DE102012018035A1 - Single battery cell in the form of a bipolar Rahmenflachzelle - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Batterieeinzelzelle (1) in Form einer bipolaren Rahmenflachzelle mit zwei Hüllblechen (4, 5), von welchen wenigstens eines auf wenigstens einer Seitenkante wenigstens eine abgekantete Kühlfahne (11) aufweist. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die abgekantete Kühlfahne (11) wenigstens eines Hüllblechs (4, 5) wenigstens einen mäanderförmigen Abschnitt (13) aufweist.The invention relates to an individual battery cell (1) in the form of a bipolar frame flat cell with two sheet metal sheets (4, 5), at least one of which has at least one bevelled cooling tab (11) on at least one side edge. The invention is characterized in that the folded cooling lug (11) of at least one cladding sheet (4, 5) has at least one meandering section (13).

Description

Die Erfindung betrifft eine Batterieeinzelzelle in Form einer bipolaren Rahmenflachzelle nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art. Außerdem betrifft sie eine Batterie aus derartigen Batterieeinzelzellen.The invention relates to a battery single cell in the form of a bipolar Rahmenflachzelle according to the closer defined in the preamble of claim 1. Art also relates to a battery of such battery cells.

Batterien, welche aus Batterieeinzelzellen aufgebaut sind, sind aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt. Die Batterieeinzelzellen können dabei verschiedene Bauformen aufweisen. Für die hier vorliegende Erfindung ist der Aufbau der Batterieeinzelzellen als sogenannte bipolare Rahmenflachzellen vorgesehen. Dieser Aufbau ist grundlegend aus dem Stand der Technik bekannt. Es gibt dabei verschiedene Bautypen. Für alle Typen von bipolaren Rahmenflachzellen gilt im Wesentlichen jedoch, dass diese prismatisch ausgebildet sind und einen Stapel von Elektroden und Separatoren als aktive Zellchemie aufweisen. Dieser Elektrodenstapel befindet sich zwischen zwei metallischen Hüllblechen, mit welchen jeweils der eine bzw. der andere Pol verbunden ist. Den Elektrodenstapel umgibt dabei ein Rahmen aus einem elektrisch isolierenden Material, oder, falls die Hüllbleche schalenartige Vertiefungen für die Elektroden aufweisen, das Material dieser Schalen. In diesem Fall befindet sich in dem Bereich, an dem die beiden Hüllbleche aneinanderstoßen, eine elektrisch isolierende Zwischenschicht zwischen den einzelnen Hüllblechen, um einen Kurzschluss der Batterieeinzelzelle zu vermeiden.Batteries constructed of single battery cells are well known in the art. The battery individual cells can have different designs. For the present invention, the construction of the individual battery cells is provided as so-called bipolar frame flat cells. This structure is basically known in the art. There are different types of construction. For all types of bipolar frame flat cells, however, it is essentially true that they are prismatic and have a stack of electrodes and separators as active cell chemistry. This electrode stack is located between two metallic cladding sheets, to each of which one or the other pole is connected. In this case, the electrode stack is surrounded by a frame made of an electrically insulating material, or, if the cladding sheets have shell-like depressions for the electrodes, the material of these shells. In this case, in the area where the two cladding plates abut, an electrically insulating intermediate layer between the individual cladding sheets, in order to avoid a short circuit of the single battery cell.

Es sind verschiedene Ausführungsformen bekannt, bei denen eine oder mehrere Zwischenschichten zwischen den einzelnen Hüllblechen gleichzeitig dazu dienen, die Hüllbleche miteinander zu verbinden, beispielsweise wenn die Zwischenschicht als Isolierrahmen aus einem thermoplastischen Material ausgebildet oder mit einem solchen versehen ist und die Hüllbleche sowie der Isolierrahmen unter Einwirkung von Wärme miteinander verpresst werden. Das Material des Isolierrahmens übernimmt dann einerseits die elektrische Isolation zwischen den Hüllblechen und andererseits die dichte und sichere Verbindung der Hüllbleche untereinander.There are various embodiments are known in which one or more intermediate layers between the individual cladding sheets simultaneously serve to connect the Hüllbleche each other, for example, when the intermediate layer is formed as an insulating frame of a thermoplastic material or provided with such and the cladding and the insulating under Heat impact are pressed together. The material of the insulating then takes on the one hand, the electrical insulation between the Hüllblechen and on the other hand, the dense and secure connection of the Hüllbleche each other.

Die bipolaren Rahmenflachzellen als Batterieeinzelzellen werden dann aufeinandergestapelt und erhalten durch das Stapeln einen elektrischen Kontakt untereinander oder können gegebenenfalls auch eigens dafür ausgebildete Kontaktbereiche aufweisen, um beispielsweise durch eine Verbindung durch Laserschweißen, Ultraschallweißen oder dergleichen den elektrischen Kontakt zwischen den Batterieeinzelzellen herzustellen.The bipolar frame flat cells as individual battery cells are then stacked on top of each other, and may also have contact areas specially designed for stacking, for example, to establish electrical contact between the battery cells by laser welding, ultrasonic welding or the like.

Der Aufbau von bipolaren Rahmenflachzellen ist dabei vergleichsweise komplex, sodass dieser insbesondere bei sogenannten Hochleistungsbatterien oder Hochvoltbatterien eingesetzt wird. Derartige Batterien sind beispielsweise aus dem Bereich von elektrisch angetriebenen Fahrzeugen, Hybridfahrzeugen oder dergleichen bekannt. Die Aufgabenstellung an eine derartige Hochvolt- bzw. Hochleistungsbatterie ist die, dass bei hoher Leistungsdichte und hohem Leistungsvolumen eine sichere Batterie realisiert werden soll, welche einen zuverlässigen Betrieb über eine große Varianz von verschiedenen Betriebsbedingungen hinweg gewährleistet. Um die Anforderungen an Leistungsdichte und Leistungsvolumen bestmöglich erfüllen zu können, ist im Allgemeinen der Aufbau derartiger Batterieeinzelzellen einer Hochvoltbatterie in Lithium-Ionen-Technologie zu bevorzugen. Der Aufbau einer Batterie aus Batterieeinzelzellen in Lithium-Ionen-Technologie erfordert jedoch eine Möglichkeit zur aktiven Temperierung, insbesondere zur aktiven Kühlung, der Batterieeinzelzellen.The construction of bipolar frame flat cells is comparatively complex, so that it is used in particular in so-called high-performance batteries or high-voltage batteries. Such batteries are known for example from the field of electrically driven vehicles, hybrid vehicles or the like. The task of such a high-voltage or high-performance battery is that at high power density and high power volume, a secure battery is to be realized, which ensures reliable operation over a wide variance of different operating conditions away. In order to be able to meet the requirements of power density and power volume in the best possible way, the construction of such battery individual cells of a high-voltage battery in lithium-ion technology is generally to be preferred. The construction of a battery of battery cells in lithium-ion technology, however, requires a possibility for active temperature control, in particular for active cooling, the battery individual cells.

Aus dem allgemeinen Stand der Technik ist es hierfür bekannt, bei bipolaren Rahmenflachzellen an den Hüllblechen entsprechende Kühlfahnen vorzusehen und diese idealerweise durch Abkanten um 90 Grad so parallel in Stapelrichtung der Batterieeinzelzellen zu positionieren, dass diese über eine seitlich aufgepresste plattenartige Kühleinrichtung gekühlt werden können. Um einen Kurzschluss durch die typischerweise aus einem metallischen Material ausgebildete Kühlplatte zu verhindern, wird zwischen den Kühlfahnen und der Kühlplatte typischerweise ein wärmeleitendes, jedoch elektrisch isolierendes Material, beispielsweise eine Wärmeleitfolie, eine geeignete Vergussmasse oder dergleichen, angeordnet. Dieser Aufbau ist soweit aus dem Stand der Technik bekannt.From the general state of the art, it is known to provide corresponding cooling vanes in the case of bipolar frame flat cells on the cladding sheets and ideally to position them parallel by 90 degrees in the stacking direction of the battery individual cells such that they can be cooled by means of a laterally pressed plate-type cooling device. In order to prevent a short circuit through the cooling plate, which is typically formed from a metallic material, a heat-conducting, but electrically insulating material, for example a heat-conducting foil, a suitable potting compound or the like, is typically arranged between the cooling lugs and the cooling plate. This structure is known from the prior art.

Ein Nachteil bei diesem Aufbau besteht darin, dass die Batterieeinzelzellen, welche typischerweise zu einem Stapel aufgestapelt die Batterie bilden und mit der Kühlplatte verbunden werden, fest untereinander verpresst sind. Durch die unvermeidlichen Unterschiede in der Temperatur der Kühlplatte einerseits und der Kühlfahnen bzw. Hüllbleche der Batterieeinzelzellen andererseits sowie eventuell unterschiedlicher spezifischer Wärmedehnungen der Materialien kann es sehr leicht zu hohen mechanischen Spannungen jeder der Batterieeinzelzellen kommen. Diese hohen mechanischen Spannungen belasten den Isolierrahmen und können diesen, je nach Ausgestaltung und Größe, schlimmstenfalls schädigen und so die Dichtheit der Batterieeinzelzelle gefährden.A disadvantage with this structure is that the battery individual cells, which typically stacked to form a stack form the battery and are connected to the cooling plate, are firmly pressed together. Due to the inevitable differences in the temperature of the cooling plate on the one hand and the cooling lugs or sheaths of the battery cells on the other hand and possibly different specific thermal expansions of the materials, it can very easily come to high mechanical stresses each of the battery cells. These high mechanical stresses burden the insulating frame and can damage it, depending on the design and size, in the worst case, thus jeopardizing the tightness of the single battery cell.

Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht nun darin, eine Batterieeinzelzelle anzugeben, welche als bipolare Rahmenflachzelle so aufgebaut ist, dass die oben genannte Problematik weitgehend vermieden werden kann und, das die mechanischen Spannungen auf die Batterieeinzelzelle durch die Kühlung der Batterieeinzelzelle minimiert werden.The object of the present invention is now to provide a single battery cell, which is constructed as a bipolar Rahmenflachzelle so that the above problems can be largely avoided and that the mechanical stresses on the battery single cell by cooling the battery single cell can be minimized.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Batterieeinzelzelle mit den Merkmalen im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Batterieeinzelzelle ergeben sich aus den hiervon abhängigen Unteransprüchen.This object is achieved by a single battery cell with the features in the characterizing part of claim 1. Advantageous developments of the battery single cell according to the invention will become apparent from the dependent claims.

Die erfindungsgemäße Batterieeinzelzelle weist wenigstens eine Kühlfahne auf, welche von wenigstens einem der Hüllbleche abgekantet ist. Die abgekantete Kühlfahne von wenigstens einem der Hüllbleche weist dabei erfindungsgemäß einen mäanderförmigen Abschnitt auf. Unter einem mäanderförmigen Abschnitt im Sinne der Erfindung kann dabei sowohl ein wellenförmiger Abschnitt als auch ein U-förmiger Abschnitt, welcher dann lediglich einen einzigen Mäander aufweist, verstanden werden. Die Mäander müssen dabei nicht zwingend in einer kurvenform verlaufen sondern können auch rechteckig oder spitz ausgebildet sein, so dass ein V-förmiges, Z-förmiges, Sägezahnförmiges Profil oder dergleichen entsteht. Dieser mäanderförmige Abschnitt, welcher gemäß einer sehr vorteilhaften Weiterbildung parallel zu der durch das Abkanten ausgebildeten Kante verläuft, ermöglicht einen Längenausgleich der Kühlfahne durch die Eigenelastizität ihres Materials. Thermisch induzierte Spannungen zwischen einer mit der Kühlfahne verbundenen Kühleinrichtung und der Batterieeinzelzelle werden durch die Kühlfahne deshalb nicht vollständig auf die Batterieeinzelzelle übertragen, sondern es findet eine mechanische Entkopplung über den mäanderförmigen Abschnitt statt. Hierdurch wird die Belastung der Batterieeinzelzelle durch thermisch bedingte Spannungen minimiert und die Gefahr einer Überlastung eines zwischen den Hüllblechen angeordneten Isolierrahmens, welcher diese im Idealfall miteinander verbindet, wird minimiert.The single battery cell according to the invention has at least one cooling lug, which is folded from at least one of the Hüllbleche. The bent cooling lug of at least one of the cladding sheets has, according to the invention, a meandering section. A meander-shaped section in the sense of the invention can be understood as meaning both a wave-shaped section and a U-shaped section, which then has only a single meander. The meander need not necessarily run in a curved shape but may also be rectangular or pointed, so that a V-shaped, Z-shaped, sawtooth-shaped profile or the like is formed. This meandering section, which, according to a very advantageous development, runs parallel to the edge formed by the folding, enables a length compensation of the cooling lug by the inherent elasticity of its material. Thermally induced voltages between a cooling device connected to the cooling device and the battery single cell are therefore not completely transferred to the battery single cell by the cooling lug, but instead there is a mechanical decoupling via the meandering section. As a result, the load on the battery single cell is minimized by thermally induced voltages and the risk of overloading a between the Hüllblechen arranged insulating frame, which connects them together ideally, is minimized.

In einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Batterieeinzelzelle kann es ferner vorgesehen sein, dass der mäanderförmiger Abschnitt im Bereich zwischen der abgekanteten Kühlfahne und dem Hüllblech angeordnet ist. Der zum Längenausgleich genutzte oder mäanderförmige Bereich kann also idealerweise im Bereich der Abkantung selbst zwischen dem Hüllblech und der Kühlfahne ausgebildet sein und sorgt somit für eine sehr gute mechanische Längsentkopplung der beiden einstückig miteinander ausgebildeten Teile in Stapelrichtung.In a preferred embodiment of the battery single cell according to the invention, it can further be provided that the meandering section is arranged in the region between the folded cooling lug and the cladding sheet. The area used for length compensation or meandering can thus ideally be formed in the region of the fold itself between the Hüllblech and the cooling lug and thus ensures a very good mechanical longitudinal decoupling of the two integral parts with each other in the stacking direction.

Gemäß einer sehr günstigen Weiterbildung der erfindungsgemäßen Batterieeinzelzelle ist es außerdem vorgesehen, dass genau eines der Hüllbleche an seinen Kühlfahnen oder seiner Kühlfahne jeweils einen mäanderförmigen Bereich aufweist. Hierdurch wird der Aufwand bei der Herstellung der Hüllbleche entsprechend reduziert, da lediglich eines der Hüllbleche für jede der Batterieeinzelzellen einen derartigen Abschnitt aufweisen muss. Dies reicht für die mechanische Entkopplung der Batterieeinzelzelle aus und reduziert den Aufwand bei der Herstellung der Hüllbleche.According to a very favorable development of the battery single cell according to the invention, it is additionally provided that exactly one of the cladding sheets has a respective meandering region on its cooling vanes or its cooling vane. As a result, the effort in the production of the Hüllbleche is reduced accordingly, since only one of the Hüllbleche for each of the battery individual cells must have such a section. This is sufficient for the mechanical decoupling of the single battery cell and reduces the effort in the production of the Hüllbleche.

In einer weiteren sehr günstigen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Batterieeinzelzelle ist es ferner vorgesehen, dass jedes der Hüllbleche einen schalenförmigen Mittelteil aufweist, welcher von einem Siegelflansch umgeben ist, wobei vom Siegelflansch die wenigstens eine Kühlfahne abgekantet ist. Ein solcher Aufbau mit Hüllblechen, welche einen schalenförmigen Mittelteil aufweisen, ist im Prinzip aus älteren Schriften der Anmelderin bekannt. Die schalenförmigen Mittelteile werden jeweils von einem Siegelflansch umgeben, welche durch einen einteiligen oder mehrteiligen Isolierrahmen, welcher zwischen die Siegelflansche der beiden Hüllbleche einer Batterieeinzelzelle eingelegt wird, entsprechend miteinander verbunden und elektrisch gegeneinander isoliert sind. Die Verbindung kann beispielsweise von einem thermoplastischen Isolierrahmen oder einem mit thermoplastischen Materialanteilen versehenen Isolierrahmen durch eine sogenannte „Heißsiegelung”, also das Einwirkung von Temperatur erfolgen. Die Kühlfahne kann dann einfach und effizient von dem Siegelflansch um 90 Grad abgekantet werden, sodass diese einerseits als Kühlfahne dient und andererseits als eine Art „Ständer” das Aufstellen der Batterieeinzelzellen beim Stapeln ermöglicht.In a further very favorable embodiment of the battery single cell according to the invention, it is further provided that each of the Hüllbleche has a cup-shaped central part, which is surrounded by a sealing flange, wherein the sealing flange, the at least one cooling lug is folded. Such a construction with cladding sheets, which have a cup-shaped middle part, is known in principle from earlier writings of the Applicant. The cup-shaped middle parts are each surrounded by a sealing flange, which are connected by a one-piece or multi-part insulating frame, which is inserted between the sealing flanges of the two sheaths of a single battery cell, corresponding to each other and electrically isolated from each other. The connection can be made for example by a thermoplastic insulating frame or provided with a thermoplastic material parts insulating frame by a so-called "heat seal", ie the action of temperature. The cooling vane can then be bent easily and efficiently from the sealing flange by 90 degrees, so that this serves as a cooling lance on the one hand and on the other hand as a kind of "stand" allows the installation of individual battery cells when stacking.

In einer weiteren sehr günstigen Ausgestaltung hiervon ist es dabei vorgesehen, dass die mäanderförmigen Abschnitte sich von der Außenfläche der Kühlfahne entlang des Siegelflanschs in Richtung des schalenförmigen Mittelteils erstrecken. Der oder die oder mäanderförmigen Abschnitte liegen also in einem Bereich, in dem zwischen dem schalenförmigen Mittelteil und der Kühlfahne ansonsten lediglich der Siegelflansch angeordnet ist. Da dieser in Stapelrichtung eine minimale Ausdehnung hat, bleibt zwischen der Kühlfahne und dem schalenförmigen Mittelteil in jeder der Batterieeinzelzellen ein ungenutzter Freiraum. Die mäanderförmigen Abschnitte ragen genau in diesen Freiraum, sodass die mechanische Entkopplung zwischen der Kühlfahne und wenigstens einem der Hüllbleche ohne zusätzlichen Bauraumbedarf bei der Batterieeinzelzelle realisiert werden kann. Dies gewährleistet weiterhin einen sehr kompakten Aufbau mit dem zusätzlichen Vorteil der mechanischen Entkopplung und damit der Minimierung von Spannungen, welche schlimmstenfalls zu einer Undichtheit der Batterieeinzelzelle führen könnten.In a further very favorable embodiment thereof, it is provided that the meandering sections extend from the outer surface of the cooling vane along the sealing flange in the direction of the cup-shaped central part. The one or more or meandering portions are thus in a region in which otherwise only the sealing flange is arranged between the cup-shaped central part and the cooling lug. Since this has a minimum extent in the stacking direction, an unused space remains between the cooling lug and the cup-shaped central part in each of the battery individual cells. The meandering sections protrude exactly into this space, so that the mechanical decoupling between the cooling vane and at least one of the Hüllbleche can be realized without additional space requirements in the single battery cell. This further ensures a very compact structure with the added advantage of mechanical decoupling and thus the minimization of voltages, which in the worst case could lead to leakage of the single battery cell.

Neben der Ausbildung der Kühlfahne bzw. der Kühlfahnen mit den U-förmigen oder mäanderförmigen Abschnitten ist es selbstverständlich auch möglich beim Einsatz von Kontaktfahnen, welche von den Hüllblechen abgekantet werden, diese analog auszubilden, um so eine thermische Entkopplung auch im Bereich der Kontaktfahnen zu erzielen, und hierdurch die auf die Batterieeinzelzelle einwirkenden Spannungen weiter zu minimieren.In addition to the formation of the cooling lug or the cooling lugs with the U-shaped or Meandering sections, it is of course also possible when using contact lugs, which are folded from the Hüllblechen this analog train, so as to achieve a thermal decoupling in the area of the tabs, and thereby further minimize the voltages acting on the battery single cell voltages.

Eine Batterie auf Basis der erfindungsgemäßen Batterieeinzelzellen ist dabei aus einem Stapel eben dieser Batterieeinzelzellen ausgebildet, wobei die Kühlfahnen der Batterieeinzelzellen mit einer Kühleinrichtung, insbesondere einer aktiv kühlbaren Kühlplatte, thermisch verbunden sind, wobei zwischen der Kühleinrichtung und den Kühlfahnen eine wärmeleitende isolierende Schicht angeordnet ist. Über diesen Aufbau der Gesamtbatterie aus den Batterieeinzelzellen, vorzugsweise in Lithium-Ionen-Technologie, kann gewährleistet werden, dass eine sichere und zuverlässige Kühlung der Batterieeinzelzellen erzielt werden kann, und dass gleichzeitig die durch die Kühlung gegebenenfalls verstärkten mechanischen Spannungen aufgrund unterschiedlicher spezifischer Längenausdehnungskoeffizienten und Temperaturen soweit verringert werden, dass hiervon keine mechanische Überlastung des Stapels der Batterieeinzelzellen zu befürchten ist, welcher gegebenenfalls Undichtheiten in einer oder mehrerer der Batterieeinzelzellen verursachen könnte.A battery based on the individual battery cells according to the invention is formed from a stack of these individual battery cells, wherein the cooling vanes of the battery cells are thermally connected to a cooling device, in particular an actively coolable cooling plate, wherein a heat-conducting insulating layer is arranged between the cooling device and the cooling lugs. By means of this design of the overall battery from the individual battery cells, preferably in lithium-ion technology, it can be ensured that reliable and reliable cooling of the individual battery cells can be achieved and, at the same time, the mechanical stresses possibly increased by the cooling due to different specific coefficients of linear expansion and temperatures be reduced so far that this is no mechanical overloading of the stack of battery cells to be feared, which could possibly cause leaks in one or more of the battery individual cells.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Batterieeinzelzelle sowie eines Zellblocks als wesentlicher Teil der Batterie ergeben sich aus den restlichen Ansprüchen und werden anhand des Ausführungsbeispiels deutlich, welches nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben wird.Further advantageous embodiments of the battery single cell according to the invention and a cell block as an essential part of the battery will become apparent from the remaining claims and will be apparent from the embodiment, which will be described below with reference to the figures.

Dabei zeigen:Showing:

1 eine Batterieeinzelzelle gemäß der Erfindung in einer Explosionsdarstellung; 1 a single battery cell according to the invention in an exploded view;

2 eine Seitenansicht der Batterieeinzelzelle gemäß 1; 2 a side view of the battery single cell according to 1 ;

3 mehrere zu einem Teil einer Batterie aufgestapelte Batterieeinzelzellen; 3 a plurality of individual battery cells stacked into a portion of a battery;

4 die wesentlichen Bestandteile einer Batterie in einer Explosionsdarstellung; und 4 the essential components of a battery in an exploded view; and

5 eine Darstellung analog 4 im zusammengesetzten Zustand. 5 a representation analog 4 in the assembled state.

In der Darstellung der 1 ist eine Batterieeinzelzelle 1 in Form einer bipolaren Rahmenflachzelle in einer Explosionsdarstellung zu erkennen. Ein wesentlicher Bestandteil der Batterieeinzelzelle 1 ist dabei eine Elektrodenanordnung 2, welche als Stapel von einzelnen Elektroden und Separatoren aufgebaut ist. Dieser Aufbau wird dann mit einem Elektrolyten getränkt und bildet die Zellchemie im Inneren der Batterieeinzelzelle 1. Die hier beschriebene Batterieeinzelzelle 1 soll dabei in Lithium-Ionen-Technologie ausgebildet sein. Die Elektrodenanordnung 2 weist ein positives Kontaktelement 3 sowie ein negatives Kontaktelement, welches in der Darstellung der 1 nicht zu erkennen ist, auf der gegenüberliegenden Seite der Elektrodenanordnung 2 auf.In the presentation of the 1 is a single battery cell 1 to recognize in the form of a bipolar Rahmenflachzelle in an exploded view. An integral part of the single battery cell 1 is an electrode arrangement 2 , which is constructed as a stack of individual electrodes and separators. This structure is then soaked with an electrolyte and forms the cell chemistry inside the single battery cell 1 , The single battery cell described here 1 should be designed in lithium-ion technology. The electrode arrangement 2 has a positive contact element 3 and a negative contact element, which in the representation of 1 can not be seen on the opposite side of the electrode assembly 2 on.

Den äußeren Abschluss der Batterieeinzelzelle 1 bilden zwei sogenannte Hüllbleche 4, 5, welche in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel jeweils einen schalenförmigen Mittelteil 6 aufweisen, welcher von einem Siegelflansch 7 umgeben ist. Zumindest im Bereich des Siegelflansches 7 eines oder gegebenenfalls auch beider der Hüllbleche 4, 5 wird dann ein elektrisch isolierendes Kunststoffmaterial, vorzugsweise ein thermoplastisches Material, aufgebracht. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel werden zwei Isolationsschalen 8 verwendet, welche beispielsweise auf die Innenfläche der jeweiligen Hüllbleche 4, 5 auflaminiert sein können. Die beiden hier beispielhaft verwendeten Isolationsschalen 8 weisen jeweils einen Durchbruch 9 auf, über welchen die elektrischen Kontaktelemente, also das positive Kontaktelement 3 sowie das hier nicht erkennbare, da hinter der Elektrodenanordnung 2 angeordnete negative Kontaktelement, ragen. Die Kontaktelemente werden dann mit der jeweiligen Seitenwand des schalenförmigen Mittelteils 6 des jeweiligen Hüllblechs 4, 5 verbunden, beispielsweise verschweißt. Dies kann insbesondere durch Laserschweißen, Pressschweißen, Ultraschallschweißen oder dergleichen erfolgen.The outer termination of the single battery cell 1 form two so-called cladding sheets 4 . 5 , which in the embodiment shown here in each case a cup-shaped central part 6 which of a sealing flange 7 is surrounded. At least in the area of the sealing flange 7 one or optionally both of the cladding 4 . 5 Then, an electrically insulating plastic material, preferably a thermoplastic material is applied. In the embodiment shown here, two insulation shells 8th used, for example, on the inner surface of the respective Hüllbleche 4 . 5 can be laminated. The two insulation shells used here by way of example 8th each have a breakthrough 9 on, via which the electrical contact elements, so the positive contact element 3 as well as the one not recognizable here, behind the electrode arrangement 2 arranged negative contact element, protrude. The contact elements are then with the respective side wall of the cup-shaped central part 6 of the respective cover plate 4 . 5 connected, for example, welded. This can be done in particular by laser welding, pressure welding, ultrasonic welding or the like.

Die beiden Hüllbleche 4, 5 mit der zwischen ihren schalenförmigen Mittelteilen 6 eingebrachten Zellchemie werden dann miteinander zu der Batterieeinzelzelle 1 verbunden. Sie bilden dabei, wie durch + und – angedeutet die beiden Pole der Batterieeinzelzelle 1 aus. Die Verbindung kann insbesondere durch eine sogenannte Heißsiegelung erfolgen, indem im Bereich der Siegelflansche 7 durch eine Erwärmung das Material der mit den Hüllblechen 4, 5 verbundenen Isolationsschalen 8 partiell aufgeschmolzen wird und hierdurch ein dichter und elektrisch isolierender Verbund zwischen den beiden Hüllblechen 4, 5 realisiert wird.The two cover plates 4 . 5 with the between its bowl-shaped middle parts 6 introduced cell chemistry then become one another with the battery cell 1 connected. They form, as indicated by + and - the two poles of the single cell battery 1 out. The connection can be made in particular by a so-called heat sealing, by in the region of the sealing flanges 7 by heating the material with the cladding sheets 4 . 5 connected insulation shells 8th is partially melted and thereby a dense and electrically insulating bond between the two Hüllblechen 4 . 5 is realized.

Dieser Aufbau einer verschlossenen Batterieeinzelzelle 1 ist in einer Seitenansicht in der Darstellung der 2 zu erkennen. Sowohl in der Darstellung der 1 als auch in der Darstellung der 2 sind dabei an jedem der Hüllbleche 4, 5 Kontaktfahnen 10 zu erkennen. Diese Kontaktfahnen 10 sind in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel im oberen Bereich jeweils an den äußeren Kanten durch eine überstehende Lasche des Materials des Siegelflanschs 7, welche um 90 Grad abgekantet worden sind, ausgebildet. Sie dienen zur elektrischen Kontaktierung der Batterieeinzelzelle 1. Auf der gegenüberliegenden Seite der Kontaktfahnen 7 befindet sich eine abgekantete Kühlfahne 11, welche ebenfalls um 90 Grad von dem Siegelflansch 7 abgekantet worden ist. Diese Kühlfahne 11 kann später mit einer Kühleinrichtung 12 in Verbindung gebracht werden, sodass durch eine Kühlung der Hüllbleche 4, 5 eine Kühlung der Batterieeinzelzelle 1 sicher und zuverlässig erfolgen kann. Dabei spielt in der Praxis nicht nur eine Kühlung, sondern bei bestimmten Betriebstemperaturen auch eine Erwärmung der Batterieeinzelzelle 1 eine Rolle, beispielsweise bei der Inbetriebnahme bei sehr kalten Umgebungstemperaturen. Dies ist allgemein bekannt und üblich, sodass nachfolgend weiterhin nur der Begriff Kühlung angewandt wird, wobei hierunter neben einer Kühlung im Prinzip auch eine Erwärmung, also eine Temperierung der Batterieeinzelzelle 1 in beide Richtungen verstanden werden kann.This construction of a sealed single battery cell 1 is in a side view in the representation of 2 to recognize. Both in the presentation of 1 as well as in the representation of 2 are on each of the cladding 4 . 5 tabs 10 to recognize. These contact flags 10 are in the illustrated embodiment in the upper region in each case at the outer edges by a protruding tab of the material of Siegelflanschs 7 , which have been bent by 90 degrees trained. They serve for the electrical contacting of the single battery cells 1 , On the opposite side of the contact flags 7 there is a folded cooling vane 11 which are also 90 degrees from the sealing flange 7 has been folded. This cooling flag 11 can later with a cooling device 12 be connected, so by cooling the cladding 4 . 5 a cooling of the battery single cell 1 safe and reliable. In practice, not only a cooling, but at certain operating temperatures also a heating of the battery single cell plays 1 a role, for example, during commissioning in very cold ambient temperatures. This is generally known and customary, so that subsequently only the term cooling is used, including here in addition to cooling in principle, a heating, so a temperature of the single battery cell 1 can be understood in both directions.

Um nun mechanische Spannungen aufgrund unterschiedlicher spezifischer Längenausdehnungen und unterschiedlicher Temperaturen in den einzelnen Bauteilen, beispielsweise in der später noch dargestellten Kühleinrichtung 12 und den Kühlfahnen 11 sowie den mit den Kühlfahnen 11 verbundenen bzw. einstückig mit diesen ausgebildeten Hüllblechen 5 weitgehend zu minimieren, sind in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel, und in der Darstellung der 2 besonders gut zu erkennen, in einer der Kühlfahnen 11 sowie in den beiden Kontaktfahnen 10 des Hüllblechs 4 jeweils U-förmige Abschnitte 13 vorgesehen. Diese U-förmigen Abschnitte 12, welche genauso gut auch V-förmig, Z-förmig oder ganz allgemein mäanderförmig ausgebildet sein könnten, erlauben einen Längenausgleich durch die Elastizität des Materials der Kühlfahne 11 bzw. der Kontaktfahne 10 in der durch den Doppelpfeil in der Darstellung der 2 gezeigten Art in Stapelrichtung. Mechanischen Spannungen, welche insbesondere auf die zwischen den Siegelflanschen 7 angeordneten Isolationsschalen 8 und die Verbindung der Isolationsschalen 8 untereinander und der Isolationsschalen 8 mit den Hüllblechen 4, 5 nachteilige Auswirkungen haben könnten, können hierdurch vermieden werden. Dieser Aufbau mit den U-förmigen Abschnitten 13 im Bereich der Kontaktfahnen 10 und der Kühlfahne 11 des Hüllblechs 4 ermöglicht so eine sehr gute mechanische Entlastung der Batterieeinzelzelle 1. Der Aufwand zum Einbringen der parallel zu den durch das Abkanten ausgebildeten kantenverlaufenden U-förmigen Abschnitte 13 lässt sich dabei minimieren, da dieser Herstellungschnitt und das zusätzliche Material nur für eines der Hüllbleche, nämlich für das Hüllblech 4 notwendig ist. Sollte die Verwendung von Gleichteilen einen entscheidenden Vorteil gegenüber dem Einsparen von Arbeitsaufwand und Material bei der Verwendung unterschiedlicher Formbleche von Hüllblechen 4, 5 ermöglichen, so wäre es ebenso gut denkbar, beide Hüllbleche 4, 5 identisch auszubilden. Dies ist zur mechanischen Entlastung der Batterieeinzelzelle 1 prinzipiell jedoch nicht notwendig.To now mechanical stresses due to different specific length expansions and different temperatures in the individual components, for example in the cooling device later shown 12 and the cooling flags 11 as well as with the cooling flags 11 connected or integrally formed with these cladding sheets 5 are to be minimized in the embodiment shown here, and in the illustration of 2 particularly easy to recognize, in one of the cooling flags 11 as well as in the two contact flags 10 of the cladding 4 each U-shaped sections 13 intended. These U-shaped sections 12 which could just as well also be V-shaped, Z-shaped or generally meander-shaped, allow a length compensation by the elasticity of the material of the cooling lug 11 or the contact flag 10 in the by the double arrow in the representation of the 2 shown type in the stacking direction. Mechanical stresses, in particular those between the sealing flanges 7 arranged insulation shells 8th and the connection of the insulation shells 8th with each other and the insulation shells 8th with the cladding 4 . 5 could have adverse effects. This construction with the U-shaped sections 13 in the area of the contact flags 10 and the cooling flag 11 of the cladding 4 allows a very good mechanical discharge of the single battery cell 1 , The effort for introducing the parallel to the edges formed by the edging U-shaped sections 13 can be minimized since this production cut and the additional material only for one of the Hüllbleche, namely for the Hüllblech 4 necessary is. Should the use of common parts a decisive advantage over the saving of labor and material when using different shaped sheets of cladding sheets 4 . 5 allow, so it would be equally well possible, both cladding 4 . 5 to train identically. This is for mechanical relief of the single battery cell 1 in principle not necessary.

Die Batterieeinzelzellen 1 werden dann, wie in der Darstellung der 3 in einer dreidimensionalen Ansicht dargestellt, zu einem Stapel 14 von Batterieeinzelzellen aufgestapelt. Die Kontaktfahnen 10 der benachbarten Batterieeinzelzellen 1 werden untereinander verbunden, beispielsweise durch ein Schmelz- oder Pressschweißverfahren, durch Ultraschallschweißung, Widerstandspunktschweißung, Laserschweißung oder dergleichen. In der Darstellung der 3 sind beispielhaft Ultraschallschweißpunkte 15 im Bereich der Kontaktfahnen 10 dargestellt. Die einzelnen Kühlfahnen 11 können zur Ausbildung eines stabilen Stapels 14 der Batterieeinzelzellen 1 dabei in vergleichbarer Art und Weise miteinander verbunden werden. Um dies zu symbolisieren, sind auch hier die entsprechenden Ultraschallschweißpunkte 15 in der Darstellung der 3 angedeutet.The battery cells 1 then, as in the presentation of 3 presented in a three-dimensional view, to a stack 14 stacked by battery cells. The contact flags 10 the neighboring battery cells 1 are interconnected, for example, by a fusion or pressure welding process, by ultrasonic welding, resistance spot welding, laser welding or the like. In the presentation of the 3 are exemplary ultrasonic welding points 15 in the area of the contact flags 10 shown. The individual cooling flags 11 can contribute to the formation of a stable stack 14 the battery cells 1 are connected together in a comparable manner. To symbolize this, here are the corresponding ultrasonic welding points 15 in the presentation of the 3 indicated.

Der so vormontierte Stapel 14 ist wiederum in der 4 zu erkennen. Durch die aus 3 erkennbare elektrische Verbindung der Batterieeinzelzellen durch eine entsprechende Verbindung ihrer Hüllbleche und Kontaktfahnen untereinander wird eine Reihenschaltung der zu dem Stapel 14 aufgestapelten Batterieeinzelzellen erzielt. Der in 4 dargestellte Stapel 14 wird dann zur Kontaktierung des Gesamtstapels an seinen beiden Enden mit Hochvoltanschlusspolen 16 in genau der Art verbunden, in welcher auch die Batterieeinzelzellen 1 im Bereich ihrer Kontaktfahnen 10 und Kühlfahnen 11 miteinander verbunden sind.The pre-assembled stack 14 is in turn in the 4 to recognize. Through the out 3 recognizable electrical connection of the battery individual cells by a corresponding connection of their Hüllbleche and contact lugs with each other is a series circuit to the stack 14 achieved stacked battery cells. The in 4 illustrated stack 14 is then used to contact the entire stack at its two ends with high-voltage terminal poles 16 in exactly the way connected, in which also the single battery cells 1 in the area of their contact flags 10 and cooling flags 11 connected to each other.

Der Stapel 14 wird dann über eine zwischengelegte Wärmeleitfolie 17, welche eine elektrische Isolation bei guter Wärmeleitung gewährleistet, auf die bereits erwähnte Kühleinrichtung 12 in Form einer Kühlplatte aufgelegt. Die Kühleinrichtung 12 kann beispielsweise von einem gasförmigen oder insbesondere von einem flüssigen Kühlmedium durchströmt werden, wie dies durch die Anschlüsse 18 prinzipmäßig angedeutet ist. Zur Verbindung der Kühleinrichtung 12 mit dem Stapel 14 sind in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel seitlich auf der Kühleinrichtung 12 Leisten 19 aufgeschoben oder an die Kühleinrichtung 12 angespritzt. Diese Leisten bestehen aus einem Kunststoff, welcher elektrisch isolierende Eigenschaften hat. Er weist einzelne Zapfen 20 auf, welche auf der Oberseite der jeweiligen Leiste 19 entlang verteilt sind. Diese Zapfen 19 korrespondieren beim Aufsetzen des Stapels 14 mit Löchern 21 im Bereich jedes einzelnen Kühlblechs 11, welche in der Darstellung der 1 und 3 besser zu erkennen sind. Diese Löcher 21 sind dabei in der Art von Langlöchern oder als ovale Löcher ausgebildet, um so einen Toleranzausgleich zu ermöglichen. Hierdurch wird ein sicheres und zuverlässiges Platzieren des Stapels 14 auf den mit der Kühleinrichtung 12 verbundenen Leisten 19 bzw. den auf ihnen angebrachten Zapfen 20 ermöglicht. Im zusammengebauten Zustand, welcher in der Darstellung der 5 zu erkennen ist, sind diese Zapfen dann entsprechend aufgeschmolzen, sodass diese mit den Löchern 21 vernietet werden und den Stapel 14 sicher und zuverlässig über die Leisten 19 auf der Kühleinrichtung 12 halten. Dieses Vernieten kann beispielsweise durch eine Ultraschallnietung oder einen thermisch erwärmten Nietkopf so erfolgen, dass der Stapel 14 formschlüssig mit dem aufgeschmolzenen Material der Zapfen verbunden wird und hierdurch eine sichere und zuverlässige Montage des Stapels 14 auf der Kühleinrichtung 12 erreicht werden kann.The stack 14 is then over an interposed heat conducting foil 17 , which ensures electrical insulation with good heat conduction, to the already mentioned cooling device 12 placed in the form of a cooling plate. The cooling device 12 For example, it is possible to flow through a gaseous or, in particular, a liquid cooling medium, such as through the connections 18 is indicated in principle. To connect the cooling device 12 with the pile 14 are laterally on the cooling device in the embodiment shown here 12 Afford 19 deferred or to the cooling device 12 molded. These strips are made of a plastic, which has electrically insulating properties. He has individual cones 20 on top of each bar 19 are distributed along. These cones 19 correspond when placing the stack 14 with holes 21 in the area of each individual cooling plate 11 , which in the representation of the 1 and 3 are better to recognize. These holes 21 are designed in the form of oblong holes or as oval holes, so as to allow a tolerance compensation. This will ensure a safe and reliable placement of the stack 14 on the with the cooling device 12 connected strips 19 or the pin attached to them 20 allows. In the assembled state, which in the representation of 5 can be seen, these pins are then melted accordingly, so this with the holes 21 be riveted and the pile 14 safe and reliable over the last 19 on the cooling device 12 hold. This riveting can be done, for example, by an ultrasonic riveting or a thermally heated rivet head so that the stack 14 positively connected with the molten material of the pin and thereby secure and reliable mounting of the stack 14 on the cooling device 12 can be achieved.

Der in 5 dargestellte Aufbau des Stapels 14 und der Kühleinrichtung 12 mit den entsprechenden Hochvoltanschlusspolen 16, welche hier wiederum analog zur Darstellung in 1 als Pluspol und Minuspol des Stapels 14 gekennzeichnet sind, entspricht dann dem Kern der eigentlichen Batterie, welche lediglich um ein Gehäuse sowie eine geeignete Herausführung der Anschlüsse aus dem Gehäuse und gegebenenfalls eine Batterieelektronik ergänzt werden muss.The in 5 illustrated construction of the stack 14 and the cooling device 12 with the corresponding high-voltage connection poles 16 , which again here analogously to the representation in 1 as positive pole and negative pole of the stack 14 are then corresponding to the core of the actual battery, which only has to be supplemented by a housing and a suitable lead out of the connections from the housing and optionally a battery electronics.

Claims (10)

Batterieeinzelzelle (1) in Form einer bipolaren Rahmenflachzelle mit zwei Hüllblechen (4, 5), von welchen wenigstens eines auf wenigstens einer Seitenkante wenigstens eine abgekantete Kühlfahne (11) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die abgekantete Kühlfahne (11) wenigstens eines Hüllblechs (4, 5) wenigstens mäanderförmigen Abschnitt (13) aufweist.Single battery cell ( 1 ) in the form of a bipolar Rahmenflachzelle with two cladding sheets ( 4 . 5 ), of which at least one on at least one side edge at least one bent cooling lug ( 11 ), characterized in that the folded cooling lug ( 11 ) at least one cladding ( 4 . 5 ) at least meandering section ( 13 ) having. Batterieeinzelzelle (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hüllbleche (3, 4) ferner abgekantete Kontaktfahnen (11) aufweisen, wobei die abgekantete Kontaktfahne (10) wenigstens eines Hüllblechs (4, 5) wenigstens einen mäanderförmigen Abschnitt (13) aufweist.Single battery cell ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the cladding sheets ( 3 . 4 ) also folded contact lugs ( 11 ), wherein the folded contact lug ( 10 ) at least one cladding ( 4 . 5 ) at least one meandering section ( 13 ) having. Batterieeinzelzelle (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlfahnen (11) und/oder die Kontaktfahnen (10) parallel zu der durch das Abkanten ausgebildeten Kante angeordnet sind.Single battery cell ( 1 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the cooling flags ( 11 ) and / or the contact lugs ( 10 ) are arranged parallel to the edge formed by the folding. Batterieeinzelzelle (1) nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der mäanderförmige Abschnitt (13) im Bereich zwischen der abgekanteten Kühlfahne (11) und/oder Kontaktfahne (10) und dem jeweiligen Hüllblech (4, 5) angeordnet ist.Single battery cell ( 1 ) according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the meandering section ( 13 ) in the region between the folded cooling flag ( 11 ) and / or contact flag ( 10 ) and the respective cover plate ( 4 . 5 ) is arranged. Batterieeinzelzelle (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass genau eines der Hüllbleche (4) an all seinen Kühlfahnen (11) und/oder Kontaktfahnen (10) jeweils einen mäanderförmigen Abschnitt (13) aufweist.Single battery cell ( 1 ) according to one of claims 1 to 4, characterized in that exactly one of the cladding sheets ( 4 ) on all its cooling flags ( 11 ) and / or contact flags ( 10 ) each have a meandering section ( 13 ) having. Batterieeinzelzelle (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Hüllbleche (4, 5) einen schalenförmigen Mittelteil (6) aufweist, welcher von einem Siegelflansch (7) umgeben ist, wobei von dem Siegelflansch (7) die wenigstens eine Kühlfahne (11) und/oder Kontaktfahne (10) abgekantet ist.Single battery cell ( 1 ) according to one of claims 1 to 5, characterized in that each of the cladding sheets ( 4 . 5 ) a bowl-shaped middle part ( 6 ), which of a sealing flange ( 7 ) surrounded by the sealing flange ( 7 ) the at least one cooling flag ( 11 ) and / or contact flag ( 10 ) is folded. Batterieeinzelzelle (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlfahne (11) und die Kontaktfahnen (10) von dem Siegelflansch (7) abgekantet sind, wobei die Kühlfahne (11) und die Kontaktfahnen (10) auf gegenüberliegenden Seitenkanten des Hüllblechs (4, 5) ausgebildet sind.Single battery cell ( 1 ) according to claim 6, characterized in that the cooling flag ( 11 ) and the contact flags ( 10 ) from the sealing flange ( 7 ) are folded, the cooling flag ( 11 ) and the contact flags ( 10 ) on opposite side edges of the cladding ( 4 . 5 ) are formed. Batterieeinzelzelle (1) nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die mäanderförmigen Abschnitte (13) sich von der Außenfläche der Kühlfahne (11) und/oder der Kontaktfahne (10) entlang des Siegelflanschs (7) in Richtung des schalenförmigen Mittelteils (6) erstrecken.Single battery cell ( 1 ) according to one of claims 6 or 7, characterized in that the meandering sections ( 13 ) from the outer surface of the cooling vane ( 11 ) and / or the contact flag ( 10 ) along the sealing flange ( 7 ) in the direction of the cup-shaped middle part ( 6 ). Batterieeinzelzelle (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlfahne (11) mit dem darin angeordneten mäanderförmigen Abschnitt (13) sich über die gesamte Breite einer der Seitenkanten des Hüllblechs (4, 5) erstreckt.Single battery cell ( 1 ) according to one of claims 1 to 8, characterized in that the cooling flag ( 11 ) with the meandering section arranged therein ( 13 ) over the entire width of one of the side edges of the cladding ( 4 . 5 ). Batterie aus einem Stapel (14) von Batterieeinzelzellen (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Kühlfahnen (11) mit einer Kühleinrichtung (12), insbesondere einer aktiv kühlbaren Platte, thermisch verbunden sind, wobei zwischen der Kühleinrichtung (12) und den Kühlfahnen (11) eine wärmeleitende elektrisch isolierende Schicht (17) angeordnet ist.Battery from a stack ( 14 ) of battery cells ( 1 ) according to any one of claims 1 to 9, wherein the cooling flags ( 11 ) with a cooling device ( 12 ), in particular an actively coolable plate, are thermally connected, wherein between the cooling device ( 12 ) and the cooling flags ( 11 ) a thermally conductive electrically insulating layer ( 17 ) is arranged.
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