DE102014019307A1 - Single cell for an electric battery and electric battery - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einzelzelle (1) für eine elektrische Batterie mit einer elektrisch aktiven Elektrodenanordnung (3), welche in einem Zellgehäuse (2) angeordnet ist. Erfindungsgemäß ist das Zellgehäuse (2) mittels zumindest eines elektrischen Widerstandes (8, 9) mit einer Kathode (6) der Elektrodenanordnung (3) elektrisch verbunden. Weiterhin betrifft die Erfindung eine elektrische Batterie umfassend mehrere solche Einzelzellen (1), welche elektrisch seriell und/oder parallel verschaltet sind.The invention relates to a single cell (1) for an electric battery with an electrically active electrode arrangement (3), which is arranged in a cell housing (2). According to the invention, the cell housing (2) is electrically connected to a cathode (6) of the electrode arrangement (3) by means of at least one electrical resistance (8, 9). Furthermore, the invention relates to an electric battery comprising a plurality of such individual cells (1), which are electrically connected in series and / or in parallel.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einzelzelle für eine elektrische Batterie mit einer elektrisch aktiven Elektrodenanordnung, welche in einem Zellgehäuse angeordnet ist.The invention relates to a single cell for an electric battery with an electrically active electrode arrangement, which is arranged in a cell housing.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine elektrische Batterie, umfassend mehrere solche Einzelzellen, welche elektrisch seriell und/oder parallel verschaltet sind.The invention further relates to an electric battery comprising a plurality of such individual cells, which are electrically connected in series and / or in parallel.

Aus dem Stand der Technik sind allgemein Einzelzellen für eine elektrische Batterie bekannt. Es wird unterschieden zwischen so genannten Hardcase-Zellen, wobei eine elektrisch aktive Elektrodenanordnung zumindest abschnittsweise durch ein steifes Zellgehäuse gehalten ist, und so genannten Pouchzellen, wobei die elektrisch aktive Elektrodenanordnung innerhalb eines Folienbeutels angeordnet ist.In the prior art, single cells for an electric battery are generally known. A distinction is made between so-called hardcase cells, wherein an electrically active electrode arrangement is held at least in sections by a rigid cell housing, and so-called pouch cells, wherein the electrically active electrode arrangement is arranged within a foil bag.

Weiterhin ist es im Stand der Technik üblich, das Zellgehäuse entweder fest mit einer Kathode der Einzelzelle elektrisch zu verbinden oder das Zellgehäuse und die Einzelzelle elektrisch zu isolieren, wobei elektrische Anschlüsse der Einzelzelle durch isolierende Poldurchführungen des Zellgehäuses geführt werden.Furthermore, it is customary in the prior art either to electrically connect the cell housing firmly to a cathode of the single cell or to electrically isolate the cell housing and the single cell, wherein electrical connections of the single cell are guided by insulating pole feedthroughs of the cell housing.

Eine elektrische Batterie besteht im Allgemeinen aus einer Vielzahl von Einzelzellen, die elektrisch in Reihe verschaltet sind, um die erforderlichen Systemspannungen zu erreichen. Hierbei kann es sich um die Reihenschaltung von Einzelzellen oder um die Reihenschaltung von Gruppen aus parallel geschalteten Einzelzellen handeln.An electric battery generally consists of a plurality of single cells that are electrically connected in series to achieve the required system voltages. This can be the series connection of individual cells or the series connection of groups of parallel-connected individual cells.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Einzelzelle für eine elektrische Batterie und eine verbesserte Batterie anzugeben.The invention is based on the object to provide a comparison with the prior art improved single cell for an electric battery and an improved battery.

Hinsichtlich der Einzelzelle wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale und hinsichtlich der Batterie durch die in Anspruch 8 angegebenen Merkmale gelöst.With regard to the single cell, the object is achieved by the features specified in claim 1 and in terms of the battery by the features specified in claim 8.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.

Die Einzelzelle für eine elektrische Batterie umfasst eine elektrisch aktive Elektrodenanordnung, welche in einem Zellgehäuse angeordnet ist. Erfindungsgemäß ist das Zellgehäuse mittels zumindest eines elektrischen Widerstandes mit einer Kathode der Elektrodenanordnung elektrisch verbunden.The single cell for an electric battery comprises an electrically active electrode arrangement, which is arranged in a cell housing. According to the invention, the cell housing is electrically connected by means of at least one electrical resistance to a cathode of the electrode arrangement.

Die Elektrodenanordnung, insbesondere Lithium-Ionen-Elektrodenanordnungen, werden elektrisch isoliert in einem Zellgehäuse montiert und je nach Verwendungszweck temperiert. Alle isolierenden Stoffe haben einen endlich hohen Isolationswiderstand, wobei es dadurch in einem Verbund von Einzelzellen zu einer Beeinflussung einer Spannungslage des Zellgehäuses führen kann. Durch äußere Einflüsse, beispielsweise Feuchtigkeit und/oder Verschmutzung am Zellgehäuse, kann es dazu kommen, dass sich der Isolationswiderstand des Zellgehäuses im Laufe einer Zeit verändert. Da sich eine hochohmige Verbindung des Zellgehäuses über ein Elektrolyt zu der Elektrodenanordnung im einem hohen Bereich, beispielsweise MΩ bis GΩ, einstellen kann, werden somit Größenordnungen erreicht, an die die äußeren Isolationswiderstände heranreichen. Somit besteht eine Gefahr einer möglichen Potentialverschiebung des Zellgehäuses, allein durch den äußeren mechanischen Aufbau der elektrischen Batterie. Erreicht das Zellgehäuse einen Spannungsbereich einer Anode, kann es dazu führen, dass das innen blanke Zellgehäuse korrodiert. Dies ist zurückzuführen auf unterschiedliche Materialien des Zellgehäuses und der Anode und somit einer unterschiedlichen Anordnung der Materialien in einer elektrochemische Spannungsreihe.The electrode arrangement, in particular lithium-ion electrode arrangements, are mounted in an electrically insulated manner in a cell housing and tempered according to the intended use. All insulating materials have a finitely high insulation resistance, whereby it can lead in a composite of single cells to influence a voltage of the cell housing. External influences, for example moisture and / or contamination on the cell housing, may cause the insulation resistance of the cell housing to change over time. Since a high-resistance connection of the cell housing via an electrolyte to the electrode assembly in a high range, for example, MΩ to GΩ, can be adjusted, orders of magnitude are thus reached, come close to the outer insulation resistors. Thus, there is a danger of a possible potential shift of the cell housing, solely by the external mechanical structure of the electric battery. If the cell housing reaches a voltage range of an anode, it can cause the inside of the cell housing to corrode. This is due to different materials of the cell housing and the anode and thus a different arrangement of materials in an electrochemical series of voltages.

Durch die elektrische Verbindung des Zellgehäuses mittels zumindest eines elektrischen Widerstandes mit der Kathode der Elektrodenanordnung hat das Zellgehäuse einen direkten elektrischen Kontakt zu der Elektrodenanordnung und somit einen elektrischen Bezug. In vorteilhafter Weise ist somit an dem Zellgehäuse ein elektrisches Potential gegen so genannte Pole der Elektrodenanordnung messbar, welches klar definiert und immer gleich groß ist. Gleichzeitig ist gegenüber einer direkten Kontaktierung der Kathode mit dem Zellgehäuse aufgrund einer mittels des Widerstandes verringerten Stromleitfähigkeit eine Kurzschlussgefahr vermindert.Due to the electrical connection of the cell housing by means of at least one electrical resistance with the cathode of the electrode arrangement, the cell housing has a direct electrical contact with the electrode arrangement and thus an electrical reference. Advantageously, an electrical potential against so-called poles of the electrode arrangement can thus be measured on the cell housing, which is clearly defined and always the same size. At the same time a short circuit risk is reduced compared to a direct contacting of the cathode with the cell housing due to a reduced by means of the resistor current conductivity.

Ein weiterer Vorteil ist, dass ein zellverträgliches elektrisches Potential auf dem Zellgehäuse im Bezug zu dessen Kathode realisiert wird, auch unter einem Einfluss von äußeren, elektrisch wirkenden Isolationswiderständen.Another advantage is that a cell-compatible electrical potential is realized on the cell housing in relation to its cathode, even under the influence of external, electrically acting insulation resistors.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert.Embodiments of the invention will be explained in more detail below with reference to a drawing.

Dabei zeigt:Showing:

1 schematisch ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Einzelzelle. 1 schematically an embodiment of the single cell according to the invention.

Die einzige 1 zeigt ein mögliches Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Einzelzelle 1. Die Einzelzelle 1 umfasst ein Zellgehäuse 2, welches vorgesehen ist, eine elektrisch aktive Elektrodenanordnung 3 aufzunehmen. Die Elektrodenanordnung 3 ist hierbei von einem Elektrolyt 4 umgeben.The only 1 shows a possible embodiment of the single cell according to the invention 1 , The single cell 1 includes a cell housing 2 , which is provided, an electrically active electrode assembly 3 take. The electrode arrangement 3 This is an electrolyte 4 surround.

Eine der Elektrodenanordnung 3 zugehörige Anode 5 und Kathode 6 sind jeweils mittels einer isolierenden Poldurchführung 7 aus dem Zellgehäuse 2 geführt. Die isolierende Poldurchführung 7 verhindert dabei einen elektrischen Kontakt der Anode 5 und der Kathode 6 über das Zellgehäuse 2 und somit einen elektrischen Kurzschluss der Elektrodenanordnung 3.One of the electrode arrangement 3 associated anode 5 and cathode 6 are each by means of an insulating Poldurchführung 7 from the cell case 2 guided. The insulating pole feedthrough 7 prevents an electrical contact of the anode 5 and the cathode 6 over the cell case 2 and thus an electrical short circuit of the electrode assembly 3 ,

Weiterhin umfasst die Einzelzelle 1 elektrische Widerstände 8, 9, wobei ein erster Widerstand 8 innerhalb des Zellgehäuses 2 angeordnet ist und mit einer Innenseite des Zellgehäuses 2 und der Kathode 6 elektrisch verbunden ist. Der Widerstand 8 ist ein diskretes Bauteil oder eine auf die Kathode 6 und/oder zumindest einen Abschnitt des Zellgehäuses 2 aufgebrachte Widerstandsschicht. Bei der letztgenannten Ausführung ist in vorteilhafter Weise eine kompakte Bauform der Einzelzelle 1 realisierbar.Furthermore, the single cell comprises 1 electrical resistances 8th . 9 , being a first resistor 8th within the cell housing 2 is arranged and with an inside of the cell housing 2 and the cathode 6 electrically connected. The resistance 8th is a discrete component or one on the cathode 6 and / or at least a portion of the cell housing 2 applied resistance layer. In the latter embodiment is advantageously a compact design of the single cell 1 realizable.

Ein zweiter Widerstand 9 ist außerhalb des Zellgehäuses 2 angeordnet und mit einer Außenseite des Zellgehäuses 2 und der Kathode 6 elektrisch verbunden. Hierbei ist der Widerstand 9 insbesondere als diskretes Bauteil ausgebildet.A second resistance 9 is outside the cell housing 2 arranged and with an outside of the cell housing 2 and the cathode 6 electrically connected. Here is the resistance 9 in particular designed as a discrete component.

Im Gegensatz zu einer direkten elektrischen Verbindung zwischen der Kathode 6 und dem Zellgehäuse 2 wird mittels des Widerstandes 8, 9 und dessen hochohmiger Auslegung in einem Bereich von mehreren hundert kΩ bis einigen MΩ in vorteilhafter Weise an dem Zellgehäuse 2 ein elektrisches Potential gegen die Kathode 6 der Elektrodenanordnung 3 klar definiert und ist immer gleich groß.Unlike a direct electrical connection between the cathode 6 and the cell case 2 becomes by means of the resistance 8th . 9 and its high-impedance design in a range of several hundred kΩ to several MΩ in an advantageous manner to the cell housing 2 an electrical potential against the cathode 6 the electrode assembly 3 clearly defined and always the same size.

Weiterhin ist der Widerstandswert des Widerstandes 8, 9 um einen Faktor 10 bis 100 kleiner als ein Isolationswiderstand eines mechanischen Aufbaus der elektrischen Batterie. Somit ist sichergestellt, dass die äußere Beschaltung mit Isolationswiderständen das elektrische Potential des Zellgehäuses 2 einer Einzelzelle 1 lediglich begrenzt verschiebt.Furthermore, the resistance of the resistor 8th . 9 by a factor of 10 to 100 smaller than an insulation resistance of a mechanical structure of the electric battery. This ensures that the external wiring with insulation resistances the electrical potential of the cell housing 2 a single cell 1 only limited shifts.

Alternativ oder zusätzlich zur dargestellten Anzahl und Anordnung der Widerstände 8, 9 sind auch eine andere Anzahl und abweichende Anordnungen von Widerständen 8, 9 möglich. In nicht näher dargestellten Ausführungsbeispielen ist lediglich ein Widerstand 8 innerhalb des Zellgehäuses 2 angeordnet.Alternatively or in addition to the illustrated number and arrangement of the resistors 8th . 9 are also a different number and different arrangements of resistors 8th . 9 possible. In non-illustrated embodiments is only a resistor 8th within the cell housing 2 arranged.

In einem weiteren nicht näher dargestellten Ausführungsbeispiel ist lediglich ein Widerstand 9 außerhalb des Zellgehäuses 2 angeordnet.In another embodiment, not shown, only one resistor 9 outside the cell housing 2 arranged.

In einem weiteren nicht näher dargestellten Ausführungsbeispiel ist zumindest ein Widerstand 8, 9 durch die Poldurchführung 7 der Kathode 6 gebildet. Somit ist der Widerstand 8, 9 in der Poldurchführung 7 der Kathode 6 integriert. Die normalerweise elektrisch isolierende Poldurchführung 7 wird beispielsweise hierfür aus einem geeigneten, gering leitfähigen Kunststoff ausgeführt. Eine solche geringe, elektrische Leitfähigkeit kann beispielsweise durch Beimengung geeigneter Stoffe in ein Ausgangsmaterial der Poldurchführung 7 für die Kathode 6 erreicht werden. Vorteilhafterweise ist bei diesem Ausführungsbeispiel lediglich das Material der Poldurchführung 7 der Kathode 6 ein anderes als der Poldurchführung 7 der Anode 5, so dass keine zusätzlichen Bauteile, Arbeitsgänge und elektrische Verbindungen anfallen, wodurch eine sehr kostengünstige Lösung des zellverträglichen elektrischen Potentials auf dem Zellgehäuse 2 im Bezug zu dessen Kathode 6 realisiert wird. Des Weiteren können auf einer einzigen Fertigungslinie Einzelzellen 1 mit oder ohne Poldurchführung 7 aus einem elektrisch gering leitenden Kunststoff produziert werden, da lediglich entsprechende Poldurchführungen 7 eingesetzt werden.In another embodiment, not shown, at least one resistor 8th . 9 through the pole feedthrough 7 the cathode 6 educated. Thus, the resistance 8th . 9 in the pole lead-through 7 the cathode 6 integrated. The normally electrically insulating pole feedthrough 7 For example, this is done from a suitable, low-conductive plastic. Such a low electrical conductivity can be achieved, for example, by admixing suitable substances in a starting material of the terminal leadthrough 7 for the cathode 6 be achieved. Advantageously, in this embodiment, only the material of the terminal leadthrough 7 the cathode 6 another than the pole feedthrough 7 the anode 5 , so that no additional components, operations and electrical connections incurred, creating a very cost-effective solution of cell-compatible electrical potential on the cell housing 2 in relation to its cathode 6 is realized. Furthermore, single cells can be produced on a single production line 1 with or without terminal leadthrough 7 are produced from a low electrically conductive plastic, as only corresponding Poldurchführungen 7 be used.

Claims (10)

Einzelzelle (1) für eine elektrische Batterie mit einer elektrisch aktiven Elektrodenanordnung (3), welche in einem Zellgehäuse (2) angeordnet ist und eine der Elektrodenanordnung (3) zugehörige Anode (5) und Kathode (6) jeweils mittels einer Poldurchführung (7) aus dem Zellgehäuse (2) geführt sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Zellgehäuse (2) mittels zumindest eines elektrischen Widerstandes (8, 9) mit einer Kathode (6) der Elektrodenanordnung (3) elektrisch verbunden ist.Single cell ( 1 ) for an electric battery with an electrically active electrode arrangement ( 3 ), which in a cell housing ( 2 ) and one of the electrode arrangement ( 3 ) associated anode ( 5 ) and cathode ( 6 ) each by means of a pole feedthrough ( 7 ) from the cell housing ( 2 ), characterized in that the cell housing ( 2 ) by means of at least one electrical resistance ( 8th . 9 ) with a cathode ( 6 ) of the electrode assembly ( 3 ) is electrically connected. Einzelzelle (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Poldurchführungen (7) isolierend sind.Single cell ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the pole feedthroughs ( 7 ) are insulating. Einzelzelle (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Widerstandswert des Widerstandes (8, 9) mehrere hundert kΩ bis einige MΩ beträgt.Single cell ( 1 ) according to claim 1 or 2, characterized in that a resistance value of the resistor ( 8th . 9 ) is several hundred kΩ to several MΩ. Einzelzelle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Widerstandswert des Widerstandes (8, 9) um einen Faktor 10 bis 100 kleiner als ein Isolationswiderstand eines mechanischen Aufbaus der elektrischen Batterie ist.Single cell ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that a resistance value of the resistor ( 8th . 9 ) is smaller than an insulation resistance of a mechanical structure of the electric battery by a factor of 10 to 100. Einzelzelle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Widerstand (8, 9) innerhalb des Zellgehäuses (2) angeordnet ist.Single cell ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the resistance ( 8th . 9 ) within the cell housing ( 2 ) is arranged. Einzelzelle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Widerstand (8, 9) ein diskretes Bauteil oder eine auf die Kathode (6) und/oder zumindest einen Abschnitt des Zellgehäuses (2) aufgebrachte Widerstandsschicht ist.Single cell ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the resistance ( 8th . 9 ) a discrete component or one on the cathode ( 6 ) and / or at least a portion of the Cell housing ( 2 ) is applied resistive layer. Einzelzelle (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Widerstand (8, 9) außerhalb des Zellgehäuses (2) angeordnet ist, wobei der Widerstand (8, 9) mit einer Außenseite des Zellgehäuses (2) und einem mit der Kathode (6) der Elektrodenanordnung (3) gekoppelten Zellpol elektrisch verbunden ist.Single cell ( 1 ) according to one of claims 1 to 4 or 6, characterized in that the resistance ( 8th . 9 ) outside the cell housing ( 2 ), the resistance ( 8th . 9 ) with an outer side of the cell housing ( 2 ) and one with the cathode ( 6 ) of the electrode assembly ( 3 ) coupled cell pole is electrically connected. Einzelzelle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Widerstand (8) innerhalb des Zellgehäuses 2 und zumindest ein Widerstand (9) außerhalb des Zellgehäuses (2) angeordnet ist, wobei der außerhalb des Zellgehäuses (2) angeordnete Widerstand (9) mit einer Außenseite des Zellgehäuses (2) und einem mit der Kathode (6) der Elektrodenanordnung (3) gekoppelten Zellpol elektrisch verbunden ist.Single cell ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that at least one resistor ( 8th ) within the cell housing 2 and at least one resistance ( 9 ) outside the cell housing ( 2 ), wherein the outside of the cell housing ( 2 ) arranged resistance ( 9 ) with an outer side of the cell housing ( 2 ) and one with the cathode ( 6 ) of the electrode assembly ( 3 ) coupled cell pole is electrically connected. Einzelzelle (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Widerstand (8, 9) durch die Poldurchführung (7) der Kathode (6) gebildet ist.Single cell ( 1 ) according to claim 1, characterized in that at least one resistor ( 8th . 9 ) through the pole feedthrough ( 7 ) the cathode ( 6 ) is formed. Elektrische Batterie umfassend mehrere elektrisch seriell und/oder parallel verschaltete Einzelzellen (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Electric battery comprising a plurality of electrically series-connected and / or parallel-connected individual cells ( 1 ) according to any one of the preceding claims.
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