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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gehäuse für ein Elektrodenensemble, eine Batteriezelle mit einem Elektrodenensemble in einem Gehäuse und ein Kraftfahrzeug. Die Batteriezelle ist bevorzugt eine Lithium-Ionen-Batteriezelle.
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Stand der Technik
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Durch verbesserte Speicherkapazität, häufigere Wiederaufladbarkeit und höhere Energiedichten finden Batterien, beispielsweise Lithium-Ionen-Zellen basierte Batterien oder Nickelmetallhydrid-Batterien, immer breitere Anwendungen. Lithium-Ionen-Zellen basierte Batterien zeichnen sich unter anderem aus durch hohe Energiedichten und eine äußerst geringe Selbstentladung.
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Batterien mit geringerer Energiespeicherkapazität werden zum Beispiel für kleine tragbare elektronische Geräte wie Mobiltelefone, Laptops, Camcorder und dergleichen verwendet, während Batterien mit hoher Kapazität als Energiequelle für den Antrieb von Motoren von Kraftfahrzeugen, beispielsweise Hybrid- oder Elektro-Fahrzeugen, etc. oder als stationäre Batterien Verwendung finden.
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Batterien können zum Beispiel durch das serielle Verschalten von Batteriemodulen gebildet werden, wobei teilweise auch parallele Verschaltungen der Batteriemodule erfolgen und die Batteriemodule ihrerseits aus seriell und/oder parallel verschalteten Batteriezellen, die jeweils ein Elektrodenensemble in einem Gehäuse aufweisen, bestehen können.
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Bei der Verschaltung der Einzelzellen zu Modulen wird nach Stand der Technik ein sogenannter Zellverbinder zwischen Terminals der Batteriezelle angebracht, beispielsweise indem der Zellverbinder von oben aufgelegt wird. Als Verbindungsmethode wird hier beispielsweise eine Schraubverbindung gewählt. Andere Möglichkeiten der Verbindung der Terminals umfassen geschweißte Verbindungen (z. B. mittels Laser, Ultraschall, Reibschweißen etc.), genietete Verbindungen oder formschlüssige Verbindungen. Auch die Verbindung zwischen den einzelnen Modulen erfolgt durch Anbringen eines Modulverbinders, beispielsweise mit einer der genannten Verbindungsmethoden.
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Zum Beispiel offenbart
DE 0000 100 03 740 C1 eine Batterie mit einer Wärmeabführeinrichtung, wobei eine Mehrzahl von Batteriezellen in Serie geschaltet sind, indem Pole mit Zellverbindern verbunden und die Zellverbinder so angeordnet sind, dass sie eine möglichst ebene Fläche bilden.
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WO 2012 016 737 A2 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Batteriemodulen oder Batteriesystemen mit einer Mehrzahl an Batteriezellen. Die Batteriezellen werden entsprechend angeordnet. Dazu werden die Terminals der einzelnen Batteriezellen mittels Zellverbinder derart elektrisch leitend miteinander verbunden, dass sie eine geeignete elektrisch leitende Verbindung zwischen den Terminals der Batteriezellen erlauben.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird ein Gehäuse für ein Elektrodenensemble gemäß Anspruch 1 zur Verfügung gestellt. Das Gehäuse umfasst eine Gehäusewand mit mindestens einem Paar zueinander komplementärer Gehäusewandabschnitte. Das Gehäuse ist dadurch gekennzeichnet, dass das Paar komplementärer Gehäusewandabschnitte als Terminals des Elektrodenensembles ausgebildet ist.
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Das erfindungsgemäße Gehäuse hat den Vorteil, dass es eine elektrische Verschaltung von mehreren Elektrodenensembles durch Stapeln oder nebeneinander Anordnen erfindungsgemäßer Gehäuse und damit eine Montagekosten- und Montagezeitreduzierung ermöglicht.
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In einer Ausführungsform weist die Gehäusewand in mindestens einer der beiden komplementären Gehäusewandabschnitte eine Schichtstruktur auf, wobei die Schichtstruktur mindestens eine auf eine Außenhülle aufgebrachte Terminalschicht umfasst.
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Das erfindungsgemäße Gehäuse mit diesen Merkmalen kann leicht aus einer Außenhülle nach Stand der Technik hergestellt werden.
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Wenn die Außenhülle elektrisch leitfähig ist, kann die Außenhülle zumindest im Bereich des anderen der beiden komplementären Gehäusewandabschnitte als das andere der beiden Terminals ausgebildet sein. Dann umfasst die Schichtstruktur eine elektrische Isolationsschicht zwischen der Terminalschicht und der Außenhülle.
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Das erfindungsgemäße Gehäuse mit den Merkmalen dieser Ausführungsform kann leicht aus einer elektrisch leitfähigen Außenhülle nach Stand der Technik hergestellt werden.
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Wenn die Außenhülle elektrisch leitfähig ist, kann die Außenhülle eine Durchführung aufweisen, durch die eine elektrische Verbindung zwischen der Terminalschicht und einer der Elektroden des Elektrodenensembles von der Außenhülle isoliert hergestellt werden kann.
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Bei dem erfindungsgemäßen Gehäuse mit diesen Merkmalen kann leicht ein elektrischer Kontakt zwischen der Terminalschicht und einer der Elektroden hergestellt werden.
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Wenn die Außenhülle elektrisch leitfähig ist, können die Gehäusewandabschnitte auf der Gehäusewand voneinander beabstandet angeordnet sein, wobei dann die Gehäusewand in jedem der beiden komplementären Gehäusewandabschnitte jeweils eine Schichtstruktur mit einer elektrischen Isolationsschicht zwischen der Terminalschicht und der Außenhülle aufweist.
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Dies ermöglicht, die Außenhülle auf ein anderes Potenzial zu legen oder das Außenhüllenpotenzial zu messen und so Fehlfunktionen erkennbar zu machen.
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Wenn die Außenhülle elektrisch isolierend ist, können die Gehäusewandabschnitte auf der Gehäusewand voneinander beabstandet angeordnet sein, wobei dann die Gehäusewand in jedem der beiden komplementären Gehäusewandabschnitte jeweils eine Schichtstruktur aufweist, wobei jede der jeweiligen Schichtstrukturen eine auf eine Außenhülle aufgebrachte Terminalschicht umfasst.
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Das erfindungsgemäße Gehäuse mit den Merkmalen dieser Ausführungsform kann leicht aus einer elektrisch isolierenden Außenhülle nach Stand der Technik hergestellt werden.
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Eine Oberflächengröße und eine Dicke der aufgebrachten Terminalschichten können einen Maximalstrom des Elektrodenensembles bestimmen.
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Das erfindungsgemäße Gehäuse mit den Merkmalen dieser Ausführungsform ist damit für Elektrodenensembles mit einem entsprechenden Maximalstrom geeignet.
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Die Terminalschicht oder die Terminalschichten können auf das Gehäuse mittels doppelseitigen Klebebands aufgebracht sein.
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Das erfindungsgemäße Gehäuse mit den Merkmalen dieser Ausführungsform kann besonders leicht aus einer Außenhülle nach Stand der Technik hergestellt werden.
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Einer der Gehäusewandabschnitte kann eine Stirnseite des Gehäuses bilden. Dann kann die Fläche des Gehäusewandabschnitts groß gewählt werden, wodurch hohe Maximalströme ermöglicht werden.
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Erfindungsgemäß wird weiterhin eine Batteriezelle nach Anspruch 9 vorgestellt.
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Die Batteriezelle umfasst ein Elektrodenensemble in einem Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 8. Das Elektrodenensemble weist zwei durch einen Separator getrennte Elektroden auf, wobei eine der Elektroden mit einem der beiden komplementären Gehäusewandabschnitte und die andere der Elektroden mit dem anderen der beiden komplementären Gehäusewandabschnitte elektrisch verbunden sind.
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Die erfindungsgemäße Batteriezelle hat den Vorteil, dass sie eine elektrische Verschaltung von mehreren Elektrodenensembles durch Stapeln oder nebeneinander Anordnen erfindungsgemäßer Batteriezellen erreicht und damit eine Montagekosten- und Montagezeitreduzierung ermöglicht.
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Schließlich wird erfindungsgemäß noch ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Batteriezelle vorgestellt.
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Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine Batteriezelle gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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2 eine Frontansicht einer Batteriezelle gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
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3 eine Seitenansicht einer Batteriezelle gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
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4 eine Seitenansicht mehrerer, elektrisch miteinander verschalteter Batteriezellen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, und
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5 eine Seitenansicht mehrerer, elektrisch miteinander verschalteter Batteriezellen gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In der 1 ist eine Batteriezelle 30 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Die Batterie 30 umfasst ein Elektrodenensemble 20, welches zwei durch eine Separatorschicht getrennte Elektroden aufweist.
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Das Elektrodenensemble 20 befindet sich in einem Gehäuse 10 mit einer elektrisch leitfähigen Außenhülle. Das Gehäuse weist eine Gehäuseaußenwand 11 mit zwei zueinander komplementären Gehäuseaußenseitenbereichen 11a, 11b auf. Auf einem der Gehäuseaußenseitenbereiche 11b ist eine Terminalschicht 21b aufgebracht, die durch eine zwischen Gehäuseaußenseitenbereich 11b und Terminalschicht 21b angeordnete und in 2 gezeigte Isolationsschicht 15 elektrisch vom Gehäuse 10 getrennt ist.
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Die Terminalschicht 21b ist über eine elektrisch leitfähige Verbindung 40b mit einer der beiden Elektroden verbunden. Dabei ist die elektrisch leitfähige Verbindung 40b durch eine Durchführung 50 durch eine Außenhülle des Gehäuses 10 geführt. Die Durchführung 50 ist so ausgebildet, dass die elektrisch leitfähige Verbindung 40b von der Außenhülle isoliert erfolgt. Die Durchführung 50 ist in der 1 ganz und die elektrisch leitfähige Verbindung 40b ist in der 1 teilweise gestrichelt dargestellt, da diese Komponenten ganz beziehungsweise teilweise in der gegebenen Ansicht von der Terminalschicht 21b verdeckt werden.
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Eine zweite elektrisch leitfähige Verbindung 40a verbindet die andere Elektrode mit der Außenhülle. Dies kann, wie beispielhaft in der 1 dargestellt, durch eine Kontaktierung einer Innenseite der elektrisch leitfähigen Außenhülle erfolgen.
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2 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Variante des ersten Ausführungsbeispiels. Hier ist die Durchführung 50 an einer Oberseite des Gehäuses 10 der Batteriezelle 30 angeordnet. Die Terminalschicht 21b ist durch eine durch die Durchführung 50 geführte elektrische Verbindung 40b mit einer Elektrode des nicht sichtbaren Elektrodenensembles 20 verbunden. Die Terminalschicht 21b ist auf einer Frontseite des Gehäuses 10 angeordnet. Aufgrund der Seitenansicht erkennt man, dass eine Isolationsschicht 15 zwischen der Frontseite der elektrisch leitfähigen Außenhülle und der Terminalschicht 21b angeordnet ist.
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3 zeigt eine Ansicht der Frontseite der Variante des ersten Ausführungsbeispiels mit Gehäuse 10, Isolierungsschicht 15 und Terminalschicht 21b.
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4 zeigt beispielhaft, wie Batteriezellen 30 gemäß der Variante des ersten Ausführungsbeispiels leicht miteinander in Reihe geschaltet können, indem man jeweils das eine auf einer Frontseite des Gehäuses 10 als Terminalschicht ausgebildete Terminal 21b einer Batteriezelle 30 mit dem Gehäuse 10 einer anderen Batteriezelle 30 in elektrischen Kontakt bringt, wobei der Kontakt in einem Gehäusewandabschnitt 11a erfolgt, der das andere Terminal 21a der anderen Batteriezelle 30 bildet.
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5 zeigt beispielhaft, wie Batteriezellen 30 gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels leicht miteinander in Reihe geschaltet können, indem man jeweils das eine Terminal 21b einer Batteriezelle 30, das auf einer Frontseite des Gehäuses 10 als Terminalschicht ausgebildet ist, mit dem anderen Terminal 21a einer anderen Batteriezelle 30, das auf einer zur Frontseite komplementären Rückseite des Gehäuses 10 als weitere Terminalschicht ausgebildet ist, elektrisch verbindet. In dem Beispiel in 5 sind beide Terminalschichten durch Isolierung 15 von den Außenhüllen elektrisch getrennt. Die Außenhüllen können in diesem Beispiel leitend sein. Sind die Außenhüllen selbst isolierend, kann auf die Isolierung 15 verzichtet werden.
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In den dargestellten Ausführungsbeispielen sind die komplementären Gehäusewandabschnitte, die als Terminals des Elektrodenensembles ausgebildet sind, parallele ebene Flächen. Es sind aber auch gekrümmte Formen möglich, bei denen die komplementären Gehäusewandabschnitte dieselbe Krümmung einmal konvex und einmal konkav zeigen. Die komplementären Gehäusewandabschnitte haben also zueinander komplementäre Formen, so dass bei Anordnung mehrerer Gehäuse nebeneinander die komplementären Gehäusewandabschnitte zweier benachbarter Gehäuse großflächig beziehungsweise formschlüssig miteinander in Kontakt gebracht werden können.
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Die Terminalschicht kann zum Beispiel mittels beidseitigen Klebebands auf die Isolierungsschicht beziehungsweise die Außenhülle aufgeklebt sein. Mittels Oberfläche und Dicke der Terminalschicht lässt sich ein Maximalstrom festlegen. Das Gehäuse ist dann für Elektrodenensemble geeignet, die maximal diesen Maximalstrom liefern können.
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Das erfindungsgemäße Gehäuse beansprucht weniger Bauraum und ermöglicht schnellere Montage. Durch die großflächige Kontaktierung zwischen Zellen wird Wärmeentwicklung an der Kontaktstelle und damit Wärmeverlust vermieden oder zumindest verringert. Das Ausführungsbeispiel, bei dem die Außenhülle leitfähig ist und als eines der Terminals dient, erfordert nur eine einzige isolierte Durchführung durch die Außenhülle.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 000010003740 C1 [0006]
- WO 2012016737 A2 [0007]
