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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Batterie, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einer Mehrzahl von elektrisch in Reihe geschalteten Batteriezellen. Des Weiteren betrifft die Erfindung einer Batterie und ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Batterie.
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Bei der Herstellung von als sogenannten Pouchzellen ausgebildeten Batteriezellen wird ein Stapel von übereinander angeordneten Lagen des elektrochemisch aktiven Materials in einer flexiblen Hülle angeordnet. Aus der flexiblen Hülle ragen die Zellanschlüsse der jeweiligen Pouchzelle hervor. Um solche Pouchzellen elektrisch in Reihe zu schalten, wird dann etwa der positive Zellanschluss einer ersten Pouchzelle mit dem negativen Zellanschluss einer zweiten Pouchzelle elektrisch leitend verbunden.
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Beispielsweise in der
EP 1 333 520 A2 ist eine derartige Reihenschaltung von Pouchzellen beschrieben. Hierbei werden Kupferfolien beidseitig mit Kohlenstoff beschichtet, um negative Elektrodenkörper der Pouchzelle zu bilden. Aluminiumfolien werden beidseitig mit einem Lithium-Mangan-Oxidkomplex beschichtet, um positive Elektrodenkörper der jeweiligen Pouchzelle zu bilden. Zwischen den Elektrodenkörpern werden Separatoren angeordnet. Negative Elektrodensammelbereiche und positive Elektrodensammelbereiche werden mit jeweiligen Zellanschlüssen verbunden, welche dicker sind als die Kupferfolien beziehungsweise Aluminiumfolien. Anschließend werden die Zellanschlüsse benachbarter Pouchzellen durch Schweißen miteinander verbunden. Die miteinander verbundenen Pouchzellen können anschließend aufeinander gestapelt werden.
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Als nachteilig ist hierbei der Umstand anzusehen, dass die Herstellung einer derartigen Reihenschaltung der einzelnen Batteriezellen vergleichsweise aufwendig ist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, welches die Serienschaltung der Batteriezellen vereinfacht und eine entsprechende Batterie sowie ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Batterie zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, eine Batterie mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 und ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen einer Batterie mit einer Mehrzahl von elektrisch in Reihe geschalteten Batteriezellen wird zum Bereitstellen einer einzelnen der Batteriezellen ein jeweiliger Stapel gebildet. In dem jeweiligen Stapel werden erste Ableiterschichten, auf welche ein positives Elektrodenmaterial aufgebracht wird, und eine Mehrzahl von zweiten Ableiterschichten, auf welche ein negatives Elektrodenmaterial aufgebracht wird, abwechselnd übereinander angeordnet. Zwischen dem positiven Elektrodenmaterial und dem negativen Elektrodenmaterial wird ein jeweiliger Separator angeordnet. Um zwei solcher Stapel elektrisch in Reihe zu schalten, werden unbeschichtete Bereiche der ersten Ableiterschichten eines ersten Stapels mit einem Verbindungselement aus einem flexiblen Material elektrisch leitend verbunden, und unbeschichtete Bereiche der zweiten Ableiterschichten eines zweiten Stapels werden mit demselben Verbindungselement elektrisch leitend verbunden.
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Das Verbindungselement stellt also quasi einen gemeinsamen Zellanschluss zweier benachbarter Batteriezellen dar. Es braucht demnach nicht ein beispielsweise positiver Zellanschluss einer ersten Batteriezelle mit einem negativen Zellanschluss einer zweiten Batteriezelle in einem gesonderten Verfahrensschritt elektrisch leitend verbunden zu werden. Vielmehr ist durch das Verbindungselement zugleich der beispielsweise positive Zellanschluss des Stapels der ersten Batteriezelle und zugleich der negative Zellanschluss des Stapels der zweiten Batteriezelle gebildet. So kann direkt bei der Herstellung der einzelnen Batteriezellen die Reihenschaltung der Batteriezellen realisiert werden. Dies vereinfacht die Serienschaltung der Batteriezellen, insbesondere, wenn eine Vielzahl von Batteriezellen auf diese Weise elektrisch in Reihe geschaltet werden.
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Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass während der Herstellung beziehungsweise Ausbildung der einzelnen Stapel mit den beschichteten Ableiterschichten eine einfache beidseitige Zugänglichkeit zu den unbeschichteten Bereichen der Ableiterschichten besteht, welche auch als Ableiterfahnen bezeichnet werden. Daher können die Verbindungselemente besonders einfach mit den jeweiligen unbeschichteten Bereichen verbunden werden. Des Weiteren kann in der Batterie beziehungsweise einem Batteriemodul, welches die Mehrzahl der elektrisch in Reihe geschalteten Batteriezellen aufweist, eine Stromschiene entfallen, welche auch als Busbar bezeichnet wird. Auch dies vereinfacht den Aufbau der Batterie bei der Serienschaltung der Batteriezellen.
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Vorzugsweise wird jeder Stapel mit einer jeweiligen, aus einem elektrisch isolierenden Material gebildeten Hülle umgeben, aus welcher das Verbindungselement hervorsteht. Dann ist das Elektrodenmaterial der Stapel zur Umgebung hin geschützt, und es ist durch die Hülle ein Aufnahmeraum für einen Elektrolyten der jeweiligen Batteriezelle geschaffen. Die Hülle kann insbesondere aus einem flexiblen und elektrisch isolierenden Material gebildet sein, sodass die jeweilige Batteriezelle als sogenannte Pouchzelle ausgebildet ist. Beispielsweise können zum Ausbilden solcher Hüllen Kunststofffolien zum Einsatz kommen, welche insbesondere durch wenigstens eine Metalllage verstärkt sein können.
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Zusätzlich oder alternativ kann eine Mehrzahl von Stapeln mit einer aus einem elektrisch isolierenden und flexiblen Material gebildeten Hülle umgeben werden, aus welcher ein mit den ersten Ableiterschichten eines der Stapel verbundener positiver Batterieanschluss und ein mit den zweiten Ableiterschichten eines der Stapel verbundener negativer Batterieanschlüsse hervorsteht. So können in einer gemeinsamen Hülle mehrere Stapel beziehungsweise, insbesondere hüllenlose, Batteriezellen angeordnet werden, welche bereits elektrisch in Reihe geschaltet sind. Durch die Flexibilität des Materials der Hülle kann jedoch eine solche, die Mehrzahl der Stapel umfassende Anordnung einfach gefaltet und so platzsparend in einem Batteriegehäuse untergebracht werden. Des Weiteren geht es mit einem besonders geringen Aufwand einher, lediglich die Mehrzahl der Stapel mit der gemeinsamen Hülle zu umgeben. Dies vereinfacht somit die Fertigung der Batterie.
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Vorzugweise wird auf einer ersten Reihe von Stapeln derart zumindest eine zweite Reihe von Stapeln angeordnet, dass die Stapel der zumindest einen zweiten Reihe auf den Stapeln der ersten Reihe angeordnet sind und die Verbindungselemente der übereinander angeordneten Reihen senkrecht zu einer Erstreckungsrichtung der Reihen miteinander fluchten. Hierbei werden die miteinander fluchtenden Verbindungselemente an einer Verbindungsstelle elektrisch leitend verbunden. Auf diese Weise können Reihen oder Ketten von elektrisch in Serie geschalteten Stapeln mit analog aufgebauten Reihen oder Ketten parallel geschaltet werden. An der Verbindungsstelle können die Verbindungselemente miteinander verschweißt sein oder auf sonstige Weise, etwa durch Vernieten, Kleben, Verschrauben oder dergleichen elektrisch leitend miteinander verbunden sein.
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Wird lediglich die erste Reihe mit der zweiten Reihe im Bereich der Verbindungselemente elektrisch leitend verbunden, so ergibt sich eine Parallelschaltung von jeweils zwei Stapeln beziehungsweise Batteriezellen einer Reihe oder Kette. Es können jedoch auch weitere Reihen oder Ketten auf diese Art und Weise mit der ersten Reihe verbunden werden, sodass auch beispielsweise drei, vier, fünf, sechs oder noch mehr jeweilige Stapel beziehungsweise Batteriezellen elektrisch parallel geschaltet sind.
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Durch das Anordnen der Reihen aufeinander derart, dass die Verbindungselemente miteinander fluchten, sind die Verbindungselemente der elektrisch parallel zu schaltenden Stapel beziehungsweise Batteriezellen besonders gut, insbesondere beidseitig, zugänglich. Dies ermöglicht das besonders aufwandsarmes Realisieren der elektrisch leitenden Verbindung der Verbindungselemente miteinander, beispielsweise durch das Schweißen. Des Weiteren lässt sich dadurch, dass die Reihen im Bereich der Verbindungselemente elektrisch leitend miteinander verbunden werden, eine Batterie schaffen, welche große Stromstärken bereitzustellen in der Lage ist.
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Zwischen jeweils zwei aufeinander angeordneten Stapeln der Reihen kann ein elektrisch isolierendes Element angeordnet werden. Diese Ausgestaltung ist insbesondere dann vorzusehen, wenn die einzelnen Stapel nicht bereits von einer Hülle aus einem elektrisch isolierenden Material umgeben sind. Dann ist nämlich sichergestellt, dass der elektrisch leitende Kontakt zwischen den Reihen lediglich im Bereich der miteinander fluchtenden Verbindungselemente besteht.
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Vorzugsweise wird wenigstens eine Reihe, welche eine Mehrzahl von Stapeln umfasst, im Bereich zumindest eines der Verbindungselemente gefaltet.
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Auf diese Weise lassen sich die elektrisch in Reihe geschalteten Batteriezellen besonders einfach in einem Batteriegehäuse unterbringen. Dadurch, dass die Verbindungselemente aus dem flexiblen Material gebildet sind, also biegbar ausgebildet sind, lässt sich die wenigstens eine Reihe besonders einfach im Bereich der jeweiligen Verbindungselemente falten beziehungsweise umbiegen.
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Insbesondere kann die wenigstens eine Reihe mäanderförmig gefaltet werden. So ergibt sich eine besonders kompakte Anordnung der Stapel. Beispielsweise kann die Faltung so vorgenommen werden, dass sämtliche Stapel der wenigstens einen Reihe übereinander zu liegen kommen. Es können jedoch auch in der wenigstens einen mäanderförmig gefalteten Reihe zwei, drei oder auch mehr Stapel beziehungsweise Batteriezellen im Bereich gerader Abschnitte der mäanderförmigen Windungen angeordnet sein. So lassen sich die Abmessungen der Batterie besonders gut für den gewünschten Zweck auslegen und insbesondere an den zur Verfügung stehenden Bauraum anpassen.
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Vorzugsweise wird die wenigstens eine gefaltete Reihe in ein Batteriegehäuse eingebracht. Dann sind die einzelnen Batteriezellen durch das Batteriegehäuse vor äußeren Einflüssen, insbesondere vor Feuchtigkeit, besonders gut geschützt angeordnet.
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Die wenigstens eine gefaltete Reihe kann insbesondere in ein lediglich zu einer Seite hin offenes Batteriegehäuse eingebracht werden. Dann lässt sich das Batteriegehäuse besonders einfach mittels eines entsprechenden Deckelelements verschließen.
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Vorzugsweise wird das Batteriegehäuse nach dem Einbringen der gefalteten Reihe mittels eines Deckelelements derart verschlossen, dass ein mit den ersten Ableiterschichten zumindest eines der Stapel verbundener positiver Batterieanschluss und ein mit den zweiten Ableiterschichten zumindest eines der Stapel verbundener negativer Batterieanschlüsse zugänglich ist. Auf diese Weise lässt sich besonders einfach ein hermetisch geschlossenes Batteriegehäuse bereitstellen, bei welchem lediglich die Batterieanschlüsse zum Anbringen geeigneter elektrischer Leitungen zugänglich sind.
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Die erfindungsgemäße Batterie, welche insbesondere zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug vorgesehen sein kann, umfasst eine Mehrzahl von elektrisch in Reihe geschalteten Batteriezellen. Die Batteriezellen umfassen einen jeweiligen Stapel, in welchem eine Mehrzahl von ersten Ableiterschichten, auf welche ein positives Elektrodenmaterial aufgebracht ist, und eine Mehrzahl von zweiten Ableiterschichten, auf welche ein negatives Elektrodenmaterial aufgebracht ist, abwechselnd übereinander angeordnet sind. Zwischen dem positiven Elektrodenmaterial und dem negativen Elektrodenmaterial ist ein jeweiliger Separator angeordnet. Hierbei sind unbeschichtete Bereiche der ersten Ableiterschichten eines ersten Stapels mit einem Verbindungselement aus einem flexiblen Material elektrisch leitend verbunden. Des Weiteren sind unbeschichtete Bereiche der zweiten Ableiterschichten eines zweiten Stapels mit demselben Verbindungselement elektrisch leitend verbunden. Bei einer derartigen Batterie ist auf besonders einfache Weise eine Serienschaltung realisiert.
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Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Batterie, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen der Batterie hier nicht noch einmal beschrieben.
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Vorzugsweise ist die Batterie als Hochvoltbatterie ausgebildet. Eine solche Hochvoltbatterie, welche eine Nennspannung von mehr als 60 Volt, beispielsweise eine Nennspannung von etwa 300 Volt bis etwa 600 Volt bereitstellt, lässt sich besonders gut als elektrischer Energiespeicher für das Kraftfahrzeug verwenden, etwa wenn das Kraftfahrzeug als Elektrofahrzeug oder als Hybridfahrzeug ausgebildet ist.
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Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug umfasst wenigstens eine erfindungsgemäße Batterie. Bevorzugt ist mittels der Batterie elektrische Energie für ein zum Fortbewegen des Kraftfahrzeugs ausgebildetes Antriebsaggregat des Kraftfahrzeugs bereitstellbar.
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Die für das erfindungsgemäße Verfahren beschriebenen Vorteile und bevorzugten Ausführungsformen gelten auch für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug und umgekehrt.
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Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:
- 1 schematisch zwei Stapel zum Bereitstellen zweier Batteriezellen, wobei mit einem negativen Elektrodenmaterial beschichtete Ableiterfolien eines ersten der beiden Stapel über ein Verbindungselement in Form eines Zellverbinders mit Ableiterschichten eines zweiten Stapels verbunden sind, wobei die Ableiterschichten des zweiten Stapels mit positivem Elektrodenmaterial beschichtet sind;
- 2 zwei Reihen von aus derartigen Stapeln gebildeten und in Serie geschalteten Pouchzellen, wobei die beiden Reihen der Pouchzellen parallel geschaltet sind;
- 3 die Anordnung gemäß 3 in einer Draufsicht;
- 4 das Anordnen einer gefalteten Doppelreihe gemäß 2 in einem einseitig offenen Batteriegehäuse;
- 5 das Bereitstellen einer faltbaren Batterie mit gemäß 1 seriell miteinander verbundenen Stapeln, wobei zwei Reihen solcher miteinander verbundener Stapel parallel geschaltet und in einer gemeinsamen, flexiblen Hülle angeordnet sind;
- 6 die Anordnung gemäß 5 in einer Draufsicht;
- 7 das Einbringen der gefalteten Anordnung gemäß 5 in einem einseitig offenen Batteriegehäuse; und
- 8 das Batteriegehäuse gemäß 4 beziehungsweise 7, welches mittels eines Deckels zu der offenen Seite hin verschlossen ist.
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Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
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In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt schematisch einen Verfahrensschritt während der Fertigung von Batteriezellen 10 (vergleiche 2) für eine Batterie 12 (vergleiche 8), wobei die Batteriezellen 10 beispielsweise als sogenannte Pouchzellen ausgebildet sein können. Vom elektrochemischen Aufbau her können die Batteriezellen 10 beispielsweise als Lithium-Ionen-Zellen ausgebildet sein.
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Bei der Fertigung der einzelnen Batteriezellen 10 werden zunächst jeweilige Stapel 14, 16 gebildet, welche in 1 schematisch gezeigt sind. Jeder Stapel 14, 16 umfasst erste Ableiterschichten 18, auf weiche, insbesondere beidseitig, ein positives Elektrodenmaterial 20 aufgebracht ist. Die ersten Ableiterschichten 18 sind bevorzugt als Folien, beispielsweise als Metallfolien ausgebildet. Beispielsweise können die ersten Ableiterschichten 18 als Aluminiumfolien ausgebildet sein, wenn die Batteriezellen 10 als Lithium-Ionen-Zellen ausgebildet sind.
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Jeder Stapel 14, 16 umfasst des Weiteren zweite Ableiterschichten 22 auf welche ein negatives Elektrodenmaterial 24, insbesondere beidseitig, aufgebracht ist. Auch die zweiten Ableiterschichten 22 sind bevorzugt als Folien, etwa als Metallfolien ausgebildet. Bei Ausbildung der Batteriezellen 10 als Lithium-Ionen-Zellen können die zweiten Ableiterschichten 20 als Kupferfolien ausgebildet sein.
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Zwischen den Elektrodenmaterialien 20, 24 sind jeweilige Separatoren 26 angeordnet. Die Ableiterschichten 18, 22 weisen unbeschichtete Bereiche 28, 30 auf, welche auch als Ableiterfahnen bezeichnet werden. Die bei Anordnung der Stapel 14, 16 nebeneinander einander zugewandten unbeschichteten Bereiche 28, 30 der Ableiterschichten 18, 22 sind mittels eines als Zellverbinder dienenden Verbindungselements 32 elektrisch leitend miteinander verbunden. Hierbei sind die unbeschichteten Bereiche 30 der ersten Ableiterschichten 18 des Stapels 16 mit dem Verbindungselement 32 elektrisch leitend verbunden. In analoger Weise sind die unbeschichteten Bereiche 28 der zweiten Ableiterschichten 22 des anderen Stapels 14 mit demselben Verbindungselement 32 elektrisch leitend verbunden. Durch das Verbindungselement 32 sind somit die beiden Stapel 14, 16 elektrisch in Reihe geschaltet.
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Jedoch braucht nicht zunächst an den jeweiligen unbeschichteten Bereichen 28, 30 ein jeweiliger Zellanschluss je Stapel 14, 16 angebracht zu werden, wobei die Zellanschlüsse der Stapel 14, 16 dann zum In-Reihe-Schalten der Batteriezellen 10 elektrisch leitend miteinander verbunden werden müssten. Vielmehr dient ein und dasselbe Verbindungselement 32 zugleich als negativer Zellanschluss des Stapels 14 und als positiver Zellanschluss des daneben angeordneten Stapels 16. Dadurch entfällt bei der Fertigung der Batteriezellen 10 der mühselige Schritt des Verbindens von Zellanschlüssen einzelner Batteriezellen miteinander, um diese Batteriezellen 10 elektrisch in Reihe zu schalten.
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Um die in 2 gezeigten Batteriezellen 10 auszubilden, werden die jeweiligen Stapel 14, 16 von einer Hülle 34 aus einem elektrisch isolierenden Material umgeben. Beispielsweise kann die Hülle 34 aus einem flexiblen beziehungsweise biegsamen Material nach Art einer, insbesondere mehrschichtigen, Folie gebildet sein, wenn die Batteriezellen 10 als die Pouchzellen ausgebildet werden sollen. Die Hüllen 34 können an den jeweiligen Stapeln 14, 16 in die Stapel 14, 16 umschließender Weise angeordnet werden, bevor oder nachdem die unbeschichteten Bereiche 28, 30 der Ableiterschichten 18, 22 mittels des Verbindungselement 32 elektrisch leitend miteinander verbunden werden.
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Das anhand der beiden Stapel 14, 16 beschriebene Prinzip des Herstellens einer Reihenschaltung oder Serienschaltung von einzelnen Batteriezellen 10 kann für eine beliebig große Anzahl von Batteriezellen 10 vorgenommen werden, je nachdem wie viele Batteriezellen 10 elektrisch in Reihe geschaltet werden sollen.
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In 2 ist eine erste Reihe 36 oder Kette von beispielhaft drei mittels der Verbindungselemente 32 in Serie geschalteten Batteriezellen 10 gezeigt. Auf dieser ersten Reihe 36 ist eine zweite Reihe 38 oder Kette von ebenfalls drei elektrisch in Serie geschalteten Batteriezellen 10 angeordnet. Hierbei sind die jeweiligen Batteriezellen 10 so angeordnet, dass die von den Hüllen 34 umhüllten Stapel übereinander angeordnet sind. In 2 ist lediglich für zwei der Batteriezellen 10 angedeutet, dass sich innerhalb der Hüllen 34 die Stapel 14, 16 befinden, wie sie mit Bezug auf 1 beschrieben wurden. Jedoch sind auch in den weiteren Batteriezellen 10 der Reihen 36, 38 derartige Stapel 14, 16 vorhanden.
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Gemäß 2 fluchten die Verbindungselemente 32 der übereinander angeordneten Reihen 36, 38 senkrecht zu einer Erstreckungsrichtung 40 der Reihen 36, 38 miteinander. Die Erstreckungsrichtung 40 ist in 2 durch einen Doppelpfeil veranschaulicht.
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Bei der in 2 gezeigten Anordnung der beiden Reihen 36, 38 von in Reihe geschalteten Batteriezellen 10 sind die Zellverbinder oder Verbindungselemente 32 beiderseits, also von oben und von unten zugänglich. Dadurch können die Verbindungselemente 32 besonders einfach beispielsweise durch Schweißen miteinander verbunden werden. Entsprechende, vorliegend als Schweißstellen 42 ausgebildete Verbindungsstellen sind in 2 in einer Seitenansicht und in 3 in einer Draufsicht schematisch gezeigt.
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Durch dieses Verbinden der Verbindungselemente 32 der unterschiedlichen Reihen 36, 38 miteinander lassen sich die Batteriezellen 10 der ersten Reihe 36 mit den Batteriezellen 10 der zweiten Reihe 38 paarweise parallel schalten. Das Verbinden der Verbindungselemente 32 miteinander, beispielsweise durch das Schweißen, kann aufgrund der beidseitigen Zugänglichkeit in einer Serienfertigung oder Linienfertigung erfolgen, wobei insbesondere mehrere der Schweißverbindungen gleichzeitig ausgebildet werden können. Auch eine Endlosfertigung ist bei der horizontalen Anordnung der Reihen 36, 38 möglich. Es können auch die Batteriezellen 10 von mehr als den vorliegend beispielhaft gezeigten zwei Reihen 36, 38 von in Serie geschalteten Batteriezellen 10 auf die vorstehend beschriebene Art und Weise elektrisch parallel geschaltet werden.
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4 zeigt ein Beispiel, wie die beiden Reihen 36, 38 im Bereich der miteinander verschweißten Verbindungselemente 32 gefaltet werden können, um eine kompakte Anordnung der Batteriezellen 10 zu schaffen. Ein derartiges Paket der gefalteten Reihen 36, 38 wird bei der Fertigung der Batterie 12 (vergleiche 8) in ein Batteriegehäuse 44 eingeschoben. Hierbei sind durch die Enden der elektrisch parallelgeschalteten Reihen 36, 38 jeweilige Batterieanschlüsse in Form eines positiven Batterieanschlusses 46 und eines negativen Batterieanschlusses 48 bereitgestellt.
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An dieser Stelle sind dementsprechend Zellverbinder 50 vorgesehen, welche zur Bereitstellung des positiven Batterieanschlusses 46 mit den unbeschichteten Bereichen 30 der ersten Ableiterschichten 18 der letzten Stapel der jeweiligen Reihe 36, 38 verbunden sind. In analoger Weise sind die unbeschichteten Bereiche 28 der zweiten Ableiterschichten 22 der letzten Stapel der beiden Reihen 36, 38 mit Zellverbindern 52 verbunden, durch welche der negative Batterieanschluss 48 bereitgestellt ist.
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Das Batteriegehäuse 44 ist vorliegend lediglich zu einer Seite hin offen ausgebildet, über welche das Zellpaket, welches die Batteriezellen 10 umfasst, in das Batteriegehäuse 44 eingebracht werden kann. Dementsprechend braucht dieses Batteriegehäuse 44 lediglich noch mittels eines Deckels 54 (vergleiche 8) zu dieser Seite hin verschlossen zu werden.
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Bei der mit Bezug auf 1 bis 4 beschriebenen Batterie 12 kann somit die Verbindung der Batteriezellen in einer Linie über die beidseitig zugängliche Schweißverbindung als Zellverbindung von beliebig vielen parallelgeschalteten Batteriezellen 10 realisiert werden, je nachdem wie viele Reihen 36, 38 übereinander angeordnet werden. In der jeweiligen Reihe 36, 38 sind die Batteriezellen 10 jedoch in Reihe geschaltet.
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Bei der in 5 gezeigten Variante der Batterie 12 sind nicht die einzelnen Stapel 14, 16 in einer jeweiligen Hülle 34 angeordnet. Auch hier sind jedoch die beiden Stapel 14, 16 so, wie mit Bezug auf 1 beschrieben, mittels des Verbindungselements 32 aus dem flexiblen, biegbaren Material elektrisch in Reihe geschaltet. In analoger Weise ist ein weiterer Stapel 56 über ein entsprechendes Verbindungselement 32 mit dem zweiten Stapel 16 elektrisch in Reihe geschaltet. Diese drei Stapel 14, 16, 56 bilden eine erste Reihe 58 oder Kette von Stapeln 14, 16, 56. Die Gesamtheit der Stapel 14, 16, 56 ist jedoch von einer gemeinsamen Hülle 60 aus einem elektrisch isolierenden und flexiblen Material umgeben. In Varianten können auch mehr als die vorliegend beispielhaft gezeigten drei Stapel 14, 16, 56 auf diese Weise in Reihe geschaltet werden.
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Bei dieser Ausgestaltung kann durch Vergrößern der Anzahl an mit dem jeweiligen Elektrodenmaterial 20, 24 beschichteten Ableiterschichten 18, 22 ein Parallelschalten von entsprechenden Elektroden ausgebildet werden. Jedoch kann es wünschenswert sein, die Dicke derartiger Stapel 14, 16, 56 nicht zu groß zu wählen, und dennoch eine Parallelschaltung zu realisieren.
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Entsprechend kann oberhalb der ersten Reihe 58 mit den Stapeln 14, 16, 56 eine zweite Reihe 62 mit derselben Anzahl von in derselben Weise in Reihe geschalteten Stapeln 64, 66, 68 angeordnet werden. Dementsprechend sind die Stapel 64, 66, 68 der zweiten Reihe 62 über den Stapeln 14, 16, 56 der ersten Reihe 58 angeordnet. Die jeweiligen Verbindungselemente 32 fluchten bevorzugt senkrecht zu der Erstreckungsrichtung 40 der Reihen 58, 62 miteinander. Die Erstreckungsrichtung 40 der Reihen 58, 62 oder Ketten ist in 5 durch einen Doppelpfeil veranschaulicht.
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Durch Verbinden der miteinander fluchtenden Verbindungselemente 32 der beiden Reihen 58, 62 miteinander können der Stapel 14 mit dem Stapel 64, der Stapel 16 mit dem Stapel 66 und der Stapel 56 mit dem Stapel 68 parallel geschaltet werden. Hierbei ist zwischen jeweils zwei aufeinander oder übereinander angeordneten Stapeln 14, 64, 16, 66, 56, 68 ein jeweiliges elektrisch isolierenden Element 70 angeordnet.
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Durch die miteinander verbundenen Zellverbinder 50, 52, welche mit den jeweiligen Ableiterschichten 18, 22 der in den Reihen 58, 62 auf einer Seite letzten Stapeln 14, 64 und auf der gegenüberliegenden Seite letzten Stapeln 56, 68 verbunden sind, sind der positive Batterieanschluss 46 und der negative Batterieanschluss 48 bereitgestellt. Diese Batterieanschlüsse 46, 48 stehen aus der Hülle 60 hervor. Demgegenüber sind die Zellverbinder oder Verbindungselemente 32 zwischen den einzelnen Stapel, 14, 16, 56, 64, 66, 68 nach dem Umgeben der Stapel 14, 16, 56, 64, 66, 68 mit der Hülle 60 von außen nicht mehr zugänglich. Die Verschaltung erfolgt hierbei also innerhalb der Hülle 60 beziehungsweise Pouchhülle.
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Da sowohl die Zellverbinder beziehungsweise Verbindungselemente 32 als auch die Hülle 60 aus flexiblen Materialien gebildet sind, lässt sich die nach Art einer Mehrfachzelle ausgebildete Anordnung gemäß 5, welche in 6 in einer Draufsicht gezeigt ist, problemlos zusammenfalten. Auch hierbei kann eine mäanderförmige Faltung vorgesehen sein, wie dies in 7 schematisch veranschaulicht ist. Entsprechend kann auch ein solches Zellpaket beziehungsweise ein solcher Zellpack gefaltet in das Batteriegehäuse 44 eingebracht werden, welches bevorzugt zu nur einer Seite hin offen ist. In 7 sind die elektrisch isolierenden Elemente 70 und die Hülle 60 der Einfachheit halber nicht gezeigt.
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Auch bei der mit Bezug auf 5 bis 7 beschriebenen Variante der Batterie 12 brauchen die einzelnen Batteriezellen 10 beziehungsweise Stapel 14, 16, 56, 64, 66, 68 nicht gesondert verbunden zu werden, da sie bereits innerhalb der Hülle 60 elektrisch in Reihe geschaltet sind. Auch bei dieser Variante kann jedoch deshalb eine Stromschiene (Busbar) in der Batterie 12 entfallen.
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Das bereits einseitig verschlossene Batteriegehäuse 44 kann mittels des Deckels 54 zur noch offenen Seite hin so verschlossen werden (vergleiche 8), dass hierbei die Batterieanschlüsse 46, 48 zugänglich sind.
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Insgesamt zeigt das Beispiel, wie durch die Erfindung eine Zellverbindung von Pouchzellen im einem Zusammenbau einer Batterie 12 und/oder eines Batteriemoduls beziehungsweise eine Zellverbindung von Pouchzellen zur Ausbildung einer Mehrfachzelle erreicht werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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