DE102010055599A1 - Battery for use as e.g. traction battery in partially electrically driven vehicle, in lithium ion technology, has frames comprising recess such that welded region is exposed between electrode stack and edge of battery single cells - Google Patents

Battery for use as e.g. traction battery in partially electrically driven vehicle, in lithium ion technology, has frames comprising recess such that welded region is exposed between electrode stack and edge of battery single cells Download PDF

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Abstract

The battery (1) has multiple prismatic battery single cells (2), which include welded electrode stack. The single cells are braced together with frames e.g. intermediate frame (3) and half frames. Films i.e. composite sheet, are circumferentially welded around the stack. A circumferentially welded region is clamped between the neighboring frames. The neighboring frames comprise a recess such that the welded region is exposed between the stack and an edge of the single cells. The sheet is made from an aluminum alloy and a plastic material i.e. thermoplastic plastic material.

Description

Die Erfindung betrifft eine Batterie mit einem Stapel aus mehreren prismatischen Batterieeinzelzellen nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.The invention relates to a battery with a stack of several prismatic battery individual cells according to the closer defined in the preamble of claim 1.

Aus dem allgemeinen Stand der Technik sind Batterieeinzelzellen, beispielsweise in Lithium-Ionen-Technologie, bekannt, welche in Form von sogenannten Pouch- oder Coffeebag-Zellen ausgebildet sind. Diese sogenannten Pouch-Zellen weisen den üblichen Elektrodenstapel aus Anodenfolien, Kathodenfolien und dazwischen angeordneten Separatorfolien auf. Dieser Elektrodenstapel wird dann zwischen Folien eingebracht, welche umlaufend um den Elektrodenstapel, nachdem dieser mit Elektrolyt getränkt worden ist, verschweißt werden. Es entsteht eine Batterieeinzelzelle in einer flexiblen Außenhaut, einer Art Beutel, welcher vorzugsweise aus einer Aluminiumschicht als Diffusionssperre sowie zwei thermoplastischen Kunststoffschichten auf dieser Aluminiumschicht besteht. Die thermoplastischen Kunststoffschichten können dann angeschmolzen und unter Druck erkaltet werden, sodass diese miteinander verschweißen. Durch den umlaufenden verschweißten Bereich ragen lediglich die beiden Stromableiter, welche mit den Anodenfolien einerseits und den Kathodenfolien andererseits verbunden sind und welche zur elektrischen Kontaktierung der Batterieeinzelzelle dienen.Single battery cells, for example in lithium-ion technology, are known from the general state of the art, which are designed in the form of so-called pouch or coffee bag cells. These so-called pouch cells have the usual electrode stack of anode foils, cathode foils and separator foils arranged between them. This electrode stack is then inserted between films, which are welded around the electrode stack, after it has been soaked with electrolyte, welded. The result is a single battery cell in a flexible outer skin, a kind of bag, which preferably consists of an aluminum layer as a diffusion barrier and two thermoplastic layers of plastic on this aluminum layer. The thermoplastic resin layers can then be melted and cooled under pressure so that they weld together. By the circumferential welded area protrude only the two current conductors, which are connected to the anode foils on the one hand and the cathode foils on the other hand and which serve for electrical contacting of the battery single cell.

Derartige Pouch-Zellen sind typischerweise mechanisch relativ empfindlich und werden daher zusammen mit geeigneten Rahmen, welche entweder als jeweils zwischen zwei Zellen liegende Zwischenrahmen oder als jeweils eine der Zellen einschließende Halbrahmen ausgebildet sind. Zwischen den beiden Zwischenrahmen beziehungsweise den beiden Hälften des Halbrahmens wird dabei der umlaufende verschweißte Bereich eingeklemmt, um die Zelle über einen Kraftschluss mit dem Rahmen zu verbinden und eine mechanisch stabile Einheit zu schaffen. Die Batterieeinzelzellen und die Rahmen werden dann typischerweise zur Batterie gestapelt und über am Ende des Stapels angeordnete Druckbrillen und geeignete Spannelemente, beispielsweise Zuganker, Spannbänder oder dergleichen, verspannt.Such pouch cells are typically relatively mechanically sensitive, and therefore, together with suitable frames, which are formed either as inter-frame inter-cell frames or as one-half-frame enclosing cells, respectively. Between the two intermediate frames or the two halves of the half frame while the circumferential welded area is clamped in order to connect the cell via a frictional connection with the frame and to create a mechanically stable unit. The battery cells and frames are then typically stacked into the battery and tensioned via pressure gauges located at the end of the stack and suitable tension members, such as tie rods, straps, or the like.

Nun ist es so, dass bei einer Überladung oder einem Kurzschluss im Inneren der Batterieeinzelzelle, insbesondere wenn diese in Lithium-Ionen-Technologie ausgebildet sind, ein Überdruck entstehen kann, welcher ab einem bestimmten Wert definiert abgebaut werden muss, um eine exotherme Reaktion der Zellchemie, dem sogenannten Thermal Runaway der Batterieeinzelzelle zu verhindern. Eine solche exotherme Reaktion kann zu einem Brand oder einer Explosion in der Batterieeinzelzelle führen. Der Überdruck entsteht dabei im Wesentlichen durch die Verdampfung des Elektrolyten, wenn die Batterieeinzelzelle überhitzt wird. Nun ist es so, dass in einer einzelnen nicht zwischen Rahmen beziehungsweise Halbrahmen eingespannten Pouch-Zelle nur vergleichsweise geringe Drücke aufgebaut werden können, da dann die Folie im Bereich der Schweißstellen durch die Wirkung von Schälspannungen früh aufreißt und der Druck abgebaut wird. Wird die als Pouch-Zelle ausgebildete Batterieeinzelzelle jedoch wie oben beschrieben umlaufend zwischen Rahmen in Form von Zwischenrahmen oder Halbrahmen eingeklemmt, dann kann sich der entstehende Druck erst dann abbauen, wenn der komplette Zellstapel beispielsweise durch ein Reißen von Zugankern oder Spannbändern in axialer Richtung zerstört wird. Die hierfür erforderlichen Drücke sind jedoch extrem hoch, sodass bei dem oben beschriebenen Aufbau ein Thermal Runaway nicht verhindert werden kann. Sofern es zu einer Zerstörung des gesamten Stapels aus Batterieeinzelzellen durch sich explosionsartig öffnende Zellen kommt, entsteht außerdem Energie in einer Größenordnung, welche nicht beherrschbar ist. Ein solches Szenario gilt es also unbedingt zu verhindern.It is then the case that in the event of an overcharge or a short circuit in the interior of the single cell of the battery, especially if these are formed in lithium-ion technology, an overpressure may arise which must be reduced in a defined manner above a certain value in order to exert an exothermic reaction of the cell chemistry to prevent the so-called thermal runaway of the single cell battery. Such an exothermic reaction can lead to a fire or explosion in the single battery cell. The overpressure is essentially due to the evaporation of the electrolyte when the battery cell is overheated. Now it is the case that only comparatively low pressures can be built up in a single pouch cell not clamped between frame or half frame, since then the foil tears open early in the area of the welds due to the effect of peeling stresses and the pressure is reduced. If, however, the battery cell formed as a pouch cell is clamped peripherally between frame in the form of intermediate frame or half frame as described above, then the resulting pressure can only degrade when the complete cell stack is destroyed in the axial direction, for example by tearing tie rods or tension bands , However, the pressures required for this are extremely high, so that in the structure described above, a thermal runaway can not be prevented. If there is a destruction of the entire stack of individual battery cells by explosively opening cells, also creates energy in an order of magnitude, which is not controllable. It is important to avoid such a scenario.

Die deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2007 004 568 A1 beschäftigt sich mit dieser Thematik und schlägt vor, in den umlaufend verschweißten Bereich ein Anschlusselement einzubringen und dieses beispielsweise über ein Schlauchsystem oder dergleichen mit einem Bereich zu verbinden, in dem abgeblasene Gase, sogenannte Venting-Gase, und/oder mit diesen austretender Elektrolyt unschädlich ist oder unschädlich gemacht werden kann. Das Anschlusselement ist dabei ein eigenständiges Element, welches im Bereich einer Sollbruchstelle oder eines Sicherheitsventils mit der Zelle zusammenwirkt. Dies ist in der Herstellung vergleichsweise aufwändig, da sowohl im Bereich des Rahmens das Anschlusselement vorgesehen werden muss, als auch im Bereich der Zelle ein Sicherheitsventil, eine Sollbruchstelle oder ähnliches punktgenau eingebracht werden muss. Die Herstellung ist entsprechend aufwändig, teuer und für eine Serienfertigung im größeren Stil nicht geeignet.The German patent application DE 10 2007 004 568 A1 deals with this issue and proposes to introduce into the circumferentially welded area a connection element and this example to connect via a hose system or the like with an area in which vented gases, so-called venting gases, and / or with these leaking electrolyte is harmless or harmless. The connection element is an independent element which cooperates with the cell in the region of a predetermined breaking point or a safety valve. This is comparatively complicated to manufacture, since the connection element has to be provided both in the region of the frame and in the region of the cell a safety valve, a predetermined breaking point or the like must be introduced with pinpoint accuracy. The production is correspondingly complex, expensive and not suitable for mass production on a larger scale.

Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht nun darin, eine Batterie gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 anzugeben, welche die beschriebenen Nachteile vermeidet.The object of the present invention is now to provide a battery according to the preamble of claim 1, which avoids the disadvantages described.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sowie eine bevorzugte Verwendung der erfindungsgemäßen Batterie sind in den abhängigen Unteransprüchen angegeben.According to the invention this object is achieved by the features mentioned in the characterizing part of claim 1. Further advantageous embodiments and a preferred use of the battery according to the invention are specified in the dependent subclaims.

Die erfindungsgemäße Batterie besteht also aus Batterieeinzelzellen, welche jeweils einen in Folie eingeschweißten Elektrodenstapel umfassen. Die Batterieeinzelzellen sind also in der Form von Pouch-Zellen ausgebildet. Die Pouch-Zellen sind, wie im eingangs beschriebenen Stand der Technik vorgesehen, zwischen Rahmen zu dem Stapel der Batterieeinzelzellen verspannt. Zur mechanischen Stabilisierung der Batterieeinzelzellen sind die umlaufend verschweißten Bereiche dabei zwischen jeweils zwei benachbarten Rahmen eingeklemmt und bilden so eine mechanisch durch Kraftschluss verbundene Einheit aus Rahmen und Batterieeinzelzelle. Die erfindungsgemäße Lösung sieht nun vor, dass wenigstens einer von zwei benachbarten Rahmen in einem Bereich, in dem er in Kontakt zum umlaufend verschweißten Bereich steht, eine Ausnehmung aufweist. Die Ausnehmung ist dabei so ausgebildet, dass der verschweißte Bereich in seiner gesamten Ausdehnung zwischen dem Elektrodenstapel und dem Rand der Batterieeinzelzelle auf wenigstens einer Seite, vorzugsweise auf beiden Seiten, freiliegt. Durch diese Ausnehmung im Bereich des Rahmens wird also erreicht, dass die Batterieeinzelzelle über den größten Teil ihres Umfangs im umlaufenden verschweißten Bereich zwischen den beiden benachbarten Rahmen eingespannt ist. Damit ist ein mechanisch stabiler Aufbau aus den beiden benachbarten Rahmen und der Batterieeinzelzelle sichergestellt. Durch die Ausnehmung wird in einem Abschnitt des verschweißten Bereichs dieser zwischen den Rahmen freigelassen. In diesem Abschnitt reagiert der verschweißte Bereich also so, als wenn die Pouch-Zelle nicht zwischen den Rahmen eingespannt wäre. Ohne dass über zusätzliche Elemente wie Sicherheitsventile, eine gezielte Schwächung der Schweißverbindung oder dergleichen ein Unterschied in dem umlaufend verschweißten Bereich vorgesehen werden muss, entsteht durch die in den Rahmen eingebrachte wenigstens eine Ausnehmung einfach und effizient eine Stelle, in deren Bereich die beiden miteinander verschweißten Folien im Falle eines Überdrucks im Inneren der Batterieeinzelzelle durch Schälspannungen früh aufreißen. Ohne dass bei der Fertigung der Batterieeinzelzelle irgendwelche Änderungen vorgenommen werden müssten, entsteht so durch eine einfache Ausnehmung im Bereich des Rahmens ein Aufbau, bei welchem die Batterieeinzelzelle, sollte diese einen zu hohen Innendruck aufbauen, sich sicher und zuverlässig öffnet und so eine exotherme Reaktion der Zellchemie verhindert.The battery according to the invention thus consists of single battery cells, each one in Include foil welded electrode stack. The battery individual cells are thus formed in the form of pouch cells. The pouch cells are, as provided in the prior art described above, braced between frames to the stack of battery cells. For mechanical stabilization of the individual battery cells, the circumferentially welded areas are clamped between each two adjacent frames and thus form a unit of frame and single battery cell mechanically connected by adhesion. The solution according to the invention now provides that at least one of two adjacent frames has a recess in a region in which it is in contact with the peripherally welded region. The recess is designed so that the welded area in its entire extent between the electrode stack and the edge of the single battery cell on at least one side, preferably on both sides, exposed. By this recess in the region of the frame is thus achieved that the battery single cell is clamped over the greater part of its circumference in the circumferential welded area between the two adjacent frame. This ensures a mechanically stable construction of the two adjacent frames and the single battery cell. Through the recess in a portion of the welded area this is left between the frame. In this section, the welded area responds as if the pouch cell were not clamped between the frames. Without having to provide a difference in the circumferentially welded area via additional elements such as safety valves, a targeted weakening of the welded joint or the like, the space introduced by the two films welded together forms at least one recess simply and efficiently in the event of overpressure in the interior of the single battery cell, rip it open early by peeling. Without that any changes would have to be made in the manufacture of single battery cell, created by a simple recess in the frame a structure in which the single battery cell, should they build too high an internal pressure, safely and reliably opens and so an exothermic reaction Cell chemistry prevented.

Gemäß einer besonders günstigen und vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Batterie ist es vorgesehen, dass alle Ausnehmungen auf einer Seite des Stapels, vorzugsweise auf der den Stromableitern abgewandten Seite des Stapels angeordnet sind. Da der Elektrolyt leitend ist, sollte ein Kontakt mit den Stromableitern und der in diesem Bereich typischerweise angeordneten Elektronik verhindert werden, um weitere Kurzschlüsse zu unterbinden. Die Anordnung aller Ausnehmungen auf einer Seite des Stapels, vorzugsweise in einem in Stapelrichtung verlaufenden Bereich, ermöglicht es im Falle, dass eine oder mehrere der Batterieeinzelzellen einen zu hohen Innendruck entwickeln, die entstandenen Venting-Gase zusammen mit den typischerweise von den Venting-Gasen mitgerissenen flüssigen Elektrolyttröpfchen in einen Bereich zu leiten. Dieser kann so ausgebildet werden, dass sie vergleichsweise wenig Schaden anrichten können. Sind alle Venting-Öffnungen auf einer Seite des Stapels der Batterieeinzelzellen angeordnet, so kann sehr leicht über ein geeignetes Gehäuseteil ein Sammeln oder Abführen der Gase und/oder des Elektrolyts in einem Bereich, in dem dieser keinen Schaden anrichten kann, erreicht werden. Eine aufwändige Leitungsführung mit Schläuchen, wie beim eingangs genannten Stand der Technik, ist dabei nicht notwendig, prinzipiell aber selbstverständlich denkbar.According to a particularly favorable and advantageous development of the battery according to the invention, it is provided that all recesses are arranged on one side of the stack, preferably on the side of the stack facing away from the current conductors. Since the electrolyte is conductive, contact with the current conductors and the electronics typically arranged in this area should be prevented in order to prevent further short circuits. The arrangement of all the recesses on one side of the stack, preferably in a stacked area, makes it possible, in the event that one or more of the battery cells develop too high an internal pressure, the resulting venting gases along with those typically entrained by the venting gases liquid electrolyte droplets in an area to lead. This can be designed so that they can cause relatively little damage. If all Venting openings are arranged on one side of the stack of battery cells, it can very easily be achieved via a suitable housing part collecting or removing the gases and / or the electrolyte in an area where it can do no damage. An expensive cable routing with hoses, as in the aforementioned prior art, is not necessary, but in principle conceivable course.

Die erfindungsgemäße Batterie lässt sich also mit sehr einfachen Mitteln kostengünstig in großen Stückzahlen so herstellen, dass diese einen sicheren und zuverlässigen Betrieb ermöglicht, bei dem die Gefahr eines Thermal Runaways, eines Brandes oder einer Explosion weitgehend ausgeschlossen werden kann. Eine derartige Batterie eignet sich daher insbesondere zum Einsatz in einem zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeug als Traktionsbatterie, da hier entsprechend hohe Anforderungen sowohl an die Serientauglichkeit der Fertigung als auch an die Sicherheit der Batterie zu stellen sind.The battery according to the invention can thus be produced inexpensively in large quantities with very simple means so that it enables safe and reliable operation, in which the risk of a thermal runaway, a fire or an explosion can be largely excluded. Such a battery is therefore particularly suitable for use in an at least partially electrically driven vehicle as a traction battery, since correspondingly high demands are to be placed both on the series production capability and on the safety of the battery.

Die erfindungsgemäße Batterie erfüllt all dieses und ist daher als Traktionsbatterie besonders gut geeignet.The battery of the invention fulfills all this and is therefore particularly well suited as a traction battery.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Batterie ergeben sich dabei aus den restlichen abhängigen Unteransprüchen und werden anhand der Ausführungsbeispiele deutlich, welche nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben werden.Further advantageous embodiments of the battery according to the invention will become apparent from the remaining dependent claims and will be apparent from the embodiments, which are described below with reference to the figures.

Dabei zeigen:Showing:

1 eine dreidimensionale Darstellung einer beispielhaft ausgeführten Batterie gemäß der Erfindung; 1 a three-dimensional view of an exemplary embodiment of the invention battery;

2 eine dreidimensionale Ansicht einer Batterieeinzelzelle zwischen zwei benachbarten Rahmen; 2 a three-dimensional view of a single battery cell between two adjacent frame;

3 eine Ansicht des in 1 gezeigten Aufbaus in einem zum Teil demontierten Zustand von schräg unten; 3 a view of the in 1 shown construction in a partially disassembled state of obliquely from below;

4 eine vergrößerte Schnittdarstellung von Ausnehmungen im Bereich der Rahmen; 4 an enlarged sectional view of recesses in the frame;

5 eine Darstellung analog der Darstellung in 2 mit durch Überdruck geöffneter Batterieeinzelzelle; 5 a representation analogous to the representation in 2 with a single battery cell opened by overpressure;

6 eine Darstellung analog der in 5 mit einer alternativen Ausgestaltung der Rahmen; und 6 a representation analogous to in 5 with an alternative embodiment of the frame; and

7 eine Darstellung des Aufbaus gemäß 6 im zusammengefügten Zustand. 7 a representation of the structure according to 6 in the assembled state.

In der Darstellung der 1 ist eine Batterie 1 zu erkennen, wie sie beispielsweise als Lithium-Ionen-Batterie in einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug oder einem Hybridfahrzeug eingesetzt werden kann. Die Batterie 1 besteht aus mehreren Batterieeinzelzellen 2, von welchen hier nur eine durch eine Aussparung in der Seite der Batterie 1 zu erkennen ist. Die Batterieeinzelzellen 2 sind in Form sogenannter Pouch-Zellen ausgebildet und zwischen Rahmen 3 verspannt. Der Aufbau aus mehreren Batterieeinzelzellen 2 und Rahmen 3 ist dann zwischen zwei Druckbrillen 4 zu einem Stapel der Batterieeinzelzellen 2 verspannt. Hierzu dienen in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel beispielhaft Zuganker 5, welche die Druckbrillen 4 und dadurch die zwischen den Druckbrillen 4 befindlichen Rahmen 3 und Batterieeinzelzellen 2 miteinander verspannen. Die Batterie 1 ist dabei in der Darstellung der 2 in Einbaulage gezeigt. In ihrem oberen Bereich sind zwei aktiv kühlbare Kühlplatten 6 zu erkennen, welche mit unter den Kühlplatten 6 angeordneten Stromschienen der Batterie 1 in wärmeleitendem Kontakt stehen und so zur Kühlung der Batterieeinzelzellen 2 ausgebildet sind. In dem Bereich, in dem die Kühlplatten 6 angeordnet sind, also oberhalb des Stapels der Batterieeinzelzellen 2, können außerdem entsprechende Elektronikbauteile beispielsweise zur Messung der Zelleinzelspannung oder ähnliches angeordnet sein.In the presentation of the 1 is a battery 1 to recognize, for example, how it can be used as a lithium-ion battery in an electrically powered vehicle or a hybrid vehicle. The battery 1 consists of several battery cells 2 of which here only one through a recess in the side of the battery 1 can be seen. The battery cells 2 are formed in the form of so-called pouch cells and between frames 3 braced. The structure of several battery cells 2 and frame 3 is then between two pressure goggles 4 to a stack of battery cells 2 braced. For this purpose, tie rods are used in the exemplary embodiment shown here by way of example 5 which the pressure goggles 4 and thereby the between the pressure goggles 4 located frame 3 and battery cells 2 clamp together. The battery 1 is in the presentation of the 2 shown in installation position. In its upper part are two actively coolable cooling plates 6 to recognize which with under the cooling plates 6 arranged busbars of the battery 1 are in heat-conducting contact and so to cool the battery cells 2 are formed. In the area where the cooling plates 6 are arranged, ie above the stack of battery cells 2 , In addition, corresponding electronic components, for example, for measuring the cell voltage or the like can be arranged.

In der Darstellung der 2 sind zwei der Rahmen 3 zusammen mit einer der Batterieeinzelzellen 2 nochmals in einer Explosionsdarstellung zu erkennen. Die Pfeile deuten dabei an, wie die Rahmen 3 miteinander verpresst werden und dabei die Batterieeinzelzelle 2 zwischen sich aufnehmen. Die Rahmen in der Darstellung der 2 sind als Zwischenrahmen 3 ausgebildet, welche so ausgebildet sind, dass zwischen jeweils zwei Batterieeinzelzellen 2 ein Zwischenrahmen 3 angeordnet ist, und dass zwischen jeweils zwei der benachbarten Zwischenrahmen 3 jeweils eine der Batterieeinzelzellen 2 angeordnet ist und zwischen den Rahmen 3 entsprechend eingeklemmt wird.In the presentation of the 2 are two of the frames 3 together with one of the battery cells 2 to recognize again in an exploded view. The arrows indicate how the frames 3 be pressed together and thereby the single battery cell 2 between them. The frames in the presentation of 2 are as intermediate frames 3 formed, which are formed so that between each two battery cells 2 an intermediate frame 3 is arranged, and that between each two of the adjacent intermediate frame 3 each one of the battery individual cells 2 is arranged and between the frames 3 is clamped accordingly.

Die Batterieeinzelzelle 2 ist, wie bereits erwähnt, als Pouch-Zelle ausgebildet. Sie besteht aus einem hier nicht zu erkennenden Elektrodenstapel im Inneren der Batterieeinzelzelle 2. Mit diesem Elektrodenstapel sind zwei Stromableiter 7 verbunden, der eine mit den Anoden, der andere mit den Kathoden. Dieser Aufbau ist dann zwischen zwei Folien 10, 11 eingebracht, welche umlaufend miteinander verschweißt sind. Die Folien 10, 11 sind dabei vorzugsweise als Verbundfolien ausgebildet, welche zumindest auf einer Seite ein thermoplastisches Kunststoffmaterial, eine Zwischenschicht in Form einer Aluminiumfolie als Diffusionssperre und auf der anderen Seite wiederum ein Kunststoffmaterial aufweisen. Die Seiten mit dem wenigstens einen zumindest thermoplastischen Kunststoffmaterial sind dabei einander zugewandt, sodass durch Erwärmung und unter Druck erkalten lassen eine umlaufende Schweißnaht erzeugt werden kann. In der Darstellung der 2 ist dieser umlaufende verschweißte Bereich zu erkennen und mit dem Bezugszeichen 8 versehen. Der umlaufende verschweißte Bereich 8 kommt in dem hier dargestellten Aufbau zwischen den Zwischenrahmen 3 zu liegen und wird so zwischen den beiden Zwischenrahmen 3 eingespannt. Die Batterieeinzelzelle 2 hat dadurch einen im Wesentlichen kraftschlüssigen Kontakt aufgrund der Reibung zwischen dem verschweißten umlaufenden Bereich 8 und den Rahmen 3, wenn diese, wie in der 1 dargestellt, miteinander verspannt sind.The single battery cell 2 is, as already mentioned, designed as a pouch cell. It consists of an electrode stack, which can not be recognized here, inside the single cell of the battery 2 , There are two current conductors with this electrode stack 7 connected, one with the anodes, the other with the cathodes. This structure is then between two slides 10 . 11 introduced, which are circumferentially welded together. The slides 10 . 11 are preferably formed as composite films which have at least on one side a thermoplastic material, an intermediate layer in the form of an aluminum foil as a diffusion barrier and on the other side in turn a plastic material. The sides with the at least one at least thermoplastic plastic material are facing each other, so that can be generated by heating and pressure under pressure a circumferential weld can be generated. In the presentation of the 2 this circumferential welded area can be recognized and with the reference numeral 8th Mistake. The surrounding welded area 8th comes in the structure shown here between the intermediate frame 3 to lie and thus becomes between the two intermediate frames 3 clamped. The single battery cell 2 This has a substantially non-positive contact due to the friction between the welded circumferential area 8th and the frame 3 if this, as in the 1 represented, are braced with each other.

Die Darstellung der 3 zeigt die Batterie 1 nochmals in einer Ansicht, bezogen auf ihre Einbaulage, von unten. Dabei ist einer der Zwischenrahmen 3 sowie eine der Druckbrillen 4 im demontierten Zustand dargestellt. Der Aufbau entspricht dem in den 1 und 2 bereits gezeigten Aufbau. Deutlich ist zu erkennen, dass die Zwischenrahmen 3 auf zumindest einer ihrer Seiten in dem in Einbaulage unteren Bereich der Batterie 1 jeweils eine Ausnehmung 9 aufweisen. Im hier dargestellten Ausführungsbeispiel zeigen dabei die beiden jeweils letzten Zwischenrahmen 3 vor den Druckbrillen 4 jeweils nur eine Ausnehmung 9, auf der der Druckbrille 4 abgewandten Seite. Alle anderen Zwischenrahmen zeigen jeweils zwei der Ausnehmungen 9, wie dies insbesondere in 2 deutlich zu erkennen ist. Die Ausnehmungen der zwei benachbarten Rahmen 3 „addieren” sich, wie aus 3 zu erkennen ist, zu einer ovalen Öffnung für jede der Batterieeinzelzellen 2 im unteren Bereich der Batterie 1.The presentation of the 3 shows the battery 1 again in a view, based on their installation position, from below. It is one of the intermediate frames 3 as well as one of the pressure goggles 4 shown disassembled. The structure corresponds to that in the 1 and 2 already shown construction. It is clear that the intermediate frames 3 on at least one of its sides in the lower part of the battery in the installation position 1 one recess each 9 exhibit. In the embodiment shown here show the two last intermediate frame 3 in front of the pressure goggles 4 only one recess at a time 9 on which the pressure goggles 4 opposite side. All other intermediate frames each show two of the recesses 9 as this particular in 2 is clearly visible. The recesses of the two adjacent frames 3 "Add up" as out 3 can be seen, to an oval opening for each of the battery cells 2 in the lower part of the battery 1 ,

Die Ausnehmungen 9 sind dabei so ausgebildet, dass diese den umlaufenden verschweißten Bereich 8 im Bereich der Ausnehmungen über dessen gesamte Breite, also in dem Bereich zwischen dem Elektrodenstapel und dem Rand der Batterieeinzelzelle 2, frei liegen lassen. Der umlaufend verschweißte Bereich 8 wird also im Bereich der Ausnehmungen 9 nicht geklemmt, sodass in diesem Bereich die Eigenschaften einer nicht zwischen Rahmen 3 eingeklemmten Pouch-Zelle vorliegen. Kommt es nun zu einem Überdruck im Inneren der Batterieeinzelzelle 2, beispielsweise aufgrund einer Überladung eines Kurzschlusses oder dergleichen, so kann sich dieser Druck abbauen, indem der verschweißte Bereich 8 aufgrund der bei erhöhtem Innendruck wirkenden Schälspannungen auf diesen, in dem Bereich, in dem er aufgrund der Aussparungen 9 nicht zwischen den Rahmen 3 verklemmt ist, aufreißt. Verdampfender Elektrolyt kann dann durch diese so entstandene Venting-Öffnung austreten, der Überdruck in der Batterieeinzelzelle wird abgebaut und eine exotherme Reaktion der Zellchemie kann verhindert werden.The recesses 9 are designed so that they surround the welded area 8th in the region of the recesses over its entire width, ie in the region between the electrode stack and the edge of the single battery cell 2 , leave it alone. The circumferentially welded area 8th So it is in the area of the recesses 9 not clamped, so in this area the characteristics of a not between frame 3 clamped pouch cell present. Now it comes to an overpressure inside the battery single cell 2 For example, due to an overload of a short circuit or the like, so may reduce this pressure by the welded area 8th due to the peeling stresses acting on it at elevated internal pressure, in the region in which it due to the recesses 9 not between the frames 3 is jammed, tears. Evaporating electrolyte can then escape through this resulting Venting opening, the pressure in the battery cell is reduced and an exothermic reaction of cell chemistry can be prevented.

Der Bereich der Aussparungen 9 in den Rahmen 3 ist in der Darstellung der 4 im Querschnitt nochmals gezeigt. Auch hier ist der obere Rahmen 3 der letzte der Rahmen vor der Druckbrille 4 und weist lediglich eine der Ausnehmungen 9 auf, während der unten dargestellte Rahmen zwei der Ausnehmungen 9 aufweist. Beispielhaft ist im Bereich zwischen den beiden Rahmen 3 ein Teil der Batterieeinzelzelle 2 zu erkennen. Von der Batterieeinzelzelle 2 sind dabei lediglich die obere Folie 10 sowie die untere Folie 11 dargestellt. Der umlaufende verschweißte Bereich 8 ist zwischen den Teilelementen des Rahmens 3 zu erkennen und liegt in dem Bereich zwischen den Aussparungen 9 entsprechend frei. Kommt es nun zu einem Überdruck, so wirken entsprechende Schälspannungen, wie sie durch die beiden Pfeile im Inneren der Batterieeinzelzelle 2 angedeutet sind und reißen die Schweißnaht im umlaufenden verschweißten Bereich 8 im Bereich der Aussparungen 9 entsprechend auf.The area of the recesses 9 in the frame 3 is in the representation of 4 shown again in cross section. Again, the upper frame 3 the last of the frames before the pressure goggles 4 and only has one of the recesses 9 on, while the frame shown below two of the recesses 9 having. Exemplary is in the area between the two frames 3 a part of the single battery cell 2 to recognize. From the battery single cell 2 are only the top film 10 as well as the lower foil 11 shown. The surrounding welded area 8th is between the subelements of the frame 3 and is located in the area between the recesses 9 accordingly free. If there is now an overpressure, corresponding peeling stresses act, as they do through the two arrows inside the single cell of the battery 2 are indicated and tear the weld in the circumferential welded area 8th in the area of the recesses 9 accordingly.

In der Darstellung der 5 ist in einer Ansicht analog der aus 2 dieser Aufbau nochmals zu erkennen, wobei hier der umlaufende verschweißte Bereich 8 im Bereich der Aussparungen 9 aufgrund eines Überdrucks aufgerissen ist. Auch in der Darstellung der 3 war die Batterieeinzelzelle 2 mit einem solchen aufgerissenen Bereich dargestellt.In the presentation of the 5 is analogous in a view of 2 to recognize this structure again, in which case the circumferential welded area 8th in the area of the recesses 9 torn open due to overpressure. Also in the presentation of 3 was the battery single cell 2 represented with such a torn open area.

Die 6 und 7 zeigen einen alternativen Aufbau. Anstelle der als Zwischenrahmen 3 ausgebildeten Rahmen ist der Rahmen hier so ausgebildet, dass die Batterieeinzelzelle 2, welche auch hier in einem mit Überdruck geöffneten Zustand dargestellt ist, zwischen zwei Halbrahmen 3.1 und 3.2 eingebracht. Die beiden Halbrahmen 3.1 und 3.2 sind jeweils so ausgebildet, dass sie die Batterieeinzelzelle 2 ähnlich wie die Zwischenrahmen 3 im umlaufenden verschweißten Bereich 8 fassen und durch Kraftschluss ihn zwischen den beiden Halbrahmen 3.1 und 3.2 halten. Dieser Aufbau aus der Batterieeinzelzelle 2 und aus dem von den beiden Halbrahmen 3.1 und 3.2 gebildetem Rahmen wird dann als Einheit weiterverarbeitet und kann analog der Darstellung in 1 zu einer Batterie 1 gestapelt werden. Die Ausnehmungen 9 sind in diesem Ausführungsbeispiel ebenfalls vorhanden, jedoch im Bereich der Halbrahmen 3.1 und 3.2 angeordnet. Die Funktionalität ist ansonsten dieselbe wie bei den oben beschriebenen Zwischenrahmen 3.The 6 and 7 show an alternative structure. Instead of as an intermediate frame 3 trained frame, the frame here is designed so that the single battery cell 2 , which is also shown here in an open state with pressure, between two half-frames 3.1 and 3.2 brought in. The two half frames 3.1 and 3.2 are each designed so that they are the single cell battery 2 similar to the intermediate frame 3 in the circumferential welded area 8th Grasp and by traction him between the two half-frames 3.1 and 3.2 hold. This construction from the single battery cell 2 and from the one of the two half frames 3.1 and 3.2 formed frame is then further processed as a unit and can analogously to the representation in 1 to a battery 1 be stacked. The recesses 9 are also present in this embodiment, but in the field of half-frame 3.1 and 3.2 arranged. The functionality is otherwise the same as in the intermediate frames described above 3 ,

Abschließend ist es in der Darstellung der 7 die aus den beiden Halbrahmen 3.1, 3.2 und der Batterieeinzelzelle 2 gebildete Einheit zu erkennen.Finally, it is in the presentation of 7 the from the two half-frames 3.1 . 3.2 and the battery single cell 2 to recognize formed unity.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102007004568 A1 [0005] DE 102007004568 A1 [0005]

Claims (10)

Batterie (1) mit einem Stapel aus mehreren prismatischen Batterieeinzelzellen (2), wobei die Batterieeinzelzellen (2) jeweils einen in Folien (10, 11) eingeschweißten Elektrodenstapel umfassen, wobei die Batterieeinzelzellen (2) zusammen mit Rahmen (3, 3.1, 3.2) zu dem Stapel der Batterieeinzelzellen (2) verspannt sind, wobei die Folien (10, 11) umlaufend um den Elektrodenstapel verschweißt sind, und wobei der umlaufend verschweißte Bereich (8) zwischen zwei benachbarten Rahmen (3, 3.1, 3.2) eingeklemmt ist, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer von zwei benachbarten Rahmen (3, 3.1, 3.2) in einem Bereich, in dem er in Kontakt zu dem umlaufenden verschweißten Bereich (8), steht, eine Ausnehmung (9) aufweist, sodass der verschweißte Bereich (8) zwischen Elektrodenstapel und Rand der Batterieeinzelzellen (2) auf wenigstens einer Seite freiliegt.Battery ( 1 ) with a stack of several prismatic battery cells ( 2 ), the battery cells ( 2 ) one in each slide ( 10 . 11 ) comprise a welded-in electrode stack, the battery individual cells ( 2 ) together with frame ( 3 . 3.1 . 3.2 ) to the stack of battery cells ( 2 ), the films ( 10 . 11 ) are welded circumferentially around the electrode stack, and wherein the circumferentially welded area ( 8th ) between two adjacent frames ( 3 . 3.1 . 3.2 ) is clamped, characterized in that at least one of two adjacent frames ( 3 . 3.1 . 3.2 ) in an area in which it is in contact with the surrounding welded area ( 8th ), a recess ( 9 ), so that the welded area ( 8th ) between the electrode stack and the edge of the battery individual cells ( 2 ) is exposed on at least one side. Batterie (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rahmen (3, 3.1, 3.2) als zwischen den Batterieeinzelzellen (2) liegende Zwischenrahmen (3) oder als zwei jeweils eine der Batterieeinzelzellen (2) einschließende Halbrahmen (3.1, 3.2) ausgebildet sind.Battery ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the frames ( 3 . 3.1 . 3.2 ) as between the battery cells ( 2 ) intermediate frames ( 3 ) or as two each of the battery individual cells ( 2 ) including half frames ( 3.1 . 3.2 ) are formed. Batterie (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenrahmen (3) auf einer oder beiden den jeweils benachbarten Rahmen (3, 3.1, 3.2) zugewandten Seiten die Ausnehmung (9) aufweisen.Battery ( 1 ) according to claim 2, characterized in that the intermediate frames ( 3 ) on one or both of the respective adjacent frames ( 3 . 3.1 . 3.2 ) facing sides of the recess ( 9 ) exhibit. Batterie (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der Halbrahmen (3.1, 3.2) auf seiner dem anderen Halbrahmen (3.2, 3.1) zugewandten Seite die Ausnehmung (9) aufweist.Battery ( 1 ) according to claim 2, characterized in that at least one of the half frames ( 3.1 . 3.2 ) on its the other half frame ( 3.2 . 3.1 ) facing side of the recess ( 9 ) having. Batterie (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie (10, 11) als Verbundfolie mit wenigstens einer als Diffusionssperre ausgebildeten Schicht aufgebaut ist.Battery ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the film ( 10 . 11 ) is constructed as a composite film with at least one layer formed as a diffusion barrier. Batterie (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbundfolie (10, 11) aus einer Aluminiumlegierung ausgebildet ist, welche auf beiden Seiten mit einem Kunststoffmaterial beschichtet ist, wobei zumindest eines der Kunststoffmaterialien als thermoplastisches Kunststoffmaterial ausgebildet ist.Battery ( 1 ) according to claim 5, characterized in that the composite foil ( 10 . 11 ) is formed of an aluminum alloy, which is coated on both sides with a plastic material, wherein at least one of the plastic materials is formed as a thermoplastic plastic material. Batterie (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass alle Ausnehmungen (9) auf einer Seite des Stapels der Batterieeinzelzellen (2) vorzugsweise auf der den Stromableitern (6) abgewandten Seite des Stapels, angeordnet sind.Battery ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that all the recesses ( 9 ) on one side of the stack of battery cells ( 2 ) preferably on the current conductors ( 6 ) facing away from the stack, are arranged. Batterie (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Folien (10, 11) durch partielles Aufschmelzen und Erkalten unter Druck verschweißt sind.Battery ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the films ( 10 . 11 ) are welded by partial melting and cooling under pressure. Batterie (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterieeinzelzellen (2) in Lithium-Ionen-Technologie ausgebildet sind.Battery ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the battery individual cells ( 2 ) are formed in lithium-ion technology. Verwendung der Batterie (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, als Traktionsbatterie (1) in einem zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeug.Using the battery ( 1 ) according to one of the preceding claims, as a traction battery ( 1 ) in an at least partially electrically powered vehicle.
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