DE102010043710A1 - Battery cell, method for producing a battery cell and use of a battery cell - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Batteriezelle (10a), umfassend eine elektrochemische Flachzelle (12a) mit randseitig davon abstehenden Anschlussfahnen (14a, 16a) und eine die Flachzelle (12a) umschließende Ummantelung (18a) aus Folienmaterial, wobei die Anschlussfahnen (14a, 16a) jeweils die Ummantelung (18a) durchsetzend aus der Ummantelung (18a) herausragen. Um eine Überwachung von Betriebsparametern der Batteriezelle (10a) bzw. einer aus derartigen Batteriezellen gebildeten elektrischen Batterie zu vereinfachen, ist in der Ummantelung (18a) ferner eine Überwachungselektronik (20a) angeordnet und elektrisch mit den Anschlussfahnen (14a, 16a) der Flachzelle (12a) verbunden. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Batteriezelle (10a) und deren Verwendung, z. B. als Komponente einer elektrischen Batterie eines Elektro- oder Hybridfahrzeuges.The invention relates to a battery cell (10a) comprising an electrochemical flat cell (12a) with terminal lugs (14a, 16a) protruding therefrom at the edge and a casing (18a) made of film material surrounding the flat cell (12a), the terminal lugs (14a, 16a) each protruding through the casing (18a) from the casing (18a). In order to simplify the monitoring of operating parameters of the battery cell (10a) or an electric battery formed from such battery cells, monitoring electronics (20a) are also arranged in the casing (18a) and electrically connected to the terminal lugs (14a, 16a) of the flat cell (12a) ) connected. The invention also relates to a method for producing a battery cell (10a) and its use, e.g. B. as a component of an electric battery of an electric or hybrid vehicle.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft den Bereich der elektrischen Energiespeicherung, insbesondere im Hinblick auf die Herstellung einer elektrischen Batterie für ein Elektrofahrzeug oder Hybridfahrzeug (einschließlich ”Plug-In-Hybrid”), und geht aus von einer Batteriezelle (z. B. Nickel-Metallhydrid-, Nickel-Cadmium-, Nickel-Zink- oder Lithium-Ionen-Zelle) nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie einem Verfahren zur Herstellung einer Batteriezelle nach dem Oberbegriff des Anspruchs 8.The present invention relates to the field of electrical energy storage, in particular with regard to the production of an electric battery for an electric vehicle or hybrid vehicle (including "plug-in hybrid"), and is based on a battery cell (eg nickel metal hydride). , Nickel-cadmium, nickel-zinc or lithium-ion cell) according to the preamble of claim 1 and a method for producing a battery cell according to the preamble of claim 8.

Eine derartige Batteriezelle ist aus dem Stand der Technik z. B. als ”Softpack-Zelle” bekannt und umfasst eine elektrochemische Flachzelle mit randseitig davon abstehenden Anschlussfahnen und eine die Flachzelle umschließende Ummantelung aus Folienmaterial, wobei die Anschlussfahnen jeweils die Ummantelung durchsetzend aus der Ummantelung herausragen.Such a battery cell is known from the prior art z. B. known as a "soft pack cell" and comprises an electrochemical flat cell with edge projecting terminal lugs and a flat cell enclosing sheath of foil material, wherein the terminal lugs each protrude through the sheath out of the sheath.

Der Begriff ”Flachzelle” soll im Rahmen der Erfindung jeden Energiespeicher eines flächig ausgedehnten Formats bezeichnen, der zur Herstellung einer elektrischen Batterie durch elektrische Verschaltung einer Mehrzahl von daraus gebildeten ”Batteriezellen” geeignet ist. Dabei ist nicht ausgeschlossen, dass eine Flachzelle einen inneren Aufbau besitzt, der sich wiederum als eine Verschaltung mehrerer ”Einzelzellen” darstellt. Ein auf internen betrieblichen Entwicklungen der, Anmelderin beruhendes Konzept zur Herstellung einer Batteriezelle besteht beispielsweise darin, aus zwei bis vier (parallel geschalteten) Einzelzellen eine Flachzelle auszubilden und durch deren Ummantelung aus Folienmaterial die Batteriezelle herzustellen.The term "flat cell" is intended in the context of the invention to designate any energy store of a flatly extended format which is suitable for producing an electric battery by electrical connection of a plurality of "battery cells" formed therefrom. It is not excluded that a flat cell has an internal structure, which in turn represents as an interconnection of several "single cells". A concept for the production of a battery cell based on internal operational developments of the applicant is, for example, to form a flat cell from two to four (parallel-connected) individual cells and to produce the battery cell through their sheathing of foil material.

Zur Erzielung einer gewünschten Betriebsspannung einer elektrischen Batterie müssen in der Regel eine Vielzahl von Batteriezellen in elektrischer Reihenschaltung miteinander verbunden werden. Zur Erhöhung der Batteriekapazität werden die Batteriezellen oftmals auch parallel geschaltet, so dass aus einem Einzelzellentyp eine Batterie mit dem Mehrfachen der Kapazität der Einzelzelle durch Parallelschaltung und eine gewünschte Batteriespannung (z. B. Nennspannung oder Maximalspannung) durch Reihenschaltung dieser parallel geschalteten Einzelzellen erreicht werden kann.To achieve a desired operating voltage of an electric battery usually a plurality of battery cells must be connected in electrical series connection with each other. To increase the battery capacity, the battery cells are often also connected in parallel, so that from a single cell type a battery with multiple of the capacity of the single cell by parallel connection and a desired battery voltage (eg rated voltage or maximum voltage) can be achieved by series connection of these parallel-connected single cells ,

Insbesondere für Anwendungen von elektrischen Energiespeichern im Automobilbereich, als Antriebsenergiequelle eines Elektro- oder Hybridfahrzeuges, ergibt eine optimale Systemauslegung eine maximale Batteriespannung, die typischerweise im Bereich von einigen 100 V liegt, und einen Maximalstrom, der typischerweise im Bereich von etwa 50 bis 300 A, bei einem kurzzeitigen Pulsen jedoch auch darüber, und für Extremanwendungen bzw. für sehr kurze Zeiten auch etwa 1000 A erreichen kann.In particular, for automotive electrical energy storage applications, as a propulsion power source of an electric or hybrid vehicle, optimum system design will yield a maximum battery voltage typically in the range of a few 100V and a maximum current typically in the range of about 50 to 300A. in a short-term pulses but also about it, and for extreme applications or for very short times can also reach about 1000 A.

Je nach verwendetem Batteriezellentyp ist eine mehr oder weniger strenge Überwachung von Betriebsparametern wie z. B. Zellenspannung und Zellenstrom (Lade- bzw. Entladestrom) und Zellen- bzw. Batterietemperatur erforderlich. Dies sei am Beispiel einer Lithium-Ionen-Zelle näher erläutert. Falls bei einer Lithium-Ionen-Zelle Betriebsparameter deren zulässigen Bereich verlassen, so kann die Zelle überhitzen und dabei in einen thermisch instabilen Zustand führen, bei welchem die aktiven Materialien beim Zerfall zusätzlich Energie freisetzen und es so zum thermischen Durchgehen (”thermal runaway”) kommen kann. Dabei erzeugt die Zelle bzw. die aus mehreren solchen Zellen gebildete Batterie durch den exothermen Prozess immer mehr Energie, die an die Umgebung abgegeben wird. Bei einer starken Überhitzung können sich brennbare organische Elektrolyte hierbei entzünden. Auch ein Zerfall des Elektrolyten und eine Gasbildung sind möglich, so dass die Zelle sich aufbläht. Je nach Aufbau der aktiven Reaktionspartner ist eine Batterie auf Lithium-Ionen-Basis daher mehr oder weniger empfindlich gegenüber einer Überhitzung.Depending on the type of battery cell used is a more or less strict monitoring of operating parameters such. Cell voltage and cell current (charge or discharge current) and cell or battery temperature required. This is explained in more detail using the example of a lithium-ion cell. In the case of a lithium-ion cell, if operating parameters leave their permissible range, the cell may overheat, resulting in a thermally unstable state in which the active materials release additional energy upon decay, causing thermal runaway. can come. In this case, the cell or the battery formed from a plurality of such cells generated by the exothermic process more and more energy that is released to the environment. If overheated, flammable organic electrolytes may ignite. Also a disintegration of the electrolyte and a gas formation are possible, so that the cell inflates. Depending on the structure of the active reactants, a lithium ion-based battery is therefore more or less sensitive to overheating.

Die meisten gebräuchlichen Kathodenmaterialien in Lithium-Ionen-Zellen zersetzen sich bei Temperaturen von über 200°C. Dabei reagiert z. B. ein Kathodenmaterial auf Nickel-Kobalt-Aluminium-Basis (z. B. LiNiCoAlO2) vergleichsweise stark, ein Material auf Basis von Kobaltoxid (LiCoO2) etwas schwächer. Kathodenmaterialien auf Basis von Manganoxid (z. B. LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 oder LiMnO2) oder Phosphatbasis (z. B. LiFePO4 oder LiMnPO4) zeigen eine relativ große Stabilität. Die relativ hohe Stabilität selbst der delithiierten Kristallstruktur führt dazu, dass beim kurzzeitigen Überladen der Batterie dann kaum noch Sauerstoff und überschüssiges Lithium frei werden. Trotzdem kann der organische Elektrolyt brennen.Most common cathode materials in lithium-ion cells decompose at temperatures above 200 ° C. This z. For example, a nickel-cobalt-aluminum-based cathode material (eg, LiNiCoAlO 2 ) is comparatively strong, and a cobalt oxide-based material (LiCoO 2 ) is somewhat weaker. Manganese oxide-based cathode materials (eg LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 or LiMnO 2 ) or phosphate base (eg LiFePO 4 or LiMnPO 4 ) show relatively high stability. The relatively high stability even of the delithiated crystal structure means that when the battery is briefly overcharged, oxygen and excess lithium are barely released. Nevertheless, the organic electrolyte can burn.

Daher ist trotz intensiver Bemühungen bei der Entwicklung auf der chemischen Ebene von thermisch stabilen Kathoden- und Anodenmaterialien die Integration einer Überwachungselektronik in eine Lithium-Ionen-Batterie oftmals notwendig.Therefore, despite intensive efforts in developing at the chemical level of thermally stable cathode and anode materials, the integration of monitoring electronics into a lithium-ion battery is often necessary.

Durch eine derartige Überwachungselektronik können insbesondere die Temperaturen von einer oder mehreren Zellen, die Gesamtspannung der Batterie, die Einzelspannungen der Zellen sowie der Lade- bzw. Entladestrom einer Zelle bzw. einer Reihenschaltung von Zellen erfasst werden. Zur Messung dieser Größen geeignete Elektronikschaltungen sind an sich bekannt und werden zusammen mit den einzelnen Batteriezellen in einem Batteriegehäuse aus Metall oder Kunststoff untergebracht.By means of such monitoring electronics, it is possible in particular to detect the temperatures of one or more cells, the total voltage of the battery, the individual voltages of the cells and the charging or discharging current of a cell or of a series connection of cells. Electronic circuits suitable for measuring these quantities are known per se and are housed together with the individual battery cells in a battery housing made of metal or plastic.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Überwachung von Betriebsparametern einer Batteriezelle der eingangs genannten Art bzw. einer aus derartigen Batteriezellen gebildeten elektrischen Batterie zu vereinfachen. It is an object of the present invention to simplify monitoring of operating parameters of a battery cell of the type mentioned at the beginning or of an electric battery formed from such battery cells.

Ausgehend von einer Batteriezelle der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, dass in der Ummantelung aus Folienmaterial ferner eine Überwachungselektronik angeordnet ist und die Überwachungselektronik elektrisch mit den Anschlussfahnen der Flachzelle (zur Erfassung der Messgrößen) verbunden ist.Based on a battery cell of the type mentioned, this object is achieved according to the invention in that in the casing of film material also a monitoring electronics is arranged and the monitoring electronics is electrically connected to the terminal lugs of the flat cell (for detecting the measured variables).

Die Verwendung der erfindungsgemäßen Batteriezelle in einer elektrischen Batterie trägt entscheidend zur Reduzierung der Komplexität des Gesamtsystems bei. Im Hinblick auf die Überwachung von Betriebsparametern der Batterie bzw. einzelner Batteriezellen ist wesentlich weniger Hardware und geringerer Verschaltungsaufwand notwendig, und das Gesamtsystem kann flexibler aufgebaut werden. Damit können auch die Kosten wesentlich verringert werden.The use of the battery cell according to the invention in an electric battery makes a decisive contribution to reducing the complexity of the overall system. With regard to the monitoring of operating parameters of the battery or individual battery cells significantly less hardware and less Verschaltungsaufwand is necessary, and the overall system can be built more flexible. Thus, the costs can be significantly reduced.

Die Batteriezelle kann insbesondere z. B. ein etwa rechteckiges, z. B. etwa quadratisches Format besitzen. Bevorzugt besitzt die Batteriezelle eine Dicke im Bereich von etwa 3 bis 40 mm, beispielsweise im Bereich von 5 bis 15 mm.The battery cell can in particular z. B. an approximately rectangular, z. B. have about square format. Preferably, the battery cell has a thickness in the range of about 3 to 40 mm, for example in the range of 5 to 15 mm.

Die Anschlussfahnen der Batteriezelle dienen zur elektrischen Kontaktierung der Batteriezelle, beispielsweise um in einem Verbund mit weiteren Batteriezellen eine elektrischen Batterie auszubilden. Jede Batteriezelle besitzt als Anschlussfahnen zumindest eine Anode (Pluspol) und eine Kathode (Minuspol).The terminal lugs of the battery cell are used for electrical contacting of the battery cell, for example, to form an electrical battery in a composite with other battery cells. Each battery cell has as terminal lugs at least one anode (positive pole) and one cathode (negative pole).

Der von der Flachzelle abstehende Teil jeder Anschlussfahne kann z. B. als flacher Metallstreifen ausgebildet sein, z. B. mit einer Breite von etwa 1 bis 10 cm und/oder einer Länge im Bereich von etwa 1 bis 5 cm.The protruding from the flat cell part of each terminal lug can, for. B. be formed as a flat metal strip, z. B. with a width of about 1 to 10 cm and / or a length in the range of about 1 to 5 cm.

In einer Ausführungsform ist die Anode aus vernickeltem Kupfer gebildet. Die Kathode kann z. B. aus Aluminium bzw. einer Aluminiumlegierung gebildet sein. Ganz allgemein ist die Verwendung von miteinander verschweißbaren Anoden- und Kathodenmaterialien von Vorteil im Hinblick auf die Verschaltung in einer elektrischen Batterie.In one embodiment, the anode is formed of nickel plated copper. The cathode can z. B. be formed of aluminum or an aluminum alloy. In general, the use of weldable anode and cathode materials is advantageous in terms of interconnection in an electrical battery.

In einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei der elektrochemischen Flachzelle um eine Lithium-Ionen-Zelle. Bei einem derartigen Zellentyp ist eine strenge Überwachung, gegebenenfalls auch Steuerung bzw. Regelung von Betriebsparametern besonders wichtig.In a preferred embodiment, the electrochemical flat cell is a lithium-ion cell. With such a cell type, strict monitoring, if necessary also control or regulation of operating parameters, is particularly important.

Der Innenraum der Ummantelung, in welcher die Flachzelle mitsamt der Überwachungselektronik untergebracht ist, ist bevorzugt evakuiert (Innendruck z. B. kleiner als 0,1 bar).The interior of the casing, in which the flat cell is housed together with the monitoring electronics, is preferably evacuated (internal pressure, for example, less than 0.1 bar).

Die Überwachungselektronik umfasst bevorzugt einen flachen Schaltungsträger, z. B. auf Epoxidharzbasis, mit daran ausgebildeten bzw. angebrachten elektronischen Bauelementen (z. B. in so genannter SMD-Technik). Damit können die im konkreten Anwendungsfall relevanten Betriebsparameter überwacht werden, wobei die Überwachungselektronik bevorzugt zumindest alle zur Messung der betreffenden Betriebsparameter notwendigen Komponenten (Hardware) umfasst. Entsprechende Sensoren können als Teil der Überwachungselektronik baulich mit dieser zusammengefasst sein und/oder als separate Komponenten an oder bevorzugt in der Batteriezelle vorgesehen sein.The monitoring electronics preferably comprises a flat circuit carrier, for. For example, based on epoxy resin, with trained or attached electronic components (eg., In so-called SMD technology). In this way, the operating parameters that are relevant in the specific application can be monitored, with the monitoring electronics preferably comprising at least all the components (hardware) necessary for measuring the relevant operating parameters. Corresponding sensors can be structurally combined with this as part of the monitoring electronics and / or be provided as separate components on or preferably in the battery cell.

Darüber hinaus kann die ”Überwachung” gegebenenfalls auch eine Steuerung oder Regelung des oder der betreffenden Betriebsparameter umfassen. Ein Beispiel hierfür ist der so genannte Zellenausgleich (”balancing”), bei welchem durch die Überwachungselektronik die Spannung der zugeordneten Batteriezelle gezielt beeinflusst wird, um in einer Reihenschaltung mehrerer Batteriezellen einen möglichst gleichmäßigen Ladezustand der einzelnen Zellen zu erreichen.In addition, the "monitoring" may also include control or regulation of the operating parameter (s) concerned. An example of this is the so-called cell balancing, in which the voltage of the associated battery cell is influenced in a targeted manner by the monitoring electronics in order to achieve as uniform as possible charging of the individual cells in a series connection of several battery cells.

In einer Ausführungsform ist die Überwachungselektronik zur Überwachung von wenigstens einem der folgenden Betriebsparameter der Batteriezelle ausgebildet: Zellenspannung, Zellenstrom, Zellentemperatur, Zellendruck.In one embodiment, the monitoring electronics are configured to monitor at least one of the following operating parameters of the battery cell: cell voltage, cell current, cell temperature, cell pressure.

Was eine Messung der Zellenspannung anbelangt, so lässt sich diese in einfacher Weise durch eine elektrische Verbindung der Überwachungselektronik sowohl mit der Anode als auch der Kathode der Batteriezelle realisieren. Diese elektrische Anbindung der Überwachungselektronik befindet sich bevorzugt an den Abschnitten der betreffenden Anschlussfahnen, die zwischen dem Flachzellenrand und dem Rand der Batteriezelle (bzw. der Ummantelung an dieser Stelle) befinden. Gleichzeitig kann durch diese Verbindung auch vorteilhaft eine Betriebsspannungsversorgung für die Überwachungselektronik bereitgestellt werden.As far as a measurement of the cell voltage, it can be realized in a simple manner by an electrical connection of the monitoring electronics with both the anode and the cathode of the battery cell. This electrical connection of the monitoring electronics is preferably located at the portions of the respective terminal lugs, which are located between the flat cell edge and the edge of the battery cell (or the sheath at this point). At the same time, an operating voltage supply for the monitoring electronics can also be advantageously provided by this connection.

Für eine Strommessung kann z. B. vorgesehen sein, dass die Überwachungselektronik an zwei entlang der Kathode und/oder an zwei entlang der Anode in Stromflussrichtung voneinander beabstandeten Stellen angebunden ist (jeweils bevorzugt innerhalb der Ummantelung), so dass die Strommessung auf Basis einer Messung der zwischen einem solchen Paar von Anbindungsstellen abfallenden Spannung realisiert wird.For a current measurement z. For example, provision may be made for the monitoring electronics to be connected to two locations spaced apart along the cathode and / or along the anode in the current flow direction (preferably inside the enclosure), so that the current measurement is based on a measurement between such a pair Connection points falling voltage is realized.

Als Temperatursensor kann z. B. ein NTC-Bauelement vorgesehen sein. As a temperature sensor can, for. B. may be provided an NTC device.

Der Zellendruck könnte z. B. durch einen entsprechenden Halbleitersensor oder indirekt, bei Verwendung einer gasdichten Ummantelung, auch durch einen Dehnungsmessstreifen (z. B. an der Innenseite der Ummantelung ausgebildet oder angeordnet) gemessen werden.The cell pressure could z. B. by a corresponding semiconductor sensor or indirectly, when using a gas-tight sheath, by a strain gauge (z., On the inside of the sheath formed or arranged) are measured.

In einer Ausführungsform umfasst die Batteriezelle eine die Ummantelung durchsetzende Leitungsanordnung für eine Kommunikation zwischen der Überwachungselektronik und einer externen elektronischen Einrichtung.In one embodiment, the battery cell includes a sheath passing conduit assembly for communication between the monitoring electronics and an external electronic device.

Bei der externen elektronischen Einrichtung kann es sich bei der Anwendung der Batteriezelle in einem elektrischen Energiespeicher eines Hybrid- bzw. Elektrofahrzeuges insbesondere um einen Teil der Fahrzeugelektronik, insbesondere z. B. einen so genannten Hybrid-Controller, handeln. Alternativ oder zusätzlich kann damit auch eine Kommunikation mit anderen Uberwachungselektroniken (in anderen Batteriezellen derselben Batterie) ermöglicht sein.In the external electronic device, it may be in the application of the battery cell in an electrical energy storage of a hybrid or electric vehicle in particular to a part of the vehicle electronics, in particular z. As a so-called hybrid controller act. Alternatively or additionally, it may also be possible to communicate with other monitoring electronics (in other battery cells of the same battery).

Die aus der Ummantelung herausführende Leitungsanordnung kann z. B. die Schnittstelle zu einem elektronischen Kommunikationsbus (z. B. gemäß CAN-Standard oder eines anderen Standards) darstellen. In der praktischen Implementierung kann der aus der Ummantelung herausragende Teil der Leitungsanordnung z. B. mit einem Steckverbinder versehen sein, um den Anschluss an eine in der Batterie verlaufende Leitungsanordnung eines Kommunikationsbus-Systems zu ermöglichen.The leading out of the jacket line arrangement can, for. B. represent the interface to an electronic communication bus (eg, according to CAN standard or another standard). In practical implementation, the outstanding of the shell part of the line arrangement z. B. be provided with a connector to allow connection to an extending in the battery line arrangement of a communication bus system.

In einer Ausführungsform umfasst die Überwachungselektronik einen mikroelektronischen Prozessor (z. B. ”Mikrocontroller”). Die darauf ablaufende Software kann z. B. in einem EEPROM-Baustein gespeichert sein. Ein derartiger Prozessor kann insbesondere zur Verarbeitung von Digitaldaten verwendet werden, die z. B. auf Basis von ursprünglich analog gemessenen Betriebsparametern bzw. daraus abgeleiteter Größen gewonnen wurden. Alternativ oder zusätzlich kann der Prozessor auch Aufgaben im Zusammenhang mit der Kommunikation mit der externen elektronischen Einrichtung übernehmen, sofern hierzu nicht separate, jedoch mit dem Prozessor verbundene Kommunikationsmittel wie z. B. ein CAN-Transceiver oder dergleichen vorgesehen sind.In one embodiment, the monitoring electronics include a microelectronic processor (eg, "microcontroller"). The software running on it can, for. B. stored in an EEPROM module. Such a processor can be used in particular for the processing of digital data, the z. B. based on originally analog measured operating parameters or derived variables were obtained. Alternatively or additionally, the processor can also take over tasks in connection with the communication with the external electronic device, provided that not separate, but connected to the processor communication means such. B. a CAN transceiver or the like are provided.

In einer Ausführungsform umfasst die Überwachungselektronik einen ASIC-Baustein (anwendungspezifische integrierte Schaltung). Dies insbesondere z. B. zur Verarbeitung von Analogsignalen, z. B. den bei der Messung der Betriebsparameter anfallenden Messsignalen. Ein ASIC-Baustein kann außerdem vorteilhaft zur Analog/Digital-Wandlung dieser Messsignale eingesetzt werden, um digitale Repräsentationen z. B. an den erwähnten Prozessor weiterzuleiten. Außerdem kann ein solcher ASIC-Baustein auch für eine Digital/Analog-Wandlung eingesetzt werden, um in digitaler Form von der Überwachungselektronik erzeugte Daten (und/oder von der erwähnten externen Einrichtung erhaltene Daten) in analoge Signale umzuwandeln, welche für eine Steuerung oder Regelung von Betriebsparametern benötigt werden.In one embodiment, the monitoring electronics comprise an ASIC (Application Specific Integrated Circuit). This particular z. B. for processing analog signals, eg. B. the resulting in the measurement of the operating parameters measurement signals. An ASIC module can also be advantageously used for analog / digital conversion of these measurement signals to digital representations z. B. forward to the mentioned processor. In addition, such an ASIC device may also be used for digital-to-analog conversion to convert digitally generated data from the monitoring electronics (and / or data obtained from the mentioned external device) to analog signals for control or regulation required by operating parameters.

In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Überwachungselektronik für eine Kommunikation zwischen der Überwachungselektronik und einer externen elektronischen Einrichtung eine Modulator/Demodulator-Einrichtung umfasst, mittels welcher ein Kommunikationssignal an die Anschlussfahnen abgegeben (aufmoduliert) bzw. von den Anschlussfahnen erhalten (demoduliert) werden kann. In diesem Fall kann vorteilhaft auf die vorstehend erwähnte, die Ummantelung durchsetzende Leitungsanordnung für eine derartige Kommunikation verzichtet werden.In one embodiment, it is provided that the monitoring electronics for communication between the monitoring electronics and an external electronic device comprises a modulator / demodulator device, by means of which a communication signal to the terminal lugs issued (modulated) or obtained from the terminal lugs (demodulated) can be , In this case, can be advantageously dispensed with the aforementioned, the shell passing through the line arrangement for such communication.

Die bei der Batteriezelle vorgesehene Umhüllung aus Folienmaterial verhindert einerseits eine Kontamination der darin untergebrachten Flachzelle und ermöglicht andererseits eine Erhöhung der Betriebssicherheit der Batteriezelle bzw. einer daraus gebildeten Batterie. Das Folienmaterial kann z. B. aus einer oder mehreren Lagen von Kunststoff und gegebenenfalls auch wenigstens einer Lage aus metallischem Material (z. B. Aluminium oder anderer metallischer Werkstoff) bestehen.The envelope of foil material provided in the battery cell prevents contamination of the flat cell housed therein and, on the other hand, makes it possible to increase the operational reliability of the battery cell or of a battery formed therefrom. The film material may, for. Example of one or more layers of plastic and optionally also at least one layer of metallic material (eg., Aluminum or other metallic material).

Bei der Herstellung der Batteriezelle kann die elektrochemische Flachzelle mitsamt der an den davon abstehenden Anschlussfahnen bereits elektrisch verbundenen Überwachungseinrichtung beispielsweise zwischen zwei vom Format her passende (z. B. etwa rechteckige) Lagen des Folienmaterials zwischengefügt werden, woraufhin die beiden Lagen in einem Randbereich ringsherum miteinander verschweißt werden (ausgenommen diejenigen Abschnitte des Randbereiches, an welchen die Anschlussfahnen und gegebenenfalls eine zur Überwachungselektronik führende Leitungsanordnung aus der Umhüllung herausführen). An den Abschnitten des Folienmaterialrandes, an welchen die Anschlussfahnen und gegebenenfalls die mit der Überwachungselektronik verbundene Leitungsanordnung aus der Umhüllung herausführen, kann eine Verschweißung zwischen dem Folienmaterial und diesen Anschlussfahnen bzw. der Leitungsanordnung erfolgen, was insbesondere zur Schaffung einer Umhüllung mit evakuiertem Innenraum von Vorteil ist.During the production of the battery cell, the electrochemical flat cell together with the monitoring device already electrically connected to the connecting lugs may be interposed, for example, between two layers of the film material that are appropriate in terms of format (eg approximately rectangular), whereupon the two layers in an edge region around each other be welded (except those portions of the edge region at which the terminal lugs and possibly lead out a leading to the monitoring electronics line assembly from the enclosure). At the sections of the foil material edge at which the terminal lugs and possibly the line arrangement connected to the monitoring electronics lead out of the envelope, welding between the foil material and these terminal lugs or the line arrangement can take place, which is advantageous in particular for creating a jacket with an evacuated interior ,

Alternativ können die beiden zur Ausbildung der Umhüllung verwendeten Lagen des Folienmaterials an ihren Randbereichen bereits über einen Großteil des Umfanges verschweißt (oder anderweitig miteinander verbunden) sein und so eine lediglich an einem Randabschnitt offene ”Folientasche” ausbilden, in welche die Flachzelle mitsamt der Überwachungselektronik hineingesteckt werden kann, so dass bei einer nachfolgenden Verschweißung bzw. ”Versiegelung” nur mehr der ursprünglich offene Randabschnitt und die an dieser Stelle herausführenden Anschlussfahnen (und gegebenenfalls Leitungen) verschweißt werden müssen.Alternatively, the two layers used to form the sheath may be Film material at its edge regions already over a large part of the circumference welded (or otherwise connected to each other) and so form a only open on one edge portion "foil pocket", in which the flat cell can be inserted together with the monitoring electronics, so that in a subsequent welding or "Seal" only the originally open edge section and the leading out at this point connection lugs (and possibly lines) must be welded.

Insbesondere für das bevorzugte rechteckige Format der Flachzelle bzw. der daraus gebildeten Batteriezelle kann die Umhüllung auch vorteilhaft zunächst als (konfektionierter) Abschnitt eines aus dem Folienmaterial gebildeten Schlauches bereitgestellt werden, in welchen die Flachzelle mitsamt der Überwachungselektronik hineingeschoben wird, so dass nur mehr eine Verbindung (z. B. Verschweißung) an den einander gegenüberliegenden ”Schlauchenden” erforderlich ist.In particular, for the preferred rectangular format of the flat cell or the battery cell formed therefrom, the sheath can also advantageously be provided as a (prefabricated) section of a hose formed from the film material, in which the flat cell is pushed together with the monitoring electronics, so that only one more connection (eg, welding) is required at the opposite "hose ends".

Gemäß eines Aspekts der Erfindung kann aus mehreren Batteriezellen der beschriebenen Art eine Batteriezellenanordnung umfassend eine Reihe von elektrisch miteinander verbundenen Batteriezellen geschaffen werden.According to one aspect of the invention, a plurality of battery cells of the type described may be provided with a battery cell assembly comprising a series of electrically interconnected battery cells.

Insbesondere für die bereits erwähnte automobile Anwendung (elektrische Batterie eines Fahrzeuges) können z. B. etwa 20 bis 200 Batteriezellen in einer Reihenschaltung verwendet werden. Gegebenenfalls können mehrere solcher Reihenschaltungen zur Erhöhung der Batteriekapazität parallel geschaltet werden und/oder einzelne Glieder einer solchen Reihenschaltung selbst als Parallelschaltung von mehreren Batteriezellen vorgesehen sein. In einer Batteriezellenanordnung können die Anschlussfahnen der einzelnen Batteriezellen in geeigneter Weise miteinander bzw. mit einem Batterieanschlusspol verschweißt (z. B. ultraschallverschweißt) sein.In particular, for the already mentioned automotive application (electric battery of a vehicle) z. B. about 20 to 200 battery cells are used in a series circuit. Optionally, a plurality of such series circuits for increasing the battery capacity can be connected in parallel and / or individual members of such a series circuit itself be provided as a parallel connection of a plurality of battery cells. In a battery cell arrangement, the terminal lugs of the individual battery cells can be welded to one another or to a battery terminal pole in a suitable manner (for example ultrasonically welded).

Eine Batteriezelle der beschriebenen Art bzw. eine daraus gebildete Batteriezellenanordnung kann vorteilhaft zur Herstellung einer elektrischen Batterie eines Elektro- oder Hybridfahrzeuges oder als Komponente einer solchen elektrischen Batterie Verwendung finden.A battery cell of the type described or a battery cell arrangement formed therefrom can advantageously be used for producing an electric battery of an electric or hybrid vehicle or as a component of such an electric battery.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer Batteriezelle wird eine Überwachungselektronik in die Ummantelung aus Folienmaterial eingeschlossen und mit den Anschlussfahnen der Flachzelle verbunden.In the method according to the invention for producing a battery cell, monitoring electronics are enclosed in the sheathing of foil material and connected to the terminal lugs of the flat cell.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird hierbei die elektrische Verbindung der Überwachungselektronik mit den Anschlussfahnen der Flachzelle (und gegebenenfalls einem anderen Teil der Flachzelle) hergestellt, bevor das Einschließen der Flachzelle mitsamt der Überwachungselektronik erfolgt.In a preferred embodiment, in this case the electrical connection of the monitoring electronics with the terminal lugs of the flat cell (and optionally another part of the flat cell) is produced before the inclusion of the flat cell is carried out together with the monitoring electronics.

Die oben für die Batteriezelle als solche beschriebenen Ausführungsformen und Besonderheiten können in analoger Weise, einzeln oder Kombination, auch zur Weiterbildung des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens herangezogen werden.The embodiments and special features described above for the battery cell as such can be used analogously, individually or in combination, also for the further development of the production method according to the invention.

So kann beispielsweise das Einschließen der Flachzelle und der Überwachungselektronik unter Evakuierung der Ummantelung erfolgen.For example, the enclosure of the flat cell and the monitoring electronics can be done by evacuating the jacket.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen weiter beschrieben. Es stellen jeweils schematisch dar:The invention will be further described by means of embodiments with reference to the accompanying drawings. They each represent schematically:

1 ein Blockdiagramm eines beispielsweise in einem Hybrid- oder Elektrofahrzeug verwendbaren elektrischen Energiespeichers herkömmlicher Art, 1 FIG. 2 is a block diagram of an electrical energy store of conventional type which can be used, for example, in a hybrid or electric vehicle.

2 eine Batteriezelle gemäß eines Ausführungsbeispiels der Erfindung, 2 a battery cell according to an embodiment of the invention,

3 eine Batteriezelle gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels, 3 a battery cell according to a further embodiment,

4 eine Batteriezelle gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels, und 4 a battery cell according to another embodiment, and

5 eine Batteriezelle gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels. 5 a battery cell according to another embodiment.

1 veranschaulicht eine an sich bekannte Zusammensetzung einer elektrischen Batterie 1 aus einer Vielzahl von elektrisch miteinander verschalteten Batteriezellen 10, die zusammen mit einer Überwachungselektronik 2 in einem Batteriegehäuse 3 untergebracht sind. 1 illustrates a per se known composition of an electric battery 1 from a plurality of electrically interconnected battery cells 10 , which together with a monitoring electronics 2 in a battery case 3 are housed.

Die Überwachungselektronik 2 dient zur Messung von Betriebsparametern der Batterie 1 und kann mit einer oder mehreren der Batteriezellen 10 elektrisch verbunden sein. Des Weiteren kann die Überwachungselektronik 2 wie dargestellt über eine durch das Gehäuse 3 hindurchgeführte Leitungsanordnung 4 Messergebnisse an eine (nicht dargestellte) externe Auswerteeinrichtung (z. B. Teil einer Fahrzeugelektronik) liefern.The monitoring electronics 2 Used to measure operating parameters of the battery 1 and may be with one or more of the battery cells 10 be electrically connected. Furthermore, the monitoring electronics 2 as shown on a through the housing 3 passed line arrangement 4 Deliver measurement results to an external evaluation device (not shown) (eg part of a vehicle electronics system).

Ferner sind ein positiver Batteriepol (Anode) 5 und ein negativer Batteriepol (Kathode) 6 aus dem Gehäuse 3 herausgeführt.Furthermore, a positive battery pole (anode) 5 and a negative battery pole (cathode) 6 out of the case 3 led out.

Die 2 bis 5 zeigen verschiedene Ausführungsbeispiele von Batteriezellen, die zur Herstellung einer elektrischen Batterie geeignet sind und mit denen sich der Aufbau der Batterie bzw. einer damit ausgestatteten größeren technischen Einheit (wie z. B. Fahrzeug), insbesondere im Hinblick auf eine zuverlässige Überwachung von Betriebsparametern vereinfachen lässt.The 2 to 5 show various embodiments of battery cells, the Manufacture of an electric battery are suitable and with which the structure of the battery or a larger technical unit equipped therewith (such as vehicle), in particular with regard to a reliable monitoring of operating parameters can be simplified.

2 zeigt eine Batteriezelle 10a, umfassend eine Lithium-Ionen-Flachzelle 12a eines etwa quadratischen Formats, mit einer Kantenlänge von z. B. etwa 10 bis 30 cm und einer Dicke von z. B. etwa 5 bis 15 mm. 2 shows a battery cell 10a comprising a lithium-ion flat cell 12a an approximately square format, with an edge length of z. B. about 10 to 30 cm and a thickness of z. B. about 5 to 15 mm.

Die Flachzelle 12a besitzt in 2 an einem oberen Rand davon abstehende Anschlussfahnen 14a und 16a (”Ableiter”), welche als Anode (Minuspol) und Kathode (Fluspol) der Flachzelle 12a bzw. der Batteriezelle 10a fungieren.The flat cell 12a owns in 2 at an upper edge thereof projecting connecting lugs 14a and 16a ("Arrester"), which as the anode (negative pole) and cathode (flux pole) of the flat cell 12a or the battery cell 10a act.

Ferner umfasst die Batteriezelle 10a eine die Flachzelle 12a umschließende Umhüllung bzw. Ummantelung 18a aus Folienmaterial. Bei dem Folienmaterial handelt es sich z. B. um eine ein- oder mehrlagige, flexible und bevorzugt gasdichte Folie aus Kunststoff, oder z. B. aus einem Aluminium-Kunststoff-Verbund.Furthermore, the battery cell includes 10a one the flat cell 12a enclosing sheathing 18a made of foil material. The film material is z. B. to a single or multilayer, flexible and preferably gas-tight plastic film, or z. B. from an aluminum-plastic composite.

Im dargestellten Beispiel ist die Ummantelung 18a als eine Folientasche eines etwa quadratischen Formats ausgebildet, in welche die Flachzelle 12a wie dargestellt zusammen mit einer Überwachungselektronik 20a eingebracht wurde, woraufhin der zunächst noch offene, in 2 obere Taschenrand, als ”Siegelrand”, unter Evakuierung des Innenraumes der Folientasche durch einen Verschweißungsprozess (z. B. thermisch oder durch Ultraschall) verschlossen wurde.In the example shown, the sheath is 18a as a foil bag of an approximately square format, in which the flat cell 12a as shown together with a monitoring electronics 20a was introduced, after which the first still open, in 2 Upper edge of the bag, as a "sealing edge", was sealed by evacuation of the interior of the film bag by a welding process (eg thermally or by ultrasound).

Durch eine Evakuierung, also das Anlegen eines Vakuums während der Herstellung der Batteriezelle 10a vor ihrer finalen Versiegelung, wird vorteilhaft gewährleistet, dass die Ummantelung 18a fest an der Flachzelle 12d (”Plattensatz”) anliegt.By an evacuation, ie the application of a vacuum during the production of the battery cell 10a before its final sealing, it is advantageously ensured that the sheathing 18a firmly on the flat cell 12d ("Plate set") is applied.

Die Überwachungselektronik 20a ist über Leitungen 22a und 24a innerhalb der Umhüllung 18a elektrisch mit den Anschlussfahnen 14a und 16a verbunden. Außerdem führt eine Leitungsanordnung 26a von der Überwachungselektronik 20a durch den oberen ”Siegelrand” der Umhüllung 18a hindurch, um über diese Leitungsanordnung 26a eine Kommunikation (vgl. Pfeile in 2) zwischen der Überwachungselektronik 20a der Batteriezelle 10a und einer (nicht dargestellten) externen elektronischen Einrichtung im Betrieb der Batteriezelle 10a zu ermöglichen.The monitoring electronics 20a is via lines 22a and 24a inside the serving 18a electrically with the connection lugs 14a and 16a connected. In addition, a line arrangement leads 26a from the monitoring electronics 20a through the upper "sealing edge" of the cladding 18a through to this line of conduct 26a a communication (see arrows in 2 ) between the monitoring electronics 20a the battery cell 10a and an external electronic device (not shown) during operation of the battery cell 10a to enable.

Die Batteriezelle 10a kann abgesehen von der Integration der Überwachungselektronik 20a in ihrem Aufbau einem herkömmlichen ”Lithium-Ionen-Softpack” entsprechen. Gegenüber einer solchen herkömmlichen Batteriezelle kann bei der Batteriezelle 10a ein an derjenigen Randseite der Flachzelle 12a, an welcher die Überwachungselektronik 20a angeordnet ist, ein zur Unterbringung der Überwachungselektronik entsprechend ”verlängerter Siegelrand” vorgesehen sein. Der Bereich der eigentlichen Versiegelung (hier: Materialverschweißung) umfasst jedoch bevorzugt nicht die Stelle, an welcher die Überwachungselektronik 20a sich befindet. Alternativ könnte jedoch auch an dieser Stelle eine Verschweißung (des Folienmaterials mit der Überwachungselektronik) vorgesehen sein.The battery cell 10a can apart from the integration of the monitoring electronics 20a in their construction a conventional "lithium-ion soft pack" correspond. Compared to such a conventional battery cell can in the battery cell 10a one on the edge side of the flat cell 12a at which the monitoring electronics 20a is arranged to be provided for housing the monitoring electronics according to "extended sealing edge". However, the area of the actual sealing (here: material welding) preferably does not include the location at which the monitoring electronics 20a located. Alternatively, however, could be provided at this point a weld (the film material with the monitoring electronics).

Sofern im Rahmen der Überwachung gemessene Betriebsparameter nicht durch unmittelbar auf einem Schaltungsträger der dargestellten Überwachungselektronik 20a angeordnete Sensoren gemessen werden, so können weitere Leitungen von der dargestellten Überwachungselektronik 20a zu dem oder den betreffenden Sensoren führen.Insofar as operating parameters measured within the framework of monitoring do not appear directly on a circuit carrier of the monitoring electronics shown 20a arranged sensors are measured, so more lines from the illustrated monitoring electronics 20a lead to the or the respective sensors.

Hinsichtlich des Aufbaus der Überwachungselektronik 20a sei beispielhaft auf das unten noch beschriebene Ausführungsbeispiel gemäß 5 verwiesen, welches einen solchen möglichen Aufbau detaillierter zeigt.With regard to the structure of the monitoring electronics 20a be exemplary of the embodiment described below according to 5 referenced, which shows such a possible structure in more detail.

Eine das Ausführungsbeispiel gemäß 2 (gegenüber den nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen gemäß der 3 und 4) auszeichnende Besonderheit besteht darin, dass sämtliche Anschlussfahnen, hier die Anode und Kathode bildenden Anschlussfahnen 14a und 16a, von demselben (in 2 oberen) Rand der Flachzelle 12a parallel zueinander abstehen und in dieser Richtung dementsprechend auch von demselben (oberen) Rand der Ummantelung 18a von der Batteriezelle 10a abstehen, und dass die Überwachungselektronik 20a in einem Zwischenraum zwischen einander benachbarten Anschlussfahnen angeordnet ist.An embodiment according to 2 (Compared to the embodiments described below according to the 3 and 4 ) distinguishing feature is that all terminal lugs, here the anode and cathode forming terminal lugs 14a and 16a , from the same (in 2 upper) edge of the flat cell 12a protrude parallel to each other and in this direction accordingly also from the same (upper) edge of the casing 18a from the battery cell 10a stand out, and that the monitoring electronics 20a is arranged in a space between adjacent terminal lugs.

Bei der nachfolgenden Beschreibung von weiteren Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die 3 bis 5 werden für gleichwirkende Komponenten die gleichen Bezugszahlen verwendet, jedoch jeweils durch einen anderen kleinen Buchstaben (anstelle von ”a”) zur Unterscheidung der Ausführungsform ergänzt. Dabei wird im Wesentlichen nur auf die Unterschiede zu dem bzw. den bereits beschriebenen Ausführungsbeispielen eingegangen und im Übrigen hiermit ausdrücklich auf die Beschreibung des bzw. der vorangegangenen Ausführungsbeispiele verwiesen.In the following description of further embodiments with reference to the 3 to 5 For identical components, the same reference numerals are used, but each supplemented by a different small letter (instead of "a") to distinguish the embodiment. In this case, essentially only the differences from the embodiment (s) already described are discussed and, moreover, reference is hereby explicitly made to the description of the preceding exemplary embodiment (s).

3 zeigt eine Batteriezelle 10b gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels. 3 shows a battery cell 10b according to another embodiment.

Im Unterschied zu der mit Bezug auf 2 beschriebenen Batteriezelle 10a stehen bei einer Flachzelle 12b der Batteriezelle 10b Anschlussfahnen 14b und 16b an einander gegenüberliegenden Randabschnitten (in 3 links und rechts) von der Flachzelle 12b ab und ragen dementsprechend an einander entgegengesetzten Randabschnitten einer Ummantelung 18b diese durchsetzend aus der Ummantelung 18b heraus.Unlike the related to 2 described battery cell 10a stand in a flat cell 12b the battery cell 10b terminal lugs 14b and 16b on opposite edge portions (in 3 left and right) from the flat cell 12b and protrude accordingly on opposite edge portions of a shell 18b these interspersed from the sheath 18b out.

Anders als bei der Ausführung gemäß 2 mit einseitig (oben) herausgeführten Anschlussfahnen 14a, 16a sind bei der Ausführung gemäß 3 also zweiseitig (links und rechts) herausgeführte Anschlussfahnen 14b, 16b vorgesehen.Unlike the execution according to 2 with one-sided (top) led out lugs 14a . 16a are in accordance with the execution 3 So two-sided (left and right) led out lugs 14b . 16b intended.

Die Breite der randseitig von der Flachzelle 12b abstehenden Anschlussfahnen 14b und 16b ist bei diesem Ausführungsbeispiel sehr groß gewählt. Diese Breite erstreckt sich über einen Großteil der an den beiden betreffenden Randabschnitten der Flachzelle 12b zur Verfügung stehenden Kantenlänge.The width of the edge of the flat cell 12b protruding connection lugs 14b and 16b is chosen very large in this embodiment. This width extends over a large part of the two relevant edge portions of the flat cell 12b available edge length.

Eine zusammen mit der Flachzelle 12b in der Umhüllung 18b untergebrachte Überwachungselektronik 20b ist benachbart zu einem (anderen) Randabschnitt der Flachzelle 12b angeordnet (in 3 oben), welcher die beiden Randabschnitte miteinander verbindet, an welchen die Anschlussfahnen 14b und 16b aus der Flachzelle 12b herausragen. Dementsprechend verlaufen zur elektrischen Verbindung der Überwachungselektronik 20b mit den Anschlussfahnen 14b und 16b vorgesehene Leitungen 22b und 24b ausgehend von der Überwachungselektronik 20b zunächst entlang des in 3 oberen Randabschnittes der Flachzelle 12b, um an den beiden oberen Eckbereichen der Flachzelle 12b abgewinkelt und/oder gekrümmt und weiter bis zu den Anschlussfahnen 14b und 16b zu verlaufen.One together with the flat cell 12b in the serving 18b housed monitoring electronics 20b is adjacent to a (different) edge portion of the flat cell 12b arranged (in 3 Above), which connects the two edge portions together, to which the terminal lugs 14b and 16b from the flat cell 12b protrude. Accordingly, run for electrical connection of the monitoring electronics 20b with the connection flags 14b and 16b provided lines 22b and 24b starting from the monitoring electronics 20b first along the in 3 upper edge portion of the flat cell 12b to get to the two upper corner areas of the flat cell 12b angled and / or curved and continue to the terminal lugs 14b and 16b to get lost.

4 zeigt eine Batteriezelle 10c gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels. 4 shows a battery cell 10c according to another embodiment.

Bei der Batteriezelle 10c ist eine Flachzelle 12c in einer Ummantelung 18c angeordnet, wobei davon abstehende Anschlussfahnen 14c und 16c wie bei der mit Bezug auf 2 beschriebenen Batteriezelle 10a orientiert sind (d. h. parallel zueinander an einem selben Randabschnitt der Flachzelle abstehend).At the battery cell 10c is a flat cell 12c in a sheath 18c arranged, with protruding connecting lugs 14c and 16c as with respect to 2 described battery cell 10a are oriented (ie, projecting parallel to each other on a same edge portion of the flat cell).

Im Unterschied zu der Batteriezelle 10a ist bei der Batteriezelle 10c eine Überwachungselektronik 20c jedoch nicht in einem Zwischenraum zwischen den Anschlussfahnen 14c und 16c angeordnet, sondern im Bereich eines (anderen) Randabschnittes der Flachzelle 12c (in 4 links), welcher an denjenigen Randabschnitt (in 4 oben) angrenzt, an welchem die Anschlussfahnen 14c und 16c sich befinden. Ein Vorteil dieser Ausführung besteht z. B. darin, dass die innerhalb der Ummantelung 18c befindlichen Abschnitte der Anschlussfahnen 14c, 16c kürzer als bei der Ausführung gemäß 2 vorgesehen werden können.Unlike the battery cell 10a is at the battery cell 10c a monitoring electronics 20c but not in a space between the terminal lugs 14c and 16c arranged, but in the region of a (other) edge portion of the flat cell 12c (in 4 left), which at the edge portion (in 4 above), on which the terminal lugs 14c and 16c to find oneself. An advantage of this design is z. B. in that the inside of the sheath 18c located portions of the terminal lugs 14c . 16c shorter than the version according to 2 can be provided.

Zur elektrischen Anbindung der Überwachungselektronik 20c an den Anschlussfahnen 14c und 16c vorgesehene Leitungen 22c und 24c verlaufen dementsprechend ausgehend von der Überwachungselektronik 20c zunächst entlang des in 4 linken Randabschnittes, um sodann im (linken oberen) Eckbereich der Flachzelle 12c abgewinkelt bzw. gekrümmt in einen Verlauf entlang des oberen Randabschnittes einzumünden und bis zu den Anschlussfahnen 14c und 16c zu verlaufen.For electrical connection of the monitoring electronics 20c at the connection lugs 14c and 16c provided lines 22c and 24c proceed accordingly from the monitoring electronics 20c first along the in 4 left edge section, then in the (top left) corner of the flat cell 12c angled or curved in a course along the upper edge portion einume and up to the terminal lugs 14c and 16c to get lost.

Da bei diesem Ausführungsbeispiel die Leitung 24c wie dargestellt den Verlauf der Anschlussfahne 14c kreuzt, ist zumindest an dieser Kreuzungsstelle eine geeignete elektrische Isolation zwischen der Leitung 24c und der Anschlussfahne 14c vorzusehen.Since in this embodiment, the line 24c as shown the course of the connecting lug 14c is crossing, at least at this intersection a suitable electrical insulation between the line 24c and the connection flag 14c provided.

5 zeigt eine Batteriezelle 10d gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels. 5 shows a battery cell 10d according to another embodiment.

Die räumliche Konfiguration einer Flachzelle 12d mit davon abstehenden Anschlussfahnen 14d und 16d in einer Ummantelung 18d und einer Überwachungselektronik 20d entspricht im Wesentlichen der Konfiguration bei dem Beispiel einer Batteriezelle 10a gemäß 2. Bei der Batteriezelle 10d ist lediglich das konkrete Format der Flachzelle 12d etwas anders als bei der Flachzelle 12a gewählt, nämlich rechteckig und nicht quadratisch wie bei der Flachzelle 12a.The spatial configuration of a flat cell 12d with protruding connecting lugs 14d and 16d in a sheath 18d and a monitoring electronics 20d substantially corresponds to the configuration in the example of a battery cell 10a according to 2 , At the battery cell 10d is just the concrete format of the flat cell 12d slightly different than the flat cell 12a chosen, namely rectangular and not square as in the flat cell 12a ,

Außerdem sind bei dem Beispiel gemäß 5 die wesentlichen Komponenten der Überwachungselektronik 10d im Einzelnen dargestellt.In addition, in the example according to 5 the essential components of the monitoring electronics 10d shown in detail.

Die Überwachungselektronik 20d umfasst einen bevorzugt flexiblen Schaltungsträger (integrierte Elektronikplatine) 30d mit daran ausgebildeten bzw. angeordneten Elektronikkomponenten:
Zur Messung einer Temperatur im Inneren der Batteriezelle 10d ist ein Temperatursensor (z. B. NTC-Bauelement) 32d vorgesehen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist dieser Sensor 32d direkt am Schaltungsträger 30d angeordnet. Dieser liefert ein entsprechendes Sensorsignal zu einer Überwachungseinheit 34d, welche z. B. einen Mikrocontroller und/oder einen ASIC-Baustein umfassen kann, und welche im dargestellten Ausführungsbeispiel direkt durch eine Verbindung mit den Anschlussfahnen 14d und 16d aus der Flachzelle 12d mit Betriebsspannung versorgt wird. Ein Pufferkondensator C sorgt vorteilhaft für eine Glättung der so bereitgestellten Betriebsspannung, um bei Belastung der Batteriezellen Funktionsabbrüche zu verhindern.The monitoring electronics 20d includes a preferably flexible circuit carrier (integrated electronic circuit board) 30d with electronic components formed or arranged thereon:
For measuring a temperature inside the battery cell 10d is a temperature sensor (eg NTC component) 32d intended. In the illustrated embodiment, this sensor 32d directly on the circuit board 30d arranged. This supplies a corresponding sensor signal to a monitoring unit 34d which z. B. may include a microcontroller and / or an ASIC module, and which in the illustrated embodiment directly by a connection with the terminal lugs 14d and 16d from the flat cell 12d supplied with operating voltage. A buffer capacitor C advantageously ensures a smoothing of the operating voltage provided in this way, in order to prevent functional interruptions when the battery cells are loaded.

Ein mit der Überwachungseinheit 34d verbundener digitaler Schnittstellenbaustein 36d bewerkstelligt im dargestellten Ausführungsbeispiel eine Kommunikation zwischen der Überwachungseinheit 34d und anderen an demselben Kommunikationsbus (z. B. CAN-Bus) angeschlossenen Einrichtungen. Bei Verwendung der Batteriezelle 10d als eine von vielen Batteriezellen einer elektrischen Batterie kann somit insbesondere eine Kommunikation zwischen der dargestellten Überwachungseinheit 34d und entsprechenden Überwachungseinheiten in anderen Batteriezellen derselben Batterie und/oder mit einer zentralen Auswerteeinheit erfolgen, die entweder innerhalb der elektrischen Batterie oder außerhalb der Batterie (z. B. als Komponente einer Fahrzeugelektronik) angeordnet sein kann.One with the monitoring unit 34d connected digital interface module 36d accomplishes in the illustrated embodiment, a communication between the monitoring unit 34d and other devices connected to the same communication bus (eg, CAN bus). When using the battery cell 10d As one of many battery cells of an electric battery can thus in particular a communication between the monitoring unit shown 34d and corresponding monitoring units in other battery cells of the same battery and / or with a central evaluation unit, which can be arranged either inside the electric battery or outside the battery (eg as a component of a vehicle electronics).

Wie aus 5 ersichtlich, ist die Überwachungseinheit 34d über ein weiteres Paar von Leitungen direkt (jedoch an anderen Stellen) mit den Anschlussfahnen 14d und 16d verbunden. Über die somit ”mehrfache” elektrische Verbindung erfolgt einerseits eine Messung der Zellenspannung und andererseits (durch Spannungsvergleich(e) der mehreren messbaren Spannungen) auch eine Messung des Zellenstromes (im dargestellten Beispiel redundant, einerseits an der Anschlussfahne 14d (Anode) und andererseits an der Anschlussfahne 16d (Kathode)).How out 5 The monitoring unit is visible 34d via another pair of wires directly (but elsewhere) to the terminal lugs 14d and 16d connected. By means of the thus "multiple" electrical connection, on the one hand a measurement of the cell voltage and on the other hand (by voltage comparison (e) of the several measurable voltages) also a measurement of the cell current (in the example shown redundantly, on the one hand at the terminal lug 14d (Anode) and on the other hand at the terminal lug 16d (Cathode)).

Ferner umfasst die Überwachungselektronik 20d noch einen zwischen den Anschlussfahnen 14d und 16d verlaufenden Verbindungspfad mit einer Reihenschaltung aus einem von der Überwachungseinheit 34d ansteuerbaren Schaltelement S (z. B. Transistor) und einem Widerstand R. Durch Schließen des Schaltelementes S kann bedarfsweise eine gewünschte Entladung der Flachzelle 12d (über den Widerstand R) im Rahmen des so genannten Zellenausgleiches (”Balancing”) realisiert werden. Anstelle des Schaltelementes S und des Widerstandes R könnten auch andere geeignete elektronische Bauelemente für einen aktiven oder passiven Zellenausgleich an der Zelle 10d vorgesehen sein.Furthermore, the monitoring electronics includes 20d one more between the connection lugs 14d and 16d extending connection path with a series connection of one of the monitoring unit 34d triggerable switching element S (eg, transistor) and a resistor R. By closing the switching element S may, if necessary, a desired discharge of the flat cell 12d (via the resistor R) in the context of so-called cell balancing ("balancing") can be realized. Instead of the switching element S and the resistor R, other suitable electronic components for active or passive cell balancing on the cell could also be used 10d be provided.

Wenngleich bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen gemäß der 2 bis 5 eine Kommunikationsfähigkeit der jeweiligen Überwachungselektronik durch eine hierfür vorgesehene, aus der jeweiligen Batteriezelle herausführende Leitungsanordnung realisiert ist, so könnte alternativ oder zusätzlich auch eine andere Kommunikationsmöglichkeit vorgesehen sein, z. B. eine drahtlose elektromagnetische bzw. induktive Kopplung durch die Ummantelung hindurch.Although in the embodiments described above according to the 2 to 5 a communication capability of the respective monitoring electronics is realized by a designated, leading out of the respective battery cell line arrangement, so alternatively or additionally, another communication option could be provided, for. B. a wireless electromagnetic or inductive coupling through the sheath therethrough.

Auch könnte eine Kommunikation elektrisch z. B. über die Anschlussfahnen erfolgen, welche die Anode und die Kathode der Batteriezelle bilden. Hierfür könnte die Überwachungselektronik z. B. mit einem Modulator/Demodulator ausgestattet werden, um entsprechende Modulationssignale auf den Anschlussfahnen zu erzeugen bzw. von diesen Anschlussfahnen zu erhalten (und zu demodulieren).Also, a communication could be electrically z. B. via the terminal lugs, which form the anode and the cathode of the battery cell. For this purpose, the monitoring electronics z. B. be equipped with a modulator / demodulator to generate corresponding modulation signals on the terminal lugs or to obtain from these terminal lugs (and demodulate).

Zusammenfassend kann mit den dargestellten Ausführungsbeispielen einer Batteriezelle bzw. einer daraus gebildeten elektrischen Batterie vorteilhaft eine Integration derjenigen. Hardware in den Siegelrand einer Batteriezelle in Softpack-Ausführung realisiert werden, die zur Sicherstellung der Erfassung der vorstehend genannten Betriebsparameter bzw. Messgrößen notwendig ist. Darüber hinaus kann bereits in der Batteriezelle selbst eine wenigstens teilweise Auswertung der Erfassungsergebnisse erfolgen (”Intelligente Batteriezelle”). Es lassen sich z. B. folgende Vorteile erzielen:

  • – Wegfall einer Verbindungsplatine innerhalb einer Batterie zur Verbindung zwischen einer außerhalb der Batterie angeordneten Überwachungs- und Auswerteeinheit und den einzelnen Batteriezellen.
  • – Ermöglichung einer einfachen Kommunikation der Batteriezellen untereinander und/oder mit einer ”Hauptelektronik” über ein geeignetes Bussystem.
  • – Ermöglichung eines wesentlich flexibleren Gesamtaufbaus und einer Kostenreduktion auf Fahrzeugebene.
In summary, with the illustrated embodiments of a battery cell or an electric battery formed therefrom, an integration of those can be advantageous. Hardware are realized in the sealing edge of a battery cell in soft-pack design, which is necessary to ensure the detection of the above-mentioned operating parameters or measured variables. In addition, an at least partial evaluation of the detection results can already take place in the battery cell itself ("intelligent battery cell"). It can be z. B. achieve the following benefits:
  • - Elimination of a connection board within a battery for connection between an outside of the battery arranged monitoring and evaluation and the individual battery cells.
  • - Enabling easy communication of the battery cells with each other and / or with a "main electronics" via a suitable bus system.
  • - Enabling a much more flexible overall design and a cost reduction at the vehicle level.

Claims (10)

Batteriezelle, umfassend eine elektrochemische Flachzelle (12) mit randseitig davon abstehenden Anschlussfahnen (14, 16) und eine die Flachzelle (12) umschließende Ummantelung (18) aus Folienmaterial, wobei die Anschlussfahnen (14, 16) jeweils die Ummantelung (18) durchsetzend aus der Ummantelung (18) herausragen, dadurch gekennzeichnet, dass in der Ummantelung (18) ferner eine Überwachungselektronik (20) angeordnet und elektrisch mit den Anschlussfahnen (14, 16) der Flachzelle (12) verbunden ist.Battery cell comprising a flat electrochemical cell ( 12 ) with peripheral lugs therefrom ( 14 . 16 ) and a flat cell ( 12 ) surrounding sheath ( 18 ) of sheet material, the terminal lugs ( 14 . 16 ) each sheath ( 18 ) penetrating from the sheath ( 18 protrude, characterized in that in the sheath ( 18 ) a monitoring electronics ( 20 ) and electrically connected to the terminal lugs ( 14 . 16 ) of the flat cell ( 12 ) connected is. Batteriezelle nach Anspruch 1, wobei die Überwachungselektronik (20) zur Überwachung von wenigstens einem der folgenden Betriebsparameter der Batteriezelle (10) ausgebildet ist: Zellenspannung, Zellenstrom, Zellentemperatur, Zellendruck.Battery cell according to claim 1, wherein the monitoring electronics ( 20 ) for monitoring at least one of the following operating parameters of the battery cell ( 10 ): cell voltage, cell current, cell temperature, cell pressure. Batteriezelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, umfassend eine die Ummantelung (18) durchsetzende Leitungsanordnung (26) für eine Kommunikation zwischen der Überwachungselektronik (20) und einer externen elektronischen Einrichtung.Battery cell according to one of the preceding claims, comprising a sheath ( 18 ) enforcing line arrangement ( 26 ) for a communication between the monitoring electronics ( 20 ) and an external electronic device. Batteriezelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Überwachungselektronik (20) einen mikroelektronischen Prozessor umfasst. Battery cell according to one of the preceding claims, wherein the monitoring electronics ( 20 ) comprises a microelectronic processor. Batteriezelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Überwachungselektronik (20) einen ASIC-Baustein umfasst.Battery cell according to one of the preceding claims, wherein the monitoring electronics ( 20 ) comprises an ASIC device. Batteriezellenanordnung, umfassend eine Reihe von elektrisch miteinander verbundenen Batteriezellen (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5.Battery cell assembly comprising a series of electrically interconnected battery cells ( 10 ) according to one of claims 1 to 5. Verwendung einer Batteriezelle (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 oder einer Batteriezellenanordnung nach Anspruch 6 für die Herstellung einer elektrischen Batterie eines Elektro- oder Hybridfahrzeuges oder als Komponente einer solchen elektrischen Batterie.Use of a battery cell ( 10 ) according to one of claims 1 to 5 or a battery cell arrangement according to claim 6 for the production of an electric battery of an electric or hybrid vehicle or as a component of such an electric battery. Verfahren zur Herstellung einer Batteriezelle (10) durch Einschließen einer elektrochemischen Flachzelle (12) mit randseitig davon abstehenden Anschlussfahnen (14, 16) in eine Ummantelung (18) aus Folienmaterial, so dass die Anschlussfahnen (14, 16) jeweils die Ummantelung (18) durchsetzend aus der Ummantelung herausragen, dadurch gekennzeichnet, dass in die Ummantelung (18) ferner eine elektrisch mit den Anschlussfahnen (14, 16) der Flachzelle (12) verbundene Überwachungselektronik (20) eingeschlossen wird.Method for producing a battery cell ( 10 ) by enclosing an electrochemical flat cell ( 12 ) with peripheral lugs therefrom ( 14 . 16 ) in a sheath ( 18 ) of film material so that the terminal lugs ( 14 . 16 ) each sheath ( 18 ) protrude from the sheath, characterized in that in the sheath ( 18 ) further electrically connected to the terminal lugs ( 14 . 16 ) of the flat cell ( 12 ) connected monitoring electronics ( 20 ) is included. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die elektrische Verbindung der Überwachungselektronik (20) mit den Anschlussfahnen (14, 16) der Flachzelle (12) hergestellt wird, bevor das Einschließen der Flachzelle (12) mitsamt der Überwachungselektronik (20) erfolgt.Method according to claim 8, wherein the electrical connection of the monitoring electronics ( 20 ) with the terminal lugs ( 14 . 16 ) of the flat cell ( 12 ) before encasing the flat cell ( 12 ) together with the monitoring electronics ( 20 ) he follows. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei das Einschließen unter Evakuierung eines Innentraums der Ummantelung (18) erfolgt.A method according to claim 8 or 9, wherein said entrapment involves evacuation of an interior space of the sheath ( 18 ) he follows.
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