DE102014019004A1

DE102014019004A1 - Kraftfahrzeugbatterie

Info

Publication number: DE102014019004A1
Application number: DE102014019004.8A
Authority: DE
Inventors: Knut Welke; Christian Brommer; Hassan Kablaoui; Florian Kneer; Jan Kroggel; Jens Meintschel; Denis Pöhler; Dirk Schröter
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2014-12-18
Filing date: 2014-12-18
Publication date: 2016-06-23

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kraftfahrzeugbatterie (30a) mit einer Mehrzahl von in Serie und/oder parallel miteinander verschalteten Batteriezellen (10a; 10c), die jeweils ein Zellengehäuse (12a; 12b) aufweisen, wobei das Zellengehäuse (12a; 12b) zumindest einer der Batteriezellen (10a; 10c) zumindest ein elektrisch leitendes Gehäuseteil (29a; 29b) aufweist, wobei das zumindest eine elektrisch leitende Gehäuseteil (29a; 29b) des Zellengehäuses (12a; 12b) zumindest einer der Batteriezellen (10a; 10c) wenigstens in einem montierten Zustand an ein Fahrzeugmassepotential (46a; 46b; 46c) angebunden ist. Ferner betrifft die Erfindung eine Batteriezelle (10a; 10c) für eine solche Kraftfahrzeugbatterie (30a).

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftfahrzeugbatterie mit einer Mehrzahl von in Serie und/oder parallel miteinander verschalteten Batteriezellen und eine Batteriezelle für die Kraftfahrzeugbatterie.
Es sind bereits Kraftfahrzeugbatterien mit einer Mehrzahl von in Serie und/oder parallel miteinander verschalteten Batteriezellen, die jeweils ein Zellengehäuse aufweisen, wobei das Zellengehäuse der Batteriezellen ein elektrisch leitendes Gehäuseteil aufweist, bekannt.
Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, die Kraftfahrzeugbatterie zu verbessern. Diese Aufgabe wird durch eine erfindungsgemäße Ausgestaltung einer Kraftfahrzeugbatterie entsprechend dem Anspruch 1 und durch eine erfindungsgemäße Ausgestaltung einer Batteriezelle entsprechend dem Anspruch 10 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Die Erfindung geht aus von einer Kraftfahrzeugbatterie mit einer Mehrzahl von in Serie und/oder parallel miteinander verschalteten Batteriezellen, die jeweils ein Zellengehäuse aufweisen, wobei das Zellengehäuse zumindest einer der Batteriezellen zumindest ein elektrisch leitendes Gehäuseteil aufweist.
Es wird vorgeschlagen, dass das zumindest eine elektrisch leitende Gehäuseteil des Zellengehäuses zumindest einer der Batteriezellen wenigstens in einem montierten Zustand an ein Fahrzeugmassepotential angebunden ist. Dadurch kann sichergestellt werden, dass das elektrisch leitende Gehäuseteil potentialfrei ist, wodurch eine Beschädigung von Batteriebauteilen und/oder eine Umweltgefährdung, insbesondere durch einen Fehlerstrom und/oder eine Fehlerspannung, verhindert werden kann. Aufwendige und teure Isolationsmaßnahmen können dadurch reduziert oder gar entfallen, wodurch Kosten für die Kraftfahrzeugbatterie reduziert werden können. Ferner kann ein Fehlerstrom und/oder eine Fehlerspannung zuverlässig detektiert werden, wodurch ein Isolationsfehler und damit eine beschädigte elektrische Isolation sicher erkannt werden kann. Durch die Anbindung des elektrisch leitenden Gehäuseteils an das Fahrzeugmassepotential kann die Kraftfahrzeugbatterie wenigstens hinsichtlich seiner Sicherheit, seinen Kosten und/oder seiner Isolationsfehlerdetektion verbessert werden. Vorzugsweise sind sämtliche elektrisch leitende Gehäuseteile sämtlicher Batteriezellen an das Fahrzeugmassenpotential angebunden. Unter einem „Zellengehäuse” soll insbesondere ein Gehäuse einer Batteriezelle verstanden werden, innerhalb dessen ein elektrochemisch aktiver Teil der Batteriezelle angeordnet und/oder eingeschlossen und/oder aufgenommen ist. Unter einem „elektrisch leitenden Gehäuseteil” soll insbesondere ein Gehäuseteil verstanden werden, das eine elektrische Leitfähigkeit σ bei einer Temperatur von 300 Kelvin von mindestens 1·10⁶ S/m, vorteilhaft von mindestens 10·10⁶ S/m und besonders vorteilhaft von mindestens 30·10⁶ S/m aufweist. Die Kraftfahrzeugbatterie ist vorzugsweise als eine Kraftfahrzeug-Hochvoltbatterie ausgebildet. Sie ist vorzugsweise für Fahrzeuganwendungen, wie beispielsweise für ein Hybrid-, Plugin- oder Elektrofahrzeug, vorgesehen. Grundsätzlich kann die Kraftfahrzeugbatterie für Stationäranwendungen umfunktioniert werden und beispielsweise als Stromversorger oder Stromspeicher dienen. Unter „vorgesehen” soll insbesondere speziell ausgebildet, ausgelegt, ausgestattet und/oder angeordnet verstanden werden.
Weiter wird vorgeschlagen, dass das Zellengehäuse zumindest einer der Batteriezellen eine Gehäusefolie aufweist, die das elektrisch leitende Gehäuseteil, welches wenigstens in dem montierten Zustand an das Fahrzeugmassepotential angebunden ist, umfasst. Dadurch kann das potentialfreie Zellengehäuse in Leichtbauweise ausgeführt werden. Vorzugsweise bildet die Gehäusefolie zumindest einen Teil des Zellengehäuses aus. Die Gehäusefolie ist vorzugsweise mehrlagig ausgebildet.
Ferner wird vorgeschlagen, dass das Zellengehäuse zumindest einer der Batteriezellen zumindest einen Siegelnahtrand mit zumindest einer elektrischen Kontaktierung des elektrisch leitenden Gehäuseteils aufweist, wodurch das elektrisch leitende Gehäuseteil besonders einfach an das Fahrzeugmassepotential angebunden werden kann. Vorzugsweise weist die Gehäusefolie den zumindest einen Siegelnahtrand mit der zumindest einen elektrischen Kontaktierung des elektrisch leitenden Gehäuseteils auf.
Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn zumindest eine der Batteriezellen zumindest ein elektrisches Kontaktelement aufweist, das zu einer elektrischen Kontaktierung des elektrisch leitenden Gehäuseteils das Zellengehäuse der zumindest einen Batteriezelle zumindest teilweise durchdringt. Dadurch kann das elektrisch leitende Gehäuseteil besonders einfach elektrisch kontaktiert werden. Vorzugsweise durchdringt das zumindest eine elektrische Kontaktelement zur elektrischen Kontaktierung des elektrisch leitenden Gehäuseteils zumindest teilweise die Gehäusefolie.
Weiter ist es vorteilhaft, wenn das Zellengehäuse zumindest einer der Batteriezellen zumindest ein elektrisch isolierendes Gehäuseteil aufweist, das zu einer elektrischen Kontaktierung des elektrisch leitenden Gehäuseteils zumindest einen bis zum elektrisch leitenden Gehäuseteil freigelegten Bereich aufweist. Dadurch kann das elektrisch leitende Gehäuseteil eines nach außen hin und/oder gegenüber seiner Umgebung elektrisch isolierenden Zellengehäuses an das Fahrzeugmassepotential angebunden werden. Vorzugsweise weist die Gehäusefolie das zumindest eine elektrisch isolierende Gehäuseteil auf.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Kraftfahrzeugbatterie zumindest eine Überwachungseinheit aufweist, die dazu vorgesehen ist, einen elektrischen Isolationsfehler zu erkennen, wodurch eine beschädigte elektrische Isolation frühzeitig erkannt und die Sicherheit der Kraftfahrzeugbatterie weiter verbessert werden kann.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Kraftfahrzeugbatterie einen Versorgungskreis auf, der zur elektrischen Versorgung zumindest eines Verbrauchers vorgesehen ist, wobei die Überwachungseinheit dazu vorgesehen ist, wenigstens einen Fehlerstrom und/oder eine Fehlerspannung zwischen dem Versorgungskreis und dem Fahrzeugmassepotential zu erfassen. Dadurch kann der Isolationsfehler auf eine besonders einfache Art und Weise sicher erkannt werden. Die Überwachungseinheit ist vorzugsweise dazu vorgesehen, bei einem Unterschreiten eines vorgegebenen Widerstandswerts zwischen dem Versorgungskreis und dem Fahrzeugmassepotential eine Fehlermeldung zu erzeugen. Der Versorgungskreis ist vorzugsweise als ein Hochvoltkreis ausgebildet.
Weiter ist es vorteilhaft, wenn die Überwachungseinheit dazu vorgesehen ist, wenigstens einen Fehlerstrom und/oder eine Fehlerspannung zwischen dem elektrisch leitenden Gehäuseteil zumindest einer der Batteriezellen und dem Fahrzeugmassepotential zu erfassen. Dadurch kann eine Lokalisierung eines Isolationsfehlers verbessert werden, wodurch Maßnahmen zur Fehlerbehandlung besonders gezielt durchgeführt werden können. Grundsätzlich kann die Kraftfahrzeugbatterie eine Überwachungseinheit aufweisen, die dazu vorgesehen ist, wenigstens einen Fehlerstrom und/oder eine Fehlerspannung zwischen den elektrisch leitenden Gehäuseteilen sämtlicher Batteriezellen und dem Fahrzeugmassepotential zu erfassen und/oder mehrere Überwachungseinheiten aufweisen, die jeweils dazu vorgesehen sind, jeweils wenigstens einen Fehlerstrom und/oder eine Fehlerspannung zwischen dem elektrisch leitenden Gehäuseteil einer Batteriezelle und dem Fahrzeugmassepotential zu erfassen. Ferner ist es grundsätzlich denkbar, dass die Kraftfahrzeugbatterie mehrere Überwachungseinheiten aufweist, die jeweils dazu vorgesehen sind, jeweils wenigstens einen Fehlerstrom und/oder eine Fehlerspannung zwischen einer Gruppe von elektrisch leitenden Gehäuseteilen der Batteriezellen und dem Fahrzeugmassepotential zu erfassen.
Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn die Batteriezellen als Pouchzellen ausgebildet sind, wodurch eine besonders sichere Kraftfahrzeugbatterie in Leichtbauweise kostengünstig hergestellt werden kann. Vorzugsweise ist das Zellengehäuse gänzlich durch die Gehäusefolie gebildet.
Weiter wird eine Batteriezelle für eine Kraftfahrzeugbatterie vorgeschlagen, mit einem Zellengehäuse, das zumindest ein elektrisch leitendes Gehäuseteil aufweist, wobei die Batteriezelle zumindest eine elektrische Kontaktierung zur Anbindung des elektrisch leitenden Gehäuseteils an ein Fahrzeugmassepotential aufweist. Dadurch kann eine Batteriezelle mit einem potentialfreien Zellengehäuse bereitgestellt werden. Vorzugsweise weist die Batteriezelle zur elektrischen Kontaktierung des elektrisch leitenden Gehäuseteils zumindest ein elektrisches Kontaktelement auf.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Figurenbeschreibung. In den Figuren sind drei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Figuren, die Figurenbeschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
Dabei zeigen:
1 schematisch einen Kraftfahrzeugantriebsstrang mit einer Kraftfahrzeugbatterie, die mehrere Zellblöcke mit jeweils einer Mehrzahl von in Serie und/oder parallel miteinander verschalteten Batteriezellen und eine zur Erkennung eines elektrischen Isolationsfehlers vorgesehene Überwachungseinheit aufweist,
2 schematisch einen der Zellblöcke, dessen Batteriezellen jeweils ein Zellengehäuse mit einem elektrisch leitenden, an ein Fahrzeugmassepotential angebundenen Gehäuseteil aufweist,
3 schematisch eine der Batteriezellen, die ein als Gehäusefolie ausgebildetes Zellengehäuse aufweist,
4 schematisch das als Gehäusefolie ausgebildete Zellengehäuse mit einem elektrischen Kontaktelement zur Anbindung des elektrisch leitenden Gehäuseteils an das Fahrzeugmassepotential,
5 schematisch ein als Gehäusefolie ausgebildetes Zellengehäuse mit einem elektrischen Kontaktelement zur Anbindung seines elektrisch leitenden Gehäuseteils an das Fahrzeugmassepotential in einem zweiten Ausführungsbeispiel und
6 stark schematisch eine Kraftfahrzeugbatterie in einem dritten Ausführungsbeispiel.
1 zeigt schematisiert einen Kraftfahrzeugantriebsstrang mit einer Kraftfahrzeugbatterie 30a. Die Kraftfahrzeugbatterie 30a umfasst mehrere Zellblöcke, wobei lediglich der Zellblock 11a mit einem Bezugszeichen versehen ist. Die Zellblöcke sind elektrisch parallel und/oder seriell geschaltet, um eine für den Kraftfahrzeugantriebsstrang erforderliche Spannung und Kapazität bereitstellen zu können. Die Zellblöcke sind analog zueinander ausgebildet, weswegen lediglich der Zellblock 11a näher beschrieben wird. Der Zellblock 11a ist schematisch in der 2 dargestellt.
Der Zellblock 11a umfasst eine Vielzahl von Batteriezellen 10a, die parallel hintereinander angeordnet sind. Die Batteriezellen 10a sind in Serie und/oder parallel miteinander verschaltet, um eine für den Kraftfahrzeugantriebsstrang erforderliche Spannung und Kapazität bereitstellen zu können. Die Batteriezellen 10a weisen jeweils eine Zellspannung im Niedervoltbereich auf, die von einer verwendeten Zellchemie abhängt. Bei einer Ausbildung der Batteriezellen 10a als Lithium-Ionen-Batterien beträgt die Zellspannung beispielsweise 3,6 Volt. Grundsätzlich kann die Zellspannung aber auch andere Werte aufweisen. Die Kraftfahrzeugbatterie 30a weist je nach Verschaltung der Batteriezellen 10a und/oder der Zellblöcke 11a eine Betriebsspannung auf, die in Abhängigkeit von einer vorgesehenen Verwendung im Niedervoltbereich oder im Hochvoltbereich liegen kann. Ist die Kraftfahrzeugbatterie 30a als Starterbatterie ausgebildet, kann die Betriebsspannung beispielsweise bei 12 Volt liegen. Insbesondere für eine Anwendung in einem Hybridantriebsstrang oder Elektroantriebsstrang kann die Kraftfahrzeugbatterie 30a auch für eine Betriebsspannung von 120 Volt oder mehr vorgesehen sein.
In diesem Ausführungsbeispiel ist der Kraftfahrzeugantriebsstrang als Hybridantriebsstrang ausgebildet. Der Kraftfahrzeugantriebsstrang weist einen Verbrennungsmotor 42a und einen Elektromotor 43a auf, die dazu vorgesehen sind, gemeinsam und/oder einzeln Antriebsräder 44a des Kraftfahrzeugantriebsstrangs anzutreiben. Die Kraftfahrzeugbatterie 30a ist zur Energieversorgung des Elektromotors 43a vorgesehen. Die Kraftfahrzeugbatterie 30a ist aufladbar ausgeführt. Zum Aufladen der Kraftfahrzeugbatterie 30a ist der Elektromotor 43a generatorisch betreibbar. Die Kraftfahrzeugbatterie 30a ist als eine Hochvolt-Kraftfahrzeugbatterie ausgebildet.
Zur Fixierung und elektrischen Isolierung der Batteriezellen 10a weist der Zellblock 11a eine Mehrzahl von hintereinander angeordneten Zellhaltern 25a auf, die die Batteriezellen 10a aufnehmen. Die Zellhalter 25a sind jeweils zwischen zwei Batteriezellen 10a angeordnet und/oder umschließen einen Rand zumindest einer der Batteriezellen 10a. Die Zellhalter 25a sind aus Kunststoff gebildet. Die Zellhalter 25a sind jeweils als eine Schalenform oder eine Rahmenform ausgeführt. Ferner ist es grundsätzlich denkbar, dass die Zellhalter 25a aus einem anderen Material gebildet sind, wie beispielsweise aus einem elektrisch leitenden Material. In der 2 sind der Übersicht halber lediglich die Batteriezelle 10a und lediglich der Zellhalter 25a mit einem Bezugszeichen versehen.
Zur Fixierung sind die Zellhalter 25a und die Batteriezellen 10a gegeneinander verpresst und/oder verspannt. Zum Verpressen und/oder Verspannen weist der Zellblock 11a durchgehende, nicht dargestellte Spannelemente auf. Die Spannelemente können als Zugankerschrauben, Gewindestangen, Spannbänder oder der Gleichen ausgebildet sein. Zur Einleitung einer Spann- und/oder Presskraft sind die zwei endseitig angeordneten Zellhalter als Druckbrillen 23a, 24a ausgebildet. Die Zellhalter 25a fixieren die Batteriezellen 10a kraftschlüssig durch Druck auf eine Fläche der Batteriezellen 10a und/oder durch Druck auf den Rand der Batteriezellen 10a.
Die Kraftfahrzeugbatterie 30a weist ein Batteriegehäuse 31a auf, das die Zellblöcke 11a mit den Batteriezellen 10a aufnimmt. Weiter umfasst die Kraftfahrzeugbatterie 30a eine Elektronik 32a, die insbesondere zur Überwachung der Batteriezellen 10a sowie zur Einstellung einer elektrischen Leistung, die den Batteriezellen 10a zugeführt oder den Batteriezellen 10a entnommen wird, vorgesehen ist. Außerdem umfasst die Kraftfahrzeugbatterie 30a eine Temperiereinrichtung 33a für die Batteriezellen 10a und/oder die Elektronik 32a, welche insbesondere zur Kühlung und/oder Heizung der Batteriezellen 10a vorgesehen ist. Die Zellblöcke 11a mit den Batteriezellen 10a, die Elektronik 32a und die Temperiereinrichtung 33a sind in dem gemeinsamen Batteriegehäuse 31a angeordnet. Die Batteriezellen 10a sind analog zueinander ausgebildet, weswegen lediglich die Batteriezelle 10a näher beschrieben wird. Die Batteriezelle 10a ist in der 3 dargestellt.
Zur Speicherung elektrischer Energie weist die Batteriezelle 10a einen elektrochemisch aktiven Teil auf, der ein Elektrodenpaket und ein Elektrolyt umfasst. Der Elektrolyt besteht typischerweise aus organischen Lösungsmitteln, wie beispielsweise Dimethylcarbonat, Ethylencarbonat, Propylencarbonat oder Diethylcarbonat oder aus Gemischen derselben sowie einem darin gelösten Leitsalz, wie beispielsweise LiPF₆. Der Elektrolyt kann zusätzlich Additive aufweisen. Das Elektrodenpaket weist wechselweise angeordnete Lagen aus Kathodenfolien, Separatorfolien und Anodenfolien auf. Die Kathodenfolien und die Anodenfolien werden jeweils durch eine der Separatorfolien getrennt. Bei einer Lithium-Ionen-Zellchemie können die Kathodenfolien und die Anodenfolien beispielsweise beschichtete Alu- und Kupferfolien sein. Grundsätzlich ist aber auch eine andere Zellchemie denkbar.
Für das Elektrodenpaket sind unterschiedliche Ausgestaltungen möglich. Die Lagen aus Kathodenfolie, Anodenfolie und Separatorfolie können beispielsweise gestapelt sein. Alternativ ist denkbar, Bänder aus einer Mehrzahl von Lagen zu wickeln oder flachzuwickeln. Weiter ist es denkbar, eine bandförmige Separatorfolie in Z-Form zu falten und die Kathodenfolie und Anodenfolien in Form von Blättern seitlich in sich dadurch ausbildende Taschen einzuschieben.
Die Batteriezelle 10a weist zudem ein Zellengehäuse 12a auf, das den elektrochemisch aktiven Teil aufnimmt. Der elektrochemisch aktive Teil ist innerhalb des Zellengehäuses 12a angeordnet. Das Zellengehäuse 12a schließt den elektrochemisch aktiven Teil der Batteriezelle 10a ein. Das Zellengehäuse 12a umfasst ein elektrisch leitendes Gehäuseteil 29a, ein erstes elektrisch isolierendes Gehäuseteil 27a und ein zweites elektrisch isolierendes Gehäuseteil 28a (vgl. 4). Die elektrisch isolierenden Gehäuseteile 27a, 28a sind dazu vorgesehen, das elektrisch leitende Gehäuseteil 29a gegenüber seiner Umgebung elektrisch zu isolieren. Das Zellengehäuse 12a ist nach außen hin und/oder gegenüber seiner Umgebung elektrisch isolierend ausgeführt. Das elektrisch leitende Gehäuseteil 29a ist zwischen den zwei elektrisch isolierenden Gehäuseteilen 27a, 28a angeordnet. Grundsätzlich kann das Zellengehäuse 12a eine andere Anzahl an elektrisch leitenden Gehäuseteilen 29a und/oder an elektrisch isolierenden Gehäuseteilen 27a, 28a aufweisen.
Das Zellengehäuse 12a weist eine mehrlagige Gehäusefolie 26a auf. Die Gehäusefolie 26a bildet das Zellengehäuse 12a aus. Die Gehäusefolie 26a weist das elektrisch leitende Gehäuseteil 29a und die elektrisch isolierenden Gehäuseteile 27a, 28a auf. Das elektrisch leitende Gehäuseteil 29a ist als eine elektrisch leitende Materiallage der Gehäusefolie 26a ausgebildet. Es ist als eine Metalllage ausgebildet. Das elektrisch leitende Gehäuseteil 29a ist als eine Aluminiumfolie ausgebildet. Die elektrisch isolierenden Gehäuseteile 27a, 28a sind jeweils als eine elektrisch isolierende Materiallage der Gehäusefolie 26a ausgebildet. Sie sind als Kunststofffolien ausgebildet. Das Zellengehäuse 12a ist als eine Verbundfolie ausgebildet. Es ist als eine Pouchfolie ausgebildet. Der elektrochemisch aktive Teil ist in dem als Gehäusefolie 26a ausgebildeten Zellengehäuse 12a eingeschweißt. Das als Gehäusefolie 26a ausgebildete Zellengehäuse 12a weist einen umlaufenden Siegelnahtrand 45a auf, entlang dem das als Gehäusefolie 26a ausgebildete Zellengehäuse 12a versiegelt oder verschweißt ist. Die Batteriezelle 10a ist als eine Pouchzelle ausgebildet.
Das elektrisch leitende Gehäuseteil 29a ist in einem montierten Zustand der Kraftfahrzeugbatterie 30a an ein Fahrzeugmassepotential 46a eines die Kraftfahrzeugbatterie 30a aufweisenden Kraftfahrzeugs angebunden. Das elektrisch leitende Gehäuseteil 29a ist in dem montierten Zustand der Kraftfahrzeugbatterie 30a auf Fahrzeugmasse gelegt. Das elektrisch leitende Gehäuseteil 29a weist eine Fahrzeugmasseverbindung 47a auf, die das elektrisch leitende Gehäuseteil 29a an das Fahrzeugmassepotential 46a anbindet. In diesem Ausführungsbeispiel sind die elektrisch leitenden Gehäuseteile 29a der sämtlicher Batteriezellen 10a der Kraftfahrzeugbatterie 30a an das Fahrzeugmassepotential 46a angebunden.
Zur Herstellung eines elektrischen Kontakts zwischen dem elektrisch leitenden Gehäuseteil 29a und dem Fahrzeugmassepotential 46a, weist die Batteriezelle 10a eine elektrische Kontaktierung 16a des elektrisch leitenden Gehäuseteils 29a auf. In diesem Ausführungsbeispiel weist der Siegelnahtrand 45a des als Gehäusefolie 26a ausgebildeten Zellengehäuses 12a die elektrische Kontaktierung 16a des elektrisch leitenden Gehäuseteils 29a auf. Das elektrisch leitende Gehäuseteil 29a ist durch die elektrische Kontaktierung 16a an das Fahrzeugmassepotential 46a elektrisch angebunden. Zur Ausbildung der elektrischen Kontaktierung 16a weist die Batteriezelle 10a ein elektrisches Kontaktelement 17a auf, das elektrisch mit dem elektrisch leitenden Gehäuseteil 29a verbunden ist. Das elektrische Kontaktelement 17a kontaktiert das elektrisch leitende Gehäuseteil 29a. Das elektrische Kontaktelement 17a bindet das elektrisch leitende Gehäuseteil 29a an das Fahrzeugmassepotential 46a an.
Zur elektrischen Verbindung mit dem elektrisch leitenden Gehäuseteil 29a durchdringt das elektrische Kontaktelement 17a das als Gehäusefolie 26a ausgebildete Zellengehäuse 12a. Es durchdringt zumindest eines der elektrisch isolierenden Gehäuseteile 27a, 28a. In diesem Ausführungsbeispiel durchdringt das Kontaktelement 17a das elektrisch leitende Gehäuseteil 29a und beide elektrisch isolierenden Gehäuseteile 27a, 28a. Das elektrische Kontaktelement 17a kann beispielsweise als ein Stift oder als eine Klammer ausgebildet sein.
Zur elektrischen Verschaltung weist die Batteriezelle 10a zwei elektrische Kontaktelemente 13a, 14a auf, die an einer Seite aus dem Zellengehäuse 12a herausragen. Die Kontaktelemente 13a, 14a bilden Pole der Batteriezelle 10a aus und sind zum Einleiten und/oder Entnehmen von elektrischen Leistung vorgesehen. Die Kontaktelemente 13a, 14a sind außerhalb des Zellengehäuses 12a abgewinkelt. Die elektrischen Kontaktelemente 13a, 14a zumindest zweier benachbarter Batteriezellen 10a sind einander überlappend zueinander hin gebogen. Die elektrischen Kontaktelemente 13a, 14a zumindest zweier benachbarter Batteriezellen 10a sind in ihrem Überlappungsbereich elektrisch leitend miteinander verbunden. Sie sind in ihrem Überlappungsbereich stoffschlüssig miteinander verbunden. Die elektrischen Kontaktelemente 13a, 14a sind miteinander verschweißt, vorzugsweise durch Laserschweißen, Widerstandspressschweißen, Ultraschalschweißen und/oder der Gleichen. Die Kontaktelemente 13a, 14a sind als Kontaktfahnen ausgebildet. Sie sind aus einem Blech gebildet. Grundsätzlich können die zwei elektrischen Kontaktelemente 13a, 14a an zwei gegenüberliegenden Seiten aus dem Zellengehäuse 12a herausragen. Weiter ist es grundsätzlich denkbar, dass die elektrischen Kontaktelemente 13a, 14a alternativ oder zusätzlich formschlüssig miteinander verbunden sind, vorzugsweise durch Durchsetzfügen, Crimpen, Nieten und/oder der Gleichen. Ferner ist es denkbar, die elektrischen Kontaktelemente 13a, 14a alternativ oder zusätzlich durch Schrauben, Klemmen und/oder der Gleichen miteinander zu verbinden.
Zur elektrischen Versorgung zumindest eines elektrischen Verbrauchers mit einer und/oder einem zumindest von einem der Zellblöcke 11a bereitgestellten Spannung und/oder Strom weist die Kraftfahrzeugbatterie 30a einen nicht näher dargestellten Versorgungskreis auf. Der Versorgungskreis ist zur elektrischen Versorgung des Elektromotors 43a vorgesehen. Der Versorgungskreis ist als ein Hochvoltkreis ausgebildet. In diesem Ausführungsbeispiel sind sämtliche Zellblöcke 11a an dem Versorgungskreis angebunden. Grundsätzlich ist es denkbar, dass jedem Zellblock 11a ein eigener Versorgungskreis zugeordnet ist.
Zur Überwachung einer elektrischen Isolation der Batteriezellen 10a und/oder der Zellblöcke 11a weist die Elektronik 32a der Kraftfahrzeugbatterie 30a eine Überwachungseinheit 15a auf, die dazu vorgesehen ist, einen elektrischen Isolationsfehler in der Kraftfahrzeugbatterie 30a zu erkennen. Zur Erkennung eines Isolationsfehlers ist die Überwachungseinheit 15a dazu vorgesehen, einen Fehlerstrom zwischen dem Versorgungskreis und dem Fahrzeugmassepotential 46a zu erfassen. Die Überwachungseinheit 15a ist an den Versorgungskreis und an das Fahrzeugmassepotential 46a angebunden. Die Elektronik 32a umfasst eine erste Messverbindung 18a, die die Überwachungseinheit 15a an den Versorgungskreis anbindet, und eine zweite Messverbindung 19a, die die Überwachungseinheit 15a an das Fahrzeugmassepotential 46a anbindet. Die Kraftfahrzeugbatterie 30a weist ferner eine Fahrzeugmasseverbindung 20a auf, die den Zellblock 11a an das Fahrzeugmassepotential 46a anbindet. Die Überwachungseinheit 15a ist als ein Isolationswächter ausgebildet.
In den 5 und 6 sind zwei weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung gezeigt. Die nachfolgenden Beschreibungen beschränken sich im Wesentlichen auf die Unterschiede zwischen den Ausführungsbeispielen, wobei bezüglich gleichbleibender Bauteile, Merkmale und Funktionen auf die Beschreibung der anderen Ausführungsbeispiele, insbesondere der 1 bis 4, verwiesen werden kann. Zur Unterscheidung der Ausführungsbeispiele ist der Buchstabe a in den Bezugszeichen des Ausführungsbeispiels in den 1 bis 4 durch die Buchstaben b und c in den Bezugszeichen der Ausführungsbeispiele der 5 und 6 ersetzt. Bezüglich gleich bezeichneter Bauteile, insbesondere in Bezug auf Bauteile mit gleichen Bezugszeichen, kann grundsätzlich auch auf die Zeichnungen und/oder die Beschreibung der anderen Ausführungsbeispiele, insbesondere der 1 bis 4, verwiesen werden.
5 zeigt schematisch ein als Gehäusefolie 26b ausgebildetes Zellengehäuse 12b einer Batteriezelle einer Kraftfahrzeugbatterie in einem zweiten Ausführungsbeispiel. Das als Gehäusefolie 26b ausgebildete Zellengehäuse 12b weist ein erstes elektrisch isolierendes Gehäuseteil 27b, ein zweites elektrisch isolierendes Gehäuseteil 28b und ein elektrisch leitendes Gehäuseteil 29b auf. Das elektrisch leitende Gehäuseteil 29b ist an ein Fahrzeugmassepotential 46b angebunden. Zur Anbindung an das Fahrzeugmassepotential 46b weist das als Gehäusefolie 26b ausgebildete Zellengehäuse 12b eine elektrische Kontaktierung 16b auf. Die elektrische Kontaktierung 16b ist an einem Siegelnahtrand des als Gehäusefolie 26b ausgebildeten Zellengehäuse 12b angeordnet. Zur Ausbildung der elektrischen Kontaktierung 16b weist die Batteriezelle ein elektrisches Kontaktelement 17b auf, das elektrisch mit dem elektrisch leitenden Gehäuseteil 29b des als Gehäusefolie 26b ausgebildeten Zellengehäuse 12b verbunden ist.
Im Unterschied zu dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel weist das als Gehäusefolie 26b ausgebildete Zellengehäuse 12b zur elektrischen Verbindung mit dem elektrisch leitenden Gehäuseteil 29b einen bis zum elektrisch leitenden Gehäuseteil 29b freigelegten Bereich 21b auf. In dem freigelegten Bereich 21b fehlt zumindest eines der elektrisch isolierenden Gehäuseteile 27b, 28b. Um das Kontaktelement 17b und das elektrisch leitende Gehäuseteil 29b elektrisch miteinander zu verbinden, ist das elektrisch leitende Gehäuseteil 29b lokal von zumindest einem der elektrisch isolierenden Gehäuseteile 27b, 28b freigelegt. Zum lokalen Freilegen des elektrisch leitenden Gehäuseteils 29b wurde zumindest eines der elektrisch isolierenden Gehäuseteile 27b, 28b mittels Ätzen, Abschmelzen, Abschaben und/oder Ähnliches entfernt. Das Kontaktelement 17b kann durch einen Kraftschluss, beispielsweise durch ein Klemmen, durch einen Stoffschluss, beispielsweise durch Löten, Schweißen, Kleben und/oder Ähnliches, und/oder durch einen Formschluss an das elektrisch leitende Gehäuseteil 29b befestigt sein.
6 zeigt stark schematisiert eine Kraftfahrzeugbatterie eines Kraftfahrzeugantriebsstrangs in einem dritten Ausführungsbeispiel. Die Kraftfahrzeugbatterie umfasst eine zur Erkennung eines elektrischen Isolationsfehlers vorgesehene Überwachungseinheit 15c und eine Mehrzahl von in Serie und/oder parallel miteinander verschalteten Batteriezellen 10c, die jeweils ein Zellengehäuse mit einem elektrisch leitenden, an ein Fahrzeugmassepotential 46c angebundenen Gehäuseteil aufweisen. Das Zellengehäuse ist als eine Gehäusefolie ausgebildet.
Im Unterschied zu den vorhergehenden Ausführungsbeispielen ist die Überwachungseinheit 15c dazu vorgesehen, einen Fehlerstrom zwischen den elektrisch leitenden Gehäuseteilen der Batteriezellen 10c und dem Fahrzeugmassepotential 46c zu erfassen. Die Überwachungseinheit 15c ist an die elektrisch leitenden Gehäuseteile der Batteriezellen 10c angebunden. Sie ist an elektrische Kontaktelemente der Batteriezellen 10c angebunden, die jeweils das elektrisch leitende Gehäuseteil der Batteriezellen 10c an das Fahrzeugmassepotential 46c anbinden. Die Überwachungseinheit 15c ist an Fahrzeugmasseverbindungen, die jeweils das elektrisch leitende Gehäuseteil der Zellengehäuse der Batteriezellen 10c an das Fahrzeugmassepotential 46c anbinden, angebunden. Die Kraftfahrzeugbatterie umfasst eine Messverbindung 22c, die die Überwachungseinheit 15c an die elektrisch leitenden Gehäuseteile der Batteriezellen 10c anbindet.
Bezugszeichenliste

10: Batteriezelle
11: Zellblock
12: Zellengehäuse
13: Kontaktelement
14: Kontaktelement
15: Überwachungseinheit
16: Kontaktierung
17: Kontaktelement
18: Messverbindung
19: Messverbindung
20: Fahrzeugmasseverbindung
21: Bereich
22: Messverbindung
23: Druckbrille
24: Druckbrille
25: Zellhalter
26: Gehäusefolie
27: Gehäuseteil
28: Gehäuseteil
29: Gehäuseteil
30: Kraftfahrzeugbatterie
31: Batteriegehäuse
32: Elektronik
33: Temperiereinrichtung
42: Verbrennungsmotor
43: Elektromotor
44: Antriebsrad
45: Siegelnahtrand
46: Fahrzeugmassepotential
47: Fahrzeugmasseverbindung

Claims

Kraftfahrzeugbatterie mit einer Mehrzahl von in Serie und/oder parallel miteinander verschalteten Batteriezellen (10a; 10c), die jeweils ein Zellengehäuse (12a; 12b) aufweisen, wobei das Zellengehäuse (12a; 12b) zumindest einer der Batteriezellen (10a; 10c) zumindest ein elektrisch leitendes Gehäuseteil (29a; 29b) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine elektrisch leitende Gehäuseteil (29a; 29b) des Zellengehäuses (12a; 12b) zumindest einer der Batteriezellen (10a; 10c) wenigstens in einem montierten Zustand an ein Fahrzeugmassepotential (46a; 46b; 46c) angebunden ist.
Kraftfahrzeugbatterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zellengehäuse (12a; 12b) zumindest einer der Batteriezellen (10a; 10c) eine Gehäusefolie (26a; 26b) aufweist, die das elektrisch leitende Gehäuseteil (29a; 29b), welches wenigstens in dem montierten Zustand an das Fahrzeugmassepotential (46a; 46b; 46c) angebunden ist, umfasst.
Kraftfahrzeugbatterie nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Zellengehäuse (12a; 12b) zumindest einer der Batteriezellen (10a; 10c) zumindest einen Siegelnahtrand (45a) mit zumindest einer elektrischen Kontaktierung (16a; 16b) des elektrisch leitenden Gehäuseteils (29a; 29b) aufweist.
Kraftfahrzeugbatterie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Batteriezellen (10a) zumindest ein elektrisches Kontaktelement (17a) aufweist, das zu einer elektrischen Kontaktierung (16a) des elektrisch leitenden Gehäuseteils (29a) das Zellengehäuse (12a) der zumindest einen Batteriezelle (10a) zumindest teilweise durchdringt.
Kraftfahrzeugbatterie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zellengehäuse (12b) zumindest einer der Batteriezellen zumindest ein elektrisch isolierendes Gehäuseteil (27b, 28b) aufweist, das zu einer elektrischen Kontaktierung (16b) des elektrisch leitenden Gehäuseteils (29b) zumindest einen bis zum elektrisch leitenden Gehäuseteil (29b) freigelegten Bereich (21b) aufweist.
Kraftfahrzeugbatterie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch zumindest eine Überwachungseinheit (15a; 15c), die dazu vorgesehen ist, einen elektrischen Isolationsfehler zu erkennen.
Kraftfahrzeugbatterie nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch einen Versorgungskreis, der zur elektrischen Versorgung zumindest eines Verbrauchers vorgesehen ist, wobei die Überwachungseinheit (15a) dazu vorgesehen ist, wenigstens einen Fehlerstrom und/oder eine Fehlerspannung zwischen dem Versorgungskreis und dem Fahrzeugmassepotential (46a) zu erfassen.
Kraftfahrzeugbatterie nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungseinheit (15c) dazu vorgesehen ist, wenigstens einen Fehlerstrom und/oder eine Fehlerspannung zwischen dem elektrisch leitenden Gehäuseteil zumindest einer der Batteriezellen (10c) und dem Fahrzeugmassepotential (46c) zu erfassen.
Kraftfahrzeugbatterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriezellen (10a; 10c) als Pouchzellen ausgebildet sind.
Batteriezelle für eine Kraftfahrzeugbatterie (30a), mit einem Zellengehäuse (12a; 12b), das zumindest ein elektrisch leitendes Gehäuseteil (29a; 29b) aufweist, gekennzeichnet durch zumindest eine elektrische Kontaktierung (16a; 16b) zur Anbindung des elektrisch leitenden Gehäuseteils (29a; 29b) an ein Fahrzeugmassepotential (46a; 46b; 46c).