DE102011077295A1 - Battery cell i.e. lithium ion battery cell, for connection with drive system of e.g. hybrid electric vehicle, has transport element made of material and comprising coating, where heat conductivity of material is greater than specific value - Google Patents

Battery cell i.e. lithium ion battery cell, for connection with drive system of e.g. hybrid electric vehicle, has transport element made of material and comprising coating, where heat conductivity of material is greater than specific value Download PDF

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Thomas Woehrle
Markus Kohlberger
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Abstract

The cell has a wound up electrode ensemble (10) comprising two electrodes (11, 12), where a separator (13) is arranged between the electrodes. A hardcase metallic housing (14) retains of the ensemble, and a heat transport element (20) is arranged between a side wall of the housing and the electrode ensemble. The transport element is made of a material e.g. metal and plastic, and comprises an electrical insulating coating, where heat conductivity of the material is greater than 1.0 Watts per meter Kelvin. The transport element is filled with filling material that is made of ceramics or glass.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Batteriezelle, insbesondere eine Lithium-Ionen-Batteriezelle und assemblierte Lithium-Ionen-Batterien mit verbessertem Wärmetransport sowie ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Batteriezelle. The present invention relates to a battery cell, in particular a lithium-ion battery cell and assembled lithium-ion batteries with improved heat transfer and a motor vehicle with a battery cell according to the invention.

Stand der TechnikState of the art

Sowohl aus Sicherheitsgründen als auch um die Bereitstellung einer spezifizierten elektrischen Leistung über die gesamte Lebensdauer zu gewährleisten, ist beim Einsatz von Batterien, insbesondere Lithium-Ionen-Batterien für Kraftfahrzeuganwendungen, eine strenge Temperierung der Lithium-Ionen-Zellen erforderlich. Eine fehlende Kühlung bewirkt eine verringerte Lebensdauer der Zelle. For safety reasons as well as to ensure the provision of a specified electrical performance over the entire lifetime, the use of batteries, in particular lithium-ion batteries for motor vehicle applications, a strict tempering of the lithium-ion cells is required. A lack of cooling causes a reduced life of the cell.

Lithium-Ionen-Zellen besitzen mindestens eine positive und negative Elektrode (Kathode bzw. Anode), die Lithium-Ionen (Li +) reversibel ein-(Interkalation) oder wieder auslagern (Deinterkalation) können. Damit die Interkalation von Lithium-Ionen bzw. die Deinterkalation von Lithium-Ionen stattfindet, ist die Anwesenheit von einem so genannten Lithium-Ionen-Leitsalz notwendig. Praktisch bei allen derzeitigen Lithium-Ionen-Zellen sowohl im Consumer-Bereich (Mobil-Telefon, MP3-Player oder Powertools) als auch im Automotiven-Bereich (HEV, PHEV, EV, Mirco-Hybrid) wird als Lithium-Leitsalz Lithium-Hexa-Fluorophosphat (LiPF6) eingesetzt. Dieses LiPF6 ist gegenüber Feuchtigkeit äußerst reaktiv und es erfolgt in mehreren Stufen Hydrolyse bis hin zu Fluorwasserstoff (HF). Deshalb wird in der Praxis für alle Lithium-Ionen-Zellen ein Gehäuse mit einem metallischen Anteil verwendet, wobei die Metallfolie, bzw. das Metallblech die eigentliche Sperre gegen die Luftfeuchte ist. Ein Stand der Technik für Lithium-Ionen-Zellen ist ein Batteriegehäuse, welches aus beispielsweise tiefgezogenem Aluminium-Blech besteht; man spricht hier auch von einem so genannten Hardcase-Gehäuse.Lithium-ion cells have at least one positive and negative electrode (cathode or anode), the lithium-ion (Li +) reversible on (intercalation) or outsource (deintercalation) can. For the intercalation of lithium ions or the deintercalation of lithium ions takes place, the presence of a so-called lithium-ion conductive salt is necessary. Virtually in all current lithium-ion cells both in the consumer sector (mobile phone, MP3 player or Powertools) as well as in the automotive sector (HEV, PHEV, EV, Mirco hybrid) is lithium lithium salt as the lithium conductive salt Fluorophosphate (LiPF 6 ) used. This LiPF 6 is extremely reactive to moisture and hydrolysis takes place in several stages up to hydrogen fluoride (HF). Therefore, in practice for all lithium-ion cells, a housing with a metallic portion is used, wherein the metal foil, or the metal sheet is the actual barrier to air humidity. A prior art for lithium-ion cells is a battery case, which consists of, for example deep-drawn aluminum sheet; This is also referred to as a so-called hardcase case.

Das Hardcase-Gehäuse ist hierbei abgesehen von kleinen Radien rechteckig, das eingeführte Elektrodenensemble weist jedoch infolge einer Aufwicklung der Elektroden größere Radien am Rand auf. Dadurch gibt es zwischen Zellgehäuse und Elektrodenensemble, in dem die gewickelten negativen und positiven Elektroden mit einem Separator getrennt sind, einen Spalt. Dieser Spalt verhindert den Wärmetransport aus dem Elektrodenensemble nach außen, wobei sich die Lebensdauer der Zelle dadurch verschlechtert.The hardcase case is rectangular except for small radii, but the introduced electrode ensemble has larger radii at the edge due to winding of the electrodes. As a result, there is a gap between the cell case and the electrode ensemble in which the wound negative and positive electrodes are separated with a separator. This gap prevents the heat transport from the electrode ensemble to the outside, whereby the life of the cell deteriorates.

Speziell bei hochkapazitiven Zellen mit beispielsweise 5 Ah bis 70 Ah ist die Geometrie des gewickelten Elektrodenensembles ungünstig, um sie in ein prismatisches Zellgehäuse volumetrisch zu platzieren. Es entsteht unten zwischen Gehäusewand und Elektrodenensemble aber auch seitlich im Bereich von Stromkollektoren ein Hohlraum, wie z. B. in US 2008/0107961 A1 dargestellt.Especially in the case of highly capacitive cells with, for example, 5 Ah to 70 Ah, the geometry of the wound electrode ensemble is unfavorable in order to volumetrically place it in a prismatic cell housing. It arises down between the housing wall and the electrode ensemble but also laterally in the region of current collectors a cavity such. In US 2008/0107961 A1 shown.

Aufgrund dieser Hohlräume kann sich der Verbund aus gewickelten Elektroden und Separator bei mechanischen Belastungen im Gehäuse bewegen und deformiert werden. Es können sich auch die Elektroden verschieben. Dies führt zu inneren Kurzschlüssen in der Batteriezelle. Infolgedessen besteht erhebliches Gefahrenpotential, da sich im Falle innerer Kurzschlüsse Lithium-Ionen-Zellen entzünden können und zudem gesundheitsschädliche und korrosive Verbindungen wie Fluorwasserstoff (HF) emittiert werden können. Daher wird in US 2006/0024578 A1 vorgeschlagen, Stützen aus Kunststoff zwischen Gehäuse und Elektroden anzuordnen. Due to these cavities, the composite of wound electrodes and separator can move and be deformed under mechanical loads in the housing. It can also move the electrodes. This leads to internal short circuits in the battery cell. As a result, there is considerable potential for danger, since in the case of internal short circuits lithium-ion cells can ignite and, in addition, harmful and corrosive compounds such as hydrogen fluoride (HF) can be emitted. Therefore, in US 2006/0024578 A1 proposed to arrange supports made of plastic between the housing and electrodes.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Erfindungsgemäß wird eine Lithium-Ionen-Batteriezelle zur Verfügung gestellt, umfassend ein aufgewickeltes Elektrodenensemble bestehend aus einer ersten Elektrode, einer zweiten Elektrode und einem zwischen erster und zweiter Elektrode angeordneten Separator sowie ein Hardcase-Gehäuse, bevorzugt ein festes metallisches Gehäuse, zur Aufnahme des aufgewickelten Elektrodenensembles. Erfindungsgemäß ist ein Wärmetransportelement zwischen mindestens einer Seitenwand des Gehäuses und dem Elektrodenensemble angeordnet. Das Wärmetransportelement besteht dabei aus einem Material, welches eine Wärmeleitfähigkeit von mehr als 0,6 W/mK aufweist. According to the invention, a lithium-ion battery cell is provided, comprising a wound electrode ensemble consisting of a first electrode, a second electrode and a separator arranged between the first and second electrodes, and a hardcase housing, preferably a solid metallic housing, for receiving the wound-up electrodes ensembles. According to the invention, a heat transport element is arranged between at least one side wall of the housing and the electrode ensemble. The heat transfer element consists of a material which has a thermal conductivity of more than 0.6 W / mK.

Die Wärmeleitfähigkeit des Wärmetransportelementes von mehr als 0,6 W/mK ermöglicht einen guten Wärmetransport vom Elektrodenensemble zum Gehäuse und damit nach außen. Noch bevorzugter besteht das Wärmetransportelement aus einem Material, welches eine Wärmeleitfähigkeit von mehr als 1,0 W/mK aufweist. The thermal conductivity of the heat transfer element of more than 0.6 W / mK allows good heat transfer from the electrode ensemble to the housing and thus to the outside. More preferably, the heat transfer member is made of a material having a thermal conductivity of more than 1.0 W / mK.

Das Wärmetransportelement weist bevorzugt eine elektrisch isolierende Beschichtung auf. Dies verhindert eine elektrische Verbindung von Gehäuse und Elektrodenensemble über das Wärmetransportelement. The heat transport element preferably has an electrically insulating coating. This prevents electrical connection of housing and electrode ensemble via the heat transport element.

Das Wärmetransportelement kann aus einem Metall bestehen, welches von einer Schicht umgeben ist, die aus einer Keramik, einem Oxid, einem Nitrid oder Glas, bevorzugt aus Aluminiumoxid oder Bornitrid besteht. The heat transport element may consist of a metal which is surrounded by a layer which consists of a ceramic, an oxide, a nitride or glass, preferably of aluminum oxide or boron nitride.

Bevorzugt besteht das Wärmetransportelement aus einem Kunststoff, der mit einem Füllmaterial gefüllt ist, welches eine größere Wärmeleitfähigkeit aufweist als der Kunststoff. Das Füllmaterial besteht bevorzugt aus einer Keramik, einem Oxid, einem Nitrid oder Glas. Noch bevorzugter umfasst es oder besteht es aus Aluminiumoxid oder Bornitrid. Preferably, the heat transfer element consists of a plastic which is filled with a filler, which has a greater thermal conductivity has as the plastic. The filling material is preferably made of a ceramic, an oxide, a nitride or glass. More preferably, it comprises or consists of alumina or boron nitride.

Durch die Verbundmaterialien kann die gewünschte hohe Wärmeleitfähigkeit bei gleichzeitiger elektrischer Isolierung zur Umgebung hergestellt werden. Aluminiumoxid hat beispielsweise eine spezifische Leitfähigkeit von 28 W/mK. Zum Vergleich: Ein Kunststoff wie Polypropylen weist lediglich eine Leitfähigkeit von 0,23 W/mK auf. By the composite materials, the desired high thermal conductivity can be produced with simultaneous electrical insulation to the environment. For example, alumina has a specific conductivity of 28 W / mK. For comparison, a plastic such as polypropylene has only a conductivity of 0.23 W / mK.

Das Wärmetransportelement liegt bevorzugt auf der einen Seite direkt am Gehäuse und auf der gegenüberliegenden Seite direkt am Elektrodenensemble an. Das Wärmetransportelement und das Elektrodenensemble sind noch bevorzugter derart ausgebildet, dass Ihre Kontaktflächen einen Formschluss ausbilden. The heat transfer element is preferably located on one side directly on the housing and on the opposite side directly on the electrode ensemble. The heat transfer element and the electrode ensemble are even more preferably designed such that their contact surfaces form a positive connection.

Durch das direkte Anliegen und insbesondere den Formschluss wird der Wärmetransport weiter verbessert. Due to the direct concern and in particular the positive connection of the heat transport is further improved.

Die Batteriezelle kann in einem Ausführungsbeispiel ein Terminal umfassen, wobei das Terminal vom Wärmetransportelement umschlossen, bevorzugt vollständig umschlossen wird. The battery cell can in one embodiment comprise a terminal, wherein the terminal of the heat transfer element enclosed, preferably completely enclosed.

Da das Terminal zum Anschluss der Batterie durch das Gehäuse nach außen geführt wird, kann gerade an dieser Stelle der Wärmetransport über das Wärmetransportelement verbessert werden. Since the terminal is led to the connection of the battery through the housing to the outside, just at this point the heat transfer via the heat transport element can be improved.

Das Wärmetransportelement kann durch einen Absatz oder eine Rippe an der Gehäuseinnenseite gegen Verrutschen fixiert sein. The heat transfer element may be fixed by a shoulder or a rib on the inside of the housing against slipping.

Diese ermöglicht, dass der Kontakt zwischen Gehäuse bzw. Elektrodenensemble und Wärmeleitelement während des Betriebes aufrechterhalten wird. This allows the contact between the housing or the electrode ensemble and the heat-conducting element to be maintained during operation.

An mindestens einer Seite des Elektrodenensembles kann eine Kontaktierung, bevorzugt mittels eines Stromkollektors vorgenommen werden, wobei das Wärmetransportelement an dieser Seite angeordnet ist und eine Öffnung für die Kontaktierung aufweist. Das Wärmetransportelement kann aus mindestens zwei Teilen bestehen, in deren Mitte die Kontaktierung des Elektrodenensembles mittels eines Freiraums ermöglicht wird.On at least one side of the electrode ensemble can be made a contact, preferably by means of a current collector, wherein the heat transfer element is arranged on this side and has an opening for the contacting. The heat transfer element may consist of at least two parts, in the middle of the contacting of the electrode ensemble is made possible by means of a free space.

Somit kann vorteilhafterweise auch über die Seitenflächen des Elektrodenensembles, die zur Stromführung nach außen kontaktiert werden, ein Wärmetransport erreicht werden. Thus, a heat transport can advantageously also be achieved via the side surfaces of the electrode ensemble, which are contacted to conduct electricity outwards.

Die Batteriezelle ist bevorzugt eine Li-Ionen-Batteriezelle. The battery cell is preferably a Li-ion battery cell.

Ferner umfasst die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Batteriezelle, wobei die Batteriezelle mit einem Antriebssystem des Kraftfahrzeuges verbunden ist. Furthermore, the invention comprises a motor vehicle with a battery cell according to the invention, wherein the battery cell is connected to a drive system of the motor vehicle.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben und in der Beschreibung beschrieben.Advantageous developments of the invention are specified in the subclaims and described in the description.

Zeichnungendrawings

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:Embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to the drawings and the description below. Show it:

1 einen vertikalen Schnitt durch eine Batteriezelle mit einem erfindungsgemäßen Wärmetransportelement in einem ersten Ausführungsbeispiel, 1 a vertical section through a battery cell with a heat transfer element according to the invention in a first embodiment,

2 einen vertikalen Schnitt durch eine Batteriezelle mit einem erfindungsgemäßen Wärmetransportelement in einem zweiten Ausführungsbeispiel, 2 a vertical section through a battery cell with a heat transfer element according to the invention in a second embodiment,

3 einen horizontalen Schnitt durch eine Batteriezelle mit einem erfindungsgemäßen Wärmetransportelement in einem dritten Ausführungsbeispiel, 3 a horizontal section through a battery cell with a heat transfer element according to the invention in a third embodiment,

4 einen horizontalen Schnitt durch eine Batteriezelle mit einem erfindungsgemäßen Wärmetransportelement in einem vierten Ausführungsbeispiel, 4 a horizontal section through a battery cell with a heat transfer element according to the invention in a fourth embodiment,

5 eine Batteriezelle von außen mit einem erfindungsgemäßen Wärmetransportelement der 3 oder 4, und 5 a battery cell from the outside with a heat transport element of the invention 3 or 4 , and

6 eine Batteriezelle von außen mit Kombinationen der erfindungsgemäßen Wärmetransportelemente. 6 a battery cell from the outside with combinations of the heat transfer elements according to the invention.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

Im Folgenden werden anhand der Figuren verschiedene Ausführungsformen der Erfindung beschrieben werden. Sie sind rein exemplarisch, und die einzelnen Wärmtransportelemente der Ausführungsbeispiele können auch miteinander kombiniert werden, um einen möglichst großen Wärmetransport zu gewährleisten. In the following, various embodiments of the invention will be described with reference to FIGS. They are purely exemplary, and the individual heat transport elements of the embodiments can also be combined with each other to ensure the greatest possible heat transfer.

In der 1 ist ein vertikaler Querschnitt durch eine Batteriezelle 1 mit einem erfindungsgemäßen Wärmetransportelement 20 in einem ersten Ausführungsbeispiel gezeigt. Im Hardcase-Gehäuse 14 bzw. am Deckel des Hardcase-Gehäuses 14 wird innen ein Wärmetransportelement 20 zwischen Hardcase-Gehäuse 14 und Elektrodenensemble 10 ausgebildet. Das Gehäuse besteht bevorzugt aus Metall. In the 1 is a vertical cross section through a battery cell 1 with a heat transfer element according to the invention 20 shown in a first embodiment. In hard case 14 or on the cover of the hardcase housing 14 becomes a heat transfer element inside 20 between Hard Case Housing 14 and electrode ensemble 10 educated. The housing is preferably made of metal.

Die dem Elektrodenensemble 10 zugewandte Seite des Wärmetransportelementes 20, in 1 die Unterseite, ist analog der Form des Elektrodenensembles 10 ausgebildet, hier der Form des oberen Teilstücks des Elektrodenensembles 10. Die dem Gehäuse 14 zugewandte Seite des Wärmetransportelementes 20 ist analog der Form der entsprechenden Gehäuseinnenseite ausgebildet. Bevorzugt bilden Wärmetransportelement 20, Gehäuse 14 und Elektrodenensemble 10 einen Formschluss aus, so dass der Wärmetransport optimiert wird. Diese Ausbildung der Form des Wärmetransportelementes 20 korrespondierend zur Form der anliegenden Gehäuseinnenseite und der anliegenden Seite des Elektrodenensembles 10 gilt für alle im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele und wird daher bei der Beschreibung der einzelnen Ausführungsbeispiele nicht jedes Mal zu wiederholen sein.The electrode ensemble 10 facing side of the heat transport element 20 , in 1 the underside is analogous to the shape of the electrode ensemble 10 formed, here the shape of the upper part of the electrode ensemble 10 , The housing 14 facing side of the heat transport element 20 is formed analogously to the shape of the corresponding inside of the housing. Preferably form heat transfer element 20 , Casing 14 and electrode ensemble 10 a positive connection, so that the heat transport is optimized. This configuration of the shape of the heat transfer element 20 Corresponding to the shape of the adjacent housing inner side and the adjacent side of the electrode ensemble 10 applies to all embodiments described below and will therefore not be repeated every time in the description of the individual embodiments.

Konkret bildet in 1 die Seite des Wärmetransportelementes 20, die dem Elektrodenensemble 10 zugewandt ist, einen Radius analog dem Radius der Oberseite des Elektrodenensembles 10 aus. Das Elektrodenensemble 10 besteht dabei aus einer ersten Elektrode 11, einer zweiten Elektrode 12 und einem dazwischen liegenden Separator 13. Die Elektroden 11, 12 und der Separator 13 werden aufgewickelt und bilden daher oben und unten im Gehäuse 14 einen Radius aus. Ferner ist die Seite des Wärmetransportelementes 20, die dem Gehäuse 14 zugewandt ist, entsprechend der Form der Gehäuseinnenseite gerade bzw. planar ausgebildet. Concretely forms in 1 the side of the heat transfer element 20 that the electrode ensemble 10 facing, a radius analogous to the radius of the top of the electrode ensemble 10 out. The electrode ensemble 10 consists of a first electrode 11 , a second electrode 12 and an intervening separator 13 , The electrodes 11 . 12 and the separator 13 are wound up and therefore form above and below in the housing 14 a radius. Further, the side of the heat transfer element 20 that the housing 14 facing, formed according to the shape of the inside of the housing straight or planar.

Vorteilhafterweise kommt es durch die korrespondierenden Formen von Wärmetransportelement 20 und Gehäuse 14 bzw. Elektrodenensemble 10 bzw. den bevorzugten Formschluss zwischen den beschriebenen Bauteilen zu einer vergrößerten Anlagefläche, die eine verbesserte thermische Anbindung und gleichzeitig eine mechanische Stütze gegen Verrutschen bildet.Advantageously, it comes through the corresponding forms of heat transfer element 20 and housing 14 or electrode ensemble 10 or the preferred form fit between the described components to an enlarged contact surface, which forms an improved thermal connection and at the same time a mechanical support against slipping.

Das Wärmetransportelement 20 besteht bevorzugt aus einem Verbund verschiedener Materialien. Das Wärmetransportelement 20 weist z. B. einen Kunststoff auf, der mit einem Füllmaterial gefüllt ist, welches eine größere Wärmeleitfähigkeit als der Kunststoff aufweist. Unter „gefüllt“ versteht man bei Kunststoffen, insbesondere bei Polymeren, das Einbetten eines Füllmaterials in die eigentliche Matrix. Bei der Füllung von Kunststoffen werden zusätzliche Füllstoffe beigemischt, um die Eigenschaften der Kunststoffe auf einen bestimmten Anwendungsfall hin zu verändern. Der gefüllte Kunststoff besteht einheitlich aus dem Kunststoff, in dem bevorzugt gleichmäßig das Füllmaterial verteilt ist. Das Füllmaterial verbessert bzw. optimiert somit die thermischen Eigenschaften des Wärmetransportelementes 20 auf Kunststoffbasis. The heat transfer element 20 preferably consists of a composite of different materials. The heat transfer element 20 has z. As a plastic, which is filled with a filler, which has a greater thermal conductivity than the plastic. In the case of plastics, in particular of polymers, "filled" is understood as embedding a filling material in the actual matrix. When filling plastics, additional fillers are mixed in order to change the properties of the plastics to a specific application. The filled plastic is uniformly made of the plastic, in which preferably evenly the filler material is distributed. The filler material thus improves or optimizes the thermal properties of the heat transfer element 20 on a plastic basis.

In einem anderen Ausführungsbeispiel kann das Wärmetransportelement 20 aus Metall bestehen. Dieses kann dann mit einer nicht-leitenden Keramik wie z. B. Aluminiumoxid Al2O3 oder mit Glas beschichtet sein. Die Beschichtung mit einem elektrisch nicht-leitenden Material verhindert eine elektrische Verbindung von Gehäuse 14 und Elektrodenensemble 10 über das Wärmetransportelement 20. In another embodiment, the heat transport element 20 Made of metal. This can then with a non-conductive ceramic such. As alumina Al 2 O 3 or be coated with glass. The coating with an electrically non-conductive material prevents electrical connection of housing 14 and electrode ensemble 10 over the heat transfer element 20 ,

Bevorzugt besteht das Wärmetransportelement 20 aus einem zur besseren thermischen Leitfähigkeit gefüllten Kunststoff wie z. B. Polypropylen, der ebenfalls elektrisch nicht leitend ist. Die Füllung kann dabei aus einem Oxid oder Nitrid mit hoher Wärmeleitfähigkeit bestehen, beispielsweise Aluminiumoxid Al2O3 oder Bornitrid. Preferably, the heat transfer element consists 20 from a filled for better thermal conductivity plastic such. B. polypropylene, which is also electrically non-conductive. The filling can consist of an oxide or nitride with high thermal conductivity, for example, aluminum oxide Al 2 O 3 or boron nitride.

Zum optimierten Wärmetransport besteht das Wärmetransportelement 20 aus einem Material mit einer Wärmeleitfähigkeit größer 0,6 W/mK, bevorzugter größer oder gleich 1 W/mK, noch bevorzugter größer 1 W/mK. For optimized heat transfer there is the heat transfer element 20 of a material with a thermal conductivity greater than 0.6 W / mK, more preferably greater than or equal to 1 W / mK, even more preferably greater than 1 W / mK.

In der 2 ist eine Batteriezelle 1 mit einem Wärmetransportelement 20 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel gezeigt. Das zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich vom ersten Ausführungsbeispiel lediglich durch die Platzierung des Wärmetransportelementes 20. Somit wird lediglich auf die Anordnung des Wärmetransportelementes 20 eingegangen und ansonsten auf die Beschreibung der 1 verwiesen. Im Gegensatz zur 1 ist hier das Wärmetransportelement 20 an der Unterseite des Elektrodenensembles 10 ausgebildet. Dies ist vorteilhaft, da Batteriezellen 1 häufig zu Batteriemodulen zusammengefasst werden und dabei mit ihrer Unterseite auf einer Kühlplatte angeordnet werden. Somit kann durch das Ausführungsbeispiel der 2 die Kühlung weiter verbessert werden. Bevorzugt ist in einem Batteriemodul aus einer Vielzahl von Batteriezellen 1 das Wärmetransportelement 20 auf der Seite einer Batteriezelle 1 angeordnet, die im Kontakt mit einer Kühlvorrichtung steht. In the 2 is a battery cell 1 with a heat transfer element 20 shown according to a second embodiment. The second embodiment differs from the first embodiment only by the placement of the heat transfer element 20 , Thus, only the arrangement of the heat transport element 20 and otherwise to the description of the 1 directed. In contrast to 1 Here is the heat transfer element 20 at the bottom of the electrode ensemble 10 educated. This is advantageous because battery cells 1 frequently combined to form battery modules and are arranged with their underside on a cooling plate. Thus, by the embodiment of the 2 the cooling will be further improved. In a battery module, a plurality of battery cells is preferred 1 the heat transport element 20 on the side of a battery cell 1 arranged, which is in contact with a cooling device.

Natürlich können auch die Ausführungsbeispiele der 1 und 2 kombiniert werden und Wärmetransportelemente 20 an der Ober- und Unterseite des Elektrodenensembles 10 zusammen angeordnet werden. Of course, the embodiments of the 1 and 2 be combined and heat transfer elements 20 at the top and bottom of the electrode ensemble 10 be arranged together.

Auch ist es möglich, ein Wärmetransportelement 20 über die Seiten des Elektrodenensembles 10 zu legen, welches eine Durchführung für die Kontaktierung besitzt. Dies stützt dann das Elektrodenensemble 10 gegen Gehäuse 14 und Terminal 40 bzw. Kollektor 30 ab. 3 zeigt einen horizontalen Schnitt durch eine Batteriezelle 1 mit einem solchen Wärmetransportelement 20. Zur Stromführung nach außen sind die Seiten des Elektrodenensembles 10 bzw. die erste und zweite Elektrode 11, 12 mit Kollektoren 30 versehen, die den Strom nach außen zu jeweils einem Terminal 40 führen. Zur Abstützung zur Seite hin wird der innere Teil eines Terminals, der Kollektor 30, so ausgeführt, dass dieser sich an mindestens einer der Seiten des Gehäuses 14 abstützt. Dies ist in 3 und 4 gezeigt. Der Kollektor 30 stützt sich gegen die schmale Seite der Batteriezelle 1 ab (in 3 und 4 die untere Seitenfläche). Die Kollektoren 30 bestehen aus elektrisch und thermisch leitendem Material. Dabei ist darauf zu achten, dass mindestens einer der Pole vom Gehäuse 14 elektrisch getrennt wird. Dies geschieht z. B. durch Applizierung einer Kunststofffolie zwischen Gehäuse 14 und Kollektor 30, z. B. bestehend aus Polyester, Polyolefin oder Polyimid. It is also possible, a heat transport element 20 over the sides of the electrode ensemble 10 to lay, which has a passage for contacting. This then supports the electrode ensemble 10 against housing 14 and terminal 40 or collector 30 from. 3 shows a horizontal section through a battery cell 1 with such Heat transfer element 20 , For power supply to the outside are the sides of the electrode ensemble 10 or the first and second electrodes 11 . 12 with collectors 30 provide the electricity to the outside to one terminal each 40 to lead. To support sideways, the inner part of a terminal becomes the collector 30 , designed so that this is on at least one of the sides of the housing 14 supported. This is in 3 and 4 shown. The collector 30 rests against the narrow side of the battery cell 1 off (in 3 and 4 the lower side surface). The collectors 30 consist of electrically and thermally conductive material. Make sure that at least one of the poles from the housing 14 is electrically disconnected. This happens z. B. by applying a plastic film between the housing 14 and collector 30 , z. B. consisting of polyester, polyolefin or polyimide.

Somit stellt nun auch das Terminal 40 über den Kollektor 30 eine mechanische Abstützung bei gleichzeitiger besserer thermischer Anbindung des Elektrodenensembles 10 dar.Thus, now also the terminal 40 over the collector 30 a mechanical support with simultaneous better thermal connection of the electrode ensemble 10 represents.

Die Kollektoren 30 an der Elektrodenensembleseite können mit einem Polyesterklebeband zur elektrischen Isolation verbunden und durch ein Federelement so ausgeformt werden, dass diese an den Seiten der Batteriezelle 1 anliegen.The collectors 30 on the electrode ensemble side can be connected to a polyester adhesive tape for electrical insulation and formed by a spring element so that it on the sides of the battery cell 1 issue.

Die Fixierung des Terminals 40 erfolgt durch die Durchführung im Deckel der Batteriezelle 1, die Kollektoren 30 werden mit den Terminals 40, die bereits im Deckel angebracht sind, verschweißt, und dadurch die Position des Elektrodenensembles 10 fixiert. Für die Kühlung verbessert sich nun der Wärmeübergang des Elektrodenensembles 10 zum Batteriezellgehäuse 14 sowohl zum Boden (2) wie auch zu den Seitenflächen (3 und 4) und dem Deckel (1).Fixation of the terminal 40 takes place through the implementation in the lid of the battery cell 1 , the collectors 30 be with the terminals 40 , which are already mounted in the lid, welded, and thus the position of the electrode ensemble 10 fixed. For cooling, the heat transfer of the electrode ensemble now improves 10 to the battery cell case 14 both to the ground ( 2 ) as well as to the side surfaces ( 3 and 4 ) and the lid ( 1 ).

Das Wärmetransportelement 20 kann natürlich auch entsprechend an zwei oder mehrere Elektrodenensembles 10 in einem Gehäuse 14 angepasst werden.The heat transfer element 20 Of course, it can also be used on two or more electrode ensembles 10 in a housing 14 be adjusted.

Der innere Teil des Terminals 40 kann auch mit einem vorzugsweise zur besseren thermischen Leitfähigkeit gefüllten Kunststoff, wie bereits bei 1 beschrieben, umspritzt oder vergossen werden.The inner part of the terminal 40 can also with a preferably filled for better thermal conductivity plastic, as already at 1 described, sprayed or shed.

Das Terminal 40 kann außer durch die sowieso vorhandene Fixierung im Deckel noch zusätzlich fixiert werden, um die Anlage an der Gehäusewand sicherzustellen. Dies geschieht z. B. durch einen Absatz oder eine Bohrung in den Profilen, die im Deckel und Boden den oder die Elektrodenensembles 10 abstützen. Alternativ kann hierfür auch eine Rippe 50 im Gehäuse ausgeführt sein (4). Das Wärmetransportelement 20 weist am Ort der Rippe 50 eine Einbuchtung auf, so dass die Rippe 50 in das Wärmetransportelement 20 zur Fixierung eingreift. The terminal 40 can be fixed in addition to the existing anyway fixation in the lid in addition to ensure the investment on the housing wall. This happens z. B. by a paragraph or a hole in the profiles, in the lid and bottom or the electrode ensembles 10 support. Alternatively, this can also be a rib 50 be executed in the housing ( 4 ). The heat transfer element 20 points to the place of the rib 50 a dent on, leaving the rib 50 in the heat transport element 20 engages for fixation.

Das Wärmetransportelement 20 und/oder das Terminal 40 mit dem Kollektor 30 können auch federnd ausgeführt werden, um Beschädigungen bei mechanischer Belastung zu vermeiden und gleichzeitig den thermischen Übergang zum Gehäuse 14 hin zu verbessern.The heat transfer element 20 and / or the terminal 40 with the collector 30 can also be designed resiliently to avoid damage during mechanical stress and at the same time the thermal transition to the housing 14 to improve.

5 und 6 zeigen zwei Ausführungsbeispiele der Batteriezellen 1 von außen. Die schraffierten Flächen stellen den Bereich des Wärmetransportelementes 20 dar. In 5 ist der Wärmetransport beispielsweise zur breiten Batterieseite gezeigt. Dies kann dadurch gewährleistet werden, dass das Wärmetransportelement 20 an der langen Seite des Elektrodenensembles 10 ausgebildet wird. In 6 ist ein Wärmetransportelement 20 an den langen Seiten, den schmalen Seiten und im Deckel ausgebildet. Wie bereits erwähnt, können die Wärmetransportelemente 20 der 1 bis 3 bzw. 4 miteinander kombiniert werden, um einen verbesserten Wärmetransport sicherzustellen. 5 and 6 show two embodiments of the battery cells 1 from the outside. The hatched areas represent the area of the heat transfer element 20 in this 5 the heat transport is shown for example to the wide battery side. This can be ensured by the fact that the heat transfer element 20 on the long side of the electrode ensemble 10 is trained. In 6 is a heat transfer element 20 formed on the long sides, the narrow sides and in the lid. As already mentioned, the heat transfer elements 20 of the 1 to 3 respectively. 4 be combined together to ensure improved heat transfer.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Claims (12)

Batteriezelle (1), umfassend: ein aufgewickeltes Elektrodenensemble (10) umfassend eine erste Elektrode (11), eine zweite Elektrode (12) mit einem zwischen erster und zweiter Elektrode (11, 12) angeordneten Separator (13), ein Hardcase-Gehäuse (14) zur Aufnahme des aufgewickelten Elektrodenensembles (10), und ein Wärmetransportelement (20), welches zwischen mindestens einer Seitenwand des Gehäuses (14) und dem Elektrodenensemble (10) angeordnet ist, wobei das Wärmetransportelement (20) aus einem Material besteht, welches eine Wärmeleitfähigkeit von mehr als 0,6 W/mK aufweist. Battery cell ( 1 ), comprising: a wound-up electrode ensemble ( 10 ) comprising a first electrode ( 11 ), a second electrode ( 12 ) with one between the first and second electrodes ( 11 . 12 ) arranged separator ( 13 ), a hardcase case ( 14 ) for receiving the wound electrode ensemble ( 10 ), and a heat transport element ( 20 ), which between at least one side wall of the housing ( 14 ) and the electrode ensemble ( 10 ), wherein the heat transport element ( 20 ) consists of a material which has a thermal conductivity of more than 0.6 W / mK. Batteriezelle (1) nach Anspruch 1, wobei das Wärmetransportelement (20) aus einem Material besteht, welches eine Wärmeleitfähigkeit von mehr als 1,0 W/mK aufweist. Battery cell ( 1 ) according to claim 1, wherein the heat transfer element ( 20 ) consists of a material which has a thermal conductivity of more than 1.0 W / mK. Batteriezelle (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Wärmetransportelement (20) eine elektrisch isolierende Beschichtung aufweist. Battery cell ( 1 ) according to claim 1 or 2, wherein the heat transfer element ( 20 ) has an electrically insulating coating. Batteriezelle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Wärmetransportelement (20) aus Metall besteht, welches von einer Schicht umgeben ist, die aus einer Keramik, einem Oxid, einem Nitrid oder Glas, bevorzugt aus Aluminiumoxid oder Bornitrid besteht. Battery cell ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein the heat transport element ( 20 ) consists of metal which is surrounded by a layer which consists of a ceramic, an oxide, a nitride or glass, preferably of aluminum oxide or boron nitride. Batteriezelle (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Wärmetransportelement (20) aus einem Kunststoff besteht, der mit einem Füllmaterial gefüllt ist, welches eine größere Wärmeleitfähigkeit aufweist als der Kunststoff. Battery cell ( 1 ) according to one of claims 1 to 3, wherein the heat transport element ( 20 ) consists of a plastic which is filled with a filling material which has a greater thermal conductivity than the plastic. Batteriezelle (1) nach Anspruch 5, wobei das Füllmaterial aus einer Keramik, einem Oxid, einem Nitrid oder Glas, bevorzugt aus Aluminiumoxid oder Bornitrid besteht. Battery cell ( 1 ) according to claim 5, wherein the filler material consists of a ceramic, an oxide, a nitride or glass, preferably of aluminum oxide or boron nitride. Batteriezelle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Wärmetransportelement (20) auf der einen Seite direkt am Gehäuse (14) anliegt und auf der gegenüberliegenden Seite direkt am Elektrodenensemble (10) anliegt. Battery cell ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein the heat transport element ( 20 ) on the one side directly on the housing ( 14 ) and on the opposite side directly on the electrode ensemble ( 10 ) is present. Batteriezelle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Wärmetransportelement (20) und das Elektrodenensemble (10) derart ausgebildet sind, dass ihre Kontaktflächen einen Formschluss ausbilden. Battery cell ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein the heat transport element ( 20 ) and the electrode ensemble ( 10 ) are formed such that their contact surfaces form a positive connection. Batteriezelle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Batteriezelle (1) mindestens ein Terminal (31, 32) umfasst und das Terminal (31, 32) im Gehäuse (14) vom Wärmetransportelement (20) umschlossen wird. Battery cell ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein the battery cell ( 1 ) at least one terminal ( 31 . 32 ) and the terminal ( 31 . 32 ) in the housing ( 14 ) from the heat transport element ( 20 ) is enclosed. Batteriezelle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Wärmetransportelement (20) durch einen Absatz oder Rippen an der Innenseite des Gehäuses (14) gegen Verrutschen fixiert ist. Battery cell ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein the heat transport element ( 20 ) by a shoulder or ribs on the inside of the housing ( 14 ) is fixed against slipping. Batteriezelle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei an mindestens einer Seite des Elektrodenensembles (10) eine Kontaktierung vorgenommen wird und das Wärmetransportelement (20) an dieser Seite angeordnet ist und eine Öffnung für die Kontaktierung aufweist. Battery cell ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein on at least one side of the electrode ensemble ( 10 ) a contact is made and the heat transfer element ( 20 ) is arranged on this side and has an opening for contacting. Kraftfahrzeug mit einer Batteriezelle (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Batteriezelle (1) mit einem Antriebssystem des Kraftfahrzeuges verbunden ist.Motor vehicle with a battery cell ( 1 ) according to one of claims 1 to 11, wherein the battery cell ( 1 ) is connected to a drive system of the motor vehicle.
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