Batterie und den Stellen mit dem elastischen Material beziehungsweise zweiter Stellen mit dem elastischen Material Gruppen von Batterieeinzelzellen. Diese Gruppen von Batterieeinzelzellen bleiben nach dem Stapeln auch im unverspannten oder teilverspannten Zustand in elektrischem Kontakt zueinander. Wird die Gruppe jedoch so gewählt, dass ihre Spannung unterhalb eines vorgegebenen Grenzwerts liegt, so kann verhindert werden, dass Situationen auftreten, in denen eine Spannung der Gesamtbatterie oberhalb des Grenzwertes an der teilverspannten beziehungsweise unverspannten Batterie auftritt. Der Grenzwert kann dabei insbesondere so gewählt werden, dass er unter eines Wertes liegt, welcher für einen Menschen bei der Montage oder Demontage der Batteriezelle gefährlich wird. Beispielsweise kann der Grenzwert bei 42 V angesiedelt werden, so dass der Zellenstapel durch die isolierenden Materialien im unverspannten oder teilverspannten Zustand zu einzelnen Blöcken mit jeweils 42 V Spannung unterteilt werden würde.
  • Der Aufbau der Batterie in dieser Art bietet also bei der Montage und insbesondere bei sicherheitsrelevanten Problemen einen besonderen Vorteil dadurch, dass die Batterieeinzelzellen zumindest in Gruppen elektrisch voneinander getrennt werden. Wenn die Spannmittel entsprechend entspannt werden, sich plastisch dehnen oder bersten, kann in den Batterieeinzelzellen aus Kosten- oder Bauraumgründen auf entsprechende Sicherheitsmaßnahmen, wie beispielsweise Berstscheiben oder Berstbereiche, welche ein Bersten der Batterieeinzelzellen bei in ihnen entstehendem Überdruck und damit ein definiertes Öffnen im Schadensfall ermöglichen, verzichtet werden.
  • Durch den erfindungsgemäßen Aufbau ist der elektrische Kontakt der Batterieeinzelzelle zu den benachbarten Batterieeinzelzellen beziehungsweise benachbarten Gruppen von Batterieeinzelzellen unterbrochen und es kann auf eine derartige Sicherheitstechnik verzichtet werden, was wiederum Bauraum und Kosten spart, oder falls diese doch vorhanden sein sollten, eine zweite redundante Sicherheitstechnologie in die erfindungsgemäße Batterie implementiert.
  • In einer besonders günstigen Ausgestaltung der Erfindung sind die Spannmittel als Zuganker ausgebildet, welche in einer besonders günstigen Weiterbildung über Schraubenmittel gespannt sind.
  • Derartige Zuganker, insbesondere wenn sie über Schraubenmittel gespannt sind, weisen den Vorteil auf, dass durch ein entsprechendes Anziehen mit einem vorgegebenen Drehmoment, wie es bei der Montage von verschraubten Bauteilen oft üblich ist, eine definierte Montage in den teilverspannten und mit weiterem Anziehen auf ein zweites Grenzdrehmoment in den verspannten Zustand des Zellenstapels möglich wird. Dabei lässt sich genau definieren, ab welchem Anzugsmoment der Zugankerschrauben der Aufbau der Batterie bei der Montage verspannt ist und einen elektrischen Kontakt zwischen den Einzelzellen beziehungsweise den Gruppen von Einzelzellen herstellt. Vorzugsweise kann der Zellenstapel dabei in einem teilverspannten Zustand vormontiert werden, um dann so in das Batteriegehäuse eingebaut zu werden. Erst nach Komplettierung wird im Batteriegehäuse durch den vollständigen Anzug der Zugankerschrauben auf das vorgegebene Drehmoment der verspannte Zustand hergestellt, und die Batterieeinzelzellen beziehungsweise die Gruppen von Batterieeinzelzellen elektrisch kontaktiert.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den restlichen Unteransprüchen und werden anhand des nachfolgend dargestellten Ausführungsbeispiels deutlich, welches unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert wird.
  • Dabei zeigen:
    • 1 eine dreidimensionale Ansicht der erfindungsgemäßen Batterie im verspannten Zustand;
    • 2 einen Ausschnitt aus dem Zellenstapel in einem teilverspannten Zustand;
    • 3 eine Ausschnittsvergrößerung der Darstellung in 2;
    • 4 einen Ausschnitt aus dem Zellenstapel in einem verspannten Zustand;
    • 5 eine Ausschnittsvergrößerung der Darstellung in 4; und
    • 6 eine dreidimensionale Ansicht einer Batterieeinzelzelle.
  • In 1 ist eine erfindungsgemäße Batterie 1 in einer möglichen Ausführungsform dargestellt. Die Batterie 1 soll dabei insbesondere als Lithium-Ionen-Hochvoltbatterie ausgebildet sein, welche für den Einsatz in Hybrid- oder Mildhybrid-Anwendungen konzipiert ist. Sie wird damit in Fahrzeugen eingesetzt, welche einen hybridisierten oder teilhybridisierten Antriebsstrang aufweisen und unterstützend oder alternativ zum Antrieb über einen Verbrennungsmotor entsprechend elektrisch angetrieben werden können.
  • Die Batterie in dem in 1 dargestellten beispielhaften Aufbau besteht aus einer Vielzahl von Batterieeinzelzellen 2, von welchen hier nur einige mit dem Bezugszeichen 2 versehen sind. Die Batterieeinzelzellen sollen als bipolare Flachzellen ausgebildet sein, welche aus einem isolierenden Rahmen 3 sowie zwei elektrisch leitenden Hüllblechen 4 bestehen. Dieser Aufbau der Batterieeinzelzellen ist im Längsschnitt durch die Batterie 1 in 2 zu erkennen und anhand einer beispielhaften Batterieeinzelzelle 2 mit Bezugszeichen versehen. Dabei sind die Batterieeinzelzellen in 2 ohne ihr aktives Material dargestellt, welches jedoch in an sich bekannter - und aus dem eingangs genannten Stand der Technik üblicherweise - zwischen den beiden Teilen des Rahmens 3 in dem hier dargestellten Schnitt angeordnet ist.
  • In 1 sind die Batterieeinzelzellen 2 zu einem Zellenstapel 5 gestapelt, welcher zwischen zwei Endplatten 6, 7 verspannt ist. Entsprechend dem Aufbau der Batterieeinzelzellen 2 als bipolare Rahmenflachzellen ist dabei die eine der Endplatten 6 der eine Pol der Batterie 1, beispielsweise der Massepol, während die andere der Endplatten 7 beispielsweise die Polplatte des Pluspols darstellt. An diesen Polplatten können entsprechende Abnahmenanschlusselemente oder dergleichen angeordnet sein. Da dies für die vorliegende Erfindung jedoch nicht von Bedeutung ist, wurde auf eine entsprechende Darstellung verzichtet. Der Zellenstapel 5 wird in der hier dargestellten Ausführung von einem Deckelement 8 abgedeckt, welches beispielsweise eine isolierende Platte sein kann, oder welches auch als entsprechende Platine ausgebildet sein kann, welche elektronische Bauelemente und Schaltkreise beispielsweise zur Einzelzellenüberwachung der Batterieeinzelzellen 2 aufweist. Auch dieser Aufbau ist an sich bekannt und für das Prinzip der hier vorliegenden Erfindung nicht relevant. Das Deckenelement 8 wird daher nicht weiter erläutert.
  • Die Batterie 1 weist außerdem in an sich ebenfalls bekannter Art und Weise eine Kühlplatte 9 auf, welche auf der dem Deckelement 8 abgewandten Seite des Zellenstapels 5 angeordnet ist. Die Kühlplatte ist über eine elektrisch isolierende, wärmeleitende Folie oder eine elektrisch isolierende, wärmeleitende Vergussmasse mit den Batterieeinzelzellen 2 und hier insbesondere mit den Hüllblechen 4 der Batterieeinzelzellen 2 verbunden. Die Hüllbleche 4 führen dabei die in der Batterieeinzelzelle 2 entstehende Wärme in Richtung der Kühlplatte, welche diese dann abtransportiert. Dafür ist die Kühlplatte 9 in an sich bekannter Weise von einem flüssigen oder einem im Bereich der Kühlplatte verdampfenden Kühlmittel durchströmt, um in der Batterie 1 entstehende Abwärme abzuführen.
  • Der Zellenstapel 5 zusammen mit den beiden Endplatten 6, 7 ist hier bei dem dargestellten Aufbau über vier Zuganker 10 verspannt, welche hier als Schrauben ausgebildet sind. Sie können beispielsweise über eine Mutter und entsprechende Unterlegescheiben verschraubt sein, es wäre auch denkbar, die Zuganker mit ihren Schraubenköpfen auf der einen Endplatte 7 aufzusetzen und diese mit der anderen Endplatte 6 in darin befindlichen Gewinden zu verschrauben. Je nach Polarität der Endplatten ist darauf zu achten, dass die Zuganker entsprechend elektrisch isoliert sind, beispielsweise mit einer entsprechenden Beschichtung versehen sind, oder von entsprechenden Hülsen aus elektrisch isolierendem Material ummantelt werden. Auch auf eine entsprechende Isolierung der Zuganker 10 zu den Endplatten 6, 7 ist gegebenenfalls zu achten. Auch dies ist soweit aus dem Stand der Technik bekannt und für den Fachmann üblich, so dass auch hierauf im Rahmen der Darstellung der hier vorliegenden Erfindung nicht näher eingegangen werden muss.
  • In der Darstellung der 2 ist nun ein Längsschnitt durch einen Abschnitt der Batterie 1 beziehungsweise des Zellenstapels 5 zu erkennen. Wie bereits oben erwähnt, sind die Batterieeinzelzellen 2 hier mit einem Querschnitt durch ihren Rahmen 3 und durch ihre Hüllbleche 4 zu erkennen. Der Aufbau ist zur Vereinfachung der Darstellung ohne das aktive Material der Batterieeinzelzellen 2 dargestellt. Der Aufbau dieses Materials ergibt sich jedoch unmittelbar aus dem eingangs genannten Stand der Technik, so dass für den Fachmann klar ist, wie das aktive Material in den Batterieeinzelzellen 2 angeordnet ist.
  • Der Aufbau des Zellenstapels 5 in der Darstellung der 2 ist daher in einem unverspannten oder teilverspannten Zustand dargestellt. Zwischen zwei der Batterieeinzelzellen 2 ist ein elastisches, elektrisch isolierendes Material 11 zu erkennen, welches beispielsweise in Form eines Kunststoffschaums oder Kunststoffvlieses ausgebildet sein kann. Es isoliert die Hüllbleche 4 in dem Bereich in denen es eingelegt ist gegeneinander und sorgt durch seine Elastizität in einem unverspannten oder teilverspannten Zustand des Zellenstapels 5 dafür, dass die beiden benachbart angeordneten Batterieeinzelzellen 2, zwischen denen das elastische, elektrisch isolierende Material 11 angeordnet ist, so voneinander getrennt werden, dass die Hüllbleche 4 der beiden Batterieeinzelzellen 2 keinen elektrischen Kontakt zueinander haben.
  • Dieser Zustand ist in der Ausschnittsvergrößerung der 3 nochmals deutlicher zu erkennen. Über die Pfeile ist dabei die Kraftwirkung angedeutet, welche von dem elastischen, elektrisch isolierenden Material 11 ausgeht. Das elastische Material 11 ist auf einem Teil bereich der Hüllbleche 4 angeordnet, und kann insbesondere in einer eingeprägten Vertiefung der Hüllbleche 4 angeordnet werden. Diese Vertiefung ist in 6 in einer dreidimensionalen Darstellung einer Batterieeinzelzelle 2 mit ihren Hüllblechen 4 nochmals deutlich zu erkennen und mit dem Bezugszeichen 12 versehen.
  • In der Darstellung der 4 ist nun derselbe Ausschnitt aus dem Zellenstapel 5 zu erkennen, wie in der Darstellung der 2. Allerdings ist der Aufbau des Zellenstapels 5 in der 4 bereits in seinem verspannten Zustand dargestellt. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass durch ein Anziehen der Zuganker 10 mit einem definierten Drehmoment aus dem unverspannten oder teilverspannten Zustand in den verspannten Zustand gewechselt wird. Das elastische, elektrisch isolierende Material wird dabei zusammengedrückt, so dass die Hüllbleche der beiden Batterieeinzelzellen 2, welche benachbart zu dem elektrisch isolierenden, elastischen Material 11 angeordnet sind, in Kontakt zueinander kommen. Dies ist in dem vergrößerten Ausschnitt der 5 nochmals näher zu erkennen. Deutlich ist hier die geringere Dicke des elastischen, elektrisch isolierenden Materials 11 im Vergleich zur 3 zu erkennen. Dies wird durch das Verspannen des Zellenstapels 5 erreicht. Die Batterieeinzelzellen 2, welche benachbart zu dem elastischen Material 11 angeordnet sind, berühren sich nun in den neben dem elastischen Material 11 liegenden Bereichen. Dadurch wird die elektrische Kontaktierung erreicht.
  • Der Aufbau der Batterie 1 in der erfindungsgemäßen Art erlaubt es so, dass die Batterieeinzelzellen 2 gestapelt werden, wobei zwischen die Batterieeinzelzellen 2 jeweils eine Lage aus dem elastischen, elektrisch isolierenden Material 11 eingelegt wird. Damit wird erreicht, dass die Batterieeinzelzellen 2 bei der Montage keinen elektrischen Kontakt ihrer Hüllbleche 4 zueinander erfahren. Damit ist die Batterie elektrisch noch nicht aktiv. Dabei kann das elastische, elektrisch isolierende Material 11 insbesondere zwischen alle Batterieeinzelzellen 2 eingefügt werden. In einer besonders günstigen und sparsamen Ausgestaltung reicht es jedoch aus, das elastische, elektrisch isolierende Material 11 an bestimmten Stellen des Zellenstapels 5 zu platzieren. Diese Stellen sind so zu wählen, dass die zwischen den Enden und/oder zwei der elastischen Materialien 11 angeordneten Gruppen von Batterieeinzelzellen kontaktiert werden können, ohne eine Spannung zu erreichen, welche oberhalb eines vorgegebenen sicherheitsrelevanten Grenzwerts liegt. Beispielsweise kann durch das elastische, elektrisch isolierende Material 11 erreicht werden, dass die Batterieeinzelzellen 2 zu einzelnen Gruppen zusammengefasst werden, welche jeweils beispielsweise einen Wert von 42 V nicht überschreiten. Diese einzelnen Blöcke mit 42 V werden dann jeweils durch die elastischen, elektrisch isolierenden Materialien 11 voneinander getrennt. Bei der Montage können damit keine Spannungen oberhalb von 42 V auftreten, so dass auf entsprechende Sicherheitsmaßnahmen verzichtet werden kann, wie sie bei der Montage von Hochvoltbatterien mit deutlich höheren Spannungen notwendig wären.
  • Der Zellenstapel 5 kann dann über die Zuganker 10 in einen montierten teilverspannten Zustand gebracht werden, in dem die Zuganker 10 mit einem ersten definierten Drehmoment angezogen werden. In diesem teilverspannten Zustand sind die elastischen, elektrisch isolierenden Materialien 11 immer noch so dick, dass sie die einzelnen Gruppen der Batterieeinzelzellen 2 elektrisch voneinander trennen. Erst nachdem die Batterie 1 endgültig montiert werden soll, werden die Zuganker 10 mit einem zweiten definierten Drehmoment soweit angezogen, dass der Zellenstapel 5 in seinen verspannten Zustand wechselt. In diesem in den 4 und 5 dargestellten Zustand sind die elastischen, elektrisch isolierenden Materialien 11 dann soweit komprimiert, dass ihnen benachbart angeordnete Hüllbleche 4 der Batterieeinzelzellen 2 sich in den Bereichen neben dem elastischen Material 11 berühren und so den elektrischen Kontakt zwischen den Batterieeinzelzellen 2 beziehungsweise den Gruppen aus Batterieeinzelzellen 2 herstellen. Die Batterie 1 ist dann elektrisch aktiv geschaltet und weist erst ab diesem Zeitpunkt die volle (Hoch-)Spannung auf.
  • In 6 ist nochmals eine dreidimensionale Ansicht einer der Batterieeinzelzellen 2 zu erkennen. Deutlich ist die mit dem Bezugszeichen 12 versehene Vertiefung in dem hier sichtbaren Hüllblech 4 zu erkennen. In dieser Vertiefung kann das elastische, elektrisch isolierende Material 11 eingebracht werden. Die Vertiefung hat dabei den Vorteil, dass das Material entsprechend dick, hochelastisch und gut handhabbar ausgebildet sein kann, ohne dass es durch zu große Wegstrecken über die Verspannung zusammengedrückt werden muss. Außerdem erlaubt die Vertiefung 12 beim Stapeln der Batterie 1 das einfache und zielgenaue Einlegen des elastischen, elektrisch isolierenden Materials 11. Sobald die Batterie 1 dann in einen montierten und teilverspannten Zustand überführt ist, verhindert die Vertiefung 12 außerdem, dass das elastische, elektrisch isolierende Material 11 aus seiner Position verrutschen kann, beispielsweise wenn der Zellenstapel 5 so aufgestellt wird, dass die Batterieeinzelzellen 2 in Richtung der Schwerkraft aufgerichtet sind.
  • Die Erfindung erlaubt es damit einen kompakten einfachen, kostengünstigen und schnell zu montierenden Aufbau zu realisieren, welcher als Hochvoltbatterie insbesondere in Fahrzeugen eingesetzt werden kann.

Claims (9)

  1. Batterie mit einer Vielzahl von Batterieeinzelzellen, welche in einer bipolaren Flachbauweise realisiert sind, und welche zu einem Zellenstapel gestapelt und über Spannmittel verspannt sind, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Zellenstapel (5), an wenigstens einer Stelle, zwischen zwei benachbarten Batterieeinzelzellen (2) ein elastisches, elektrisch isolierendes Material (11) angeordnet ist, welches in einem unverspannten oder einem teilverspannten Zustand des Zellenstapels (5) die beiden Batterieeinzelzellen (2) elektrisch voneinander trennt, und welches im verspannten Zustand des Zellenstapels (5) so weit zusammenpressbar ist, dass die beiden Batterieeinzelzellen (2) kontaktiert sind.
  2. Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Stellen mit dem elastischen, elektrisch isolierenden Material (11) in dem Zellenstapel (5) so gewählt sind, dass die Gruppe der zwischen zwei Stellen oder einer Stelle und einem Ende des Zellenstapels (5) liegenden Batterieeinzelzellen (2) jeweils eine Spannung aufweist, welche unterhalb eines vorgegebenen Grenzwerts liegt.
  3. Batterie nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Spannmittel als Zuganker (10) ausgebildet sind.
  4. Batterie nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuganker (10) über Schraubenmittel gespannt sind.
  5. Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische, elektrisch isolierende Material (11) ein Kunststoffschaum oder ein Kunststoffvlies aufweist oder aus diesem besteht.
  6. Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Batterieeinzelzellen (2) mit zwei Hüllblechen (4) und einem elektrisch isolierenden Rahmen (3) zwischen den Hüllblechen (4) aufgebaut ist.
  7. Batterie nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische, elektrisch isolierende Material (11) in einer Vertiefung (12) zumindest eines der Hüllbleche (4) der beiden benachbarten Batterieeinzelzellen (2) der wenigstens einen Stelle angeordnet ist.
  8. Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein aktives Material der Batterieeinzelzellen (2) auf der Basis von Anoden- und Kathodenfolien ausgebildet ist.
  9. Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie als Lithium-Ionen-Batterie ausgebildet ist.
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014207531A1 (de) 2014-04-22 2015-10-22 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Galvanisches Element mit Festkörperzellenstapel
DE102021201737A1 (de) 2021-02-24 2022-08-25 Mahle International Gmbh Batterievorrichtung

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3520855C1 (de) 1985-06-11 1986-09-04 Deutsche Automobilgesellschaft Mbh, 3000 Hannover Galvanische Zelle mit Presskontaktierung
DE69709171T2 (de) 1996-09-20 2002-06-20 Johns Manville Int Inc Elastischer vliesstoff, verfahren zu dessen herstellung und diesen enthaltende batterie
DE102007063181A1 (de) 2007-08-06 2009-02-19 Daimler Ag Einzelzelle für eine Batterie sowie Verfahren zu deren Herstellung
DE102007063179A1 (de) 2007-12-20 2009-06-25 Daimler Ag Batterie als Flachzellenverbund mit einer Wärmeleitplatte

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006038362A1 (de) * 2006-08-11 2008-02-14 KREUTZER, André Flaches galvanisches Element und Verfahren zur Herstellung flacher galvanischer Elemente
CN101315990B (zh) * 2007-05-29 2010-06-09 上海比亚迪有限公司 一种电池组

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3520855C1 (de) 1985-06-11 1986-09-04 Deutsche Automobilgesellschaft Mbh, 3000 Hannover Galvanische Zelle mit Presskontaktierung
DE69709171T2 (de) 1996-09-20 2002-06-20 Johns Manville Int Inc Elastischer vliesstoff, verfahren zu dessen herstellung und diesen enthaltende batterie
DE102007063181A1 (de) 2007-08-06 2009-02-19 Daimler Ag Einzelzelle für eine Batterie sowie Verfahren zu deren Herstellung
DE102007063179A1 (de) 2007-12-20 2009-06-25 Daimler Ag Batterie als Flachzellenverbund mit einer Wärmeleitplatte

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