DE102015115602A1 - Battery cell for the traction battery of an electrically powered vehicle and corresponding manufacturing method - Google Patents

Battery cell for the traction battery of an electrically powered vehicle and corresponding manufacturing method Download PDF

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Abstract

Die Erfindung stellt eine Batteriezelle (10) für eine Traktionsbatterie eines elektrisch betriebenen Fahrzeuges mit den folgenden Merkmalen bereit: die Batteriezelle (10) weist ein Gehäuse (11) mit einem Boden und einen innerhalb des Gehäuses (11) angeordneten Zellwickel (12) auf; der Zellwickel (12) besitzt zwei leitfähige Seiten zum elektrischen Abgriff (13, 14) der Spannung; und eine leitfähige Seite des Zellwickels (12) ist mechanisch an den Boden angebunden. Die Erfindung stellt ferner eine entsprechende Traktionsbatterie, ein entsprechendes Fahrzeug sowie ein entsprechendes Verfahren zum Herstellen einer Batteriezelle (10) bereit.The invention provides a battery cell (10) for a traction battery of an electrically powered vehicle having the following features: the battery cell (10) comprises a housing (11) having a bottom and a cell coil (12) disposed within the housing (11); the cell coil (12) has two conductive sides for electrical tapping (13, 14) of the voltage; and a conductive side of the cell coil (12) is mechanically tied to the ground. The invention further provides a corresponding traction battery, a corresponding vehicle and a corresponding method for producing a battery cell (10).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Batteriezelle für eine Traktionsbatterie eines elektrisch betriebenen Fahrzeuges. Die vorliegende Erfindung betrifft darüber hinaus eine entsprechende Traktionsbatterie, ein entsprechendes Fahrzeug sowie ein entsprechendes Verfahren zum Herstellen einer Batteriezelle. The present invention relates to a battery cell for a traction battery of an electrically powered vehicle. The present invention further relates to a corresponding traction battery, a corresponding vehicle and a corresponding method for producing a battery cell.

Stand der Technik State of the art

Bekannt sind unterschiedlichste Batteriezellen für die Traktionsbatterie eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs. Diese können prismatisch geformt sein und ein Aluminium-Gehäuse aufweisen. Die Batteriezellen mögen eine Kühlung aufweisen, welche unterhalb der Batteriezellen angeordnet ist. Innerhalb des Aluminium-Gehäuses kann ein sogenannter Zellwickel (jelly roll) – eine lange, aufgewickelte Elektrode – verbaut sein, welcher zwei leitfähige Seiten zum elektrischen Abgriff der Spannung besitzt. Various battery cells are known for the traction battery of an electrically powered vehicle. These may be prismatic in shape and have an aluminum housing. The battery cells may have a cooling, which is arranged below the battery cells. Within the aluminum housing may be a so-called cell roll (jelly roll) - a long, wound electrode - be installed, which has two conductive sides for electrical tapping of the voltage.

In DE 10 2012 018 339 A1 wird eine Batterie mit mehreren prismatischen Zellen beschrieben, wobei innerhalb der Zellen ein Zellwickel um einen Wärmeleitstab gewickelt ist. In DE 10 2012 018 339 A1 describes a battery having a plurality of prismatic cells, wherein within the cells, a cell coil is wound around a heat-conducting rod.

In JP 2013 143 225 A wird eine Batteriezelle mit einem Zellwickel und einem Zellgehäuse beschrieben, wobei der Zellwickel an die Seitenwände des Zellgehäuses angebunden ist. Dabei besitzt der Zellwickel einen nicht-isolierten Abschnitt, über den Wärme vom Inneren der Zelle zu den Seitenwänden geleitet wird. In JP 2013 143 225 A a battery cell is described with a cell coil and a cell housing, wherein the cell coil is connected to the side walls of the cell housing. In this case, the cell coil has a non-insulated section, through which heat is conducted from the interior of the cell to the side walls.

In WO 2005 043 650 A2 wird ein Batteriesystem mit einer Vielzahl von elektrischen Zellen beschrieben, welche einen Pfad zur Wärmeübertragung besitzen. Dabei wird der Fluss eines ausströmenden Mediums von den Zellen in eine Sicherheitsstruktur geleitet. In WO 2005 043 650 A2 There is described a battery system having a plurality of electrical cells having a path for heat transfer. The flow of an outflowing medium is directed by the cells into a safety structure.

In DE 10 2007 010 750 83 wird eine Batteriezelle mit einem Zellwickel beschrieben, welcher um ein zentral angeordnetes Kühlrohr aufgewickelt ist. In DE 10 2007 010 750 83 a battery cell is described with a cell winding, which is wound around a centrally disposed cooling tube.

In EP 2 475 025 A1 wird eine elektrische Speichereinheit mit einem Gehäuse und einer spannungserzeugenden Vorrichtung beschrieben, wobei die spannungserzeugende Vorrichtung von mindestens einer Wand des Gehäuses entfernt ist. Außerhalb des Gehäuses ist an diese Wand ein Wärmeleitelement, z. B. eine Kühlplatte angebracht. In EP 2 475 025 A1 there is described an electrical storage device having a housing and a voltage generating device, wherein the voltage generating device is removed from at least one wall of the housing. Outside the housing is on this wall, a heat conducting element, for. B. attached a cooling plate.

In WO 2010 149 608 A2 wird eine Batteriezelle mit einem Zellwickel beschrieben, wobei die Elektroden des Zellwickels in einem Gehäuse angeordnet sind und an mindestens eine Seite des Gehäuses über sogenannte Elektrodenwärmeleiter thermisch angebunden sind. In WO 2010 149 608 A2 a battery cell is described with a cell coil, wherein the electrodes of the cell coil are arranged in a housing and are thermally connected to at least one side of the housing via so-called electrode heat conductors.

Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention

Die Erfindung stellt eine Batteriezelle für eine Traktionsbatterie eines elektrisch betriebenen Fahrzeuges, eine entsprechende Traktionsbatterie, ein entsprechendes Elektrofahrzeug sowie ein entsprechendes Verfahren zum Herstellen einer Batteriezelle gemäß den unabhängigen Ansprüchen bereit. The invention provides a battery cell for a traction battery of an electrically powered vehicle, a corresponding traction battery, a corresponding electric vehicle and a corresponding method for manufacturing a battery cell according to the independent claims.

Ein Vorzug dieser Lösung liegt in der direkten Wärmeübertragung vom Zellwickel an die Unterseite des Gehäuses. An advantage of this solution lies in the direct heat transfer from the cell coil to the bottom of the housing.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben. So kann die Batteriezelle prismatisch geformt sein. Mit einer solchen prismatischen Zelle können, etwa im Vergleich zu einer konventionellen Zylinderzelle, kompaktere Module für die Traktionsbatterie gebildet werden, da die aus Rechtecken bestehende Mantelfläche der Zelle eine bessere Raumausnutzung zulässt. Further advantageous embodiments of the invention are specified in the dependent claims. Thus, the battery cell can be prismatic. With such a prismatic cell, more compact modules for the traction battery can be formed, as compared to a conventional cylinder, since the existing of rectangles lateral surface of the cell allows better space utilization.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Gehäuse ein Aluminium-Gehäuse. Dieser Gehäusewerkstoff verleiht der resultierenden Batteriezelle bei hoher Festigkeit ein für die Verwendung in Traktionsbatterien vorteilhaft geringes Eigengewicht. In a preferred embodiment, the housing is an aluminum housing. This housing material gives the resulting battery cell with high strength for use in traction batteries advantageously low dead weight.

Die Batteriezelle kann dabei eine Kühlung aufweisen, welche jenseits des Bodens angeordnet ist. Dadurch kann eine mittelbare Wärmeübertragung vom Zellwickel über die Unterseite des Gehäuses an die Kühlung der Batteriezelle erfolgen. The battery cell can have a cooling, which is arranged beyond the bottom. As a result, an indirect heat transfer from the cell winding via the underside of the housing to the cooling of the battery cell can take place.

Pluspol und Minuspol des Abgriffes sind vorzugsweise auf einer gemeinsamen Seite des Zellwickels angeordnet, um die Kontaktierung des resultierenden Batteriemodules zu erleichtern. Sofern es sich bei der die Abgriffe tragenden Seite um die – dem Boden abgewandte – Oberseite der Batteriezelle handelt, sind Kontaktierung und Kühlung des Modules so vorteilhaft getrennt. Positive pole and negative pole of the tap are preferably arranged on a common side of the cell coil to facilitate the contacting of the resulting battery module. If the side bearing the taps is the top side of the battery cell, which faces away from the bottom, contacting and cooling of the module are thus advantageously separated.

In einer möglichen Ausgestaltung umfasst der Zellwickel eine mit dem Pluspol galvanisch verbundene Kathodenfolie und eine mit dem Minuspol galvanisch verbundene Anodenfolie, welche das Gehäuse berührt. Da das Zellgehäuse ohnehin auf positivem Potential liegt, kann diese untere Seite des Wickels mechanisch an den Zellboden angebunden werden, um die Wärme direkt zu übergeben. In one possible embodiment, the cell winding comprises a cathode foil which is galvanically connected to the positive pole and an anode foil which is galvanically connected to the negative pole and which contacts the housing. Since the cell housing is already at a positive potential, this lower side of the coil can be mechanically connected to the cell bottom to transfer the heat directly.

Um keinen Kurzschluss zwischen den Anoden- und Kathodenfolien zu bekommen, werden die Kathodenfolien hierzu möglichst so zugeschnitten und mit den Anodenfolien zu dem Zellwickel aufgewickelt, dass nur die Anodenfolien überstehen und das Gehäuse kontaktieren, wenn der Zellwickel bis zu dem Boden in das Gehäuse geschoben, die Kathodenfolie galvanisch mit dem Pluspol verbunden und die Anodenfolie galvanisch mit dem Minuspol verbunden wird. Die Unterseite des Zellwickels schwebt innerhalb des Zellgehäuses somit nicht in der Luft, sondern hat vielmehr eine Funktion. In order not to get a short circuit between the anode and cathode foils, the cathode foils are as far as possible cut and with the anode foils to the cell winding wound so that only the anode foils survive and contact the housing when the cell coil pushed to the bottom in the housing, the cathode foil is galvanically connected to the positive pole and the anode foil is galvanically connected to the negative terminal. The underside of the cell coil thus does not hover within the cell housing in the air, but rather has a function.

Der solchermaßen in das Zellgehäuse geschobene Zellwickel presst sich an die Seitenwände dieses Gehäuses. Dadurch wird die Wärme aus dem Wickel nicht nur direkt an den Boden, sondern auch über die Seitenwände übergeben, von wo er die Zellseitenwand entlang ebenfalls bis zum Boden der Zelle geht. The cell winding thus pushed into the cell housing presses against the side walls of this housing. As a result, the heat from the coil is transferred not only directly to the floor, but also via the side walls, from where it also goes along the cell side wall to the bottom of the cell.

Kurze Beschreibung der Zeichnung Short description of the drawing

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. An embodiment of the invention is illustrated in the drawing and will be described in more detail below.

Die einzige Figur verdeutlicht den prinzipiellen Aufbau einer erfindungsgemäßen Batteriezelle anhand einer teiltransparenten Seitenansicht. The single figure illustrates the basic structure of a battery cell according to the invention by means of a partially transparent side view.

Ausführungsformen der Erfindung Embodiments of the invention

1 illustriert die Batteriezelle 10 der Traktionsbatterie eines elektrisch betriebenen Fahrzeuges gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Die Batteriezelle 10 besteht dabei im Wesentlichen aus einem prismatisch geformten Aluminium-Gehäuse 11 sowie einem innerhalb des Gehäuses 11 angeordneten Zellwickel 12. Eine geeignet dimensionierte, zeichnerisch jedoch nicht dargestellte Kühlung ist jenseits des Bodens an der abbildungsgemäßen Unterseite der Batteriezelle 10 angeordnet. 1 illustrates the battery cell 10 the traction battery of an electrically powered vehicle according to an embodiment of the invention. The battery cell 10 consists essentially of a prismatic aluminum housing 11 and one inside the case 11 arranged cell wraps 12 , A suitably dimensioned, but not graphically illustrated cooling is beyond the bottom of the imaging bottom of the battery cell 10 arranged.

Der Zellwickel 12 selbst besitzt zwei leitfähige Seiten zum elektrischen Abgriff 13, 14 der Spannung mittels eines Pluspols 13 und eines Minuspols 14, die gemeinsam auf seiner abbildungsgemäßen Oberseite angeordnet und somit dem Boden abgewandt sind. Auf der Unterseite hingegen ist der Zellwickel 12 mechanisch an den Boden des Gehäuses 11 angebunden. Der Wärmefluss 15 ist somit relativ kurz und effektiv. The cell wrap 12 itself has two conductive sides for electrical tapping 13 . 14 the voltage by means of a positive pole 13 and a negative pole 14 , which are arranged together on its upper side according to the imaging and thus facing away from the ground. On the underside, on the other hand, is the cell wrap 12 mechanically to the bottom of the housing 11 tethered. The heat flow 15 is thus relatively short and effective.

Die Kathodenfolie wurde hierzu im Rahmen der Herstellung der Batteriezelle 10 so zugeschnitten und mit der Anodenfolie zu dem Zellwickel 12 aufgewickelt, dass die Anodenfolie übersteht. Hernach wurde der Zellwickel 12 bis zu dem Boden in das Gehäuse 11 geschoben, die Kathodenfolie galvanisch mit dem Pluspol 13 verbunden und die Anodenfolie ihrerseits galvanisch mit dem Minuspol 14 verbunden. The cathode foil was used for this purpose in the production of the battery cell 10 so cut and with the anode foil to the cell wrap 12 wound up so that the anode foil protrudes. Afterwards the cell winding became 12 to the bottom in the case 11 pushed, the cathode foil galvanic with the positive pole 13 connected and the anode foil in turn galvanic with the negative pole 14 connected.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Claims (10)

Batteriezelle (10) für eine Traktionsbatterie eines elektrisch betriebenen Fahrzeuges, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: – die Batteriezelle (10) weist ein Gehäuse (11) mit einem Boden und einen innerhalb des Gehäuses (11) angeordneten Zellwickel (12) auf, – der Zellwickel (12) besitzt zwei leitfähige Seiten zum elektrischen Abgriff (13, 14) der Spannung und – eine leitfähige Seite des Zellwickels (12) ist mechanisch an den Boden angebunden. Battery cell ( 10 ) for a traction battery of an electrically operated vehicle, characterized by the following features: - the battery cell ( 10 ) has a housing ( 11 ) with a bottom and one within the housing ( 11 ) arranged cell wraps ( 12 ), - the cell wrap ( 12 ) has two conductive sides for electrical tapping ( 13 . 14 ) of the voltage and - a conductive side of the cell coil ( 12 ) is mechanically connected to the ground. Batteriezelle (10) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: – die Batteriezelle (10) ist prismatisch geformt. Battery cell ( 10 ) according to claim 1, characterized by the following feature: - the battery cell ( 10 ) is prismatic. Batteriezelle (10) nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: – das Gehäuse (11) ist ein Aluminium-Gehäuse (11). Battery cell ( 10 ) according to claim 1 or 2, characterized by the following feature: - the housing ( 11 ) is an aluminum housing ( 11 ). Batteriezelle (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: – die Batteriezelle (10) weist eine Kühlung auf, welche jenseits des Bodens angeordnet ist. Battery cell ( 10 ) according to one of claims 1 to 3, characterized by the following feature: - the battery cell ( 10 ) has a cooling, which is arranged beyond the bottom. Batteriezelle (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: – der Abgriff (13, 14) umfasst einen Pluspol (13) und einen Minuspol (14) und – der Pluspol (13) und der Minuspol (14) sind auf einer der Seiten des Zellwickels (12) angeordnet. Battery cell ( 10 ) according to one of claims 1 to 4, characterized by the following features: - the tap ( 13 . 14 ) includes a positive pole ( 13 ) and a negative pole ( 14 ) and - the positive pole ( 13 ) and the negative pole ( 14 ) are on one of the sides of the cell coil ( 12 ) arranged. Batteriezelle (10) nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: – die Seite ist dem Boden abgewandt. Battery cell ( 10 ) according to claim 5, characterized by the following feature: - the side faces away from the ground. Batteriezelle (10) nach Anspruch 5 oder 6, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: – der Zellwickel (12) umfasst eine mit dem Pluspol (13) galvanisch verbundene Kathodenfolie und eine mit dem Minuspol (14) galvanisch verbundene Anodenfolie und – die Anodenfolie berührt das Gehäuse (11). Battery cell ( 10 ) according to claim 5 or 6, characterized by the following features: - the cell coil ( 12 ) includes one with the positive pole ( 13 ) galvanically connected cathode foil and one with the negative pole ( 14 ) galvanically connected anode foil and - the anode foil touches the housing ( 11 ). Traktionsbatterie für ein elektrisch betriebenes Fahrzeug, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: – die Traktionsbatterie umfasst eine Batteriezelle (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7. Traction battery for an electrically powered vehicle, characterized by the following feature: - the traction battery comprises a battery cell ( 10 ) according to one of claims 1 to 7. Elektrisch betriebenes Fahrzeug mit einer Traktionsbatterie nach Anspruch 8.  Electrically powered vehicle with a traction battery according to claim 8. Verfahren zum Herstellen einer Batteriezelle (10) nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: – die Kathodenfolie wird so zugeschnitten und mit der Anodenfolie zu dem Zellwickel (12) aufgewickelt, dass die Anodenfolie übersteht, – der Zellwickel (12) wird bis zu dem Boden in das Gehäuse (11) geschoben, – die Kathodenfolie wird galvanisch mit dem Pluspol (13) verbunden und – die Anodenfolie wird galvanisch mit dem Minuspol (14) verbunden. Method for producing a battery cell ( 10 ) according to claim 7, characterized by the following feature: the cathode foil is cut to size and with the anode foil to the cell coil ( 12 ) wound that the anode foil survives, - the cell winding ( 12 ) is pushed to the bottom in the housing ( 11 ), - the cathode foil is galvanically connected to the positive pole ( 13 ) and - the anode foil is galvanically connected to the negative pole ( 14 ) connected.
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