DE102010012932A1 - Batterie mit einem Stapel von Batterieeinzelzellen - Google Patents

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Dipl.-Ing. Thate Denis
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Abstract

Eine Batterie (1) weist einen Stapel (3) von Batterieeinzelzellen (2) auf. Die Batterieeinzelzellen (2) sind als in sich geschlossene Flachzellen mit einer isolierenden Ummantelung und herausgeführten elektrischen Polen (7, 8) ausgebildet. Der Stapel (3) ist abwechselnd aus Batterieeinzelzellen (2) und jeweils wenigstens einem Zwischenblech (9) gestapelt. Das Zwischenblech (9) ist mit wenigstens einem der elektrischen Pole (7, 8) und wenigstens einer der benachbarten Batterieeinzelzellen (2) verbunden.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Batterie mit einem Stapel von Batterieeinzelzellen nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.
  • Als Batterien, insbesondere als Hochleistungsbatterien zur Speicherung von Traktionsenergie in einem zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeug sind Batterien mit Stapeln von Batterieeinzelzellen bekannt. Die Batterieeinzelzellen können bevorzugt in Lithium-Ionen-Technologie ausgebildet sein. Eine typische Bauform für derartige Batterieeinzellen ist die sogenannte Flachzelle, welche im Wesentlichen flach ausgebildet ist und die Form eines Quaders aufweist. Derartige Flachzellen werden dann zu einem Stapel von Batterieeinzelzellen gestapelt. Die Batterie selbst wird nun von einem oder mehreren derartigen Stapeln, welche auch als Modul bezeichnet werden, gebildet. Beispielhaft soll hierzu auf die Batterie verwiesen werden, welche durch die US 5,756,227 beschrieben ist.
  • Bei den Flachzellen, welche sehr häufig als Batterieeinzelzellen für Lithium-Ionen-Batterien eingesetzt werden, sind dabei zwei verschiedene Bauarten gängig. Die eine Bauart ist eine sogenannte Rahmenflachzelle, bei welcher ein stabiler Rahmen zwei Deckelemente voneinander beabstandet. Der sich im Inneren bildende Raum ist dann mit dem elektrochemisch aktiven Material, typischerweise einem Stapel von Anodenfolien, Kathodenfolien, Separatoren und Elektrolyt, gefüllt. Als Alternative hierzu sind Zellen denkbar, welche durchgehend ein Gehäuse aufweisen, welches beispielsweise als quaderförmiger Hohlraum ausgebildet ist, so wie es in der oben genannten US-Schrift zu erkennen ist. Eine sehr viel einfachere und kostengünstigere Variante hiervon ist eine Batterieeinzelzelle, welche so aufgebaut ist, dass die elektrochemisch aktiven Materialien in Folie eingeschweißt ausgebildet sind. Die Folie bildet dann eine Art Beutel um den elektrochemisch aktiven Teil der Batterieeinzelzelle. Die Pole der beiden elektrischen Anschlüsse der Batterieeinzelzelle, ragen aus diesem verschweißten Beutel typischerweise auf einer Seite heraus. Aufgrund der Beutelform wird die so aufgebaute Batterieeinzelzelle auch als Pouch- oder Coffeebag-Zelle bezeichnet.
  • Wie aus dem bereits oben erwähnten US-Patent zu erkennen ist, bildet die Kontaktierung der Batterieeinzelzellen, also das elektrische Verschalten der Batterieeinzelzellen innerhalb des Stapels, einen deutlichen Aufwand. Die Batterieeinzelzellen werden über Verbindungselemente und Schrauben in der gewünschten Art, typischerweise in Reihe, untereinander verbunden. Dies führt zu einem erheblichen Aufwand bei der Montage. Außerdem benötigen die Verbindungselemente und die Schrauben einen vergleichsweise großen Bauraum und machen die Batterie als Ganzes schwer.
  • Es ist daher die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung, eine Batterie mit einem Stapel von Batterieeinzelzellen zu schaffen, welche eine einfache und schnelle Montage des Stapels erlaubt und außerdem eine vergleichsweise leichte Batterie bereitstellt.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.
  • Dadurch, dass der Stapel der Batterieeinzelzellen mit jeweils wenigstens einem Zwischenblech zwischen den Batterieeinzelzellen gestapelt ist, entsteht ein sehr einfacher und kompakter Aufbau. Die Zwischenbleche sind mit wenigstens einem der elektrischen Pole wenigstens einer der benachbarten Batterieeinzelzellen verbunden. Diese Verbindung schafft damit einen elektrischen Anschluss des jeweiligen Batteriepols an das Zwischenblech. Das Zwischenblech dient dann als großflächiger Batteriepol, welcher sehr schnell und einfach elektrisch kontaktiert werden kann. Da elektrisch gut leitende Materialien, wie sie hierfür eingesetzt werden sollten, außerdem sehr gut Wärme leiten, erfolgt durch das zwischen den Batterieeinzelzellen angeordnete Zwischenblech außerdem eine Wärmeleitung. Damit lassen sich Temperaturen innerhalb der Batterieeinzelzellen vergleichmäßigen, da die Wärme von besonders heißen Stellen in den Bereich von kühleren Stellen abgeleitet wird. Auch eine aktive Kühlung der Zwischenbleche wäre denkbar.
  • Gemäß einer besonders günstigen und vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Batterie ist es außerdem vorgesehen, dass jede der Batterieeinzelzellen in dem Stapel mit zwei benachbarten Zwischenblechen ausgebildet ist, welche jeweils mit einem der elektrischen Pole der Batterieeinzelzelle verbunden sind. Dieser besonders bevorzugte Aufbau sieht es also vor, dass jede der Batterieeinzelzellen mit einem Blech auf der einen Seite und einem weiteren Blech auf der anderen Seite versehen ist. Das eine Blech ist mit dem positiven Pol der Batterieeinzelzelle verbunden, das Andere mit dem negativen Pol. Damit entsteht ein Aufbau der Batterieeinzelzelle, welcher in seiner einen Fläche den negativen Pol und in seiner anderen Fläche den positiven Pol aufweist. Eine derartige Batterieeinzelzelle kann dann einfach und effizient zu dem Stapel aufgestapelt werden. Beim Stapeln berühren sich die Pole der benachbarten Batterieeinzelzellen durch den Kontakt zwischen den jeweiligen Zwischenblechen. Werden die Batterieeinzelzellen mit ihren Zwischenblechen nun in der richtigen Reihenfolge aufeinander gestapelt, so entsteht durch das Stapeln selbst eine elektrische Kontaktierung der Batterieeinzelzellen. Diese sind zusammen mit den beiden Zwischenblechen dann als bipolare Zelle ausgebildet. Durch das Stapeln entsteht so automatisch eine Reihenschaltung, bei welcher die gesamte zur Verfügung stehende Spannung an den Zwischenblechen auf den jeweils nach außen gerichteten Seiten der beiden den Stapel an Batterieeinzelzellen abschließenden Batterieeinzelzellen anliegt. Über geeignete Elemente, beispielsweise leitende Endplatten oder dergleichen, kann dann der Stapel als Ganzes elektrisch angeschlossen werden. Damit ist es nicht mehr notwendig, jede einzelne der Batterieeinzelzellen über einen Kontakt bei der Montage zu kontaktieren, sondern diese Kontaktierung erfolgt durch das Aufeinanderstapeln der mit den Zwischenblechen versehenen Batterieeinzelzellen automatisch.
  • In einer weiteren besonders günstigen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Batterie ist es ferner vorgesehen, dass zwischen dem Zwischenblech und der Batterieeinzelzelle eine flexible Zwischenschicht angeordnet ist. Eine solche flexible Zwischenschicht, welche beispielsweise aus einer dünnen Lage eines elastischen Materials, beispielsweise eines Gummis, eines Moosgummis oder dergleichen, jedoch auch aus einer Lage eines Vlieses oder Ähnlichem ausgebildet sein kann, sorgt dafür, dass eventuelle Ungleichmäßigkeiten und Unebenheiten in der Fläche der Batterieeinzelzelle, welche aus deren Umhüllung oder deren Innenleben resultieren, entsprechend ausgeglichen werden, sodass beim Stapeln der mit den Zwischenblechen versehenen Batterieeinzelzellen eine sichere und zuverlässige Anlage der die Pole der Batterieeinzelzelle bildenden Zwischenbleche aneinander gewährleistet ist. Die flexible Zwischenschicht kann auftretende Drücke ausgleichen und so für eine gleichmäßigere Belastung der Fläche der Batterieeinzelzellen sorgen. Die Zwischenschicht kann dabei lediglich eingelegt oder auch mit einem der Partner, beispielsweise dem Zwischenblech und/oder der Batterieeinzelzelle verklebt sein.
  • In einer weiteren sehr günstigen und vorteilhaften Ausgestaltung einer Batterie gemäß der Erfindung ist es außerdem vorgesehen, dass die Zwischenbleche quer zur Stapelrichtung über den in Stapelrichtung dicksten Bereich der Batterieeinzelzelle hinausragen. Dieser Aufbau ermöglicht es, dass eine flächige Anlage der Batterieeinzelzelle an den Zwischenblechen erreicht wird. Insbesondere bei Batterieeinzelzellen mit vergleichsweise empfindlichen Oberflächen, wie sie beispielsweise bei in Folie verschweißten Zellen (Pouch-Zellen) auftreten, bietet dies den besonderen Vorteil, dass die Randbereiche des Zwischenblechs nicht mit diesen empfindlichen Oberflächen in Berührung stehen und diese damit nicht beschädigen und beispielsweise das Vakuum in der Batterieeinzelzelle gefährden können.
  • In einer weiteren sehr günstigen und vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Batterie sind die Zwischenbleche im Wesentlichen flächig ausgebildet, wobei die mit den elektrischen Polen verbundenen Bereiche in Stapelrichtung über diese Fläche hinausragen. Dieser Aufbau ermöglicht es, die größte Fläche der Zwischenbleche so zwischen den Zellen anzuordnen, dass diese beim Stapeln der Batterieeinzelzellen zu dem Stapel möglichst großflächig und zuverlässig aufeinander gepresst werden. Lediglich die Bereiche, welche für die elektrische Kontaktierung des Zwischenblechs mit dem jeweiligen Pol sorgen, ragen seitlich darüber hinaus, sodass insgesamt für die Zwischenbleche nicht mehr Material eingesetzt werden muss, als notwendig. Dies unterstützt den möglichst leichten Aufbau der Batterie.
  • Gemäß einer sehr vorteilhaften Weiterbildung dieser Idee ist es dabei vorgesehen, dass die über die Fläche hinausragenden Bereiche zwischen dem im Wesentlichen flächigen Bereich und dem mit den elektrischen Polen verbundenen Bereich wenigstens einen in Stapelrichtung flexiblen Bereich aufweisen. Der Flexible Bereich kann insbesondere aus einer Doppelwelle oder Ähnlichem gebildet sein. Dieser Aufbau ist bei der Herstellung des Zwischenblechs vergleichsweise einfach, da dieses lediglich zweimal abgekantet beziehungsweise gebogen werden muss. Dann ist eine sehr einfache Kontaktierung einer Kontaktfahne möglich, welche im Wesentlichen in Richtung der Fläche, also quer zur Stapelrichtung aus jeder der Batterieeinzelzellen hinaus ragt. Durch die Doppelwelle wird außerdem erreicht, dass eine gewisse Flexibilität in dem Kontaktbereich des Zwischenblechs vorhanden ist. Da Batterieeinzelzellen, beispielsweise in Lithium-Ionen-Technologie, beim Laden und Entladen ihr Volumen ändern und dabei auch ihre Dicke vergrößern beziehungsweise verringern, hilft die Doppelwelle außerdem, derartige Volumenänderungen, welche auch als „atmen” bezeichnet werden, auszugleichen und stellt sicher, dass ein Aufblähen der Batterieeinzelzelle, beispielsweise bei einem Schnellladen, nicht zu einer Beschädigung der Kontaktierung des Zwischenblechs mit dem elektrischen Pol führt, da die Doppelwelle derartige Bewegungen, welche bis zu einigen Prozent der Dicke der Batterieeinzelzelle betragen können, entsprechend ausgleicht. Dabei sind neben einer Doppelwelle selbstverständlich auch Mehrfachwellen, Faltungen in der Art einer Ziehharmonika oder dergleichen denkbar.
  • In einer weiteren sehr vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Batterie ist es außerdem vorgesehen, dass das Zwischenblech auf seiner der Batterieeinzelzelle zugewandten Fläche eine mit der Fläche der Batterieeinzelzelle korrespondierende Form aufweist. Dies ermöglicht neben dem Stapeln und der elektrischen Kontaktierung durch das Stapeln selbst außerdem eine Halterung der Batterieeinzelzelle quer zur Stapelrichtung. Durch die korrespondierende Form zwischen dem Zwischenblech und der jeweiligen Batterieeinzelzelle, welche in einer besonders günstigen und vorteilhaften Weiterbildung in der Art einer Vertiefung ausgebildet sein kann, kommt es zu einem großflächigen Kontakt und einer zumindest teilweise formschlüssigen Anlage der Elemente aneinander. Damit wird der mechanische Aufbau des Stapels der Batterieeinzelzellen und Zwischenbleche quer zur Stapelrichtung stabilisiert. In Stapelrichtung können die Batterieeinzelzellen dann über geeignete Spanneinrichtungen, beispielsweise Spannbänder, Zuganker oder dergleichen zu dem Stapel verspannt werden. Um das oben bereits erwähnte „Atmen” der Batterieeinzelzellen je nach Ladezustand auszugleichen, kann in den Spanneinrichtungen außerdem ein elastisches Element vorgesehen sein, sodass auch beim „Atmen” der Batterieeinzelzellen eine sichere Verspannung des Stapels gewährleistet wird. Außerdem kann so sichergestellt werden, dass in dem Stapel keine zu hohen Druckkräfte auftreten, welche die Batterieeinzelzellen nachhaltig schädigen könnten.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Batterie ergeben sich aus den restlichen abhängigen Ansprüchen und werden anhand des Ausführungsbeispiels deutlich, welche nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert ist.
  • Dabei zeigen:
  • 1 eine Draufsicht auf eine beispielhafte Batterie;
  • 2 eine dreidimensionale Darstellung einer Batterieeinzelzelle;
  • 3 eine Darstellung eines Zwischenblechs;
  • 4 eine Darstellung einer Batterieeinzelzelle mit zwei Zwischenblechen;
  • 5 eine Darstellung von drei in dem Stapel aufeinander gestapelten Batterieeinzelzellen; und
  • 6 eine Darstellung einer alternativen Ausführungsform eines Zwischenblechs.
  • In 1 ist ein möglicher Aufbau einer Batterie 1 prinzipmäßig dargestellt. Die Batterie 1 besteht dabei aus einer Vielzahl von Batterieeinzelzellen 2, von welchen hier nur einige mit einem Bezugszeichen versehen sind. Die Batterieeinzelzellen 2 sind als sogenannte Flachzellen ausgebildet und zu einem Stapel 3 von Batterieeinzelzellen 2 aufgestapelt. Dieser Stapel 3 der Batterieeinzelzellen 2 ist dabei in später noch näher erläuterter Weise elektrisch kontaktiert und kann, insbesondere bei einer Ausführung der Batterieeinzelzellen 2 in Lithium-Ionen-Technologie, über eine geeignete, an sich bekannte Kühlung verfügen. Der Stapel 3 der Batterieeinzelzellen 2 ist zwischen zwei Endplatten 4 über Spanneinrichtungen 5 verspannt. Die Spanneinrichtungen 5 können in beliebiger Art und Weise ausgebildet sein, besonders gängig sind bei derartigen Batterien 1 Spannbänder, Zuganker oder Ähnliches zum Verspannen der beiden Endplatten 4. In der hier gewählten Darstellung der 1 sind die Spanneinrichtungen 5 als Zuganker ausgebildet, welche mit den Endplatten 4 durch Verschrauben verbunden sind. Nun kommt es beim Laden und Entladen der Batterieeinzelzellen zu einer Variation ihres Volumens in Abhängigkeit des Ladezustands. Diese als „Atmen” bezeichnete Volumenänderung kann bei üblichen Flachzellen in Lithium-Ionen-Technologie, welche beispielsweise eine Dicke in Stapelrichtung von ca. 10–15 mm aufweisen, durchaus in einer Größenordnung von ca. 0,1–0,4 mm liegen. Wird die Batterie 1 nun zur Speicherung von Traktionsenergie in einem Elektrofahrzeug, einem Hybridfahrzeug, einem Brennstoffzellenfahrzeug oder dergleichen eingesetzt, so sind entsprechend hohe elektrische Spannungen der Batterie 1 notwendig. Die Anzahl der Batterieeinzelzellen 2 wird also entsprechend hoch liegen, im Allgemeinen sicher deutlich höher, als in der beispielhaften Darstellung der 1. Eine Ausdehnung jeder einzelnen der Batterieeinzelzellen 2 in Stapelrichtung um beispielsweise 0,2–0,3 mm führt also insgesamt zu einer deutlichen Längenausdehnung beziehungsweise Längenverkürzung des Stapels 3, je nach Ladezustand der Batterie 1. Die in der Darstellung der 1 als Zuganker ausgebildeten Spanneinrichtungen 5 weisen daher ein federelastisches Element zum Ausgleich einer solchen Längenausdehnung auf. Dieses Element 6, welches eine Elastizität der Spanneinrichtungen 5 in Stapelrichtung gewährleistet, sorgt für einen gleichmäßigen Druck auf die Batterieeinzelzellen 2 des Stapels 3, unabhängig vom Ladezustand.
  • In der Darstellung der 2 ist eine der Batterieeinzelzellen 2 in einer dreidimensionalen Darstellung zu erkennen. Es handelt sich dabei um eine Batterieeinzelzelle 2, deren elektrochemisch aktiven Materialien zwischen Folien in der Art eines Beutels verschweißt sind. Batterieeinzelzellen 2 dieser Bauart werden auch als Pouch- oder Coffeebag-Zellen bezeichnet. Die elektrochemisch aktiven Materialien, welche hier nicht zu erkennen sind, bestehen im Allgemeinen aus einem Stapel von Anodenfolien, Kathodenfolien sowie dazwischen angeordneten Separatoren. Dieser Stapel ist mit Elektrolyt getränkt und zwischen den Folien oder in einem Beutel dicht und typischerweise unter Vakuum verschweißt. Auf einer Seite der Batterieeinzelzelle 2 ragen zwei elektrische Pole 7, 8 aus dem Beutel heraus. Dieser Aufbau der Batterieeinzelzelle 2 ist soweit an sich bekannt und üblich.
  • In der Darstellung der 3 ist nun ein Zwischenblech 9 zu erkennen, welches beim Stapeln der Batterieeinzelzellen 2 zu dem Stapel 3 zwischen den Batterieeinzelzellen 2 angeordnet wird. Das Zwischenblech 9 weist einen im Wesentlichen flächigen Abschnitt 9' sowie einen quer zur Stapelrichtung über den flächigen Abschnitt 9' hinausragenden Kontaktierungsbereich 10 auf. Dieser Kontaktierungsbereich 10 des Zwischenblechs 9 wird dann mit einem der elektrischen Pole 7, 8 der Batterieeinzelzelle 2 verbunden, sodass das gesamte Zwischenblech 9 die elektrische Polarität dieses elektrischen Pols 7 oder 8 aufweist. Die Verbindung kann dabei durch ein Klemmen erfolgen, bei dem beispielsweise der Kontaktbereich 10 in dem Bereich, in dem er den elektrischen Pol 7 oder 8 berührt, mit diesem verschraubt wird. Dies kann beispielsweise durch Löcher und eingeführte Schrauben, aber auch durch das Verschrauben mit einem entsprechenden Flachprofil, U-Profil, L-Profil oder dergleichen erfolgen. Alternativ dazu ist es auch denkbar, den jeweiligen elektrischen Pol 7 oder 8 und den Kontaktbereich 10 durch Verschweißen miteinander zu verbinden. Hier wären beispielsweise Ultraschallschweißverfahren, Laserschweißverfahren oder ein Rollnahtschweißen als bevorzugte Möglichkeiten zu nennen. Neben dem Verschweißen ist selbstverständlich auch ein Löten, beispielsweise eine Ultraschalltötung oder eine Hochfrequenzlötung, denkbar. Alternativ dazu kann auch ein mechanisches Fügen angedacht werden, beispielsweise durch Grimpen oder Verquetschen. Auch das Aufquetschen von Klemmelementen oder analog zur oben genannten Verschraubung das Anbringen von Nieten, wäre denkbar.
  • Unabhängig davon, wie diese Kontaktierung des Zwischenblechs 9 beziehungsweise des Kontaktbereichs 10 desselben mit dem jeweiligen Pol 7 oder 8 erfolgt, ist so immer sichergestellt, dass das Zwischenblech 9 die Polarität des entsprechenden Pols 7 oder 8 aufweist. In der Darstellung der 4 ist nun eine der Batterieeinzelzellen 2 mit zwei benachbarten Zwischenblechen 9 in einem Ausschnitt zu erkennen. Die Zwischenbleche 9 sind dabei auf den beiden Flachseiten der Batterieeinzelzelle 2 angeordnet. Der Kontaktbereich 10 des einen Zwischenblechs 9 ist mit dem beispielsweise positiven elektrischen Pol 7 der Batterieeinzelzelle 2 verbunden, welcher in 4 vom Kontaktbereich 10 verdeckt ist, das andere mit dem negativen Pol 8. Die beiden Zwischenbleche 9 sind dabei im Wesentlichen symmetrisch zueinander ausgebildet, wobei der Kontaktbereich 10 jeweils auf der anderen Seite des Zwischenblechs 9 angeordnet ist. Dieser kann in besonders einfacher und vorteilhafter Weise durch ein Abkanten beziehungsweise Biegen in Form einer Doppelwelle flexibel realisiert werden. Damit lassen sich die Zwischenbleche 9 einfach und zuverlässig in identischer Art und Weise und in identischer Form aus einem großen Blech ausstanzen. Sie sind bevorzugt aus einem elektrisch und damit auch thermisch gut leitenden Material ausgebildet. Bevorzugt werden dabei Bleche aus Aluminium, Kupfer oder entsprechenden Legierungen mit diesen Elementen eingesetzt. Eine besonders bevorzugte Ausführungsform kann auch aus einer Kupfer-Beryllium-Legierung ausgebildet sein. Die so jeweils identisch ausgestanzten Zwischenbleche 9 werden dann abwechselnd in die eine Richtung oder die andere Richtung in Form der bereits beschriebenen Doppelwelle zweifach abgekantet beziehungsweise gebogen, sodass der Aufbau des Zwischenblechs 9 zur Kontaktierung mit dem Pluspol 7 oder ein Aufbau des Zwischenblechs 9 zur Kontaktierung mit dem Minuspol 8 der Batterieeinzelzelle entsteht. Dies ist besonders einfach und kostengünstig in der Herstellung.
  • Durch die Doppelwelle, oder auch mehrere Wellen oder V-förmige Abschnitte wird außerdem erreicht, dass eine gewisse Flexibilität des Kontaktbereichs 10 in Stapelrichtung erzielt wird. Wie bereits erwähnt, kann es bei unterschiedlichen Ladezuständen der Batterieeinzelzelle 2 zu dem sogenannten „Atmen” kommen. Damit kommt es selbstverständlich auch zu einer mechanischen Verschiebung der Zwischenbleche 9 gegenüber den Polen 7, 8 der Batterieeinzelzelle 2. Durch den als Doppelwelle ausgebildeten Kontaktbereich 10 kann nun eine gewisse Flexibilität in dem Bereich dieser Verbindung beziehungsweise des Zwischenblechs 9 eingebracht werden. Damit kann ein Ausweichen beim Dehnen des Stapels erfolgen, ohne das die Zwischenbleche 9 von den Polen 7, 8 abreißen können.
  • In der Darstellung der 5 ist nun zu erkennen, wie die mit den beiden Zwischenblechen 9 versehenen Batterieeinzelzellen 2 übereinander gestapelt werden. Dabei kommen die Zwischenbleche 9, welche mit jeweils unterschiedlichen Polen 7, 8 der benachbarten Batterieeinzelzellen 2 in Kontakt stehen, miteinander in Berührung. Damit kommt es zu einem elektrischen Kontakt zwischen den Zwischenblechen 9 und damit zwischen den entgegengesetzten Polen 7, 8 der benachbarten Batterieeinzelzellen 2. Alleine durch das Stapeln der so mit den Zwischenblechen 9 versehenen Batterieeinzelzellen 2 wird also eine serielle Verschaltung der aufeinander gestapelten Batterieeinzelzellen 2 realisiert. Dies ist gegenüber jeder anderen Art der elektrischen Kontaktierung hinsichtlich des Montageaufwands extrem einfach und zeitsparend zu realisieren. Außerdem wird eine sichere und zuverlässige Kontaktierung auf einer sehr großen Kontaktfläche gewährleistet, sodass beste elektrische Eigenschaften der Batterie 1 realisiert werden können. Der gesamte Stapel 3 weist dann an seiner einen Endplatte 4 die eine Polarität und an seiner anderen Endplatte 4 die andere Polarität auf. Hier können die Polaritäten entsprechend abgegriffen werden. Es ist selbstverständlich auch denkbar, diese vor dem Erreichen der Endplatte über eine weitere spezielle Zwischenplatte entsprechend abzugreifen und aus dem Stapel 3 herauszuführen, beispielsweise zu einem Steckanschluss oder dergleichen.
  • Ein weiterer Vorteil des hier vorgeschlagenen Aufbaus ist , dass der im Wesentlichen flächige Abschnitt 9' des Zwischenblechs 9 so ausgebildet ist, dass er in der Richtung quer zur Stapelrichtung der Batterieeinzelzellen 2 eine größere flächige Ausdehnung aufweist, als die Batterieeinzelzelle 2 an ihrer in Stapelrichtung dicksten Stelle. Damit wird verhindert, dass die Kanten des Zwischenblechs 9 mit der Folie, welche die Batterieeinzelzelle 2 nach außen abschließt, in Berührung kommt. Damit kann erreicht werden, dass die Kanten des Zwischenblechs 9 nicht an der Folie reiben und diese auch bei Vibrationen und Erschütterungen, wie sie beispielsweise beim bevorzugten Einsatz in einem Hybrid- oder Elektrofahrzeug auftreten können, nicht beschädigen. Bei einer eventuellen Beschädigung wäre das Vakuum der Batterieeinzelzelle nicht mehr aufrechterhalten und es könnte gegebenenfalls Elektrolyt auslaufen. Eine Beschädigung einer der Batterieeinzelzellen 2 hätte bei serieller Verschaltung einen Ausfall des gesamten Stapels 3 der Batterie 1 zur Folge. Dadurch, dass die Zwischenbleche 9 mit ihrem flächigen Abschnitt 9' seitlich über diese in Richtung des Stapels 3 dicksten Bereiche der Batterieeinzelzelle 2 hinausragen, kann dies sicher und zuverlässig verhindert werden. Damit muss der Bearbeitung der Zwischenbleche 9 keine besondere Aufmerksamkeit geschenkt werden. Vielmehr können eventuelle Kanten und Grate, welche beispielsweise nach einem Ausstanzen oder dergleichen vorhanden sind, nicht oder nur grob entfernt werden, ohne dass die Folie der Batterieeinzelzelle 2 dadurch in Mitleidenschaft gezogen werden könnte.
  • Zwischen den einzelnen Zwischenblechen 9 und der jeweiligen Batterieeinzelzelle 2, mit deren elektrischen Polen 7, 8 sie verbunden sind, kann außerdem eine flexible Zwischenschicht angeordnet sein, welche hier in den Figuren nicht zu erkennen ist. Diese flexible Zwischenschicht, welche beispielsweise elektrisch isolierend oder auch (nur) thermisch isolierend aufgebaut sein kann, kann nun dazu dienen, fertigungsbedingte Unebenheiten im Bereich der Batterieeinzelzelle 2 auszugleichen und somit eine sehr gleichmäßige Flächenpressung zwischen den einzelnen Batterieeinzelzellen 2 und den Zwischenblechen 9 beim Verspannen des Stapels 3 zu gewährleisten. Auch dies dient dazu, den Aufbau der Batterieeinzelzelle 2 beim Verspannen zu schonen und eine Beschädigung der Folie zu verhindern. Außerdem kann durch die Vergleichmäßigung der Druckbelastung eine bessere Funktionalität der Batterieeinzelzellen 2 erreicht werden, da diese bei zu hohem Druck auf ihre elektrochemischen Materialien, insbesondere punktuell zu hohem Druck, leicht beschädigt werden. Durch die flexible Schicht werden die Drücke ausgeglichen und über die gesamte Fläche verteilt, sodass eventuelle Druckspitzen vermieden werden. Die Zwischenschicht kann dabei aus einem Vlies, einem Gummi oder dergleichen ausgebildet sein. Außerdem ist es denkbar, die Zwischenschicht aus einem Material wie beispielsweise Polytetrafluorethylen auszubilden oder mit diesem zu beschichten. Dies führt zu einer Reduzierung der Reibung zwischen den Batterieeinzelzellen 2, sodass diese in der Richtung quer zur Stapelrichtung aneinander gleiten können. Bei einer eventuellen Verwindung des Stapels 3 oder einem Atmen der Batterieeinzelzellen 2 können so Querkräfte im Inneren des Stapels 3 vermieden oder verringert werden, da die Batterieeinzelzellen 2 leicht aneinander gleiten und einander ausweichen können. Damit sind geringfügige Bewegungen möglich, welche ein Verkrümmenund damit auch einem Abreißen von elektrischen Kontakten im Bereich der Pole 7, 8 und der Kontaktierungsbereiche 10 der Zwischenbleche 9 verhindern.
  • Um den Stapel 3 in Richtung quer zur Stapelrichtung mechanisch zu verstärken und die über die geeigneten Spanneinrichtungen 5 erfolgende Komplettierung des Stapels 3 zu vereinfachen, können im flächigen Bereich 9' der Zwischenbleche 9 außerdem entsprechende mit der Form der benachbarten Batterieeinzelzelle 2 korrespondierende Formen vorgesehen sein. Beispielhaft ist dies in einer Ausführungsform des Zwischenblechs 9 in der Darstellung der 6 angedeutet. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Zwischenelement 9 aus zwei Teilen 9.1 und 9.2 aufgebaut. Die metallischen Teile 9.1 und 9.2 des Zwischenblechs 9 sind beispielsweise über Abkanten oder Tiefziehen so ausgebildet, dass sich in dem Bereich, in dem sie an die Batterieeinzelzellen 2 anliegen, zu den Batterieeinzelzellen 2 korrespondierende Bereiche, in diesem Fall entsprechende Wannen, ausbilden.
  • Die mit den Batterieeinzelzellen 2 korrespondierenden Formen dienen dazu, einen formschlüssigen Kontakt zwischen der Batterieeinzelzelle 2 und dem jeweiligen Zwischenblech 9 zu gewährleisten. Dadurch wird der Stapel in Richtung quer zur Stapelrichtung mechanisch stabilisiert. Eventuelle Querkräfte treten dann nicht mehr zwischen der Batterieeinzelzelle 2 und ihrem Zwischenblech 9 beziehungsweise ihren Zwischenblechen 9 auf, sondern zwischen den Zwischenblechen der benachbarten Batterieeinzelzellen. Hierdurch kann auch eine Beschädigung der elektrischen Kontaktierung zwischen der Batterieeinzelzelle 2 beziehungsweise deren Polen 7, 8 und den jeweiligen Zwischenblechen 9 verhindert werden.
  • Die Batterieeinzelzellen 2 sind damit in alle Richtungen quer zur Stapelrichtung des Stapels 3 in den Wannen entsprechend fixiert und werden mit leichtem Spiel oder bevorzugt formschlüssig gehalten. In der Darstellung der 6 ist außerdem zu erkennen, dass die Vertiefungen in den Zwischenblechen 9 so ausgebildet sind, dass die neben der Vertiefung liegenden Randbereiche in Stapelrichtung der Batterieeinzelzellen 2 nicht bis an die Oberfläche der jeweiligen Batterieeinzelzelle 2 reichen. Damit wird sichergestellt, dass die Batterieeinzelzellen 2 lediglich in den Vertiefungen der Zwischenbleche 9 entsprechend gehalten sind, während ihre Randbereiche in einem gewissen Abstand von den Batterieeinzelzellen 2 angeordnet sind. Damit können die Randbereiche des Zwischenblechs 9 die Oberfläche der Batterieeinzelzelle und damit die Folie, in welche sie eingeschweißt ist, nicht berühren. Damit kann es auch nicht beispielsweise durch Vibrationen, wie sie beim Einsatz in einem Fahrzeug auftreten können, zu einem Aufscheuern der Folie durch die Randbereiche kommen. Damit ist ein sicherer Aufbau gewährleistet, bei dem die Dichtheit der einzelnen Batterieeinzelzelle 2 ungefährdet ist.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • US 5756227 [0002]

Claims (12)

  1. Batterie mit einem Stapel von Batterieeinzelzellen, welche als in sich geschlossene Flachzellen mit einer isolierenden Ummantelung und herausgeführten elektrischen Polen ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Stapel (3) abwechselnd aus Batterieeinzelzellen (2) und jeweils wenigstens einem Zwischenblech (9) gestapelt ist, wobei das Zwischenblech (9) mit wenigstens einem der elektrischen Pole (7, 8) wenigstens einer der benachbarten Batterieeinzelzellen (2) verbunden ist.
  2. Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Batterieeinzelzellen (2) in dem Stapel (3) mit zwei benachbarten Zwischenblechen (9) ausgebildet ist, welche mit jeweils wenigstens einem der elektrischen Pole (7, 8) der Batterieeinzelzelle (2) verbunden sind.
  3. Batterie nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem/den Zwischenblechen (9) und der Batterieeinzelzelle (2) eine flexible Zwischenschicht angeordnet ist.
  4. Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Batterieeinzelzellen (2) so aufgebaut ist, dass die elektrochemisch aktiven Materialien in Folie eingeschweißt sind.
  5. Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenbleche (9) quer zur Stapelrichtung über den in Stapelrichtung dicksten Bereich der Batterieeinzelzellen (2) hinausragen.
  6. Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenbleche (9) aus einem gut leitenden Material ausgebildet sind.
  7. Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenbleche (9) aus Aluminium, Kupfer oder Legierungen mit wenigstens einem dieser Elemente, insbesondere einer Kupfer-Beryllium-Legierung, ausgebildet sind.
  8. Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenbleche (9) mittels Löten, Schweißen, Klemmen oder Quetschen mit den elektrischen Polen (7, 8) verbunden sind.
  9. Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenbleche (9) im Wesentlichen flächig ausgebildet sind, wobei die mit den elektrischen Polen (7, 8) verbundenen Bereiche (10) in Stapelrichtung über diese Fläche (9') hinausragen.
  10. Batterie nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die über die Fläche (9') hinausragenden Bereiche (10) zwischen den im Wesentlichen flächigen Bereich (9') und dem mit den elektrischen Polen (7, 8) verbundenen Bereich (10) wenigstens einen in Stapelrichtung flexiblen Bereich, insbesondere eine Doppelwelle aufweisen.
  11. Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenblech (9) auf seiner der Batterieeinzelzelle (2) zugewandten Fläche eine mit der Fläche der Batterieeinzelzelle (2) korrespondierende Form aufweist.
  12. Batterie nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die mit der Fläche der Batterieeinzelzelle (2) korrespondierende Form als wenigstens eine Vertiefung in dem Zwischenblech (9) ausgebildet ist.
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