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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einer Batteriezelle nach dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs.
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Verschiedenartige Batterien sind aus dem Stand der Technik bekannt. Eine Batterie (bzw. ein Batteriesystem), wie sie beispielsweise in Hybrid- oder Elektrofahrzeugen zum Einsatz kommt, besteht üblicherweise aus mehreren Batteriemodulen, die wiederum aus einzelnen Batteriezellen (z.B. Lithium-Ionen-Batteriezellen) zusammengesetzt sind. Eine einzelne Batteriezelle weist ein Gehäuse und elektrische Speicherelemente (die auch als galvanische Zellen oder vereinfacht als Zellen bezeichnet werden) auf, die im Gehäuse angeordnet sind. Die Speicherelemente können insbesondere als Speicherelemente in flacher Bauweise ohne eigensteife Hülle (sogenannte "Jelly Rolls" oder "Coffee Bags") ausgeführt sein. Weiterhin weist eine Batteriezelle Kontaktelemente (sogenannte "Stromkollektoren") auf, durch die die Speicherelemente elektrisch leitfähig verbunden sind.
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Beispielsweise ist aus der
US 2011 0171516 A1 eine Batterie mit einem Kontaktelement bekannt, welches zweiteilig (einen oberen und einen unteren Teil) ausgeführt ist. Über den oberen Teil wird das Kontaktelement leitend mit einem Batteriepol verbunden. Der untere Teil des Kontaktelementes weist einen Kontaktbereich auf. Das Speicherelement ist in flacher Bauweise ausgeführt und weist an seinem Rand einen Kontaktabschnitt auf. Über diesen Kontaktabschnitt wird das Speicherelement mit dem Kontaktbereich des Kontaktelements leitend verbunden. Dabei wird stets ein Speicherelement mit genau einem Kontaktbereich des Kontaktelementes verbunden. Weiterhin ist als Ausführungsbeispiel ein Kontaktelement genannt, dessen Kontaktbereich in mindestens zwei Kontaktfahnen gegliedert ist. Nachteilig an der Vorrichtung ist, dass an jeweils einem Kontaktbereich genau ein Speicherelement leitend angebunden ist bzw. dass jeweils eine Kontaktfahne des Kontaktelementes mit genau einem Speicherelement leitend verbunden ist. Dementsprechend muss pro Speicherelement eine Kontaktfahne vorhanden sein, was einen großen Materialbedarf und ebenfalls einen größeren Platzbedarf bzw. Raumbedarf zur Folge hat. Weiterhin ist nachteilig, dass der Kontaktabschnitt seitlich aus dem Speicherelement herausgeführt wird und sich in der gleichen Ebene, in der auch die größte Fläche (Großfläche) des Speicherelements liegt, erstreckt. Aufgrund dieser Geometrie von Kontaktbereich des Kontaktelementes und Kontaktabschnitt eines Speicherelementes muss das Gehäuse der Batterie länger ausgeführt werden, da ein größerer Platzbedarf vorliegt. Dementsprechend muss mehr Elektrolyt als unbedingt nötig in die Zelle gefüllt werden und es entstehen höhere Material- und Ausschusskosten, als unbedingt notwendig.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Batteriezelle anzugeben, die platzsparender ausgeführt ist und kostengünstiger hergestellt werden kann.
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Vorteile der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Batteriezelle mit dem Kennzeichen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass das Gehäuse der Batteriezelle kürzer und somit platzsparender bei gleichbleibender Kapazität der Zelle ausgeführt werden kann, wodurch geringere Materialkosten bezogen auf den Materialbedarf zur Herstellung der Kontaktelemente anfallen. Hierzu ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass mindestens zwei von n elektrischen Speicherelementen, mit n >= 2, über ihren jeweiligen Kontaktabschnitt mit demselben Kontaktbereich eines Kontaktelementes über eine elektrisch leitende Verbindung verbunden sind. Durch diese Zusammenfassung mindestens zweier Speicherelement pro Kontaktbereich des Kontaktelementes kann jeweils ein separater Kontaktbereich eingespart werden.
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Gleiche Vorteile ergeben sich erfindungsgemäß entsprechend Anspruch 11 für das beanspruchte Verfahren.
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Durch die in den abhängigen Ansprüchen genannten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen der in dem unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich.
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Besonders vorteilhaft sind die mindestens zwei elektrischen Speicherelemente in Flachbauweise ausgeführt und weisen an einem Rand einen Kontaktabschnitt auf, über den sie mit dem Kontaktbereich verbunden sind. Durch die Flachbauweise können die Speicherelemente eng aneinander gelegt (geschichtete bzw. sandwichartige Anordnung) in der Batteriezelle verbaut werden, die vorzugsweise als prismatische Batteriezelle ausgeführt ist. Somit wird der zur Verfügung stehende Raum optimal ausgenutzt. Durch die Platzierung des Kontaktabschnittes am Rand des Speicherelementes lässt sich die Verbindung zum jeweiligen Kontaktelement, das wiederum mit dem jeweiligen Pol der Batteriezelle leitend verbunden ist, vorteilhaft herstellen.
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Vorteilhaft sind die jeweiligen Kontaktabschnitte der mindestens zwei elektrischen Speicherelemente gegenüber einer Großfläche der Speicherelemente in einem ersten Winkel W_1 im Bereich zwischen 80° und 100° angeordnet. Durch die gewinkelte Anordnung der Kontaktabschnitte können diese platzsparender mit dem Kontaktbereich des jeweiligen Kontaktelementes verbunden werden. Somit resultiert eine verkürzte Bauweise der Batteriezelle und ein reduzierter Materialbedarf. Es können somit mehr Batteriezellen in einem Batteriemodul zusammengefasst werden.
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Vorteilhaft sind die Kontaktabschnitte und der Kontaktbereich überlappend geschichtet miteinander verbunden. Durch die schichtartige Überlappung kann ebenfalls Platz eingespart werden.
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Weiterhin ist der Kontaktabschnitt des einen elektrischen Speicherelementes jeweils in Richtung des anderen elektrischen Speicherelementes umgebogen. Durch diese spezielle Geometrie lässt sich die schichtartige Überlappung der Kontaktabschnitte besonders vorteilhaft gewährleisten. Weiterhin kann der Kontaktbereich des Kontaktelementes somit zwischen den elektrischen Speicherelementen platziert werden und die Kontaktierung des einen Speicherelementes erfolgt von der einen Seite und die Kontaktierung des anderen Speicherelementes erfolgt von der anderen Seite des Kontaktelementes.
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Vorteilhaft ist die elektrisch leitende Verbindung eine Schweißverbindung. Diese kann besonders einfach erstellt werden und gewährleistet eine gute elektrische Leitung.
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Das Kontaktelement weist weiterhin vorteilhaft einen Batteriepolverbindungsteil auf, in dem eine Polöffnung vorgesehen ist. Über das Batteriepolverbindungsteil wird der Batteriepol mit dem Kontaktelement verbunden, indem er die Polöffnung durchgreift und anschließend über eine Schraub- oder Schweißverbindung mit dem Batteriepolverbindungsteil verbunden wird.
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Vorteilhaft ist das Kontaktelement L-förmig gebogen, wobei ein erster Schenkel des Kontaktelementes durch das Batteriepolverbindungsteil und ein zweiter Schenkel des Kontaktelementes durch den Kontaktbereich dargestellt wird. Der zweite Schenkel des Kontaktelementes ist somit in einem Winkel W_2 zwischen 80° und 100 ° bzw. vorzugsweise rechtwinklig zum ersten Schenkel, dem Batteriepolverbindungsteil angeordnet. Dementsprechend steht die Fläche des Kontaktbereichs des Kontaktelementes weitestgehend rechtwinklig zu der größten Fläche (Großfläche) des Speicherelements. Aus dieser geometrischen Anordnung resultiert ein reduzierter Bauraumbedarf und somit eine verkürzte Batteriezelle.
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Weiterhin ist vorteilhaft, dass der Kontaktbereich in mindestens zwei Kontaktfahnen aufgespalten ist. Durch die Aufspaltung können mehr als zwei Speicherelemente an das jeweilige Kontaktelement angebunden werden, da die mindestens zwei elektrischen Speicherelemente vorteilhaft mit derselben Kontaktfahne desselben elektrischen Kontaktelementes verbunden sind. Durch die paarweise Anbindung pro Kontaktfahne resultiert ein verringerter Materialbedarf und geringere Herstellungskosten.
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Zeichnung
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Die Erfindung wird nachfolgend in mehreren Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert.
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1 zeigt eine perspektivische Darstellung einer Batteriezelle.
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2 zeigt einen seitlichen Schnitt durch eine Batteriezelle.
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3 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Kontaktelementes.
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4 zeigt eine weitere perspektivische Darstellung eines Kontaktelementes.
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5 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Speicherelementes.
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6 zeigt eine perspektivische Darstellung zweier Speicherelemente, die mit einem Kontaktelement verbunden sind.
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7 zeigt eine perspektivische Darstellung zweier Speicherelemente, die mit einem Kontaktelement verbunden sind, wobei das Kontaktelement in mehrere Kontaktfahnen aufgespalten ist.
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8 zeigt eine weitere perspektivische Darstellung zweier Speicherelemente, die mit einem Kontaktelement verbunden sind.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt als erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung eine perspektivische Ansicht einer Batteriezelle 10. Die Batteriezelle 10 ist im Wesentlichen rechteckig und flach ausgeführt und weist eine geringe Dicke auf. Es befinden sich mindestens zwei elektrische Speicherelemente 12, 13 (hier nicht dargestellt) im Gehäuse 11 der Batteriezelle 10, die insbesondere als Lithium-Ionen-Speicherzellen in flacher Bauweise ohne eigensteife Hülle („Jelly Rolls“ oder „Coffee Bag“) ausgeführt sind. Weiterhin weist die Batteriezelle 10 zwei Batteriepole 20, 20’ auf. Jeweils ein Batteriepol 20, 20’ ist mit einem Kontaktelement 14 (hier nicht dargestellt) verbunden.
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2 zeigt eine Schnittdarstellung des ersten Ausführungsbeispiels entlang der Linie II-II von 1. Die Batteriezelle 10 weist ein Gehäuse 11 und zwei Batteriepole 20, 20’ auf. Jeweils ein Batteriepol 20, 20’ ist mit jeweils einem Kontaktelement 14, 14’ verbunden. Das Kontaktelement 14, 14’ ist L-förmig ausgeführt, wobei der erste Schenkel 27 ein Batteriepolverbindungsteil 17 und der zweite Schenkel 28 einen Kontaktbereich 15 besitzt. Im Batteriepolverbindungsteil 17 befindet sich eine Polöffnung 18, die von dem Batteriepol 20 durchgriffen wird. Weiterhin ist das Batteriepolverbindungsteil 17 mit dem Batteriepol 20 leitend verbunden. Der zweite Schenkel 28 weist einen Kontaktbereich 15 auf. Im Gehäuse 11 befinden sich mindestens zwei elektrische Speicherelemente 12, 13. Die elektrischen Speicherelemente 12, 13 sind flach ausgeführt, besitzen eine Großfläche 16 und jeweils eine positive Elektrode 29 und eine negative Elektrode 30, die am Rand 25, 25’ des Speicherelementes einen leitfähigen Kontaktabschnitt 26, 26’ aufweist. Diese Elektroden 29, 30 sind jeweils in einem Bereich 31 beschichtet, d.h. in einem Bereich, der sich durch Beschichtung eines aktiven Materials ergibt, wobei das aktive Material als Stromkollektor dient. Das aktive Material wird beispielsweise durch eine Metallfolie (Kupferfolie, Aluminiumfolie oder ähnliches) dargestellt. Über den jeweiligen Kontaktabschnitt 26, 26’ ist das Speicherelement mit dem jeweiligen Kontaktbereich 15 des Kontaktelementes elektrisch leitend verbunden, wobei diese elektrisch leitende Verbindung 19 vorzugsweise eine Schweißverbindung ist.
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3 zeigt eine perspektivische Darstellung des Kontaktelementes 14. Das Kontaktelement 14 ist L-förmig ausgeführt, wobei der erste Schenkel 27 ein Batteriepolverbindungsteil 17 und der zweite Schenkel 28 einen Kontaktbereich 15 besitzt. Im Batteriepolverbindungsteil 17 befindet sich eine Polöffnung 18, die von dem Batteriepol 20 (hier nicht dargestellt) durchgriffen wird. Der zweite Schenkel 28 des Kontaktelementes 14 ist in einem Winkel W_2 zwischen 80° und 100 ° bzw. vorzugsweise rechtwinklig zum ersten Schenkel 27, dem Batteriepolverbindungsteil 17 angeordnet.
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4 zeigt eine perspektivische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels des Kontaktelementes 14. Das Kontaktelement 14 ist L-förmig ausgeführt, wobei der erste Schenkel 27 ein Batteriepolverbindungsteil 17 und der zweite Schenkel 28 einen Kontaktbereich 15 besitzt. Im Batteriepolverbindungsteil 17 befindet sich eine Polöffnung 18, die von dem Batteriepol 20 (hier nicht dargestellt) durchgriffen wird. Der zweite Schenkel 28 des Kontaktelementes 14 ist in einem Winkel W_2 zwischen 80° und 100 ° bzw. vorzugsweise rechtwinklig zum ersten Schenkel 27, dem Batteriepolverbindungsteil 17 angeordnet. Weiterhin ist der zweite Schenkel in mindestens zwei Kontaktfahnen 24, 24’ aufgespalten. Jeweils zwei der elektrischen Speicherelemente 12, 13 sind mit jeweils einer Kontaktfahne 24 leitend verbunden.
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5 zeigt eine perspektivische Darstellung eines elektrischen Speicherelementes 12, 13. Die elektrischen Speicherelemente 12, 13 sind flach ausgeführt, besitzen eine Großfläche 16 und jeweils eine positive Elektrode 29 und eine negative Elektrode 30, die am Rand 25, 25’ des Speicherelementes einen leitfähigen Kontaktabschnitt 26, 26’ aufweist. Diese Elektroden 29, 30 sind jeweils in einem Bereich 31 beschichtet, d.h. in einem Bereich, der sich durch Beschichtung eines aktiven Materials ergibt, wobei das aktive Material als Stromkollektor dient. Das aktive Material wird beispielsweise durch eine Metallfolie (Kupferfolie, Aluminiumfolie oder ähnliches) dargestellt. Durch die Länge des Speicherelementes 12, 13 verläuft eine Längsachse A, die innerhalb der Großfläche 16 verläuft. Relativ zu dieser Großfläche und der Längsachse A ist der Kontaktabschnitt 26, 26’ in einem ersten Winkel W_1 im Bereich zwischen 80° und 100° angeordnet, vorzugsweise rechtwinklig.
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6 zeigt als weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung eine perspektivische Darstellung zweier Speicherelemente 12, 13 aus 2 oder 5 die mit dem Kontaktbereich 15 des Kontaktelementes 14 aus 2 oder 3 verbunden sind. Die Kontaktabschnitte 26, 26’ der beiden Speicherelemente 12, 13 überlappen sich gegenseitig und überlappen zusätzlich mit dem Kontaktbereich 15 des Kontaktelementes 14 und sind leitend mit dem Kontaktbereich 15 verbunden, wobei die Verbindung 19 vorzugsweise eine Schweißverbindung ist oder auch als genietete Verbindung vorliegen kann.
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7 zeigt als weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung eine perspektivische Darstellung zweier Speicherelemente 12, 13 aus 2 oder 5 die mit dem Kontaktbereich 15 des Kontaktelementes 14 aus 2 oder 4 verbunden sind. Die Kontaktabschnitte 26, 26’ der beiden Speicherelemente 12, 13 überlappen sich gegenseitig und überlappen sich zusätzlich mit dem Kontaktbereich 15 des Kontaktelementes 14 und sind leitend mit dem Kontaktbereich 15 verbunden, wobei die Verbindung 19 vorzugsweise eine Schweißverbindung ist oder auch als genietete Verbindung vorliegen kann. Der zweite Schenkel 28 des Kontaktbereichs 15 ist in mindestens zwei Kontaktfahnen 24, 24’ aufgespalten. Jeweils zwei der elektrischen Speicherelemente 12, 13 sind mit jeweils einer Kontaktfahne 24 leitend verbunden.
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8 zeigt als weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung eine perspektivische Darstellung zweier Speicherelemente 12, 13 aus 2 oder 5 die mit dem Kontaktbereich 15 des Kontaktelementes 14 aus 2, 3 oder 4 verbunden sind. Die Kontaktabschnitte 26, 26’ der beiden Speicherelemente 12, 13 überlappen nicht miteinander sondern überlappen lediglich mit dem Kontaktbereich 15 des Kontaktelementes 14 und sind leitend mit dem Kontaktbereich 15 verbunden, wobei die Verbindung 19 vorzugsweise eine Schweißverbindung ist oder auch als genietete Verbindung vorliegen kann. Der zweite Schenkel 28 des Kontaktbereichs 15 ist entweder nicht aufgespalten oder in mindestens zwei Kontaktfahnen 24, 24’ aufgespalten. Jeweils zwei der elektrischen Speicherelemente 12, 13 sind mit jeweils einer Kontaktfahne 24 leitend verbunden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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