DE102014106204A1 - Battery cell and battery with one or more battery cells - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Batteriezelle mit einem Batteriezellendeckelelement, durch das ein Batteriezellenpol zur Verbindung mit einem Elektrodenkern hindurchgeführt ist, wobei der Batteriezellenpol gegen das Batteriezellendeckelelement mittels eines Isolators isoliert an dem Batteriezellendeckelelement gelagert ist, wobei der Isolator ein batteriezellendeckelelementinnenseitig angeordnetes erstes Isolatorelement und ein batteriezellendeckelelementinnenseitig angeordnetes zweites Isolatorelement aufweist, die zwischen dem Batteriezellendeckelelement und einem mit dem Elektrodenkern verbundenen Leiterelement angeordnet und derart ausgebildet sind, dass ein Kraftfluss zwischen dem Batteriezellendeckelelement und dem Leiterelement in größerem Ausmaß durch das erste Isolatorelement als durch das zweite Isolatorelement geleitet wird.
Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf eine Batterie mit einer oder mehreren von solchen Batteriezellen.The invention relates to a battery cell having a battery cell cover element, through which a battery cell pole is passed for connection to an electrode core, wherein the battery cell pole is mounted against the battery cell cover element by means of an insulator isolated on the battery cell cover element, wherein the insulator a battery cell cover element inside arranged first insulator element and a battery cell cover element inside arranged second An insulator member disposed between the battery cell lid member and a conductor member connected to the electrode core and formed such that a force flow between the battery cell lid member and the conductor element is passed through the first insulator element to a greater extent than by the second insulator element.
Furthermore, the invention relates to a battery with one or more of such battery cells.
Description
Die Erfindung betrifft eine Batteriezelle, insbesondere für ein Fahrzeug wie ein Nutz- oder Kraftfahrzeug, mit einem Batteriezellendeckelelement, durch das ein Batteriezellenpol zur Verbindung mit einem Elektrodenkern hindurchgeführt ist, wobei der Batteriezellenpol gegen das Batteriezellendeckelelement mittels eines Isolators isoliert an dem Batteriezellendeckelelement gelagert ist.The invention relates to a battery cell, in particular for a vehicle such as a commercial or motor vehicle, with a battery cell cover element through which a battery cell pole is passed for connection to an electrode core, wherein the battery cell pole is mounted against the battery cell cover element by means of an insulator isolated on the battery cell cover element.
Darüber hinaus bezieht sich die Erfindung auf eine Batterie mit einer oder mehreren von solchen Batteriezellen, die vorzugsweise mittels einer Reihen- und/oder Parallelschaltung elektrisch miteinander verbunden sind.Moreover, the invention relates to a battery having one or more of such battery cells, which are preferably electrically connected to each other by means of a series and / or parallel connection.
Derartige Batteriezellen und Batterien kommen beispielsweise im Zusammenhang mit Kraftfahrzeugen mit Hybridantrieb, z. B. in PHEVs (engl. „plug-in hybrid electric vehicles”), so genannten Plug-in-Hybrids oder auch Plug-in-Hybrid-elektrische Fahrzeuge genannt, oder im Zusammenhang mit sogenannten BEVs (engl. „battery electric vehicles”; dt. „batterieelektrische Fahrzeuge”) zum Einsatz.Such battery cells and batteries come for example in connection with motor vehicles with hybrid drive, z. As in PHEVs (English "plug-in hybrid electric vehicles"), so-called plug-in hybrids or plug-in hybrid electric vehicles called, or in connection with so-called BEVs (English "battery electric vehicles"). ; dt "battery electric vehicles") are used.
Ein Ausschnitt einer herkömmlichen Batteriezelle
Die herkömmliche Batteriezelle
Der Elektrodenkern wird dabei auf bekannte Weise beispielsweise durch ein oder mehrere Elektrodenverbunde wie Elektrodenwickel, -stapel, -rollen oder sonstige dem Fachmann bekannte Elektrodenverbunde zur Ausbildung einer galvanischen Zelle in Verbindung mit einem Elektrolyt ausgebildet.The electrode core is formed in a known manner, for example by one or more electrode assemblies such as electrode coils, stacks, rolls or other known to the expert electrode assemblies for forming a galvanic cell in conjunction with an electrolyte.
In speziell ausgebildeten dem Fachmann bekannten Batteriezellen
Wie weiterhin in
Um die Abstützfunktion umzusetzen, ist im dargestellten Fall ferner eine Metallscheibe
Die Kunststoffteile
Ferner sind aus den dem Stand der Technik angehörenden Druckschriften
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die herkömmlichen Batteriezellen und Batterien derart weiterzubilden, dass die Montage einer Batteriezelle zu Batteriemodulen erleichtert werden kann.The invention is therefore the object of developing the conventional battery cells and batteries such that the assembly of a battery cell to battery modules can be facilitated.
Diese Aufgabe wird durch die Batteriezellen gemäß den Ansprüchen 1 und 7 sowie durch die Batterie gemäß Anspruch 10 gelöst.This object is achieved by the battery cells according to claims 1 and 7 and by the battery according to
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.Advantageous embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims.
Die erfindungsgemäße Batteriezelle ist vorzugsweise für ein Fahrzeug wie ein Nutz- oder Kraftfahrzeug vorgesehen und umfasst ein Batteriezellendeckelelement, durch das ein Batteriezellenpol zur Verbindung mit einem Elektrodenkern hindurchgeführt ist, wobei der Batteriezellenpol gegen das Batteriezellendeckelelement mittels eines Isolators isoliert an dem Batteriezellendeckelelement gelagert ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Isolator ein batteriezellendeckelelementinnenseitig angeordnetes erstes Isolatorelement und ein batteriezellendeckelelementinnenseitig angeordnetes zweites Isolatorelement aufweist, die zwischen dem Batteriezellendeckelelement und einem mit dem Elektrodenkern verbundenen Leiterelement angeordnet und derart ausgebildet sind, dass ein Kraftfluss zwischen dem Batteriezellendeckelelement und dem Leiterelement in größerem Ausmaß durch das erste Isolatorelement als durch das zweite Isolatorelement geleitet wird. The battery cell according to the invention is preferably provided for a vehicle such as a commercial or motor vehicle and comprises a battery cell cover element, through which a battery cell pole is passed for connection to an electrode core, wherein the battery cell pole is mounted against the battery cell cover element by means of an insulator isolated on the battery cell cover element. According to the invention, the insulator has a battery cell cover element inside a first insulator element and a battery cell cover element inside a second insulator element arranged between the battery cell cover element and a conductor element connected to the electrode core and formed such that a force flow between the battery cell cover element and the conductor element to a greater extent the first insulator element is passed through the second insulator element.
Dadurch, dass das erste Isolatorelement, welches aus ein oder mehreren einzelnen Bauteilen bestehen kann, als zusätzliche Kraft- und Momentabstützung vorgesehen ist und dementsprechend für eine höhere mechanische Belastbarkeit ausgelegt ist, kann das zweite Isolatorelement ausschließlich zur Ausübung seiner Dichtungsfunktion vorgesehen sein, ohne dabei auf die Belastungen während der Montage der Batteriezelle zum Batteriemodul achten zu müssen. Dies ermöglicht eine höhere zulässige Kraft-Momenten-Belastung der Terminals bzw. des Batteriezellenpols, was sich vorteilhaft auf die Taktzeit bei der Montage von Batteriemodulen und damit auf die dadurch entstehenden Montagekosten auswirken kann. Beispielsweise kann das erste Isolatorelement als ein zusätzliches hochfestes Kunststoffelement zur mechanischen Abstützung ausgeführt sein und in die Batteriezelle derart integriert werden, dass der Kraftfluss zwischen dem Batteriezellendeckelelement und dem Leiterelement in größerem Ausmaß durch das erste als Kunststoffelement ausgeführtes Isolatorelement als durch das zweite vorzugsweise als Dichtelement ausgeführtes Isolatorelement geleitet wird. Insbesondere kann das erste Isolatorelement aus einem speziellen hochfesten Kunststoff gefertigt werden. Isolations- und Dichtkomponenten wie das zweite Isolatorelement müssen damit keine oder nur geringfügige mechanischen Kräfte aufnehmen und können funktionsgerecht ausgelegt werden. Die Werkstoffe können spezifisch hinsichtlich ihrer Dichte und Isolationswirkung ausgewählt werden. So kann eine höhere Kraft-Moment Belastbarkeit des Terminals bzw. des Batteriezellenpols erreicht werden. Alternativ können das erste Isolatorelement und das zweite Isolatorelement auch mittels Mehrkomponenten-Spritzgießen hergestellt sein, so dass die Isolatorelemente Spritzgussteile ausbilden, die zwei oder mehreren verschiedenen Kunststoffe aufweisen, wie nachstehend noch näher ausgeführt wird.Characterized in that the first insulator element, which may consist of one or more individual components, is provided as an additional force and torque support and is accordingly designed for a higher mechanical strength, the second insulator element may be provided exclusively for the exercise of its sealing function, without thereby pay attention to the loads during installation of the battery cell to the battery module. This allows a higher allowable force-moment load of the terminals or the battery cell pole, which can advantageously affect the cycle time in the assembly of battery modules and thus on the resulting assembly costs. For example, the first insulator element may be designed as an additional high-strength plastic element for mechanical support and be integrated into the battery cell such that the power flow between the battery cell cover element and the conductor element to a greater extent by the first designed as a plastic element insulator element than by the second preferably as a sealing element Insulator element is passed. In particular, the first insulator element can be made of a special high-strength plastic. Insulation and sealing components such as the second insulator element must therefore absorb no or only minor mechanical forces and can be designed to function. The materials can be selected specifically with regard to their density and insulation effect. Thus, a higher force-moment load capacity of the terminal or the battery cell pole can be achieved. Alternatively, the first insulator element and the second insulator element can also be manufactured by means of multi-component injection molding, so that the insulator elements form injection molded parts which have two or more different plastics, as will be explained in more detail below.
Die erfindungsgemäße Batteriezelle kann in vorteilhafter Weise derart weitergebildet werden, dass das erste Isolatorelement und das zweite Isolatorelement derart beschaffen sind, dass das erste Isolatorelement bei Druckbeanspruchung in einem geringeren Ausmaß gestaucht wird als das zweite Isolatorelement bei gleicher Druckbeanspruchung. Beispielsweise können das erste und zweite Isolatorelement unter Vorspannung leicht gestaucht sein, wobei eine weitere Stauchung des zweiten Isolatorelements aufgrund der höheren Festigkeit/Steifigkeit des ersten Isolatorelements durch das erste Isolatorelement unterbunden wird. Das erste Isolatorelement ist somit derart ausgelegt, dass es bei Druckbeanspruchung einen erheblich größeren Kraftflussanteil als das zweite Isolatorelement aufnimmt. Mit anderen Worten liegen in dem ersten Isolatorelement höhere Druckspannungen vor als in dem zweiten Isolatorelement, sofern eine Druckbeanspruchung zwischen dem Batteriezellendeckelelement und dem Leiterelement auf das erste und zweite Isolatorelement aufgebracht werden.The battery cell according to the invention can be developed in an advantageous manner such that the first insulator element and the second insulator element are such that the first insulator element is compressed under pressure to a lesser extent than the second insulator element at the same compressive stress. For example, the first and second insulator elements may be slightly compressed under prestress, wherein a further compression of the second insulator element is prevented by the first insulator element due to the higher strength / rigidity of the first insulator element. The first insulator element is thus designed such that it absorbs a considerably larger force flow component than the second insulator element under compressive stress. In other words, higher compressive stresses are present in the first insulator element than in the second insulator element, provided that compressive stress is applied between the battery cell cover element and the conductor element on the first and second insulator elements.
Weiterhin kann die erfindungsgemäße Batteriezelle so verwirklicht werden, dass das erste Isolatorelement und das zweite Isolatorelement zumindest abschnittsweise nebeneinander zwischen dem Batteriezellendeckelelement und dem Leiterelement angeordnet sind, vorzugsweise das zweite Isolatorelement von dem ersten Isolatorelement zumindest abschnittsweise umgeben wird.Furthermore, the battery cell according to the invention can be realized so that the first insulator element and the second insulator element are at least partially juxtaposed between the battery cell cover element and the conductor element, preferably the second insulator element is at least partially surrounded by the first insulator element.
Darüber hinaus kann die erfindungsgemäße Batteriezelle derart umgesetzt werden, dass der Isolator ein batteriezellendeckelelementaußenseitig angeordnetes drittes Isolatorelement aufweist, das einen batteriezellendeckelelementaußenseitig angeordneten Batteriezellenpolabschnitt gegenüber dem Batteriezellendeckelelement isoliert und vorzugsweise zumindest abschnittsweise lagert.In addition, the battery cell according to the invention can be implemented such that the insulator has a battery cell cover element outside arranged third insulator element which isolates a battery cell cover element outside arranged Batteriezellenpolabschnitt relative to the battery cell cover element and preferably at least partially stored.
Des Weiteren kann die erfindungsgemäße Batteriezelle so ausgestaltet werden, dass der Isolator, insbesondere das erste Isolatorelement und/oder das dritte Isolatorelement, zumindest abschnittsweise über zumindest eine vorzugswiese als Verdrehsicherung fungierende formschlüssige Verbindung mit dem Batteriezellendeckelelement zur Übertragung eines Drehmoments verbunden ist.Furthermore, the battery cell according to the invention can be configured such that the insulator, in particular the first insulator element and / or the third insulator element, at least in sections via at least one positive locking acting as a positive locking connection is connected to the battery cell cover element for transmitting a torque.
Ferner kann die erfindungsgemäße Batteriezelle derart realisiert werden, dass das zweite Isolatorelement ausschließlich über eine Kraftschlüssige Verbindung mit dem Batteriezellendeckelelement und/oder dem Leiterelement verbunden ist und/oder als eine den Batteriezellenpol umgebende Dichtung, insbesondere als ein Dichtring, ausgeführt ist.Furthermore, the battery cell according to the invention can be realized such that the second insulator element is connected exclusively via a force-fit connection with the battery cell cover element and / or the conductor element and / or as a surrounding the battery cell pole seal, in particular as a sealing ring is executed.
Die weitere erfindungsgemäße Batteriezelle ist vorzugsweise für ein Fahrzeug wie ein Nutz- oder Kraftfahrzeug vorgesehen und umfasst ein Batteriezellendeckelelement, durch das ein Batteriezellenpol zur Verbindung mit einem Elektrodenkern hindurchgeführt ist, wobei der Batteriezellenpol gegen das Batteriezellendeckelelement mittels eines Isolators isoliert an dem Batteriezellendeckelelement gelagert ist. Erfindungsgemäß sind der Batteriezellenpol und das Batteriezellendeckelelement abschnittsweise derart ausgebildet, dass der Batteriezellenpol mittels zumindest einer formschlüssigen Verbindung mit dem Batteriezellendeckelelement derart verbunden ist, dass die formschlüssige Verbindung ein Entfernen des Batteriezellenpols zumindest in der Durchführungsrichtung des Batteriezellenpols durch das Batteriezellendeckelelement verhindert.The further battery cell according to the invention is preferably for a vehicle such as a utility or Motor vehicle provided and comprises a battery cell cover element through which a battery cell pole is passed for connection to an electrode core, wherein the battery cell pole is mounted against the battery cell cover element by means of an insulator isolated on the battery cell cover element. According to the battery cell pole and the battery cell cover element are partially formed such that the battery cell pole is connected by means of at least one positive connection with the battery cell cover element such that the positive connection prevents removal of the battery cell pole at least in the feedthrough direction of the battery cell through the battery cell cover element.
Dadurch ergeben sich die im Zusammenhang mit der vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Batteriezelle erläuterten Eigenschaften und Vorteile auf gleiche oder ähnliche Weise, weshalb zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorstehenden Ausführungen im Zusammenhang mit der vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Batteriezelle verwiesen wird.As a result, the properties and advantages described in connection with the above-described battery cell according to the invention result in the same or a similar manner, so reference is made to avoid repetition to the above statements in connection with the above-described battery cell according to the invention.
Gleiches gilt sinngemäß auch für die folgenden bevorzugten Ausführungsformen der weiteren erfindungsgemäßen Batteriezelle, weshalb auch diesbezüglich zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorstehenden Ausführungen im Zusammenhang mit der vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Batteriezelle verwiesen wird.The same applies mutatis mutandis to the following preferred embodiments of the other battery cell according to the invention, which is why reference is made in this regard to avoid repetition of the above statements in connection with the battery cell according to the invention described above.
Die weitere erfindungsgemäße Batteriezelle kann in vorteilhafter Weise derart ausgebildet sein, dass die formschlüssige Verbindung zumindest durch einen Kragenabschnitt des Batteriezellenpols und eine den Kragenabschnitt beidseitig stützende Aufnahme des Batteriezellendeckelelements gebildet wird.The further battery cell according to the invention can be designed in an advantageous manner such that the positive connection is formed at least by a collar portion of the battery cell pole and a collar portion supporting the receptacle on both sides of the battery cell cover element.
Weiterhin kann die weitere erfindungsgemäße Batteriezelle so ausgestaltet sein, dass die Aufnahme des Batteriezellendeckelelements durch eine Aussparung in dem Batteriezellendeckelelement zur Aufnahme des Kragenabschnitts und ein die Aussparung zumindest teilweise verschließendes Verschlusselement ausgebildet wird, so dass der Kragenabschnitt zwischen der Aussparung und dem Verschlusselement zur beidseitigen Stützung des Kragenabschnitts angeordnet ist. Beispielsweise kann das Kräfte und Momente aufnehmende Verschlusselement durch eine an das Batteriezellendeckelelement angeschweißte Aluminiumplatte ausgebildet werden, welche den Kragenabschnitt bzw. Kragen an dem Batteriezellenpol bzw. am Terminal zusammen mit der Aussparung beidseitig abgestützt.Furthermore, the further battery cell according to the invention can be designed so that the receptacle of the battery cell cover element is formed by a recess in the battery cell cover element for receiving the collar portion and a recess at least partially occlusive closure element, so that the collar portion between the recess and the closure element for two-sided support of Collar portion is arranged. For example, the forces and moments receiving closure element can be formed by an aluminum plate welded to the battery cell cover element, which supports the collar portion or collar on both sides of the battery cell pole or terminal together with the recess.
Ferner kann die erfindungsgemäße Batteriezelle derart ausgestaltet werden, dass das erste Isolatorelement und/oder das zweite Isolatorelement als Mehrkomponenten-Spritzgussteile, vorzugsweise Zwei-Komponenten-Spritzgussteile, ausgebildet sind. Wie vorstehend bereits ausgeführt ist, können das erste Isolatorelement und/oder das zweite Isolatorelement auch mittels Mehrkomponenten-Spritzgießen hergestellt sein, so dass die Isolatorelemente Spritzgussteile ausbilden, die zwei oder mehreren verschiedenen Kunststoffe aufweisen. In diesem Zusammenhang werden vorzugsweise unterschiedliche physikalische Eigenschaften aufweisende Kunststoffe für ein jeweiliges Spritzgussteil verwendet (sog. Mehrrohstoff-Spritzgießen). Vorzugsweise werden die Isolatorelemente mittels eines Zwei-Komponenten-Spritzgießverfahrens so ausgebildet, dass das hergestellte Zwei-Komponenten-Spritzgussteil einen weichen Kunststoffkern und eine den weichen Kunststoffkern umgebende härtere Kunststoffumantelung aufweist.Furthermore, the battery cell according to the invention can be configured such that the first insulator element and / or the second insulator element are designed as multi-component injection molded parts, preferably two-component injection molded parts. As already explained above, the first insulator element and / or the second insulator element can also be produced by means of multi-component injection molding, so that the insulator elements form injection-molded parts which have two or more different plastics. In this connection, plastics having different physical properties are preferably used for a respective injection-molded part (so-called multi-material injection molding). Preferably, the insulator elements are formed by means of a two-component injection molding process so that the produced two-component injection-molded part has a soft plastic core and a harder Kunststoffumantelung surrounding the soft plastic core.
Die erfindungsgemäße Batterie weist eine oder mehrere der erfindungsgemäßen Batteriezellen auf, welche vorzugsweise mittels einer Reihen- und/oder Parallelschaltung elektrisch miteinander verbunden sind.The battery according to the invention has one or more of the battery cells according to the invention, which are preferably electrically connected to each other by means of a series and / or parallel connection.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend anhand der Figuren beispielhaft erläutert.Advantageous embodiments of the invention are explained below by way of example with reference to FIGS.
Es zeigen:Show it:
Entsprechend der ersten Ausführungsform wird eine erfindungsgemäße Batterie durch genau eine erfindungsgemäße Batteriezelle
Wie in den
Das Batteriezellendeckelelement
Im dargestellten Fall wird nur der Minuspol bzw. der negative Batteriezellenpol näher beschrieben.In the case shown, only the negative pole or the negative battery cell pole is described in detail.
Der negative Batteriezellenpol
Der Isolator
Weiterhin weist der Isolator
In dieser Ausführungsform sind das erste Isolatorelement
Wie den
Wie besonders gut in
Wie in
Die in der Beschreibung, in den Ansprüchen sowie in den Zeichnungen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.The features disclosed in the specification, in the claims and in the drawings may be essential both individually and in any combination for the realization of the invention.
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- US 2012/0164522 A1 [0011] US 2012/0164522 A1 [0011]
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