DE102015008238A1 - Einzelzelle, Zellanordnung und Zellverbund - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrochemische Einzelzelle (3), umfassend einen elektrochemisch aktiven Teil und eine den elektrochemisch aktiven Teil umgebende Umhüllung (2), wobei die Umhüllung (2) eine dem elektrochemisch aktiven Teil zugewandte innere Isolierschicht (2.1), eine dem elektrochemisch aktiven Teil abgewandte äußere Isolierschicht (2.2) und eine zwischen der inneren Isolierschicht (2.1) und der äußeren Isolierschicht (2.2) angeordnete Leiterschicht (2.3) umfasst. Erfindungsgemäß ragt zumindest ein Abschnitt (2.3.1, 2.3.2) der Leiterschicht (2.3) über einen Randbereich der inneren Isolierschicht (2.1) und der äußeren Isolierschicht (2.2) hinaus. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Zellanordnung und einen Zellverbund (11).

Description

  • Die Erfindung betrifft eine elektrochemische Einzelzelle gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Zellanordnung und einen Zellverbund.
  • Aus der DE 10 2009 006 117 A1 ist eine elektrochemische Einzelzelle für eine elektrische Batterie bekannt. Die Einzelzelle umfasst einen elektrochemisch aktiven Teil und eine diesen umgebende Umhüllung, wobei die Umhüllung gas- und flüssigkeitsdicht ausgebildet ist. Die Umhüllung ist aus einer laminierten Folie gebildet, wobei die Umhüllung aus einer ersten Isolierschicht, einer Leiterschicht und einer zweiten Isolierschicht besteht. Die Isolierschichten sind aus einem Kunststoff gebildet und die Leiterschicht besteht aus Aluminium, einer Aluminiumlegierung oder einem anderen Metall oder einer anderen Metall-Legierung.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte elektrochemische Einzelzelle, eine Zellanordnung und einen Zellverbund für eine elektrische Batterie anzugeben.
  • Hinsichtlich der elektrochemischen Einzelzelle wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale, hinsichtlich der Zellanordnung durch die im Anspruch 4 angegebenen Merkmale und hinsichtlich des Zellverbunds durch die im Anspruch 5 angegebenen Merkmale gelöst.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Eine elektrochemische Einzelzelle umfasst einen elektrochemisch aktiven Teil und eine den elektrochemisch aktiven Teil umgebende Umhüllung, wobei die Umhüllung eine dem elektrochemisch aktiven Teil zugewandte innere Isolierschicht, eine dem elektrochemisch aktiven Teil abgewandte äußere Isolierschicht und eine zwischen der inneren Isolierschicht und der äußeren Isolierschicht angeordnete Leiterschicht umfasst.
  • Erfindungsgemäß ragt zumindest ein Abschnitt der Leiterschicht über einen Randbereich der inneren Isolierschicht und der äußeren Isolierschicht hinaus.
  • Der zumindest eine hinausragende Abschnitt ist insbesondere zu einer einfachen elektrischen und/oder thermischen Kontaktierung der Leiterschicht mit einem elektrischen Bauteil und/oder mit zumindest einer Temperiervorrichtung ausgebildet. Mittels des elektrischen Bauteils sind beispielsweise eine aktive EMV-Abschirmung (EMV = elektromagnetische Verträglichkeit) und eine flächige Isolationsmessung realisierbar. Mittels der Temperiervorrichtung ist insbesondere aufgrund einer flachen Ausbildung der Leiterschicht eine effektive und einfache Temperierung der Einzelzelle realisierbar. Zusätzliche Komponenten zur elektrischen und/oder thermischen Kontaktierung der Einzelzelle können dadurch in vorteilhafter Weise entfallen.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
  • Dabei zeigen:
  • 1 schematisch eine Schnittdarstellung eines Ausschnitts einer Umhüllung einer elektrochemischen Einzelzelle nach dem Stand der Technik,
  • 2 schematisch eine Schnittdarstellung eines Ausschnitts einer Umhüllung einer erfindungsgemäßen elektrochemischen Einzelzelle,
  • 3 schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Zellverbunds,
  • 4 schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Zellverbunds,
  • 5 schematisch ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Zellverbunds,
  • 6 schematisch ein viertes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Zellverbunds,
  • 7 schematisch ein fünftes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Zellverbunds und
  • 8 schematisch ein sechstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Zellverbunds.
  • Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
  • In 1 ist eine Schnittdarstellung eines Ausschnitts einer mechanisch flexiblen, folienartigen Umhüllung 1 einer nicht gezeigten, als so genannte Pouchzelle oder Coffeebagzelle ausgebildeten elektrochemischen Einzelzelle nach dem Stand der Technik dargestellt.
  • Die Umhüllung 1 ist gas- und flüssigkeitsdicht ausgebildet und umgibt einen elektrochemisch aktiven Teil der Einzelzelle vollständig. Die Umhüllung 1 ist aus einer laminierten Folie gebildet, wobei die Umhüllung 1 eine dem elektrochemisch aktiven Teil zugewandte innere Isolierschicht 1.1, eine dem elektrochemisch aktiven Teil abgewandte äußere Isolierschicht 1.2 und eine zwischen der inneren Isolierschicht 1.1 und der äußeren Isolierschicht 1.2 angeordnete Leiterschicht 1.3 umfasst. Die Isolierschichten 1.1, 1.2 sind aus einem Kunststoff, beispielsweise Polyethylen oder Polypropylen, gebildet. Die Leiterschicht 1.3 ist aus Aluminium, einer Aluminiumlegierung oder einem anderen Metall oder einer anderen Metall-Legierung gebildet. Umfasst der elektrochemisch aktive Teil einen Lithium-Ionen-Zellchemie, ist die Leiterschicht 1.3 als Elektrolytsperre oder Diffusionssperre ausgebildet.
  • Zur elektrischen Kontaktierung des elektrochemisch aktiven Teils sind in nicht dargestellter Weise Polkontakte desselben fluiddicht durch die Umhüllung 1 nach außen geführt.
  • 2 zeigt in einer Schnittdarstellung einen Ausschnitt einer Umhüllung 2 eines möglichen Ausführungsbeispiels einer in 3 näher dargestellten erfindungsgemäßen elektrochemischen Einzelzelle 3.
  • Im Unterschied zu der in 1 dargestellten Umhüllung 1 nach dem Stand der Technik ist ein Abschnitt 2.3.1 einer zwischen einer inneren Isolierschicht 2.1 und einer äußeren Isolierschicht 2.2 angeordneten Leiterschicht 2.3 derart über einen Randbereich der inneren Isolierschicht 2.1 und der äußeren Isolierschicht 2.2 hinausgeführt, dass dieser Abschnitt 2.3.1 über den Randbereich hinausragt. Die Isolierschichten 2.1, 2.2 sind analog zu den in 1 beschriebenen Isolierschichten 1.1, 1.2 ausgebildet.
  • Die Leiterschicht 2.3 ist aus einem elektrisch leitfähigen und/oder wärmeleitfähigen Material, beispielsweise Aluminium oder einem anderen Metall oder einer Metalllegierung, gebildet. Der Abschnitt 2.3.1 der Leiterschicht 2.3 ist zu einer elektrischen Kopplung mit in den 3 bis 5 gezeigten elektrischen Bauteilen 4 bis 7 und/oder zu einer thermischen Kopplung mit einer in den 6 bis 8 gezeigten Temperiervorrichtung 8 bis 10 ausgebildet. Hierzu kann der Abschnitt 2.3.1 in nicht näher dargestellter Weise zumindest ein entsprechend ausgebildetes Koppelelement aufweisen.
  • In 3 ist ein mögliches erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Zellverbunds 11 mit einer Mehrzahl von elektrisch seriell und/oder parallel miteinander verschalteten elektrochemischen Einzelzellen 3 dargestellt. Zur Wahrung der Übersichtlichkeit sind nicht alle Bestandteile jeder Einzelzelle 3 mit Bezugszeichen versehen. Die Einzelzellen 3 umfassen jeweils eine Umhüllung 2 gemäß 2, wobei bei jeder Umhüllung 2 an sich gegenüberliegenden Seiten jeweils ein Abschnitt 2.3.1, 2.3.2 der zwischen der inneren Isolierschicht 2.1 und der äußeren Isolierschicht 2.2 angeordneten Leiterschicht 2.3 über den Randbereich der Isolierschichten 2.1, 2.2 hinausragt. Die Abschnitte 2.3.1, 2.3.2 sind dabei insbesondere identisch ausgebildet.
  • Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Abschnitte 2.3.1 der Einzelzellen 3 jeweils mit einem als elektrischer Leiter ausgebildeten elektrischen Bauteil 4 elektrisch gekoppelt, wobei der elektrische Leiter mit einem elektrischen Massepotential GND verbunden ist. Die Abschnitte 2.3.2 der Einzelzellen 3 sind jeweils mit einem weiteren als elektrischer Leiter ausgebildeten elektrischen Bauteil 5 elektrisch gekoppelt, wobei der weitere elektrische Leiter ebenfalls mit dem elektrischen Massepotential GND verbunden ist. Durch diese elektrische Kopplung der Leiterschichten 2.3 mit dem gemeinsamen Massepotential GND wird eine aktive EMV-Abschirmung erzeugt.
  • 4 zeigt ein mögliches zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Zellverbunds 11 mit einer Mehrzahl von elektrisch seriell und/oder parallel miteinander verschalteten elektrochemischen Einzelzellen 3. Im Unterschied zu dem in 3 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel sind die als elektrische Leiter ausgebildeten Bauteile 4, 5 mit einem weiteren elektrischen Bauteil 6 gekoppelt, welches zur Isolationsmessung, d. h. zur Ermittlung von Defekten der Isolationsschichten 2.1, 2.2 ausgebildet ist.
  • In 5 ist ein mögliches drittes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Zellverbunds 11 mit einer Mehrzahl von elektrisch seriell und/oder parallel miteinander verschalteten elektrochemischen Einzelzellen 3 dargestellt. Im Unterschied zu dem in 3 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel sind alternierend die Abschnitte 2.3.1 jeder zweiten Einzelzelle 3 mit dem als elektrischer Leiter ausgebildeten Bauteil 4 und die Abschnitte 2.3.2 jeder zweiten Einzelzelle 3 mit dem als elektrischer Leiter ausgebildeten Bauteil 5 gekoppelt. Die elektrischen Leiter sind wiederum mit einem als Wechselspannungsquelle ausgebildeten weiteren elektrischen Bauteil 7 gekoppelt. Durch diese Verschaltung bilden die Leiterschichten 2.3 jeweils eine Lage eines elektrischen Kondensators. Das heißt, die Einzelzellen 3 wirken wie Elektroden eines Kondensators. Mittels einer entsprechenden Auswertung sind Kapazitätsänderungen und daraus folgende Zelldickenänderungen detektierbar. Somit können Rückschlüsse auf eine Alterung und eine Funktionsfähigkeit der Einzelzellen 3 gezogen werden.
  • In näher dargestellter Weise erfolgt die Kopplung der Abschnitte 2.3.1, 2.3.2 mit den Bauteilen 4, 5 jeweils mittels eines Schaltelements. Dadurch ist es möglich, Kapazitäten zwischen den Einzelzellen 3 separat zu ermitteln und somit die Auswertung bezüglich der Zelldickenänderung für die Einzelzellen 3 separat durchzuführen.
  • 6 zeigt ein mögliches viertes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Zellverbunds 11 mit einer Mehrzahl von elektrisch seriell und/oder parallel miteinander verschalteten elektrochemischen Einzelzellen 3. Zur Wahrung der Übersichtlichkeit sind nicht alle Bestandteile jeder Einzelzelle 3 mit Bezugszeichen versehen.
  • Die Einzelzellen 3 umfassen jeweils eine Umhüllung 2 gemäß 2, wobei bei jeder Umhüllung 2 an sich gegenüberliegenden Seiten jeweils ein Abschnitt 2.3.1, 2.3.2 der zwischen der inneren Isolierschicht 2.1 und der äußeren Isolierschicht 2.2 angeordneten Leiterschicht 2.3 über den Randbereich der Isolierschichten 2.1, 2.2 hinausragt. Die Abschnitte 2.3.1, 2.3.2 sind dabei insbesondere identisch ausgebildet.
  • Die Abschnitte 2.3.2 sind mit einer gemeinsamen Temperiervorrichtung 8, beispielsweise einem Kühlkreislauf, zur Erwärmung und/oder Kühlung der Einzelzellen 3 thermisch gekoppelt. In nicht näher dargestellter Weise sind alternativ oder zusätzlich die weiteren Abschnitte 2.3.1 mit der Temperiervorrichtung 8 oder einer weiteren Temperiervorrichtung 8 thermisch gekoppelt.
  • In 7 ein mögliches fünftes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Zellverbunds 11 mit einer Mehrzahl von elektrisch seriell und/oder parallel miteinander verschalteten elektrochemischen Einzelzellen 3 dargestellt. Zur Wahrung der Übersichtlichkeit sind nicht alle Bestandteile jeder Einzelzelle 3 mit Bezugszeichen versehen.
  • Die Einzelzellen 3 umfassen jeweils eine Umhüllung 2 gemäß 2, wobei bei jeder Umhüllung 2 an sich gegenüberliegenden Seiten jeweils ein Abschnitt 2.3.1, 2.3.2 der zwischen der inneren Isolierschicht 2.1 und der äußeren Isolierschicht 2.2 angeordneten Leiterschicht 2.3 über den Randbereich der Isolierschichten 2.1, 2.2 hinausragt. Die Abschnitte 2.3.1, 2.3.2 sind dabei insbesondere identisch ausgebildet.
  • Die Einzelzellen 3 sind mit einer Temperiervorrichtung 9 gekoppelt. Die Temperiervorrichtung 9 umfasst Wärmeleitbleche 12, wobei zwischen zwei Einzelzellen 3 jeweils ein Wärmeleitblech 12 angeordnet ist. Dabei sind alternierend obere Abschnitte jedes zweiten Wärmeleitblechs 12 mit einem ersten thermischen Leiter 13 und untere Abschnitte jedes zweiten Wärmeleitblechs 12 mit einem zweiten thermischen Leiter 14 gekoppelt. Die thermischen Leiter 13, 14 sind in nicht näher dargestellter Weise mit einer nicht gezeigten Vorrichtung zur Erwärmung und/oder Kühlung gekoppelt.
  • 8 zeigt ein mögliches sechstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Zellverbunds 11 mit einer Mehrzahl von elektrisch seriell und/oder parallel miteinander verschalteten elektrochemischen Einzelzellen 3.
  • Im Unterschied zu dem in 7 dargestellten fünften Ausführungsbeispiel umfasst eine Temperiervorrichtung 10 die Wärmeleitbleche, wobei nicht die oberen Abschnitte jedes zweiten Wärmeleitblechs 12 mit dem ersten thermischen Leiter 13 gekoppelt sind, sondern die Abschnitte 2.3.1 der Leiterschichten 2.3 jeder Einzelzelle 3. Auch sind abweichend die unteren Abschnitte aller Wärmeleitbleche 12 mit dem zweiten thermischen Leiter 14 gekoppelt. Somit wird eine Effektivität der Temperierung der Einzelzellen 3 weiter erhöht.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Umhüllung (Stand der Technik)
    1.1
    Isolierschicht
    1.2
    Isolierschicht
    1.3
    Leiterschicht
    2
    Umhüllung
    2.1
    Isolierschicht
    2.2
    Isolierschicht
    2.3
    Leiterschicht
    2.3.1
    Abschnitt
    2.3.2
    Abschnitt
    3
    Einzelzelle
    4 bis 7
    Bauteil
    8 bis 10
    Temperiervorrichtung
    11
    Zellverbund
    12
    Wärmeleitblech
    13
    Leiter
    14
    Leiter
    GND
    Massepotential
  • 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 102009006117 A1 [0002]

Claims (6)

  1. Elektrochemische Einzelzelle (3), umfassend – einen elektrochemisch aktiven Teil und – eine den elektrochemisch aktiven Teil umgebende Umhüllung (2), wobei die Umhüllung (2) – eine dem elektrochemisch aktiven Teil zugewandte innere Isolierschicht (2.1), – eine dem elektrochemisch aktiven Teil abgewandte äußere Isolierschicht (2.2) und – eine zwischen der inneren Isolierschicht (2.1) und der äußeren Isolierschicht (2.2) angeordnete Leiterschicht (2.3) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass – dass zumindest ein Abschnitt (2.3.1, 2.3.2) der Leiterschicht (2.3) über einen Randbereich der inneren Isolierschicht (2.1) und der äußeren Isolierschicht (2.2) hinausragt.
  2. Elektrochemische Einzelzelle (3) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterschicht (2.3) aus einem elektrisch leitfähigen Material gebildet ist.
  3. Elektrochemische Einzelzelle (3) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterschicht (2.3) aus einem wärmeleitfähigen Material gebildet ist.
  4. Zellanordnung, umfassend – eine elektrochemische Einzelzelle (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, – zumindest ein elektrisches Bauteil (4 bis 7) und/oder – zumindest eine Temperiervorrichtung (8 bis 10), – wobei die Leiterschicht (2.3) mit dem zumindest einen elektrischen Bauteil (4 bis 7) elektrisch gekoppelt und/oder mit der zumindest einen Temperiervorrichtung (8 bis 10) thermisch gekoppelt ist.
  5. Zellverbund (11), umfassend mehrere elektrisch seriell und/oder parallel miteinander verschaltete Einzelzellen (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 3.
  6. Zellverbund (11) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Leiterschicht (2.3) einer Einzelzelle (3) mit zumindest einem elektrischen Bauteil (4 bis 7) elektrisch gekoppelt und/oder mit zumindest einer Temperiervorrichtung (8 bis 10) thermisch gekoppelt ist.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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