DE102016221573A1 - battery cell - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Batteriezelle (2), umfassend ein Zellengehäuse (3), in welchem eine Elektrodeneinheit (10) angeordnet ist, wobei die Elektrodeneinheit (10) eine mit einem negativen Terminal (11) elektrisch verbundene Anode (21) und eine mit einem positiven Terminal (12) elektrisch verbundene Kathode (22) aufweist, wobei das Zellengehäuse (3) ein erstes Gehäuseteil (61), welches das negative Terminal (11) bildet, und ein zweites Gehäuseteil (62), welches das positive Terminal (12) bildet, aufweist. Innerhalb des Zellengehäuses (3) ist eine Konnektoreinheit (50) vorgesehen, welche einen negativen Konnektor (51), der mit der Anode (21) und mit dem ersten Gehäuseteil (61) elektrisch verbunden ist, sowie einen positiven Konnektor (52), der mit der Kathode (22) und mit dem zweiten Gehäuseteil (62) elektrisch verbunden ist, aufweist.The invention relates to a battery cell (2), comprising a cell housing (3), in which an electrode unit (10) is arranged, wherein the electrode unit (10) having a negative terminal (11) electrically connected anode (21) and one with a positive terminal (12) electrically connected cathode (22), wherein the cell housing (3) has a first housing part (61), which forms the negative terminal (11), and a second housing part (62), which the positive terminal (12) forms, has. Within the cell casing (3) there is provided a connector unit (50) having a negative connector (51) electrically connected to the anode (21) and the first casing part (61) and a positive connector (52) is electrically connected to the cathode (22) and to the second housing part (62).
Description
Die Erfindung betrifft eine Batteriezelle, die ein Zellengehäuse umfasst, in welchem eine Elektrodeneinheit angeordnet ist, wobei die Elektrodeneinheit eine mit einem negativen Terminal elektrisch verbundene Anode und eine mit einem positiven Terminal elektrisch verbundene Kathode aufweist, und wobei das Zellengehäuse ein erstes Gehäuseteil, welches das negative Terminal bildet, und ein zweites Gehäuseteil, welches das positive Terminal bildet, aufweist.The invention relates to a battery cell, which comprises a cell housing, in which an electrode unit is arranged, wherein the electrode unit has an anode electrically connected to a negative terminal and a cathode electrically connected to a positive terminal, and wherein the cell housing, a first housing part which forms a negative terminal, and a second housing part, which forms the positive terminal has.
Stand der TechnikState of the art
Elektrische Energie ist mittels Batterien speicherbar. Batterien wandeln chemische Reaktionsenergie in elektrische Energie um. Hierbei werden Primärbatterien und Sekundärbatterien unterschieden. Primärbatterien sind nur einmal funktionsfähig, während Sekundärbatterien, die auch als Akkumulator bezeichnet werden, wieder aufladbar sind. In einem Akkumulator finden insbesondere sogenannte Lithium-Ionen-Batteriezellen Verwendung. Diese zeichnen sich unter anderem durch hohe Energiedichten, thermische Stabilität und eine äußerst geringe Selbstentladung aus.Electrical energy can be stored by means of batteries. Batteries convert chemical reaction energy into electrical energy. Here, a distinction is made between primary batteries and secondary batteries. Primary batteries are only functional once, while secondary batteries, also referred to as accumulators, are rechargeable. In particular, so-called lithium-ion battery cells are used in an accumulator. These are characterized among other things by high energy densities, thermal stability and extremely low self-discharge.
Lithium-Ionen-Batteriezellen weisen eine positive Elektrode, die auch als Kathode bezeichnet wird, und eine negative Elektrode, die auch als Anode bezeichnet wird, auf. Die Kathode sowie die Anode umfassen je einen Stromableiter, auf den ein Aktivmaterial aufgebracht ist. Die Elektroden der Batteriezelle sind folienartig ausgebildet und unter Zwischenlage eines Separators, welcher die Anode von der Kathode trennt, zu einem Elektrodenwickel gewunden oder zu einem Elektrodenstapel mit mehreren Elektrodenlagen gestapelt. Die Elektroden und der Separator sind von einem in der Regel flüssigen Elektrolyt umgeben.Lithium-ion battery cells have a positive electrode, also referred to as a cathode, and a negative electrode, also referred to as an anode. The cathode and the anode each comprise a current conductor, on which an active material is applied. The electrodes of the battery cell are formed like a foil and, with the interposition of a separator, which separates the anode from the cathode, wound into an electrode coil or stacked to form an electrode stack with a plurality of electrode layers. The electrodes and separator are surrounded by a generally liquid electrolyte.
Eine Batteriezelle weist ferner ein Zellengehäuse auf, welches beispielsweise aus Aluminium besteht. Innerhalb des Zellengehäuses ist die Elektrodeneinheit angeordnet. Das Zellengehäuse ist beispielsweise prismatisch, insbesondere quaderförmig, oder auch kreiszylindrisch ausgestaltet. Auch andere Bauformen für Zellengehäuse sind bekannt.A battery cell further comprises a cell housing, which consists for example of aluminum. Within the cell housing, the electrode unit is arranged. The cell housing is, for example, prismatic, in particular cuboidal, or circular cylindrical. Other types of cell housing are known.
Die beiden Elektroden der Elektrodeneinheit sind elektrisch mit Polen der Batteriezelle verbunden, welche auch als Terminals bezeichnet werden. Die Terminals der Batteriezelle können dabei an dem Zellengehäuse angebracht und elektrisch von dem Zellengehäuse isoliert sein. Es ist aber auch denkbar, dass das Zellengehäuse ein erstes Gehäuseteil, welches das negative Terminal bildet, und ein zweites Gehäuseteil, welches das positive Terminal bildet, aufweist, wobei die beiden Gehäuseteile elektrisch voneinander isoliert sind.The two electrodes of the electrode unit are electrically connected to poles of the battery cell, which are also referred to as terminals. The terminals of the battery cell can be attached to the cell housing and electrically isolated from the cell housing. However, it is also conceivable for the cell housing to have a first housing part, which forms the negative terminal, and a second housing part, which forms the positive terminal, wherein the two housing parts are electrically insulated from one another.
Aus der
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Es wird eine Batteriezelle vorgeschlagen, insbesondere eine Lithium-Ionen-Batteriezelle, die ein Zellengehäuse umfasst, in welchem eine Elektrodeneinheit angeordnet ist. Die Elektrodeneinheit weist dabei eine Anode, die mit einem negativen Terminal der Batteriezelle elektrisch verbunden ist, und eine Kathode, die mit einem positiven Terminal der Batteriezelle elektrisch verbunden ist, auf. Das Zellengehäuse weist ein erstes Gehäuseteil, welches das negative Terminal bildet, und ein zweites Gehäuseteil, welches das positive Terminal bildet, auf.It is proposed a battery cell, in particular a lithium-ion battery cell comprising a cell housing, in which an electrode unit is arranged. In this case, the electrode unit has an anode, which is electrically connected to a negative terminal of the battery cell, and a cathode, which is electrically connected to a positive terminal of the battery cell. The cell housing has a first housing part, which forms the negative terminal, and a second housing part, which forms the positive terminal.
Erfindungsgemäß ist innerhalb des Zellengehäuses eine Konnektoreinheit vorgesehen, welche einen negativen Konnektor und einen positiven Konnektor aufweist. Der negative Konnektor der Konnektoreinheit ist dabei mit der Anode und mit dem ersten Gehäuseteil elektrisch verbunden, und der positive Konnektor der Konnektoreinheit ist mit der Kathode und mit dem zweiten Gehäuseteil elektrisch verbunden.According to the invention, a connector unit is provided within the cell housing, which has a negative connector and a positive connector. The negative connector of the connector unit is electrically connected to the anode and to the first housing part, and the positive connector of the connector unit is electrically connected to the cathode and to the second housing part.
Vorzugsweise sind das erste Gehäuseteil des Zellengehäuses und das zweite Gehäuseteil des Zellengehäuses metallisch ausgeführt und durch ein umlaufendes Isolationselement elektrisch voneinander isoliert. Das Isolationselement kann beispielsweise in Form eines Klebstoffs ausgeführt sein, welcher erste Gehäuseteil und das zweite Gehäuseteil mechanisch miteinander verbindet.Preferably, the first housing part of the cell housing and the second housing part of the cell housing are made metallic and electrically insulated from each other by a circumferential insulating element. The insulation element can be embodied, for example, in the form of an adhesive which mechanically connects the first housing part and the second housing part to one another.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Anode Anodenkontaktfahnen auf, und die Kathode weist Kathodenkontaktfahnen auf, wobei die Anodenkontaktfahnen und die Kathodenkontaktfahnen an der gleichen Seite aus der in dem Zellengehäuse angeordneten Elektrodeneinheit herausragen.According to a preferred embodiment of the invention, the anode has anode contact lugs, and the cathode has cathode contact lugs, wherein the anode contact lugs and the cathode contact lugs protrude on the same side of the arranged in the cell housing electrode unit.
Es ist aber auch denkbar, dass die Anodenkontaktfahnen an einer anderen Seite als die Kathodenkontaktfahnen aus der Elektrodeneinheit herausragen, beispielsweise an der gegenüberliegenden Seite.But it is also conceivable that the anode contact lugs protrude on a side other than the cathode contact lugs from the electrode unit, for example on the opposite side.
Bevorzugt sind die Anodenkontaktfahnen dabei stoffschlüssig mit dem negativen Konnektor der Konnektoreinheit verbunden. Ebenso bevorzugt sind die Kathodenkontaktfahnen stoffschlüssig mit dem positiven Konnektor der Konnektoreinheit verbunden. Preferably, the anode contact lugs are materially connected to the negative connector of the connector unit. Likewise preferably, the cathode contact lugs are materially connected to the positive connector of the connector unit.
Vorzugsweise ist der negative Konnektor der Konnektoreinheit stoffschlüssig mit dem ersten Gehäuseteil des Zellengehäuses verbunden. Ebenso ist der positive Konnektor der Konnektoreinheit vorzugsweise stoffschlüssig mit dem zweiten Gehäuseteil des Zellengehäuses verbunden.Preferably, the negative connector of the connector unit is integrally connected to the first housing part of the cell housing. Likewise, the positive connector of the connector unit is preferably materially connected to the second housing part of the cell housing.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die Konnektoreinheit auch ein Verbindungselement auf, welches mit dem negativen Konnektor und mit dem positiven Konnektor mechanisch verbunden ist. Das Verbindungselement der Konnektoreinheit ist bevorzugt zentral zwischen dem negativen Konnektor und dem positiven Konnektor angeordnet. Das Verbindungselement ist dabei aus einem elektrisch isolierenden Material gefertigt und isoliert somit den negativen Konnektor der Konnektoreinheit elektrisch von dem positiven Konnektor der Konnektoreinheit.According to an advantageous development of the invention, the connector unit also has a connecting element which is mechanically connected to the negative connector and to the positive connector. The connecting element of the connector unit is preferably arranged centrally between the negative connector and the positive connector. The connecting element is made of an electrically insulating material and thus electrically isolates the negative connector of the connector unit from the positive connector of the connector unit.
Gemäß einer möglichen Ausgestaltung der Erfindung weist der negative Konnektor der Konnektoreinheit genau einen negativen Anschlusssteg auf, welcher von dem Verbindungselement der Konnektoreinheit weg ragt. Gemäß einer möglichen Ausgestaltung der Erfindung weist auch der positive Konnektor der Konnektoreinheit genau einen positiven Anschlusssteg auf, welcher von dem Verbindungselement der Konnektoreinheit weg ragt. Vorzugsweise ragen der negative Anschlusssteg und der positive Anschlusssteg dabei in entgegengesetzte Richtungen von dem zentral angeordneten Verbindungselement der Konnektoreinheit weg.According to one possible embodiment of the invention, the negative connector of the connector unit has exactly one negative connection web, which protrudes away from the connecting element of the connector unit. According to a possible embodiment of the invention, the positive connector of the connector unit has exactly one positive connecting web, which protrudes away from the connecting element of the connector unit. In this case, the negative connecting web and the positive connecting web preferably protrude in opposite directions away from the centrally arranged connecting element of the connector unit.
Gemäß einer weiteren möglichen Ausgestaltung der Erfindung weist der negative Konnektor der Konnektoreinheit mindestens zwei negative Anschlussstege auf, welche von dem Verbindungselement der Konnektoreinheit weg ragen. Gemäß einer weiteren möglichen Ausgestaltung der Erfindung weist auch der positive Konnektor der Konnektoreinheit mindestens zwei positive Anschlussstege auf, welche von dem Verbindungselement der Konnektoreinheit weg ragen. Vorzugsweise ragen die negativen Anschlussstege in die gleiche Richtung von dem Verbindungselement der Konnektoreinheit weg. Vorzugsweise ragen auch die positiven Anschlussstege in die gleiche Richtung von dem Verbindungselement der Konnektoreinheit weg. Dabei ragen die negativen Anschlussstege aber in die entgegengesetzte Richtung von dem zentral angeordneten Verbindungselement der Konnektoreinheit weg wie die positiven Anschlussstege.According to a further possible embodiment of the invention, the negative connector of the connector unit has at least two negative connecting webs, which protrude away from the connecting element of the connector unit. According to another possible embodiment of the invention, the positive connector of the connector unit also has at least two positive connecting webs which protrude away from the connecting element of the connector unit. Preferably, the negative terminal lands project in the same direction away from the connector of the connector unit. Preferably, the positive connecting webs also protrude in the same direction away from the connecting element of the connector unit. However, the negative connecting webs protrude in the opposite direction from the centrally arranged connecting element of the connector unit as the positive connecting webs.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die Konnektoreinheit ein erstes Endelement auf, welches mit dem negativen Konnektor der Konnektoreinheit mechanisch verbunden ist. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die Konnektoreinheit auch ein zweites Endelement auf, welches mit dem positiven Konnektor der Konnektoreinheit mechanisch verbunden ist. Das erste Endelement ist dabei aus einem elektrisch isolierenden Material gefertigt und isoliert den negativen Konnektor der Konnektoreinheit elektrisch von dem zweiten Gehäuseteil. Auch das zweite Endelement ist dabei aus einem elektrisch isolierenden Material gefertigt und isoliert den positiven Konnektor der Konnektoreinheit elektrisch von dem ersten Gehäuseteil.According to an advantageous development of the invention, the connector unit has a first end element, which is mechanically connected to the negative connector of the connector unit. According to an advantageous development of the invention, the connector unit also has a second end element, which is mechanically connected to the positive connector of the connector unit. The first end element is made of an electrically insulating material and electrically isolates the negative connector of the connector unit of the second housing part. The second end element is also made of an electrically insulating material and electrically isolates the positive connector of the connector unit from the first housing part.
Eine erfindungsgemäße Batteriezelle findet vorteilhaft Verwendung in einem Elektrofahrzeug (EV), in einem Hybridfahrzeug (HEV), in einem Plug-In-Hybridfahrzeug (PHEV), in einer stationären Batterie, insbesondere zur Netzstabilisierung in Haushalten, in einer Batterie in einer marinen Anwendung, beispielsweise beim Schiffsbau oder in Jet-Skis, oder in einer Batterie in einer aeronautischen Anwendung, insbesondere beim Flugzeugbau. Auch weitere Anwendungen sind denkbar.A battery cell according to the invention advantageously finds use in an electric vehicle (EV), in a hybrid vehicle (HEV), in a plug-in hybrid vehicle (PHEV), in a stationary battery, in particular for network stabilization in households, in a battery in a marine application, For example, in shipbuilding or jet skis, or in a battery in an aeronautical application, especially in aircraft. Other applications are conceivable.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Durch den Einsatz einer entsprechend ausgestalteten Konnektoreinheit ist eine verhältnismäßig einfache Anbindung der Elektroden an die als Terminals ausgebildeten Gehäuseteile einer erfindungsgemäßen Batteriezelle ermöglicht. Die Konnektoren der Konnektoreinheit sind insbesondere mittels Schweißens mit den Kontaktfahnen der Elektroden und mit den Gehäuseteilen verbindbar. Insbesondere können die Konnektoren der Konnektoreinheit mittels Laserschweißens durch die Gehäuseteile hindurch mit diesen verschweißt werden, nachdem die Gehäuseteile bereits zu dem Zellengehäuse geschlossen sind. Somit ist die Fertigung der erfindungsgemäßen Batteriezelle vorteilhaft vereinfacht. Auch ist eine Verbindung mehrerer Batteriezellen miteinander verhältnismäßig einfach möglich.By using a suitably designed connector unit, a relatively simple connection of the electrodes to the housing parts designed as terminals of a battery cell according to the invention is made possible. The connectors of the connector unit can be connected in particular by means of welding with the contact lugs of the electrodes and with the housing parts. In particular, the connectors of the connector unit can be welded by laser welding through the housing parts with these after the housing parts are already closed to the cell housing. Thus, the production of the battery cell according to the invention is advantageously simplified. Also, a connection of multiple battery cells with each other is relatively easy.
Figurenlistelist of figures
Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to the drawings and the description below.
Es zeigen:
-
1 eine schematische Schnittdarstellung einer Batteriezelle, -
2 eine erste Ausführungsform einer Konnektoreinheit, -
3 eine zweite Ausführungsform einer Konnektoreinheit, -
4 eine perspektivische Darstellung einer Elektrodeneinheit beim Anschluss einer Konnektoreinheit, -
5 eine perspektivische Darstellung einer Elektrodeneinheit mit angeschlossener Konnektoreinheit und -
6 eine Schnittdarstellung durch eine Konnektoreinheit in einer Batteriezelle.
-
1 a schematic sectional view of a battery cell, -
2 A first embodiment of a connector unit -
3 A second embodiment of a connector unit, -
4 a perspective view of an electrode unit when connecting a connector unit, -
5 a perspective view of an electrode unit with connected connector unit and -
6 a sectional view through a connector unit in a battery cell.
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung werden gleiche oder ähnliche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente in Einzelfällen verzichtet wird. Die Figuren stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar.In the following description of the embodiments of the invention, the same or similar elements are denoted by the same reference numerals, wherein a repeated description of these elements is dispensed with in individual cases. The figures illustrate the subject matter of the invention only schematically.
Innerhalb des Zellengehäuses
Die Anode
Die Kathode
Der Stromableiter
Der Stromableiter
Innerhalb des Zellengehäuses
Der negative Konnektor
Der positive Konnektor
Das Verbindungselement
Der negative Konnektor
Das Verbindungselement
Der negative Konnektor
Die negativen Anschlussstege
Die Anodenkontaktfahnen
Die Kathodenkontaktfahnen
Ein Abdeckelement
Das erste Gehäuseteil
Einer der beiden negativen Anschlussstege
Einer der beiden positiven Anschlussstege
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.The invention is not limited to the embodiments described herein and the aspects highlighted therein. Rather, within the scope given by the claims a variety of modifications are possible, which are within the scope of expert action.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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