DE102010050983A1 - Single cell for battery in e.g. hybrid vehicle, has electrode stack arranged within cell housing, where housing has electrically insulating frame comprising recesses closed with respect to interior and/or environment of cell - Google Patents

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Dipl.-Ing. Trantow Sören
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Abstract

The cell (1) has an electrode stack arranged within a cell housing and comprising electrodes connected with current arrestor tabs in an electrically conductive manner. The electrodes of different polarities are insulatively separated from each other by a separator. The tabs of same polarity are connected with each other to a pole. The housing has an electrically insulating frame (5) arranged between an electrically conductive enveloping metal sheet (3) and another enveloping metal sheet. The frame has recesses closed with respect to interior and/or environment of the cell. The recesses are formed as a complete break-through between single cell sides of the frame.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einzelzelle für eine Batterie nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.The invention relates to a single cell for a battery according to the features of the preamble of claim 1.

Aus dem Stand der Technik sind, wie in der DE 10 2007 063 181 A1 beschrieben, eine Einzelzelle für eine Batterie sowie ein Verfahren zu deren Herstellung bekannt. Die Einzelzelle weist einen innerhalb eines Zellengehäuses angeordneten Elektrodenstapel auf. Die einzelnen, als Elektrodenfolien ausgebildeten Elektroden sind mit Stromableiterfahnen elektrisch leitend verbunden, wobei zumindest Elektroden unterschiedlicher Polarität durch einen als Separatorfolie ausgebildeten Separator 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. Das Zellengehäuse weist zwei elektrisch leitende Hüllbleche und einen dazwischen angeordneten, randseitig umlaufenden sowie elektrisch isolierenden Rahmen auf. Der Rahmen weist zwei elektrisch voneinander isolierte und voneinander beabstandete Materialrücknahmen auf, in denen die Stromableiterfahnen jeweils einer Polarität angeordnet sind.From the prior art, as in the DE 10 2007 063 181 A1 described a single cell for a battery and a method for their preparation. The single cell has an electrode stack arranged within a cell housing. The individual electrodes formed as electrode foils are electrically conductively connected to current-carrying lugs, at least electrodes of different polarity being separated from one another by a separator designed as a separator foil. Current collector flags of the same polarity are electrically conductively connected together to form a pole. The current discharge lugs of a pole are electrically conductively pressed together and / or welded. The cell housing has two electrically conductive Hüllbleche and arranged therebetween, edge peripheral and electrically insulating frame. The frame has two electrically isolated from each other and spaced-apart material withdrawals, in which the Stromableiterfahnen are each arranged a polarity.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Einzelzelle für eine Batterie anzugeben.The invention has for its object to provide an improved single cell for a battery.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Einzelzelle für eine Batterie mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.The object is achieved by a single cell for a battery having the features of claim 1.

Bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.Preferred embodiments and further developments of the invention are specified in the dependent claims.

Eine Einzelzelle für eine Batterie weist einen innerhalb eines Zellengehäuses angeordneten Elektrodenstapel auf, dessen einzelne Elektroden mit Stromableiterfahnen elektrisch leitend verbunden sind, wobei zumindest Elektroden unterschiedlicher Polarität durch einen Separator voneinander isolierend getrennt sind, wobei Stromableiterfahnen gleicher Polarität elektrisch leitend miteinander zu einem Pol verbunden sind, wobei das Zellengehäuse zwei elektrisch leitende Hüllbleche und einen dazwischen angeordneten, randseitig umlaufenden sowie elektrisch isolierenden Rahmen aufweist und wobei der Rahmen zwei elektrisch voneinander isolierte und voneinander beabstandete Materialrücknahmen aufweist, in denen die Stromableiterfahnen jeweils einer Polarität angeordnet sind.An individual cell for a battery has an electrode stack arranged within a cell housing, whose individual electrodes are electrically conductively connected to current discharge lugs, wherein at least electrodes of different polarity are separated from one another by a separator, wherein current discharge lugs of the same polarity are electrically conductively connected to one another, wherein the cell housing has two electrically conductive Hüllbleche and arranged therebetween, peripherally encircling and electrically insulating frame and wherein the frame has two electrically isolated from each other and spaced-apart material returns, in which the Stromableiterfahnen are each arranged a polarity.

Erfindungsgemäß weist der Rahmen zumindest eine Ausnehmung auf, welche gegenüber einem Zellinneren und/oder gegenüber einer Umgebung der Einzelzelle verschlossen ist.According to the invention, the frame has at least one recess, which is closed to a cell interior and / or to an environment of the individual cell.

Der Rahmen ist im Bereich der Stromableiterfahnen dicker ausgeformt als für dessen Stabilität bzw. für die Stabilität der Einzelzelle erforderlich und weist dort lediglich Materialrücknahmen zum Anordnen der Stromableiterfahnen auf. Durch den dickeren Rahmen sind große Leerräume im Zellinneren des Gehäuses zwischen den Stromableiterfahnen und den Hüllblechen, in welchen sich Elektrolyt ansammeln würde, verhindert. Dadurch sind Elektrolytmaterialkosten und ein Gewicht der Einzelzellen durch eine geringere Elektrolytfüllung reduziert und eine ungleichmäßige Benetzung des Elektrodenstapels mit Elektrolyt ist vermieden.The frame is made thicker in the area of the current discharge lugs than required for its stability or for the stability of the individual cell and has only material returns there for arranging the current discharge lugs. The thicker frame prevents large voids in the cell interior of the housing between the current collector tabs and the shrouds in which electrolyte would accumulate. As a result, electrolyte material costs and a weight of the individual cells are reduced by a lower electrolyte filling and uneven wetting of the electrode stack with electrolyte is avoided.

Mittels der Ausnehmung im Rahmen oder bevorzugt mittels einer Mehrzahl derartiger Ausnehmungen, welche zweckmäßigerweise in den dickeren, den Stromableiterfahnen zugewandten Rahmenbereichen angeordnet sind, ist ein erhöhtes Gewicht aufgrund des dickeren Rahmens vermieden, da durch diese Ausnehmungen Rahmenmaterial entfernt ist, so dass Hohlräume entstehen. Diese Ausnehmungen sind derart in den Rahmen eingebracht, dass eine erforderliche Stabilität des Rahmens sichergestellt ist.By means of the recess in the frame or preferably by means of a plurality of such recesses, which are expediently arranged in the thicker, the Stromableiterfahnen facing frame portions, an increased weight is avoided due to the thicker frame, as is removed by these recesses frame material, so that cavities are formed. These recesses are introduced into the frame in such a way that a required stability of the frame is ensured.

Die Ausnehmungen sind derart eingebracht, dass das Zellinnere des Gehäuses weiterhin durch den Rahmen gegenüber der Umgebung der Einzelzelle abgedichtet ist. Bevorzugt sind die Ausnehmungen gegenüber dem Zellinneren verschlossen, so dass kein Elektrolyt in die Ausnehmungen eindringen kann. Auf diese Weise ist kein zusätzliches Elektrolyt erforderlich, so dass erhöhte Elektrolytmaterialkosten und ein erhöhtes Gewicht aufgrund eines zusätzlichen Elektrolyts vermieden sind.The recesses are introduced such that the cell interior of the housing is further sealed by the frame relative to the environment of the single cell. Preferably, the recesses are closed relative to the cell interior, so that no electrolyte can penetrate into the recesses. In this way, no additional electrolyte is required, so that increased electrolyte material costs and an increased weight due to an additional electrolyte are avoided.

Die Ausnehmungen sind während einer Herstellung des Rahmens beispielsweise in einem Spritzgießverfahren durch eine entsprechende Ausformung einer Gussform herstellbar, so dass keine zusätzlichen Herstellungsschritte erforderlich sind. Dadurch sind Herstellungszeiten und Herstellungskosten der Einzelzelle nicht erhöht und es ist aufgrund der Ausnehmungen weniger Rahmenmaterial zur Herstellung des Rahmens erforderlich, wodurch die Materialkosten reduziert sind.The recesses can be produced during a production of the frame, for example in an injection molding process by a corresponding molding of a casting mold, so that no additional manufacturing steps are required. As a result, manufacturing times and manufacturing costs of the single cell are not increased and it is due to the recesses less frame material required for the production of the frame, whereby the material costs are reduced.

Aufgrund des derart ausgeformten Rahmens ist das Gewicht der Einzelzelle sowohl durch eine geringere Elektrolytfüllung als auch durch das verringerte Rahmenmaterial erheblich reduziert. Dies ist insbesondere bei einer Batterie von großer Bedeutung, welche eine Mehrzahl dieser Einzelzellen aufweist. Derartige Batterien sind bevorzugt für Fahrzeuge mit Hybridantrieb, Brennstoffzellenfahrzeuge oder Elektrofahrzeuge einsetzbar, in welchen eine Mehrzahl dieser Batterien erforderlich ist.Due to the thus shaped frame, the weight of the single cell is significantly reduced both by a lower electrolyte filling and by the reduced frame material. This is particularly important in a battery which has a plurality of these individual cells. Such batteries are preferred for vehicles with hybrid drive, fuel cell vehicles or Electric vehicles can be used, in which a majority of these batteries is required.

Durch Verwendung dieser Einzelzellen ist in derartigen Fahrzeugen eine erhebliche Gewichtsreduktion erzielbar, woraus ein geringerer Energie- und/oder Kraftstoffverbrauch und dadurch eine erhöhte Reichweite und bei Hybridfahrzeugen ein geringerer Schadstoffausstoß resultieren. Des Weiteren ist durch das geringere Gewicht der Batterien eine höhere Zuladung ermöglicht.By using these single cells in such vehicles a significant weight reduction can be achieved, resulting in a lower energy and / or fuel consumption and thus an increased range and result in hybrid vehicles, a lower pollutant emissions. Furthermore, the lower weight of the batteries allows a higher payload.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand von Zeichnungen näher erläutert.Embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to drawings.

Dabei zeigen:Showing:

1 eine perspektivische Darstellung einer Einzelzelle, 1 a perspective view of a single cell,

2 eine Explosionsdarstellung einer Einzelzelle, 2 an exploded view of a single cell,

3 eine Schnittdarstellung einer Einzelzelle, 3 a sectional view of a single cell,

4 eine perspektivische Darstellung eines Rahmens, 4 a perspective view of a frame,

5 eine Einzelzelle mit geöffnetem Gehäuse in Draufsicht, 5 a single cell with open housing in plan view,

6 eine Schnittdarstellung einer Einzelzelle im Bereich von Stromableiterfahnen, 6 a sectional view of a single cell in the range of current collector flags,

7 eine Schnittdarstellung einer Einzelzelle in einem Bereich, welcher sich in Längsrichtung zwischen Stromableiterfahnen und einem Rahmenrand erstreckt, 7 a sectional view of a single cell in a region which extends in the longitudinal direction between the current discharge lugs and a frame edge,

8 eine Explosionsdarstellung einer Einzelzelle mit einer weiteren Ausführungsform eines Rahmens, 8th an exploded view of a single cell with another embodiment of a frame,

9 eine Schnittdarstellung einer Einzelzelle mit der weiteren Ausführungsform des Rahmens im Bereich von Stromableiterfahnen und 9 a sectional view of a single cell with the further embodiment of the frame in the region of Stromableiterfahnen and

10 eine Schnittdarstellung einer Einzelzelle mit der weiteren Ausführungsform des Rahmens in einem Bereich, welcher sich in Längsrichtung zwischen Stromableiterfahnen und einem Rahmenrand erstreckt. 10 a sectional view of a single cell with the further embodiment of the frame in a region which extends in the longitudinal direction between Stromabsiterfahnen and a frame edge.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts are provided in all figures with the same reference numerals.

1 zeigt eine perspektivische Darstellung einer Einzelzelle 1 für eine nicht näher dargestellte Batterie, insbesondere für eine Fahrzeugbatterie zur Verwendung in einem Fahrzeug mit Hybridantrieb, in einem Brennstoffzellenfahrzeug oder in einem Elektrofahrzeug. 2 zeigt eine Explosionsdarstellung der Einzelzelle 1 und 3 eine Schnittdarstellung der Einzelzelle 1. 1 shows a perspective view of a single cell 1 for a non-illustrated battery, in particular for a vehicle battery for use in a hybrid vehicle, in a fuel cell vehicle or in an electric vehicle. 2 shows an exploded view of the single cell 1 and 3 a sectional view of the single cell 1 ,

Die Einzelzelle 1 weist einen innerhalb eines Zellengehäuses angeordneten Elektrodenstapel 2 auf, dessen einzelne Elektroden 2.1, 2.2 unterschiedlicher Polarität in Form von Elektrodenfolien, insbesondere Aluminium- und/oder Kupferfolien und/oder Folien aus einer Metalllegierung, wie in den 6, 7, 9 und 10 näher dargestellt, übereinander gestapelt und mittels eines Separators 2.3, insbesondere einer Separatorfolie, elektrisch voneinander isoliert sind. Die einzelnen Elektroden 2.1, 2.2 sind mit Stromableiterfahnen 2.4, 2.5 elektrisch leitend verbunden. Die Stromableiterfahnen 2.4, 2.5 sind hier durch nach außerhalb des Elektrodenstapels 2 geführte Randbereiche der Elektrodenfolien ausgebildet.The single cell 1 has an electrode stack disposed within a cell housing 2 on, whose individual electrodes 2.1 . 2.2 different polarity in the form of electrode films, in particular aluminum and / or copper foils and / or films of a metal alloy, as in the 6 . 7 . 9 and 10 shown in more detail, stacked on top of each other and by means of a separator 2.3 , in particular a Separatorfolie, are electrically isolated from each other. The individual electrodes 2.1 . 2.2 are with current collector flags 2.4 . 2.5 electrically connected. The current collector flags 2.4 . 2.5 are here by out to the outside of the electrode stack 2 Guided edge regions of the electrode films formed.

Stromableiterfahnen 2.4, 2.5 gleicher Polarität sind elektrisch leitend miteinander zu einem Pol verbunden, beispielsweise elektrisch leitend miteinander verpresst oder verschweißt. Das Zellengehäuse weist zwei elektrisch leitende Hüllbleche 3, 4 und einen dazwischen angeordneten, den Elektrodenstapel 2 randseitig umlaufenden elektrisch isolierenden Rahmen 5 auf. Die Hüllbleche 3, 4 sind mit den Stromableiterfahnen 2.4, 2.5 jeweils einer Polarität elektrisch kontaktiert, so dass die Hüllbleche 3, 4 Zellpole der Einzelzelle 1 bilden. Dazu sind die betreffenden Stromableiterfahnen 2.4, 2.5 mit dem jeweiligen Hüllblech 3, 4 beispielsweise verschweißt.current drain 2.4 . 2.5 the same polarity are electrically conductively connected together to form a pole, for example, electrically pressed together or welded together. The cell housing has two electrically conductive cover plates 3 . 4 and an interposed, the electrode stack 2 Edge surrounding electrically insulating frame 5 on. The cover plates 3 . 4 are with the current collector flags 2.4 . 2.5 each electrically contacted one polarity, so that the cladding 3 . 4 Cell poles of the single cell 1 form. These are the relevant current discharge lugs 2.4 . 2.5 with the respective cover plate 3 . 4 for example, welded.

Der Rahmen 5 ist im Bereich der Stromableiterfahnen 2.4, 2.5 dicker ausgeformt als für dessen Stabilität bzw. für die Stabilität der Einzelzelle 1 erforderlich und weist dort lediglich zwei elektrisch voneinander isolierte und voneinander beabstandete Materialrücknahmen 6 auf, in denen die Stromableiterfahnen 2.4, 2.5 jeweils einer Polarität angeordnet sind. Durch den dickeren Rahmen 5 sind große Leerräume im Zellinneren des Gehäuses zwischen den Stromableiterfahnen 2.4, 2.5 und den Hüllblechen 3, 4, in welchen sich Elektrolyt ansammeln würde, verhindert. Dadurch sind Elektrolytmaterialkosten und ein Gewicht der Einzelzellen 1 durch eine geringere Elektrolytfüllung reduziert und eine ungleichmäßige Benetzung des Elektrodenstapels 2 mit Elektrolyt ist vermieden.The frame 5 is in the area of the current collector flags 2.4 . 2.5 thicker than for its stability or for the stability of the single cell 1 required and there has only two electrically isolated from each other and spaced apart material returns 6 on, in which the current collector flags 2.4 . 2.5 each arranged in a polarity. Due to the thicker frame 5 are large voids in the cell interior of the housing between the current collector lugs 2.4 . 2.5 and the cladding 3 . 4 in which electrolyte would accumulate prevented. As a result, electrolyte material costs and a weight of the individual cells 1 reduced by a lower electrolyte filling and uneven wetting of the electrode stack 2 with electrolyte is avoided.

Um ein erhöhtes Gewicht der Einzelzelle 1 aufgrund des dickeren Rahmens 5 zu vermeiden, weist der Rahmen 5 eine Mehrzahl von verschieden ausgeformten Ausnehmungen 7, 8 auf. Diese Ausnehmungen 7, 8 sind in 4 detaillierter dargestellt. Aufgrund des in den Ausnehmungen 7, 8 fehlenden Rahmenmaterials ist das Gewicht der Einzelzelle 1 reduziert. Die Ausnehmungen 7, 8 sind derart in den Rahmen 5 eingebracht, dass eine erforderliche Stabilität des Rahmens 5 sichergestellt ist und das Zellinnere des Gehäuses weiterhin durch den Rahmen 5 gegenüber der Umgebung der Einzelzelle 1 abgedichtet ist.To an increased weight of the single cell 1 due to the thicker frame 5 To avoid, the frame points 5 a plurality of differently shaped recesses 7 . 8th on. These recesses 7 . 8th are in 4 shown in more detail. Because of in the recesses 7 . 8th missing frame material is the weight of the single cell 1 reduced. The recesses 7 . 8th are so in the frame 5 introduced that required stability of the frame 5 is ensured and the cell interior of the housing continues through the frame 5 towards the environment of the single cell 1 is sealed.

Des Weiteren sind die Ausnehmungen 7, 8 gegenüber dem Zellinneren durch eine Rahmeninnenwand 5.1 verschlossen, so dass kein Elektrolyt in die Ausnehmungen 7, 8 eindringen kann. Auf diese Weise ist kein zusätzliches Elektrolyt erforderlich, so dass erhöhte Elektrolytmaterialkosten und ein erhöhtes Gewicht aufgrund eines zusätzlichen Elektrolyts vermieden sind.Furthermore, the recesses 7 . 8th opposite the cell interior through a frame inner wall 5.1 closed, so no electrolyte in the recesses 7 . 8th can penetrate. In this way, no additional electrolyte is required, so that increased electrolyte material costs and an increased weight due to an additional electrolyte are avoided.

Wie in den 2, 4, 5 und in den 6 und 7 im geschlossenen Zustand als Detaildarstellung gezeigt, weist der Rahmen 5 zwei unterschiedlich ausgeformte Ausführungen der Ausnehmungen 7, 8 auf. Dabei sind erste Ausnehmungen 7 im Bereich der Materialrücknahmen 6 im Rahmen 5 angeordnet. Diese ersten Ausnehmungen 7 sind gegenüber dem Zellinneren und gegenüber den in der Materialrücknahme 6 angeordneten Stromableiterfahnen 2.4, 2.5 verschlossen, so dass kein Elektrolyt aus dem Zellinneren in die Ausnehmungen 7, 8 eindringen kann.As in the 2 . 4 . 5 and in the 6 and 7 shown in the closed state as a detail, the frame points 5 two differently shaped versions of the recesses 7 . 8th on. Here are first recesses 7 in the area of material returns 6 as part of 5 arranged. These first recesses 7 are opposite the cell interior and opposite to the material withdrawal 6 arranged Stromableiterfahnen 2.4 . 2.5 closed, so that no electrolyte from the cell interior into the recesses 7 . 8th can penetrate.

Der Rahmen 5 ist im Bereich dieser ersten Ausnehmungen 7 von einer ersten Einzelzellseite zu einer zweiten Einzelzellseite nicht vollständig durchbrochen, so dass in den Materialrücknahmen 6 eine Auflagefläche für die Stromableiterfahnen 2.4, 2.5 erhalten bleibt. Dadurch sind die Stromableiterfahnen 2.4, 2.5 zu deren Kontaktierung in Bezug zu den Hüllblechen 3, 4 weiterhin optimal positionierbar und beispielsweise mittels des Rahmens 5 an das jeweilige Hüllblech 3, 4 anpressbar. Im Bereich der Materialrücknahmen 6 sind im hier dargestellten Beispiel jeweils zwei dieser ersten Ausnehmungen 7 angeordnet, welche durch einen Steg 9 aus Rahmenmaterial voneinander getrennt sind. Auf diese Weise ist trotz der ersten Ausnehmungen 7, d. h. trotz des dort fehlenden Rahmenmaterials, eine ausreichende Stabilität des Rahmens 5 sichergestellt, wobei die Rahmeninnenwand 5.1 durch diesen Steg 9 abgestützt ist, da die Rahmeninnenwand 5.1 über den Steg 9 mit einer Rahmenaußenwand 5.2 verbunden ist.The frame 5 is in the range of these first recesses 7 from a first single cell side to a second single cell side is not completely broken, so that in the material withdrawals 6 a bearing surface for the current collector flags 2.4 . 2.5 preserved. This causes the current collector flags 2.4 . 2.5 for contacting them in relation to the cladding sheets 3 . 4 furthermore optimally positionable and, for example, by means of the frame 5 to the respective cover plate 3 . 4 be pressed. In the area of material returns 6 are in the example shown here, two of these first recesses 7 arranged, which by a footbridge 9 are separated from each other frame material. In this way, despite the first recesses 7 , ie despite the lack of frame material, sufficient stability of the frame 5 ensured, with the frame inner wall 5.1 through this jetty 9 is supported, since the frame inner wall 5.1 over the jetty 9 with a frame outer wall 5.2 connected is.

Dadurch ist sichergestellt, dass die Einzelzelle 1 ausreichend stabil ist, um auf sie einwirkenden Belastungen bis zu einem vorgegebenen Maß unbeschädigt zu widerstehen. Derartige Belastungen sind beispielsweise Druckbelastungen aus dem Zellinneren, beispielsweise aufgrund einer Fehlfunktion der Einzelzelle 1, welche bei einer zu geringen Stabilität der Einzelzelle 1 zu deren Explosion führen können. Des Weiteren können derartige Belastungen auch von außen auf die Einzelzelle 1 einwirken, beispielsweise bei einem Einsatz einer Mehrzahl dieser Einzelzellen 1 in einer Fahrzeugbatterie aufgrund eines Unfalls des Fahrzeugs. Auch in einem derartigen Fall ist bei einer ausreichend stabilen Einzelzelle 1 deren Beschädigung und ein daraus resultierendes Austreten von beispielsweise gesundheitsschädlichen Substanzen vermieden.This ensures that the single cell 1 is sufficiently stable to withstand undamaged loads to a predetermined extent. Such loads are for example pressure loads from the cell interior, for example due to a malfunction of the single cell 1 , which at too low stability of the single cell 1 can lead to their explosion. Furthermore, such loads can also be applied externally to the single cell 1 act, for example, when using a plurality of these individual cells 1 in a vehicle battery due to an accident of the vehicle. Even in such a case is in a sufficiently stable single cell 1 their damage and the resulting leakage of, for example, harmful substances avoided.

Da die Stromableiterfahnen 2.4, 2.5 in Längsausdehnung der Einzelzelle 1 kürzer ausgebildet sind als der Elektrodenstapel 2, müssen sich die Materialrücknahmen 6 nicht über eine gesamte Längsausdehnung des Rahmens 5 erstrecken, sondern eine Länge der Materialrücknahmen 6 korrespondiert mit einer Länge der Stromableiterfahnen 2.4, 2.5. Der Rahmen 5 ist jedoch über seine gesamte Längsausdehnung verdickt ausgebildet, um in Eckbereichen des Zellinnern große Leerräume zu vermeiden, in welchen sich Elektrolyt ungenutzt ansammeln könnte.Because the current collector flags 2.4 . 2.5 in longitudinal extent of the single cell 1 are shorter than the electrode stack 2 , have the material returns 6 not over an entire longitudinal extent of the frame 5 extend, but a length of material returns 6 corresponds to a length of the Stromableiterfahnen 2.4 . 2.5 , The frame 5 However, it is thickened over its entire longitudinal extent, in order to avoid large gaps in corner regions of the cell interior, in which electrolyte could accumulate unused.

Um auch in diesen Rahmenbereichen einen maximal möglichen Anteil des Rahmenmaterials einzusparen und dadurch das Gewicht der Einzelzelle 1 weiter zu reduzieren, sind in diesen Rahmenbereichen, d. h. jeweils in Längsausdehnung der Einzelzelle 1 zwischen dem Bereich der Materialrücknahme 6 und einem Rahmenrand, zweite Ausnehmungen 8 angeordnet. Diese zweiten Ausnehmungen 8 sind im Rahmen 5 jeweils als vollständiger Durchbruch von der ersten Einzelzellseite zur zweiten Einzelzellseite ausgeführt, so dass eine maximal mögliche Verringerung des Rahmenmaterials erzielt ist. Auch diese zweiten Ausnehmungen 8 sind gegenüber dem Zellinneren durch die Rahmeninnenwand 5.1 verschlossen, so dass ein Eindringen von Elektrolyt in die zweiten Ausnehmungen 8 verhindert ist.To save even in these frame areas a maximum possible proportion of the frame material and thereby the weight of the single cell 1 to further reduce, are in these frame areas, ie in each case in the longitudinal extent of the single cell 1 between the area of material withdrawal 6 and a frame edge, second recesses 8th arranged. These second recesses 8th are in the frame 5 each performed as a complete breakthrough from the first single cell side to the second single cell side, so that a maximum possible reduction of the frame material is achieved. Also these second recesses 8th are opposite the cell interior through the frame inner wall 5.1 sealed, allowing electrolyte penetration into the second recesses 8th is prevented.

Gegenüber einer Umgebung der Einzelzelle 1 sind beide Ausführungsformen der Ausnehmungen 7, 8 durch die Rahmenaußenwand 5.2 und durch die Hüllbleche 3, 4 verschlossen. Dadurch ist selbst bei einer Beschädigung der Rahmeninnenwand 5.1 eine Undichtigkeit der Einzelzelle 1, d. h. ein Austritt von Elektrolyt aus der Einzelzelle 1, verhindert. Zwischen den ersten und den zweiten Ausnehmungen 7, 8 ist ebenfalls jeweils ein Steg 9 aus Rahmenmaterial angeordnet, so dass eine ausreichende Stabilität des Rahmens 5 sichergestellt ist.Opposite an environment of the single cell 1 Both are embodiments of the recesses 7 . 8th through the frame outer wall 5.2 and through the cladding 3 . 4 locked. As a result, even with damage to the frame inner wall 5.1 a leak of the single cell 1 , ie an exit of electrolyte from the single cell 1 , prevented. Between the first and second recesses 7 . 8th is also a jetty 9 Made of frame material, allowing adequate stability of the frame 5 is ensured.

Die Ausnehmungen 7, 8 sind während einer Herstellung des Rahmens 5 beispielsweise in einem Spritzgießverfahren oder in einem Spritzprägeverfahren durch eine entsprechende Ausformung einer Gussform bzw. einer Prägeform herstellbar, so dass keine zusätzlichen Herstellungsschritte erforderlich sind. Dadurch sind Herstellungszeiten und Herstellungskosten der Einzelzelle 1 nicht erhöht und es ist aufgrund der Ausnehmungen 7, 8 weniger Rahmenmaterial zur Herstellung des Rahmens 5 erforderlich, wodurch die Materialkosten reduziert sind.The recesses 7 . 8th are during a manufacture of the frame 5 For example, in an injection molding or in an injection-compression molding process by a corresponding molding of a mold or a mold can be produced, so that no additional manufacturing steps are required. As a result, production times and production costs of the single cell 1 not raised and it is due to the recesses 7 . 8th fewer Frame material for the production of the frame 5 required, whereby the material costs are reduced.

Der Rahmen 5 ist im Spritzgießverfahren als ein separates Bauteil aus Kunststoff herstellbar, durch Einspritzen des Kunststoffs in schmelzflüssiger Form in die entsprechende Gussform, aus welcher der Rahmen 5 nach einem ausreichenden Erkalten und Erstarren entnehmbar ist. Anschließend ist der Rahmen 5 durch Verkleben oder durch ein partielles Anschmelzen des Rahmens 5 und Anpressen der Hüllbleche 3, 4, beispielsweise in einem Heißpressprozess mit den Hüllblechen 3, 4 verbindbar, wodurch das Zellengehäuse verschlossen ist. In 5 ist der Rahmen 5 mit dem darin angeordneten Elektrodenstapel 2 dargestellt. Das Gehäuse ist durch Verbindung der Hüllbleche 3, 4 mit dem Rahmen 5 zu verschließen.The frame 5 is in the injection molding process as a separate component made of plastic, by injecting the plastic in molten form into the appropriate mold, from which the frame 5 can be removed after sufficient cooling and solidification. Then the frame 5 by gluing or by partial melting of the frame 5 and pressing the Hüllbleche 3 . 4 For example, in a hot pressing process with the cladding 3 . 4 connectable, whereby the cell housing is closed. In 5 is the frame 5 with the electrode stack arranged therein 2 shown. The housing is by connecting the Hüllbleche 3 . 4 with the frame 5 to close.

Alternativ ist der Rahmen 5 im Spritzgießverfahren oder in einem Spritzprägeverfahren auf eines der Hüllbleche 3 aufspritzbar oder aufprägbar und anschließend auf die erwähnte Weise mit dem anderen Hüllblech 4 verbindbar, um das Gehäuse zu schließen. Im Spritzgießverfahren ist dazu das jeweilige Hüllblech 3 in die Gussform einzulegen und der Kunststoff in die Gussform einzuspritzen und dabei an das Hüllblech 3 anzuspritzen. Nach Erkalten und Erstarren des Kunststoffs ist das Hüllblech 3 mit angespritzem Rahmen 5 aus der Gussform zu entnehmen. Im Spritzprägeverfahren ist der Rahmen 5 durch ein Auftragen angeschmolzenen und dadurch formbaren Kunststoffs auf das jeweilige Hüllblech 3 und ein nachfolgendes Ausformen des Rahmens 5 durch Aufpressen einer Prägeform herzustellen.Alternatively, the frame 5 by injection molding or by injection-compression molding on one of the cladding sheets 3 sprayable or aufprägbar and then in the aforementioned manner with the other cover plate 4 connectable to close the housing. In the injection molding process is the respective cladding 3 Insert into the mold and inject the plastic into the mold and thereby to the cladding 3 to mold. After cooling and solidification of the plastic is the cladding 3 with molded frame 5 to remove from the mold. In injection-compression molding is the frame 5 by applying melted and thereby moldable plastic on the respective cover plate 3 and a subsequent shaping of the frame 5 produce by pressing a stamping mold.

In den 8, 9 und 10 ist eine alternativ hergestellte Ausführungsform des Rahmens 5 dargestellt. In dieser Ausführungsform weisen beide Hüllbleche 3, 4 jeweils eine Rahmenhälfte 5.3, 5.4 auf, wobei durch eine entsprechende Ausformung der Gussformen die Ausnehmungen 7, 8 jeweils anteilig in die Rahmenhälften 5.3, 5.4 eingebracht sind. Auch diese Rahmenhälften 5.3, 5.4 sind als separate Bauteile im Spritzgießverfahren herstellbar und beispielsweise durch Kleben oder partielles Aufschmelzen des Materials der Rahmenhälften 5.3, 5.4 an den Hüllblechen 3, 4 zu befestigen.In the 8th . 9 and 10 is an alternative embodiment of the frame 5 shown. In this embodiment, both envelopes 3 . 4 one frame half each 5.3 . 5.4 on, by a corresponding shape of the molds, the recesses 7 . 8th each proportionately in the frame halves 5.3 . 5.4 are introduced. Also these frame halves 5.3 . 5.4 are produced as separate components by injection molding and, for example, by gluing or partial melting of the material of the frame halves 5.3 . 5.4 on the cladding 3 . 4 to fix.

Bevorzugt erfolgt hier jedoch das Spritzgießen oder Spritzprägen der Rahmenhälften 5.3, 5.4 direkt an das jeweilige Hüllblech 3, 4, wodurch eine besonders stabile Verbindung zwischen den Rahmenhälften 5.3, 5.4 und dem jeweiligen Hüllblech 3, 4 erzielbar ist. Das Verschließen der Einzelzelle 1 erfolgt dann durch ein Verbinden der beiden Rahmenhälften 5.3, 5.4 miteinander, beispielsweise durch Verkleben oder besonders bevorzugt durch das partielle Anschmelzen des Materials der Rahmenhälften 5.3, 5.4 auf zu verbindenden Oberflächen der Rahmenhälften 5.3, 5.4 und ein nachfolgendes Zusammenpressen der Rahmenhälften 5.3, 5.4. Das partielle Anschmelzen erfolgt dabei vorzugsweise mittels Ultraschallschweißen oder mittels der so genannten Spiegelschweißtechnik.However, injection molding or injection-compression molding of the frame halves is preferably carried out here 5.3 . 5.4 directly to the respective cover plate 3 . 4 , creating a particularly stable connection between the frame halves 5.3 . 5.4 and the respective cover plate 3 . 4 is achievable. The closing of the single cell 1 then takes place by connecting the two frame halves 5.3 . 5.4 with each other, for example by gluing or more preferably by the partial melting of the material of the frame halves 5.3 . 5.4 on to be joined surfaces of the frame halves 5.3 . 5.4 and a subsequent compression of the frame halves 5.3 . 5.4 , The partial melting is preferably carried out by means of ultrasonic welding or by means of the so-called mirror welding technique.

Bei der Spiegelschweißtechnik erfolgt das partielle Anschmelzen mittels eines doppelseitigen Heizelementes, durch Anpressen der Rahmenhälften 5.3, 5.4 an jeweils eine Seite des Heizelementes. Nach ausreichendem Erhitzen und Anschmelzen des Materials der Rahmenhälften 5.3, 5.4 ist das doppelseitige Heizelement zwischen den Rahmenhälften 5.3, 5.4 zu entfernen und diese sind zusammenzupressen und auf diese Weise miteinander zu verschweißen. Auf diese Weise ist eine stabile stoffschlüssige Verbindung zwischen den Rahmenhälften 5.3, 5.4 erreicht. Da die Rahmenhälften 5.3, 5.4 auch mit den jeweiligen Hüllblechen 3, 4 bevorzugt mittels Spritzgießen oder Spritzprägen besonders stabil verbunden sind, ist auf diese Weise ein stabiles und fest verschlossenes Gehäuse der Einzelzellen 1 gebildet, welches inneren und äußeren Belastungen in vorgegebenem Maße widersteht.In the mirror welding technique, the partial melting takes place by means of a double-sided heating element, by pressing the frame halves 5.3 . 5.4 on each side of the heating element. After sufficient heating and melting of the material of the frame halves 5.3 . 5.4 is the double-sided heating element between the frame halves 5.3 . 5.4 to remove and these are to be pressed together and welded together in this way. In this way, a stable cohesive connection between the frame halves 5.3 . 5.4 reached. Because the frame halves 5.3 . 5.4 also with the respective cladding sheets 3 . 4 preferably are particularly stable connected by injection molding or injection compression, is in this way a stable and tightly closed housing of the individual cells 1 formed, which resists internal and external loads to a predetermined extent.

Aufgrund des Rahmens 5, welcher im Bereich der Stromableiterfahnen 2.4, 2.5 und insbesondere über die gesamte Längsausdehnung der Einzelzelle 1 verdickt ausgeformt ist und welcher die Ausnehmungen 7, 8 aufweist, ist das Gewicht der Einzelzelle 1 sowohl durch eine geringere Elektrolytfüllung als auch durch das verringerte Rahmenmaterial erheblich reduziert. Dies ist insbesondere bei einer Batterie von großer Bedeutung, welche eine Mehrzahl dieser Einzelzellen 1 aufweist.Due to the frame 5 , which in the area of the current collector flags 2.4 . 2.5 and in particular over the entire longitudinal extent of the single cell 1 thickened is formed and which the recesses 7 . 8th has, is the weight of the single cell 1 significantly reduced both by a lower electrolyte filling and by the reduced frame material. This is particularly important in a battery, which is a majority of these individual cells 1 having.

Derartige Batterien sind bevorzugt für Fahrzeuge mit Hybridantrieb, Brennstoffzellenfahrzeuge oder Elektrofahrzeuge einsetzbar, in welchen eine Mehrzahl dieser Batterien erforderlich ist. Durch Verwendung dieser Einzelzellen 1 ist in derartigen Fahrzeugen eine erhebliche Gewichtsreduktion erzielbar, woraus ein geringerer Energie- und/oder Kraftstoffverbrauch und dadurch eine erhöhte Reichweite und bei Hybridfahrzeugen ein geringerer Schadstoffausstoß resultieren. Des Weiteren ist durch das geringere Gewicht der Batterien eine höhere Zuladung ermöglicht.Such batteries are preferably used for vehicles with hybrid drive, fuel cell vehicles or electric vehicles, in which a plurality of these batteries is required. By using these single cells 1 In such vehicles a significant weight reduction can be achieved, resulting in a lower energy and / or fuel consumption and thus an increased range and result in hybrid vehicles less pollutant emissions. Furthermore, the lower weight of the batteries allows a higher payload.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Einzelzellesingle cell
22
Elektrodenstapelelectrode stack
2.1, 2.22.1, 2.2
Elektrodeelectrode
2.32.3
Separatorseparator
2.4, 2.52.4, 2.5
Stromableiterfahnedischarge lug
3, 43, 4
Hüllblechskin panel
55
Rahmenframe
5.15.1
RahmeninnenwandFrame inner wall
5.25.2
RahmenaußenwandFrame outer wall
5.3, 5.4 5.3, 5.4
Rahmenhälfteframe half
66
MaterialrücknahmeMaterialrücknahme
7, 87, 8
Ausnehmungrecess
99
Stegweb

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102007063181 A1 [0002] DE 102007063181 A1 [0002]

Claims (8)

Einzelzelle (1) für eine Batterie, mit einem innerhalb eines Zellengehäuses angeordneten Elektrodenstapel (2), dessen einzelne Elektroden (2.1, 2.2) mit Stromableiterfahnen (2.4, 2.5) elektrisch leitend verbunden sind, wobei zumindest Elektroden (2.1, 2.2) unterschiedlicher Polarität durch einen Separator (2.3) voneinander isolierend getrennt sind, wobei Stromableiterfahnen (2.4, 2.5) gleicher Polarität elektrisch leitend miteinander zu einem Pol verbunden sind, wobei das Zellengehäuse zwei elektrisch leitende Hüllbleche (3, 4) und einen dazwischen angeordneten, randseitig umlaufenden sowie elektrisch isolierenden Rahmen (5) aufweist und wobei der Rahmen (5) zwei elektrisch voneinander isolierte und voneinander beabstandete Materialrücknahmen (6) aufweist, in denen die Stromableiterfahnen (2.4, 2.5) jeweils einer Polarität angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen (5) zumindest eine Ausnehmung (7, 8) aufweist, welche gegenüber einem Zellinneren und/oder gegenüber einer Umgebung der Einzelzelle (1) verschlossen ist.Single cell ( 1 ) for a battery, with an electrode stack arranged within a cell housing ( 2 ), whose individual electrodes ( 2.1 . 2.2 ) with current discharge lugs ( 2.4 . 2.5 ) are electrically conductively connected, wherein at least electrodes ( 2.1 . 2.2 ) of different polarity through a separator ( 2.3 ) are isolated from each other insulating, wherein Stromableiterfahnen ( 2.4 . 2.5 ) of the same polarity are electrically conductively connected to one another with a pole, wherein the cell housing has two electrically conductive enveloping sheets ( 3 . 4 ) and an interposed, peripherally encircling and electrically insulating frame ( 5 ) and wherein the frame ( 5 ) two electrically isolated from each other and spaced apart material withdrawals ( 6 ), in which the current collector lugs ( 2.4 . 2.5 ) are each arranged in a polarity, characterized in that the frame ( 5 ) at least one recess ( 7 . 8th ), which are opposite a cell interior and / or an environment of the single cell ( 1 ) is closed. Einzelzelle (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Ausnehmung (7, 8) zumindest bereichsweise durch Rahmenmaterial und/oder durch zumindest ein Hüllblech (3, 4) verschlossen ist.Single cell ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the at least one recess ( 7 . 8th ) at least partially by frame material and / or by at least one cladding sheet ( 3 . 4 ) is closed. Einzelzelle (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Ausnehmung (7, 8) im Bereich zumindest einer Materialrücknahme (6) im Rahmen (5) angeordnet ist.Single cell ( 1 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the at least one recess ( 7 . 8th ) in the area of at least one material withdrawal ( 6 ) as part of ( 5 ) is arranged. Einzelzelle (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Ausnehmung (7, 8) gegenüber dem Zellinneren und gegenüber den in der Materialrücknahme (6) angeordneten Stromableiterfahnen (2.4, 2.5) verschlossen ist.Single cell ( 1 ) according to one of claims 1 to 3, characterized in that the at least one recess ( 7 . 8th ) in relation to the cell interior and in relation to the material withdrawal ( 6 ) arranged Stromableiterfahnen ( 2.4 . 2.5 ) is closed. Einzelzelle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Länge der Materialrücknahmen (6) mit einer Länge der Stromableiterfahnen (2.4, 2.5) korrespondiert.Single cell ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that a length of the material returns ( 6 ) with a length of the Stromableiterfahnen ( 2.4 . 2.5 ) corresponds. Einzelzelle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Ausnehmung (7, 8) sich in Längsausdehnung der Einzelzelle (1) zwischen dem Bereich der Materialrücknahme (6) und einem Rahmenrand erstreckt.Single cell ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one recess ( 7 . 8th ) in the longitudinal extent of the single cell ( 1 ) between the area of material withdrawal ( 6 ) and a frame edge. Einzelzelle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Ausnehmung (7, 8) als vollständiger Durchbruch zwischen einer ersten Einzelzellseite und einer zweiten Einzelzellseite des Rahmens (5) ausgebildet ist.Single cell ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one recess ( 7 . 8th ) as a complete breakthrough between a first single cell side and a second single cell side of the frame ( 5 ) is trained. Einzelzelle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Mehrzahl von Ausnehmungen (7, 8) zwischen den Ausnehmungen (7, 8) jeweils ein Steg (9) zur Stabilisierung des Rahmens (5) angeordnet ist, welcher eine Rahmeninnenwand (5.1) und eine Rahmenaußenwand (5.2) miteinander verbindet.Single cell ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that in the case of a plurality of recesses ( 7 . 8th ) between the recesses ( 7 . 8th ) one jetty ( 9 ) to stabilize the framework ( 5 ), which has a frame inner wall ( 5.1 ) and a frame outer wall ( 5.2 ) connects to each other.
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DE102007063181A1 (en) 2007-08-06 2009-02-19 Daimler Ag Single cell for a battery and method for its production

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