DE102010012938A1 - Einzelzelle für eine Batterie und Batterie mit einer Mehrzahl von Einzelzellen - Google Patents

Einzelzelle für eine Batterie und Batterie mit einer Mehrzahl von Einzelzellen Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einzelzelle (1) für eine Batterie (2) mit einem innerhalb eines Zellengehäuses angeordneten Elektrodenstapel (1.4), welcher aus Elektrodenfolien (1.4.1, 1.4.2) gebildet ist, wobei Elektrodenfolien (1.4.1, 1.4.2) unterschiedlicher Polarität durch eine Separatorfolie (1.4.3) voneinander isolierend getrennt sind, wobei ein nach außerhalb des Elektrodenstapels (1.4) geführter Randbereich der jeweiligen Elektrodenfolie (1.4 und Stromableiterfahnen (S1, S2) gleicher Polarität elektrisch leitend miteinander zu einem Pol (P1, P2) verbunden sind. Erfindungsgemäß ist ein weiterer Randbereich der jeweiligen Elektrodenfolie (1.4.1, 1.4.2) an zumindest einem freien Ende des Elektrodenstapels (1.4) nach außerhalb des Elektrodenstapels (1.4) geführt und bildet eine Haltefahne (H1, H2), wobei Haltefahnen (H1, H2) gleicher Polarität kraft-, stoff- und/oder formschlüssig miteinander verbunden sind. Die Erfindung betrifft eine Batterie (2) mit einer Mehrzahl von elektrisch parallel und/oder seriell verschalteten Einzelzellen (1).

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Einzelzelle für eine Batterie mit einem innerhalb eines Zellengehäuses angeordneten Elektrodenstapel, welcher aus Elektrodenfolien gebildet ist, wobei Elektrodenfolien unterschiedlicher Polarität durch eine Separatorfolie voneinander isolierend getrennt sind, wobei ein nach außerhalb des Elektrodenstapels geführter Randbereich der jeweiligen Elektrodenfolie eine Stromableiterfahne bildet und Stromableiterfahnen gleicher Polarität elektrisch leitend miteinander zu einem Pol verbunden sind.
  • Die Erfindung betrifft weiterhin eine Batterie mit einer Mehrzahl von elektrisch parallel und/oder seriell verschalteten Einzelzellen.
  • Die DE 10 2007 063 181.4 beschreibt eine Einzelzelle für eine Batterie mit einem innerhalb eines Zellengehäuses angeordneten Elektrodenstapel sowie ein Verfahren zu deren Herstellung. Die einzelnen Elektroden, vorzugsweise Elektrodenfolien, sind mit Stromableiterfahnen elektrisch leitend verbunden, wobei zumindest Elektroden unterschiedlicher Polarität durch einen Separator, vorzugsweise eine Separatorfolie, voneinander isolierend getrennt sind. Stromableiterfahnen gleicher Polarität sind elektrisch leitend miteinander zu einem Pol verbunden. Die Stromableiterfahnen eines Pols sind elektrisch leitend miteinander verpresst und/oder verschweißt.
  • Auch die DE 10 2007 063 184.9 beschreibt eine Einzelzelle einer Batterie mit innerhalb eines Zellengehäuses angeordneten Elektroden, vorzugsweise Elektrodenfolien, wobei an jeder Elektrode eine Stromableiterfahne elektrisch leitend angeordnet ist, wobei zumindest Elektroden ungleicher Polarität durch einen Separator, vorzugsweise eine Separatorfolie, voneinander isolierend getrennt sind, wobei die Stromableiterfahne elektrisch leitend mit einem Pol verbunden ist. Ein jeder Pol ist mit einem elektrisch leitenden Bereich einer Außenseite des Zellengehäuses elektrisch leitend verbunden. Die betreffenden beiden Bereiche unterschiedlicher Polarität sind elektrisch voneinander isoliert und an den betreffenden Bereichen sind Polfahnen angeordnet, die freistehend von dem Zellengehäuse abragen.
  • Ferner offenbart die DE 10 2007 063 179.2 eine Batterie mit einer von einem Kühlmedium durchströmten Wärmeleitplatte zum Temperieren der Batterie, wobei die Batterie mehrere parallel und/oder seriell miteinander verschaltete Einzelzellen aufweist, die jeweils zumindest bereichsweise von einem Zellengehäuse umgeben und Wärme leitend mit der Wärmeleitplatte verbunden sind. Dabei weist zumindest eine der Gehäuseseitenwände des Zellengehäuses abschnittsweise ein über die Länge der jeweiligen Einzelzelle hinausgehendes Seitenwandelement auf, das gegenüber der Gehäuseseitenwand in Richtung zum Zelleninneren abgewinkelt ist und zumindest einen Abschnitt einer quer zur Gehäuseseitenwand angeordneten Gehäusewand bildet.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Einzelzelle für eine Batterie und eine Batterie mit einer Mehrzahl von elektrisch parallel und/oder seriell verschalteten Einzelzellen anzugeben, welche sich durch eine erhöhte Sicherheit bei äußerer mechanischer Einwirkung und elektrischer Überlastung auszeichnen.
  • Hinsichtlich der Einzelzelle wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale und hinsichtlich der Batterie durch die im Anspruch 12 angegebenen Merkmale gelöst.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Die Einzelzelle für eine Batterie umfasst einen innerhalb eines Zellengehäuses angeordneten Elektrodenstapel, welcher aus Elektrodenfolien gebildet ist, wobei Elektrodenfolien unterschiedlicher Polarität durch eine Separatorfolie voneinander isolierend getrennt sind, wobei ein nach außerhalb des Elektrodenstapels geführter Randbereich der jeweiligen Elektrodenfolie eine Stromableiterfahne bildet und Stromableiterfahnen gleicher Polarität elektrisch leitend miteinander zu einem Pol verbunden sind.
  • Erfindungsgemäß ist ein weiterer Randbereich der jeweiligen Elektrodenfolie an zumindest einem freien Ende des Elektrodenstapels nach außerhalb des Elektrodenstapels geführt und bildet eine Haltefahne, wobei Haltefahnen gleicher Polarität kraft-, stoff- und/oder formschlüssig miteinander verbunden sind. Daraus resultiert in besonders vorteilhafter Weise, dass eine Fixierung der Separatorfolie, insbesondere bei äußerer mechanischer Einwirkung auf die Einzelzellen und bei Schwingungen, sichergestellt ist und somit eine Lageänderung, d. h. ein Herausrutschen der Separatorfolie aus dem Elektrodenstapel vermeidbar ist. Somit werden elektrische Kurzschlüsse zwischen den Elektrodenfolien unterschiedlicher Polarität und daraus folgend eine Beschädigung oder eine Zerstörung der Einzellzellen verhindert. Auch bei einer elektrischen Überlastung der Einzelzellen, wie z. B. bei einer Überladung, bei der aufgrund eines ansteigenden Innendrucks eine Volumenänderung der Einzelzelle, welche auch als ”Aufblähen” bekannt ist, stattfindet, ist eine Lageänderung der Separatorfolie vermeidbar.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung der Einzelzelle sind die Haltefahnen kraft-, stoff- und/oder formschlüssig mit einem Halteelement und/oder mit dem Zellengehäuse verbunden, woraus eine weitere Verbesserung der Fixierung sowohl der Separatorfolien als auch der Elektrodenfolien und eine schwingungssichere Anordnung des Elektrodenstapels in dem Zellengehäuse resultieren.
  • Gemäß einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung sind die Haltefahnen gleicher Polarität an einer den Stromableiterfahnen der gleichen Polarität gegenüberliegenden Seite des Elektrodenstapels angeordnet. Alternativ sind die Haltefahnen gleicher Polarität an einer den Stromableiterfahnen der entgegengesetzten Polarität gegenüberliegenden Seite des Elektrodenstapels angeordnet, wobei die Haltefahnen und/oder Stromableiterfahnen gleicher und/oder entgegengesetzter Polarität dabei vorzugsweise im rechten Winkel an unmittelbar benachbarten Seiten des Elektrodenstapels angeordnet sind. Aus diesen Anordnungen ergibt sich in besonders vorteilhafter Weise eine weitere Erhöhung der Sicherheit der Fixierung der Elektrodenfolien und der Separatorfolien innerhalb des Elektrodenstapels.
  • Weiterhin sind die Stromableiterfahnen einer Polarität vorzugsweise elektrisch leitend miteinander verpresst und/oder verschweißt, so dass ein elektrischer Übergangswiderstand zwischen den Elektrodenfolien gleicher Polarität minimiert ist.
  • Insbesondere weist das Zellengehäuse zwei elektrisch leitende Gehäuseseitenwände und einen dazwischen angeordneten, randseitig umlaufenden sowie elektrisch isolierenden Rahmen auf, wobei die Stromableiterfahnen jeweils einer Polarität vorzugsweise elektrisch leitend mit einer Gehäuseseitenwand verbunden sind. Durch die Anordnung des Elektrodenstapels in dem randseitig umlaufenden, insbesondere elektrisch isolierenden Rahmen, kann in vorteilhafter Weise eine zusätzliche isolierende Anordnung eingespart werden. Weiterhin ist die Handhabbarkeit der Einzelzelle erleichtert bzw. sicherer gestaltet.
  • Gemäß einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Einzelzelle sind die Haltefahnen jeweils einer Polarität elektrisch leitend miteinander und/oder mit dem Halteelement und/oder mit dem Zellengehäuse verpresst und/oder verschweißt. Dabei sind auch Haltefahnen vorzugsweise elektrisch leitend mit der Gehäuseseitenwand verbunden, mit welcher die Stromableiterfahnen der gleichen Polarität verbunden sind. Daraus resultiert der Vorteil, dass eine stromtragfähige Fläche der Elektrodenfolien im Übergangsbereich zwischen der jeweiligen Gehäuseseitewand und den Stromableiterfahnen bzw. Haltefahnen vergrößert ist, so dass sich ein pro Fläche der Elektrodenfolie fließender elektrischer Strom reduziert. Somit kann eine Dicke der Elektrodenfolien verringert werden, woraus zum einen eine Gewichtreduzierung und zum anderen eine Volumenreduzierung der Einzelzelle resultiert. Auch resultieren hieraus Kosteneinsparungen.
  • Ferner weist zumindest eine der Gehäuseseitenwände ein zumindest abschnittsweise über die Länge der Einzelzelle hinausgehendes Seitenwandelement auf, das gegenüber der jeweiligen Gehäuseseitenwand in Richtung zum Zelleninneren abgewinkelt ist, so dass eine Erhöhung der Wärmeabgabe der Einzelzelle, insbesondere an eine Wärmeleitplatte, erzielbar ist.
  • Die erfindungsgemäße Batterie, welche gemäß einer Weiterbildung eine Lithium-Ionen-Batterie für ein Fahrzeug, insbesondere eine Batterie für ein Fahrzeug mit Hybridantrieb oder ein Brennstoffzellen-Fahrzeug ist, umfasst eine Mehrzahl von elektrisch parallel und/oder seriell verschalteten Einzelzellen. Aufgrund der sicheren Fixierung der Separatorfolie im Elektrodenstapel und des Elektrodenstapels innerhalb der jeweiligen Einzelzelle sind auch bei Unfällen des Fahrzeugs, bei Schwingungen während eines Fahrbetriebs und bei Fehlfunktionen einer Ladevorrichtung oder einer elektrischen Last und einer daraus folgenden elektrischen Überlastung der Einzelzellen Kurzschlüsse derselben vermeidbar. Somit erhöhen sich eine Zuverlässigkeit der Batterie, daraus folgend des Fahrzeugs und eine Sicherheit von Insassen des Fahrzeugs.
  • Vorzugsweise ist gemäß einer Ausgestaltung der Batterie eine Wärmeleitplatte an einer den Seitenwandelementen zugewandten Seite Wärme leitend mit einem aus den Einzelzellen gebildeten Zellverbund gekoppelt, so dass eine effektive Wärmeabfuhr und daraus folgend eine effektive Kühlung der Batterie realisierbar sind.
  • In zweckmäßiger Weise ist zwischen der Wärmeleitplatte und dem Zellverbund ein Wärmeleitkörper, eine Wärmeleitfolie und/oder eine wärmeleitfähige Vergussmasse eingebracht. Dadurch wird einerseits eine passgenaue Anbindung des aus den Einzelzellen gebildeten Zellverbunds an die Wärmeleitplatte und somit eine hohe Wärmeübertragung zwischen dem Zellverbund und der Wärmeleitplatte erzielt. Andererseits ist bei einer elektrisch isolierenden Ausführung des Wärmeleitkörpers, der Wärmeleitfolie und/oder der wärmeleitfähigen Vergussmasse in einfacher Weise eine elektrische Isolation zwischen den Einzelzellen und der Wärmeleitplatte erzeugbar.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
  • Dabei zeigen:
  • 1 schematisch eine Einzelzelle in einer perspektivischen Ansicht,
  • 2 schematisch die Einzelzelle gemäß 1 in einer Explosionsdarstellung,
  • 3 schematisch die Einzelzelle gemäß 1 in einer Frontansicht,
  • 4 schematisch die Einzelzelle gemäß 3 in einer ersten Schnittdarstellung,
  • 5 schematisch die Einzelzelle gemäß 3 in einer zweiten Schnittdarstellung,
  • 6 schematisch Detaildarstellungen der Einzelzelle im Bereich einer elektrischen Kontaktierung eines Elektrodenstapels mit einer Gehäuseseitenwand gemäß 4,
  • 7 schematisch eine Detaildarstellung der Einzelzelle gemäß 4,
  • 8 schematisch eine perspektivische Ansicht eines Elektrodenstapels,
  • 9 schematisch eine Detaildarstellung des Elektrodenstapels gemäß 8, und
  • 10 schematisch eine Batterie mit einer Mehrzahl von Einzelzellen.
  • Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
  • In den 1 und 2 ist eine Einzelzelle 1 in verschiedenen Ansichten dargestellt. Die Einzelzelle 1 ist als so genannte Rahmenflachzelle ausgebildet, deren Zellengehäuse aus zwei elektrisch leitfähigen Gehäuseseitenwänden 1.1 und 1.2 und einem zwischen diesen angeordneten, randseitig umlaufenden sowie elektrisch isolierenden Rahmen 1.3, z. B. einem Kunststoffrahmen, gebildet ist.
  • Im Inneren des Zellengehäuses ist ein elektrochemisch aktiver Elektrodenstapel 1.4 angeordnet, dessen Elektroden gleicher Polarität elektrisch leitend miteinander zu jeweils einem Pol P1, P2 verbunden sind.
  • Dabei sind die Elektroden des Elektrodenstapels 1.4 aus in den 4 bis 7 näher dargestellten Elektrodenfolien 1.4.1, 1.4.2 gebildet, wobei zwischen den Elektrodenfolien 1.4.1, 1.4.2 unterschiedlicher Polarität eine ebenfalls in den 4 bis 7 näher dargestellte Separatorfolie 1.4.3 angeordnet ist.
  • Die Elektrodenfolien 1.4.1 der Anode sind insbesondere aus Aluminium und die Elektrodenfolien 1.4.2 der Kathode vorzugsweise aus Kupfer gebildet. Die Elektrodenfolien 1.4.1, 1.4.2 sind weiterhin vorzugsweise jeweils mit einem elektrochemisch aktiven Anodenmaterial bzw. Kathodenmaterial beschichtet. Da es sich bei der Einzelzelle 1 insbesondere um eine Lithium-Ionen-Einzelzelle handelt, sind mögliche Anodenmaterialien beispielsweise Graphit, nanokristallines, amorphes Silizium oder Lithium-Titanat. Als Kathodenmaterialien sind u. a. Lithium-Cobalt-Oxid, Lithium-Nickel-Oxid oder Lithium-Eisen-Phosphat verwendbar.
  • Ein nach außerhalb des Elektrodenstapels 1.4 geführter Randbereich der jeweiligen Elektrodenfolien 1.4.1, 1.4.2, welcher nicht mit dem Anoden- bzw. Kathodenmaterial beschichtet ist, bildet jeweils eine Stromableiterfahne S1, S2, wobei Stromableiterfahnen S1, S2 einer Polarität elektrisch leitend miteinander zu einem Pol P1 bzw. P2 verbunden sind. Zu dieser elektrisch leitenden Verbindung sind die Stromableiterfahnen S1, S2 gleicher Polarität miteinander verpresst und/oder verschweißt. Durch die Verwendung des nach außerhalb des Elektrodenstapels 1.4 geführten Randbereichs der jeweiligen Elektrodenfolie 1.4.1, 1.4.2 als Stromableiterfahne S1, S2 entfällt eine zusätzliche aufwändige Kontaktierung von Elektrodenfolie 1.4.1, 1.4.2 und Stromableiterfahne S1, S2. Gleichzeitig ist diese Art der Kontaktierung sehr sicher gegen zumindest viele, insbesondere äußere Einflüsse wie Stöße oder Vibrationen.
  • Die aus den Stromableiterfahnen S1, S2 gebildeten Pole P1 und P2 des Elektrodenstapels 1.4 sind jeweils elektrisch mit einer Gehäuseseitenwand 1.1 bzw. 1.2 verbunden. Die Gehäuseseitenwände 1.1, 1.2 sind dabei elektrisch leitfähig und aus einem Metall gebildet.
  • Zur Bildung einer in 10 näher dargestellten Batterie 2 aus mehreren elektrisch seriell verschalteten Einzelzellen 1 werden die Einzelzellen 1 nebeneinander angeordnet, wobei eine elektrische Verbindung zwischen den Einzelzellen 1 über die Gehäuseseitenwände 1.1, 1.2 direkt benachbarter Einzelzellen 1 erfolgt. Um eine beim Betrieb der Einzelzellen 1 entstehende Verlustwärme effektiv abzuführen, umfasst die Batterie 2 zusätzlich eine Wärmeleitplatte 3.
  • Zur Erhöhung eines Wärmeübergangs zwischen den Einzelzellen 1 und der Wärmeleitplatte 3 weisen die Gehäuseseitenwände 1.1, 1.2 jeweils ein abschnittsweise über die Länge der Einzelzelle 1 hinausgehendes Seitenwandelement 1.1.1, 1.2.1 auf, das gegenüber der jeweiligen Gehäuseseitenwand 1.1, 1.2 in Richtung zum Zelleninneren abgewinkelt ist.
  • Um eine Lageänderung der Separatorfolien 1.4.3 zwischen den Elektrodenfolien 1.4.1, 1.4.2 und somit Kurzschlüsse zwischen den Elektrodenfolien 1.4.1, 1.4.2 zu vermeiden, bildet an den verbleibenden freien Enden des Elektrodenstapels 1.4 jeweils ein nach außerhalb des Elektrodenstapels 1.4 geführter weiterer Randbereich der jeweiligen Elektrodenfolie 1.4.1, 1.4.2 gleicher Polarität jeweils eine Haltefahne H1, H2, wobei die Haltefahnen H1, H2 gleicher Polarität kraft-, stoff- und/oder formschlüssig miteinander verbunden sind. Dabei sind die Haltefahnen H1, H2 insbesondere miteinander verpresst und/oder verschweißt.
  • Um eine gleichmäßige Verteilung von auf den Elektrodenstapel 1.4 wirkenden Kräften, welche beispielsweise aus mechanischen Einwirkungen auf die Einzelzelle 1, Schwingungen oder elektrischer Überlastung der Einzelzelle 1 resultieren, zu erzielen, sind die Haltefahnen H1, H2 gleicher Polarität an einer den Stromableiterfahnen S1, S2 der gleichen Polarität gegenüberliegenden Seite des Elektrodenstapels 1 angeordnet. Mit anderen Worten: Die Elektrodenfolien 1.4.1, 1.4.2 jeweils einer Polarität sind an sich gegenüberliegenden Seiten des Elektrodenstapels 1.4 aus diesem herausgeführt, wobei auf einer Seite Stromableiterfahnen S1 bzw. S2 und auf der anderen Seite die Halteelemente H1 bzw. H2 gebildet werden.
  • Alternativ sind die Haltefahnen H1, H2 gleicher Polarität in nicht näher dargestellter Weise an einer den Stromableiterfahnen S2, S1 der entgegengesetzten Polarität gegenüberliegenden Seite des Elektrodenstapels 1.4 angeordnet, so dass die Haltefahnen H1, H2 gleicher Polarität im rechten Winkel an unmittelbar benachbarten Seiten des Elektrodenstapels 1.4 angeordnet sind.
  • 3 stellt die Einzelzelle 1 in einer Frontansicht auf die Gehäuseseitenwand 1.1 dar.
  • Die 4 zeigt eine Darstellung eines Schnitts der Einzelzelle 1 entlang einer Schnittlinie IV-IV gemäß 3. Zum Verschließen der Einzelzelle 1 wird der Rahmen 2.3 an den Gehäuseseitenwänden 2.1, 2.2 zugewandten Flächen zumindest oberflächig angeschmolzen und die Gehäuseseitenwände 2.1, 2.2 werden anschließend unter Druck an den Rahmen 2.3 gefügt. Zu diesem Zweck ist der Rahmen 2.3 vorzugsweise aus einem thermoplastischen Material gebildet.
  • Zur Erzeugung der elektrischen Verbindung zwischen dem ersten Pol P1 des Elektrodenstapels 1.4 und der Gehäuseseitenwand 1.1 sind die Stromableiterfahnen S1 elektrisch mit der Gehäuseseitenwand 1.1 verbunden, insbesondere verschweißt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel der Einzelzelle 1 sind auch die den Stromableiterfahnen S1 gegenüberliegend angeordneten Haltefahnen H1 der gleichen Polarität elektrisch miteinander verbunden, insbesondere verpresst und/oder verschweißt, und mit der Gehäuseseitenwand 1.1 elektrisch verbunden, vorzugsweise verschweißt.
  • Somit ist neben der sicheren Befestigung des Elektrodenstapels 1.3 innerhalb des Zellengehäuses an der Gehäuseseitenwand 1.1 ein Querschnitt einer stromtragfähigen Fläche der Elektrodenfolien 1.4.1 im Übergangsbereich zwischen der Gehäuseseitewand 1.1 und den Stromableiterfahnen S1 bzw. Haltefahnen H1 vergrößert. Daraus folgt, dass ein pro Fläche der Elektrodenfolie 1.4.1 fließender elektrischer Strom reduziert ist, so dass eine Dicke der Elektrodenfolien 1.4.1 verringerbar, bei Halbierung des Stroms pro Fläche insbesondere halbierbar ist.
  • Die 5 zeigt eine Darstellung eines Schnitts der Einzelzelle 1 entlang einer Schnittlinie V-V gemäß 3.
  • Zur Erzeugung der elektrischen Verbindung zwischen dem zweiten Pol P2 des Elektrodenstapels 1.4 und der Gehäuseseitenwand 1.2 sind die Stromableiterfahnen S2 elektrisch mit der Gehäuseseitenwand 1.2 verschweißt. Auch sind wiederum die den Stromableiterfahnen S1 gegenüberliegend angeordneten Haltefahnen H2 der gleichen Polarität elektrisch miteinander verbunden, insbesondere verpresst und/oder verschweißt, und mit der Gehäuseseitenwand 1.2 elektrisch verschweißt.
  • Daraus resultiert neben der sicheren Befestigung des Elektrodenstapels 1.4 in dem Zellengehäuse, dass auch die Dicke der Elektrodenfolien 1.4.2 verringerbar ist.
  • Alternativ zu der in den 4 und 5 dargestellten direkten elektrischen Kopplung der Haltefahnen H1, H2 mit der jeweiligen Gehäuseseitenwand 1.1, 1.2 können die Haltefahnen H1, H2 beispielsweise anhand eines nicht näher dargestellten Halteelements, insbesondere einer so genannten Plattierung, elektrisch leitend an der Gehäuseseitenwand 1.1, 1.2 befestigt sein.
  • Auch ist alternativ eine Befestigung der Haltefahnen H1, H2 ohne elektrische Kopplung an Teilen des Zellengehäuses, beispielsweise am Rahmen 1.3, möglich.
  • In 6 ist die elektrische Kontaktierung der Haltefahnen H1 mit der Gehäuseseitenwand 1.1 auf einer Seite des Elektrodenstapels 1.4 und der Stromableiterfahnen S1 und der Gehäuseseitenwand 1.1 auf der gegenüberliegenden Seite des Elektrodenstapels 1.4 detailliert dargestellt.
  • Zu einer Verdeutlichung der Anordnung der Elektrodenfolien 1.4.1, 1.4.2, der Separatorfolie 1.4.3 und dem Hinausführen der Elektrodenfolien 1.4.1 zur Bildung der Haltefahnen H1 zeigt 7 eine vergrößerte Detaildarstellung im Bereich der Haltefahnen H1.
  • Dabei sind abwechselnd die Elektrodenfolien 1.4.1, die Separatorfolie 1.4.3 und Elektrodenfolie 1.4.2 übereinander gestapelt. Der dargestellte, über den Randbereich des Elektrodenstapels 1.4 hinausgeführte Bereich der Elektrodenfolie 1.4.1 bildet die Haltefahnen H1 und ist elektrisch mit der Gehäuseseitenwand 1.1 verbunden. Um elektrische Kurzschlüsse zwischen den Elektrodenfolien 1.4.1, 1.4.2 zu vermeiden, sind die Elektrodenfolien 1.4.2 nach rechts neben das Ende der Separatorfolie 1.4.3 versetzt.
  • Die 8 und 9 zeigen den Elektrodenstapel 1.4 mit den Haltefahnen H1, H2 und den Stromableiterfahnen S1, S2 in verschieden Ansichten, wobei die Stromableiterfahnen S1, S2 und die Haltefahnen H1, H2 gleicher Polarität auf sich gegenüber liegenden Seiten des Elektrodenstapels 1.4 aus diesem herausgeführt bzw. ausgebildet sind.
  • 10 zeigt eine Batterie 2 mit einer Mehrzahl von planparallel hintereinander angeordneten und elektrisch seriell verschalteten Einzelzellen 1, welche einen Zellverbund Z der Batterie 2 bilden. Die Batterie 2 ist insbesondere als Lithium-Ionen-Batterie für ein Fahrzeug, insbesondere als Batterie 2 für ein Fahrzeug mit Hybridantrieb oder ein Brennstoffzellen-Fahrzeug ausgebildet.
  • An einer Unterseite des Zellverbunds Z der Einzelzellen 1, zu welcher die Seitenwandelemente 1.1.1, 1.2.1 der Gehäuseseitenwände 1.1, 1.2 gerichtet sind, ist die Wärmeleitplatte 3 zum Temperieren der Einzelzellen 2 angeordnet. Die Wärmeleitplatte 3 weist in ihrem Inneren einen nicht dargestellten Kühlkanal, der von einem Kühlmedium durchströmbar ist, sowie zwei Kühlmittelanschlüsse 3.1, 3.2 zum Zu- und Abführen des Kühlmediums auf. Über die Kühlmittelanschlüsse 3.1, 3.2 ist die Wärmeleitplatte 3 an einen nicht dargestellten Kühlmittelkreislauf anschließbar, über den von dem Kühlmedium aufgenommene Abwärme aus der Batterie 2 abführbar ist. Bei dem Kühlmittelkreislauf kann es sich beispielsweise um einen Kältemittelkreislauf einer Fahrzeugklimaanlage handeln.
  • Zwischen der Wärmeleitplatte 3 und den Bodenflächen der Einzelzellen 1, d. h. zwischen den Seitenwandelementen 1.1.1, 1.2.1 und der Wärmeleitplatte 3, ist eine Wärmeleitfolie 4 aus elektrisch isolierendem Material angeordnet, die die Wärmeleitplatte 3 von den Einzelzellen 1 elektrisch isoliert und eine Wärmeübertragung zwischen den Einzelzellen 1 und der Wärmeleitplatte 3 optimiert.
  • Auf einer Oberseite der Einzelzellen 1 ist eine Andruckplatte 5 angeordnet. An einem vorderen Ende des Zellenverbunds Z ist weiterhin eine vordere Polplatte 6 angeordnet, und an einem hinteren Ende des Zellenverbundes eine hintere Polplatte 7. Die Polplatten 6, 7 bilden jeweils einen Hochvoltkontakt der Batterie 2 und weisen jeweils eine über die Andruckplatte 5 hinaus ragende fahnenartige Verlängerung 6.1, 7.1 auf, welche jeweils zur Kopplung der Batterie 2 mit nicht näher dargestellten elektrischen Verbrauchern und/oder einem Bordnetz des Fahrzeugs vorgesehen sind.
  • Die Andruckplatte 5, die Einzelzellen 2 und die Wärmeleitplatte 3 sind durch zwei als Spannbänder ausgebildete Spannelemente 8 aneinander gepresst, die jeweils um die Andruckplatte 5, die Polplatten 6, 7 und die Wärmeleitplatte 3 herum geführt sind.
  • Die von den Spannelementen 8 berührten Oberflächen der Andruckplatte 5, der Polplatten 6, 7 und der Wärmeleitplatte 3 weisen jeweils Führungen für die Spannelemente 8 auf. Dadurch wird vorteilhaft die Gefahr eines Abrutschens eines Spannelementes 8 reduziert.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Einzelzelle
    1.1
    Gehäuseseitenwand
    1.1.1
    Seitenwandelement
    1.2
    Gehäuseseitenwand
    1.2.1
    Seitenwandelement
    1.3
    Rahmen
    1.4
    Elektrodenstapel
    1.4.1
    Elektrodenfolie
    1.4.2
    Elektrodenfolie
    1.4.3
    Separatorfolie
    2
    Batterie
    3
    Wärmeleitplatte
    3.1
    Kühlmittelanschluss
    3.2
    Kühlmittelanschluss
    4
    Wärmeleitfolie
    5
    Andruckplatte
    6
    Polplatte
    6.1
    Verlängerung
    7
    Polplatte
    7.1
    Verlängerung
    8
    Spannelement
    H1, H2
    Haltefahne
    P1, P2
    Pol
    S1, S2
    Stromableiterfahne
    Z
    Zellverbund
  • 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
    • DE 102007063181 [0003]
    • DE 102007063184 [0004]
    • DE 102007063179 [0005]

Claims (15)

  1. Einzelzelle (1) für eine Batterie (2) mit einem innerhalb eines Zellengehäuses angeordneten Elektrodenstapel (1.4), welcher aus Elektrodenfolien (1.4.1, 1.4.2) gebildet ist, wobei Elektrodenfolien (1.4.1, 1.4.2) unterschiedlicher Polarität durch eine Separatorfolie (1.4.3) voneinander isolierend getrennt sind, wobei ein nach außerhalb des Elektrodenstapels (1.4) geführter Randbereich der jeweiligen Elektrodenfolie (1.4.1, 1.4.2) eine Stromableiterfahne (S1, S2) bildet und Stromableiterfahnen (S1, S2) gleicher Polarität elektrisch leitend miteinander zu einem Pol (P1, P2) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiterer Randbereich der jeweiligen Elektrodenfolie (1.4.1, 1.4.2) an zumindest einem freien Ende des Elektrodenstapels (1.4) nach außerhalb des Elektrodenstapels (1.4) geführt ist und eine Haltefahne (H1, H2) bildet, wobei Haltefahnen (H1, H2) gleicher Polarität kraft-, stoff- und/oder formschlüssig miteinander verbunden sind.
  2. Einzelzelle (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltefahnen (H1, H2) kraft-, stoff- und/oder formschlüssig mit einem Halteelement und/oder mit dem Zellengehäuse verbunden sind.
  3. Einzelzelle (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltefahnen (H1, H2) gleicher Polarität an einer den Stromableiterfahnen (S1, S2) der gleichen Polarität gegenüberliegenden Seite des Elektrodenstapels (1.4) angeordnet sind.
  4. Einzelzelle (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltefahnen (H1, H2) gleicher Polarität an einer den Stromableiterfahnen (S2, S1) der entgegengesetzten Polarität gegenüberliegenden Seite des Elektrodenstapels (1.4) angeordnet sind.
  5. Einzelzelle (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltefahnen (H1, H2) und/oder Stromableiterfahnen (S1, S2) gleicher und/oder entgegengesetzter Polarität im rechten Winkel an unmittelbar benachbarten Seiten des Elektrodenstapels (1.4) angeordnet sind.
  6. Einzelzelle (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromableiterfahnen (S1, S2) gleicher Polarität elektrisch leitend miteinander verpresst und/oder verschweißt sind.
  7. Einzelzelle (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltefahnen (H1, H2) gleicher Polarität elektrisch leitend miteinander und/oder mit dem Halteelement und/oder mit dem Zellengehäuse verpresst und/oder verschweißt sind.
  8. Einzelzelle (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zellengehäuse zwei elektrisch leitende Gehäuseseitenwände (1.1, 1.2) und einen dazwischen angeordneten, randseitig umlaufenden sowie elektrisch isolierenden Rahmen (1.3) aufweist.
  9. Einzelzelle (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromableiterfahnen (S1, S2) jeweils einer Polarität elektrisch leitend mit einer Gehäuseseitenwand (1.1, 1.2) verbunden sind.
  10. Einzelzelle (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltefahnen (H1, H2) jeweils einer Polarität elektrisch leitend mit der Gehäuseseitenwand (1.4.1, 1.4.2) verbunden sind, mit welcher die Stromableiterfahnen (S1, S2) der gleichen Polarität verbunden sind.
  11. Einzelzelle (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Gehäuseseitenwände (1.4.1, 1.4.2) ein zumindest abschnittsweise über die Länge der Einzelzelle (1) hinausgehendes Seitenwandelement (1.1.1, 1.2.1) aufweist, das gegenüber der jeweiligen Gehäuseseitenwand (1.4.1, 1.4.2) in Richtung zum Zelleninneren abgewinkelt ist.
  12. Batterie (2) mit einer Mehrzahl von elektrisch parallel und/oder seriell verschalteten Einzelzellen (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11.
  13. Batterie (2) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wärmeleitplatte (3) an einer den Seitenwandelementen (1.1.1, 1.2.1) zugewandten Seite Wärme leitend mit einem aus den Einzelzellen (1) gebildeten Zellverbund (Z) gekoppelt ist.
  14. Batterie (2) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Wärmeleitplatte (3) und dem Zellverbund (Z) ein Wärmeleitkörper, eine Wärmeleitfolie (4) und/oder eine wärmeleitfähige Vergussmasse eingebracht ist.
  15. Batterie (2) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie (2) eine Lithium-Ionen-Batterie für ein Fahrzeug, insbesondere eine Batterie (2) für ein Fahrzeug mit Hybridantrieb oder ein Brennstoffzellen-Fahrzeug ist.
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