DE102010055610A1

DE102010055610A1 - Battery with a stack of several prismatic battery cells

Info

Publication number: DE102010055610A1
Application number: DE102010055610A
Authority: DE
Inventors: Norbert Bachmann; Dr. Kaufmann Rainer; Dr.-Ing. Meintschel Jens; Dr. Dipl.-Ing. Schröter Dirk
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2010-12-22
Filing date: 2010-12-22
Publication date: 2012-06-28
Also published as: WO2012084100A1

Abstract

Eine Batterie (1) umfasst einen Stapel aus mehreren prismatischen Batterieeinzelzellen (2), wobei die Batterieeinzelzellen (2) jeweils einen in Folien eingeschweißten Elektrodenstapel umfassen. Die Batterieeinzelzellen (2) sind zusammen mit Rahmen (3terieeinzelzellen (2) verspannt. Die Folien sind umlaufend um den Elektrodenstapel verschweißt. Der umlaufende verschweißte Bereich (8) ist zwischen zwei benachbarten Rahmen (3,3.1,3.2) eingeklemmt. Der umlaufende verschweißte Bereich (8) weistÖffnungen (9) auf, durch welche die Zuganker (5) verlaufen.A battery (1) comprises a stack of several prismatic individual battery cells (2), the individual battery cells (2) each comprising an electrode stack welded into foils. The individual battery cells (2) are clamped together with frames (3 individual cells (2). The foils are welded all around the electrode stack. The circumferential welded area (8) is clamped between two adjacent frames (3,3,1,3.2). The circumferential welded area (8) has openings (9) through which the tie rods (5) run.

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 Zuganker 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 clamped over pressure gauges located at the end of the stack and suitable tie rods.

Aus der DE 10 2007 004 567 A1 sind Pouch- bzw. Coffeebag-Zellen bekannt, welche so aufgebaut sind, dass jede der Zellen über zwei Halbrahmen aufgenommen und zwischen diesen Halbrahmen mechanisch stabilisiert wird. Im Randbereich des Rahmens klemmen dabei den umlaufenden verschweißten Bereich der beiden den Elektrodenstapel einschließenden Folien entsprechend ein, um die Batterieeinzelzelle zwischen den beiden Halbrahmen zu halten.From the DE 10 2007 004 567 A1 Pouch or Coffeebag cells are known, which are constructed so that each of the cells is received via two half-frames and mechanically stabilized between these half-frames. In the edge region of the frame in this case clamp the surrounding welded area of the two enclosing the electrode stack foils accordingly to hold the battery single cell between the two half-frames.

Unabhängig davon, ob Halbrahmen oder zwischen den Zellen angeordnete Rahmen vorgesehen sind, entsteht durch das reine Klemmen des umlaufenden verschweißten Bereichs der Batterieeinzelzelle zwischen den Rahmen oder Halbrahmen lediglich eine reibschlüssige Verbindung. Kommt es zu Vibrationen oder Erschütterungen, so kann diese reibschlüssige Verbindung sehr leicht gelöst werden und der mechanische Verbund zwischen der Batterieeinzelzelle und den Rahmen beziehungsweise Halbrahmen verliert deutlich an Stabilität.Irrespective of whether half frames or frames arranged between the cells are provided, the mere clamping of the circumferential welded area of the single battery cell between the frames or half frames merely creates a frictional connection. If there is vibration or vibration, this frictional connection can be solved very easily and the mechanical bond between the battery cell and the frame or half frame clearly loses stability.

Durch die lediglich zwischen Teilbereichen der benachbarten Rahmen beziehungsweise Halbrahmen im umlaufenden verschweißten Bereich eingeklemmten Batterieeinzelzelle kann es außerdem zu einer Belastung der Rahmen und/oder der Zuganker mit unerwünschten Drehmomenten kommen, da die benachbarten Flächen beim Verspannen teilweise mit dazwischen liegendem kraftlaufendem verschweißtem Bereich der Batterieeinzelzelle und teilweise ohne diesen aneinanderliegen und dadurch verkanten.In addition, due to the battery single cell clamped only between partial regions of the adjacent frame or half frame in the surrounding welded area, the frames and / or the tie rods can be loaded with unwanted torques, since the adjacent surfaces during clamping are partially connected with a force-sealed welded region of the battery single cell partly without this abut each other and thereby tilt.

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 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 der umlaufende verschweißte Bereich Öffnungen aufweist, durch welche die Zuganker verlaufen. Dieser Aufbau, bei dem der umlaufende verschweißte Bereich so groß ausgeführt wird, dass in diesen Öffnungen für die Zuganker mit integriert werden können, ermöglicht nun neben dem Reibschluss, wenn der umlaufende verschweißte Bereich zwischen den Rahmen beziehungsweise Zwischenrahmen eingeklemmt wird, eine zusätzliche Halterung des umlaufenden verschweißten Bereichs über die Öffnungen, durch die die Zuganker verlaufen. Neben dem reinen Reibschluss ist somit auch ein Formschluss möglich und die Befestigung der Batterieeinzelzelle in dem Rahmen lässt sich verbessern.The battery according to the invention thus consists of individual battery cells which each comprise an electrode stack welded in foil. The battery individual cells are thus formed in the form of pouch cells. The pouch cells are clamped 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 the encircling welded area has openings through which the tie rods pass. This structure, in which the circumferential welded area is made so large that can be integrated in these openings for the tie rods, now allows in addition to the frictional engagement, when the circumferential welded area between the frame or intermediate frame is clamped, an additional support of the circulating welded area over the openings through which the tie rods run. In addition to the pure friction is thus also a Positive locking possible and the attachment of the single battery cell in the frame can be improved.

In einer besonders günstigen Weiterbildung der erfindungsgemäßen Batterie ist es ferner vorgesehen, dass die äußeren Abmessungen des umlaufenden verschweißten Bereichs den äußeren Abmessungen des Rahmens entsprechen. Dieser besonders günstige Aufbau der erfindungsgemäßen Batterie stellt neben der Sicherung der Batterieeinzelzellen durch eine formschlüssige Anbindung an die Zuganker außerdem sicher, dass zwischen den benachbarten Rahmen beziehungsweise Halbrahmen jeweils in der gesamten Abmessung das Material des umlaufenden verschweißten Bereichs zwischen den Rahmen liegt, da dieser dieselben äußeren Abmessungen wie der Rahmen aufweist. Dadurch wird ein Verkippen der Rahmen und damit eine Belastung der Rahmen und der Zuganker durch Drehmomente verhindert. Die Zuganker können den gesamten Aufbau spannen und geraten dabei lediglich unter Zugbelastung. Die Rahmen und die verschweißten Bereiche sind dann lediglich einer Druckbelastung ausgesetzt und nicht zusätzlichen Momenten durch das Verkippen beziehungsweise Verkanten der Rahmen.In a particularly favorable development of the battery according to the invention, it is further provided that the outer dimensions of the circumferential welded area correspond to the outer dimensions of the frame. This particularly favorable design of the battery according to the invention, in addition to securing the battery individual cells by a positive connection to the tie rods also ensures that between the adjacent frame or half frame in each case the entire dimension of the material of the circumferential welded area lies between the frame, since this is the same outer Dimensions as the frame has. As a result, tilting of the frame and thus stress on the frame and the tie rods is prevented by torques. The tie rods can span the entire structure and only come under tensile load. The frame and the welded areas are then exposed only to a compressive load and not additional moments due to tilting or tilting of the frame.

Die erfindungsgemäße Batterie der allgemeinen oben beschriebenen Ausgestaltung oder der zuletzt beschriebenen besonders günstigen Weiterbildung ermöglicht es dabei, die Batterieeinzelzellen sicher und zuverlässig in dem Verbund der Gesamtbatterie zu halten, auch wenn der Verbund der Gesamtbatterie beispielsweise durch Vibrationen, Stöße oder dergleichen belastet wird. Dies ermöglicht eine sehr stabile Batterie, welche die Batterieeinzelzellen sicher und zuverlässig in ihrer Position hält. Eine derartige Batterie ist besonders gut geeignet, um in entsprechenden Umgebungen eingesetzt zu werden, in denen sie Stößen, Vibrationen oder dergleichen ausgesetzt sein kann. Sie ist daher besonders für den Einsatz in Fahrzeugen geeignet, da in Fahrzeugen derartige Umgebungseinflüsse nicht dauerhaft zu vermeiden sind. Dementsprechend ist die ganz besonders bevorzugte Anwendung der erfindungsgemäßen Batterie in ihrer Anwendung als Traktionsbatterie in einem zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeug, also einem Elektrofahrzeug, einem Hybridfahrzeug oder einem mit zusätzlicher Batterie ausgestatteten Brennstoffzellenfahrzeug, zu sehen.The battery according to the invention of the general configuration described above or the last-mentioned particularly favorable development makes it possible to keep the battery cells safely and reliably in the composite of the total battery, even if the composite of the total battery is loaded, for example, by vibrations, shocks or the like. This allows for a very stable battery that holds the battery cells safely and reliably in place. Such a battery is particularly well suited to be used in appropriate environments where it may be exposed to shock, vibration or the like. It is therefore particularly suitable for use in vehicles, as in vehicles such environmental influences are not permanently avoided. Accordingly, the very particularly preferred application of the battery according to the invention in its application as a traction battery in an at least partially electrically powered vehicle, so an electric vehicle, a hybrid vehicle or equipped with additional battery fuel cell vehicle to see.

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 dem Stand der Technik; 1 a three-dimensional representation of an exemplified battery according to the prior art;

2 eine Explosionsdarstellung der Batterie gemäß 1; 2 an exploded view of the battery according to 1 ;

3 eine Schnittdarstellung durch einen Teil der Batterie gemäß 1 im nicht verspannten Zustand; 3 a sectional view through a part of the battery according to 1 in the unclamped condition;

4 eine Schnittdarstellung durch einen Teil der Batterie gemäß 1 im verspannten Zustand; 4 a sectional view through a part of the battery according to 1 in the strained state;

5 eine dreidimensionale Darstellung einer Batterieeinzelzelle und eines Rahmens gemäß der Erfindung; 5 a three-dimensional representation of a single battery cell and a frame according to the invention;

6 eine Schnittdarstellung analog der in 3 beim Aufbau gemäß der Erfindung; 6 a sectional view analogous to the in 3 in the construction according to the invention;

7 ein Detail einer alternativen Ausführungsform der Erfindung; 7 a detail of an alternative embodiment of the invention;

8 das Detail gemäß 7 in Explosionsdarstellung; 8th the detail according to 7 in exploded view;

9 eine dreidimensionale Ansicht einer Batterieeinzelzelle und zwei Halbrahmen in einer Ausgestaltung gemäß der Erfindung; 9 a three-dimensional view of a single battery cell and two half-frames in an embodiment according to the invention;

10 einen Schnitt durch ein Detail der Batterieeinzelzelle in der Ausgestaltung gemäß 9; 10 a section through a detail of the single battery cell in the embodiment according to 9 ;

11 eine Schnittdarstellung gemäß 10 in einer Explosionsdarstellung; und 11 a sectional view according to 10 in an exploded view; and

12 eine Darstellung analog der Darstellung in 5 bei einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Batterieeinzelzelle. 12 a representation analogous to the representation in 5 in a further embodiment of the single battery cell according to the invention.

In der Darstellung der 1 ist eine Batterie 1 gemäß dem Stand der Technik 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 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 1 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 according to the prior art, as it can be used for example as a lithium-ion battery in an electrically driven 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. Tie rods are used for this purpose 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 1 shown in installation position. In your Upper area 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 und einer der Druckbrillen 4 nochmals in einer Explosionsdarstellung zu erkennen. 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 and one of the pressure goggles 4 to recognize again in an exploded view. 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 eingebracht, welche umlaufend miteinander verschweißt sind. Die Folien 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 introduced between two films, which are circumferentially welded together. The films 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.

In den Darstellungen der 3 und 4 ist dieser Vorgang des Einspannens und reibschlüssigen Haltens der Batterieeinzelzelle 2 in dem umlaufenden verschweißten Bereich 8 nochmals dargestellt. In der Schnittdarstellung der 3 sind dabei drei der Batterieeinzelzellen 2 sowie vier der Rahmen 3 zusammen mit dem Zuganker 5 zu erkennen. Die Batterieeinzelzellen 2 werden so eingelegt, dass die umlaufenden verschweißten Bereiche 8 zwischen den Rahmen 3 zu liegen kommen. Durch eine Verspannung über die Zuganker 5, wie sie in der Darstellung der 4 über die seitlich an den Rahmen 3 angreifenden Pfeile angedeutet ist, wird die Batterie 1 nun verspannt. Dadurch, dass die umlaufenden verschweißten Bereiche 8 lediglich in einem Teilbereich zwischen den aneinanderliegenden Flächen der Rahmen 3 zu liegen kommen, kommt es unweigerlich zu durch die gebogenen Pfeile angedeuteten Momenten, welche durch die Zuganker 5 und die Rahmen 3 neben den reinen in axialer Richtung der Zuganker 5 wirkenden Kräften zum Verspannen der Batterieeinzelzellen 2 mit aufgebracht werden müssen. Außerdem kann es insbesondere durch Vibrationen oder dergleichen zu einem Lösen der reibschlüssigen beziehungsweise kraftschlüssigen Verbindung zwischen den Batterieeinzelzellen 2 und den Rahmen 3 kommen.In the representations of the 3 and 4 is this process of clamping and frictionally holding the battery single cell 2 in the circumferential welded area 8th shown again. In the sectional view of 3 are three of the battery individual cells 2 as well as four of the frames 3 together with the tie rod 5 to recognize. The battery cells 2 are inserted so that the surrounding welded areas 8th between the frames 3 to come to rest. By a tension on the tie rods 5 as they are in the presentation of 4 over the side of the frame 3 is indicated by arrows, the battery 1 now tense. Because of the surrounding welded areas 8th only in a partial area between the adjacent surfaces of the frame 3 come to lie, it inevitably comes to the indicated by the curved arrows moments, which by the tie rods 5 and the frames 3 in addition to the pure in the axial direction of the tie rods 5 acting forces for clamping the battery individual cells 2 must be applied with. In addition, it can in particular by vibrations or the like to a release of the frictional or non-positive connection between the battery individual cells 2 and the frame 3 come.

In der Darstellung der 5 ist nun der erfindungsgemäße Aufbau in einer ersten Ausführungsform gezeigt. Der umlaufende verschweißte Bereich 8 weist in diesem Ausführungsbeispiel, in dem Bereich in dem später die Zuganker 5 verlaufen, entsprechende über die Richtung der Batterieeinzelzelle 2 hinausstehende Bereiche auf. Diese über die Grundabmessung hinausstehenden Bereiche, welche auch als Ohren bezeichnet werden könnten, korrespondieren mit entsprechenden Bereichen im Rahmen 3. Durch diese Bereiche im Rahmen 3 und durch die Ohren der Batterieeinzelzelle 2 verlaufen durch entsprechende Öffnungen 9 in dem umlaufenden verschweißten Bereich 8 beziehungsweise Bohrungen 10 in dem Rahmen 3 die Zuganker 5, wie es in der Explosionsdarstellung im Schnitt der 6 zu erkennen ist. In den Darstellungen sind dabei jeweils mehrere der Bohrungen 10 beziehungsweise Öffnungen 9 zu erkennen. Um die Figuren zu vereinfachen sind jeweils nur eine oder wenige hiervon mit dem Bezugszeichen 9, 10 versehen. Werden die Batterieeinzelzellen 2 und die Rahmen 3 über die Zuganker 5 miteinander verspannt, so kommt es zu einem gleichmäßigen Druck zwischen den aneinander anliegenden Flächen der benachbarten Rahmen 3 und der über die gesamte Fläche dazwischenliegenden umlaufenden verschweißten Bereiche 8. Dadurch wird die Problematik mit den Kipp- bzw. Drehmomenten, wie sie zuvor im Rahmen der 4 beschrieben worden sind, gänzlich vermieden. Außerdem wird zusätzlich zum reinen Kraftschluss über die Reibung zwischen den verschweißten umlaufenden Bereichen 8 und den Rahmen 3 ein Formschluss erzielt, da die Öffnungen, durch welche die Zuganker 5 laufen, die Batterieeinzelzellen 2 auch dann in Position halten, wenn aufgrund von Vibrationen oder dergleichen der Reibschluss mit den Rahmen 3 versagen sollte.In the presentation of the 5 now the construction according to the invention is shown in a first embodiment. The surrounding welded area 8th has in this embodiment, in the area in which later the tie rods 5 run corresponding to the direction of the battery single cell 2 outstanding areas. These areas beyond the basic dimension, which could also be referred to as ears, correspond to corresponding areas in the frame 3 , Through these areas in the frame 3 and through the ears of the single battery cell 2 pass through corresponding openings 9 in the circumferential welded area 8th or drilling 10 in the frame 3 the tie rods 5 as shown in the exploded view in section of the 6 can be seen. In the representations are each more of the holes 10 or openings 9 to recognize. In order to simplify the figures, only one or a few thereof are denoted by the reference numeral 9 . 10 Mistake. Will the battery single cells 2 and the frames 3 over the tie rods 5 clamped together, it comes to a uniform pressure between the adjacent surfaces of the adjacent frame 3 and the circumferential welded areas over the entire surface 8th , Thus, the problem with the tilting or torques, as previously in the context of 4 have been described completely avoided. In addition, in addition to pure traction over the friction between the welded circumferential areas 8th and the frame 3 achieved a positive connection, since the openings through which the tie rods 5 run, the battery cells 2 hold in position even when due to vibration or the like, the frictional engagement with the frame 3 should fail.

Eine weitere mögliche Ausführungsform des erfindungsgemäßen Aufbaus ist in der Darstellung der Details in den 7 und 8 zu erkennen. Die Bohrungen 10 durch den Rahmen 3, welche wie hier jeweils dargestellt, einen runden oder auch einen von der runden Form abweichenden oder sogar einen seitlichen in eine Richtung offenen Querschnitt aufweisen könnten, weisen neben den Bohrungen 10 hervorstehende Bereiche 11 auf, welche in axialer Richtung der durch die Rahmen 3 verlaufenden Zuganker 5 über die Rahmen hervorstehen. Diese hervorstehenden Bereiche können dabei umlaufend um die Bohrung 10 oder auch nur in einem Teilbereich des Umfangs der Bohrung 10 angeordnet sein. Besonders bevorzugt sind sie in der hier dargestellten Ausführungsform zu erkennen in Form von Hülsen um die Bohrungen 10 ausgebildet. Wie sich insbesondere aus der Darstellung in 8, welche eine Explosionsdarstellung des in 7 gezeigten Aufbaus ist, sehr leicht erkennen lässt, wirken die Öffnungen 9 in diesem Ausführungsbeispiel mit diesen hervorstehenden Bereichen 11 zusammen und halten so auch ohne direkten Kontakt mit den Zugankern 5 die Batterieeinzelzelle 2 formschlüssig in dem Rahmen 3. Der jeweils korrespondierende benachbarte Rahmen 3 kann dann insbesondere in den Abschnitten, in denen er mit den hervorstehenden Bereichen 11 korrespondiert, einen etwas größeren Durchmesser der Bohrung 10 aufweisen, sodass eine mit den hervorstehenden Bereichen korrespondierende Versenkung in diesem Rahmen besteht, welcher die hervorstehenden Bereiche 11 so aufnimmt, dass diese das Verspannen der Rahmen 3 gegeneinander und den dadurch entstehenden Kraftschluss zwischen Rahmen 3 und umlaufenden verschweißten Bereichen 8 nicht beeinträchtigen. Another possible embodiment of the construction according to the invention is shown in the illustration of the details in FIGS 7 and 8th to recognize. The holes 10 through the frame 3 , which as shown here in each case could have a round or a deviating from the round shape or even a lateral open in one direction cross-section, have next to the holes 10 protruding areas 11 on which in the axial direction of the frame 3 extending tie rods 5 stand out over the frames. These protruding areas can be circumferential around the hole 10 or only in a portion of the circumference of the bore 10 be arranged. In the embodiment shown here, they are particularly preferably recognizable in the form of sleeves around the bores 10 educated. As can be seen in particular from the illustration in 8th , which is an exploded view of the in 7 shown construction is very easy to recognize, the openings act 9 in this embodiment with these protruding areas 11 together and thus keep even without direct contact with the tie rods 5 the battery single cell 2 positively in the frame 3 , The respective corresponding adjacent frame 3 In particular, in the sections where he deals with the protruding areas 11 corresponds, a slightly larger diameter of the bore 10 such that there is a countersink corresponding to the protruding areas in this frame, which defines the protruding areas 11 so that it absorbs the distortion of the frame 3 against each other and the resulting frictional connection between frames 3 and circumferential welded areas 8th do not interfere.

Eine weitere Ausführungsform einer Batterieeinzelzelle 2 einer erfindungsgemäß aufgebauten Batterie 1 ist dabei in der Darstellung der 9 wiederum in einer Explosionsdarstellung zu erkennen. Anstelle der bisherigen Rahmen 3 sind hier zwei Halbrahmen 3.1 und 3.2 eingesetzt. Die Batterieeinzelzelle 2 ist dabei jeweils zwischen diesen beiden Halbrahmen 3.1 und 3.2 eingeklemmt. Dieser Aufbau aus den beiden Halbrahmen 3.1 und 3.2 bildet zusammen mit der Batterieeinzelzelle 2 dann eine der Einheiten, aus denen die Batterie 1 aufgestapelt wird. Auch hier sind entsprechende Öffnungen 9 analog dem oben beschriebenen Aufbau vorgesehen, welche mit den Bohrungen 10 in den beiden Halbrahmen 3.1 und 3.2 korrespondieren und so, wie es aus den Schnittdarstellungen der 10 und 11 zu erkennen ist, auf Basis der beiden Halbrahmen 3.1 und 3.2 einen Aufbau ausbilden, welcher dem zuvor beschriebenen Aufbau mit Zwischenrahmen 3 vergleichbar ist. Auch hier könnte die im Rahmen der 7 und 8 beschriebene Variante mit den hervorstehenden Bereichen 11 zusätzlich angewandt werden.Another embodiment of a single battery cell 2 a battery constructed according to the invention 1 is in the presentation of the 9 again to recognize in an exploded view. Instead of the previous framework 3 here are two half frames 3.1 and 3.2 used. The single battery cell 2 is in each case between these two half-frames 3.1 and 3.2 trapped. This construction of the two half-frames 3.1 and 3.2 forms together with the battery single cell 2 then one of the units that make up the battery 1 is piled up. Again, there are corresponding openings 9 provided analogous to the structure described above, which with the holes 10 in the two half frames 3.1 and 3.2 correspond and so, as can be seen from the sectional views of 10 and 11 can be seen on the basis of the two half-frames 3.1 and 3.2 form a structure which the previously described construction with intermediate frame 3 is comparable. Again, could be in the context of 7 and 8th variant described with the protruding areas 11 additionally be applied.

Eine besonders einfache Ausführungsform einer Batterieeinzelzelle 2 für eine erfindungsgemäße Batterie 1 ist ferner in der Darstellung der 12 zu erkennen. Diese Darstellung ist wieder als dreidimensionale Darstellung analog der in den 5 und 9 gewählten Form dargestellt. Sowohl die Öffnungen 9 als auch die Bohrungen 10 befinden sich bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel jeweils in den Ecken der Batterieeinzelzelle 2 beziehungsweise des umlaufenden verschweißten Bereichs 8 sowie des Rahmens 3. Dadurch kann auf das Anformen der zusätzlichen Ohren verzichtet werden, indem Bereiche zum Einbringen der Öffnungen 9 beziehungsweise der Bohrungen 10 in die Rahmen verwendet werden, in denen weder Rahmen 3 noch verschweißter umlaufender Bereich 8 durch eine andere Funktionalität genutzt werden.A particularly simple embodiment of a single battery cell 2 for a battery according to the invention 1 is further in the representation of 12 to recognize. This representation is again as a three-dimensional representation analogous to that in the 5 and 9 selected form shown. Both the openings 9 as well as the holes 10 are in the embodiment shown here in each case in the corners of the battery single cell 2 or the surrounding welded area 8th as well as the frame 3 , This can be dispensed with the molding of the additional ears by areas for introducing the openings 9 or the holes 10 used in the frames where neither frame 3 still welded surrounding area 8th be used by another functionality.

Alles in allem entsteht so ein Aufbau einer Batterie 1, welcher die Batterieeinzelzellen 2 sicher und zuverlässig hält, auch wenn dieser Stößen oder Vibrationen ausgesetzt ist.All in all, this creates a buildup of a battery 1 , which the battery single cells 2 safe and reliable, even when exposed to shock or vibration.

Eine solche Batterie 1 ist damit besonders gut geeignet, um beispielsweise in Fahrzeugen als Traktionsbatterie eingesetzt zu werden.Such a battery 1 is thus particularly well suited to be used, for example, in vehicles as a traction battery.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102007004567 A1 [0004]

Claims

Battery ( 1 ) with a stack of several prismatic battery cells ( 2 ), the battery cells ( 2 ) each comprise an electrode stack welded into films, wherein the battery individual cells ( 2 ) together with frame ( 3 . 3.1 . 3.2 ) via tie rods ( 5 ) to the stack of battery cells ( 2 ), wherein the films 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 the circumferential welded area ( 8th ) Openings ( 9 ), through which the tie rods ( 5 ).

Battery ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the tie rods ( 5 ) through holes ( 10 ) in the framework ( 3 . 3.1 . 3.2 ).

Battery ( 1 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the outer dimensions of the circumferential welded area ( 8th ) the outer dimensions of the frames ( 3 . 3.1 . 3.2 ) correspond.

Battery ( 1 ) according to claim 2 or 3, characterized in that the openings ( 3 . 9 ) and / or the holes ( 10 ) for the tie rods ( 5 ) in the corners of the battery cells ( 2 ) and / or frames ( 3 ) are provided.

Battery ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that at least the circumferential welded area ( 8th ), and in particular the framework ( 3 . 3.1 . 3.2 ) has laterally beyond its basic dimensions projecting portions in which the openings ( 9 ) and in particular the holes ( 10 ) for the tie rods ( 5 ) are arranged.

Battery ( 1 ) according to one of claims 2 to 5, characterized in that the holes ( 10 ) in the framework ( 3 . 3.1 . 3.2 ) at least in one area ( 11 ) in the axial direction of the through the frame ( 3 . 3.1 . 3.2 ) extending tie rods ( 5 ) about the frames ( 3 . 3.1 . 3.2 ) so that a positive contact with the openings ( 9 ) is possible.

Battery ( 1 ) according to claim 6, characterized in that the projecting areas ( 11 ) with corresponding subsidence in the respectively adjacent frames ( 3 . 3.1 . 3.2 ) interact.

Battery ( 1 ) according to one of claims 1 to 7, 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.

Battery ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the battery individual cells ( 2 ) are formed in lithium-ion technology.

Using the battery ( 1 ) according to one of the preceding claims, as a traction battery ( 1 ) in an at least partially electrically powered vehicle.