DE102012018047A1

DE102012018047A1 - Batterie mit einem Stapel aus Batterieeinzelzellen

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Publication number: DE102012018047A1
Application number: DE201210018047
Authority: DE
Inventors: Fabrizio Chini; Florian Kneer; Stefan Schlayer; Dirk Schröter; Helmut Weikert
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Roechling Automotive SE and Co KG
Priority date: 2012-09-13
Filing date: 2012-09-13
Publication date: 2014-03-13

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Batterie mit einem Stapel (2) aus Batterieeinzelzellen (1), wobei jede Batterieeinzelzelle (1) einen in Folie eingeschweißten Elektrodenstapel aufweist und jede Batterieeinzelzelle (1) einen Zellrahmen (3) aufweist, der den in Folie eingeschweißten Elektrodenstapel entlang zumindest eines Abschnitts an dessen äußeren Umfang trägt. Die Erfindung ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Zellrahmen (3) jeweils wenigstens zwei miteinander verrastete Zellrahmenteile (3.1, 3.2) aufweisen, die jeweils einen Randbereich der Folie an dem äußeren Umfang der Batterieeinzelzelle (1) zwischen sich einschließen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Batterie mit einem Stapel aus Batterieeinzelzellen nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.
Aus dem allgemeinen Stand der Technik sind Batterien, insbesondere Hochleistungs- bzw. Hochvoltbatterien bekannt, welche aus einem Stapel von Batterieeinzelzellen ausgebildet sind. Solche Batterien werden vorzugsweise als Traktionsbatterien in zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeugen, also Elektrofahrzeugen und Hybridfahrzeugen, eingesetzt. Sie sind vorzugsweise auf der Basis von Batterieeinzelzellen in Lithium-Ionen-Technologie ausgebildet.
Die Batterieeinzelzellen des Stapels sind im Wesentlichen flach bzw. quaderförmig ausgebildet und werden zu dem Stapel aufgestapelt und elektrisch miteinander kontaktiert. Hierdurch entsteht die Gesamtbatterie. Um den Stapel zu stabilisieren, wird dieser typischerweise über Zuganker verspannt, sodass ein mechanisch stabiler Aufbau entsteht. Die eingesetzten Batterieeinzelzellen können beispielsweise als sogenannte Coffeebag- oder Pouchzellen ausgebildet sein, bei welchen ein Elektrodenstapel zwischen Folien eingeschweißt wird, um diesen so gegenüber der Umgebung abzudichten. Um den Elektrodenstapel umlaufend bildet sich bei einer derartigen Pouchzelle dann typischerweise ein verschweißter Bereich der Folien aus, durch welchen lediglich elektrische Kontaktfahnen der Batterieeinzelzelle hindurchragen. Dieser umlaufende verschweißte Bereich wird sehr häufig zwischen einzelnen Zellrahmen eingeklemmt, um so die in sich mechanisch relativ labile Pouchzelle durch den Zellrahmen mechanisch zu stabilisieren. Der Aufbau wird dann in der beschriebenen Art und Weise über Zuganker verspannt.
Das Verspannen des Stapels der Batterieeinzelzellen über Zuganker ist beispielsweise in der DE 10 2010 013 002 A1 beschrieben. Problematisch bei einem solchen Aufbau ist dabei der vergleichsweise hohe Aufwand bei der Herstellung und bei der Montage. Die einzelnen Rahmen bzw. Rahmenteile sowie die Batterieeinzelzellen müssen vergleichsweise komplex aufgestapelt und bis zum Einbringen der Zuganker mechanisch in Position gehalten werden, wobei das Einfädeln der Zuganker beispielsweise durch Bohrungen in den Rahmen dann entsprechend aufwändig ist. Alternativ dazu könnten die Rahmen auf die Zuganker aufgefädelt werden, auch dies ist in der Praxis für die Montage außerordentlich aufwändig.
Weitere Nachteile des bekannten Stapelaufbaus sind das hohe Gesamtgewicht und der häufig unzureichende Toleranzausgleich bei der Montage.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Batterie mit einem Stapel aus Batterieeinzelzellen anzugeben, welche die genannten Nachteile vermeidet und eine kostengünstige Herstellung und eine einfache und schnelle Montage ermöglicht.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch eine Batterie mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte und besonders zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung angegeben.
Eine erfindungsgemäße Batterie weist einen Stapel aus Batterieeinzelzellen, in der Regel aus einer Vielzahl von 5, 10 oder mehr Batterieeinzelzellen auf. Jede Batterieeinzelzelle umfasst einen in Folie eingeschweißten Elektrodenstapel und ferner einen Zellrahmen, der den in Folie eingeschweißten Elektrodenstapel entlang zumindest eines Abschnitts an dessen äußeren Umfang trägt.
Erfindungsgemäß weisen die Zellrahmen jeweils wenigstens zwei miteinander verrastete Zellrahmenteile auf, die jeweils einen Randbereich der Folie an dem äußeren Umfang der Batterieeinzelzelle zwischen sich einschließen.
Durch das erfindungsgemäße Zusammenclipsen von wenigstens zwei, insbesondere genau zwei, Zellrahmenteilen, um die Folie einer Batterieeinzelzelle dazwischen einzuschließen, wobei vorteilhaft der Elektrodenstapel einer Batterieeinzelzelle zwischen zwei Folien, auch mehrschichtigen Folien, eingeschweißt ist, wird der Batterieeinzelzelle eine Stabilität verliehen, die es ermöglicht, die Einzelzelle leicht zu handhaben und beispielsweise in einem Gehäuse der Batterie zu positionieren. Da der Zellrahmen der Batterieeinzelzelle eine Eigenstabilität verleihen kann, ist es vorteilhaft nicht notwendig, eine Kraftübertragung zwischen zwei benachbarten Batterieeinzelzellen des Stapels vorzusehen.
Besonders günstig ist es, wenn der Randbereich der Folie, der zwischen den beiden oder wenigstens zwei Zellrahmenteilen eingeklemmt ist, radial außerhalb des eingeschweißten Elektrodenstapels liegt. Bei einem zwischen zwei Folien eingeschweißten Elektrodenstapel kann dieser Randbereich beispielsweise durch die beiden unmittelbar aufeinanderliegenden und hier miteinander verschweißten Folien gebildet werden.
Eine günstige Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der Zellrahmen bzw. die Zellrahmenteile als Spritzgussteil hergestellt sind. Günstig ist es, wenn für die verschiedenen Zellrahmenteile Gleichteile verwendet werden. Auch können für alle Zellrahmen des Stapels dieselben Zellrahmenformen verwendet werden. Jedoch können innerhalb eines Stapels aus Batterieeinzelzellen auch verschiedene Zellrahmen Verwendung finden, beispielsweise mit abweichend zu den mittleren Zellrahmen gestalteten Endzellrahmen als Abschluss auf beiden Seiten des Stapels.
Die beiden Zellrahmenteile einer Batterieeinzelzelle können formidentisch ausgeführt sein. Hierdurch können besonders viele Gleichteile erreicht werden und es muss nur eine einzige Spritzgussform zur Verfügung gestellt werden.
Als Werkstoff für den Zellrahmen kommen insbesondere Kunststoff, beispielsweise Polypropylen, jedoch auch Harz oder Silikon in Betracht. Besonders vorteilhaft wird PP-GF 30 verwendet. Andere Werkstoffe sind jedoch möglich. Der Werkstoff kann in Reinform verwendet werden oder mit einem oder mehreren Füllstoffen versehen werden.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass als Material für die Zellrahmen ein schwer oder nicht entflammbares Material und/oder ein nicht brennbares und/oder selbstverlöschendes Material verwendet wird, beispielsweise mit einem Brennverhalten nach UL 94.1 von V0.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist die Batterie ein Gehäuse auf, in welches der Stapel aus Batteriezellen eingebracht ist. Das Gehäuse weist dabei insbesondere eine Vielzahl von Aufnahmen zur formschlüssigen Aufnahme der Batterieeinzelzellen auf. Beispielsweise können in dem Gehäuse Schienen, Schlitze, Einkerbungen, Vorsprünge oder andere geeignete Formstrukturen als Aufnahme vorgesehen sein, in welche die Batterieeinzelzellen mit ihrem Zellrahmen eingeschoben oder eingelegt werden.
Die Batterieeinzelzellen haben in der Regel die Form eines flachen Quaders oder eines Brettes und weisen somit in einer Draufsicht auf eine der beiden vergleichsweise größten Oberflächen einen äußeren Umfang mit durch Ecken voneinander getrennten Seiten auf, in der Regel vier Seiten, beispielsweise zwei sich gegenüberstehende vergleichsweise längere und zwei sich gegenüberstehende vergleichsweise kürzere Seiten.
Die Batterieeinzelzellen können über ihrem gesamten äußeren Umfang oder zumindest teilweise auf allen Seiten ihres äußeren Umfangs von dem Zellrahmen umschlossen sein. Alternativ weisen die Batterieeinzelzellen an ihrem äußeren Umfang eine von dem Zellrahmen nicht umschlossene, das heißt eine freie Seite auf. Diese ermöglicht es, dass zunächst der Zellrahmen auf die Folie aufgeclipst werden kann, und erst anschließend der Elektrodenstapel in die Folie mit dem aufgebrachten Zellrahmen eingebracht wird. Hierzu kann gemäß einer Ausführungsform die Folie vor dem Aufbringen des Zellrahmens teilweise an ihrem äußeren Umfang verschweißt werden und zumindest eine Seite zum späteren Einbringen des Elektrodenstapels offen gelassen werden. Nach dem Aufbringen des Zellrahmens kann dann der Elektrodenstapel in die Folie eingeführt werden und, wenn gewünscht, die Folie an dem noch offenen Ende verschweißt werden.
Dieses nachträgliche Einbringen des Elektrodenstapels in die Folie weist den Vorteil auf, dass das Aufbringen des Zellrahmens einfacher ist, eine Beschädigung des Elektrodenstapels sicher ausgeschlossen wird und der Materialaufwand minimiert wird.
Wenn die Batterieeinzelzellen an ihrem äußeren Umfang die eine von dem Zellrahmen freie Seite aufweisen, ist es günstig, die freien Seiten der verschiedenen Batterieeinzelzellen gleichgerichtet orientiert in dem im Gehäuse eingebrachten Zustand der Batterieeinzelzellen auszurichten und eine gemeinsame Abdeckplatte des Gehäuses oder innerhalb des Gehäuses vorzusehen, die dann den freien Seiten zugeordnet werden kann, um die Position der Batterieeinzelzellen innerhalb des Gehäuses zu stabilisieren und/oder den freien Seiten die notwendige Stabilität zu verleihen, damit weitere Elemente aufgebracht werden können und/oder eine Stapelbarkeit verschiedener Batterien in ihrem Gehäuse auch auf den freien Seiten zu ermöglichen.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass die Batterieeinzelzellen ohne eine Vormontage aneinander einzeln oder gruppenweise in das Gehäuse eingebracht werden. Beispielsweise weist das Gehäuse eine Kasten- oder Wannenform mit einer Öffnung und einen die Öffnung verschließenden Deckel auf, sodass die Batterieeinzelzellen über die Öffnung in das Gehäuse einsetzbar sind, bevor der Deckel, in der Regel mittels einer Dichtung abgedichtet das Gehäuse verschließend aufgebracht wird. Hierfür kann im Deckel und/oder in dem anderen kasten- bzw. wannenförmigen Gehäuseteil eine Nut zur Aufnahme eines Dichtelementes vorgesehen sein.
Um im Schadensfall einzelne Batterieeinzelzellen kostengünstig und leicht austauschen zu können, sind die Batterieeinzelzellen vorteilhaft einzeln entnehmbar oder in Teilgruppen entnehmbar in das Gehäuse eingebracht. Das bedeutet, dass nicht jeweils der gesamte Stapel aus dem Gehäuse entfernt werden muss, um eine Batterieeinzelzelle auszutauschen.
Die Zellrahmen können zweckmäßig jeweils wenigstens einen Vorsprung auf einer ersten Seite und jeweils wenigstens eine Aussparung auf einer der ersten Seite abgewandten zweiten Seite aufweisen, wobei die Vorsprünge und Aussparungen einander benachbarter Batterieeinzelzellen in dem im Gehäuse eingebrachten Zustand der Batterieeinzelzellen formschlüssig nach Art einer Nut-und-Feder-Verbindung ineinander eingreifen. Hierdurch kann eine Ausrichtung der Batterieeinzelzellen zueinander leicht erreicht werden. Eine solche Zentrierungshilfe kann auch dem Toleranzausgleich von Herstellungstoleranzen dienen.
Zur Schwingungsdämpfung können die Zellrahmen elastisch und mit Vorspannung in das Gehäuse eingebracht sein und/oder im Gehäuse ist wenigstens ein elastischer Einsatz vorgesehen, gegen welchen die Zellrahmen elastisch verspannt sind.
Eine erste Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Batterieeinzelzellen von oben in das Gehäuse beziehungsweise den kasten- oder wannenförmigen Teil desselben eingesetzt werden. Eine andere Ausführungsform sieht vor, dass die Batterieeinzelzellen seitlich in das Gehäuse eingeschoben werden. Andere Wege, um die Batterieeinzelzellen in das Gehäuse einzubringen, sind möglich. In allen Fällen kann, muss jedoch nicht, vorgesehen sein, dass die Kontaktfahnen der Batterieeinzelzellen im senkrecht ausgerichteten Zustand der Batterieeinzelzellen, wenn diese einen quadratischen oder rechteckigen Umfang aufweisen, an der oberen Seite der Batterieeinzelzellen positioniert sind und das Gehäuse an dieser oberen Seite einen Deckel aufweist. So ist es nämlich besonders leicht möglich, die Kontaktfahnen in dem im Gehäuse eingebrachten Zustand der Batterieeinzelzellen geeignet zu kontaktieren, beispielsweise durch gruppenweises wechselseitiges Umbiegen der Kontaktfahnen jeweils zweier benachbarter Batterieeinzelzellen im Stapel, sodass eine elektrische Reihenschaltung aller Batterieeinzelzellen erreicht wird. Jedoch ist auch eine elektrische Parallelschaltung möglich.
Die Kontaktierung der verschiedenen Batterieeinzelzellen kann beispielsweise durch Laserschweißen der Kontaktfahnen erfolgen. Alternativ ist es auch möglich, die Kontaktfahnen der verschiedenen Batterieeinzelzellen lösbar miteinander elektrisch zu verbinden, beispielsweise zu verschrauben, um den leichteren Austausch einzelner Batterieeinzelzellen zu ermöglichen.
Auf die Kontaktfahnen der Batterieeinzelzellen des Stapels kann eine elektrisch isolierende, wärmeleitende Paste oder Folie oder dergleichen aufgebracht werden. Ferner ist es möglich, auf den Kontaktfahnen oder auf der elektrischen, wärmeleitenden Isolierung Kanäle eines Wärmetauschers, beispielsweise Luft-Luft-Wärmetauschers oder Flüssigkeit-Luft-Wärmetauschers, vorzusehen, um Wärme im Betrieb der Batterie abzuleiten. Zusätzlich oder alternativ ist es möglich, den Stapel der Batterieeinzelzellen mit Luft (allgemein Gas) oder Flüssigkeit dadurch zu kühlen, dass in dem Gehäuse und/oder dem Stapel entsprechende durchströmte Kühlkanäle vorgesehen sind, durch die beispielsweise ein Kühlmedium eines geschlossenen externen Kühlkreislaufs geleitet wird. Anstelle eines geschlossenen externen Kühlkreislaufs kann auch ein offen geführter erzwungener Kühlstrom durch die Batterie geleitet werden oder die Kühlung mittels freier Konvektion in entsprechenden Kühlkanälen erfolgen.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass die Zellrahmen die Anschlussfahnen der Batterieeinzelzellen derart umschließen und/oder unterstützen, dass sie die Kontaktfahnen bei deren Umbiegung zur Kontaktierung sicher halten, insbesondere ohne dass ein weiteres Biegekraft aufnehmendes Anlageelement erforderlich ist, über welches die jeweilige Anschlussfahne umgebogen wird.
Das Gehäuse der Batterie kann elektrische Anschlusselemente aufweisen, die entsprechend mit den Kontaktfahnen der Batterieeinzelzellen elektrisch leitend verbunden sind. Solche Anschlusselemente können im Gehäuse eingebettet oder auf diesem und/oder an diesem montiert sein. Auch ist es möglich, das Material des Gehäuses direkt auf die Anschlusselemente aufzuspritzen, aufzugießen oder aufzuschäumen, insbesondere Material des Deckels des Gehäuses. Auch hierfür kommt insbesondere Kunststoff, beispielsweise Polypropylen, insbesondere PP-GF 30 oder Ähnliches in Betracht.
Wenn ein Deckel für das Gehäuse der Batterie vorgesehen ist, so kann dieser vorteilhaft lösbar an dem zweiten Gehäuseteil angeschlossen sein. Hierfür kommen Schrauben, Klammern oder andere Verbindungen in Betracht. Günstig ist es, wenn mit dem Schließen des Deckels eine Vorspannung auf den Stapel aus Batterieeinzelzellen aufgebracht wird, indem diese in den anderen Gehäuseteil hineingedrückt werden.
Eine günstige erfindungsgemäße Ausführungsform sieht vor, dass die Aufnahmen im Gehäuse die miteinander verrasteten Zellrahmenteile derart umgreifen, dass die Zellrahmenteile einer Batterieeinzelzelle gegeneinander verriegelt und unverlierbar im Gehäuse gehalten werden.
Günstig ist, wenn die Zellrahmenteile einer Batterieeinzelzelle miteinander in einem hinterschneidenden Eingriff stehen, in welchem die Folie eingeschlossen ist. Hierdurch wird ein Herausrutschen der Folie sicher verhindert. Beispielsweise weist ein erstes Zellrahmenteil wenigstens eine Aussparung auf, in die ein Vorsprung wenigstens eines zweiten Zellrahmenteils eingreift. Die Folie windet sich dann zwischen den Oberflächen der Aussparung und des Vorsprungs, sozusagen um den Vorsprung herum.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Figuren exemplarisch beschrieben werden.
Dabei zeigen:
1 eine Explosionsdarstellung einer möglichen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Batterie;
2 eine Darstellung gemäß der 1, jedoch mit seitlich in das Gehäuse eingeschobenen Batterieeinzelzellen;
3 ein erstes Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen Zellrahmen;
4 ein zweites Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen Zellrahmen;
5 eine in das Gehäuse eingesetzte Batterieeinzelzelle;
6 eine mögliche Zentrierung der Batterieeinzelzellen in dem Gehäuse;
7 ein Ausführungsbeispiel für eine Zentrierung der Batterieeinzelzellen in dem Gehäuse durch eine Nut-und-Feder-Verbindung;
8 eine Draufsicht auf ein Gehäuse einer erfindungsgemäßen Batterie, noch ohne Deckel mit allen eingesetzten Batterieeinzelzellen;
9 eine Explosionsdarstellung gemäß der 1, jedoch mit einer vom Zellrahmen freien Seite der Batterieeinzelzellen und einer gemeinsamen Abdeckplatte für die freien Seiten;
10 ein erstes Zellrahmenteil, noch ohne eingelegtem in Folie eingeschweißten Elektrodenstapel;
11 das Zellrahmenteil aus der 10 mit eingelegtem in Folie eingeschweißten Elektrodenstapel;
12 das Zellrahmenteil aus der 11 mit aufgeclipstem zweitem Zellrahmenteil;
13 eine erste mögliche Ausführungsform mit einem hinterschneidenden Eingriff zwischen zwei Zellrahmenteilen, in welchem die Folie eingeschlossen ist;
14 eine alternative Ausgestaltung zu der 13, jedoch ohne unverlierbare Verriegelung beider Zellrahmenteile gegeneinander durch eine Aufnahme im Gehäuse.
In der 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer vollständigen Batterie gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Diese weist ein Gehäuse 4 auf, das ein wannenförmiges Gehäusesteil 4.1 und einen Deckel 4.2 aufweist oder aus einem solchen besteht. In das Gehäuse 4 bzw. das Gehäuseteil 4.1 ist ein Stapel 2 aus Batterieeinzelzellen 1 eingebracht. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Stapel 2 von oben in das Gehäuseteil 4.1 eingeschoben.
Jede Batterieeinzelzelle 1 wird von einem Zellrahmen 3 entlang ihres äußeren Umfangs umschlossen. Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird der gesamte äußere Umfang der Batterieeinzelzellen 1 durch den Zellrahmen 3 umschlossen, was jedoch nicht zwingend notwendig ist.
Die Zellrahmen 3 wiederum sind in Aufnahmen 5 im Gehäuse 4, beispielsweise durch Schlitze oder Kerben gebildet, eingesetzt. Hierdurch werden die Batterieeinzelzellen 1 im Gehäuse 3 zentriert und eine Kraftübertragung zwischen den einzelnen Batterieeinzelzellen 1 wird vermieden. Vielmehr wird jede Batterieeinzelzelle 1 eigenstabil im Gehäuse 3 gehalten.
Auf der der Öffnung des Gehäuseteils 4.1 abgewandten Seite des Stapels 2 aus Batterieeinzelzellen 1 ist zwischen die Zellrahmen 3 und das Gehäuse 4 ein elastischer Einsatz 10 eingebracht, gegen welchen der Stapel 2 aus Batterieeinzelzellen 1 durch Schließen des Gehäuses 4 verspannt wird. Hierdurch können Vibrationen gedämpft werden und thermische Ausdehnungen kompensiert werden.
Die Batterieeinzelzellen 1 weisen auf der der Öffnung des Gehäuseteils 4.1 zugewandten Seite Kontaktfahnen 11 auf. Bei der dargestellten elektrischen Reihenschaltung aller Batterieeinzelzellen 1 sind jeweils die Kontaktfahnen 11 zweier benachbarter Batterieeinzelzellen 1 wechselseitig und gruppenweise zueinander umgebogen und miteinander kontaktiert, sodass jeweils der Pluspol einer Batterieeinzelzelle 1 mit dem Minuspol einer ersten benachbarten Batterieeinzelzelle 1 und der Minuspol derselben Batterieeinzelzelle 1 mit dem Pluspol der anderen benachbarten Batterieeinzelzelle 1 verbunden sind.
Auf die Kontaktfahnen 11 des Stapels 2 ist eine elektrisch isolierende, wärmeleitende Paste oder Folie 12 aufgebracht. Auf diese wiederum ist ein Wärmetauscher 13 aufgebracht, um die Batterieeinzelzellen 1 zu kühlen. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind je Gruppe bzw. Reihe von kontaktierten Kontaktfahnen 11 eine separate Folie 12 und ein separater Wärmetauscher 13 vorgesehen. Es könnte jedoch auch eine gemeinsame Folie 12 und ein gemeinsamer Wärmetauscher 13 vorgesehen sein.
Oberhalb des Wärmetauschers 13 bzw. der Wärmetauscher 13 wird das Gehäuse 4 dann durch den Deckel 4.2 umschlossen, der elektrische Anschlusselemente 14 aufweist, die mit den Kontaktfahnen 11 elektrisch leitend verbunden sind.
In der 2 ist eine im Aufbau ähnliche Ausgestaltung zu der 1 gezeigt, bei welcher jedoch der Stapel 2 aus Batterieeinzelzellen 1 seitlich durch eine zusätzliche Öffnung in das Gehäuse 4 bzw. das Gehäuseteil 4.1 eingeschoben ist, wobei diese zusätzliche Öffnung im fertig montierten Zustand mittels einer Abdeckung 15 verschlossen wird. Trotz dieses seitlichen Einschiebens ist der Aufbau des Gehäuses 4 mit dem oben liegenden Deckel 4.2 und den oben liegenden Kontaktfahnen 11 der Batterieeinzelzellen 1 beibehalten worden.
In der 3 ist nochmals eine Batterieeinzelzelle 1 mit einem vollständig geschlossenen Zellrahmen 3 dargestellt. Dieser weist Verjüngungen auf, um Kühlkanäle auszubilden, wenn die Batterieeinzelzellen 1 zu dem Stapel zusammengefügt wurden. Solche Kühlkanäle sind in den 1 und 2 erkennbar.
In der 3 erkennt man ebenfalls die Kontaktfahnen 11 der Batterieeinzelzelle 1, welche den Zellrahmen 3 durchdringen. Ferner wird deutlich, dass der äußere Randbereich der Folie der Batterieeinzelzelle 1 beidseitig vom Zellrahmen 3 durch die erfindungsgemäße Herstellung umschlossen wird.
In der 4 ist eine Batterieeinzelzelle 1 mit einem nur drei Seiten der Batterieeinzelzelle 1 umgreifenden Zellrahmen 3 dargestellt. Die Seite mit den Kontaktfahnen 11 hingegen ist als zellrahmenfreie Seite 6 ausgeführt. Hierdurch ist es möglich, den Elektrodenstapel der Batterieeinzelzelle 1 erst dann in die Folie einzubringen, nachdem der Zellrahmen 3 aufgebracht wurde.
In der 5 ist nochmals eine Batterieeinzelzelle 1 einzeln eingebracht in das Gehäuse 4 bzw. das Gehäuseteil 4.1 dargestellt. Zu erkennen sind auch besonders gut die Aufnahmen 5 im Gehäuse 4. Im Boden des Gehäuseteils 4.1 sind ferner Öffnungen zur Durchleitung eines Kühlmediums dargestellt, welche mit den zwischen den Zellrahmen 3 ausgebildeten Kühlkanälen (hier nicht dargestellt) im Stapel verbunden sind. Ferner sind auf den Boden des Gehäuseteils 4.1 die elastischen Einsätze 10 aufgelegt oder aufgebracht.
Auch der Boden des Gehäuseteils 4.1 weist Aufnahmen 5 zur Zentrierung der Batterieeinzelzellen 1 über deren Zellrahmen 3 auf. Dies ist anhand zweier Ausführungsbeispiele auch nochmals in den 6 und 7 dargestellt.
Gemäß der 6 greifen die Zellrahmen 3 der Batterieeinzelzellen 1 in Aufnahmen 5 im Boden des Gehäuseteils 4.1 ein. Ein solcher Eingriff ist besonders dann geeignet, wenn die Zellrahmen 1 von oben in die Aufnahmen 5 eingeschoben werden.
Bei der Ausgestaltung gemäß der 7 hingegen sind auch im Boden des Gehäuseteils 4.1 Aufnahmen 5 vorgesehen. Diese müssen jedoch nicht genutzt werden, da eine Zentrierung der Zellrahmen 3 im Gehäuse 4 durch Vorsprünge 8 und Aussparungen 9 an den Zellrahmen 3 erreicht wird, die nach Art einer Nut-und-Feder-Verbindung ineinander eingreifen.
In der 8 ist nochmals eine Draufsicht auf das Gehäuseteil 4.1 mit darin eingebrachtem Stapel 2 aus Batterieeinzelzellen 1 dargestellt. Man erkennt deutlich die in einer elektrischen Reihenschaltung kontaktierten Kontaktfahnen 11 sowie die Kühlkanäle zwischen den Zellrahmen 3.
In der 9 ist nochmals in Explosionsdarstellung eine Ausführungsform mit Batterieeinzelzellen 1 gezeigt, die auf nur drei Seiten von dem Zellrahmen 3 umschlossen werden und demnach eine freie Seite 6 aufweisen. Auf die freie Seite 6 der Batterieeinzelzellen 1 im Stapel 2 ist eine gemeinsame Abdeckplatte 7 aufgebracht. Anschließend folgen die Folien 12 und die Wärmetauscher 13 sowie der Deckel 4.2 des Gehäuses 4.
In den 10 bis 12 ist eine mögliche Montageabfolge einer Batterieeinzelzelle 1 gemäß der vorliegenden Erfindung verdeutlicht. So werden zuerst Zellrahmenteile 3.1 und 3.2 hergestellt, die insbesondere identisch zueinander geformt sind und Rasthaken 3.3 aufweisen. Insbesondere sind eine Vielzahl von Rasthaken oder sonstigen Rastvorsprüngen über dem Umfang wenigstens eines der beiden Zellrahmenteile 3.1, 3.2 und insbesondere an beiden Zellrahmenteilen 3.1, 3.2 verteilt angeordnet. Ferner weist jedes Zellrahmenteil 3.1, 3.2 eine Anlagefläche 3.4 für die Folie, die den Elektrodenstapel umgibt, auf.
Gemäß der 10 wird zunächst das erste Zellrahmenteil 3.1 bereitgestellt. Gemäß der 11 wird der in Folie eingeschweißte Elektrodenstapel derart in das erste Zellrahmenteil 3.1 eingelegt, dass die Folie an der Anlagefläche 3.4, vorteilhaft über ihrem gesamten Umfang, gemäß einer anderen Ausführungsform jedoch auch nur mit einem Teil ihres Umfangs zur Anlage kommt. Gemäß der 12 wird dann das zweite Zellrahmenteil 3.2 auf das erste Zellrahmenteil 3.1 aufgeclipst, sodass die Folie zwischen den beiden Zellrahmenteilen 3.1 und 3.2 eingeschlossen und der Elektrodenstapel dort stabil gehalten wird.
Die erfindungsgemäße Verrastung der beiden Zellrahmenteile 3.1, 3.2 kann lösbar oder unlösbar ausgeführt sein, je nach Ausmaß der Hintergreifung zwischen beiden Zellrahmenteilen 3.1 und 3.2 und dem Werkstoff des Zellrahmens 3 mit wenigstens den beiden Zellrahmenteilen 3.1 und 3.2.
In den 13 und 14 ist ein vorteilhafter hinterschneidender Eingriff 3.5 zwischen den beiden Zellrahmenteilen 3.1 und 3.2 dargestellt. In diesen ist die den Elektrodenstapel umschließende Folie mit ihrem Randbereich eingebracht und so gegen Herausrutschen gesichert.
Gemäß der 13 sind ferner die beiden Zellrahmenteile 3.1, 3.2 derart gemeinsam in eine Aufnahme 5 im Gehäuse 4 eingebracht, dass die Rastverbindung zwischen den beiden Zellrahmenteilen 3.1 und 3.2, siehe die Rasthaken 3.3, im in die Aufnahme 5 eingebrachten Zustand des Zellrahmens 3 nicht gelöst werden kann. Somit werden die beiden Zellrahmenteile 3.1, 3.2 zueinander unverlierbar in den Aufnahmen 5 des Gehäuses 4 gehalten.
Bei der Ausführungsform gemäß der 14 hingegen ist es möglich, die beiden Zellrahmenteile 3.1, 3.2 seitlich in das Gehäuse 4 einzuschieben, wie dies beispielsweise in der 2 dargestellt ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010013002 A1 [0004]

Claims

Batterie mit einem Stapel (2) aus Batterieeinzelzellen (1), wobei jede Batterieeinzelzelle (1) einen in Folie eingeschweißten Elektrodenstapel aufweist und jede Batterieeinzelzelle (1) einen Zellrahmen (3) aufweist, der den in Folie eingeschweißten Elektrodenstapel entlang zumindest eines Abschnitts an dessen äußeren Umfang trägt, dadurch gekennzeichnet, dass die Zellrahmen (3) jeweils wenigstens zwei miteinander verrastete Zellrahmenteile (3.1, 3.2) aufweisen, die jeweils einen Randbereich der Folie an dem äußeren Umfang der Batterieeinzelzelle (1) zwischen sich einschließen.
Batterie gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zellrahmen (3) aus Kunststoff oder Polypropylen mit oder ohne Füllstoffe hergestellt sind.
Batterie gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zellrahmen (3) als Spritzgussteil hergestellt sind.
Batterie gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Zellrahmen (3) genau zwei Zellrahmenteile (3.1, 3.2) aufweist.
Batterie gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Zellrahmenteile (3.1, 3.2) einer Batterieeinzelzelle (1) formidentisch sind.
Batterie gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie ein Gehäuse (4) aufweist, in welches der Stapel (2) aus Batterieeinzelzellen (1) eingebracht ist, und das Gehäuse (4) eine Vielzahl von Aufnahmen (5) zur formschlüssigen Aufnahme der Batterieeinzelzellen (1) aufweist.
Batterie gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmen (5) die Zellrahmenteile (3.1, 3.2) einer Batterieeinzelzelle (1) gegeneinander verriegelt unverlierbar halten.
Batterie gemäß einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterieeinzelzellen (1) einzeln entnehmbar in das Gehäuse (4) eingebracht sind.
Batterie gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Zellrahmenteile (3.1, 3.2) einer Batterieeinzelzelle (1) miteinander in einem hinterschneidenden Eingriff (3.5) stehen, in welchem die Folie eingeschlossen ist.
Batterie gemäß einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Zellrahmen (3) elastisch und mit Vorspannung in das Gehäuse (4) eingebracht sind und/oder im Gehäuse (4) wenigstens ein elastischer Einsatz (10) vorgesehen ist, gegen welchen die Zellrahmen (3) elastisch verspannt sind.