DE102017221026A1 - Battery cell, battery module containing them, as well as their use - Google Patents

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Moritz Pickhardt
Frank Truger
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Abstract

Es wird eine Batteriezelle, insbesondere Lithiumionenbatteriezelle, beschrieben mit einem Batteriezellgehäuse, auf dem eine erste und eine zweite Kontaktfläche zur elektrischen Kontaktierung der Batteriezelle ausgebildet ist, wobei die erste Kontaktfläche eine erste Kontaktieroberfläche aufweist und die zweite Kontaktfläche eine zweite Kontaktieroberfläche, und wobei die erste und/oder zweite Kontaktierfläche (28, 29, 60, 64) mindestens zwei, insbesondere eine Mehrzahl an Erhebungen (40) ausbildet.The invention relates to a battery cell, in particular a lithium-ion battery cell, having a battery cell housing on which a first and a second contact surface for electrically contacting the battery cell are formed, wherein the first contact surface has a first contact surface and the second contact surface has a second contact surface, and wherein the first and / or second contact surface (28, 29, 60, 64) at least two, in particular a plurality of elevations (40) is formed.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Batteriezelle, auf ein Batteriemodul dieses enthaltend sowie deren Verwendung gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche.The present invention relates to a battery cell, a battery module containing this and their use according to the preamble of the independent claims.

Stand der TechnikState of the art

Übliche Batterien enthalten eine Mehrzahl von Batteriezellen, die untereinander elektrisch kontaktiert sind. Bei typischen Batterien für Endkonsumenten erfolgt diese Kontaktierung beispielsweise über endständige Batterieterminals an entsprechenden Batterierundzellen. Darüber hinaus besteht auch die Möglichkeit einer Kontaktierung mittels Gold- oder Nickelfederkontakten. Im Bereich von Hochvoltbatterien, beispielsweisen für automobile Anwendung, erfolgt eine Kontaktierung über sogenannte Stromschienen oder auch über kabelgebundene Lösungen. Des Weiteren besteht die Möglichkeit einer elektrischen Kontaktierung mittels Zellverbindern. Diese Kontaktierungsmittel werden beispielsweise über eine geeignete Verschraubung oder durch Verschweißen mit den entsprechenden Terminals der Batteriezellen verbunden.Conventional batteries contain a plurality of battery cells, which are electrically contacted with each other. In the case of typical batteries for end consumers, this contacting takes place, for example, via terminal battery terminals on corresponding battery cells. In addition, there is also the possibility of contacting by means of gold or nickel spring contacts. In the field of high-voltage batteries, for example, for automotive application, contacting takes place via so-called busbars or via wired solutions. Furthermore, there is the possibility of electrical contacting by means of cell connectors. These contacting means are connected, for example, via a suitable screw connection or by welding to the corresponding terminals of the battery cells.

Darüber hinaus sind Batteriezellen bekannt, bei denen das Batteriezellgehäuse selbst bzw. jeweils eine Halbschale des Batteriezellgehäuses als Kontaktfläche zur elektrischen Kontaktierung der Batteriezelle dient. Dies ermöglicht den Verzicht auf zusätzlich ausgeprägte Batterieterminals. Derartige Batteriezellen sind beispielsweise der DE 10 2014 204 245 A1 zu entnehmen.In addition, battery cells are known in which the battery cell housing itself or in each case a half-shell of the battery cell housing serves as a contact surface for making electrical contact with the battery cell. This makes it possible to dispense with additionally pronounced battery terminals. Such battery cells are for example the DE 10 2014 204 245 A1 refer to.

Weiterhin ist aus der WO 92/07390 bekannt, die Kontaktierung zwischen zwei Batteriezellen dahingehend zu bewerkstelligen, dass erhabene Elektrodenterminals der einen Batteriezelle in eine am Batteriezellboden einer anderen Batteriezelle angebrachte Aussparungen eingreift und auf diese Weise ein elektrischer Kontakt zwischen den erhabenen Batteriezellterminals und den innerhalb der Aussparungen angebrachten elektrischen Kontakten einer benachbarten Batteriezelle entsteht.Furthermore, from the WO 92/07390 known to accomplish the contact between two battery cells to the effect that raised electrode terminals of a battery cell engages in a mounted on the battery cell bottom of another battery cell recesses and in this way an electrical contact between the raised battery cell terminals and mounted within the recesses electrical contacts of an adjacent battery cell arises ,

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Erfindungsgemäß wird eine Batteriezelle, ein Batteriemodul diese enthaltend, sowie deren Verwendung mit den kennzeichnenden Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche zur Verfügung gestellt.According to the invention, a battery cell, a battery module containing these, and their use with the characterizing features of the independent claims are provided.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Dabei weist die erfindungsgemäße Batteriezelle ein Batteriezellgehäuse auf, das eine erste und eine zweite Kontaktfläche zur elektrischen Kontaktierung der Batteriezelle aufweist, wobei die erste Kontaktfläche eine erste Kontaktieroberfläche aufweist und die zweite Kontaktfläche eine zweite Kontaktierfläche aufweist. Die erste und/oder zweite Kontaktieroberfläche bildet dabei mindestens zwei, vorzugsweise eine Mehrzahl an Erhebungen aus.In this case, the battery cell according to the invention has a battery cell housing which has a first and a second contact surface for electrically contacting the battery cell, wherein the first contact surface has a first contacting surface and the second contact surface has a second contacting surface. The first and / or second contacting surface forms at least two, preferably a plurality of elevations.

Der besondere Vorteil dieser Maßnahme besteht darin, dass auf diese Weise ein bei einer Kontaktierung der Kontaktfläche auftretender Kontaktwiderstand minimiert werden kann. Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass der Kontaktwiderstand durch eine Vielzahl von Faktoren beeinflusst wird. Dazu gehört beispielsweise die Oberflächengüte der ersten bzw. zweiten Kontaktieroberfläche, die Härte des für die erste bzw. zweite Kontaktfläche vorgesehenen Materials, das mögliche Vorhandensein von oxidischen Verunreinigungen auf der Oberfläche der ersten bzw. zweiten Kontaktfläche sowie ein möglicher Anpressdruck, mit dem ein Kontakt auf die erste bzw. zweite Kontaktieroberfläche gedrückt wird. Es hat sich gezeigt, dass insbesondere die Höhe des Anpressdrucks bzw. der Anpresskraft, mit der ein Kontakt auf die erste bzw. zweite Kontaktieroberfläche gedrückt wird, einen wesentlichen Einfluss auf die Höhe des zwischen dem Kontakt und der ersten bzw. zweiten Kontaktierfläche auftretenden Kontaktwiderstandes hat. Weiterhin besteht ein Zusammenhang zwischen der Größe der zwischen einem Kontakt und der ersten bzw. zweiten Kontaktieroberfläche auftretenden Kontaktfläche und dem dabei realisierten Anpressdruck. Je kleiner die Kontaktfläche gewählt wird, desto höher wird bei einer gegebenen Anpresskraft der entsprechende Anpressdruck zwischen Kontakt und jeweiliger Kontaktieroberfläche. Mit dem Vorsehen mindestens zweier insbesondere einer Mehrzahl an Erhebungen, die die Oberfläche der ersten bzw. zweiten Kontaktieroberfläche ausbildet, wird ein ausreichend hoher Anpressdruck bei gleichzeitig ausreichender Kontaktfläche erreicht.The particular advantage of this measure is that in this way a contact resistance occurring when contacting the contact surface can be minimized. This is based on the knowledge that the contact resistance is influenced by a large number of factors. These include, for example, the surface quality of the first or second contacting surface, the hardness of the material provided for the first and second contact surfaces, the possible presence of oxidic impurities on the surface of the first and second contact surfaces and a possible contact pressure with which a contact the first or second contacting surface is pressed. It has been shown that, in particular, the height of the contact pressure or the pressing force with which a contact is pressed onto the first or second contacting surface has a significant influence on the height of the contact resistance occurring between the contact and the first and second contacting area , Furthermore, there is a relationship between the size of the contact surface occurring between a contact and the first or second contacting surface and the contact pressure realized thereby. The smaller the contact area is selected, the higher the contact pressure between the contact and the respective contacting surface becomes higher for a given contact pressure. With the provision of at least two in particular a plurality of elevations, which forms the surface of the first and second contacting surface, a sufficiently high contact pressure is achieved with sufficient contact area at the same time.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Further advantageous embodiments of the present invention are the subject of the dependent claims.

So sind die Erhebungen beispielsweise spiegel- oder rotationssymmetrisch ausgeführt. Der Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, dass Erhebungen in symmetrischer Gestalt einen geringeren Kontaktwiderstand zeigen, als beispielsweise streifenförmige oder flächige Kontaktflächen. Gleiches gilt für Erhebungen, die kanten- und eckenfrei ausgeführt sind und einen verglichen mit eckigen oder kantigen Erhebungen geringeren Kontaktwiderstand zeigen. Dieser Effekt ist bereits dann spürbar, wenn durch gedachte Schnitte senkrecht zu der ersten bzw. zweiten Kontaktieroberfläche, insbesondere durch eine Mittelachse einer betreffenden Erhebung erzeugte Schnittprofile zumindest teilweise bzw. einige von ihnen einen kanten- bzw. eckenfreien Verlauf zeigen.For example, the elevations are mirror-symmetrical or rotationally symmetrical. The advantage of this embodiment is that elevations in symmetrical shape show a lower contact resistance than, for example, strip-shaped or flat contact surfaces. The same applies to elevations that are edge-free and corner-free and show a lower contact resistance compared to square or angular elevations. This effect is already noticeable when cutting profiles produced by imaginary sections perpendicular to the first or second contacting surface, in particular by a central axis of a survey in question, at least partially or some of them show a curve-free or corner-free course.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Batteriezellgehäuse in Form zweier voneinander elektrisch isolierter Halbschalen ausgeführt. Dabei bildet eine erste Halbschale des Batteriezellgehäuses die erste Kontaktoberfläche und eine zweite Halbschale des Batteriezellgehäuses die zweite Kontaktfläche. Dabei befinden sich auf der ersten und/oder zweiten Halbschale des Batteriezellgehäuses Erhebungen, insbesondere nur auf der Oberfläche der ersten Halbschale des Batteriezellgehäuses. According to a particularly advantageous embodiment of the present invention, the battery cell housing is designed in the form of two mutually electrically insulated half-shells. In this case, a first half-shell of the battery cell housing forms the first contact surface and a second half-shell of the battery cell housing forms the second contact surface. In this case, elevations are located on the first and / or second half-shell of the battery cell housing, in particular only on the surface of the first half-shell of the battery cell housing.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die erste Halbschale des Batteriezellgehäuses aus einem nickelplatierten Stahl ausgeführt ist und die zweite Halbschale des Batteriezellgehäuses aus Aluminium. Dabei kann als nickelplatierter Stahl beispielsweise Hilumin® verwendet werden.It is particularly advantageous if the first half shell of the battery cell housing is made of a nickel-plated steel and the second half shell of the battery cell housing is made of aluminum. For example, Hilumin® can be used as a nickel-plated steel.

Weiterhin ist vorteilhaft, wenn die Erhebungen der ersten bzw. zweiten Kontaktieroberfläche einen halbkreisförmigen bzw. halbelipsoiden Verlauf zeigen und in ihrem höchsten Bereich eine Kontaktfläche mit einem Durchmesser von <150 µm. Auf diese Weise kann beim Anlegen eines geeigneten Anpressdrucks ein besonders niedriger Kontaktwiderstand erreicht werden. Dies wird verstärkt, wenn zusätzlich der höchste Bereich entsprechender Erhebungen beispielsweise mit einer Silberbeschichtung versehen wird oder die Erhebungen aus Silber oder einer Silberlegierung ausgeführt werden.Furthermore, it is advantageous if the elevations of the first or second contacting surface show a semicircular or half-ellipsoidal shape and in their highest area a contact surface with a diameter of <150 μm. In this way, when applying a suitable contact pressure, a particularly low contact resistance can be achieved. This is enhanced if, in addition, the highest area of corresponding elevations is provided, for example, with a silver coating, or the elevations are made of silver or a silver alloy.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Batteriezelle beispielsweise als sogenannte Rundzelle mit einem zylinderförmigen Gehäuse ausgeführt. In diesem Fall wird eine erste Kontaktfläche der Batteriezelle durch den Boden des zylinderförmigen Batteriezellgehäuses gebildet und eine zweite Kontaktfläche der Batteriezelle durch einen auf einem Deckel des Batteriezellgehäuses ausgeführten Batteriezellterminals. In diesem Fall sind entweder auf der ersten oder der zweiten Kontaktfläche Erhebungen vorgesehen, vorzugsweise auf der zweiten Kontaktfläche.According to a further advantageous embodiment of the present invention, the battery cell is designed for example as a so-called round cell with a cylindrical housing. In this case, a first contact surface of the battery cell is formed by the bottom of the cylindrical battery cell case and a second contact surface of the battery cell by a battery cell terminal formed on a lid of the battery cell case. In this case, elevations are provided either on the first or the second contact surface, preferably on the second contact surface.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein Batteriemodul, enthaltend mindestens zwei Batteriezellen der vorbeschriebenen Art. Dabei ist es von besonderem Vorteil, wenn das Batteriemodul zusätzlich eine Verspannungsvorrichtung aufweist, über die mindestens zwei Batteriezellen des Batteriemoduls miteinander verspannt sind, wobei auf die Batteriezellen durch die Verspannung eine Kraft ausgeübt wird, die dazu führt, dass Erhebungen auf einer Kontaktfläche der einen Batteriezelle auf eine Kontaktfläche einer benachbarten zweiten Batteriezelle gedrückt werden. Auf diese Weise wird der Kontaktwiderstand zwischen beiden Batteriezellen deutlich verringert.The present invention is also a battery module containing at least two battery cells of the type described above. It is particularly advantageous if the battery module additionally has a bracing device, are clamped to each other via the at least two battery cells of the battery module, wherein the battery cells by the tension a force is exerted which causes elevations on a contact surface of the one battery cell to be pressed onto a contact surface of an adjacent second battery cell. In this way, the contact resistance between the two battery cells is significantly reduced.

Die erfindungsgemäße Batteriezelle bzw. ein Batteriemodul diese enthaltend lässt sich in besonders vorteilhafter Weise einsetzen bei Fahrzeuganwendung wie beispielsweise in Elektro- oder Hybridfahrzeugen, in mobilen Vorrichtungen der Telekommunikation oder Datenverarbeitung, in elektrischen Handwerkzeugen oder in stationären Energiespeichern, insbesondere zur Speicherung regenerativ erzeugter elektrischer Energie.The battery cell according to the invention or a battery module containing it can be used in a particularly advantageous manner in vehicle applications such as in electric or hybrid vehicles, in mobile devices of telecommunications or data processing, in electric hand tools or in stationary energy storage, in particular for the storage of regeneratively generated electrical energy.

Dabei kann es sich bei der erfindungsgemäße Batteriezelle bzw. bei dem Modul diese enthaltend um eine wiederaufladbare Batterie handeln. Die Batteriezelle selbst kann auf der Lithiumionentechnologie beruhen oder auf einer Batteriezelle mit Festelektrolyt, bspw. einem Polymer- oder Keramikelektrolyten.In this case, the battery cell according to the invention or the module containing it may be a rechargeable battery. The battery cell itself can be based on lithium-ion technology or on a battery cell with solid electrolyte, for example. A polymer or ceramic electrolyte.

Figurenlistelist of figures

Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Figurenbeschreibung näher erläutert. Es zeigt:

  • 1: eine schematische Darstellung einer perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Batteriemoduls enthaltend erfindungsgemäße Batteriezellen
  • 2: eine perspektivische Darstellung eines Ausschnitts des in 1 abgebildeten Batteriemoduls,
  • 3: eine perspektivische Darstellung eines Verbundes erfindungsgemäßer Batteriezellen in einer ersten Darstellung,
  • 4: eine perspektivische Darstellung eines Verbundes erfindungsgemäßer Batteriezellen in einer zweiten Darstellung,
  • 5: eine perspektivische Darstellung eines Bildausschnitts des in 3 dargestellten Verbundes erfindungsgemäßer Batteriezellen,
  • 6: eine schematische Aufsicht auf eine Großfläche einer erfindungsgemäßen Batteriezelle gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
  • 7: eine schematische Aufsicht auf die Großfläche einer erfindungsgemäßen Batteriezelle gemäß einer zweiten Ausführungsform,
  • 8: eine schematische Aufsicht auf die Großfläche einer erfindungsgemäßen Batteriezelle gemäß einer dritten Ausführungsform,
  • 9: eine schematische Schnittdarstellung durch ein erfindungsgemäßes Batteriemodul gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
  • 10: eine schematische Darstellung einer perspektivischen Ansicht einer erfindungsgemäßen Batteriezelle gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und
  • 11: eine schematische Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Batteriemoduls gemäß einer dritten Ausführungsform.
Advantageous embodiments of the present invention are illustrated in the drawing and explained in more detail in the following description of the figures. It shows:
  • 1 : a schematic representation of a perspective view of a battery module according to the invention containing battery cells according to the invention
  • 2 : a perspective view of a section of the in 1 pictured battery module,
  • 3 FIG. 2 is a perspective view of a composite of battery cells according to the invention in a first representation, FIG.
  • 4 : a perspective view of a composite of battery cells according to the invention in a second illustration,
  • 5 : a perspective view of an image section of the in 3 shown composite of battery cells according to the invention,
  • 6 FIG. 2 shows a schematic plan view of a large area of a battery cell according to the invention in accordance with a first embodiment of the present invention, FIG.
  • 7 FIG. 2: a schematic plan view of the large area of a battery cell according to the invention, according to a second embodiment, FIG.
  • 8th FIG. 2: a schematic plan view of the large area of a battery cell according to the invention, according to a third embodiment, FIG.
  • 9 FIG. 2 shows a schematic sectional illustration through a battery module according to the invention according to a second embodiment of the present invention, FIG.
  • 10 a schematic representation of a perspective view of a battery cell according to the invention according to a fourth embodiment of the present invention and
  • 11 : A schematic sectional view of a battery module according to the invention according to a third embodiment.

Das in 1 dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt ein erfindungsgemäßes Batteriemodul 1. Dieses umfasst dabei eine Mehrzahl Batteriezellen 2. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Batteriezellen 2 nachladbare Lithium-Ionen-Batteriezellen sind. Die Batteriezellen 2 sind vorzugsweise derart ausgebildet, dass deren Außenseiten jeweils erste und eine zweite Kontaktflächen 3, 4 zur elektrischen Kontaktierung der Batteriezelle 2 ausbildet. Auf diese Weise sind die Batteriezellen 2 des Batteriemoduls 1 durch eine Aneinanderreihung seriell elektrisch miteinander über die durch die Außenseiten gebildeten ersten und zweiten Kontaktflächen 3, 4 elektrisch miteinander verschaltet. Dabei werden die Batteriezellen 2 beispielsweise durch eine Mehrzahl von Rahmenelementen 7, 8, 12 fixiert.This in 1 illustrated embodiment shows a battery module according to the invention 1 , This includes a plurality of battery cells 2 , In particular, it is provided that the battery cells 2 rechargeable lithium-ion battery cells are. The battery cells 2 are preferably formed such that the outer sides of each first and a second contact surfaces 3 . 4 for electrical contacting of the battery cell 2 formed. In this way are the battery cells 2 of the battery module 1 serially electrically connecting with each other via the first and second contact surfaces formed by the outer sides 3 . 4 electrically interconnected. Thereby the battery cells become 2 for example, by a plurality of frame elements 7 . 8th . 12 fixed.

Das Batteriemodul 1 umfasst dabei an einem Ende 10 ein erstes Rahmenelement 7, welches eine Modulendplatte des Batteriemoduls 1 bildet. An diesem ersten Rahmenelement 7 ist eine erste Batteriezelle 2 angeordnet, wobei das erste Rahmenelement 7 die erste Batteriezelle 2 bspw. teilweise umschließt. Eine Umrandung 25 einer Außenhülle 26 der Batteriezelle 2 bildet dabei einen Anlagebereich, mit dem die jeweilige Batteriezelle 2 des Batteriemoduls 1 jeweils an einem Rahmenelement 7, 8, 12 anliegt.The battery module 1 covers at one end 10 a first frame element 7 , which is a module end plate of the battery module 1 forms. At this first frame element 7 is a first battery cell 2 arranged, wherein the first frame element 7 the first battery cell 2 for example, partially encloses. A border 25 an outer shell 26 the battery cell 2 forms an investment area with which the respective battery cell 2 of the battery module 1 each on a frame element 7 . 8th . 12 is applied.

An dem ersten Rahmenelement 7 mit der darin zur Hälfte angeordneten Batteriezelle 2 ist ein drittes Rahmenelement 12 angeordnet, wobei das dritte Rahmenelement 12 die andere Hälfte der Batteriezelle 2 umrahmt. Das dritte Rahmenelement 12 umrahmt darüber hinaus eine zu der ersten Batteriezelle 2 benachbart angeordnete weitere Batteriezelle 2 ebenfalls zur Hälfte. Auf diese Weise schließen sich mehrere dritte Rahmenelemente 12 und weitere Batteriezellen 2 aneinander an, wobei eine letzte Batteriezelle 2 am Ende 11 einer Aneinanderreihung 9 der Batteriezellen 2 von einem zweiten Rahmenelement 8 teilweise umschlossen wird.On the first frame element 7 with the battery cell halfway inside 2 is a third frame element 12 arranged, wherein the third frame element 12 the other half of the battery cell 2 framed. The third frame element 12 also framed one to the first battery cell 2 adjacently arranged further battery cell 2 also in half. In this way, close several third frame elements 12 and other battery cells 2 to each other, with a last battery cell 2 at the end 11 a sequence 9 the battery cells 2 from a second frame element 8th partially enclosed.

Die Rahmenelemente 7, 8, 12 sind dabei jeweils vorzugsweise über Fixierelemente 13 miteinander lösbar verbunden. Als Fixierelemente 13 sind dabei insbesondere nicht dargestellte Rasthaken vorgesehen, welche in in 1 nicht explizit dargestellte entsprechende Rasten eingreifen. Auf diese Weise ist das erste Rahmenelement 7 über die weiteren dritten Rahmenelemente 12 mit dem zweiten Rahmenelement 8 lösbar verbunden.The frame elements 7 . 8th . 12 are each preferably via fixing 13 releasably connected together. As fixing elements 13 In particular, not shown latching hooks are provided which in in 1 not explicitly illustrated corresponding detents intervene. In this way, the first frame element 7 about the other third frame elements 12 with the second frame element 8th releasably connected.

Die Rahmenelemente 7, 8, 12 sind bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbespiel eines erfindungsgemäßen Batteriemoduls 1 zusätzlich als Kühlvorrichtung für die Batteriezellen 2 ausgebildet und weisen hierzu jeweils einen von einem Kühlmittel durchströmbaren Kühlkanal 16 auf.The frame elements 7 . 8th . 12 are at the in 1 illustrated Ausführungsbespiel a battery module according to the invention 1 additionally as a cooling device for the battery cells 2 formed and have for this purpose each one of a coolant flow-through cooling channel 16 on.

Darüber hinaus ist vorgesehen, dass die Rahmenelemente 7, 8, 12 jeweils in 1 nicht explizit dargestellte Kontaktierungselemente aufweisen, wobei die Kontaktierungselemente jeweils einer Batteriezelle 2 des Batteriemoduls 1 Batteriezellparameter, insbesondere eine Batteriezellspannung und/oder Batteriezellströme und/oder Batteriezelltemperaturen erfassen. Darüber hinaus weisen die Rahmenelemente 7, 8, 12 jeweils wenigstens ein in 1 nicht explizit dargestelltes Anschlusselement auf, welches mit Kontaktierungselementen elektrisch leitfähig verbunden ist. Das jeweilige Anschlusselement eines Rahmenelementes 7, 8, 12 ist dabei mit einer auf den Rahmenelementen 7, 8, 12 angeordneten Leiterplatte 18 vorzugsweise elektrisch leitfähig verbunden. Vorteilhafter Weise umfasst die Leiterplatte 18 Komponenten eine Batteriemanagementssystems, insbesondere zumindest eine Zellüberwachungseinheit (Cell Supervising Cirquit CSC).In addition, it is provided that the frame elements 7 . 8th . 12 each in 1 not explicitly shown contacting elements, wherein the contacting elements each a battery cell 2 of the battery module 1 Battery cell parameters, in particular a battery cell voltage and / or battery cell currents and / or battery cell temperatures detect. In addition, the frame elements have 7 . 8th . 12 at least one in each case 1 not explicitly illustrated connection element, which is electrically conductively connected to contacting elements. The respective connection element of a frame element 7 . 8th . 12 is doing one with the frame elements 7 . 8th . 12 arranged circuit board 18 preferably electrically conductively connected. Advantageously, the printed circuit board comprises 18 Components of a battery management system, in particular at least one cell monitoring unit (Cell Supervising Cirquit CSC).

Die Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Batteriezellen 2 ermöglicht dabei eine Verschaltung mehrerer derartiger Batteriezellen 2 durch ein Aneinanderreihen derselben mit deren ersten und zweiten Kontaktflächen, was beispielhaft in 2 dargestellt ist.The embodiment of the battery cells according to the invention 2 allows an interconnection of several such battery cells 2 by juxtaposing them with their first and second contact surfaces, which is exemplified in FIG 2 is shown.

In 2 sind die Batteriezellen 2 dabei durch eine Aneinanderreihung elektrisch in Reihe geschaltet, wobei vorteilhafterweise für das Verschalten der Batteriezellen 2 keine Zellverbinder erforderlich sind, was zu einer Gewichtsreduzierung beiträgt. Die dargestellten Batteriezellen 2 sind jeweils durch Kontaktierung einer ersten Gehäusehalbschale 28 des Gehäuses der Batteriezelle 2 mit einer zweiten Halbschale 29 einer benachbarten Batteriezelle 2 elektrisch seriell verschaltet.In 2 are the battery cells 2 thereby connected in series by a series, wherein advantageously for the interconnection of the battery cells 2 no cell connectors are required, which contributes to weight reduction. The illustrated battery cells 2 are each by contacting a first housing half shell 28 the housing of the battery cell 2 with a second half shell 29 an adjacent battery cell 2 electrically connected in series.

Die in Figur gezeigten Batteriezellen 2 umfassen jeweils eine Elektrodenanordnung 27 mit einer Kathode 32 und einer Anode 33. Die Elektrodenanordnung 27 ist dabei von einer ersten Halbschale 28 und von einer zweiten Halbschale 29 der Batteriezelle 2 umschlossen. Die erste Halbschale 28 und die zweite Halbschale 29 sind dabei über einen Anbindungsbereich elektrisch nicht leitfähig miteinander verbunden. In dem Anbindungsbereich ist dabei wenigstens ein Isolatorelement 30 angeordnet, derart, dass die erste Halbschale 28 gegen die zweite Halbschale 29 elektrisch isoliert ist. Weiterhin ist die Kathode 32 beispielsweise über ein erstes elektrisch leitfähiges Verbindungselement 31 mit der ersten Halbschale 28 verbunden und die Anode 33 beispielsweise über ein zweites elektrisch leitfähiges Verbindungselement 31' mit der zweiten Halbschale 29.The battery cells shown in FIG 2 each comprise an electrode arrangement 27 with a cathode 32 and an anode 33 , The electrode arrangement 27 is from a first half shell 28 and a second half shell 29 the battery cell 2 enclosed. The first half shell 28 and the second half shell 29 are connected via a connection area electrically non-conductive with each other. In the connection region is at least one insulator element 30 arranged, such that the first half-shell 28 against the second half shell 29 is electrically isolated. Furthermore, the cathode 32 for example via a first electrically conductive connecting element 31 with the first half shell 28 connected and the anode 33 for example via a second electrically conductive connecting element 31 ' with the second half shell 29 ,

Auf der Oberfläche der zweiten Halbschale 29, die gleichzeitig als zweite Kontaktfläche fungiert, sind Erhebungen 40 vorgesehen, die der elektrischen Kontaktierung der Batteriezelle 2 mit einer benachbarten weiteren Batteriezelle 2 dienen. Ausführungsformen der Erhebung 40 sind in den nachfolgend beschriebenen 3 bis 8 näher dargestellt. Dabei bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Bauteilkomponenten wie in den 1 und 2.On the surface of the second half shell 29 , which also acts as a second contact surface, are surveys 40 provided, the electrical contacting of the battery cell 2 with a neighboring further battery cell 2 serve. Embodiments of the survey 40 are described in the following 3 to 8th shown in more detail. Here, the same reference numerals designate the same component components as in FIGS 1 and 2 ,

In 3 sind beispielhaft drei Batteriezellen 2 dargestellt, die jeweils erste Kontaktflächen in Form von ersten Halbschalen 28 sowie zweite Kontaktflächen in Form von zweiten Halbschalen 29 aufweisen. Dabei sind auf der Großfläche der jeweiligen zweiten Halbschalen 29 Erhebungen 40 ausgeführt, die der elektrischen Kontaktierung einer ersten Batteriezelle 2 mit einer benachbarten zweiten Batteriezelle 2 dienen. Dies ist auch in 4 zu erkennen. 5 verdeutlicht einen in 3 markierten Bildausschnitt, der mit A bezeichnet ist.In 3 are exemplary three battery cells 2 illustrated, each first contact surfaces in the form of first half-shells 28 and second contact surfaces in the form of second half shells 29 respectively. Here are on the large surface of the respective second half shells 29 surveys 40 executed, the electrical contacting of a first battery cell 2 with an adjacent second battery cell 2 serve. This is also in 4 to recognize. 5 clarifies one in 3 marked image section that with A is designated.

Wie insbesondere in 5 erkennbar ist, sind die Erhebungen 40 in ihrer Form im Wesentlichen ecken- und katenfrei ausgeführt. Weiterhin zeigt die Erhebung 40 in 5 einen halbelipsoiden Verlauf. Die Erhebungen 40 können beispielsweise durch eine entsprechende galvanische Abscheidung insbesondere metallischen Materials auf der Oberfläche der zweiten Halbschale 29 erzeugt werden oder aber auch durch eine Verformung des Materials der zweiten Halbschale 29 zur Ausbildung einer Erhebung 40. Die Erhebung 40 kann beispielsweise durch Silber oder eine Silberlegierung gebildet sein oder die zweite Halbschale 29 ist im Bereich der Erhebung 40 mit einer Silberbeschichtung versehen. Während die erste Gehäusehalbschale 28 beispielsweise aus einem nickelplatierten Stahl wie beispielsweise Hilumin® ausgeführt ist, ist beispielsweise die zweite Halbschale 29 aus Aluminium ausgeführt.As in particular in 5 recognizable, are the surveys 40 essentially corner- and katenfrei executed in their form. Furthermore, the survey shows 40 in 5 a semi-ellipsoidal course. The surveys 40 For example, by a corresponding electrodeposition of metallic material in particular on the surface of the second half-shell 29 be generated or by a deformation of the material of the second half-shell 29 to form a survey 40 , The assessment 40 may be formed for example by silver or a silver alloy or the second half-shell 29 is in the area of the survey 40 provided with a silver coating. While the first housing half shell 28 for example, made of a nickel-plated steel such as Hilumin® is, for example, the second half-shell 29 made of aluminum.

Alternativ besteht die Möglichkeit, bei den in den 2 bis 5 gezeigten Ausführungsformen erfindungsgemäßer Batteriezellen die Erhebung 40 anstatt auf der zweiten Halbschale 29 auf der Großfläche der ersten Halbschalen 28 vorzusehen. Auch eine Kombination beider Maßnahmen ist denkbar, bei der auf beiden Halbschalen 28, 29 jeweils Erhebungen 40 vorgesehen sind, die im Wesentlichen zumindest in ihrer Höhe einander jeweils entsprechen.Alternatively, there is the possibility of the in the 2 to 5 shown embodiments of battery cells according to the survey 40 instead of the second half shell 29 on the large surface of the first half-shells 28 provided. A combination of both measures is conceivable, in both half shells 28 . 29 each surveys 40 are provided, which correspond to each other substantially at least in height.

In den 6 bis 8 sind unterschiedliche Möglichkeiten einer Anordnung von Erhebungen 40 auf der Großfläche der ersten bzw. zweiten Halbschale 28, 29 der erfindungsgemäßen Batteriezelle 1. Die Anordnung der Erhebungen 40 ist hier am Beispiel einer mit Erhebungen 40 versehenen ersten Halbschale 28 verdeutlicht. So besteht zum einen die Möglichkeit, wie in 6 dargestellt, die Erhebungen 40 im Wesentlichen statistisch auf der Großfläche der ersten bzw. zweiten Halbschalen 28, 29 anzuordnen. Des Weiteren besteht die Möglichkeit, wie in den 7 oder 8 dargestellt, die Erhebungen 40 um eine senkrechte Mittelachse der Großfläche der ersten bzw. zweiten Halbschale 28, 29 herum rotationssymmetrisch anzuordnen. Die gezeigten Ausführungsformen zeigen in praktischen Tests einen besonders geringen elektrischen Kontaktwiderstand bei Kontaktierung der Erhebung 40 mit den Halbschalen 28, 29 benachbarter Batteriezellen 2.In the 6 to 8th are different ways of arranging surveys 40 on the large surface of the first or second half-shell 28 . 29 the battery cell according to the invention 1 , The arrangement of the surveys 40 Here's the example of one with surveys 40 provided first half shell 28 clarified. On the one hand there is the possibility, as in 6 represented, the surveys 40 essentially statistically on the large area of the first and second half shells 28 . 29 to arrange. Furthermore, there is the possibility, as in the 7 or 8th represented, the surveys 40 about a vertical central axis of the large area of the first and second half-shell 28 . 29 to arrange around rotationally symmetrical. The embodiments shown show in practical tests a particularly low electrical contact resistance when contacting the survey 40 with the half-shells 28 . 29 neighboring battery cells 2 ,

In 9 ist schematisch ein Batteriemodul 1 gemäß einer weiteren Ausführungsform dargestellt. Dabei bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Bauteilkomponenten wie in den 1 bis 8.In 9 is schematically a battery module 1 shown according to another embodiment. Here, the same reference numerals designate the same component components as in FIGS 1 to 8th ,

Das Batteriemodul 1 umfasst beispielsweise ein Batteriemodulgehäuse 50, das eine Vielzahl parallel oder seriell elektrisch miteinander verbundener Batteriezellen 2 vor äußeren Einflüssen schützt. Innerhalb des Batteriemodulgehäuses 50 befindet sich eine Verspannungsvorrichtung 52, die beispielsweise die Batteriezellen 2 des Batteriemoduls 1 gegeneinander presst. Die Verpressvorrichtung 52 übt dabei eine achsiale Verpresskraft Fachsial auf die Batteriezellen 2, aus deren Richtung in 9 durch einen entsprechenden Pfeil angedeutet ist. Durch den dabei ausgeübten Druck auf die Batteriezellen 2 wird der Kontaktwiderstand der Batteriezellen 2 an den Erhebungen 40 minimiert. Gleichzeitig wird einer Überhitzung der Batteriezellen 2 durch einen erhöhten Kontaktwiderstand und damit der Gefahr eines „Thermal Runaways“ begegnet. The battery module 1 includes, for example, a battery module housing 50 , a plurality of parallel or series electrically connected battery cells 2 protects against external influences. Inside the battery module housing 50 there is a bracing device 52 , for example, the battery cells 2 of the battery module 1 pressed against each other. The pressing device 52 exerts an axial pressing force F axially on the battery cells 2 , from whose direction in 9 is indicated by a corresponding arrow. By the pressure exerted on the battery cells 2 becomes the contact resistance of the battery cells 2 at the elevations 40 minimized. At the same time, the battery cells overheat 2 by an increased contact resistance and thus the risk of a "thermal runaways" met.

In 10 ist eine erfindungsgemäße Batteriezelle gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die Batteriezelle 2 ist in diesem Fall als sogenannte Rundzelle, beispielsweise als sogenannte 18650-Rundzelle ausgeführt. Diese weist ein zylindrisches Batteriezellgehäuse auf, wobei dieses ein erstes zylindrisches, oben offenes Gehäuseelement 60 sowie einen dieses verschließenden Deckel 62 aufweist, an dem ein Batterieterminal 64 vorgesehen ist. Dabei bildet das erste Gehäuseteil 60 eine erste Kontaktfläche der Batteriezelle 2 aus und das Batterieterminal 64 auf dem Deckel 62 eine zweite Kontaktfläche. Bei dem in 10 gezeigten Beispiel ist beispielsweise auf der Bodenfläche des ersten Gehäuseteils 60 eine Mehrzahl an Erhebungen 40 vorgesehen. Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, das Batterieterminal 64 mit Erhebungen 40 zu versehen.In 10 a battery cell according to the invention is shown according to a second embodiment of the present invention. The battery cell 2 is in this case designed as a so-called round cell, for example as a so-called 18650 round cell. This has a cylindrical battery cell housing, this being a first cylindrical, open-topped housing element 60 and a lid that closes this 62 has, on which a battery terminal 64 is provided. In this case, the first housing part forms 60 a first contact surface of the battery cell 2 off and the battery terminal 64 on the lid 62 a second contact surface. At the in 10 example shown is, for example, on the bottom surface of the first housing part 60 a plurality of surveys 40 intended. Alternatively or additionally, it is also possible to use the battery terminal 64 with elevations 40 to provide.

Werden Batteriezellen der in 10 gezeigten Form in ein entsprechendes Batteriemodul überführt, so ergibt sich darauf eine beispielhafte Anordnung der Batteriezellen 2, wie sie in 11 gezeigt ist. Dabei bezeichnen weiterhin gleiche Bezugszeichen gleiche Bauteilkomponenten wie in den vorhergehenden Figuren.Will battery cells of in 10 shown form converted into a corresponding battery module, so there is an exemplary Arrangement of the battery cells 2 as they are in 11 is shown. In this case, the same reference numerals designate the same component components as in the preceding figures.

Das Batteriemodul 1 umfasst mehrere Aufnahmeräume, in denen sich zylindrisch ausgebildete Rundzellen in Form von Batteriezellen 2 befinden. Diese zeigen, verbunden mit dem jeweiligen Batteriezellterminal 64, entsprechende Erhebungen 40. Alternativ ist es jedoch auch möglich, die Erhebungen 40 auf der Unterseite des Batteriezellgehäuses 60 vorzusehen.The battery module 1 comprises a plurality of receiving spaces in which cylindrically shaped round cells in the form of battery cells 2 are located. These show, connected to the respective battery cell terminal 64 , corresponding surveys 40 , Alternatively, however, it is also possible the surveys 40 on the underside of the battery cell case 60 provided.

Das in 11 gezeigte Batteriemodul 1 umfasst ferner beispielsweise Kühlmittelkanäle 8, welche von einem Kühlmittel durchströmt werden können. Das Batteriemodul 1 umfasst weiterhin an der rückwärtigen Wand 25 an Stützelementen 22 angeordnete Federelemente 21, welche als Verpresseinheit 52 dienen.This in 11 shown battery module 1 further includes, for example, coolant channels 8th , which can be flowed through by a coolant. The battery module 1 further includes on the back wall 25 on supporting elements 22 arranged spring elements 21 , which as a Verpress unit 52 serve.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Claims (14)

Batteriezelle, insbesondere Lithiumionenbatteriezelle, mit einem Batteriezellgehäuse, auf dem eine erste und eine zweite Kontaktfläche zur elektrischen Kontaktierung der Batteriezelle ausgebildet ist, wobei die erste Kontaktfläche eine erste Kontaktieroberfläche aufweist und die zweite Kontaktfläche eine zweite Kontaktieroberfläche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder zweite Kontaktierfläche (28, 29, 60, 64) mindestens zwei, insbesondere eine Mehrzahl an Erhebungen (40) ausbildet.Battery cell, in particular lithium ion battery cell, with a battery cell housing, on which a first and a second contact surface for electrically contacting the battery cell is formed, wherein the first contact surface has a first contacting surface and the second contact surface, a second contacting surface, characterized in that the first and / or second contacting surface (28, 29, 60, 64) at least two, in particular a plurality of elevations (40) is formed. Batteriezelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebungen (40) eine spiegel- oder rotationssymmetrische Gestalt aufweisen.Battery cell after Claim 1 , characterized in that the elevations (40) have a mirror-symmetrical or rotationally symmetrical shape. Batteriezelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einige vertikale Schnittprofile der ersten und/oder zweiten Kontaktieroberfläche (28, 29, 60, 64) einen kontinuierlichen und eckenfreien Verlauf im Bereich der Erhebungen (4) zeigen.Battery cell after Claim 1 or 2 , characterized in that at least some vertical sectional profiles of the first and / or second contacting surface (28, 29, 60, 64) show a continuous and corner-free course in the region of the elevations (4). Batteriezelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebungen (40) ecken- und kantenfrei ausgeführt sind.Battery cell after one of Claims 1 to 3 , characterized in that the elevations (40) are executed corners and edges. Batteriezelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriezellgehäuse aus zwei voneinander elektrisch isolierten Halbschalen (28, 29) ausgeführt ist, wobei eine erste Halbschale (28) des Batteriezellgehäuses die erste Kontaktfläche bildet und eine zweite Halbschale (29) des Batteriezellgehäuses eine zweite Kontaktfläche des Batteriezellgehäuses, und dass die erste und/oder zweite Halbschale (28, 29) des Batteriezellgehäuses Erhebungen (40) aufweist.Battery cell according to one of the preceding claims, characterized in that the battery cell housing of two electrically insulated half shells (28, 29) is executed, wherein a first half-shell (28) of the battery cell housing forms the first contact surface and a second half-shell (29) of the battery cell housing a second contact surface of the battery cell housing, and that the first and / or second half-shell (28, 29) of the battery cell housing has projections (40). Batteriezelle nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Halbschale (28) des Batteriezellgehäuses aus einem nickelplatierten Stahl ausgeführt ist und/oder die zweite Halbschale (29) des Batteriezellgehäuses aus Aluminium.Battery cell after Claim 5 , characterized in that a first half-shell (28) of the battery cell housing is made of a nickel-plated steel and / or the second half-shell (29) of the battery cell housing made of aluminum. Batteriezelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl an Erhebungen (40) vorgesehen ist, die insbesondere symmetrisch zu einer vertikalen Mittelachse der Kontaktieroberfläche ausgeführt sind.Battery cell according to one of the preceding claims, characterized in that a plurality of projections (40) is provided, which are in particular designed symmetrically to a vertical center axis of the contacting surface. Batteriezelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebungen (40) bei einem senkrechten Schnitt einen halbkreisförmigen oder einen halbelipsoiden Verlauf zeigen.Battery cell according to one of the preceding claims, characterized in that the elevations (40) show a semicircular or half-ellipsoidal profile in a vertical section. Batteriezelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebungen (40), an deren höchstem Punkt eine Kontaktfläche für einen elektrischen Kontakt mit einem Durchmesser von mehr als 150 µm aufweisen.Battery cell according to one of the preceding claims, characterized in that the elevations (40), at their highest point have a contact surface for an electrical contact with a diameter of more than 150 microns. Batteriezelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine am höchsten Punkt der Erhebungen (40) ausgeführte Kontaktfläche eine Beschichtung aus Silber aufweist.Battery cell according to one of the preceding claims, characterized in that a contact surface formed at the highest point of the elevations (40) has a coating of silver. Batteriezelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriezellgehäuse zylindrisch ausgeführt ist und die erste Kontaktoberfläche durch einen Boden (60) des zylindrischen Gehäuses gebildet wird und die zweite Kontaktfläche durch ein auf der Oberseite (62) des zylinderförmigen Batteriezellgehäuses ausgebildetes Batterieterminal (64).Battery cell according to one of the preceding claims, characterized in that the battery cell housing is cylindrical and the first contact surface is formed by a bottom (60) of the cylindrical housing and the second contact surface by a formed on the top (62) of the cylindrical battery cell housing battery terminal (64 ). Batteriemodul, enthaltend mindestens zwei Batteriezellen nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Battery module containing at least two battery cells according to one of the preceding claims. Batteriemodul nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verspannungsvorrichtung (52) vorgesehen ist, über die mindestens zwei Batteriezellen (2) des Batteriemoduls so miteinander verspannt sind, dass Erhebungen (40) auf einer der Kontaktflächen der einen Batteriezelle (2) auf eine Kontaktfläche einer benachbarten zweiten Batteriezelle (2) gedrückt wird.Battery module after Claim 11 , characterized in that a bracing device (52) is provided, via which at least two battery cells (2) of the battery module are clamped together so that elevations (40) on one of the contact surfaces of a battery cell (2) on a contact surface of an adjacent second battery cell (2) is pressed. Verwendung einer Batteriezelle gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 oder eines Batteriemoduls nach einem der Ansprüche 12 bis 13 in Elektro- oder Hybridfahrzeugen, in mobilen Einrichtungen zur Telekommunikation oder Datenverarbeitung sowie in elektrischen Handwerkzeugen und elektrischen Energiespeichern stationärer Art zur Speicherung insbesondere regenerativ erzeugter elektrischer Energie.Use of a battery cell according to one of Claims 1 to 11 or a battery module according to one of Claims 12 to 13 in electric or hybrid vehicles, in mobile devices for telecommunications or data processing and in electrical hand tools and electrical energy storage stationary type for storing in particular regeneratively generated electrical energy.
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