DE102013015780A1 - Cell block, battery with a cell block and method for producing a cell block - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Zellblock, umfassend einen Verbund elektrisch miteinander verschalteter Einzelzellen, wobei jeweils eine Elektrodenfolienanordnung einer Einzelzelle mit zumindest einem Fixierelement versehen ist. Dabei sind die Fixierelemente benachbarter Einzelzellen versetzt zueinander angeordnet. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Batterie, umfassend einen Zellblock sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Zellblocks.The invention relates to a cell block, comprising a composite of electrically interconnected single cells, wherein in each case an electrode foil arrangement of a single cell is provided with at least one fixing element. The fixing elements of adjacent individual cells are arranged offset from one another. Furthermore, the invention relates to a battery comprising a cell block and a method for producing such a cell block.
Description
Die Erfindung betrifft einen Zellblock gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Batterie mit einem solchen Zellblock sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Zellblocks.The invention relates to a cell block according to the preamble of
Hochvolt-Batterien für Fahrzeuganwendungen bestehen aus einer Anzahl elektrisch seriell und/oder parallel geschalteten Einzelzellen, die sich mit der dazugehörenden Elektronik und Kühlung in einem gemeinsamen Gehäuse befinden. Die Einzelzellen sind in so genannten Zellblöcken zusammengefasst, die jeweils eine Mehrzahl von Einzelzellen inklusive deren mechanischer Fixierung, Kontaktierung und Einrichtungen zur Temperierung enthalten.High-voltage batteries for vehicle applications consist of a number of electrically series and / or parallel-connected single cells, which are located with the associated electronics and cooling in a common housing. The individual cells are combined in so-called cell blocks, each containing a plurality of individual cells including their mechanical fixation, contacting and temperature control devices.
Die elektrische Reihenschaltung der Zellen erfolgt entweder, insbesondere bei blechförmigen Zellpolen von so genannten Pouchzellen, durch direkte Verbindung der Pole von Nachbarzellen, die aufeinander zu gebogen und vorzugsweise verschweißt sind oder insbesondere bei rechteckigen Zellpolen von prismatischen Einzelzellen mittels separater metallischer Zellverbinder. In beiden Fällen sind die im Zellblock benachbarten Einzelzellen jeweils um 180° um ihre Hochachse gegeneinander verdreht, so dass jeweils die Plus- und Minuspole benachbarter Einzelzellen direkt nebeneinander liegen und nur ein kurzer Weg zur elektrischen Reihenschaltung zu überbrücken ist.The electrical series connection of the cells takes place either, in particular in the case of sheet-like cell poles of so-called pouch cells, by direct connection of the poles of neighboring cells, which are bent towards one another and preferably welded or in particular in the case of rectangular cell poles of prismatic single cells by means of separate metallic cell connectors. In both cases, the individual cells adjacent in the cell block are each rotated by 180 ° about their vertical axis against each other, so that in each case the positive and negative poles of adjacent single cells are directly adjacent to each other and only a short way to electrical series connection is to bridge.
Ein elektrochemisch aktiver Teil der Einzelzellen ist als Elektrodenfolienanordnung ausgebildet, welche aus Kathoden- und Anodenfolien besteht, die jeweils durch einen Separator getrennt sind. Die Anoden- und Kathodenfolien sind mindestens an einem Rand unbeschichtet und ragen aus der Elektrodenfolienanordnung als so genannte Stromableiterfahnen heraus, welche elektrisch miteinander verbunden sind. Diese Stromableiterfahnen werden mit den Zellpolen verbunden um eine Stromein- und -ausleitung zu ermöglichen. Hierzu kommen vorzugsweise stoffschlüssige Press- oder Schmelzschweißverfahren, wie z. B. Widerstandspunktschweißung, Vibrations- bzw. Ultraschallschweißung oder Laserschweißung, zum Einsatz. Alternativ ist auch eine kraftschlüssige Anbindung, wie z. B. eine Nietung, oder eine formschlüssige Verbindung, wie z. B. ein Durchsetzfügen, möglich.An electrochemically active part of the individual cells is designed as an electrode foil arrangement, which consists of cathode and anode foils, which are each separated by a separator. The anode and cathode foils are uncoated at least at one edge and project out of the electrode foil arrangement as so-called current discharge lugs, which are electrically connected to one another. These current collector lugs are connected to the cell poles to allow current in and out. For this purpose, preferably cohesive press or fusion welding processes, such as. As resistance spot welding, vibration or ultrasonic welding or laser welding used. Alternatively, a non-positive connection, such. B. a riveting, or a positive connection, such. B. a clinching, possible.
Um die Elektrodenfolienanordnung zu fixieren, werden in der Regel aus einem Klebeband aus Kunststoff gebildete Fixierbänder eingesetzt, die u-förmig um Seitenkanten der Elektrodenfolienanordnung oder schleifenförmig um die Elektrodenfolienanordnung geklebt werden.In order to fix the electrode foil arrangement, fixing tapes are generally used, which are made of a plastic adhesive tape and which are glued in a U-shape around side edges of the electrode foil arrangement or loop-shaped around the electrode foil arrangement.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen gegenüber dem Stand der Technik verbesserten Zellblock, eine verbesserte Batterie sowie ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren zur Herstellung eines Zellblocks anzugeben.The invention is based on the object of specifying a cell block that has been improved compared with the prior art, an improved battery, and a method for producing a cell block that is improved over the prior art.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß hinsichtlich des Zellblocks durch die in Anspruch 1, hinsichtlich der Batterie durch die in Anspruch 9 und hinsichtlich des Verfahrens durch die in Anspruch 10 angegebenen Merkmale gelöst.The object is achieved according to the invention in terms of the cell block by the in
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.
Ein Zellblock umfasst einen Verbund elektrisch miteinander verschalteter Einzelzellen, wobei jeweils eine Elektrodenfolienanordnung einer Einzelzelle mit zumindest einem Fixierelement versehen und in einem Gehäuse angeordnet ist. Erfindungsgemäß sind die Fixierelemente benachbarter Einzelzellen versetzt zueinander angeordnet.A cell block comprises a composite of electrically interconnected individual cells, wherein in each case an electrode foil arrangement of a single cell is provided with at least one fixing element and arranged in a housing. According to the invention, the fixing elements of adjacent individual cells are arranged offset from one another.
Obwohl die Fixierbänder gewöhnlich nur geringe Abmessungen von beispielsweise 0,03 mm bis 0,1 mm Dicke aufweisen, drücken sich diese durch das Gehäuse der Einzelzelle, welches ebenfalls geringe Dickenabmessungen aufweist, durch und erhöhen partiell die Dicke der Einzelzelle.Although the fixing straps usually have only small dimensions of, for example, 0.03 mm to 0.1 mm thickness, they push through the housing of the single cell, which also has small thickness dimensions, and partially increase the thickness of the single cell.
Wird ein Zellblock nach dem Stand der Technik mit nebeneinander liegenden und jeweils um 180° um eine Hochachse gedrehten Einzelzellen gebildet, wird ein minimal möglicher Abstand der Einzelzellen zueinander entsprechend vergrößert, was zur Folge hat, dass der gesamte Bauraumbedarf für die Batterie größer wird, da die Fixierbänder der Nachbarzellen bei Zellhaltern ohne Trennwand, wie beispielsweise Rahmen für so genannte Pouchzellen, direkt aufeinander zum Liegen kommen oder bei Zellhaltern mit Trennwand, wie beispielsweise schalenförmige Abstandshalter bei so genannten prismatischen Hardcasezellen, an dessen beiden Seiten gegenüber liegen.If a cell block according to the prior art is formed with adjacent single cells rotated by 180 ° about a vertical axis, a minimum possible spacing of the individual cells relative to one another is correspondingly increased, with the result that the overall space requirement for the battery becomes greater the fixing straps of neighboring cells in cell holders without partition, such as frames for so-called pouch cells, come to rest directly on each other or cell holders with partition, such as cupped spacers in so-called prismatic hardcase cells, on both sides opposite.
Die nach der Erfindung vorgesehene versetzte Anordnung der Fixierelemente benachbarter Einzelzellen erfolgt vorzugsweise in eine Hoch – und/oder Querrichtung der Elektrodenfolienanordnung. Damit wird in besonders vorteilhafter Weise eine Senkung des Bauraumbedarfs einer den Zellblock umfassenden Batterie gesenkt, da so die Fixierelemente im zusammengebauten Zustand des Zellblocks sich nicht direkt gegenüberliegen. Der minimal mögliche Abstand der Einzelzellen wird somit auf die Dicke eines Fixierelementes festgelegt. Benachbarte Einzelzellen sind dabei entweder um 180 Grad um eine Hochachse zueinander verdreht oder es werden zwei verschiedene Zelltypen abwechselnd nebeneinander angeordnet. Die Einzelzellen sind beispielsweise als Flachzelle, prismatische Zelle oder Rundzelle ausgebildet.The staggered arrangement of the fixing elements of adjacent individual cells provided according to the invention preferably takes place in a vertical and / or transverse direction of the electrode foil arrangement. Thus, a reduction in the space requirement of a battery comprising the cell block is lowered in a particularly advantageous manner, since the fixing elements in the assembled state of the cell block are not directly opposite each other. The minimum possible spacing of the individual cells is thus set to the thickness of a fixing element. Adjacent individual cells are either rotated 180 degrees to each other about a vertical axis or two different cell types are arranged alternately next to each other. The single cells are for example as Flat cell, prismatic cell or round cell formed.
Zweckmäßigerweise entsprechen die Abmessungen eines Versatzes der Fixierelemente benachbarter Einzelzellen zueinander mindestens den Abmessungen eines Fixierelements, so dass keine Überlappungsbereiche beim Zusammenbau des Zellblocks entstehen und somit der minimal mögliche Abstand der Einzelzellen auf die Dicke eines Fixierelements reduzierbar ist.Expediently, the dimensions of an offset of the fixing elements of adjacent individual cells to each other correspond at least to the dimensions of a fixing element, so that no overlapping areas arise during assembly of the cell block and thus the minimum possible spacing of the individual cells to the thickness of a fixing element can be reduced.
Gemäß einer ersten vorteilhaften Ausführungsform weist das Fixierelement ein im Wesentlichen u-förmiges Querschnittsprofil auf und umschließt einen Randbereich der Elektrodenfolienanordnung zumindest abschnittsweise u-förmig. Damit ist es in besonders bevorzugter Art und Weise möglich, mehrere Fixierelemente sowohl in Längs- als auch in Querrichtung des Randbereichs der Elektrodenfolienanordnung anzuordnen, so dass diese und damit auch die Einzelzelle in Längs- und Querrichtung versteifbar ist, so dass sich die einzelnen Anoden-/Kathoden- und Separatorfolien nicht gegeneinander verschieben können.According to a first advantageous embodiment, the fixing element has a substantially U-shaped cross-sectional profile and encloses an edge region of the electrode foil arrangement at least in sections in a U-shape. Thus, it is possible in a particularly preferred manner, to arrange a plurality of fixing elements both in the longitudinal and in the transverse direction of the edge region of the electrode foil arrangement, so that this and thus also the individual cell can be stiffened in the longitudinal and transverse direction, so that the individual anode elements can be stiffened. / Cathode and Separatorfolien can not move against each other.
In einer zweiten vorteilhaften Ausführungsform ist das Fixierelement bandförmig ausgebildet und umschließt die Elektrodenfolienanordnung zumindest in einer Umfangsrichtung vollständig. Die Umfangsrichtung verläuft senkrecht zu einer Längsausrichtung der Elektrodenfolienanordnung. Die Elektrodenfolienanordnung und somit die Einzelzelle sind damit in besonders vorteilhafter Weise hinsichtlich ihrer Form stabiler ausgebildet, da die Einzelzelle zumindest in Querrichtung versteift ist. Vorzugsweise wird die Elektrodenfolienanordnung mit mehreren Fixierelementen versehen, welche jeweils die Elektrodenfolienanordnung in Umfangsrichtung oder in eine weitere Umfangsrichtung vollständig umschließen, wobei die weitere Umfangsrichtung senkrecht zur Umfangsrichtung verläuft. Damit sind die Einzelzellen in Längsrichtung versteifbar.In a second advantageous embodiment, the fixing element is strip-shaped and completely encloses the electrode foil arrangement at least in a circumferential direction. The circumferential direction is perpendicular to a longitudinal orientation of the electrode foil assembly. The electrode foil arrangement and thus the individual cell are therefore made more stable in terms of their shape in a particularly advantageous manner, since the individual cell is stiffened at least in the transverse direction. Preferably, the electrode foil arrangement is provided with a plurality of fixing elements, which in each case completely surround the electrode foil arrangement in the circumferential direction or in a further circumferential direction, wherein the further circumferential direction runs perpendicular to the circumferential direction. Thus, the individual cells are stiffened in the longitudinal direction.
Um die Stabilität der Fixierung der Elektrodenfolienanordnung mittels des zumindest einem Fixierelements zu optimieren, ist dieses form- und/oder stoffschlüssig mit der Elektrodenfolienanordnung verbunden. Besonders bevorzugt ist dabei das Fixierelement mit der Elektrodenfolienanordnung verklebt. Das Fixierelement steht damit in mechanischer Wirkverbindung mit der Elektrodenfolienanordnung.In order to optimize the stability of the fixation of the electrode foil arrangement by means of the at least one fixing element, the latter is connected in a positive and / or material-locking manner to the electrode foil arrangement. In this case, the fixing element is particularly preferably glued to the electrode foil arrangement. The fixing element is thus in mechanical operative connection with the electrode foil arrangement.
Ein geeignetes Fixierelement ist bevorzugt aus einem Kunststoff oder einem faserverstärktem Kunststoff gebildet, wie z. B. Polypropylen, Polyethylen, Polyvinylchlorid oder Polyethylenterephthalat. Alternativ ist auch ein elektrolytdurchlässiges Metall möglich.A suitable fixing element is preferably formed from a plastic or a fiber-reinforced plastic, such as. As polypropylene, polyethylene, polyvinyl chloride or polyethylene terephthalate. Alternatively, an electrolyte-permeable metal is possible.
Weiterhin ist in einer vorteilhaften Ausführungsform das Fixierelement mit einer Innenseite einer Seitenwand des Gehäuses der Einzelzelle verbunden. Damit wird eine Rüttelfestigkeit des Zellblocks erhöht.Furthermore, in an advantageous embodiment, the fixing element is connected to an inner side of a side wall of the housing of the single cell. This increases the vibration resistance of the cell block.
Der zuvor beschriebene Zellblock ist besonders bevorzugt Bestandteil einer Batterie, welche insbesondere als eine Hochvolt-Batterie für Fahrzeuge ausgebildet ist. Der Zellblock ist dabei mit einer zugehörigen Elektronik und Temperieranordnung in einem Gehäuse angeordnet.The cell block described above is particularly preferably part of a battery, which is designed in particular as a high-voltage battery for vehicles. The cell block is arranged with an associated electronics and tempering in a housing.
Weiterhin beinhaltet ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines zuvor beschriebenen Zellblocks folgende Schritte:
- a) Bereitstellen einer Elektrodenfolienanordnung
- b) Fixieren der Elektrodenfolienanordnung mit zumindest einem Fixierelement, wobei die Fixierelemente derart angeordnet werden, dass ein Fixierelement einer Elektrodenfolienanordnung einer Einzelzelle zu einem Fixierelement einer Elektrodenfolienanordnung einer benachbarten Einzelzelle versetzt angeordnet ist,
- e) Zusammenfassen der Einzelzellen und elektrische Verbindung der zusammengefassten Einzelzellen.
- a) providing an electrode foil arrangement
- b) fixing the electrode foil arrangement with at least one fixing element, wherein the fixing elements are arranged such that a fixing element of an electrode foil arrangement of a single cell is arranged offset to a fixing element of an electrode foil arrangement of an adjacent individual cell,
- e) combining the single cells and electrical connection of the combined single cells.
Mittels des Verfahrens ist es möglich, einen Zellblock mit einem gegenüber dem Stand der Technik reduzierten Bauraumbedarf herzustellen. Die versetzte Anordnung der Fixierelemente bedarf darüber hinaus keines signifikant erhöhten Aufwands in Bezug auf eine übliche symmetrische Anordnung der Fixierelemente benachbarter Einzelzellen. Damit ist die Herstellung eines bauraumoptimierten Zellblocks besonders kosteneffizient.By means of the method it is possible to produce a cell block with a reduced space requirement compared with the prior art. Moreover, the staggered arrangement of the fixing elements does not require a significantly increased expenditure with respect to a conventional symmetrical arrangement of the fixing elements of adjacent individual cells. Thus, the production of a space-optimized cell block is particularly cost-effective.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.Embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to drawings.
Dabei zeigen:Showing:
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts are provided in all figures with the same reference numerals.
Die
Die Elektrodenfolienanordnung
Die Elektrodenfolienanordnung
Zumindest in einem Randbereich sind die Kathodenfolien und Anodenfolien unbeschichtet und aus der Elektrodenfolienanordnung
Da solche Einzelzellen
In den vorliegenden Darstellungen umschließen die Fixierelemente
Die oben genannte Ausbildung und Anordnung der Fixierelemente
Alternativ kann ein Fixierelement
Die Fixierelemente
Bei der Einzelzelle
Insbesondere ist die Batterie eine Fahrzeugbatterie für ein Elektrofahrzeug, ein Hybridfahrzeug und/oder ein mit Brennstoffzellen betriebenes Fahrzeug.In particular, the battery is a vehicle battery for an electric vehicle, a hybrid vehicle, and / or a fuel cell-powered vehicle.
Eine solche Einzelzelle
Die Elektrodenfolienanordnung
Durch die folienartige Ausbildung der Folienabschnitte
In den
Eine mechanische Fixierung der Einzelzellen
Die Rahmen
Die im Zellblock
Gemäß dem Stand der Technik werden die Fixierelemente
Um eine Reduzierung des minimal möglichen Abstands a jeweils benachbarter Einzelzellen
Dazu zeigen die
Die Fixierelemente
Die
Die Einzelzelle
Zur elektrischen Kopplung weist die Einzelzelle
Vorzugsweise ist der Gehäusedeckel
Die Einzelzellen
Zur Abführung einer während des Betriebes der Einzelzellen
Zur Verspannung des Zellblocks
Die große Fläche des Gehäusebechers
Die Elektrodenfolienanordnung
Der Versatz V, wie er in
Die Erfindung kann dabei auf weitere Elemente ausgedehnt werden, deren Anordnung eine partielle Verformung und damit Verdickung von Einzelzellen
Weiterhin ist es möglich, zwei verschieden ausgebildete Einzelzellen
Darüber hinaus ist eine versetzte Anordnung verformter Bereiche
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- ElektrodenfolienanordnungElectrode foil arrangement
- 22
- Fixierelementfixing
- 33
- Stromableiterfahnedischarge lug
- 44
- Ableiterarrester
- 55
- Einzelzellesingle cell
- 66
- Rahmenframe
- 6.16.1
- Zellverbindercell connectors
- 77
- Folienabschnittefilm sections
- 88th
- verformte Abschnittedeformed sections
- 99
- Zellblockcell block
- 1010
- Spannmittelclamping means
- 1111
- Druckbrillepressure glasses
- 1212
- Gehäusebecherhousing cup
- 1313
- Polkontaktepole contacts
- 1414
- Gehäusedeckelhousing cover
- 1515
- Teilstücksection
- 1616
- Abstandhaltespacer
- 1717
- Kühlplattecooling plate
- aa
- Abstanddistance
- BB
- Breitewidth
- DD
- Dickethickness
- LL
- Längelength
- VV
- Versatzoffset
Claims (10)
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
DE201310015780 DE102013015780A1 (en) | 2013-09-21 | 2013-09-21 | Cell block, battery with a cell block and method for producing a cell block |
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---|---|---|---|
DE201310015780 Withdrawn DE102013015780A1 (en) | 2013-09-21 | 2013-09-21 | Cell block, battery with a cell block and method for producing a cell block |
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2013
- 2013-09-21 DE DE201310015780 patent/DE102013015780A1/en not_active Withdrawn
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |