DE102015003644A1 - Pouch cell for an energy storage device - Google Patents

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Abstract

Pouchzelle (1) für eine Energiespeicheranordnung (28), umfassend mehrere zur elektrochemischen Energiewandlung ausgebildete Zelllagen (14, 15) , welche im Inneren einer geschlossenen Hülle (2) angeordnet sind, und wenigstens zwei mit wenigstens einer Zelllage (14, 15) elektrisch leitend verbundene Kontaktierungselemente (17, 18), welche eine die Hülle (2) schließende Siegelnaht (7) durchdringend aus dem Inneren der Hülle (2) herausgeführt sind, wobei im Inneren der Hülle (2) wenigstens ein zur Wärmeabfuhr ausgebildeter Wärmekollektor (19) angeordnet ist, welcher mit wenigstens einem die Siegelnaht (7) durchdringend aus dem Inneren der Hülle (2) herausgeführten Wärmeableiter (20, 21) thermisch gekoppelt ist.Pouch cell (1) for an energy storage arrangement (28), comprising a plurality of cell layers (14, 15) designed for electrochemical energy conversion, which are arranged inside a closed envelope (2), and at least two with at least one cell layer (14, 15) electrically conducting connected contacting elements (17, 18), which are a shell (2) closing the sealed seam (7) led out of the interior of the shell (2), wherein inside the shell (2) at least one heat collector designed for heat collector (19) is, which is thermally coupled with at least one of the sealing seam (7) penetrating from the interior of the shell (2) led out heat dissipator (20, 21).

Description

Die Erfindung betrifft eine Pouchzelle für eine Energiespeicheranordnung, umfassend mehrere zur elektrochemischen Energiewandlung ausgebildete Zelllagen, welche im Inneren einer geschlossenen Hülle angeordnet sind, und wenigstens zwei mit wenigstens einer Zelllage elektrisch leitend verbundene Kontaktierungselemente, welche eine die Hülle schließende Siegelnaht durchdringend aus dem Inneren der Hülle herausgeführt sind.The invention relates to a pouch cell for an energy storage arrangement, comprising a plurality of cell layers formed for electrochemical energy conversion, which are arranged inside a closed shell, and at least two electrically conductive contact elements connected to at least one cell layer, which penetrates a sealing seam closing the shell penetrating from the inside of the shell led out.

Pouchzellen sind in jüngerer Zeit als Grundlage für Traktionsbatterien in den Fokus industrieller Entwicklungsbemühungen gerückt. Bei einer Pouchzelle werden die an der elektrochemischen Energiewandlung beteiligten Elektroden als Folien ausgebildet und als Zelllagen bezeichnet. Die eine galvanische Zelle, insbesondere eine Lithium-Ionen-Zelle, bildenden Zelllagen sind dabei durch Separatoren getrennt in einer geschlossenen, mit einem Elektrolyt gefüllten Hülle angeordnet. Auch diese besteht typischerweise aus einem oder mehreren Folienelementen, welche eine Siegelnaht bildend zusammengefügt werden, wofür häufig Ultraschallschweißverfahren zum Einsatz kommen. Die Kontaktierungselemente sind im Inneren der Hülle mit den Elektroden verbunden und werden nach außen durch die Siegelnaht durchgeführt, also auch mit der Hülle verschweißt. Innerhalb einer Pouchzelle können dabei auch mehrere galvanische Zellen durch wenigstens jeweils ein Paar von Zelllagen realisiert werden.Pouch cells have recently become the focus of industrial development efforts as the basis for traction batteries. In a pouch cell, the electrodes involved in the electrochemical energy conversion are formed as films and referred to as cell layers. The galvanic cell, in particular a lithium-ion cell, forming cell layers are separated by separators arranged in a closed, filled with an electrolyte shell. Again, this typically consists of one or more foil elements, which are joined forming a sealing seam, which often ultrasonic welding methods are used. The contacting elements are connected in the interior of the shell with the electrodes and are carried out to the outside through the sealed seam, so also welded to the shell. Within a pouch cell, it is also possible to realize a plurality of galvanic cells by at least one respective pair of cell layers.

Da Pouchzellen eine hohe Leistungsdichte aufweisen, stellt deren Kühlung im Betrieb, insbesondere bei der Energieentnahme, eine besondere Herausforderung dar. Dies gilt umso mehr, wenn in einer Pouchzelle mehrere parallele galvanische Elemente realisiert sind und durch die damit verbundene steigende Zahl von Zelllagen auch die Dicke der Pouchzelle zunimmt. Dies kann dazu führen, dass anstatt einer besonders effizienten, aber schlecht zu kühlenden, Pouchzellen mit vielen Zelllagen mehrere durch Kühlelemente getrennt angeordnete dünnere Pouchzellen im Rahmen einer Energiespeicheranordnung vorzusehen sind. Es ist bekannt zur Wärmeabfuhr aus dem Inneren einer Pouchzelle die Kontaktierungselemente zu verwenden.Since pouch cells have a high power density, their cooling in operation, especially in the energy extraction, a special challenge. This is even more true if in a pouch cell several parallel galvanic elements are realized and by the associated increasing number of cell layers and the thickness the pouch cell increases. This may mean that instead of a particularly efficient, but poorly cooled, pouch cells with many cell layers, a plurality of thinner pouch cells arranged separately by cooling elements must be provided as part of an energy storage arrangement. It is known for the heat dissipation from the interior of a pouch cell to use the contacting elements.

Die DE 10 2013 201 457 A1 offenbart ein Energiespeicherelement mit zumindest einer Energiespeicherzelle und einem elektrischen Ableiterkontakt. Zur Wärmeabfuhr werden die Ableiterkontakte an zumindest einem ein thermisch leitfähiges Material umfassenden Halteelement angeordnet, welches wiederum mittels einer Klammer mit einem Wärmeführungskanal kontaktiert ist.The DE 10 2013 201 457 A1 discloses an energy storage element having at least one energy storage cell and an electrical arrester contact. For heat dissipation, the arrester contacts are arranged on at least one holding element comprising a thermally conductive material, which in turn is contacted by means of a clamp with a heat conducting channel.

Derartige, die Kontaktierungselemente zur Wärmeabfuhr nutzende Pouchzellen weisen jedoch den Nachteil auf, dass die thermische Kontaktierung mit einer Wärmesenke außerhalb der Pouchzelle unter großem Aufwand elektrisch isoliert ausgeführt sein muss. Darüber hinaus steht für den Wärmefluss lediglich der Querschnitt der Kontaktierungselemente zur Verfügung, was die Effizienz der Wärmeabfuhr erheblich einschränkt, da die Kontaktierungselemente üblicherweise verhältnismäßig schmal ausgebildet sind.However, such pouch cells using the contacting elements for heat dissipation have the disadvantage that the thermal contacting with a heat sink outside the pouch cell has to be performed with great electrical isolation at great expense. In addition, only the cross-section of the contacting elements is available for the heat flow, which considerably limits the efficiency of the heat removal, since the contacting elements are usually made relatively narrow.

Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zu Grunde, eine Pouchzelle mit demgegenüber verbesserten Kühleigenschaften anzugeben.The invention is thus based on the object of specifying a pouch cell with improved cooling properties on the other hand.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass im Inneren der Hülle wenigstens ein zur Wärmeabfuhr ausgebildeter Wärmekollektor angeordnet ist, welcher mit wenigstens einem die Siegelnaht durchdringend aus dem Inneren der Hülle herausgeführten Wärmeableiter thermisch gekoppelt ist.To achieve this object, the invention provides that in the interior of the shell at least one heat collector designed for heat dissipation is arranged, which is thermally coupled with at least one of the sealing seam penetrating penetrating from the interior of the shell heat dissipator.

Der Erfindung liegt die Überlegung zu Grunde, neben den elektrischen Kontaktierungselementen einen oder mehrere durch die Siegelnaht herausgeführte, keinen Strom führende Wärmeableiter vorzusehen, welche im Inneren der Hülle mit einem die dort entstehende Wärme aufnehmenden Wärmekollektor thermisch verbunden sind. Einem Wärmekollektor können dabei sowohl ein als auch mehrere Wärmeableiter zugeordnet sein, welche an unterschiedlichen Stellen der Siegelnaht durch diese hindurchgeführt werden. Dafür geeignete Abschnitte der Siegelnaht können sich zwischen den Kontaktierungselementen befinden, aber auch an Seiten der Pouchzelle, welche keine Kontaktierungselemente aufweisen, angeordnet sein. Die Wärmeableiter werden dabei im Rahmen der Fertigung der Pouchzelle wie die Kontaktierungselemente mit der Hülle zusammengefügt.The invention is based on the consideration, in addition to the electrical contacting elements provide one or more led out through the sealed seam, no current leading heat sink, which are thermally connected in the interior of the shell with a heat there receiving heat collector. A heat collector can be assigned to both one and a plurality of heat dissipator, which are passed through at different points of the sealed seam. Suitable sections of the sealed seam can be located between the contacting elements, but also on the sides of the pouch cell, which have no contacting elements. The heat dissipators are assembled as part of the production of the pouch cell as the contacting elements with the shell.

Die Wärmekollektoren, welche sich im Inneren der Hülle befinden, sind dabei gegenüber den Zelllagen elektrisch isolierend auszubilden, um sicherzustellen, dass sie keinen Einfluss auf die elektrochemischen Prozesse innerhalb der Pouchzelle haben. Das gleiche gilt für die Anordnung der Wärmekollektoren bezüglich der Zelllagen, wobei die Anordnung so zu wählen ist, dass auch hier der Einfluss auf die Energiewandlungsvorgänge möglichst gering ist.The heat collectors, which are located inside the envelope, are to be electrically insulating with respect to the cell layers in order to ensure that they have no influence on the electrochemical processes within the pouch cell. The same applies to the arrangement of the heat collectors with respect to the cell layers, wherein the arrangement is to be chosen so that the influence on the energy conversion processes is minimized here as well.

Da die Wärmeabfuhr gerade bei besonders dicken, eine größere Zahl von Zelllagen umfassenden Pouchzellen besonders wichtig ist, wird es bevorzugt, dass im Inneren der Hülle mehrere Wärmekollektoren angeordnet sind, welche jeweils mit wenigstens einem Wärmeableiter thermisch gekoppelt und derart angeordnet sind, dass sich zwischen jeweils zwei Wärmekollektoren wenigstens eine Zelllage befindet. Die Wärmekollektoren werden mithin in verschiedenen Ebenen der Pouchzelle angeordnet und können so aus mehreren Volumenabschnitten der Pouchzelle Wärme aufnehmen. Die Wärmekollektoren und die mit ihnen thermisch gekoppelten Wärmeableiter können dabei gleichartig ausgebildet sein, so dass an einer Stelle der Siegelnaht Wärmeableiter, welche unterschiedlichen Wärmekollektoren zugeordnet sind, herausgeführt werden. Es ist gleichsam aber auch denkbar, dass an einer Stelle der Siegelnaht nur mit einem Teil der Wärmekollektoren thermisch gekoppelte Wärmeableiter herausgeführt werden und für die Wärmeableiter anderer Wärmekollektoren separate Stellen zu deren Durchführung durch die Siegelnaht vorgesehen sind.Since the heat dissipation is particularly important especially for particularly thick pouch cells comprising a larger number of cell layers, it is preferred that a plurality of heat collectors are arranged inside the envelope, which are each thermally coupled to at least one heat sink and arranged in such a way that between each two heat collectors at least one Cell location is located. The heat collectors are therefore arranged in different levels of the pouch cell and can thus absorb heat from several volume sections of the pouch cell. The heat collectors and the thermally coupled with them heat dissipators may be similar, so that at one point of the sealed seam heat sink, which are assigned to different heat collectors, are led out. However, it is also conceivable that thermally coupled heat sinks are led out at one point of the sealed seam only with a part of the heat collectors and separate locations for the heat dissipation of other heat collectors are provided for their passage through the sealed seam.

Es ist bei einer erfindungsgemäßen Pouchzelle besonders vorteilhaft, wenn der wenigstens eine oder jeder Wärmekollektor flach ausgebildet und parallel zu den Zelllagen angeordnet ist. Der wenigstens eine oder jede Wärmekollektor ist dann mit den Zelllagen stapelartig angeordnet, wobei es besonders zweckmäßig ist, wenn die Grundfläche der Wärmekollektoren jener der einzelnen Zelllagen entspricht. Insofern ist unter flach zu verstehen, dass die Höhe des wenigstens einen oder jedes Wärmekollektors wesentlich geringer als seine Länge und Breite ist. Insbesondere ist es zweckmäßig, wenn der wenigstens eine oder jeder Wärmekollektor als eine Blech- oder Folienlage ausgebildet ist. Der wenigstens eine oder jeder Wärmekollektor passt sich sodann in den Aufbau der Pouchzelle ein und kann vorteilhafterweise einfach im Rahmen bekannter Fertigungsverfahren für Pouchzellen parallel zu den Zelllagen angeordnet werden.It is particularly advantageous in a Pouch cell according to the invention, when the at least one or each heat collector is flat and arranged parallel to the cell layers. The at least one or each heat collector is then arranged in a stack with the cell layers, and it is particularly expedient if the base of the heat collectors corresponds to that of the individual cell layers. In this respect, flat is to be understood that the height of the at least one or each heat collector is substantially less than its length and width. In particular, it is expedient if the at least one or each heat collector is designed as a sheet or foil layer. The at least one or each heat collector then adapts to the structure of the pouch cell and can advantageously be arranged simply in the context of known manufacturing methods for pouch cells parallel to the cell layers.

Es ist bei einer erfindungsgemäßen Pouchzelle ferner von besonderem Vorteil, wenn jeweils zwei der Zelllagen ein Elektrodenpaar einer galvanischen Zelle bilden und der wenigstens eine oder jeder Wärmekollektor außerhalb des wenigstens einen Elektrodenpaares angeordnet ist. Es wird mithin vorgeschlagen, dass Wärmekollektoren nicht zwischen zwei ein Elektrodenpaar bildenden Zelllagen angeordnet sind. Dadurch wird ein Einfluss des wenigstens einen oder jeden Wärmekollektors auf die elektrochemischen Energiewandlungsprozesse innerhalb der Pouchzelle weitestgehend ausgeschlossen.It is also particularly advantageous in a pouch cell according to the invention if in each case two of the cell layers form an electrode pair of a galvanic cell and the at least one or each heat collector is arranged outside the at least one electrode pair. It is therefore proposed that heat collectors are not arranged between two electrode layers forming a cell pair. As a result, an influence of the at least one or each heat collector on the electrochemical energy conversion processes within the pouch cell is largely excluded.

Um vorteilhafterweise eine besonders einfache Fertigung erfindungsgemäßer Pouchzellen zu ermöglichen, kann es daneben vorgesehen sein, dass der wenigstens eine oder jeder Wärmekollektor mit dem wenigstens einen mit ihm thermisch gekoppelten Wärmeableiter einteilig ausgebildet ist. Wärmekollektor und ihm zugeordnete Wärmeableiter bilden sodann ein einheitliches Bauelement für die Herstellung der Pouchzelle. Insbesondere können der wenigstens eine oder jeder Wärmekollektor mit dem wenigstens einen mit ihm thermisch gekoppelten Wärmeableiter aus einem Blech- oder Folienstück ausgeschnitten sein.In order to advantageously enable a particularly simple production of pouch cells according to the invention, it may additionally be provided that the at least one or each heat collector is integrally formed with the at least one heat conductor thermally coupled to it. Heat collector and associated with him heat sink then form a single component for the production of the pouch cell. In particular, the at least one or each heat collector can be cut out of a piece of sheet metal or film with the at least one heat conductor thermally coupled to it.

Es wird im Rahmen der Erfindung besonders bevorzugt, wenn der wenigstens eine oder jeder Wärmeableiter und/oder der wenigstens eine oder jeder Wärmekollektor aus einem thermisch leitfähigen Material besteht. Auf diese Weise kann eine besonders effiziente Wärmeabfuhr aus dem Inneren der Pouchzelle realisiert werden. Insbesondere wenn das Material neben seiner thermischen Leitfähigkeit auch eine nicht zu vernachlässigende elektrische Leitfähigkeit, also beispielsweise bei einem Metall wie Aluminium oder Kupfer, aufweist, ist es besonders zweckmäßig, wenn es zumindest in einem im Inneren der Hülle liegenden Bereich mit einer elektrisch isolierenden Oberflächenschicht belegt ist. Einflüsse auf die elektrochemischen Prozesse innerhalb der Pouchzelle und vor allem ein Stromfluss auf dem Wärmekollektor bzw. dem Wärmeableiter können so unterbunden werden. Die Oberflächenschicht kann dabei bevorzugt aus einem Kunststoff bestehen, wobei es bei der Realisierung wenigstens eines oder jedes Wärmekollektors als Folienlage besonders bevorzugt wird, wenn dieser laminiert wird.It is particularly preferred in the invention if the at least one or each heat sink and / or the at least one or each heat collector consists of a thermally conductive material. In this way, a particularly efficient heat dissipation from the interior of the pouch cell can be realized. In particular, if the material in addition to its thermal conductivity and a non-negligible electrical conductivity, so for example in a metal such as aluminum or copper, it is particularly useful if it occupies at least in a lying in the interior of the shell area with an electrically insulating surface layer is. Influences on the electrochemical processes within the pouch cell and, above all, a current flow on the heat collector or the heat dissipator can thus be prevented. The surface layer may preferably consist of a plastic, wherein it is particularly preferred in the realization of at least one or each heat collector as a film layer when it is laminated.

Daneben betrifft die Erfindung eine Energiespeicheranordnung, umfassend eine oder mehrere in einem Gehäuse angeordnete und miteinander verschaltete erfindungsgemäße Pouchzellen. Das Gehäuse ist dabei zur Aufnahme der einen Pouchzelle oder der mehreren Pouchzellen ausgebildet. Durch das Verschalten mehrerer Pouchzellen miteinander kann die Ausgangsspannung und/oder die Kapazität der Energiespeicheranordnung für ihren jeweiligen Einsatzzweck passend bestimmt werden. Eine solche Energiespeicheranordnung weist den besonderen Vorteil auf, dass durch die verbesserte Wärmeabfuhr erfindungsgemäßer Pouchzellen weniger von ihnen zur Realisierung der Energiespeicheranordnung benötigt werden und in der Folge eine kompaktere Bauform erzielt wird.In addition, the invention relates to an energy storage arrangement, comprising one or more arranged in a housing and interconnected Pouchzellen invention. The housing is designed to receive the one pouch cell or the plurality of pouch cells. By interconnecting a plurality of pouch cells with one another, the output voltage and / or the capacity of the energy storage arrangement can be suitably determined for their respective intended use. Such an energy storage arrangement has the particular advantage that, due to the improved heat dissipation of pouch cells according to the invention, fewer of them are required for the realization of the energy storage arrangement and, as a consequence, a more compact design is achieved.

Es kann bei einer erfindungsgemäßen Energiespeicheranordnung darüber hinaus vorgesehen sein, dass sie wenigstens einen zur Abfuhr von Wärme aus dem Inneren der Pouchzellen ausgebildeten Wärmeleiter aufweist, welcher mit dem wenigstens einen Wärmeableiter wenigstens einer Pouchzelle thermisch gekoppelt ist. Eine solche Energiespeicheranordnung kann somit die mittels der erfindungsgemäßen Pouchzellen verbesserte Wärmeabfuhr dadurch noch effizienter gestalten, dass die Wärmeableiter ihre Wärme an einen Wärmeleiter der Energiespeicheranordnung abgeben und dieser beispielsweise mit einer aus dem Stand der Technik bekannten Kühlvorrichtung thermisch gekoppelt ist. Eine solche Energiespeicheranordnung weist folglich gegenüber herkömmlichen Energiespeicheranordnungen eine effizientere Kühlleistung und/oder eine aufwandsärmer realisierbare Ausgestaltung der Wärmeleiter auf.Moreover, in the case of an energy storage arrangement according to the invention, it may be provided that it has at least one heat conductor formed to remove heat from the interior of the pouch cells, which is thermally coupled to the at least one heat dissipator of at least one pouch cell. Such an energy storage arrangement can thus make the heat removal improved by means of the pouch cells according to the invention even more efficient in that the heat dissipates heat to a heat conductor of the energy storage device and this is thermally coupled, for example, with a known from the prior art cooling device. Such an energy storage arrangement thus has compared to conventional Energy storage arrangements on a more efficient cooling performance and / or a lower-cost feasible embodiment of the heat conductor.

Schließlich betrifft die Erfindung auch ein Kraftfahrzeug umfassend wenigstens eine erfindungsgemäße Energiespeicheranordnung.Finally, the invention also relates to a motor vehicle comprising at least one energy storage arrangement according to the invention.

Sämtliche Ausführungen zur erfindungsgemäßen Pouchzelle lassen sich analog auf die erfindungsgemäße Energiespeicheranordnung und das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug übertragen, so dass auch mit diesen die bereits genannten Vorteile erzielt werden können.All embodiments of the pouch cell according to the invention can be analogously transferred to the energy storage arrangement according to the invention and the motor vehicle according to the invention, so that even with these already mentioned advantages can be achieved.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:Further advantages and details of the invention will become apparent from the embodiments described below and with reference to the drawings. Showing:

1 eine Aufsicht auf ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Pouchzelle, 1 a plan view of an embodiment of a pouch cell according to the invention,

2 einen Querschnitt durch die in 1 gezeigte Pouchzelle, 2 a cross section through the in 1 shown pouch cell,

3 einen Längsschnitt durch die in 1 gezeigte Pouchzelle und 3 a longitudinal section through the in 1 shown pouch cell and

4 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs mit einer erfindungsgemäßen Energiespeicheranordnung. 4 An embodiment of a motor vehicle according to the invention with an energy storage device according to the invention.

1 ist eine Aufsicht auf eine Pouchzelle 1, welche im Inneren einer Hülle 2 zum Beispiel mehrere Lithium-Ionen-Zellen aufweist. Diese sind jeweils mit einer positiven Kontaktierungsfahne 3 und einer negativen Kontaktierungsfahne 4 elektrisch leitend verbunden. Ferner weist die Pouchzelle 1 zwei an entgegengesetzten Seiten angeordnete Wärmeableiterfahnen 5, 6 auf, wobei die Wärmeableiterfahne 5 zwischen den Kontaktierungsfahnen 3, 4 angeordnet ist. Die Kontaktierungsfahnen 3, 4 sowie die Wärmeableiterfahnen 5, 6 sind aus dem Inneren der Hülle 2 eine Siegelnaht 7 durchringend, herausgeführt, wodurch die Hülle 2 nach außen flüssigkeitsdicht abgeschlossen ist. Die Siegelnaht 7 wurde mittels eines Ultraschallweißverfahrens gebildet. 1 is a view of a pouch cell 1 which is inside a shell 2 For example, has multiple lithium-ion cells. These are each with a positive Kontaktierungsfahne 3 and a negative contact flag 4 electrically connected. Furthermore, the pouch cell points 1 two heat dissipation vanes arranged on opposite sides 5 . 6 on, with the heat dissipation vane 5 between the contact flags 3 . 4 is arranged. The contact flags 3 . 4 and the heat dissipation flags 5 . 6 are from inside the case 2 a sealed seam 7 penetrating, led out, causing the shell 2 closed to the outside liquid-tight. The sealed seam 7 was formed by an ultrasonic white process.

Die Kontaktierungsfahnen 3, 4 bestehen aus einem elektrisch gut leitenden Material. Die Wärmeableiffahnen 5, 6 sind aus Aluminium ausgebildet, das in den schraffierten Bereichen 10, 11 von außen thermisch unmittelbar kontaktierbar ist. In den nicht schraffierten Bereichen 12, 13 weisen sie jedoch eine elektrische Isolationsschicht aus Kunststoff auf.The contact flags 3 . 4 consist of a material with good electrical conductivity. The heatable veins 5 . 6 are made of aluminum, which in the hatched areas 10 . 11 thermally directly contactable from the outside. In the non-hatched areas 12 . 13 However, they have an electrical insulation layer made of plastic.

2 zeigt einen Querschnitt durch die Pouchzelle 1 mit exemplarisch drei Lithium-Ionen-Zellen. Die drei Lithium-Ionen-Zellen umfassen jeweils eine der positiven Kontaktierungsfahne 3 zugeordnete Zelllage 14, eine der negativen Kontaktierungsfahne 4 zugeordnete Zelllage 15 sowie einen diese Zelllagen 14, 15 trennenden Separator 16. Dabei weist jede Zelllage 14 ein elektrisch leitend mit diesem verbundenes Kontaktierungselement 17 und die Zelllagen 15 jeweils ein elektrisch mit diesen verbundenes Kontaktierungselement 18 auf. Die Kontaktierungselemente 17 werden die Siegelnaht 7 durchdringend aus dem Inneren der Hülle 2 herausgeführt und bilden zusammengefügt die positive Kontaktierungsfahne 3. Ebenso werden die Kontaktierungselemente 18 aus der Hülle 2 herausgeführt und bilden die negative Kontaktierungsfahne 4. 2 shows a cross section through the pouch cell 1 with exemplarily three lithium-ion cells. The three lithium-ion cells each comprise one of the positive contact lugs 3 associated cell location 14 , one of the negative contact flags 4 associated cell location 15 and one of these cell layers 14 . 15 separating separator 16 , Each cell layer indicates this 14 an electrically conductive with this connected contacting element 17 and the cell layers 15 in each case an electrically connected to this contacting element 18 on. The contacting elements 17 become the sealed seam 7 penetrating from the inside of the shell 2 led out and put together the positive contact flag 3 , Likewise, the contacting elements 18 from the shell 2 led out and form the negative contact flag 4 ,

In den beiden Bereichen zwischen den Elektronenpaaren ist jeweils ein Wärmekollektor 19 mit zwei an entgegengesetzten Seiten angeordneten Wärmeableitern 20, 21 (Wärmeableiter 21 in der Querschnittsdarstellung nicht sichtbar) angeordnet. Die Wärmekollektoren 19 sind mit ihren Wärmeableitern 20, 21 einteilig ausgebildet und somit thermisch gekoppelt. Sie bestehen aus einer dünnen, gewalzten Folienlage 22 aus Aluminium, welche mit einer Oberflächenschicht 23 aus einem elektrisch isolierenden Kunststoff belegt ist. Die Wärmeableiter 20 sind die Siegelnaht 2 durchdringend aus dem Inneren der Hülle 2 herausgeführt und bilden dort zusammengefügt die Wärmeableiterfahne 5. Ebenso sind die in 2 nicht sichtbaren Wärmeableiter 21 aus dem Inneren der Hülle 2 herausgeführt und bilden zusammengefügt die Wärmeableiterfahne 6.In the two areas between the electron pairs is in each case a heat collector 19 with two heat sinks arranged on opposite sides 20 . 21 (heat sink 21 not visible in the cross-sectional representation). The heat collectors 19 are with their heat sinks 20 . 21 formed in one piece and thus thermally coupled. They consist of a thin, rolled foil layer 22 made of aluminum, which with a surface layer 23 is covered by an electrically insulating plastic. The heat sink 20 are the sealed seam 2 penetrating from the inside of the shell 2 brought out and form there together the heat dissipation flag 5 , Likewise, the in 2 invisible heat sink 21 from the inside of the case 2 led out and put together the heat dissipation banner 6 ,

Während des Betriebs der Pouchzelle 1 nehmen die Wärmekollektoren 19 die im Inneren der Hülle 2 entstehende Wärme auf und führen sie über die Wärmeableiter 20, 21 nach dem Äußeren der Hülle 2 ab. Durch ihre Anordnung zwischen den Elektronenpaaren haben sie keinen Einfluss auf die elektrochemischen Prozesse der drei Lithium-Ionen-Zellen. Da sie aus Aluminium bestehen, weisen sie eine gute thermische Leitfähigkeit auf, wobei eine besonders effiziente Wärmeabfuhr durch ihren breiten Querschnitt erzielt wird. Dieser ist insbesondere größer als jener der Kontaktierungselemente 17, 18, so dass durch die Wärmeableiter 20, 21 eine größere Wärmemenge abführbar ist als bei einer Pouchzelle, welche ihre Kontaktierungselemente zur Wärmeabfuhr nutzt.During the operation of the pouch cell 1 take the heat collectors 19 the inside of the case 2 resulting heat and lead them over the heat sink 20 . 21 after the exterior of the shell 2 from. Their arrangement between the electron pairs, they have no influence on the electrochemical processes of the three lithium-ion cells. Because they are made of aluminum, they have a good thermal conductivity, with a particularly efficient heat dissipation is achieved by their wide cross-section. This is in particular larger than that of the contacting elements 17 . 18 , so by the heat sink 20 . 21 a larger amount of heat can be dissipated than in a pouch cell, which uses its contacting elements for heat dissipation.

3 zeigt einen Längschnitt durch die Pouchzelle 1 auf Höhe eines Wärmekollektors 19. Wie ersichtlich weist der Wärmekollektor 19 die gleiche Länge und Breite wie die Zelllagen 14, 15 auf und weist so eine größtmögliche Fläche zur Aufnahme der im Inneren der Hülle 2 entstehenden Wärme auf. Die Wärmeableiter 20, 21 sind wie die Kontaktierungselemente 17, 18 durch die Siegelnaht 7 aus dem Inneren der Hülle 2 herausgeführt, so dass sie zu den Wärmeableiterfahnen 5, 6 bzw. den Kontaktierungsfahnen 17, 18 zusammengefügt werden können. Durch das angewendete Schweißverfahren zur Erzeugung der Siegelnaht 7 ist die Pouchzelle 1 flüssigkeitsdicht zum Äußeren der Hülle 2 abgeschlossen. Die Oberflächenschicht 23 endet dabei jeweils hinter den Bereichen 12, 13 der Wärmeableiterfahnen 5, 6, so dass in den Bereichen 10, 11 der Wärmeableiterfahnen 5, 6 bzw. der Wärmeableiter 20, 21 ein unmittelbarer thermischer Kontakt ermöglicht wird. 3 shows a longitudinal section through the pouch cell 1 at the height of a heat collector 19 , As can be seen, the heat collector 19 the same length and width as the cell layers 14 . 15 on and thus has the largest possible area for receiving the inside of the shell 2 arising heat. The heat sink 20 . 21 are like the contacting elements 17 . 18 through the sealed seam 7 from the inside of the case 2 led out, giving them to the heat dissipation flags 5 . 6 or the Kontaktierungsfahnen 17 . 18 can be joined together. By the applied welding process for the production of the sealed seam 7 is the pouch cell 1 liquid-tight to the exterior of the shell 2 completed. The surface layer 23 ends in each case behind the areas 12 . 13 the heat dissipation vanes 5 . 6 so in the fields 10 . 11 the heat dissipation vanes 5 . 6 or the heat sink 20 . 21 an immediate thermal contact is made possible.

Es sind darüber hinaus weitere Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Pouchzellen 1 denkbar, welche lediglich ein Elektrodenpaar aufweisen. Dabei ist entweder ein Wärmekollektor 19 parallel zu einer Zelllage 14, 15 des Elektrodenpaares vorgesehen oder es sind zwei Wärmekollektoren 19 zu beiden Seiten des Elektrodenpaares angeordnet. Die übrigen Ausführungen zum zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel lassen sich analog auf solche Pouchzellen 1 übertragen.There are also other embodiments of pouch cells according to the invention 1 conceivable, which have only one pair of electrodes. This is either a heat collector 19 parallel to a cell layer 14 . 15 of the electrode pair provided or there are two heat collectors 19 arranged on both sides of the electrode pair. The remainder of the embodiments described above can be analogous to such Pouchzellen 1 transfer.

4 ist eine Prinzipskizze eines Ausführungsbeispiels eines Kraftfahrzeugs 14, dessen an einer Vorderachse 25 angeordnete Vorderräder 26 mittels einer Antriebseinrichtung 27 angetrieben werden. Die Antriebseinrichtung 27 wird von einer Energiespeicheranordnung 28 mit elektrischer Energie versorgt. Diese weist mehrere Pouchzellen 1 auf, die miteinander verschaltet sind und mittels ihrer Wärmeableiterfahnen 5, 6 mit einem Wärmeleiter 29 thermisch gekoppelt sind. An diesem ist eine Kühlvorrichtung 30 angeordnet, welcher ein Wärmeaustausch zwischen den Pouchzellen 1 und der Umgebungsluft realisiert. 4 is a schematic diagram of an embodiment of a motor vehicle 14 whose on a front axle 25 arranged front wheels 26 by means of a drive device 27 are driven. The drive device 27 is from an energy storage device 28 supplied with electrical energy. This has several pouch cells 1 on, which are interconnected and by means of their heat dissipation vanes 5 . 6 with a heat conductor 29 thermally coupled. At this is a cooler 30 arranged, which heat exchange between the pouch cells 1 and the ambient air realized.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102013201457 A1 [0004] DE 102013201457 A1 [0004]

Claims (11)

Pouchzelle (1) für eine Energiespeicheranordnung (28), umfassend mehrere zur elektrochemischen Energiewandlung ausgebildete Zelllagen (14, 15), welche im Inneren einer geschlossenen Hülle (2) angeordnet sind, und wenigstens zwei mit wenigstens einer Zelllage (14, 15) elektrisch leitend verbundene Kontaktierungselemente (17, 18), welche eine die Hülle (2) schließende Siegelnaht (7) durchdringend aus dem Inneren der Hülle (2) herausgeführt sind, dadurch gekennzeichnet, dass im Inneren der Hülle (2) wenigstens ein zur Wärmeabfuhr ausgebildeter Wärmekollektor (19) angeordnet ist, welcher mit wenigstens einem die Siegelnaht (7) durchdringend aus dem Inneren der Hülle (2) herausgeführten Wärmeableiter (20, 21) thermisch gekoppelt ist.Pouch cell ( 1 ) for an energy storage device ( 28 ), comprising a plurality of cell layers formed for electrochemical energy conversion ( 14 . 15 ), which are inside a closed shell ( 2 ) and at least two with at least one cell layer ( 14 . 15 ) electrically conductive contacting elements ( 17 . 18 ), which one the shell ( 2 ) closing sealing seam ( 7 ) penetrating from inside the envelope ( 2 ), characterized in that inside the envelope ( 2 ) at least one heat collector designed for heat dissipation ( 19 ), which with at least one of the sealed seam ( 7 ) penetrating from inside the envelope ( 2 ) led out heat sink ( 20 . 21 ) is thermally coupled. Pouchzelle (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Inneren der Hülle (2) mehrere Wärmekollektoren (19) angeordnet sind, welche jeweils mit wenigstens einem Wärmeableiter (20, 21) thermisch gekoppelt und derart angeordnet sind, dass sich zwischen jeweils zwei Wärmkollektoren (19) wenigstens eine Zelllage (14, 15) befindet.Pouch cell ( 1 ) according to claim 1, characterized in that inside the envelope ( 2 ) several heat collectors ( 19 ), which are each provided with at least one heat sink ( 20 . 21 ) are thermally coupled and arranged such that between each two heat collectors ( 19 ) at least one cell layer ( 14 . 15 ) is located. Pouchzelle (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine oder jeder Wärmekollektor (19) flach ausgebildet und parallel zu den Zelllagen (14, 15) angeordnet ist.Pouch cell ( 1 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the at least one or each heat collector ( 19 ) flat and parallel to the cell layers ( 14 . 15 ) is arranged. Pouchzelle (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine oder jeder Wärmekollektor (19) als eine Blech- oder Folienlage (22) ausgebildet ist.Pouch cell ( 1 ) according to claim 3, characterized in that the at least one or each heat collector ( 19 ) as a sheet or foil layer ( 22 ) is trained. Pouchzelle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, jeweils zwei der Zelllagen (14, 15) ein Elektrodenpaar einer galvanischen Zelle bilden und der wenigstens eine oder jeder Wärmekollektor (19) außerhalb des wenigstens einen Elektrodenpaars angeordnet ist.Pouch cell ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in each case two of the cell layers ( 14 . 15 ) form a pair of electrodes of a galvanic cell and the at least one or each heat collector ( 19 ) is arranged outside the at least one pair of electrodes. Pouchzelle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine oder jeder Wärmekollektor (19) mit dem wenigstens einen mit ihm thermisch gekoppelten Wärmeableiter (20, 21) einteilig ausgebildet ist.Pouch cell ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one or each heat collector ( 19 ) with the at least one thermally coupled thereto heat sink ( 20 . 21 ) is formed in one piece. Pouchzelle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine oder jeder Wärmeableiter (20, 21) und/oder der wenigstens eine oder jeder Wärmekollektor (19) aus einem thermisch leitfähigen Material besteht.Pouch cell ( 1 ) according to any one of the preceding claims, characterized in that the at least one or each heat sink ( 20 . 21 ) and / or the at least one or each heat collector ( 19 ) consists of a thermally conductive material. Pouchzelle (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das thermisch leitfähige Material zumindest in einem im Inneren der Hülle (2) liegenden Bereich mit einer elektrisch isolierenden Oberflächenschicht (23) belegt ist.Pouch cell ( 1 ) according to claim 7, characterized in that the thermally conductive material at least in one inside the envelope ( 2 ) with an electrically insulating surface layer ( 23 ) is occupied. Energiespeicheranordnung (28), umfassend eine oder mehrere in einem Gehäuse angeordnete und miteinander verschaltete Pouchzellen (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Energy storage arrangement ( 28 ) comprising one or more pouch cells arranged in a housing and interconnected with one another ( 1 ) according to any one of the preceding claims. Energiespeicheranordnung (28) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass sie wenigstens einen zum Abfuhr von Wärme aus dem Inneren der Pouchzellen (1) ausgebildeten Wärmeleiter (29) aufweist, welcher mit dem wenigstens einen Wärmeableiter (20, 21) wenigstens einer Pouchzelle (1) thermisch gekoppelt ist.Energy storage arrangement ( 28 ) according to claim 9, characterized in that it comprises at least one for removing heat from the interior of the pouch cells ( 1 ) trained heat conductor ( 29 ), which with the at least one heat sink ( 20 . 21 ) at least one pouch cell ( 1 ) is thermally coupled. Kraftfahrzeug (24), umfassend eine Energiespeicheranordnung (28) nach Anspruch 9 oder 10.Motor vehicle ( 24 ), comprising an energy storage arrangement ( 28 ) according to claim 9 or 10.
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US20120231313A1 (en) * 2011-03-11 2012-09-13 GM Global Technology Operations LLC Prismatic cell with integrated cooling plate
DE102013201457A1 (en) 2013-01-30 2014-07-31 Robert Bosch Gmbh Energy storage device with i.e. lithium ion rechargeable battery for e.g. electric vehicle, has heat guide passage guiding medium at moderate temperature and in thermal contact with support element

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