DE102014204245A1 - Energiespeichereinheit mit einer Mehrzahl von galvanischen Zellen, Batteriezelle für eine solche Energiespeichereinheit und Verfahren zur Herstellung der Batteriezelle - Google Patents

Energiespeichereinheit mit einer Mehrzahl von galvanischen Zellen, Batteriezelle für eine solche Energiespeichereinheit und Verfahren zur Herstellung der Batteriezelle Download PDF

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Jens Boehme
Joachim Fetzer
Sarmimala Hore
Holger Reinshagen
Michael Austen
Martin Gerlach
Silvan Poller
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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Energiespeichereinheit (1) mit einer Mehrzahl von galvanischen Zellen (2), wobei die galvanischen Zellen (2) jeweils eine erste Außenseite (3) umfassend eine erste Elektrode (5) und eine zweite Außenseite (4) umfassend eine zweite Elektrode (6) aufweisen und die galvanischen Zellen (2) durch Aneinanderreihung (9) der galvanischen Zellen (2) mit den Außenseiten (3, 4) über die Elektroden (5, 6) elektrisch miteinander verschaltet sind. Die Energiespeichereinheit (1) umfasst zudem ein erstes Rahmenelement (7) und ein zweites Rahmenelement (8), welche direkt oder indirekt miteinander verbunden sind, wobei das erste Rahmenelement (7) an dem einen Ende (10) der Aneinanderreihung (9) der galvanischen Zellen (2) angeordnet ist und das zweite Rahmenelement (8) an dem anderen Ende (11) der Aneinanderreihung (9) der galvanischen Zellen (2) angeordnet ist. Zudem betrifft die vorliegende Erfindung eine Batteriezelle (2) zur Verwendung mit einer erfindungsgemäßen Energiespeichereinheit (1) sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Batteriezelle (2).

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Energiespeichereinheit, insbesondere ein Batteriemodul, mit einer Mehrzahl von galvanischen Zellen, insbesondere von Batteriezellen, wobei die galvanischen Zellen jeweils eine erste Außenseite umfassend eine erste Elektrode und eine zweite Außenseite umfassend eine zweite Elektrode aufweisen und die galvanischen Zellen durch Aneinanderreihung der galvanischen Zellen mit den Außenseiten über die Elektroden elektrisch miteinander verschaltet sind. Somit betrifft die Erfindung allgemein die Verschaltung von galvanischen Zellen, insbesondere von Batteriezellen, zu einem mehrzelligen Energiespeicher.
  • Ferner betrifft die Erfindung eine Batteriezelle zur Verwendung mit einer solchen Energiespeichereinheit sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Batteriezelle.
  • Derartige Energiespeichereinheiten und Batteriezellen sind insbesondere als mobile oder als stationär eingesetzte Energiespeichereinheiten nutzbar.
  • Stand der Technik
  • Um Energiespeichereinheiten bereitstellen zu können, die ausgebildet sind, hohe Spannungen beziehungsweise hohe Ströme zu liefern, ist es bekannt, mehrere Einzelzellen elektrisch in Reihe oder elektrisch parallel zu einer Energiespeichereinheit zu verschalten. Für das Verschalten von mehreren Einzelzellen zu einer Energiespeichereinheit sind im Stand der Technik unterschiedliche Techniken bekannt, wobei diese unterschiedlichen Verschaltungstechniken mitunter unterschiedliche Designs der zu verschaltenden galvanischen Zellen erfordert.
  • Beispielsweise weisen sogenannte Pouchzellen für die elektrische Kontaktierung üblicherweise dünne Metallbänder oder Metallfolien als sogenannte „Kontaktfähnchen“ auf. Solche Pouchzellen sind im Stand der Technik beispielsweise aus den Druckschriften DE 10 2010 032 414 A1 oder EP 2 413 414 A3 bekannt. Eine Reihen- oder Parallelschaltung solcher Pouchzellen wird dabei üblicherweise durch ein Kontaktieren der Kontaktfähnchen mittels Löt-, Schraub- oder Quetschverbindungen hergestellt, wie beispielsweise in der Druckschrift EP 2 605 301 A2 offenbart.
  • Von einem sogenannten Hardcase umgebene prismatische Batteriezellen weisen zur elektrisch Kontaktierung üblicherweise sogenannte Zellterminals auf, welche aus dem Hardcase herausragen. Diese Zellterminals werden üblicherweise zur Verschaltung mehrerer solche prismatischer Zellen mittels sogenannter Zellverbinder durch Schraub- oder Schweißverbindung elektrisch miteinander verbunden.
  • Aus der Druckschrift US 8,372,536 B2 und der am Anmeldetag dieser Erfindung noch nicht veröffentlichten Druckschrift DE 10 2012 221 680 sind zudem Batteriezellen mit einem Metallgehäuse bekannt, wobei ein Teil des Metallgehäuses als Zellterminal der Batteriezelle ausgebildet ist, sodass derartig ausgebildete Batteriezellen durch Aneinanderreihung elektrisch miteinander kontaktierbar sind.
  • Neben der Verschaltung von galvanischen Zellen zu einer Energiespeichereinheit ist eine weitere Herausforderung das Bereitstellen von Sicherheitsmaßnahmen, um einen sicheren Betrieb der Energiespeichereinheit gewährleisten zu können. Eine Sicherheitsmaßnahme, die zudem einer vorzeitigen Alterung der galvanischen Zellen entgegenwirkt, ist das Temperieren der galvanischen Zellen einer Energiespeichereinheit. Hierzu wird üblicherweise eine kühlmitteldurchströmte Kühlplatte, auf der die galvanischen Zellen angeordnet sind, als Kühlvorrichtung eingesetzt. Nachteiligerweise steigt durch eine solche Kühlplatte das Gewicht, was insbesondere im Fahrzeugbau unerwünscht ist.
  • Als weitere Sicherheitsmaßnahem sind beispielsweise aus der Druckschrift EP 2 605 301 A2 sogenannte thermische Sicherheitsbarrieren bekannt, die zwischen nebeneinander angeordneten galvanischen Zellen eingesetzt werden. Diese Sicherheitsbarrieren sollen im Fall eines sogenannten thermischen Durchgehens (engl. „thermal runaway“) einer galvanischen Zelle verhindern, dass sich das thermische Durchgehen auf benachbarte galvanische Zellen überträgt und es somit zu einer Kettenreaktion kommt, in deren Folge eine Vielzahl von galvanischen Zellen zerstört werden.
  • Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Energiespeichereinheit, insbesondere ein Batteriemodul, mit einer Mehrzahl von galvanischen Zellen, insbesondere Batteriezellen, zu verbessern, insbesondere dahingehend, dass das Gewicht der Energiespeichereinheit reduziert ist, insbesondere in Bezug auf das Verhältnis von „passiver Masse“ (Zellverbinder, Zellgehäuse, Sicherheitseinrichtungen, etc.) zu „aktiver Masse“ (Kathodenmaterial, Anodenmaterial, Lösungsmittel etc.). Ferner soll insbesondere die Anzahl der Komponenten, die die Energiespeichereinheit aufweist, reduziert werden, und somit die Herstellung einer Energiespeichereinheit somit vorteilhafterweise kostengünstiger werden. Vorteilhafterweise soll zudem die Anzahl der zur Herstellung einer Energiespeichereinheit erforderlichen Fertigungsschritte reduziert werden.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Zur Lösung der Aufgabe wird eine Energiespeichereinheit, insbesondere ein Batteriemodul, mit einer Mehrzahl von galvanischen Zellen, insbesondere von Batteriezellen, vorgeschlagen, wobei die galvanischen Zellen jeweils eine erste Außenseite umfassend eine erste Elektrode und eine zweite Außenseite umfassend eine zweite Elektrode aufweisen und die galvanischen Zellen durch Aneinanderreihung der galvanischen Zellen mit den Außenseiten über die Elektroden elektrisch miteinander verschaltet sind, und wobei die Energiespeichereinheit ein erstes Rahmenelement und ein zweites Rahmenelement umfasst, welche miteinander verbunden sind, insbesondere direkt oder indirekt miteinander verbunden sind, wobei das erste Rahmenelement an dem einen Ende der Aneinanderreihung der galvanischen Zellen angeordnet ist und das zweite Rahmenelement an dem anderen Ende der Aneinanderreihung der galvanischen Zellen angeordnet ist. Insbesondere ist vorgesehen, dass das erste Rahmenelement und das zweite Rahmenelement lösbar miteinander verbunden sind, insbesondere über eine Steck- und/oder eine Rastverbindung. Die Rahmenzellen fixieren dabei vorteilhafterweise die galvanischen Zellen. Darüber hinaus wird vorteilhafterweise die Position der galvanischen Zellen durch die Rahmenelemente bestimmt. Das erste Rahmenelement und das zweite Rahmenelement bilden somit vorteilhafterweise quasi Modulendplatten. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Anordnung der Batteriezellen über das erste Rahmenelement und/oder das zweite Rahmenelement elektrisch kontaktierbar ist. Hierzu umfasst das erste Rahmenelement und/oder das zweite Rahmenelement vorteilhafterweise ein Kontaktierungselement, insbesondere ein Terminal, vorzugsweise einen Steckkontakt.
  • Die im Zusammenhang mit den Rahmenelementen genutzten Zahlwörter, insbesondere „erstes“ und „zweites“, dienen ausschließlich der Unterscheidung der Rahmenelemente ohne dabei eine Reihenfolge der Anordnung der Rahmenelemente festzulegen.
  • Insbesondere richtet sich die Erfindung an in Hybrid-, Plug-In-Hybrid- oder Elektrofahrzeugen als Energiequelle zur Bereitstellung der für den Betrieb eines solchen Fahrzeugs erforderlichen elektrischen Energie nutzbare Energiespeichereinheit.
  • Insbesondere ist ferner vorgesehen, dass die galvanischen Zellen sekundäre Batteriezellen, also Akkumulatorzellen sind, besonders bevorzugt nachladbare Lithium-Ionen-Zellen. Vorzugsweise sind die galvanischen Zellen quaderförmig ausgestaltet. Insbesondere sind galvanische Zellen vorgesehen, die eine Länge zwischen 5 cm und 50 cm (cm: Zentimeter) aufweisen, vorzugsweise eine Länge zwischen 10 cm und 30 cm. Die Zellen weisen dabei vorzugsweise eine geringere Breite als Länge auf. Die Dicke dieser Zellen kann insbesondere zwischen 0,5 cm und 10 cm betragen; es können aber auch Zellen mit einer Dicke von beispielsweise 30 cm vorgesehen werden. Die Abmessungen der Zelle werden dabei insbesondere durch die Art der galvanischen Zelle bestimmt.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsvariante der erfindungsgemäßen Energiespeichereinheit ist vorgesehen, dass das erste Rahmenelement und/oder das zweite Rahmenelement jeweils wenigstens eine galvanische Zelle vollständig umrahmt. Umfasst die erfindungsgemäße Energiespeichereinheit als Rahmenelemente ausschließlich das erste Rahmenelement und das zweite Rahmenelement, so ist insbesondere vorgesehen, dass das erste Rahmenelement und das zweite Rahmenelement die galvanischen Zellen vollständig umschließen, das heißt in das erste Rahmenelement und/oder das zweite Rahmenelement können vorteilhafterweise mehrere galvanische Zellen eingelegt werden. In einem Rahmenelement können dabei also mehrere galvanische Zellen eingefügt sein, wobei das erste Rahmenelement und das zweite Rahmenelement nach dem Anordnen der galvanischen Zellen in die Rahmenelemente vorteilhafterweise zusammengefügt werden.
  • Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass zwischen dem ersten Rahmenelement und dem zweiten Rahmenelement wenigstens ein drittes Rahmenelement angeordnet ist, welches zumindest eine galvanische Zelle der Energiespeichereinheit zumindest teilweise umrahmt, wobei vorteilhafterweise das erste Rahmenelement über das wenigstens eine dritte Rahmenelement mit dem zweiten Rahmenelement verbunden ist. Insbesondere ist vorgesehen, dass ein drittes Rahmenelement der Energiespeichereinheit jeweils eine Dicke aufweist, die es erlaubt, genau eine der galvanischen Zellen der Energiespeichereinheit zu umrahmen. Vorzugsweise werden je zwei aneinander angeordnete galvanische Zellen jeweils zur Hälfte von einem dritten Rahmenelement der Energiespeichereinheit umrahmt, insbesondere derart, dass die einander kontaktierenden Außenseiten der galvanischen Zellen vollständig von dem Rahmenelement umschlossen sind. Insbesondere ist vorgesehen, dass die erfindungsgemäße Energiespeichereinheit eine Mehrzahl von dritten Rahmenelementen aufweist, wobei die vorzugsweise die gleiche Geometrie aufweisen. Dabei können die dritten Rahmenelemente der Energiespeichereinheit vorteilhafterweise durch unterschiedliche weitere Funktionalitäten, die insbesondere über ein Fixieren und/oder Stabilisieren der Aneinanderreihung der galvanischen Zellen hinausgehen, aufweisen. Vorteilhafterweise ist durch die Rahmenelemente eine hohe Variabilität im Hinblick auf die Anzahl der zu verschaltenden galvanischen Zellen gegeben.
  • Eine weitere besonders vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Energiespeichereinheit sieht vor, dass das wenigstens eine dritte Rahmenelement jeweils zwischen gleichgroßen Gruppen von elektrisch miteinander verschalteten galvanischen Zellen der Energiespeichereinheit angeordnet ist. Gleich große Gruppen von elektrisch miteinander verschalteten galvanischen Zellen umfassen dabei die gleiche Anzahl von elektrisch miteinander verschalteten galvanischen Zellen. Dabei ist als vorteilhafte Ausgestaltung insbesondere auch der Fall vorgesehen, dass eine Gruppe nur eine einzige galvanische Zelle umfasst. Insbesondere ist vorgesehen, dass das wenigstens eine dritte Rahmenelement derart ausgebildet ist, dass jeweils die Anzahl von galvanischen Zellen, die einer Gruppe angehören, durch das dritte Rahmenelement umrahmt wird. Insbesondere ist gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass das erste Rahmenelement und das wenigstens eine dritte Rahmenelement jeweils ausgebildet sind, jeweils eine galvanische Zelle bis zur deren Hälfte vollständig zu umrahmen. Dabei ist vorgesehen, dass beginnend mit dem ersten Rahmenelement zunächst eine galvanische Zelle in dem ersten Rahmenelement angeordnet wird, dann ein drittes Rahmenelement mit dem ersten Rahmenelement verbunden wird, wobei die zweite Hälfte der ersten galvanischen Zelle von diesem dritten Rahmenelement umrahmt wird, dann eine weitere galvanische Zelle zur Hälfte in dieses dritte Rahmenelement eingebracht wird, und dann wiederum ein drittes Rahmenelement an dem vorherigen dritten Rahmenelement angeordnet wird, wobei wieder von diesem Rahmenelement jeweils zwei galvanische Zellen zur Hälfte umrahmt werden. Dies setzt sich vorteilhafterweise so lange fort, bis auf diese Art und Weise sämtliche galvanische Zellen elektrisch miteinander verschaltet sind. Abschließend wird das zweite Rahmenelement an das letzte dritte Rahmenelement angefügt, wobei das zweite Rahmenelement insbesondere die letzte galvanische Zelle fixiert. Vorteilhafterweise ist dabei kein weiteres Gehäuse erforderlich, in welches die Energiespeichereinheit eingebracht ist. Vorteilhafterweise erfüllen die Rahmenelemente dabei eine Dichtfunktion und verhindern vorteilhafterweise, dass die galvanischen Zellen mit Feuchtigkeit in Kontakt kommen. Da die Rahmenelemente somit vorteilhafterweise eine Gehäuseersatzfunktion sowie eine Fixierungsfunktion erfüllen und vorteilhafterweise keine Zellverbinder erforderlich sind, ist das Gewicht der erfindungsgemäßen Energiespeichereinheit vorteilhafterweise reduziert.
  • Insbesondere ist vorgesehen, dass die Rahmenelemente aus einem elektrisch nicht leitfähigen Kunststoff sind. Vorzugsweise sind die Rahmenelemente als Spritzgussteil hergestellt, was vorteilhafterweise zu einer kostengünstigen Herstellung der erfindungsgemäßen Energiespeichereinheit beiträgt.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Energiespeichereinheit ist vorgesehen, dass die Rahmenelemente jeweils wenigstens ein Fixierelement aufweisen, wobei benachbarte Rahmenelemente jeweils über das wenigstens eine Fixierelement miteinander verbunden sind. Als Fixierelemente sind vorzugsweise Rasthaken und entsprechende Aufnahmen für diese Rasthaken vorgesehen. Andere Steckelemente sind ebenfalls als bevorzugte Fixierelemente vorgesehen, da hierdurch der Aufbau einer erfindungsgemäßen Energiespeichereinheit vorteilhafterweise erleichtert ist, wodurch die Herstellungskosten vorteilhafterweise reduziert sind. Vorteilhafterweise ermöglichen die Fixierelemente ein lösbares Verbinden der Rahmenelemente, wodurch vorteilhafterweise eine defekte galvanische Zelle auf einfache Art und Weise ausgetauscht werden kann. Falls ein Austausch von Einzelzellen nicht erforderlich und/oder nicht gewünscht ist und/oder erhöhte Vorspannkräfte notwendig werden, ist gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung eine zusätzliche äußere Verspannung vorgesehen, insbesondere mittels eines Spanngurts und/oder mittels eines Kabelbinders und/oder mittels eines Klebebandes, vorzugsweise mittels eines glasfaserverstärkten Klebebandes, wobei die äußere Verspannung vorteilhafterweise um die Rahmenelemente angeordnet ist.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weisen das erste Rahmenelement und/oder das zweite Rahmenelement und/oder das wenigstens eine dritte Rahmenelement jeweils wenigstens ein Kontaktierungselement auf, wobei das wenigstens eine Kontaktierungselement wenigstens eine galvanische Zelle der Energiespeichereinheit zur Erfassung wenigstens eines Parameters der galvanischen Zelle kontaktiert. Hierdurch ist der Aufbau der erfindungsgemäßen Energiespeichereinheit vorteilhafterweise weiter vereinfacht. Insbesondere ist dabei vorgesehen, dass die Rahmenelemente durch ihre Form bedingt und die entsprechend korrespondierende Ausformung der galvanischen Zellen durch Anordnung der galvanischen Zelle in dem jeweiligen Rahmenelement die galvanische Zelle derart kontaktiert wird, dass wenigstens ein Parameter der galvanischen Zelle, insbesondere eine Zellspannung und/oder ein Zellstrom und/oder eine Zelltemperatur, mittels des wenigstens einen Kontaktierungselementes erfasst werden können. Das wenigstens eine Kontaktierungselement umfasst gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung wenigstens einen Sensor zur Erfassung wenigstens eines Zellparameters.
  • Vorteilhafterweise weisen das erste Rahmenelement und/oder das zweite Rahmenelement und/oder das wenigstens eine dritte Rahmenelement jeweils wenigstens ein Anschlusselement auf, welches mit dem wenigstens einen Kontaktierungselement elektrisch leitfähig verbunden ist, wobei das wenigstens eine Anschlusselement mit einer Zellüberwachungseinheit verbunden ist und/oder mit einer Zellüberwachungseinheit verbindbar ist. Hierdurch ist vorteilhafterweise der Aufbau einer erfindungsgemäßen Energiespeichereinheit weiter vereinfacht. Darüber hinaus entfallen vorteilhafterweise entsprechende Leitungen zum Erfassen von Zellparametern, wodurch vorteilhafterweise das Gewicht einer erfindungsgemäßen Energiespeichereinheit gegenüber herkömmlichen Energiespeichereinheiten weiter reduziert ist. Eine Zellüberwachungseinheit kann dabei insbesondere eine sogenannte Cell Supervising Circuit (CSC) sein. Die Zellüberwachungseinheit kann dabei insbesondere als anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC: Application Specific Integrated Circuit) an den Rahmenelementen angeordnet sein, vorzugsweise als Bestandteil einer Leiterplatte. Anstelle einer Leiterplatte können insbesondere auch ein Flachbandkabel oder auf Trägerfolie aufgebrachte Leiterbahnen inklusive Bonding-Positionen eingesetzt werden.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Energiespeichereinheit umfasst das erste Rahmenelement und/oder das zweite Rahmenelement und/oder das wenigstens eine dritte Rahmenelement der Energiespeichereinheit eine Zellüberwachungseinheit. Insbesondere ist vorgesehen, dass das erste Rahmenelement und/oder das zweite Rahmenelement eine Zellüberwachungseinheit umfasst, wobei die Zellüberwachungseinheit vorteilhafterweise auf eine Platine aufgebracht ist. Vorteilhafterweise weist das erste Rahmenelement und/oder das zweite Rahmenelement jeweils einen Einschub auf, in welchen die die Zellüberwachungseinheit aufweisende Platine eingeschoben ist. Ferner ist als vorteilhafte Ausgestaltungsvariante insbesondere vorgesehen, dass die Zellüberwachungseinheit bei der Herstellung des Rahmenelementes als Spritzgussteil eingebracht wird. Insbesondere ist als vorteilhafte Ausgestaltung vorgesehen, dass beim Anordnen der Rahmenelemente eine Kontaktierung der Anschlusselemente erfolgt, insbesondere derart, dass über die Rahmenelemente von der wenigstens einen Zellüberwachungseinheit Parameter der galvanischen Zellen übertragen werden können. Hierdurch ist vorteilhafterweise der Verschaltungsaufwand weiter reduziert und die Herstellungskosten für eine erfindungsgemäße Energiespeichereinheit weiter gesenkt.
  • Eine weitere besonders vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Energiespeichereinheit sieht vor, dass das erste Rahmenelement und/oder das zweite Rahmenelement und/oder das wenigstens eine dritte Rahmenelement jeweils als Kühlvorrichtung zur Temperierung zumindest einer galvanischen Zelle der Energiespeichereinheit ausgebildet ist. Insbesondere ist dabei vorgesehen, dass das Rahmenelement wenigstens einen Kühlkanal umfasst, welcher vorteilhafterweise derart ausgebildet ist, dass durch diesen ein Kühlmittel zur Temperierung der wenigstens einen galvanischen Zelle strömen kann. Vorteilhafterweise umfassen die Rahmenelemente dabei einen Kühlmittelzuführanschluss und/oder einen Kühlmittelabführanschluss, sodass ein Kühlmittel durch die Rahmenelemente zur Temperierung der galvanischen Zellen zirkulieren kann. Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass das erste Rahmenelement und/oder das zweite Rahmenelement und/oder das wenigstens eine dritte Rahmenelement eine elektrische Heizwendel als Kühlvorrichtung zur Temperierung zumindest einer galvanischen Zelle der Energiespeichereinheit aufweist. Die Kühlvorrichtung ist dann eine Heizvorrichtung. Eine solche Ausgestaltung ist insbesondere vorteilhaft, wenn die galvanischen Zellen bei niedrigen Umgebungstemperaturen auf die optimale Betriebstemperatur temperiert werden sollen, wobei mittels der Heizwendel die galvanischen Zellen erwärmt werden können.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Energiespeichereinheit umfassen das erste Rahmenelement und/oder das zweite Rahmenelement und/oder das wenigstens eine dritte Rahmenelement jeweils wenigstens ein in die von dem Rahmenelement aufgespannte Fläche ragendes Auflageelement, an welchem zumindest eine galvanische Zelle der Energiespeichereinheit mit einem Auflagebereich der galvanischen Zelle anliegt. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass das Auflageelement mittig in dem jeweiligen Rahmenelement angeordnet ist, sodass das Rahmenelement vorteilhafterweise jeweils eine halbe Batteriezelle umschließt. Das erste Rahmenelement und/oder das zweite Rahmenelement weisen vorteilhafterweise eine zu einer Seite geschlossene Fläche auf. Diese Fläche bildet dabei das Auflageelement. Bei den dritten Rahmenelementen ragen die Auflageelemente vorzugsweise nur teilweise in die von dem Rahmenelement aufgespannte Fläche hinein, um eine Kontaktierung der galvanischen Zellen über deren Außenseite ohne Zwischenelemente und somit bei geringerem Gewicht weiter zu vereinfachen.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Energiespeichereinheit wenigstens eine Sicherheitsbarriere umfasst, welche zwischen zwei benachbart angeordneten galvanischen Zellen der Energiespeichereinheit angeordnet ist, wobei die Sicherheitsbarriere eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen diesen galvanischen Zellen bereitstellt und ausgebildet ist, eine thermische Kettenreaktion zwischen diesen galvanischen Zellen zu verhindern. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass die Sicherheitsbarriere an deren Außenseiten jeweils eine Kontaktierungsfläche umfasst, welche über wenigstens ein elektrisch leitfähiges Verbindungselement elektrisch miteinander verbunden sind, sodass über diese Kontaktierungsflächen die durch diese Sicherheitsbarriere beabstandete Batteriezellen elektrisch kontaktiert werden. Zwischen den Kontaktierungsflächen ist vorteilhafterweise ein schlecht oder nur gering wärmeleitendes Füllmaterial eingebracht. Vorteilhafterweise ist das Füllmaterial zudem als Temperaturabsorber ausgebildet, vorzugsweise über phase change materials (pcm). Die elektrische Verbindung kann vorteilhafterweise durch das Füllmaterial und/oder um das Füllmaterial herum erfolgen, insbesondere als metallische Umkleidung der Sicherheitsbarriere oder als metallische Außenfläche der Sicherheitsbarriere. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist das wenigstens eine elektrisch leitfähige Verbindungselement als Stromunterbrechungseinrichtung (CID, CID: Current Interrupt Device) ausgebildet, insbesondere als Schmelzdrahtsicherung.
  • Insbesondere ist vorgesehen, dass die wenigstens eine Sicherheitsbarriere ferner als Kühlvorrichtung zur Temperierung der die Sicherheitsbarriere umgebenden galvanischen Zellen ausgebildet ist. Hierzu umfasst die Sicherheitsbarriere vorzugsweise wenigstens einen Kühlkanal, durch welchen ein Kühlmittel geleitet werden kann. Darüber hinaus ist gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung vorgesehen, dass die Sicherheitsbarriere eine elektrische Heizwendel zur Temperierung der die Sicherheitsbarriere umgebenen galvanischen Zellen umfasst.
  • Vorteilhafterweise ist das wenigstens eine dritte Rahmenelement als die Sicherheitsbarriere ausgebildet. Hierdurch ist vorteilhaferweise die Funktionalität des wenigstens einen dritten Rahmenelementes weiter erhöht. Insbesondere ist vorgesehen, dass zumindest einige der dritten Rahmenelemente einer erfindungsgemäßen Energiespeichereinheit als Sicherheitsbarriere ausgebildet sind, sodass beispielsweise jeweils zwischen vier galvanischen Zellen eine Sicherheitsbarriere angeordnet ist, wodurch vorteilhafterweise die Sicherheit der erfindungsgemäßen Energiespeichereinheit weiter erhöht ist. Durch die Sicherheitsbarriere wird vorteilhafterweise eine Kettenreaktion im Fall eines thermischen Durchgehens einer der galvanischen Zellen der Energiespeichereinheit verhindert.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind als galvanische Zellen Batteriezellen vorgesehen, insbesondere Batteriezellen mit den Merkmalen gemäß einer der nachfolgend angeführten Ausgestaltungen.
  • Zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe wird des Weiteren eine Batteriezelle zur Verwendung mit einer erfindungsgemäßen Energiespeichereinheit vorgeschlagen, wobei die Batteriezelle wenigstens eine von einer ersten Halbschale und von einer zweiten Halbschale umgebene Elektrodenanordnung mit wenigstens einer Kathode und wenigstens einer Anode aufweist, wobei die erste Halbschale und die zweite Halbschale über einen Anbindungsbereich verbunden sind und die erste Halbschale die erste Elektrode der Batteriezelle umfasst und die zweite Halbschale die zweite Elektrode der Batteriezelle umfasst. Eine solche Batteriezelle zeichnet sich durch eine geringe Bauteilanzahl und ein besonders gutes Gewichtsverhältnis von passivem Material der Batteriezelle zu aktivem Material der Batteriezelle aus, da das passive Material nur einen geringen Gewichtsanteil der erfindungsgemäßen Batteriezelle ausmacht. Insbesondere weist eine solche Batteriezelle eine besonders hohe Energiedichte auf, insbesondere bei einer Ausgestaltung der Batteriezelle als Lithium basierte Batteriezelle, insbesondere als Lithium-Ionen-Zelle. Vorteilhafterweise ermöglicht die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Batteriezelle, ein Kontaktieren von mehreren solchen Batteriezellen durch Aneinanderreihung der Batteriezellen über deren von den Halbschalen gebildeten Außenseiten. Besonders bevorzugt ist dabei vorgesehen, dass die Elektrodenanordnung als Zellwickel (engl. „Jelly Roll“) oder als Zellstapel ausgebildet ist. Insbesondere ist vorgesehen, dass die erfindungsgemäße Batteriezelle nach Art einer Pouchzelle ausgebildet ist, wobei anstelle oder zusätzlich zu einer die Elektrodenanordnung umgebenden elektrisch nichtleitfähigen Außenhülle die Elektrodenanordnung von den Halbschalen umschlossen ist und die wenigstens eine Kathodenelektrode mit der ersten Halbschale und die wenigstens eine Anodenelektrode mit der zweiten Halbschale elektrisch leitfähig kontaktiert ist.
  • Insbesondere ist vorgesehen, dass die erste Halbschale der Batteriezelle eine erste metallische Folie, insbesondere eine erste Metallfolie, umfasst und die zweite Halbschale der Batteriezelle eine zweite metallische Folie, insbesondere eine zweite Metallfolie, umfasst. Insbesondere ist dabei vorgesehen, dass die erste Halbschale durch die erste metallische Folie gebildet ist und die zweite Halbschale durch die zweite metallische Folie gebildet ist. Vorteilhafterweise ist die Batteriezelle dabei nach Art einer Pouch-Zelle gebildet, welche von der ersten Halbschale und der zweiten Halbschale umschlossen ist. Vorzugsweise weisen die erste Halbschale und die zweite Halbschale jeweils eine Dicke zwischen 40 µm und 220 µm (µm: Mikrometer) auf. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass die erste metallische Folie eine Edelstahlfolie oder eine Kupferfolie ist und die zweite metallische Folie eine Aluminiumfolie oder eine Folie aus einer Aluminiumlegierung ist. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsvariante ist vorgesehen, dass die erste Halbschale durch eine erste metallisierte Folie gebildet ist und die zweite Halbschale durch eine zweite metallisierte Folie gebildet ist. Insbesondere sind als vorteilhafte Ausgestaltungsvariante beschichtete Metallfolien vorgesehen, insbesondere Aluminium beschichtete Edelstahlfolien oder eine Nickelbeschichtung.
  • Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Batteriezelle ist die erste metallische Folie mittels eines Tiefziehverfahrens zu der ersten Halbschale geformt und die zweite metallische Folie mittels eines Tiefziehverfahrens zu der zweiten Halbschale geformt. Dabei ist die Batteriezelle vorzugsweise nach Art einer Pouchzelle ausgebildet. Vorteilhafterweise weisen die erste Halbschale und die zweite Halbschale jeweils einen nach Art eines Falzes ausgebildeten umlaufenden Rand auf. Hierdurch ist das aus den Halbschalen gebildete Gehäuse der erfindungsgemäßen Batteriezelle vorteilhafterweise trotz der geringen Materialstärke der metallischen Folien weiter stabilisiert. Vorteilhafterweise weist eine Halbschale beziehungsweise der von der Halbschale gebildete Volumenraum eine Tiefe zwischen 3 mm und 15 mm (mm: Millimeter) auf. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Batteriezelle eine Länge zwischen 5 cm und 30 cm aufweist. Dabei ist die Breite der Batteriezelle vorteilhafterweise geringer als die Länge der Batteriezelle.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Batteriezelle sieht vor, dass die Kathode der wenigstens einen Elektrodenanordnung mit der ersten Halbschale elektrisch leitfähig verbunden ist und die Anode der wenigstens einen Elektrodenanordnung mit der zweiten Halbschale elektrisch leitfähig verbunden ist, wobei zwischen der ersten Halbschale und der zweiten Halbschale in dem Anbindungsbereich wenigstens ein Isolatorelement angeordnet ist, derart, dass die erste Halbschale gegen die zweite Halbschale elektrisch isoliert ist. Die Verbindung der Kathode mit der ersten Halbschale erfolgt vorteilhafterweise über ein elektrisch leitfähiges Verbindungselement, wobei das Verbindungselement die Innenseite und/oder die Außenseite der ersten Halbschale elektrisch leitfähig kontaktiert. Die Verbindung der Anode mit der zweiten Halbschale erfolgt vorteilhafterweise über ein weiteres elektrisch leitfähiges Verbindungselement, wobei das weitere Verbindungselement die Innenseite und/oder die Außenseite der zweiten Halbschale elektrisch leitfähig kontaktiert.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Batteriezelle sieht vor, dass die Elektrodenanordnung von einer elektrisch nichtleitfähigen Innenschicht, insbesondere einer elektrisch nichtleitfähigen Innenhülle, umgeben ist, an welche sich die erste Halbschale und die zweite Halbschale nach außen anschließen. Dadurch sind die Halbschalen vorteilhafterweise gegen das Zellinnere isoliert.
  • Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Batteriezelle ist dabei vorgesehen, dass die Kathode der wenigstens einen Elektrodenanordnung über ein erstes elektrisch leitfähiges Verbindungselement mit der ersten Halbschale elektrisch leitfähig verbunden ist und die Anode der wenigstens einen Elektrodenanordnung über ein zweites elektrisch leitfähiges Verbindungselement mit der zweiten Halbschale elektrisch leitfähig verbunden ist, wobei das erste Verbindungselement und das zweite Verbindungselement aus der Innenschicht und den Halbschalen der Batteriezelle herausgeführt sind und das erste Verbindungselement die erste Halbschale an deren Außenseite elektrisch leitfähig kontaktiert und das zweite Verbindungselement die zweite Halbschale an deren Außenseite elektrisch leitfähig kontaktiert.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Batteriezelle wenigstens eine erste Elektrodenanordnung mit einer Kathode und einer Anode und wenigstens eine zweite Elektrodenanordnung mit einer Kathode und Anode, wobei die Kathode der ersten Elektrodenanordnung die erste Halbschale der Batteriezelle elektrisch leitfähig kontaktiert, die Anode der zweiten Elektrodenanordnung die zweite Halbschale der Batteriezelle elektrisch leitfähig kontaktiert und die Batteriezelle jeweils zwischen der ersten Elektrodenanordnung und der zweiten Elektrodenanordnung ein elektrisch leitfähiges, die erste Elektrodenanordnung von der zweiten Elektrodenanordnung räumlich trennendes Trennelement umfasst, welches von der Anode der ersten Elektrodenanordnung und der Kathode der zweiten Elektrodenanordnung elektrisch leitfähig kontaktiert ist. Das Trennelement ist dabei eine ionische Barriere, durch welche ein Ionenaustausch unterbunden wird. Ein Lösungsmittelaustausch ist dagegen vorteilhafterweise über das Trennelement ermöglicht. Durch diese Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Batteriezelle ist quasi eine elektrische Reihenschaltung der Elektrodenanordnungen innerhalb der Batteriezelle realisiert. Vorteilhafterweise ist hierdurch eine Batteriezelle mit bipolarer Bauweise bereitgestellt. Das Trennelement ist dabei vorteilhafterweise sowohl gegen die erste Halbschale als auch gegen die zweite Halbschale elektrisch isoliert, vorteilhafterweise mit wenigstens einem Isolatorelement. Durch die bipolare Bauweise ist vorteilhafterweise das Verhältnis von passivem Material zu aktivem Material der Batteriezelle weiter verbessert. Dies führt vorteilhafterweise zu einer weiteren Gewichtsreduzierung insbesondere beim Einsatz einer solchen Batteriezelle in einer erfindungsgemäßen Energiespeichereinheit.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Batteriezelle sieht vor, dass zwischen der ersten Halbschale und der zweiten Halbschale in dem Anbindungsbereich wenigstens eine Kühlvorrichtung, vorzugsweise wenigstens ein Kühlkanal, zur Temperierung der Batteriezelle angeordnet ist. Vorteilhafterweise ist die wenigstens eine Kühlvorrichtung von einem Kühlmittel durchströmbar ausgebildet. Insbesondere ist vorgesehen, dass bei einer erfindungsgemäßen Batteriezelle mit bipolarer Bauweise wenigstens eine Kühlvorrichtung zur Temperierung der Batteriezelle zwischen der ersten Halbschale und der zweiten Halbschale angeordnet ist, vorzugsweise an der Außenseite der Batteriezelle. Vorteilhafterweise ist an der Außenseite der Batteriezelle zwischen der ersten Halbschale und einer ersten Trenneinrichtung und der ersten Trenneinrichtung und wenigstens einer weiteren Trenneinrichtung und zwischen der wenigstens einen weiteren Trenneinrichtung und der zweiten Halbschale jeweils eine Kühlvorrichtung, insbesondere ein Kühlkanal, angeordnet. Vorteilhafterweise sind die Kühlvorrichtungen mehrerer solcher Batteriezellen dabei miteinander verbindbar, sodass ein Kühlmittel durch die Kühlvorrichtungen mehrerer Batteriezellen strömt.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Batteriezelle sieht vor, dass die erste Halbschale und die zweite Halbschale in dem Anbindungsbereich jeweils eine flach auslaufende Umrandung aufweisen, wobei die Umrandung der ersten Halbschale mit der Umrandung der zweiten Halbschale miteinander elektrisch nichtleitfähig verbunden sind. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Umrandung der ersten Halbschale mit der Umrandung der zweiten Halbschale elektrisch nichtleitfähig verklebt ist. Vorteilhafterweise ist die Umrandung der Batteriezelle dabei als Anlagebereich zum Positionieren einer Batteriezelle in einem Rahmenelement einer erfindungsgemäßen Energiespeichereinheit ausgebildet. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass ein erstes Rahmenelement die erste Halbschale einer Batteriezelle umrahmt und ein zweites Rahmenelement die zweite Halbschale dieser Batteriezelle umrahmt, wobei die Umrandung zwischen den Rahmenelementen angeordnet ist.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltungsvariante hierzu sieht vor, dass die erste Halbschale und die zweite Halbschale mittels einer Bördel-Klebeverbindung und/oder mittels einer Klebe-Steckverbindung miteinander verbunden sind.
  • Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Batteriezelle ist die Kathode mit einem ersten Terminalelement kontaktiert, wobei das erste Terminalelement die erste Halbschale an deren Außenseite durchbricht, und wobei das erste Terminalelement gegen die erste Halbschale elektrisch isoliert ist. Zusätzlich oder alternativ hierzu ist vorgesehen, dass die Anode einer erfindungsgemäßen Batteriezelle mit einem zweiten Terminalelement kontaktiert ist, wobei das zweite Terminalelement die zweite Halbschale an deren Außenseite durchbricht, und wobei das zweite Terminalelement gegen die zweite Halbschale elektrisch isoliert ist. Über das erste Terminalelement und/oder das zweite Terminalelement wird dabei vorteilhafterweise die Batteriezelle bei einer Aneinanderreihung einer Mehrzahl solcher Batteriezellen elektrisch kontaktiert, sodass eine Verschaltung von erfindungsgemäßen Batteriezellen durch Aneinanderreihung ermöglicht ist. Bei dieser Ausgestaltung umfasst die erste Halbschale und/oder die zweite Halbschale die erste Elektrode beziehungsweis die zweite Elektrode der Batteriezelle ohne selbst die erste Elektrode beziehungsweise die zweite Elektrode zu bilden.
  • Zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe wird ferner ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Batteriezelle vorgeschlagen, wobei aus einer ersten metallischen Folie eine erste Halbschale mit einer ersten Außenseite geformt wird, aus einer zweiten metallischen Folie eine korrespondierend zu der ersten Halbschale ausgebildete zweite Halbschale mit einer zweiten Außenseite geformt wird, derart, dass wenigstens eine Elektrodenanordnung mit einer Kathode und einer Anode, insbesondere wenigstens ein Zellwickel oder ein Zellstapel, von der ersten Halbschale und der zweiten Halbschale umschlossen werden kann, die Kathode und die Anode einer Elektrodenanordnung derart elektrisch leitfähig kontaktiert werden, dass eine Kontaktierung der Kathode über die erste Außenseite der ersten Halbschale ermöglicht ist und eine Kontaktierung der Anode über die zweite Außenseite der zweiten Halbschale ermöglicht ist, und die erste Halbschale und die zweite Halbschale elektrisch nichtleitfähig miteinander verbunden werden. Besonders bevorzugt ist dabei vorgesehen, dass mittels eines Tiefziehverfahrens aus der ersten metallischen Folie, insbesondere aus einer ersten Metallfolie, die erste Halbschale geformt wird und/oder mittels eines Tiefziehverfahrens aus der zweiten metallischen Folie, insbesondere aus einer zweiten Metallfolie, die zweite Halbschale geformt wird. Durch das Verformen der metallischen Folie wird die metallische Folie vorteilhafterweise formstabil. Als erste metallische Folie ist insbesondere eine Edelstahl- oder eine Kupferfolie vorgesehen. Als zweite metallische Folie ist insbesondere eine Aluminiumfolie oder eine aus einer Aluminiumlegierung hergestellte Folie vorgesehen. Vorzugsweise weist die erste metallische Folie und/oder die zweite metallische Folie jeweils eine Materialstärke zwischen 50 µm und 200 µm auf. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsvariante ist die erste metallische Folie und/oder die zweite metallische Folie jeweils eine metallisierte Folie.
  • Vorteilhafterweise wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren an der ersten metallischen Folie eine elektrisch nicht leitfähige Innenschicht angeordnet und/oder eine elektrisch nicht leitfähige Außenschicht angeordnet, derart, dass die Innenschicht zumindest teilweise an der Innenseite der ersten Halbschale angeordnet ist und die Außenschicht zumindest teilweise an der Außenseite der ersten Halbschale angeordnet ist, und/oder an der zweiten metallischen Folie eine elektrisch nicht leitfähige Innenschicht angeordnet wird und/oder eine elektrisch nicht leitfähige Außenschicht angeordnet, derart, dass die Innenschicht zumindest teilweise an der Innenseite der zweiten Halbschale angeordnet ist und die Außenschicht zumindest teilweise an der Außenseite der zweiten Halbschale angeordnet ist. Vorzugsweise erfolgt die Anordnung der Innenschicht und/oder der Außenschicht an der jeweiligen Metallfolie vor dem Formen der Metallfolie zu der Halbschale. Zur Bereitstellung einer Kontaktierung an der jeweiligen Außenseite der Batteriezelle sind die Innenschicht und die Außenschicht jeweils unterbrochen. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Innenschicht und die Außenschicht hierzu jeweils eine Durchlochung aufweisen.
  • Weitere vorteilhafte Einzelheiten, Merkmale und Ausgestaltungsdetails sowie besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden im Zusammenhang mit den in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei zeigt:
  • 1 in einer schematischen Darstellung eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels für eine erfindungsgemäße Energiespeichereinheit;
  • 2 in einer schematischen Darstellung eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels für Rahmenelemente einer erfindungsgemäßen Energiespeichereinheit;
  • 3 in einer schematischen stark vereinfachten Darstellung ein Ausführungsbeispiel für ein Anschlusselement mit Kontaktierungselementen eines Rahmenelementes einer erfindungsgemäßen Energiespeichereinheit;
  • 4 in einer schematischen Darstellung eine perspektivische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels für ein Rahmenelement einer erfindungsgemäßen Energiespeichereinheit;
  • 5 in einer schematischen Darstellung eine Frontansicht eines Ausführungsbeispiels für eine Batteriezelle zur Verwendung in einer erfindungsgemäßen Energiespeichereinheit;
  • 6 in einer schematischen Darstellung eine Draufsicht auf die in 5 dargestellte Batteriezelle;
  • 7 in einer schematischen Darstellung eine Seitenansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels für eine Batteriezelle zur Verwendung in einer erfindungsgemäßen Energiespeichereinheit;
  • 8 in einer schematischen Darstellung ein Ausführungsbeispiel für eine Kontaktierung von Batteriezellen einer erfindungsgemäßen Energiespeichereinheit über eine Sicherheitsbarriere;
  • 9 in einer schematischen Darstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Kontaktierung von Batteriezellen einer erfindungsgemäßen Energiespeichereinheit über eine Sicherheitsbarriere;
  • 10 in einer schematischen Darstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Batteriezelle zur Verwendung in einer erfindungsgemäßen Energiespeichereinheit;
  • 11 in einer schematischen Darstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Batteriezelle zur Verwendung in einer erfindungsgemäßen Energiespeichereinheit;
  • 12 in einer schematischen Darstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Batteriezelle zur Verwendung in einer erfindungsgemäßen Energiespeichereinheit;
  • 13 in einer schematischen Darstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Batteriezelle zur Verwendung in einer erfindungsgemäßen Energiespeichereinheit;
  • 14 in einer schematischen Darstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Batteriezelle zur Verwendung in einer erfindungsgemäßen Energiespeichereinheit;
  • 15 in einer schematischen Darstellung ein Ausführungsbeispiel für eine Elektrodenanordnung einer erfindungsgemäßen Batteriezelle;
  • 16 in einer schematischen Darstellung ein Ausführungsbeispiel für eine Verschaltung von erfindungsgemäß ausgestalteten Batteriezellen;
  • 17 in einer schematischen Darstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Verschaltung von erfindungsgemäß ausgestalteten Batteriezellen;
  • 18 in einer schematischen Darstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Verschaltung von erfindungsgemäß ausgestalteten Batteriezellen;
  • 19 in einer schematischen Darstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Batteriezelle zur Verwendung in einer erfindungsgemäßen Energiespeichereinheit;
  • 20 in einer schematischen Darstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Batteriezelle zur Verwendung in einer erfindungsgemäßen Energiespeichereinheit;
  • 21 in einer schematischen Darstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Batteriezelle zur Verwendung in einer erfindungsgemäßen Energiespeichereinheit;
  • 22 in einer schematischen Darstellung einen perspektivisch dargestellten Ausschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels für eine erfindungsgemäße Batteriezelle zur Verwendung in einer erfindungsgemäßen Energiespeichereinheit;
  • 23 in einer schematischen Darstellung eine perspektivische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Batteriezelle zur Verwendung in einer erfindungsgemäßen Energiespeichereinheit mit Hervorhebung des Anbindungsbereiches der Batteriezelle;
  • 24a in einer schematischen Darstellung ein Ausführungsbeispiel eines Fertigungszustandes einer herzustellenden erfindungsgemäß ausgestalteten Batteriezelle;
  • 24b in einer schematischen Darstellung ein Ausführungsbeispiel eines weiteren Fertigungszustandes einer herzustellenden erfindungsgemäß ausgestalteten Batteriezelle;
  • 24c in einer schematischen Darstellung ein Ausführungsbeispiel eines weiteren Fertigungszustandes einer herzustellenden erfindungsgemäß ausgestalteten Batteriezelle;
  • 25 in einer schematischen Darstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Batteriezelle zur Verwendung in einer erfindungsgemäßen Energiespeichereinheit;
  • 26 in einer schematischen Darstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Batteriezelle zur Verwendung in einer erfindungsgemäßen Energiespeichereinheit; und
  • 27 in einer schematischen Darstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Verschaltung von erfindungsgemäß ausgestalteten Batteriezellen.
  • Das in 1 dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt eine erfindungsgemäße Energiespeichereinheit 1, welche vorliegend als Batteriemodul ausgebildet ist. Die Energiespeichereinheit 1 umfasst dabei eine Mehrzahl von als sekundäre Batteriezellen ausgebildeten galvanischen Zellen 2. Insbesondere ist vorgesehen, dass die galvanischen Zellen 2 nachladbare Lithium-Ionen-Zellen sind. Die galvanischen Zellen 2 sind dabei derart ausgebildet, dass deren Außenseiten 3, 4 jeweils die Elektroden der galvanischen Zelle 2 umfassen, nämlich die Außenseite 3 die erste Elektrode, beispielsweise die positive Elektrode, und die zweite Außenseite 4 die zweite Elektrode 6, beispielsweise die negative Elektrode. Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel bildet dabei die erste Außenseite 3 die erste Elektrode 5 und die zweite Außenseite 4 die zweite Elektrode 6.
  • Die galvanischen Zellen 2 der Energiespeichereinheit 1 sind dabei durch Aneinanderreihung 9 elektrisch miteinander über die durch die Außenseiten 3, 4 gebildeten Elektroden 5, 6 elektrisch miteinander verschaltet. Dabei werden die galvanischen Zellen 2 durch eine Mehrzahl von Rahmenelementen 7, 8, 12 fixiert.
  • Die Energiespeichereinheit 1 umfasst dabei an einem Ende 10 ein erstes Rahmenelement 7, welches die Modulendplatte der Energiespeichereinheit 1 bildet. An dieses erste Rahmenelement 7 ist eine erste galvanische Zelle 2 angeordnet, wobei das erste Rahmenelement 7 die erste galvanische Zelle 2 teilweise umschließt. Eine Umrandung 25 der Außenhülle 26 der galvanischen Zelle 2 bildet dabei einen Anlagebereich mit dem die jeweilige galvanische Zelle 2 der Energiespeichereinheit 1 jeweils an einem Rahmenelement 7, 8, 12 anliegt.
  • Bei der Energiespeichereinheit 1 ist an das erste Rahmenelement 7 mit der darin zur Hälfte angeordneten galvanischen Zelle 2 ein drittes Rahmenelement 12 angeordnet, wobei dieses dritte Rahmenelement 12 die andere Hälfte dieser galvanischen Zelle 2 umrahmt. Dieses dritte Rahmenelement 12 umrahmt darüber hinaus die an die erste galvanische Zelle 2 angereihte weitere galvanische Zelle 2 zur Hälfte. Auf diese Weise schließen sich mehrere dritte Rahmenelemente 12 und weitere galvanische Zellen 2 aneinander an, wobei eine letzte galvanische Zelle 2 am Ende 11 der Aneinanderreihung 9 der galvanischen Zellen 2 von einem zweiten Rahmenelement 8 teilweise umschlossen wird.
  • Die Rahmenelemente 7, 8, 12 sind dabei jeweils über Fixierelemente 13 miteinander lösbar verbunden. Als Fixierelement 13 ist dabei insbesondere ein Rasthaken vorgesehen, welcher in eine entsprechende Raste (in 1 nicht explizit dargestellt) eingreift. Auf diese Weise ist das erste Rahmenelement 7 über die weiteren dritten Rahmenelemente 12 mit dem zweiten Rahmenelement 8 lösbar verbunden.
  • Die Rahmenelemente 7, 8, 12 sind bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Energiespeichereinheit 1 als Kühlvorrichtung für die galvanischen Zellen 2 ausgebildet und weisen hierzu jeweils einen von einem Kühlmittel durchströmbaren Kühlkanal 16 auf.
  • Darüber hinaus ist vorgesehen, dass die Rahmenelemente 7, 8, 12 jeweils Kontaktierungselemente (in 1 nicht explizit dargestellt) aufweisen, wobei die Kontaktierungselemente jeweils eine galvanische Zelle 2 der Energiespeichereinheit 1 zur Erfassung von Batteriezellparametern, insbesondere von Batteriezellspannungen und/oder Batteriezellströmen und/oder Batteriezelltemperaturen, aufweisen. Darüber hinaus weisen die Rahmenelemente 7, 8, 12 jeweils wenigstens ein Anschlusselement (in 1 nicht explizit dargestellt) auf, welches mit den Kontaktierungselementen elektrisch leitfähig verbunden ist. Das Anschlusselement eines Rahmenelementes 7, 8, 12 ist dabei mit einer auf den Rahmenelementen 7, 8, 12 angeordneten Leiterplatte 18 elektrisch leitfähig verbunden. Vorteilhafterweise umfasst diese Leiterplatte 18 Komponenten eines Batteriemanagementsystems, insbesondere zumindest eine Zellüberwachungseinheit (CSC). Insbesondere kann vorgesehen sein, dass eine Zellüberwachungseinheit in dem ersten Rahmenelement 7 oder in dem zweiten Rahmenelement 8 angeordnet wird, wie nachfolgend noch im Zusammenhang mit 2 erläutert.
  • In 7 ist eine vorteilhafte Ausgestaltung einer Batteriezelle 2 dargestellt, welche insbesondere ausgebildet ist, in der in 1 gezeigten Energiespeichereinheit eingesetzt zu werden. Die Batteriezelle 2 umfasst dabei zwei Halbschalen 28, 29, welche vorzugsweise jeweils aus einer ersten Metallfolie und einer zweiten Metallfolie mittels eines Tiefziehverfahrens hergestellt sind. Als erste Metallfolie ist dabei insbesondere Edelstahl vorgesehen, als zweite Metallfolie insbesondere Aluminium. Die Außenseite 3 der ersten Halbschale 28 bildet dabei die erste Elektrode 5 der Batteriezelle 2 die Außenseite 4 der zweiten Halbschale 29 die zweite Elektrode 6 der Batteriezelle 2. Die erste Halbschale 28 und die zweite Halbschale 29 sind dabei elektrisch gegeneinander isoliert. Die erste Halbschale 28 und die zweite Halbschale 29 der Batteriezelle 2 sind zudem derart ausgebildet, dass die Batteriezelle 2 eine Umrandung 25 aufweist. Die Umrandung 25 ist dabei als Auflagebereich zur Anordnung an einem Rahmenelement 7, 8, 12, wie in 1 und 2 dargestellt, ausgebildet.
  • In 2 sind ein erstes Rahmenelement 7, ein drittes Rahmenelement 12 und ein zweites Rahmenelement 8 dargestellt. Das erste Rahmenelement 7 ist dabei zur Anordnung an einem Ende 10 einer Aneinanderreihung 9 von galvanischen Zellen 2 ausgebildet, wie in 1 dargestellt. Das zweite Rahmenelement 8 ist zur Anordnung an dem anderen Ende 11 einer Aneinanderreihung 9 von galvanischen Zellen 2 ausgebildet, wie in 1 dargestellt. Das erste Rahmenelement 7 und das zweite Rahmenelement 8 dienen somit quasi als Modulendplatten. Dabei weist das erste Rahmenelement 7 und das zweite Rahmenelement 8 eine geschlossene Fläche auf, welche den Aufnahmeraum zur zumindest teilweisen Aufnahme einer galvanischen Zelle nach außen abschließt, wie in 2 dargestellt. Darüber hinaus umfasst das erste Rahmenelement 7 oder das zweite Rahmenelement 8 eine Zellüberwachungseinheit (CSC) 19, welche vorzugsweise in eine Platine integriert ist.
  • Wie in 2 ferner dargestellt, umfassen die Rahmenelemente 7, 8, 12 jeweils wenigstens ein Fixierelement 13, 14, 21 über welche die Rahmenelemente 7, 8, 12 miteinander lösbar verbunden werden können. Dabei weisen das erste Rahmenelement 7 und das dritte Rahmenelement 12 jeweils zwei Rasthaken als Fixierungselemente 13 auf, wobei die Rasthaken ausgebildet sind, in ein entsprechendes als Rastvertiefung ausgebildetes Fixierelement 14 eines weiteren Rahmenelementes einzugreifen. Das dritte Rahmenelement 12 weist jeweils sowohl zwei Rasthaken als Fixierelemente 13 als auch zwei Rastvertiefungen als Fixierelemente 14 auf. Das zweite Rahmenelement 8 weist zwei Rastvertiefungen als Fixierelemente 14 auf. Darüber hinaus weisen das erste Rahmenelement 7 und das dritte Rahmenelement 12 jeweils einen Vorsprung 21 auf, welcher in eine korrespondierend ausgebildete Vertiefung (in 2 nicht explizit dargestellt) eines weiteren Rahmenelementes eingreifen kann.
  • Die in 2 dargestellten Rahmenelemente 7, 8, 12 weisen zudem jeweils einen Kühlkanal (in 2 nicht explizit dargestellt) auf, wobei die Kühlkanäle über Kühlmittelzuführanschlüsse 17 der Rahmenelemente 7, 8, 12 miteinander verbunden werden können. Insbesondere kann über die Kühlmittelzuführanschlüsse 17 ein Kühlmittelleitungssystem angeschlossen werden; insbesondere an den Kühlmittelanschluss 17 des zweiten Rahmenelementes 8. Vorteilhafterweise dienen die Kühlmittelanschlüsse 17 des ersten Rahmenelementes 7 und der dritten Rahmenelemente 12 als weitere Fixierelemente.
  • Das in 2 dargestellte dritte Rahmenelement 12 weist darüber hinaus wenigstens ein Kontaktierungselement (in 2 nicht explizit dargestellt) auf, wobei das wenigstens eine Kontaktierungselement zur Kontaktierung einer galvanischen Zelle einer Energiespeichereinheit zur Erfassung wenigstens eines Parameters der galvanischen Zelle ausgebildet ist. Das wenigstens eine Kontaktierungselement ist dabei mit einem Anschlusselement 15 des dritten Rahmenelementes 12 elektrisch leitfähig verbunden, wobei das Anschlusselement 15 insbesondere mit einer Zellüberwachungseinheit verbindbar ist. In 3 ist in einer schematisch stark vereinfachten Darstellung ein Anschlusselement 15 mit entsprechenden Kontaktierungselementen 20 zur Kontaktierung einer galvanischen Zelle 2 gezeigt, wobei über die Kontaktierungselemente 20 Parameter einer galvanischen Zelle erfasst werden können, insbesondere Zellspannungen und/oder Zelltemperaturen.
  • 4 zeigt eine vorteilhafte Ausgestaltungsvariante eines dritten Rahmenelementes 12 für eine erfindungsgemäße Energiespeichereinheit. Abweichend von den im Zusammenhang mit 1 und 2 erläuterten dritten Rahmenelementen weist das in 4 dargestellte dritte Rahmenelement 12 zwei in die von dem Rahmenelement 12 aufgespannte Fläche 22 ragende Auflageelemente 23 auf, an welchen die in das Rahmenelement 12 beim Aufbau einer erfindungsgemäßen Energiespeichereinheit eingebrachten galvanischen Zellen mit einem Auflagebereich der galvanischen Zellen anliegen. Eine mögliche Ausgestaltung einer solchen galvanischen Zelle 2 ist in 5 und 6 dargestellt. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist wenigstens eines der Auflageelemente 23 zusätzlich oder alternativ zu dem Anschlusselement 15 für einen Temperatur- und/oder einen Spannungsabgriff an wenigstens einer der anliegenden galvanischen Zelle ausgebildet.
  • 5 zeigt dabei eine galvanische Zelle 2 liegend in einer Frontansicht, wobei die Auflagebereiche 24 der galvanischen Zelle 2 als Vertiefungen der die Elektroden 5, 6 der galvanischen Zelle 2 umfassenden Außenseiten 3, 4 ausgebildet sind. 6 zeigt die galvanische Zelle 2 aus 5 in einer Draufsicht.
  • Es ist vorgesehen, dass das in 4 dargestellte Rahmenelement 12 an einer in 5 und 6 dargestellten galvanische Zelle 2 angeordnet wird, derart, dass die Auflageelemente 23 an den Auflagebereichen 24 der galvanischen Zelle 2 anliegen. In dieses an der galvanischen Zelle 2 angeordnete Rahmenelement 12 wird dann eine weitere solche galvanische Zelle 2, wie in 5 und 6 dargestellt, eingebracht, derart, dass die Auflagebereiche 24 der galvanischen Zelle 2 an den Auflageelementen 23 des Rahmenelementes 12 anliegen. Über die von den Außenseiten 3, 4 der galvanischen Zellen 2 gebildeten Elektroden 5, 6 sind die galvanischen Zellen 2 dabei elektrisch miteinander verschaltet. In entsprechender Wiederholung dieses wechselnden Anordnens von galvanischer Zelle 2 und Rahmenelement 12 wird dann eine erfindungsgemäße Energiespeichereinheit aufgebaut, wobei die Enden der Energiespeichereinheit durch ein erstes Rahmenelement und ein zweites Rahmenelement, wie beispielsweise im Zusammenhang mit 2 erläutert, abgeschlossen werden.
  • 8 und 9 zeigen jeweils Ausführungsbeispiele für eine elektrische Kontaktierung von Batteriezellen 2 über eine Sicherheitsbarriere 35 zur Verschaltung der Batteriezellen 2 zu einer erfindungsgemäßen Energiespeichereinheit. Die Batteriezellen 2 weisen dabei jeweils eine Elektrodenanordnung mit einer Kathode 32 und einer Anode 33 auf. Die Kathode 32 und die Anode 33 sind dabei exemplarisch in stark vereinfachter Weise dargestellt. Insbesondere ist die Elektrodenanordnung 27 in der Batteriezelle 2 Elektrodenwickel („Jelly Roll“) oder Elektrodenstapel ausgebildet. Die Elektrodenanordnung 27 ist dabei jeweils von einer ersten elektrisch leitfähigen Halbschale 28 und einer zweiten elektrisch leitfähigen Halbschale 29 umschlossen. Die Kathode 32 ist dabei über ein erstes elektrisch leitfähiges Verbindungselement 31, also einen elektrischen Leiter, mit der jeweiligen ersten Halbschale 28 verbunden. Die Anode 33 ist jeweils über ein zweites elektrisch leitfähiges Verbindungselement 31’, also einen elektrischen Leiter, mit der jeweiligen zweiten Halbschale 29 verbunden. Die erste Halbschale 28 bildet somit die erste Elektrode einer Batteriezelle 2 und die zweite Halbschale 29 die zweite Elektrode einer Batteriezelle 2.
  • Zwischen den benachbarten Batteriezellen 2 ist bei den in 8 und 9 dargestellten Ausführungsbeispielen eine Sicherheitsbarriere 35 angeordnet, welche vorteilhafterweise eine thermische Kettenreaktion zwischen den Batteriezellen 2 verhindert und zudem vorteilhafterweise als mechanische Barriere Beschädigungen von weiteren Batteriezellen beim thermischen Durchgehen einer Batteriezelle verhindert. Diese Sicherheitsbarriere 35 umfasst insbesondere ein thermisch schlecht leitendes Füllmaterial 36, welches einen Wärmeaustausch zwischen den Batteriezellen 2 weitestgehend reduziert. Das Füllmaterial 36 kann auch als Temperaturabsorber fungieren, vorzugsweise über phase change materials (pcm). Darüber hinaus stellt die Sicherheitsbarriere 35 eine elektrisch leitfähige Verbindung 37 bereit, über welche die Batteriezellen 2 elektrisch leitfähig miteinander kontaktiert sind. Die Verbindung 37 muss dabei nicht, wie in 8 und 9 dargestellt, durch die Sicherheitsbarriere 35 gehen, sondern kann auch die Sicherheitsbarriere 35 an deren Außenseite umlaufen. Vorzugsweise erfolgt die elektrisch leitfähige Verbindung 37 über eine Schmelzdrahtsicherung. Die Batteriezellen 2 sind über die elektrisch leitfähige Verbindung 37 elektrisch in Reihe geschaltet, was durch das Schaltbild 34 veranschaulicht ist.
  • Bei dem in 9 dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst die Sicherheitsbarriere 35 ferner einen Kühlkanal 16 und ist somit ferner als Kühlvorrichtung zur Temperierung der Batteriezellen 2 ausgebildet.
  • Insbesondere ist vorgesehen, dass ein drittes Rahmenelement einer erfindungsgemäßen Energiespeichereinheit, wie beispielsweise im Zusammenhang mit 1 erläutert, die Sicherheitsbarriere 35 in den in 8 und 9 dargestellten Ausführungsbeispielen ausbildet, wobei die Sicherheitsbarriere 35 dabei vorteilhafterweise zentriert in dem Rahmenelement angeordnet ist.
  • In 10 ist eine weitere zur Verwendung mit einer erfindungsgemäßen Energiespeichereinheit ausgebildete Batteriezelle 2 dargestellt. Die Batteriezelle 2 ist dabei als prismatische Batteriezelle ausgebildet. Die in 10 dargestellte Batteriezelle 2 umfasst dabei eine Elektrodenanordnung 27 mit einer Kathode 32 und einer Anode 33. Die Elektrodenanordnung 27 ist dabei von einem metallischen Gehäuse 47 umgeben. Die Batteriezelle 2 weist an einer Außenseite 3 eine Metallfolie 38 auf, wobei die Kathode 32 über ein erstes Zellterminal 49 mit der Metallfolie 38 elektrisch leitfähig kontaktiert ist. Die Metallfolie 38 ist mittels eines Isolatorelementes 48 gegen das metallische Zellgehäuse 47 der Batteriezelle 2 elektrisch isoliert. Die Anode 33 ist über ein zweites Zellterminal 50 mit einer Metallfolie 39 verbunden, welche an der zweiten Außenseite 4 der Batteriezelle 2 angeordnet ist. Mit einem Isolatorelement 48 ist die Metallfolie 39 gegen das Zellgehäuse 47 elektrisch isoliert.
  • 11 zeigt eine Ausgestaltungsvariante der in 10 dargestellten Batteriezelle 2, wobei die Kathode 32, wie im Zusammenhang mit 10 erläutert, mit einer Metallfolie 38 kontaktiert ist. Die Anode 33 ist über das zweite Zellterminal 50 direkt mit dem metallischen Zellgehäuse 47 elektrisch leitfähig verbunden. Das heißt das metallische Zellgehäuse 47 der prismatischen Batteriezelle 2 bildet die zweite Elektrode der Batteriezelle 2. Durch die Metallfolie 38 und das Zellgehäuse 47 ist somit eine elektrische Verschaltung solcher Batteriezellen 2 über deren Außenseiten 3, 4 durch Aneinanderreihung solcher Batteriezellen 2 ermöglicht.
  • 12 zeigt weiteres Ausführungsbeispiel einer zur Verwendung mit einer erfindungsgemäßen Energiespeichereinheit ausgebildete Batteriezelle 2. Dieses Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Batteriezelle 2 umfasst eine Elektrodenanordnung 27 mit einer Kathode 32 und einer Anode 33. Die Kathode 32 und die Anode 33 sind dabei nach Art einer Pouchzelle von einer Gehäusefolie umgeben, welche eine Innenschicht 43 der Batteriezelle 2 bildet.
  • Darüber hinaus umfasst die Batteriezelle 2 eine erste Halbschale 28 und eine zweite Halbschale 29. Die erste Halbschale 28 ist dabei mittels eines Tiefziehverfahrens aus einer ersten metallischen Folie 38 gebildet Die zweite Halbschale 29 ist mittels eines Tiefziehverfahrens aus einer zweiten metallischen Folie 39 gebildet.
  • Aus der Innenschicht 43 und den Halbschalen 28, 29 der Batteriezelle 2 sind dabei elektrisch leitfähige Verbindungselemente 31 und 31’ herausgeführt, wobei das erste Verbindungselement 31 die Kathode 32 mit der metallischen Folie 38 elektrisch leitfähig kontaktiert und das zweite Verbindungselement 31’ die Anode 33 mit der metallischen Folie 39 elektrisch leitfähig kontaktiert. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass die erste metallische Folie 38 aus Edelstahl ist und die zweite metallische Folie 39 aus Aluminium.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsvariante der Batteriezelle 2 ist vorgesehen, dass die erste Halbschale 28 nicht durch eine metallische Folie sondern durch eine metallisierte Gehäusefolie gebildet ist. Bei dieser Ausgestaltungsvariante ist ebenfalls vorgesehen, dass die zweite Halbschale 29 durch eine metallisierte zweite Gehäusefolie gebildet ist.
  • In 13 ist eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Batteriezelle 2 dargestellt. Hierbei ist die Batteriezelle 2 nach Art einer Pouchzelle ausgebildet, wobei die innere Gehäusefolie einer Pouchzelle durch eine erste Metallfolie 38 und eine zweite Metallfolie 39 ersetzt ist, welche mittels eines Tiefziehverfahrens jeweils zu einer Gehäusehalbschale 28, 29 geformt ist. Die Metallfolie 38 und die Metallfolie 39 sind dabei durch Isolatorelemente 30 elektrisch voneinander isoliert. Über eine mittels eines ersten Verbindungselementes 31 realisierte Innenkontaktierung ist die Kathode 32 mit der ersten Metallfolie 38 verbunden. Über eine mittels eines zweiten Verbindungselementes 31’ realisierten Innenkontaktierung ist die Anode 33 mit der zweiten Metallfolie 39 elektrisch leitfähig kontaktiert.
  • Insbesondere zeigt 13 eine Batteriezelle 2 zur Verwendung mit einer erfindungsgemäßen Energiespeichereinheit, wobei die Batteriezelle 2 eine von einer ersten Halbschale 28 und von einer zweiten Halbschale 29 umgebene Elektrodenanordnung 27 mit einer Kathode 32 und einer Anode 33 aufweist. Die erste Halbschale 28 und die zweite Halbschale 29 sind dabei über einen Anbindungsbereich, in den ein Isolatorelement 30, welches die erste Halbschale 28 gegen die zweite Halbschale 29 elektrisch isoliert, eingebracht ist, verbunden. Die erste Halbschale 28 umfasst dabei die erste Elektrode 5 der Batteriezelle 2 und die zweite Halbschale 29 die zweite Elektrode 6 der Batteriezelle 2. Die erste Halbschale 28 umfasst eine erste metallische Folie 38 und die zweite Halbschale 29 eine zweite metallische Folie 39. Die Batteriezelle 2 ist nach Art einer Pouchzelle ausgebildet, wobei die erste metallische Folie 38 mittels eines Tiefziehverfahrens zu der ersten Halbschale 28 geformt ist, und die zweite metallische Folie 39 mittels eines Tiefziehverfahrens zu der zweiten Halbschale 29 geformt ist. Die Kathode 32 der Elektrodenanordnung 27 ist mit der ersten Halbschale 28 elektrisch leitfähig verbunden und die Anode 33 der Elektrodenanordnung 27 mit der zweiten Halbschale 29 elektrisch leitfähig verbunden.
  • Die Ausgestaltung der Batteriezelle 2 ermöglicht dabei eine Verschaltung mehrerer solcher Batteriezellen 2 durch ein Aneinanderreihen mit deren Außenseiten 3, 4, was beispielhaft in 16, 17 und 18 dargestellt ist.
  • In 16 sind die Batteriezellen 2 dabei durch Aneinanderreihung elektrisch in Reihe geschaltet, was durch das Schaltbild 34 verdeutlicht ist. Vorteilhafterweise sind für das Verschalten der Batteriezellen 2 dabei keine Zellverbinder erforderlich, was vorteilhafterweise zu einer Gewichtsreduzierung beiträgt.
  • In 17 sind zwei Batteriezellen 2 durch Kontaktierung der mit der Anode 33 verbundenen Halbschalen 29 elektrisch parallel geschaltet, was durch das Schaltbild 34 verdeutlicht ist. Dabei sind die Kathoden 32 der Batteriezellen 2 mittels eines elektrisch leitfähigen Kontaktierungselementes 52, insbesondere einem als Metallfolie oder als Metallbügel ausgebildeten Kontaktierungselement 52, elektrisch leitfähig miteinander verbunden. Gemäß einer vorteilhaften nicht dargestellten Ausgestaltungsvariante erfolgt die Kontaktierung der Kathoden 32 über eine Hochstromleiterplatte, durch welche das Kontaktierungselement 52 bereitgestellt ist.
  • Ebenfalls durch einfaches Aneinanderreihen von Batteriezellen 2 und unter Nutzung eines Kontaktierungselementes 52 ist bei dem in 18 dargestellten Ausführungsbeispiel mit vier Batteriezellen 2 eine Reihenschaltung von zwei parallel geschalteten Batteriezellen 2 realisiert, was durch das Schaltbild 34 verdeutlicht ist.
  • Solche vorteilhaften Verschaltungen sind auch beispielsweise mit Batteriezellen 2 realisierbar, die wie in 14 dargestellt ausgebildet sind. In dem in 14 gezeigten Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Batteriezelle sind im Unterschied zu dem in 13 gezeigten Ausführungsbeispiel die Verbindungselemente 31 und 31’ aus den Halbschalen 28, 29 und somit quasi aus der Batteriezelle 2 herausgeführt, sodass eine Außenkontaktierung der ersten Metallfolie 38 und der zweiten Metallfolie 39 erfolgt.
  • In 15 ist ein Ausführungsbeispiel für eine in den gezeigten Batteriezellen 2 vorzusehende Elektrodenanordnung 27 mit einer Kathode 32 und einer Anode 33 dargestellt. Die Kathode 32 wird dabei über ein als Kontaktfähnchen ausgebildetes erstes Verbindungselement 31 kontaktiert. Die Anode 33 wird über ein als Kontaktfähnchen ausgebildetes zweites Verbindungselement 31’ kontaktiert. Zwischen der Anode 33 und der Kathode 32 ist dabei ein Separator 51, der in den anderen Figuren aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit nicht explizit dargestellt ist, angeordnet. Wie bereits ausgeführt sind aber insbesondere auch Elektrodenwickel („Jelly Roll“) als Elektrodenanordnung einer erfindungsgemäßen Batteriezelle vorgesehen.
  • 19, 20 und 21 zeigen vorteilhafte Ausführungsbeispiele für erfindungsgemäße Batteriezellen 2. Die Batteriezellen 2 können insbesondere Lithium-Ionen-Zellen sein. Insbesondere sind die Batteriezellen 2 zur Verwendung mit einer erfindungsgemäßen Energiespeichereinheit ausgebildet.
  • Eine in 19, 20 und 21 jeweils gezeigte Batteriezellen 2 umfasst jeweils wenigstens eine erste Elektrodenanordnung 27 mit einer Kathode 32 und einer Anode 33 und wenigstens eine zweite Elektrodenanordnung 27’ mit einer Kathode 32 und einer Anode 33. Die wenigstens eine erste Elektrodenanordnung 27 und die wenigstens eine zweite Elektrodenanordnung 27’ sind dabei von einer ersten Halbschale 28 der Batteriezelle 2 und von einer zweiten Halbschale 29 der Batteriezelle 2 umschlossen. Die erste Halbschale 28 und die zweite Halbschale 29 sind dabei über einen Anbindungsbereich elektrisch nichtleitfähig verbunden. In dem Anbindungsbereich ist dabei wenigstens ein Isolatorelement 30 angeordnet, derart, dass die erste Halbschale 28 gegen die zweite Halbschale 29 elektrisch isoliert ist.
  • Die erste Halbschale 28 bildet dabei jeweils die erste Elektrode der Batteriezelle 2 und die zweite Halbschale 29 die zweite Elektrode der Batteriezelle 2. Aus einer ersten metallischen Folie 38 ist dabei die erste Halbschale 28 geformt. Aus einer zweiten metallischen Folie 39 ist die zweite Halbschale 29 geformt.
  • Die wenigstens eine erste Elektrodenanordnung 27 und die wenigstens eine zweite Elektrodenanordnung 27’ ist dabei jeweils von einer elektrisch nichtleitfähigen Innenschicht 43 umgeben, an welche sich die erste Halbschale 28 und die zweite Halbschale 29 nach außen anschließen.
  • Die Kathode 32 der ersten Elektrodenanordnung 27 kontaktiert dabei die erste Halbschale 28 der Batteriezelle 2 elektrisch leitfähig. Die Anode 33 der zweiten Elektrodenanordnung 27’ kontaktiert die zweite Halbschale 29 der Batteriezelle 2 elektrisch leitfähig.
  • Die Batteriezelle 2 umfasst ferner wenigstens ein als ionische Barriere ausgebildetes Trennelement 41, welches jeweils zwischen der ersten Elektrodenanordnung 27 und der zweiten Elektrodenanordnung 27’ angeordnet ist und die erste Elektrodenanordnung 27 von der zweiten Elektrodenanordnung 27’ räumlich trennt, dabei aber einen Lösungsmittelaustausch ermöglicht. Das wenigstens eine Trennelement 41 ist dabei von der Anode 33 der ersten Elektrodenanordnung 27 und der Kathode 32 der zweiten Elektrodenanordnung 27’ elektrisch leitfähig kontaktiert, das heißt, dass die Elektrodenanordnungen elektrisch in Reihe geschaltet sind, was durch die jeweiligen Schaltbilder 34 veranschaulicht ist. Insbesondere kann das Trennelement 41 als Bi-Metall, insbesondere aus Nickel-Aluminium, ausgeführt sein, wobei die Anode 33 und die Kathode 33 unmittelbar elektrisch angebunden sind. Alternativ kann das Trennelement 41 insbesondere auch aus Polyethylen (PE) und/oder Polypropylen (PP) und/oder Polyetheretherketon (PEEK) sein, wobei der elektrische Kontakt über Kontaktfahnen hergestellt wird (in 19 bis 21 nicht dargestellt).
  • Bei dem in 19 dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst die Batteriezelle 2 dabei eine erste Elektrodenanordnung 27 und eine zweite Elektrodenanordnung 27’.
  • Bei dem in 20 dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst die Batteriezelle 2 eine erste Elektrodenanordnung 27, eine zweite Elektrodenanordnung 27’, eine dritte Elektrodenanordnung 27’’ und eine vierte Elektrodenanordnung 27’’’, wobei jeweils zwischen den Elektrodenanordnungen ein Trennelement 41 eingefügt ist. Die Trennelemente 41 werden dabei vorteilhafterweise durch die Zellrahmen 53 fixiert.
  • Bei dem in 21 dargestellten Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Batteriezelle 2, welche ebenfalls vier miteinander verschaltete Elektrodenanordnungen 27, 27’, 27’’, 27’’’ umfasst, ist zwischen der ersten Halbschale 28 und der zweiten Halbschale 29 in dem Anbindungsbereich 42 eine Kühlvorrichtung mit Kühlkanälen 16 zur Temperierung der Batteriezelle 2 angeordnet. Beim Betrieb der Batteriezelle 2 werden die Kühlkanäle 16 dabei vorteilhafterweise von einem Kühlmittel durchströmt. Vorteilhafterweise sind die Kühlkanäle 16 mit den Kühlkanälen von anderen Batteriezellen 2 verbindbar ausgebildet. Die Halbschalen 28, 29 können insbesondere auch als Kunststoffrahmen oder Kühlrahmen mit seitlichen Trennelementen ausgebildet sein.
  • 22 zeigt ein weiteres vorteilhaftes Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäß ausgestaltete Batteriezelle 2 mit einer ersten Halbschale 28 aus einer ersten Metallfolie 38 und einer zweiten Halbschale 29 aus einer zweiten Metallfolie 39. Die erste Halbschale 28 und die zweite Halbschale 29 sind dabei über einen Anbindungsbereich 42 verbunden. In dem Anbindungsbereich 42 weisen die erste Halbschale 28 und die zweite Halbschale 29 jeweils eine flach auslaufende Umrandung 25 auf, wobei die Umrandung 25 der ersten Halbschale 28 mit der Umrandung 25 der zweiten Halbschale 29 miteinander elektrisch nichtleitfähig verbunden ist. Hierzu ist zwischen die Umrandung 25 der ersten Halbschale 28 und die Umrandung 25 der zweiten Halbschale 29 ein elektrisch isolierendes Isolatorelement 30 eingebracht, vorzugsweise ein elektrisch nichtleitfähiger Kleber.
  • Bei dem in 23 dargestellten Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Batteriezelle 2 ist die Anbindung der Halbschalen 28, 29 anders gelöst. Dies ist schematisch in dem in 23 gezeigten vergrößerten Abschnitt dargestellt. Ein Retainer-Rahmen 56, welcher vorzugsweise aus Polyetheretherketon ist, bildet zusammen mit der die Anode bildenden zweiten Halbschale 28 der Batteriezelle 2 eine Nut 54 aus, in welche die die Kathode bildende erste Halbschale 29 der Batteriezelle 2 eingreift. Eine stabile Verbindung der Halbschalen 28, 29 ist dabei mittels eines in die Nut 54 eingebrachten Verbindungsmaterials 55 hergestellt, wobei das Verbindungsmittel 55 vorteilhafterweise durch ein angepasstes E-Modul beim Betrieb der Batteriezelle 2 als Ausgleichselement fungiert. Ferner ist das Verbindungsmaterial 55 sowie der Retainer-Rahmen 56 vorzugsweise Elektrolyt-stabil und stellt eine Diffusionsbarriere für Feuchtigkeit (H2O) und Lösungsmittel dar. Zudem wirkt das Verbindungsmaterial 55 als elektrisches Isolatorelement. Insbesondere wird 2K-Epoxy als Verbindungsmaterial 55 vorgeschlagen. Vorteilhafterweise lässt sich auf diese Art und Weise eine Klebe-Steckverbindung realisieren.
  • Als weitere vorteilhafte (nicht dargestellte) Verbindungsalternative ist vorgesehen, dass die erste Halbschale 28 und die zweite Halbschale 29 einer erfindungsgemäß ausgestalteten Batteriezelle 2 mittels einer Bördel-Klebeverbindung miteinander verbunden sind.
  • Unter Bezugnahme auf 24a, 24b und 24c wird ein Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Batteriezelle 2 näher erläutert.
  • Zunächst wird an einer ersten metallischen Folie 38, vorzugsweise einer Edelstahlfolie, eine elektrisch nichtleitfähige Innenschicht 43, vorzugsweise eine Polypropylenschicht, und eine elektrisch nichtleitfähige Außenschicht 44, vorzugsweise eine Polyester- oder Nylonschicht, angeordnet, wie in 24a dargestellt. Die Schichtenanordnung weist dabei vorzugsweise eine Dicke zwischen 50 µm und 200 µm auf.
  • In einem weitern Verfahrensschritt wird aus der ersten mit der Innenschicht 43 und der Außenschicht 44 versehenen metallischen Folie 38 durch ein Tiefziehverfahren eine erste Halbschale 28 geformt, wie in 24b dargestellt. Die durch den Pfeil 57 gekennzeichnete Höhe der Halbschale 28 beträgt dabei vorzugsweise zwischen 3,8 mm und 10 mm.
  • In entsprechender Weise wird vorteilhafterweise eine zweite Halbschale (in 24a bis 24c nicht dargestellt) hergestellt, wobei als Metallfolie hierfür vorzugsweise eine Aluminiumfolie genutzt wird.
  • In die erste Halbschale 28 wird dann eine Elektrodenanordnung 27, vorzugsweise eine Zellwickel („Jelly Roll“) eingebracht. Über ein erstes Terminalelement 45 der Elektrodenanordnung 27 wird dabei die Metallfolie 38 der Halbschale 38 elektrisch kontaktiert. Hierzu wird zuvor die Innenschicht 43 mit einer Durchlochung 59 und die Außenschicht 44 mit einer Durchlochung 58 versehen. Durch das Kontaktieren der Elektrodenanordnung 27 mit der Metallfolie 38 ist später vorteilhafterweise eine Kontaktierung über die durch die Halbschale 28 gebildete Außenseite der Batteriezelle ermöglicht.
  • Als weitere Verfahrensschritte ist vorgesehen, dass ein Elektrolyt in die Halbschalen eingebracht wird und die Halbschalen dicht verschlossen werden, beispielsweise durch ein Verkleben, vorzugsweise ein Verkleben wie im Zusammenhang mit 22 und 23 erläutert, oder eine Bördel-Klebeverbindung.
  • 25 und 26 zeigen vorteilhafte Ausführungsbeispiele von mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildeten erfindungsgemäßen Batteriezellen 2. Bei diesen Batteriezellen 2 ist eine erste Elektrode der Elektrodenanordnung 27 mit einem ersten Terminalelement 45 kontaktiert, wobei das erste Terminalelement 45 die erste Metallfolie 38 der ersten Halbschale 28 kontaktiert, wie im Zusammenhang mit 24c erläutert. Die zweite Elektrode der Elektrodenanordnung 27 ist mit einem zweiten Terminalelement 46 kontaktiert, wobei das zweite Terminalelement 46 die zweite Halbschale 29 an deren Außenseite durchbricht. Das zweite Terminalelement 46 ist dabei gegen die zweite Halbschale 29, insbesondere gegen die zweite Metallfolie 39, durch das Isolierelement 48 elektrisch isoliert.
  • Bei dem in 26 dargestellten Ausführungsbeispiel ist im Vergleich zu dem in 25 dargestellten Ausführungsbeispiel das zweite Terminalelement 46 versetzt. Durch ein unterschiedliches Positionieren des ersten Terminalelementes 45 an der einen Außenseite der Batteriezelle gegenüber dem zweiten Terminalelement 46 an der anderen Außenseite der Batteriezelle ist vorteilhafterweise ein Schutz bereitgestellt, welcher ein versehentliches „falsches“ Kontaktieren von Batteriezellen verhindert.
  • Eine vorteilhafte Verschaltung in Reihe solcher Batteriezellen 2, wie im 25 dargestellt, zeigt 27. Die in 27 dargestellten Batteriezellen 2 weisen gegenüber der in 25 dargestellten Batteriezelle 2 zudem eine Kühlvorrichtung auf. Beispielhaft ist die Kühlvorrichtung in 27 durch Kühlkanäle 16 und eine Luftkühlung 60 realisiert.
  • Die in den Figuren dargestellten und im Zusammenhang mit diesen erläuterten Ausführungsbeispiele dienen der Erläuterung der Erfindung und sind für diese nicht beschränkend.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102010032414 A1 [0005]
    • EP 2413414 A3 [0005]
    • EP 2605301 A2 [0005, 0009]
    • US 8372536 B2 [0007]
    • DE 102012221680 [0007]

Claims (26)

  1. Energiespeichereinheit (1) mit einer Mehrzahl von galvanischen Zellen (2), wobei die galvanischen Zellen (2) jeweils eine erste Außenseite (3) umfassend eine erste Elektrode (5) und eine zweite Außenseite (4) umfassend eine zweite Elektrode (6) aufweisen und die galvanischen Zellen (2) durch Aneinanderreihung (9) der galvanischen Zellen (2) mit den Außenseiten (3, 4) über die Elektroden (5, 6) elektrisch miteinander verschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiespeichereinheit (1) ein erstes Rahmenelement (7) und ein zweites Rahmenelement (8) umfasst, welche direkt oder indirekt miteinander verbunden sind, wobei das erste Rahmenelement (7) an dem einen Ende (10) der Aneinanderreihung (9) der galvanischen Zellen (2) angeordnet ist und das zweite Rahmenelement (8) an dem anderen Ende (11) der Aneinanderreihung (9) der galvanischen Zellen (2) angeordnet ist.
  2. Energiespeichereinheit (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten Rahmenelement (7) und dem zweiten Rahmenelement (8) wenigstens ein drittes Rahmenelement (12) angeordnet ist, welches zumindest eine galvanische Zelle (2) der Energiespeichereinheit (1) zumindest teilweise umrahmt, wobei das erste Rahmenelement (7) über das wenigstens eine dritte Rahmenelement (12) mit dem zweiten Rahmenelement (8) verbunden ist.
  3. Energiespeichereinheit (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine dritte Rahmenelement (12) jeweils zwischen gleich großen Gruppen von elektrisch miteinander verschalteten galvanischen Zellen (2) der Energiespeichereinheit (1) angeordnet ist.
  4. Energiespeichereinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rahmenelemente (7, 8, 12) jeweils wenigstens ein Fixierelement (13, 14, 21) aufweisen, wobei benachbarte Rahmenelemente (7, 8, 12) jeweils über das wenigstens eine Fixierelement (13, 14, 21) miteinander verbunden sind.
  5. Energiespeichereinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Rahmenelement (7) und/oder das zweite Rahmenelement (8) und/oder das wenigstens eine dritte Rahmenelement (12) jeweils wenigstens ein Kontaktierungselement (20) aufweist, wobei das wenigstens eine Kontaktierungselement (20) wenigstens eine galvanische Zelle (2) der Energiespeichereinheit (1) zur Erfassung wenigstens eines Parameters der galvanischen Zelle (2) kontaktiert.
  6. Energiespeichereinheit (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Rahmenelement (7) und/oder das zweite Rahmenelement (8) und/oder das wenigstens eine dritte Rahmenelement (12) jeweils wenigstens ein Anschlusselement (15) aufweist, welches mit dem wenigstens einen Kontaktierungselement (20) elektrisch leitfähig verbunden ist, wobei das wenigstens eine Anschlusselement (15) mit einer Zellüberwachungseinheit (19) verbunden ist und/oder mit einer Zellüberwachungseinheit verbindbar ist.
  7. Energiespeichereinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Rahmenelement (7) und/oder das zweite Rahmenelement (8) und/oder das wenigstens eine dritte Rahmenelement (12) eine Zellüberwachungseinheit (19) umfasst.
  8. Energiespeichereinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Rahmenelement (7) und/oder das zweite Rahmenelement (8) und/oder das wenigstens eine dritte Rahmenelement (12) jeweils als Kühlvorrichtung zur Temperierung zumindest einer galvanischen Zelle (2) der Energiespeichereinheit (1) ausgebildet ist.
  9. Energiespeichereinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Rahmenelement (7) und/oder das zweite Rahmenelement (8) und/oder das wenigstens eine dritte Rahmenelement (12) jeweils wenigstens ein in die von dem Rahmenelement (7, 8, 12) aufgespannte Fläche (22) ragendes Auflageelement (23) umfasst, an welchem zumindest eine galvanische Zelle (2) der Energiespeichereinheit (1) mit einem Auflagebereich (24) der galvanischen Zelle (2) anliegt.
  10. Energiespeichereinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiespeichereinheit (1) wenigstens eine Sicherheitsbarriere (35) umfasst, welche zwischen zwei benachbart angeordneten galvanischen Zellen (2) der Energiespeichereinheit (1) angeordnet ist, wobei die Sicherheitsbarriere (35) eine elektrisch leitfähige Verbindung (37) zwischen diesen galvanischen Zellen (2) bereitstellt und ausgebildet ist, eine thermische Kettenreaktion zwischen diesen galvanischen Zellen (2) zu verhindern.
  11. Energiespeichereinheit (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Sicherheitsbarriere (35) ferner als Kühlvorrichtung zur Temperierung der die Sicherheitsbarriere (35) umgebenden galvanischen Zellen (2) ausgebildet ist.
  12. Energiespeichereinheit (1) nach Anspruch 10 oder Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine dritte Rahmenelement (12) als die Sicherheitsbarriere (35) ausgebildet ist.
  13. Energiespeichereinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die galvanischen Zellen (2) der Energiespeichereinheit (1) als Batteriezellen nach einem der Ansprüche 21 bis 24 ausgebildet sind.
  14. Batteriezelle (2) zur Verwendung mit einer Energiespeichereinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die Batteriezelle (2) wenigstens eine von einer ersten Halbschale (28) und von einer zweiten Halbschale (29) umgebene Elektrodenanordnung (27) mit wenigstens einer Kathode (32) und wenigstens einer Anode (33) aufweist, wobei die erste Halbschale (28) und die zweite Halbschale (29) über einen Anbindungsbereich (42) verbunden sind und die erste Halbschale (28) die erste Elektrode (5) der Batteriezelle (2) umfasst und die zweite Halbschale (29) die zweite Elektrode (6) der Batteriezelle (2) umfasst.
  15. Batteriezelle (2) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Halbschale (28) eine erste metallische Folie (38) umfasst und die zweite Halbschale (29) eine zweite metallische Folie (39) umfasst.
  16. Batteriezelle (2) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriezelle (2) nach Art einer Pouchzelle ausgebildet ist, wobei die erste metallische Folie (38) mittels eines Tiefziehverfahrens zu der ersten Halbschale (28) geformt ist, und die zweite metallische Folie (39) mittels eines Tiefziehverfahrens zu der zweiten Halbschale (29) geformt ist.
  17. Batteriezelle (2) nach Anspruch 15 oder Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Kathode (32) der wenigstens einen Elektrodenanordnung (27) mit der ersten Halbschale (28) elektrisch leitfähig verbunden ist und die Anode (33) der wenigstens einen Elektrodenanordnung (27) mit der zweiten Halbschale (29) elektrisch leitfähig verbunden ist, wobei zwischen der ersten Halbschale (28) und der zweiten Halbschalte (29) in dem Anbindungsbereich (42) wenigstens ein Isolatorelement (30) angeordnet ist, derart, dass die erste Halbschale (28) gegen die zweite Halbschale (29) elektrisch isoliert ist.
  18. Batteriezelle (2) nach Anspruch 15 oder Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenanordnung (27) von einer elektrisch nichtleitfähigen Innenschicht (43) umgeben ist, an welche sich die erste Halbschale (28) und die zweite Halbschale (29) nach außen anschließen.
  19. Batteriezelle (2) nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Kathode (32) der wenigstens einen Elektrodenanordnung (27) über ein erstes Verbindungselement (31) mit der ersten Halbschale (28) elektrisch leitfähig verbunden ist und die Anode (33) der wenigstens einen Elektrodenanordnung (27) über ein zweites Verbindungselement (31’) mit der zweiten Halbschale (29) elektrisch leitfähig verbunden ist, wobei das erste Verbindungselement (31) und das zweite Verbindungselement (31’) aus der Innenschicht (43) und den Halbschalen (28, 29) der Batteriezelle (2) herausgeführt sind und das erste Verbindungselement (31) die erste Halbschale (28) an deren Außenseite (3) elektrisch leitfähig kontaktiert und das zweite Verbindungselement (31’) die zweite Halbschale (29) an deren Außenseite (4) elektrisch leitfähig kontaktiert.
  20. Batteriezelle (2) nach einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriezelle (2) wenigstens eine erste Elektrodenanordnung (27) mit einer Kathode (32) und einer Anode (33) und wenigstens eine zweite Elektrodenanordnung (27’) mit einer Kathode (32) und einer Anode (33) umfasst, wobei die Kathode (32) der ersten Elektrodenanordnung (27) die erste Halbschale (28) der Batteriezelle (2) elektrisch leitfähig kontaktiert, die Anode (33) der zweiten Elektrodenanordnung (27’) die zweite Halbschale (29) der Batteriezelle (2) elektrisch leitfähig kontaktiert und die Batteriezelle (2) jeweils zwischen der ersten Elektrodenanordnung (27) und der zweiten Elektrodenanordnung (27’) ein elektrisch leitfähiges, die erste Elektrodenanordnung (27) von der zweiten Elektrodenanordnung (27’) räumlich trennendes Trennelement (41) umfasst, welches von der Anode (33) der ersten Elektrodenanordnung (27) und der Kathode (32) der zweiten Elektrodenanordnung (27’) elektrisch leitfähig kontaktiert ist.
  21. Batteriezellen (2) nach einem der Ansprüche 14 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der ersten Halbschale (28) und der zweiten Halbschale (29) in dem Anbindungsbereich (42) wenigstens eine Kühlvorrichtung zur Temperierung der Batteriezelle (2) angeordnet ist.
  22. Batteriezelle (2) nach einem der Ansprüche 14 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Halbschale (28) und die zweite Halbschale (29) in dem Anbindungsbereich (42) jeweils eine flach auslaufende Umrandung (25) aufweisen, wobei die Umrandung (25) der ersten Halbschale (28) mit der Umrandung (25) der zweiten Halbschale (29) miteinander elektrisch nichtleitfähig verbunden ist.
  23. Batteriezelle (2) nach einem der Ansprüche 14 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Halbschale (28) und die zweite Halbschale (29) mittels einer Bördel-Klebeverbindung und/oder mittels einer Klebe-Steckverbindung miteinander verbunden sind.
  24. Batteriezelle (2) nach einem der Ansprüche 14 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Kathode (32) mit einem ersten Terminalelement (45) kontaktiert ist, wobei das erste Terminalelement (45) die erste Halbschale (28) an deren Außenseite (3) durchbricht, und wobei das erste Terminalelement (45) gegen die erste Halbschale (28) elektrisch isoliert ist, und/oder die Anode (33) mit einem zweiten Terminalelement (46) kontaktiert ist, wobei das zweite Terminalelement (46) die zweite Halbschale (29) an deren Außenseite (4) durchbricht, und wobei das zweite Terminalelement (46) gegen die zweite Halbschale (29) elektrisch isoliert ist.
  25. Verfahren zur Herstellung einer Batteriezelle (2) nach einem der Ansprüche 14 bis 24, wobei – aus einer ersten metallischen Folie (38) eine erste Halbschale (28) mit einer ersten Außenseite (3) geformt wird, – aus einer zweiten metallischen Folie (29) eine korrespondierend zu der ersten Halbschale (28) ausgebildete zweite Halbschale (29) mit einer zweiten Außenseite (4) geformt wird, derart, dass wenigstens eine Elektrodenanordnung (27) mit einer Kathode (32) und einer Anode (33) von der ersten Halbschale (28) und der zweiten Halbschale (29) umschlossen werden kann, – die Kathode (32) und die Anode (33) einer Elektrodenanordnung derart elektrisch leitfähig kontaktiert werden, dass eine Kontaktierung der Kathode (32) über die erste Außenseite (3) der ersten Halbschale (28) ermöglicht ist und einer Kontaktierung der Anode (33) über die zweite Außenseite (4) der zweiten Halbschale (29) ermöglicht ist, und – die erste Halbschale (28) und die zweite Halbschale (29) elektrisch nichtleitfähig miteinander verbunden werden.
  26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass an der ersten metallischen Folie (38) eine elektrisch nichtleitfähige Innenschicht (43) angeordnet wird und/oder eine elektrisch nichtleitfähige Außenschicht (44) angeordnet wird, derart, dass die Innenschicht (43) zumindest teilweise an der Innenseite der ersten Halbschale (28) angeordnet ist und die Außenschicht (44) zumindest teilweise an der Außenseite (3) der ersten Halbschale (28) angeordnet ist, und/oder an der zweiten metallischen Folie (39) eine elektrisch nichtleitfähige Innenschicht (43) angeordnet wird und/oder eine elektrisch nichtleitfähige Außenschicht (44) angeordnet wird, derart, dass die Innenschicht (43) zumindest teilweise an der Innenseite der zweiten Halbschale (29) angeordnet ist und die Außenschicht (44) zumindest teilweise an der Außenseite (4) der zweiten Halbschale (29) angeordnet ist.
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