DE102016221492A1 - Zellrahmen zur Aufnahme von Pouch-Zellen - Google Patents

Zellrahmen zur Aufnahme von Pouch-Zellen Download PDF

Info

Publication number
DE102016221492A1
DE102016221492A1 DE102016221492.6A DE102016221492A DE102016221492A1 DE 102016221492 A1 DE102016221492 A1 DE 102016221492A1 DE 102016221492 A DE102016221492 A DE 102016221492A DE 102016221492 A1 DE102016221492 A1 DE 102016221492A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
cell
frame
pouch
pouch cells
cell frame
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102016221492.6A
Other languages
English (en)
Inventor
Josef Ranner
Maximilian Oscar Bader
Michael Moser
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Priority to DE102016221492.6A priority Critical patent/DE102016221492A1/de
Publication of DE102016221492A1 publication Critical patent/DE102016221492A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01BASIC ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/502Interconnectors for connecting terminals of adjacent batteries; Interconnectors for connecting cells outside a battery casing
    • HELECTRICITY
    • H01BASIC ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052Li-accumulators
    • H01M10/0525Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • HELECTRICITY
    • H01BASIC ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H01M10/482Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte for several batteries or cells simultaneously or sequentially
    • HELECTRICITY
    • H01BASIC ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H01M10/486Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte for measuring temperature
    • HELECTRICITY
    • H01BASIC ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10Primary casings, jackets or wrappings of a single cell or a single battery
    • H01M50/116Primary casings, jackets or wrappings of a single cell or a single battery characterised by the material
    • HELECTRICITY
    • H01BASIC ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • HELECTRICITY
    • H01BASIC ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/204Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells
    • H01M50/207Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape
    • H01M50/211Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape adapted for pouch cells
    • HELECTRICITY
    • H01BASIC ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/289Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by spacing elements or positioning means within frames, racks or packs
    • H01M50/291Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by spacing elements or positioning means within frames, racks or packs characterised by their shape
    • HELECTRICITY
    • H01BASIC ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/502Interconnectors for connecting terminals of adjacent batteries; Interconnectors for connecting cells outside a battery casing
    • H01M50/503Interconnectors for connecting terminals of adjacent batteries; Interconnectors for connecting cells outside a battery casing characterised by the shape of the interconnectors
    • HELECTRICITY
    • H01BASIC ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/502Interconnectors for connecting terminals of adjacent batteries; Interconnectors for connecting cells outside a battery casing
    • H01M50/509Interconnectors for connecting terminals of adjacent batteries; Interconnectors for connecting cells outside a battery casing characterised by the type of connection, e.g. mixed connections
    • H01M50/51Connection only in series
    • HELECTRICITY
    • H01BASIC ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/528Fixed electrical connections, i.e. not intended for disconnection
    • HELECTRICITY
    • H01BASIC ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00Batteries for particular applications
    • H01M2220/20Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Zellrahmen (8) zur Aufnahme einer bestimmten Anzahl von Pouch-Zellen (14) mit einem integrierten Zellverbinder (10), wobei der Zellverbinder (10) Kontaktflächen zum Durchsetzfügen bereitstellt. Des Weiteren werden ein Batteriepack und ein Verfahren zur Herstellung eines Batteriepacks angegeben.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Zellrahmen zur Aufnahme einer bestimmten Anzahl von Pouch-Zellen. Darüber hinaus werden ein Batteriepack und ein Verfahren zur Herstellung eines Batteriepacks angegeben.
  • Stand der Technik
  • Batteriepacks und Batteriemodule für Lithium-Ionen-Pouch-Zellen mit unterschiedlichen Spannungsbereichen sind bekannt. Neben einem möglichst hohen Leistungsgewicht werden in der Praxis strenge Anforderungen an die Zuverlässigkeit solcher Energiespeicher gestellt. Die Herstellungs- und Materialkosten bei elektrischen Energiespeichern stellen ebenfalls eine Herausforderung dar. Daher werden in den meisten Systemen, welche aktuell in Elektro- und Hybridautomobilen zum Einsatz kommen, nach wie vor Rundzellen eingesetzt. Dadurch können zwar die Anforderungen an Energiegehalt und Kosten erreicht werden, jedoch muss hierfür eine geringere Leistungsdichte in Kauf genommen werden.
  • Aus US 2011/0210954 A1 ist bekannt, Batteriezellen des „JellyroH“-Typs zunächst in einer Metalltasche und daraufhin in einem Zellrahmen aufzunehmen. Der Zellrahmen weist dabei ein Fach für eine Leiste auf, in welcher Zellverbinder zur Kontaktierung der Jellyroll bereitgestellt sind.
  • Um höhere Leistungsdichten und auch größere Varianz an Bauformen zu erhalten, ist der Einsatz von Pouch-Zellen für Energiespeicher im Automobil sinnvoll.
  • Aus US 2014/0356672 A1 ist ein Batteriepack mit einem Rahmenelement zur Positionierung und mechanischen Befestigung einer bestimmten Anzahl von Pouch-Zellen bekannt. Nachteilig ist bei dieser Lösung, dass zur elektrischen Kontaktierung der Batteriezellen zusätzliche Bauteile benötigt werden.
  • Es ist eine Aufgabe der Erfindung, die mechanische Einbindung von Pouch-Zellen in einem Batteriepack bereitzustellen und gleichzeitig vereinfacht einen elektrischen Kontakt zwischen den Pouch-Zellen herzustellen.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Bei einem erfindungsgemäßen Zellrahmen zur Aufnahme einer bestimmten Anzahl von Pouch-Zellen ist ein integrierter Zellverbinder vorgesehen, wobei der Zellverbinder Kontaktflächen zum Durchsetzfügen bereitstellt.
  • Mit „integriertem Zellverbinder“ wird bezeichnet, dass der Zellrahmen als ein Bauteil oder ein Halbzeug bereitgestellt wird, bei welchem der Zellverbinder fest eingearbeitet ist. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass der Zellverbinder kraftschlüssig, formschlüssig und/oder stoffschlüssig vom Zellrahmen festgehalten wird, z. B. aufgeklebt, eingeklemmt und/oder umgossen ist.
  • Vorteilhaft ist der Zellrahmen einteilig mit dem Zellverbinder ausgeführt, so dass bei der vorgeschlagenen Lösung die Anzahl von Einzelteilen gegenüber den bekannten Lösungen reduziert wird.
  • Mit Pouch-Zellen werden Batteriezellen mit aus einem weichen Material gefertigten Folienhüllen für das elektrochemisch aktive Material bezeichnet. Die Pouch-Zellen weisen Stromableiter auf, die das elektrochemisch aktive Material im Inneren der Hülle elektrisch kontaktieren und als Fähnchen aus der Zelle herausgeführt werden. Diese Fähnchen werden im Rahmen der vorliegenden Offenbarung auch als Zellkontakte bezeichnet. Die Zellkontakte dienen der Verschaltung der Pouch-Zellen mit weiteren Pouch-Zellen in Parallel- und Reihenschaltung zu Batteriesträngen und Batteriemodulen.
  • Die Pouch-Zelle kann sowohl eine Primär-Batteriezelle sein als auch eine Sekundär-Batteriezelle, welche eingerichtet ist, elektrische Energie zu speichern und chemische Reaktionsenergie in elektrische Energie umzuwandeln und umgekehrt. Sekundär-Batteriezellen werden auch als Akkumulatorzellen bezeichnet. Insbesondere kann die Pouch-Zelle eine so genannte Lithium-Ionen-Zelle sein, die sich typischerweise durch besonders hohe Energiedichte, thermische Stabilität und geringe Selbstentladung auszeichnet.
  • Das elektrochemisch aktive Material befindet sich dabei innerhalb der Folienhülle und ist zwei Elektroden zugeordnet, nämlich einer positiven Elektrode, die auch als Kathode bezeichnet wird, und einer negativen Elektrode, die auch als Anode bezeichnet wird. Bei der elektrochemischen Reaktion des Entladevorgangs fließen Elektronen in einem äußeren Stromkreis von der Anode zur Kathode. Innerhalb der Batteriezelle wandern die Lithium-Ionen von der Anode zur Kathode. Beim Ladevorgang wandern die Lithium-Ionen dagegen von der Kathode zur Anode.
  • Die Elektroden der Batteriezelle können beispielsweise folienartig ausgebildet sein und werden unter Zwischenlagen eines Separators von einem flüssigen Elektrolyt umgeben. Der Elektrolyt ist für die Lithium-Ionen leitfähig und ermöglicht den Transport der Lithium-Ionen zwischen den beiden Elektroden.
  • Bei dem elektrochemisch aktiven Material der Kathode kann es sich beispielsweise um ein Metalloxid handeln. Bei dem elektrochemisch aktiven Material der Anode kann es sich beispielsweise um Graphit oder Silizium handeln.
  • Die Folienhülle ist aus einem weichen und/oder flexiblen Material gefertigt. Als Material für die Folienhülle kommt beispielsweise eine Aluminium-KunststoffVerbundfolie in Frage. Diese kann beispielsweise aus einer Aluminiumschicht mit einer Dicke von 10 bis 100 µm, bevorzugt von 30 bis 80 µm und einer oder mehreren Kunststoffschichten, beispielsweise aus Polypropylen, gefertigt sein. Die Kunststoffschicht ermöglicht dabei die stoffschlüssige Verbindung mehrerer Folienelemente durch thermische Verfahren wie zum Beispiel Heißsiegeln. Die Dicke der Folienhülle beträgt von 50 bis 500 µm, bevorzugt von 100 bis 300 µm. die Vorteile der Folienhülle liegen in der beliebigen Formbarkeit, der geringen Komplexität des Füge- und Verschlussprozesses, beispielsweise durch Heißsiegeln, und in der dünnen Ausgestaltung des Zellgehäuses.
  • Obwohl die Folienhülle aus einem weichen und/oder flexiblen Material gefertigt ist, kann sie im Wesentlichen in einer prismatischen Form vorliegen, d. h. dass sie sechs Seiten aufweist, wobei typischerweise zwei der sechs Seiten Hauptflächen ausbilden und vier der sechs Seiten Nebenflächen ausbilden. Mit „im Wesentlichen“ wird hier bezeichnet, dass die Ecken und Kanten dabei abgerundet sein können. Die Hauptseiten sind dabei die flächenmäßig größeren Seiten als Nebenseiten.
  • In bevorzugten Ausführungsformen können die Zellverbinder zur Spannungs- und Temperaturüberwachung verwendet werden.
  • Der Zellrahmen ist bevorzugt aus einem spritzgussfähigen Material gefertigt, beispielsweise aus einem Kunststoff wie PET (Polyethylenterephthalat), PE (Polyethylen), thermoplastischem Kunststoff wie PA6 (Polymid 6), PA6/6T (Polyamid 6/6T), PPA (Polyphthalamid), PBT (Polybutylenterephthalat) oder PPS (Polyphenylensulfid), wobei die Kunststoffe rein verarbeitet oder mit Füllstoffen z. B. zur mechanischen Verstärkung vorliegen können.
  • Der Zellrahmen weist bevorzugt zumindest eine Anlegeschulter auf, welche bemessen ist, um eine Pouch-Zelle abzustützen. Die Abstützung der Pouch-Zelle kann beispielsweise auf zwei gegenüberliegenden Seiten der Pouch-Zelle erfolgen oder umfänglich.
  • Bevorzugt weist der Zellrahmen zumindest einen Steg auf, in welchem der Zellverbinder aufgenommen ist. Weiter bevorzugt weist der Zellrahmen zumindest einen Steg auf, in welchem der Zellverbinder eingebettet ist. Mit „einbetten“ wird dabei bezeichnet, dass der Zellverbinder zumindest teilweise vom Material des Stegs derart umschlossen ist, dass er darin festgehalten wird.
  • Der Ort des Stegs mit den aufgenommenen Zellverbindern wird im Rahmen der vorliegenden Offenbarung auch als Vorderseite des Zellrahmens bezeichnet.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist der Zellrahmen ein Zentralfenster in etwa der Größe einer Pouch-Zelle auf. Dabei bildet der Zellrahmen im Bereich des Zentralfensters eine Aussparung, in welcher zumindest eine Pouch-Zelle aufgenommen werden kann.
  • Der Zellrahmen ist bevorzugt zur Aufnahme einer geraden Anzahl von Pouch-Zellen ausgebildet, insbesondere beispielsweise zur Aufnahme von vier Pouch-Zellen. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass im Bereich eines Zentralfensters zwei Pouch-Zellen aneinander anliegend angeordnet werden können. Es kann auch vorgesehen sein, dass zwischen zwei aneinander anliegend angeordneten Pouch-Zellen Kühlplatten oder Abstandselemente vorhanden sind.
  • Ein erfindungsgemäßer Batteriepack umfasst ein Rahmenwerk und darin aufgenommene Pouch-Zellen, wobei das Rahmenwerk zumindest einen der beschriebenen Zellrahmen umfasst. Der Einsatzbereich für den Batteriepack kann können Kraftfahrzeuge sein, insbesondere Elektrofahrzeuge, Hybridfahrzeuge und Plug-In-Hybridfahrzeuge.
  • Die Pouch-Zellen liegen bevorzugt in zwei verschiedenen Varianten vor, wobei dies die Art, Form und Lage der Zellkontakte betreffen kann. Jede Pouch-Zelle kann insbesondere so ausgebildet sein, dass sie eine Hauptfläche aufweist, aus welcher die Zellkontakte herausstehen. Die Zellkontakte liegen dabei in der Ebene der Hauptfläche. Diese Seite der Pouch-Zelle wird im Rahmen der vorliegenden Offenbarung als Unterseite der Pouch-Zelle bezeichnet. Da typischerweise zwei Zellkontakte aus der Pouch-Zelle herausstehen, kann die Bepolung grundsätzlich auf zwei verschiedene Arten erfolgen, wobei bei den beiden Arten Pluspol und Minuspol vertauscht sind. Die Pouch-Zelle kann beispielsweise einen flachen Zellkontakt und einen abgewinkelten Zellkontakt aufweisen, beispielsweise einen Pluspol mit einem flachen Zellkontakt und einen Minuspol mit einem abgewinkelten Zellkontakt oder umgekehrt.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform liegen die Pouch-Zellen in genau zwei zueinander spiegelsymmetrischen Varianten in einem solchen Batteriepack vor. Auf diese Weise wird eine besonders Platz sparende Lösung bereitgestellt.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass in einem Rahmenwerk aufgenommene Pouch-Zellen miteinander in Serie verschaltet sind. Die Pouch-Zellen können dabei einen Batteriestrang bilden, der eine eigens verschaltbare Einheit des Batteriepacks darstellt.
  • Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines Batteriepacks umfasst die folgenden Schritte:
  1. a) Bereitstellen zumindest eines Zellrahmens zur Aufnahme einer bestimmten Anzahl von Pouch-Zellen aufweisend einen integrierten Zellverbinder, wobei der Zellverbinder Kontaktflächen zum Durchsetzfügen bereitstellt,
  2. b) Anordnen einer bestimmten Anzahl von Pouch-Zellen mit dem Zellrahmen,
  3. c) Durchsetzfügen zumindest eines Stromableiters zumindest einer Pouch-Zelle mit einer Kontaktfläche eines integrierten Zellverbinders des Zellrahmens.
  • Beim Durchsetzfügen, auch unter dem geschützten Markennamen Tox-Clinchen bezeichnet, wird ein Fügepressprozess der Fertigungstechnik nach DIN 8593 der am 19. August 2016 gültigen Fassung bezeichnet. In dem vorliegenden Verfahren können sowohl die Zellverbinder und die Zellkontakte mittels Durchsetzfügen miteinander verbunden werden, als auch Zellkontakte untereinander. Das Durchsetzfügen wird beispielsweise auf der am 19. August 2016 abgerufenen Internetseite www.tox-de.com/verfahren/clinchen/toxverbindungstechnologie beschrieben.
  • Bevorzugt ist vorgesehen, dass im Fall, dass mehrere Zellen im Batteriepack verwendet werden, zwischen zwei Zellrahmen jeweils zwei Pouch-Zellen mittelbar oder unmittelbar rücklings aneinanderliegend angeordnet sind, wobei ihre Stromableiter direkt miteinander kontaktiert werden.
  • Der Batteriepack umfasst außerdem bevorzugt einen Startrahmen, welcher ebenfalls bevorzugt integrierte Zellverbinder aufweist, die Kontaktflächen zum Durchsetzfügen aufweisen. Die Kontaktierung der Pouch-Zellen, die im Startrahmen angeordnet sind, erfolgt ebenfalls bevorzugt mittels Durchsetzfügen.
  • Der Batteriepack umfasst weiterhin bevorzugt einen Endrahmen, welcher zur Aufnahme von Pouch-Zellen ausgebildet ist. Der Endrahmen weist bevorzugt eine Aussparung und/oder ein integriertes Metallelement auf, um Anschlüsse des Batteriepacks nach außen bereitzustellen.
  • Zur elektrischen Kontaktierung werden die Stromableiter der Pouch-Zellen miteinander verbunden. Jede der Pouch-Zellen, die sich nicht im Bodenelement oder im Deckelelement befindet, wird dabei über eine Kontaktfläche des Zellrahmens mit einer weiteren Pouch-Zelle kontaktiert.
  • Vorteile der Erfindung
  • Mit der erfindungsgemäßen Bereitstellung des Zellrahmens mit integriertem Zellverbinder wird die Anzahl von Einzelteilen zur Herstellung des Batteriepacks reduziert. Zusätzliche Vorteile ergeben sich durch die Freiheiten bei der Isolation der Zellverbinder und durch eine mögliche gute Zugänglichkeit der Kontaktflächen für die Werkzeuge der Fertigungstechnik.
  • Figurenliste
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen näher dargestellt, wobei diese lediglich anschaulich zu verstehen sind und die Erfindung nicht beschränken.
  • Es zeigen
    • 1 eine isometrische Ansicht eines Rahmenwerkes gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
    • 2 eine gestürzte isometrische Ansicht eines Rahmenwerks gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,
    • 3 eine Vorderansicht des Rahmenwerks aus 1 mit Darstellung eines Strom pfads,
    • 4 eine Schnittansicht entlang der Linie C-C des Rahmenwerks aus 3,
    • 5 eine isometrische Ansicht eines Zellrahmens gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
    • 6 eine Vorderansicht des Zellrahmens aus 5,
    • 7 eine Schnittansicht entlang der Linie A-A des Zellrahmens aus 6,
    • 8 eine isometrische Ansicht eines Startrahmens gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
    • 9 eine Vorderansicht des Startrahmens aus 8 und
    • 10 eine Schnittansicht entlang der Linie B-B des Startrahmens aus 9.
  • In den Figuren werden ähnliche oder gleiche Merkmale mit ähnlichen oder gleichen Bezugszeichen dargestellt. Auf eine wiederholte Beschreibung wird in Einzelfällen verzichtet.
  • 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Rahmenwerks 100 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Das Rahmenwerk 100 kann einen Teil eines Batteriepacks bilden.
  • Das Rahmenwerk 100 umfasst eine Anordnung mit einer Deckelplatte 2, einem Endrahmen 22, zwei Zellrahmen 8, einem Startrahmen 20 und einer Bodenplatte 4, die im dargestellten Ausführungsbeispiel in dieser Reihenfolge von sechs Spannschrauben 6 fest zusammengehalten werden. In dem Rahmenwerk 100 sind im dargestellten Ausführungsbeispiel zwölf Pouch-Zellen 14 aufgenommen, welche in dieser perspektivischen Ansicht nicht sichtbar sind.
  • Die Deckelplatte 2 weist frontseitig zwei Aussparungen 3 auf, um Anschlüsse 12 zur äußeren Kontaktierung der Pouch-Zellen 14 bereitzustellen.
  • 2 zeigt eine gestürzte Ansicht eines Rahmenwerks 100, das zwei übereinander angeordnete Zellrahmen 8 umfasst, sowie acht in dem Rahmenwerk 100 aufgenommene Pouch-Zellen 14. Die dargestellten Zellrahmen 8 sind jeweils mit vier Pouch-Zellen 14 bestückt und stellen einen Teil des Rahmenwerks 100 dar.
  • Jede Pouch-Zelle 14 umfasst zwei Hauptseiten 11, wobei eine der Hauptseiten 11 eine Oberseite 13 und eine weitere Hauptseiten 11 eine Unterseite 17 der Pouch-Zelle 14 bildet. Die Pouch-Zellen 14 weisen Zellkontakte 16, 18 auf, wobei die Zellkontakte 16, 18 aus der Unterseite 17 der Pouch-Zelle 14 hervorstehen. Die Zellkontakte 16, 18 sind verschieden ausgebildet, wobei jede Pouch-Zelle 14 einen geraden Zellkontakt 16 und einen abgewinkelten Zellkontakt 18 aufweist, welche einen Plus- und einen Minuspol bilden. Im Inneren der Pouch-Zelle 14 kontaktieren die Zellkontakte 16, 18 das elektrochemisch aktive Material der jeweiligen Elektroden.
  • Die Zellrahmen 8 weisen integrierte Zellverbinder 10 auf, welche insbesondere mit Bezug zu 7 und 10 näher beschrieben werden. Bei vier der dargestellten Pouch-Zellen 14 ist der abgewinkelte Zellkontakt 18 auf einen in den Zellrahmen 8 integrierten Zellverbinder 10 geführt und kontaktiert diesen. Der gerade Zellkontakt 16 wird mit der rücklinks anliegenden nächsten Pouch-Zelle 14 verbunden.
  • Wie aus 2 ersichtlich, gibt es zwei verschiedene Arten von Pouch-Zellen 14, nämlich solche, bei denen der abgewinkelte Zellkontakt 18 links an der Vorderseite 7 herausschaut und solche, bei denen der abgewinkelte Zellkontakt 18 rechts an der Vorderseite 7 herausschaut. Die Bepolung der Zellkontakte 16, 18 ist spiegelsymmetrisch ausgeführt, so dass insgesamt zwei verschiedene Typen von Pouch-Zellen 14 vorliegen.
  • In 3 ist eine Vorderansicht des mit Bezug zu 1 beschriebenen Rahmenwerks 100 dargestellt.
  • In 3 ist außerdem ein Strompfad 24 dargestellt, der eine Serienschaltung der Pouch-Zellen 14 verdeutlicht. An den Anschlüssen 12 liegt plus und minus an. Der Strom geht hier beispielhaft vom Pluspol zunächst durch einen abgewinkelten Zellkontakt 18 in das Innere einer ersten Pouch-Zelle 14, von dort über einen geraden Zellkontakt 16, der mit einem weiteren geraden Zellkontakt 16 der benachbarten Pouch-Zelle 14 direkt kontaktiert ist, in die benachbarte Pouch-Zelle 14. Wenn also am geraden Zellkontakt 16 der ersten Pouch-Zelle 14 beispielsweise plus anliegt, so liegt zur Serienschaltung am direkt damit kontaktierten geraden Zellkontakt 16 der benachbarten Pouch-Zelle 14 ein Minuspotential an.
  • Der Strompfad 24 verlässt einen linken Stapel 43 von Pouch-Zellen 14 über den Startrahmen 20 und wird zu einem rechten Stapel 43 geführt, wo er durch spiegelsymmetrisch zum ersten Stapel 43 angeordnete Pouch-Zellen 14 zum zweiten Anschluss 12 führt.
  • 4 zeigt eine seitliche Ansicht durch das Rahmenwerk 100 nach 3, wobei die Ansicht den Schnitt durch C-C der 3 darstellt.
  • In 4 sind deutlich die insgesamt sechs Pouch-Zellen 14 zu erkennen, welche den zweiten Stapel 43 bilden. Eine Anordnung mit einem erfindungsgemäßen Zellrahmen 8 und den darin aufgenommenen Pouch-Zellen 14 wird auch als Zellpack 15 bezeichnet. Das dargestellte Ausführungsbeispiel umfasst zwei Zellpacks 15.
  • Zwischen den Zellpacks 15 befinden sich Kühlplatten 26, welche die Pouch-Zellen 14 großflächig kontaktieren um eine effiziente Kühlung bereitzustellen.
  • Innerhalb jedes Zellpacks 15 sind die beiden mit ihren Oberseiten 13 aneinanderstoßenden Pouch-Zellen 14 durch Abstandshalter 28 voneinander beabstandet.
  • Wie in dieser Schnittansicht erkennbar, sind eine Vorderseite 7 und eine Rückseite 9 der Startrahmen 20, Endrahmen 22 und Zellrahmen 8 nicht identisch ausgebildet. An der Vorderseite 7 befindet sich jeweils ein Steg 34, in dem die Zellverbinder 10 integriert sind. Der Steg 34 ist an der Rückseite 9 dieser Bauteile nicht vorgesehen.
  • In der dargestellten Schnittansicht weist der Zellrahmen 8 daher an seiner Vorderseite 7 ein kreuzförmiges Profil auf, wohingegen er an seiner Rückseite 9 ein T-Profil aufweist.
  • In der dargestellten Schnittansicht weisen der Startrahmen 20 und der Endrahmen 22 an ihrer Vorderseite 7 ein T-Profil auf und an ihrer Rückseite 9 ein L-Profil.
  • 5 zeigt eine perspektivische Ansicht des Zellrahmens 8 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Der Zellrahmen 8 weist zwei nebeneinander angeordnete Zentralfenster 36 auf, die in ihren Abmessungen in etwa der Größe der Pouch-Zellen 14 entsprechen, so dass die durch die Zentralfenster 36 definierten Kavitäten zur Aufnahme der Pouch-Zellen 14 ausgebildet sind.
  • Die Zentralfenster 36 sind voneinander durch einen Mittelsteg 38 getrennt.
  • Der Zellrahmen 8 weist eine Anlegeschulter 32 auf, welche im dargestellten Ausführungsbeispiel umlaufend um das Zentralfenster 36 ausgebildet ist. An den Seiten sind außerdem seitliche Abschlusswände 40 vorgesehen.
  • Die Zellverbinder 10 sind in den Zellrahmen 8 integriert und befinden sich an einem Steg 34 an der Vorderseite 7 des Zellrahmens 8.
  • 6 zeigt eine Schnittansicht durch den Zellrahmen 8 aus 5.
  • Erkennbar ist die seitliche Abschlusswand 40 etwas höher ausgebildet als die Anlegeschulter 32. Gleiches gilt für den Mittelsteg 38. Der hierdurch entstehende Platz wird von der Kühlplatte 26 eingenommen.
  • 7 zeigt eine Draufsicht auf den Zellrahmen 8, der mit Bezug zu 5 und 6 beschrieben wurde. Der Zellverbinder 10 ist in den Steg 34 des Zellrahmens 8 integriert. Bei der Herstellung wird ein Spritzgussverfahren angewendet, wobei der Zellverbinder 10 in die Gussform des Zellrahmens 8 eingelegt wird. Der Zellverbinder 10 ist in der dargestellten Ausführungsform in den Zellrahmen 8 eingebettet, wobei er einen Bereich 44 aufweist, welcher vollständig vom Kunststoff des Zellrahmens 8 umgeben ist, und einen offenen Bereich 46, an welchem die Kontaktierung der Zellkontakte 16, 18 erfolgen kann.
  • 8 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Startrahmens 20 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Der Startrahmen 20 ist im Wesentlichen wie der mit Bezug zu 5-7 beschriebene Zellrahmen 8 ausgebildet, unterscheidet sich von diesem jedoch insbesondere in der Ausführung der Zellverbinder 10 und dadurch, dass er nur zur Aufnahme halb so vieler, d. h. hier zwei, Pouch-Zellen 14 ausgebildet ist, da unterhalb des Startrahmens 20 keine Pouch-Zellen 14 aufgenommen werden. Der Startrahmen 20 weist außerdem Füße 42 auf, welche zur Stabilität vorgesehen sind.
  • 9 zeigt eine Vorderansicht des Startrahmens 20, wobei dargestellt ist, dass sich dieser insbesondere in der Höhe von dem Zellrahmen 8 unterscheidet.
  • 10 zeigt den Startrahmen 20 in Draufsicht. Der Zellverbinder 10 des Startrahmens 20 ist wiederum eingebettet in den Kunststoff des Startrahmenkörpers, so dass er offene Bereiche 46 und verdeckte Bereiche 44 aufweist. Jedoch ist der Zellverbinder 10 hier einstückig ausgebildet, so dass eine Durchkontaktierung vom linken Zellverbinder 10 auf den rechten Zellverbinder 10 gegeben ist.
  • Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.
  • 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
    • US 2011/0210954 A1 [0003]
    • US 2014/0356672 A1 [0005]

    Claims (10)

    1. Zellrahmen (8) zur Aufnahme einer bestimmten Anzahl von Pouch-Zellen (14), aufweisend einen integrierten Zellverbinder (10), wobei der Zellverbinder (10) Kontaktflächen zum Durchsetzfügen bereitstellt.
    2. Zellrahmen (8) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zellrahmen (8) eine Anlegeschulter (32) aufweist, welche bemessen ist, um eine Pouch-Zelle (14) abzustützen.
    3. Zellrahmen (8) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zellrahmen (8) einen Steg (34) aufweist, in welchem der Zellverbinder (10) aufgenommen, insbesondere eingebettet ist.
    4. Zellrahmen (8) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zellrahmen (8) ein Zentralfenster (36) etwa in der Größe einer Pouch-Zelle (14) aufweist.
    5. Zellrahmen (8) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zellrahmen (8) zur Aufnahme einer geraden Anzahl von Pouch-Zellen (14) ausgebildet ist, insbesondere zur Aufnahme von vier Pouch-Zellen (14).
    6. Batteriepack mit einem Rahmenwerk (100) und darin aufgenommenen Pouch-Zellen (14), wobei das Rahmenwerk (100) zumindest einen Zellrahmen (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 umfasst.
    7. Batteriepack nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Pouch-Zellen (14) in zwei zueinander spiegelsymmetrischen Varianten vorliegen.
    8. Batteriepack nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die in dem Rahmenwerk (100) aufgenommenen Pouch-Zellen (14) miteinander in Serie verschaltet sind.
    9. Verfahren zur Herstellung eines Batteriepacks, das die folgenden Schritte aufweist: a) Bereitstellen zumindest eines Zellrahmens (8) zur Aufnahme einer bestimmten Anzahl von Pouch-Zellen (14) aufweisend einen integrierten Zellverbinder (10), wobei der Zellverbinder (10) Kontaktflächen zum Durchsetzfügen bereitstellt, b) Anordnen einer bestimmten Anzahl von Pouch-Zellen (14) mit dem Zellrahmen (8), c) Durchsetzfügen zumindest eines Zellkontaktes (16, 18) zumindest einer Pouch-Zelle (14) mit einer Kontaktfläche eines integrierten Zellverbinders (10) des Zellrahmens (8).
    10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Zellrahmen (8) im Batteriepack verwendet werden und zwischen zwei Zellrahmen (8) jeweils zwei Pouch-Zellen (14) mittelbar oder unmittelbar rücklings aneinanderliegend angeordnet und ihre Zellkontakte (16) direkt miteinander kontaktiert werden.
    DE102016221492.6A 2016-11-02 2016-11-02 Zellrahmen zur Aufnahme von Pouch-Zellen Withdrawn DE102016221492A1 (de)

    Priority Applications (1)

    Application Number Priority Date Filing Date Title
    DE102016221492.6A DE102016221492A1 (de) 2016-11-02 2016-11-02 Zellrahmen zur Aufnahme von Pouch-Zellen

    Applications Claiming Priority (3)

    Application Number Priority Date Filing Date Title
    DE102016221492.6A DE102016221492A1 (de) 2016-11-02 2016-11-02 Zellrahmen zur Aufnahme von Pouch-Zellen
    CN201711057351.6A CN108023042A (zh) 2016-11-02 2017-11-01 用于接收袋装电池的电池框架
    US15/800,812 US20180123108A1 (en) 2016-11-02 2017-11-01 Cell frame for accommodating pouch cells

    Publications (1)

    Publication Number Publication Date
    DE102016221492A1 true DE102016221492A1 (de) 2018-05-03

    Family

    ID=61912580

    Family Applications (1)

    Application Number Title Priority Date Filing Date
    DE102016221492.6A Withdrawn DE102016221492A1 (de) 2016-11-02 2016-11-02 Zellrahmen zur Aufnahme von Pouch-Zellen

    Country Status (3)

    Country Link
    US (1) US20180123108A1 (de)
    CN (1) CN108023042A (de)
    DE (1) DE102016221492A1 (de)

    Cited By (1)

    * Cited by examiner, † Cited by third party
    Publication number Priority date Publication date Assignee Title
    DE102018221539A1 (de) * 2018-12-12 2020-06-18 Robert Bosch Gmbh Batteriemoduleinheit aufweisend zumindest zwei Batteriezellen

    Citations (5)

    * Cited by examiner, † Cited by third party
    Publication number Priority date Publication date Assignee Title
    US20110210954A1 (en) 2010-03-01 2011-09-01 Apple Inc. Integrated frame battery cell
    DE102010062744A1 (de) * 2010-12-09 2012-06-14 Behr Gmbh & Co. Kg Verfahren zum Aufbau einer elekrochemischen Energiespeichereinheit
    DE102011120470A1 (de) * 2011-12-07 2013-06-13 Daimler Ag Batterie mit einer Anzahl von elektrisch miteinander verschalteten Einzelzellen und Verfahren zur Wartung, Reparatur und/oder Optimierung einer solchen Batterie
    US20140356672A1 (en) 2013-06-04 2014-12-04 Samsung Sdi Co., Ltd. Battery pack
    DE102013021639A1 (de) * 2013-12-18 2015-06-18 Daimler Ag Hochvoltbatterie

    Family Cites Families (1)

    * Cited by examiner, † Cited by third party
    Publication number Priority date Publication date Assignee Title
    CN103688391B (zh) * 2011-07-25 2016-03-09 株式会社Lg化学 具有改善可靠性的电池模块和采用该电池模块的电池组

    Patent Citations (5)

    * Cited by examiner, † Cited by third party
    Publication number Priority date Publication date Assignee Title
    US20110210954A1 (en) 2010-03-01 2011-09-01 Apple Inc. Integrated frame battery cell
    DE102010062744A1 (de) * 2010-12-09 2012-06-14 Behr Gmbh & Co. Kg Verfahren zum Aufbau einer elekrochemischen Energiespeichereinheit
    DE102011120470A1 (de) * 2011-12-07 2013-06-13 Daimler Ag Batterie mit einer Anzahl von elektrisch miteinander verschalteten Einzelzellen und Verfahren zur Wartung, Reparatur und/oder Optimierung einer solchen Batterie
    US20140356672A1 (en) 2013-06-04 2014-12-04 Samsung Sdi Co., Ltd. Battery pack
    DE102013021639A1 (de) * 2013-12-18 2015-06-18 Daimler Ag Hochvoltbatterie

    Cited By (1)

    * Cited by examiner, † Cited by third party
    Publication number Priority date Publication date Assignee Title
    DE102018221539A1 (de) * 2018-12-12 2020-06-18 Robert Bosch Gmbh Batteriemoduleinheit aufweisend zumindest zwei Batteriezellen

    Also Published As

    Publication number Publication date
    US20180123108A1 (en) 2018-05-03
    CN108023042A (zh) 2018-05-11

    Similar Documents

    Publication Publication Date Title
    EP2715831B1 (de) Batterie oder batteriezellenmodul und kraftfahrzeug
    DE102013200588B4 (de) Klappbarer rahmen für eine batteriezellenbaugruppe, batteriezellenbaugruppe sowie verfahren zum herstellen einer batteriezellenbaugruppe
    DE102013213550A1 (de) Batteriezelle mit einem prismatischen oder zylindrischen Gehäuse, Batteriemodul sowie Kraftfahrzeug
    DE102011015622B4 (de) Batterie für ein Kraftfahrzeug
    DE102010013024A1 (de) Batterie aus einer Vielzahl von Batterieeinzelzellen
    DE102009057368A1 (de) Elektrochemischer Energiespeicher und Anordnung einer Mehrzahl solcher elektrochemischen Energiespeicher
    DE102014204245A1 (de) Energiespeichereinheit mit einer Mehrzahl von galvanischen Zellen, Batteriezelle für eine solche Energiespeichereinheit und Verfahren zur Herstellung der Batteriezelle
    DE102007063184A1 (de) Einzelzelle für eine Batterie zur elektrischen Kontaktierung
    DE102009013727A1 (de) Batterie mit einem Stapel aus Flachzellen, Rahmen zur Halterung einer Flachzelle und Fahrzeug mit einer solchen Batterie
    DE102010012934A1 (de) Einzelzelle und Batterie mit einer Mehrzahl von Einzelzellen
    DE102012213110A1 (de) Verfahren zur Herstellung von Lithium-Ionen-Zellmodulen mit prozessintegrierter Rahmenfertigung sowie derartiges Zellenmodul
    DE102014201856A1 (de) Sondergehäuse für Batteriezellen
    DE102016213142A1 (de) Batteriezelle, Batteriemodul und Verfahren zur Herstellung
    DE19929950A1 (de) Batterie in bipolarer Stapelbauweise sowie Verfahren zu deren Herstellung
    DE19714953B4 (de) Behältergehäuse für elektrolytische Zellen, elektrolytische Zelle und zugeordnetes Behältergehäuse sowie Verfahren zur Herstellung derselben
    DE102016221492A1 (de) Zellrahmen zur Aufnahme von Pouch-Zellen
    DE102012210611A1 (de) Energiespeichereinheit mit zwei getrennten elektrochemischen Bereichen
    EP2789030B1 (de) Spacer für prismatische batteriezelle, prismatische batterie mit dem spacer und verfahren zum herstellen einer prismatischen batterie
    DE102010013031A1 (de) Batterie mit einem Zellenstapel von Batterieeinzelzellen
    DE102009035485A1 (de) Zellenverbund mit einer vorgebbaren Anzahl von parallel und/oder seriell miteinander verschalteten Einzelzellen
    DE102017200993A1 (de) Verfahren zum Herstellen einer Batterie, Batterie und Kraftfahrzeug
    DE102015201655A1 (de) Batteriezelle und Batteriesystem
    DE102008059950A1 (de) Einzelzelle für eine Batterie mit schalenförmigem Gehäuseteil
    DE102014015237A1 (de) Batterie und Verfahren zur Herstellung einer solchen Batterie
    DE102016205160A1 (de) Batteriezelle

    Legal Events

    Date Code Title Description
    R163 Identified publications notified
    R079 Amendment of ipc main class

    Free format text: PREVIOUS MAIN CLASS: H01M0002100000

    Ipc: H01M0050200000

    R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee