DE102009035488A1 - Batterie, insbesondere Fahrzeugbatterie - Google Patents

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Jochen Dipl.-Ing. Ehrhardt
Rainer Dr. Kaufmann
Arnold Dr.-Ing. Lamm
Andreas Dipl.-Ing. Loewel
Jens Dr.-Ing. Meintschel
Dirk Dipl.-Ing. Dr. Schröter
Wolfgang Dr. Warthmann
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Daimler AG
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einzelzelle (1) mit einem von einem Gehäuse (2) umschlossenen Zellinnenraum (3), in welchem eine elektrochemisch aktive Elektrodenfolieneinheit (4) angeordnet ist, wobei das Gehäuse (2) zu einer Ableitung von Verlustwärme aus der Einzelzelle (1) mit zumindest einem Kühlelement (5) thermisch koppelbar ist. Erfindungsgemäß weist das Gehäuse (2) eine in Richtung des Kühlelementes (5) zunehmende Wanddicke auf.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Einzelzelle für eine Batterie nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 sowie eine Batterie nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 11.
  • Aus dem Stand der Technik sind, wie in der US 2007/0141452 A1 beschrieben, eine wiederaufladbare Batterie und ein Batteriemodul bekannt. Eine wiederaufladbare Batterie umfasst eine Elektrodeneinheit mit einer positiven Elektrode, einer negativen Elektrode und einem Separator zwischen diesen. Die Elektrodeneinheit ist in einem Gehäuse angeordnet. Das Gehäuse ist in einem Hitze abstrahlenden Batteriekörper angeordnet. Ein konvexer Teil des Batteriekörpers ist für eine feste Halterung der Elektrodeneinheit ausgeformt, wobei ein gleichmäßiger Druck auf eine gesamte Oberfläche der wiederaufladbaren Batterie ausgeübt wird. Ein Batteriemodul umfasst eine Mehrzahl wiederaufladbarer Batterien. Eine Hitze abstrahlende Barriere ist benachbart zu jeder wiederaufladbaren Batterie angeordnet. Diese Barriere weist einen konvexen Teil auf, welcher einen Druck auf die wiederaufladbare Batterie ausübt.
  • In der US 7,348,095 B2 werden eine Batterie und ein Verfahren zu deren Herstellung beschrieben. Zur Herstellung der Batterie wird eine Elektrodengruppe in ein Batteriegehäuse eingebracht, welches einen im Wesentlichen eckigen Querschnitt aufweist. Danach wird eine obere Öffnung des Batteriegehäuses durch Formpressen zylindrisch ausgeformt. An einer seitlichen Oberfläche der oberen Öffnung wird durch Anpressen einer Rolle und gleichzeitigem Drehen des Batteriegehäuses eine Rille ausgeformt, wobei eine Krafteinwirkung auf das Batteriegehäuse in Richtung der Rolle oder auf die Rolle in axialer Richtung zum Batteriegehäuse ausgeübt wird. Dadurch wird an einer Innenwand des Batteriegehäuses eine ringförmig umlaufende Ausformung zur Halterung eines Verschlussteils ausgebildet. Danach wird das Verschlussteil auf die Halterung aufgelegt und durch ein Umbiegen eines oberen Endes des Batteriegehäuses nach innen fixiert und abgedichtet.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Einzelzelle und eine verbesserte Batterie anzugeben.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Einzelzelle mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Hinsichtlich der Batterie wird die Aufgabe durch die im Anspruch 11 angegebenen Merkmale gelöst.
  • Bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Eine Einzelzelle umfasst einen von einem Gehäuse umschlossenen Zellinnenraum, in welchem eine elektrochemisch aktive Elektrodenfolieneinheit angeordnet ist, wobei das Gehäuse zu einer Ableitung von Verlustwärme aus der Einzelzelle mit zumindest einem Kühlelement thermisch koppelbar ist,
  • Erfindungsgemäß weist das Gehäuse eine in Richtung des Kühlelementes zunehmende Wanddicke auf.
  • Ein Wärmestrom der Verlustwärme der Einzelzelle steigt entlang einer Längsausdehnung der Einzelzelle in Richtung des Kühlelementes konstant an. Durch die erfindungsgemäße Lösung ist sichergestellt, dass durch die zunehmende Wanddicke des Gehäuses ein Wärmeleitwert des Gehäuses, welcher eine von Abmessungen des Gehäuses wie beispielsweise der Wanddicke abhängige Kennzahl darstellt, ebenfalls ansteigt, so dass ein Verhältnis des Wärmeleitwertes des Gehäuses zum durch das Gehäuse zu leitenden Wärmestrom über eine gesamte Länge der Einzelzelle im Wesentlichen konstant bleibt. Dadurch ist eine Ableitung der Verlustwärme aus der Einzelzelle optimiert und ein Gewicht und ein Bauraumbedarf der Einzelzelle sowie ein Materialeinsatz zu einer Fertigung des Gehäuses erheblich reduziert. Das Gehäuse der Einzelzelle ist kostengünstig beispielsweise durch Fließpressen herstellbar.
  • Der Zellinnenraum weist vorzugsweise in Längsausdehnung einen konstanten Querschnitt auf. Besonders bevorzugt korrespondiert der Zellinnenraum mit einer Kontur der Elektrodenfolieneinheit. Dadurch ist ein Bauraumbedarf der Einzelzelle minimiert und sichergestellt, dass eine größtmögliche Flächenausdehnung der Elektrodenfolieneinheit am Gehäuse anliegt, so dass die Elektrodenfolieneinheit mit dem Gehäuse optimal thermisch gekoppelt ist. Bei einer Nutzung des Gehäuses als Zellpol der Einzelzelle ist somit auch eine elektrische Verbindung der Elektrodenfolieneinheit mit dem Gehäuse optimiert.
  • Bevorzugt weist das Gehäuse eine konstant zunehmende Wanddicke auf. Auf diese Weise bleibt das Verhältnis des Wärmeleitwertes des Gehäuses zum durch das Gehäuse zu leitenden Wärmestrom über eine gesamte Länge der Einzelzelle konstant. Dadurch ist eine optimale Ableitung der Verlustwärme bei einem minimalen Bauraumbedarf sichergestellt.
  • In einer weiteren Ausführungsform weist das Gehäuse eine stufenweise zunehmende Wanddicke auf. Vorzugsweise ist an einer Außenseite des Gehäuses in Richtung des Kühlelementes zumindest eine stufenförmige Verdickung ausgebildet. Bei derartigen Ausführungen ist eine Fertigung des Gehäuses vereinfacht, wodurch geringere Produktionszeiten und Produktionskosten erzielbar sind. Des Weiteren ist eine stufenförmige Verdickung des Gehäuses beispielsweise auch zu einer Halterung der Einzelzelle in der Batterie und beispielsweise zu einer Anpressung an das Kühlelement nutzbar. Sind in einer Batterie eine Mehrzahl dieser Einzelzellen eng nebeneinander angeordnet, steht unterhalb dieser stufenförmigen Verdickung ein ausreichend großer Bauraum zwischen den Einzelzellen zur Verfügung, so dass beispielsweise ein Halterahmen zur Halterung der Einzelzellen und Anpressung an das Kühlelement anordbar ist.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das Gehäuse in Richtung des Kühlelementes zunehmend partiell aufgedickt. Vorzugsweise weist das Gehäuse in Richtung des Kühlelementes eine variierende Wandquerschnittsform auf. In einem dem Kühlelement abgewandten Bereich der Einzelzelle weist das Gehäuse zweckmäßigerweise einen runden Querschnitt, insbesondere eine kreisringförmige Querschnittsform, auf. In einem dem Kühlelement zugewandten Bereich der Einzelzelle weist das Gehäuse besonders bevorzugt einen vieleckigen Querschnitt, insbesondere eine Querschnittsform mit einem runden Innenquerschnitt und einem vieleckigen oder sternförmigen Außenquerschnitt, auf. Auf diese Weise sind eine Mehrzahl Einzelzellen in einer Batterie sehr Bauraum sparend anordbar, wodurch ein Bauraumbedarf einer solchen Batterie deutlich reduziert ist. Durch diese Ausformung des Gehäuses ist ein in Richtung des Kühlelementes konstant ansteigender Wärmeleitwert und somit eine optimale Ableitung der Verlustwärme aus der Einzelzelle erreicht.
  • Eine Batterie umfasst eine Mehrzahl elektrisch seriell und/oder parallel miteinander verbundener und mit zumindest einem Kühlelement thermisch gekoppelter Einzelzellen. In einer vorteilhaften Ausführungsform sind zwischen den Einzelzellen angeordnete Wärmeleitstäbe und/oder Wärmeleitbleche mit den Einzelzellen und dem Kühlelement thermisch gekoppelt und weisen eine in Richtung des Kühlelementes zunehmende Wanddicke auf. Diese Wärmeleitstäbe und/oder Wärmeleitbleche sind sowohl in einer Batterie mit Einzelzellen einsetzbar, bei welchen das Gehäuse eine in Richtung des Kühlelementes zunehmende Wanddicke aufweist, als auch bei Batterien mit Einzelzellen nach dem Stand der Technik, d. h. ohne ein solches Gehäuse mit einer in Richtung des Kühlelementes zunehmenden Wanddicke. Dadurch sind sowohl eine Ableitung der Verlustwärme der Einzelzellen als auch ein Bauraum der Batterie optimierbar.
  • Die Batterie ist vorzugsweise eine Lithium-Ionen-Batterie für ein Fahrzeug, insbesondere eine Batterie für ein Fahrzeug mit Hybridantrieb oder ein Brennstoffzellen-Fahrzeug. Durch die Optimierung des Bauraumbedarfs der einzelnen Einzelzellen ist der Bauraumbedarf der gesamten Batterie optimiert. Dies ist insbesondere bei einem Einsatz dieser Batterien in Fahrzeugen von großer Bedeutung, da nur ein begrenzter Bauraum zur Verfügung steht, insbesondere bei Fahrzeugen mit Hybridantrieb oder Brennstoffzellen-Fahrzeugen, welche eine Mehrzahl dieser Batterien benötigen. Durch eine optimierte Kühlung der Einzelzellen sind die Batterien sehr leistungsfähig, so dass sie besonders für Fahrzeuge mit Hybridantrieb oder für Brennstoffzellen-Fahrzeuge geeignet sind.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
  • Dabei zeigen:
  • 1 einen Längsschnitt durch eine Einzelzelle nach dem Stand der Technik,
  • 2 einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Einzelzelle,
  • 3 eine Explosionsdarstellung einer Batterie mit Einzelzellen nach 2,
  • 4 eine perspektivische Darstellung einer Batterie mit Einzelzellen nach 2,
  • 5 einen Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Einzelzelle,
  • 6 eine perspektivische Darstellung einer Einzelzelle nach 5,
  • 7 eine perspektivische Darstellung einer Batterie mit Einzelzellen nach 5 und 6,
  • 8 eine perspektivische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Einzelzelle,
  • 9 eine Seitenansicht der Einzelzelle nach 8,
  • 10 eine Schnittdarstellung der Einzelzelle entsprechend der in 9 dargestellten Schnittlinie X-X,
  • 11 eine Schnittdarstellung der Einzelzelle entsprechend der in 9 dargestellten Schnittlinie XI-XI,
  • 12 eine Schnittdarstellung der Einzelzelle entsprechend der in 9 dargestellten Schnittlinie XII-XII,
  • 13 eine Explosionsdarstellung einer Flachzelle,
  • 14 eine perspektivische Darstellung einer Flachzelle,
  • 15 eine Seitenansicht einer Flachzelle, und
  • 16 einen Längsschnitt durch eine Flachzelle.
  • Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
  • 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine Einzelzelle 1 nach dem Stand der Technik. Die Einzelzelle 1 umfasst einen von einem Gehäuse 2 umschlossenen Zellinnenraum 3, in welchem eine elektrochemisch aktive Elektrodenfolieneinheit 4 angeordnet ist. Polseitig ist an der Einzelzelle 1 ein Kühlelement 5, hier in Form einer von Kühlkanälen 6 durchzogenen und von einem Kühlmittel durchströmbaren Kühlplatte angeordnet, wobei Zellpole 7 der Einzelzelle 1 durch das Kühlelement 5 hindurchgeführt sind.
  • Das Gehäuse 2 der dargestellten Einzelzelle 1 nach dem Stand der Technik weist in Richtung des Kühlelementes 5, d. h. entlang der Längsausdehnung der Einzelzelle 1, eine konstante Wanddicke auf. Anhand eines neben der Einzelzelle 1 dargestellten Diagramms ist ein Verlauf eines Wärmestroms
    Figure 00060001
    der Verlustwärme der Einzelzelle 1 entlang der Längsausdehnung der Einzelzelle 1 dargestellt. Dieser Wärmestrom Q . steigt entlang der Elektrodenfolieneinheit 4 in Richtung des Kühlelementes 5 konstant an. Davon ausgehend, dass auch bei derartigen Einzelzellen 1 nach dem Stand der Technik eine ausreichende Ableitung der Verlustwärme gegeben ist, weist das Gehäuse 2 der Einzelzelle 1 in einem unteren, dem Kühlelement 5 abgewandten Bereich eine unnötig hohe Wanddicke auf. Daraus resultieren ein hoher Materialeinsatz, ein hoher Bauraumbedarf der Einzelzelle 1 und ein hohes Gewicht.
  • 2 zeigt einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Einzelzelle 1. Bei der hier dargestellten Einzelzelle 1 weist das Gehäuse 2 eine in Richtung des Kühlelementes 5 zunehmende Wanddicke auf, wobei der Zellinnenraum 3 in Längsausdehnung einen konstanten Querschnitt aufweist und entlang einer Längsausdehnung der Elektrodenfolieneinheit 4 mit deren Kontur korrespondiert. Dadurch liegt die Elektrodenfolieneinheit 4 über ihre gesamte Längsausdehnung eng am Gehäuse 2 an und ist somit optimal mit dem Gehäuse 2 thermisch gekoppelt. Auf diese Weise ist eine Ableitung der Verlustwärme von der Elektrodenfolieneinheit 4 auf das Gehäuse 2 optimiert.
  • Das Gehäuse 2 weist in der hier dargestellten Ausführungsform in Richtung des Kühlelementes 5 eine konstant zunehmende Wanddicke auf. Auf diese Weise ist die Ableitung der Verlustwärme vom Gehäuse 2 zum Kühlelement 5 optimiert, da mit einem konstant ansteigenden Wärmestrom Q . auch ein konstant ansteigender Wärmeleitwert des Gehäuses 2 zur Ableitung der Verlustwärme zur Verfügung steht, so dass ein Verhältnis des Wärmeleitwertes des Gehäuses 2 zum durch das Gehäuse 2 zu leitenden Wärmestrom Q . über eine gesamte Länge der Einzelzelle 1 konstant ist. Der Wärmeleitwert stellt eine von Abmessungen des Gehäuses 2, wie beispielsweise der Wanddicke, abhängige Kennzahl dar.
  • Gegenüber der Einzelzelle 1 nach dem Stand der Technik ist somit ein geringerer Materialeinsatz für das Gehäuse 2 erforderlich, womit Materialkosten, ein Gewicht und ein Bauraumbedarf der Einzelzelle 1 reduziert sind, wobei die optimale Ableitung der Verlustwärme sichergestellt ist.
  • 3 zeigt eine Explosionsdarstellung einer Batterie 8, umfassend eine Mehrzahl der in 2 dargestellten Einzelzellen 1, und 4 eine perspektivische Darstellung dieser Batterie 8. Die Einzelzellen 1 sind in einer Halteplatte 9 angeordnet und mit dieser in einem hier nicht dargestellten Batteriegehäuse befestigbar. Die Halteplatte 9 verhindert radiale Bewegungen der Einzelzellen 1. In der Halteplatte 9 sind Aussparungen 10 für die Aufnahme der Einzelzellen 1 angeordnet. Die Halteplatte 9 ist derart ausgeformt, dass mehrere Aussparungen 10 in Reihe und mehrere Reihen von Aussparungen 10 parallel in jeweils um eine halbe Aussparung 10 versetzter Reihenfolge angeordnet sind und so eine Wabenstruktur der Halteplatte 9 gebildet ist. Diese Anordnung der Aussparungen 10 erhöht eine Packungsdichte der darin angeordneten Einzelzellen 1, wodurch eine Reduktion eines Bauraumbedarfs der Batterie 8 erreicht ist.
  • Durch die geringere Wanddicke der Einzelzellen 1 im Bereich der Halteplatte 9 ist für die Halteplatte 9 auch bei einer sehr engen Anordnung der Einzelzellen 1 ein ausreichender Bauraum vorhanden. Dadurch sind die Einzelzellen 1 sicher im Batteriegehäuse halterbar und sehr Bauraum sparend anordbar.
  • Polseitig ist auf den Einzelzellen 1 das als Kühlplatte ausgeformte Kühlelement 5 angeordnet, wobei zwischen dem Kühlelement 5 und den Einzelzellen 1 ein elektrisch isolierender und Wärme leitender Formkörper 11 angeordnet ist. Sowohl das Kühlelement 5 als auch der Formkörper 11 sind mit Ausnehmungen 12 versehen, deren Innenkonturen mit Außenkonturen der Zellpole 7 der Einzelzellen 1 korrespondieren, so dass die Zellpole 7 durch den Formkörper 11 und das Kühlelement 5 hindurchführbar sind. Auf die Zellpole 7 ist eine Zellverbinderplatine 13 mit Zellverbindern 14 aufgesetzt, um die Einzelzellen 1 seriell und/oder parallel elektrisch miteinander zu verschalten und zu befestigen.
  • An dem Kühlelement 5 ist ein Kühlmittelanschluss 15 angeordnet, so dass das Kühlelement 5 beispielsweise an einen Kühlkreislauf eines Fahrzeugs anschließbar und von Kühlmittel durchströmbar ist. Dadurch ist die Verlustwärme der Einzelzellen 1 über die Gehäuse 2 der Einzelzellen 1 auf das Kühlelement 5 übertragbar und durch das Kühlmittel aus der Batterie 8 abtransportierbar. Zu einer Optimierung der thermischen Kopplung der Gehäuse 2 der Einzelzellen 1 an das Kühlelement 5 ist zwischen dem Kühlelement 5 und der Zellverbinderplatine 13 ein hier nicht dargestelltes Feder- oder Spannelement angeordnet, welches beispielsweise als Schaummatte oder als Blattfeder ausgeführt ist. Dadurch sind die Einzelzellen 1, deren Zellpole 7 an der Zellverbinderplatine 13 befestigt sind, gegen das Kühlelement 5 verspannbar und an dieses anpressbar.
  • In einer weiteren, hier nicht dargestellten Ausführungsform sind zwischen den Einzelzellen 1 Wärmeleitstäbe und/oder Wärmeleitbleche angeordnet, welche mit den Einzelzellen 1 und dem Kühlelement 5 thermisch gekoppelt sind und eine in Richtung des Kühlelementes 5 zunehmende Wanddicke aufweisen. Diese Wärmeleitstäbe und/oder Wärmeleitbleche sind sowohl in einer Batterie 8 mit Einzelzellen 1 einsetzbar, bei welchen das Gehäuse 2 eine in Richtung des Kühlelementes 5 zunehmende Wanddicke aufweist, als auch bei Batterien 8 mit Einzelzellen 1 nach dem Stand der Technik, d. h. ohne ein solches Gehäuse 2 mit einer in Richtung des Kühlelementes 5 zunehmenden Wanddicke. Dadurch sind sowohl eine Ableitung der Verlustwärme der Einzelzellen 1 als auch ein Bauraum der Batterie 8 optimierbar.
  • 5 zeigt einen Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einzelzelle 1 und 6 eine perspektivische Darstellung dieser Einzelzelle 1. In dieser Ausführungsform weist das Gehäuse 2 in Richtung des Kühlelementes 5 nicht eine konstant zunehmende Wanddicke, sondern eine stufenweise zunehmende Wanddicke auf. An einer Außenseite des Gehäuses 2 ist in Richtung des Kühlelementes 5 eine stufenförmige Verdickung 16 ausgebildet. Bei einer derartigen Ausführung ist eine Fertigung des Gehäuses 2 vereinfacht, wodurch geringere Produktionszeiten und Produktionskosten erzielbar sind, wobei alle Ausführungsformen des Gehäuses 2, d. h. sowohl die bisher dargestellten als auch die in den nachfolgenden Figuren dargestellten Ausführungsformen des Gehäuses 2, relativ einfach und kostengünstig beispielsweise durch Fließpressen herstellbar sind.
  • 7 zeigt eine perspektivische Darstellung einer Batterie 8 mit einer Mehrzahl der in den 5 und 6 dargestellten Einzelzellen 1. In dieser Darstellung zeigt sich ein weiterer Vorteil der stufenförmigen Verdickung 16 des Gehäuses 2 der Einzelzellen 1. In dieser Ausführungsform steht unterhalb der stufenförmigen Verdickung 16 ein ausreichender Bauraum für den Halterahmen 9 zur Verfügung. Der Halterahmen 9 ist an die stufeförmige Verdickung 16 anlegbar oder anpressbar, wodurch die Einzelzellen 1 in dem hier nicht dargestellten Batteriegehäuse sicher halterbar und an das Kühlelement 5 anpressbar sind. Dadurch ist eine optimale thermische Kopplung der Gehäuse 2 der Einzelzellen 1 an das Kühlelement 5 erreicht.
  • 8 zeigt eine perspektivische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einzelzelle 1; 9 zeigt eine Seitenansicht dieser Einzelzelle 1 und die 10, 11 und 12 zeigen Schnittdarstellungen der Einzelzelle 1 entsprechend der in 9 dargestellten Schnittlinien. In dieser Ausführungsform ist das Gehäuse 2 der Einzelzelle 1 in Richtung des Kühlelementes 5 zunehmend partiell aufgedickt. Dadurch weist das Gehäuse 2 in Richtung des Kühlelementes 5 eine variierende Wandquerschnittsform auf. Wie in den Schnittdarstellungen der 10, 11 und 12 erkennbar, weist die Gehäusewand des Gehäuses 2 in einem dem Kühlelement 5 abgewandten Bereich der Einzelzelle 1 einen runden Außenquerschnitt auf, welcher entlang der Längsausdehnung des Gehäuses 2 in Richtung des Kühlelementes 5 allmählich in einen vieleckigen oder sternförmigen Außenquerschnitt übergeht. Ein Innenquerschnitt des Gehäuses 2 weist dabei über die gesamte Längsausdehnung der Einzelzelle 1 eine kreisringförmige Querschnittsform auf. Auf diese Weise sind eine Mehrzahl von Einzelzellen 1 in der Batterie 8 sehr Bauraum sparend anordbar, wodurch ein Bauraumbedarf einer solchen Batterie 8 deutlich reduziert ist. Durch die konstante kreisringförmige Querschnittsform des Innenquerschnitts ist eine optimale thermische Kopplung der Elektrodenfolieneinheit 4 an das Gehäuse 2 sichergestellt.
  • Durch diese Ausformung des Gehäuses 2 ist, ähnlich wie bei der in 2 dargestellten Gehäuseform, ein in Richtung des Kühlelements 5 konstant ansteigender Wärmeleitwert und somit durch das über die gesamte Länge der Einzelzelle 1 konstante Verhältnis des Wärmeleitwertes des Gehäuses 2 zum durch das Gehäuse 2 zu leitenden Wärmestrom
    Figure 00090001
    eine optimale Ableitung der Verlustwärme aus der Einzelzelle 1 erreicht.
  • Durch die in 8 dargestellte Gehäuseform sind die Einzelzellen 1 jedoch noch Bauraum sparender in der Batterie 8 anordbar. Auch diese Gehäuseform ist einfach und kostengünstig beispielsweise durch Fließpressen herstellbar.
  • 13 zeigt eine Explosionsdarstellung einer als Flachzelle ausgebildeten Einzelzelle 1; 14 zeigt eine perspektivische Darstellung und 15 zeigt eine Seitenansicht dieser Einzelzelle 1, wobei in 15 das Kühlelement 5 angedeutet ist, an welches die Einzelzelle 1 anordbar und mit welchem das Gehäuse 2 der Einzelzelle 1 thermisch koppelbar ist.
  • Diese Ausführungsform der Einzelzelle 1 umfasst die vom Gehäuse 2 umschlossene Elektrodenfolieneinheit 4, wobei das Gehäuse 2 dieser Ausführungsform der Einzelzelle 1 aus zwei Seitenteilen 2.1 gebildet ist, welche beispielsweise mit einem aus einem thermoplastischen Kunststoff gebildeten Rahmen 17 mittels eines Heißpressverfahrens verbindbar sind. Polkontakte 18 der Elektrodenfolieneinheit 4 sind mit jeweils einem Seitenteil 2.1 des Gehäuses 2 kontaktiert, so dass die Seitenteile 2.1 des Gehäuses 2 die Zellpole 7 der Einzelzelle 1 bilden. Durch den Rahmen 17 sind die Seitenteile 2.1 des Gehäuses 2 elektrisch voneinander isoliert.
  • Die Seitenteile 2.1 des Gehäuses 2 weisen auf einer dem Kühlelement 5 zugewandten Seite jeweils ein zumindest abschnittsweise über eine Länge der Einzelzelle 1 hinausgehendes Seitenteilelement 19 auf, das gegenüber dem jeweiligen Seitenteil 2.1 in Richtung zum Zellinnenraum 3 abgewinkelt ist. Auf diese Weise ist die Einzelzelle 1 optimal an das Kühlelement 5 thermisch koppelbar, da eine Verlustwärme der Einzelzelle 1 von den Seitenteilen 2.1 des Gehäuses 2 über die abgewinkelten Seitenteilelemente 19 auf das Kühlelement 5 übertragbar ist.
  • In der hier dargestellten Ausführungsform erstrecken sich die abgewinkelten Seitenteilelemente 19 jeweils über nahezu eine Hälfte einer Breite der Einzelzelle 1 und über nahezu eine gesamte Dicke der Einzelzelle 1, so dass sich die Seitenteilelemente 19 nicht berühren und in einer engen Anordnung von Einzelzellen 1 in der Batterie 8 auch die jeweils nächste Einzelzelle 1 nicht berühren, wodurch eine Kontaktierung von Seitenteilen 2.1 gleicher Polarität und damit ein Kurzschluss vermieden ist. In weiteren Ausführungsformen sind auch andere Anordnungen denkbar. So können sich die Seitenteilelemente 19 jeweils über die gesamte Breite der Einzelzelle 1 erstrecken, dann allerdings nur jeweils über nahezu die halbe Dicke der Einzelzelle 1, so dass sie sich nicht berühren.
  • In dieser Ausführungsform der Einzelzelle 1 weist das Gehäuse 2, d. h. es weisen die Seitenteile 2.1 des Gehäuses 2, in Richtung des Kühlelementes 5 und somit in Richtung des abgewinkelten Seitenteilelementes 19 eine konstant zunehmende Wanddicke auf. Auf diese Weise ist auch bei einer als Flachzelle ausgebildeten Einzelzelle 1 die Ableitung der Verlustwärme vom Gehäuse 2 zum Kühlelement 5 optimiert, da mit konstant ansteigendem Wärmestrom Q . auch ein konstant ansteigender Wärmeleitwert des Gehäuses 2 zur Ableitung der Verlustwärme zur Verfügung steht, so dass ein Verhältnis des Wärmeleitwertes des Gehäuses 2 zum durch das Gehäuse 2 zu leitenden Wärmestrom Q . über eine gesamte Länge der Einzelzelle 1 konstant ist.
  • Durch die zunehmende Wanddicke ist gegenüber als Flachzellen ausgebildeten Einzelzellen 1 nach dem Stand der Technik ein geringerer Materialeinsatz für das Gehäuse 2 erforderlich, womit Materialkosten, Gewicht und Bauraumbedarf der Einzelzelle 1 reduziert sind, wobei die optimale Ableitung der Verlustwärme sichergestellt ist.
  • 16 zeigt einen Längsschnitt durch die als Flachzelle ausgebildete Einzelzelle 1 sowie das Kühlelement 5, an welches die Einzelzelle 1 anordbar und mit welchem das Gehäuse 2 der Einzelzelle 1 thermisch koppelbar ist. Auch bei dieser als Flachzelle ausgeführten Einzelzelle 1 weist der Zellinnenraum 3 in Längsausdehnung einen konstanten Querschnitt auf und korrespondiert entlang der Längsausdehnung der Elektrodenfolieneinheit 4 mit deren Kontur. Dadurch liegt die Elektrodenfolieneinheit 4 über ihre gesamte Längsausdehnung eng am Gehäuse 2 an und ist somit optimal mit dem Gehäuse 2 thermisch gekoppelt. Auf diese Weise ist eine Ableitung der Verlustwärme von der Elektrodenfolieneinheit 4 auf das Gehäuse 2 optimiert.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Einzelzelle
    2
    Gehäuse
    2.1
    Seitenteile des Gehäuses
    3
    Zellinnenraum
    4
    Elektrodenfolieneinheit
    5
    Kühlelement
    6
    Kühlkanäle
    7
    Zellpole
    8
    Batterie
    9
    Halteplatte
    10
    Aussparungen
    11
    Formkörper
    12
    Ausnehmungen
    13
    Zellverbinderplatine
    14
    Zellverbinder
    15
    Kühlmittelanschluss
    16
    stufenförmige Verdickung
    17
    Rahmen
    18
    Polkontakte
    19
    Seitenteilelement Wärmestrom
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - US 2007/0141452 A1 [0002]
    • - US 7348095 B2 [0003]

Claims (13)

  1. Einzelzelle (1) mit einem von einem Gehäuse (2) umschlossenen Zellinnenraum (3), in welchem eine elektrochemisch aktive Elektrodenfolieneinheit (4) angeordnet ist, wobei das Gehäuse (2) zu einer Ableitung von Verlustwärme aus der Einzelzelle (1) mit zumindest einem Kühlelement (5) thermisch koppelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) eine in Richtung des Kühlelementes (5) zunehmende Wanddicke aufweist.
  2. Einzelzelle (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zellinnenraum (3) in Längsausdehnung einen konstanten Querschnitt aufweist.
  3. Einzelzelle (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zellinnenraum (3) mit einer Kontur der Elektrodenfolieneinheit (4) korrespondiert.
  4. Einzelzelle (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) eine konstant zunehmende Wanddicke aufweist.
  5. Einzelzelle (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) eine stufenweise zunehmende Wanddicke aufweist.
  6. Einzelzelle (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an einer Außenseite des Gehäuses (2) in Richtung des Kühlelementes (5) zumindest eine stufenförmige Verdickung (16) ausgebildet ist.
  7. Einzelzelle (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) in Richtung des Kühlelementes (5) zunehmend partiell aufgedickt ist.
  8. Einzelzelle (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) in Richtung des Kühlelementes (5) eine variierende Wandquerschnittsform aufweist.
  9. Einzelzelle (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) in einem dem Kühlelement (5) abgewandten Bereich der Einzelzelle (1) einen runden Querschnitt aufweist.
  10. Einzelzelle (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) in einem dem Kühlelement (5) zugewandten Bereich der Einzelzelle (1) einen vieleckigen Querschnitt aufweist.
  11. Batterie (8) mit einer Mehrzahl elektrisch seriell und/oder parallel miteinander verbundener und mit zumindest einem Kühlelement (5) thermisch gekoppelter Einzelzellen (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10.
  12. Batterie (8) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Einzelzellen (1) angeordnete Wärmeleitstäbe und/oder Wärmeleitbleche mit den Einzelzellen (1) und dem Kühlelement (5) thermisch gekoppelt sind und eine in Richtung des Kühlelementes (5) zunehmende Wanddicke aufweisen.
  13. Batterie (8) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie (8) eine Lithium-Ionen-Batterie für ein Fahrzeug, insbesondere eine Batterie (8) für ein Fahrzeug mit Hybridantrieb oder ein Brennstoffzellen-Fahrzeug ist.
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