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EINLEITUNG
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Elektrochemische Batteriezellen und Batteriepacks werden zur Stromversorgung von drehmomenterzeugenden elektrischen Maschinen, Zubehörmodulen oder anderen elektrischen Verbrauchern in verschiedenen Systemen verwendet. Ein typisches Batteriepack beinhaltet mehrere wieder aufladbare Batteriezellen. Beim internen mehrschichtigen Aufbau bestimmter Batteriezellenkonfigurationen wird ein als Separatorschicht bezeichnetes Isoliermaterial zwischen gegenläufig geladenen Elektrodenfolien, d. h. Kathoden- und Anodenfolien, angeordnet und in einem versiegelten Beutel mit einer Elektrolytlösung eingeschlossen. Das Separatormaterial, wie beispielsweise eine dünne Polyethylen- und/oder Polypropylenfolie, trägt dazu bei, elektrische Kurzschlüsse in einem internen Schaltkreis der Batteriezelle zu verhindern und gleichzeitig eine freie Übertragung von Elektronen zwischen den Elektroden zu ermöglichen.
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Die Elektrodenfolien können aus dünnen Blechen eines geeigneten leitfähigen Materials aufgebaut sein, z. B. Aluminiumfolie für die Kathode und Kupferfolie für die Anode. Die Elektrodenfolien sind mit einem für die Anwendung geeigneten aktiven Material, wie beispielsweise Lithiumoxid oder Graphit, beschichtet. Positive und negative Zellenlaschen werden elektrisch mit den inneren Laschenleitungen der jeweiligen Elektroden durch Ultraschallschweißen, leitfähiges Verbinden oder eine andere leitfähige Verbindungstechnik verbunden, sodass die Zellenlaschen um einen kurzen Abstand von einer Umfangskante des Folienbeutels herausragen. Die Zellenlaschen sind somit zugängliche Anschlüsse für einen Schweißvorgang bei der Konstruktion des Batteriepacks.
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Batteriezellenstapel mit der vorstehend genannten Folienbeutelkonstruktion können eine Zellenlaschenkonfiguration aufweisen, die entweder symmetrisch oder asymmetrisch ist. Eine symmetrische Konfiguration wird in der Technik manchmal als „N-Typ“-Konfiguration bezeichnet, während die asymmetrische Konfiguration als eine „P-Typ“-Konfiguration beschrieben werden kann. In einer symmetrischen Batteriezellenkonfiguration ragen die positiven und negativen Zellenlaschen aus diametral gegenüberliegenden Umfangskanten des Folienbeutels heraus. Im Gegensatz dazu ragen die Zellenlaschen einer asymmetrischen Batteriezelle aus dem gleichen Umfangsrand heraus, d. h. in einer Nebeneinander-Anordnung. Die Zellenlaschen mehrerer ähnlich aufgebauter Batteriezellen, ob symmetrisch oder asymmetrisch im externen Verpackungsaufbau, sind über ein leitfähiges Verbindungselement elektrisch miteinander verbunden, um ein Batteriepack mit anwendungsspezifischer Spannungskapazität aufzubauen.
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KURZDARSTELLUNG
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Hierin offenbart ist eine Batteriezelle, welche die vorgenannte asymmetrische Außenverpackung in Verbindung mit einem symmetrischen internen Stromfluss. Insofern kombiniert die offenbarte Batteriezelle die wünschenswerte Verpackungseffizienz, d. h. einen verbesserten volumetrischen Wirkungsgrad, mit einer verbesserten Stromverteilung. Die Batteriezelle kann einen äußeren Folienbeutel beinhalten, der den vorgenannten Zellenstapel in einem Elektrolytmaterial enthält. Die Elektrodenanschlüsse, die im Folgenden als Zellenlaschen bezeichnet werden, sind auf der gleichen Seitenkante des Folienbeutels positioniert bzw. ragen von dieser vor, d. h. von einer gemeinsamen Kante, um den gewünschten asymmetrischen volumetrischen/verpackungstechnischen Wirkungsgrad zu erreichen. Die elektrischen Stromflusswege innerhalb der Batteriezelle sind jedoch symmetrisch. Das heißt, es ist ein erweiterter Abstand zwischen den Elektroden innerhalb des Folienbeutels vorgesehen, um die Gesamtstromverteilung und die Einheitlichkeit zu verbessern.
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Es wird hierin anerkannt, dass eine symmetrische Zellenkonfiguration, die zwar im Allgemeinen ein optimaleres Maß an Stromverteilung und Einheitlichkeit des Stromflusses bietet, aufgrund der diametral gegenüberliegenden Position der Zellenlaschen und der erforderlichen Elektrodenschweißverbindungen dazu neigt, zusätzlichen Bauraum einzunehmen. Infolgedessen ist der volumetrische Wirkungsgrad einer symmetrischen Zellenkonfiguration im Allgemeinen niedriger als der einer asymmetrischen Zellenkonfiguration. Asymmetrische Batteriezellen neigen dazu, den verfügbaren Platz in einem Batteriemodul aufgrund der Nebeneinanderanordnung der Zellenlaschen effizienter zu nutzen, aber dieser Vorteil kann zu Lasten der reduzierten Stromverteilungseffizienz gehen. Die vorliegende Offenbarung soll daher die bestehende volumetrische Effizienz der Batteriezellen verbessern, ohne die Stromleistung innerhalb der Zelle zu beeinträchtigen.
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Eine besondere Ausführungsform der Batteriezelle weist einen äußeren Beutel mit diametral gegenüberliegenden ersten und zweiten Kanten, positiven und negativen Zellenlaschen auf, die von der ersten Kante vorstehen, und einen Zellenstapel, der innerhalb des Beutels positioniert ist. Der Zellenstapel beinhaltet eine Vielzahl von Anodenfolien und eine Vielzahl von Kathodenfolien. Ein äußerster Stromabnehmer, z. B. der Anodenfolien, ist hinsichtlich seiner relativen Position in Bezug auf eine Dicke des Zellenstapels „am äußersten“. Die Kathodenfolien sind elektrisch mit der positiven Zellenlasche benachbart zur ersten Kante, z. B. über eine Kathodenlasche, und die Vielzahl der Anodenfolien sind elektrisch miteinander und die negative Zellenlasche, z. B. über eine Anodenlasche, benachbart zur zweiten Kante verbunden. Der äußerste Stromabnehmer bildet eine interne Sammelschiene, die sich zwischen der ersten und zweiten Kante erstreckt, sodass die Batteriezelle eine asymmetrische Verpackungskonfiguration und eine symmetrische interne Stromwegkonfiguration aufweist.
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Die Laschenleitungen der Anode können entsprechend einer möglichen Ausführungsform mit höchstens 45 Prozent einer Breite der zweiten Kante koextensiv sein. In einer weiteren Ausführungsform sind die Laschenleitungen der Anode mit bis zu 90 Prozent der Breite der zweiten Kante koextensiv. Im Allgemeinen ist der genaue Prozentsatz eine Funktion der Zellenbreite, wie hierin dargelegt.
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Jede Anodenfolie kann ein Leerlaufmerkmal beinhalten, das konfiguriert ist, um den elektrischen Stromfluss innerhalb der Batteriezelle zu steuern. Das Leerlaufmerkmal kann Schlitze beinhalten, die in eine entsprechende Oberfläche der Anodenfolien gestanzt oder ausgebildet sind.
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Die Kathodenfolien können aus Aluminium hergestellt und mit einem ersten anwendungsgerechten aktiven Material beschichtet werden, wie beispielsweise unter anderem einem Lithiumoxid, z. B. Lithium-Kobaltoxid, Lithium-Manganoxid oder Lithium-Nickel-Mangan-Kobaltoxid (NMC). Die Anodenfolien können aus Kupfer hergestellt und mit einem zweiten anwendungsgerechten aktiven Material beschichtet werden, das sich vom ersten aktiven Material, z. B. Graphit, unterscheidet.
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Eine Laschenbreite jeder der positiven und negativen Zellenlaschen kann etwa die Hälfte der Breite jeder der Anoden- bzw. Kathodenfolien betragen. Die Breite der Lasche kann in einigen Ausführungsformen etwa 90 mm oder größer sein.
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Ein System beinhaltet ein Batteriepack, das eine Last, z. B. Antriebsräder eines Kraftfahrzeugs, antreibt, wobei das Batteriepack aus einer Vielzahl der vorstehend beschriebenen Batteriezellen konstruiert ist.
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Die vorstehend beschriebene Zusammenfassung soll nicht jede Ausführungsform oder jeden Aspekt der vorliegenden Offenbarung repräsentieren. Vielmehr veranschaulicht die vorstehende Zusammenfassung lediglich einige der neuartigen Aspekte und Merkmale, wie hierin dargelegt. Die vorstehend aufgeführten und andere Merkmale und Vorteile sowie andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der dargestellten Ausführungsformen und der Arten zum Ausführen der vorliegenden Offenbarung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen und den beigefügten Ansprüchen leicht ersichtlich.
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Figurenliste
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- 1 ist eine schematische Darstellung eines exemplarischen Kraftfahrzeugs mit einem mehrzelligen Batteriepack aus Batteriezellen des hierin beschriebenen Typs.
- 2A ist eine schematische Querschnittsansicht einer exemplarischen Batteriezelle, die ebenfalls in 2B dargestellt ist und den symmetrischen internen Stromflussweg und die entsprechende Struktur darstellt.
- 2B ist eine schematische Draufsicht der exemplarischen Batteriezelle von 2A, mit asymmetrischer Verpackung und symmetrischen internen Stromflusswegen.
- Die 3A, 3B und 3C stellen gemeinsam Draufsichtdarstellungen einer Vielzahl von Kathoden, Anoden und Stromabnehmern dar, die zum Herstellen einer Batteriezelle verwendet werden können, wie in 2B dargestellt.
- 4 ist eine schematische Draufsicht einer alternativen Ausführungsform der in 2B dargestellten Batteriezelle, bei welcher Kathodenfolien entlang einer Unterkante der Zelle über einen äußersten Leiter mit einer Kathodenleiste an einer Oberkante der Zelle verbunden sind.
- 5 ist eine schematische Draufsicht einer Anode, Kathode und eines Stromabnehmers zur Verwendung beim Herstellen einer Batteriezelle gemäß einer anderen möglichen Ausführungsform.
- 6 ist eine schematische Draufsicht einer Batteriezelle, die unter Verwendung der exemplarischen Anode, Kathode und des Stromabnehmers von 5 hergestellt wurde.
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Für die vorliegende Offenbarung können Modifikationen und alternative Formen in Betracht gezogen werden, wobei repräsentative Ausführungsformen exemplarisch in den Zeichnungen dargestellt und im Folgenden ausführlich beschrieben werden. Erfindungsgemäße Aspekte dieser Offenbarung sind nicht auf die besonderen Formen dieser Offenbarung beschränkt. Vielmehr zielt die vorliegende Offenbarung darauf ab, Änderungen, Äquivalente, Kombinationen und Alternativen abzudecken, die in den Schutzumfang der Offenbarung fallen, wie sie durch die beigefügten Ansprüche definiert sind.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, in denen sich ähnliche Bezugszeichen auf ähnliche Komponenten in den verschiedenen Ansichten beziehen, ist in 1 ein Batteriepack 10 als Teil eines Systems 14 dargestellt, z. B. eines Kraftfahrzeugs mit einem in Bezug auf eine Karosserie 18 angeordneten Antriebsrad 16. Das Batteriepack 10 treibt die Antriebsräder 16 oder eine andere Last im System 14 elektrisch an, z. B. einen Generator, einen Elektromotor, eine Hilfsenergieeinheit, einen Kompressor usw. Das Batteriepack 10 von 1 kann in nicht einschränkenden exemplarischen Ausführungsformen vielfältig als wiederaufladbarer Lithium-Ionen- oder Nickel-Cadmium-Batteriepack konfiguriert werden. Andere Ausführungsformen können mit unterschiedlichen Formen oder Nennleistungen oder mit anderen aktiven Materialien vorgesehen werden, weshalb die spezifische Konfiguration von 1 exemplarisch und nicht einschränkend ist.
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Das Batteriepack 10 beinhaltet eine Vielzahl von Beutelzellen 20, die wie in den 2A und 2B oder den verschiedenen hierin offenbarten alternativen Ausführungsformen konstruiert sind. Wie nachstehend unter Bezugnahme auf die 2A-6 dargelegt, weist jede Batteriezelle 20 des Batteriepacks 10 eine symmetrische interne Stromflusskonfiguration und eine asymmetrische externe Verpackungskonfiguration auf, wobei die Merkmale zusammengenommen eine verbesserte Verpackungseffizienz bieten, ohne die optimale Einheitlichkeit der internen Stromverteilung zu beeinträchtigen.
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Das Batteriepack 10 kann eine im Wesentlichen flache „Pfannkuchen“-artige Konfiguration sein, wie dargestellt, bei der eine Vielzahl der hierin beschriebenen Batteriezellen 20, z.B. acht oder mehr dieser Batteriezellen 20, übereinander gestapelt sind. Eine derartige Konfiguration kann unter einem Bodenblech (nicht dargestellt) des exemplarischen Systems 14 angeordnet werden. Ähnliche platzsparende Vorteile sind in anderen Anwendungen wie Kraftwerken, mobilen Plattformen oder Robotern oder in anderen Fahrzeuganwendungen wie Flugzeugen, Raumfahrzeugen oder Wasserfahrzeugen möglich, weshalb das Kraftfahrzeug von 1 nur eine mögliche vorteilhafte Nutzung des Batteriepacks 10 veranschaulicht.
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Obwohl zur besseren Veranschaulichung weggelassen, aber in der Technik gut verstanden, können Batteriepacks wie das exemplarische Batteriepack 10 von 1 optional mit einer „wiederholenden Rahmenkonfiguration“ konstruiert werden, in der einzelne Zellenrahmen einen Kühlmittelverteiler bilden und den Batteriezellen 20 der 2A und 2B sowie den verschiedenen hierin offenbarten alternativen Ausführungsformen strukturelle Steifigkeit verleihen. So können beispielsweise zwei Batteriezellen 20 in Bezug auf ein Paar Zellrahmen angeordnet werden. In einer typischen Konfiguration kann ein Paar der Batteriezellen 20, das die positiven und negativen Elektroden enthält, eine thermische Rippe (nicht dargestellt), die innere Kühlmittelkanäle definiert, und ein Schaumteiler (nicht dargestellt) zwischen benachbarten Zellrahmen in einer sich wiederholenden Anordnung im gesamten Batteriepack 10 angeordnet sein. Das Kühlmittel kann dann über einen Kühlmittelanschluss (nicht dargestellt) zugeführt werden, um durch oder um die Batteriezellen 20 zu zirkulieren.
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Unter Bezugnahme auf die 2A und 2B ist die Außen-/Gehäusekonfiguration jeder Batteriezelle 20, die als Teil des Batteriepacks 10 von 1 verwendet wird, asymmetrisch. Somit beinhaltet die Batteriezelle 20 die Anodenfolien 30 und die Kathodenfolien 130 sowie einen äußersten Stromabnehmer 43, z. B. der Anodenfolien 30, wie dargestellt. Der Stromabnehmer 43 ist elektrisch mit den Anodenfolien 30 verbunden, wobei eine derartige Verbindung in 2A über eine leitende Verbindung 25 schematisch dargestellt ist. Der Stromabnehmer 43 weist eine negative (-) Zellenlasche 30T auf oder ist mit dieser verbunden. Obwohl zur besseren Veranschaulichung aus den 2A und 2B weggelassen, kann die elektrische Verbindung zu den Zellenlaschen 30T und 130T über eine entsprechende dazwischenliegende Anoden- oder Kathodenlasche 30L oder 130L erfolgen (siehe 3A und 3C), z. B. mit den Zellenlaschen 30T und 130T ultraschallgeschweißt oder anderweitig leitend mit den Laschenleitungen 30L oder 130L verbunden. In 2B kann beispielsweise die leitende Verbindung zwischen der Zellenlasche 30T, d. h. der Anodenlasche, und der Laschenleitung 30L des Stromabnehmers 43 in dem mit 36 gekennzeichneten Bereich auftreten, während die Verbindung zwischen der Zellenlasche 130T, d. h. der Kathodenlasche, und den internen Laschenleitungen 130L in dem mit 35 gekennzeichneten Bereich auftreten kann.
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Die Anodenfolien 30 sind von benachbarten Kathodenfolien 130 durch eine Trennschicht 26, d. h. eine dünne Polyethylen- und/oder Polypropylenfolie, getrennt, was dazu beiträgt, elektrische Kurzschlüsse innerhalb der Batteriezelle 20 zu vermeiden. Die Batteriezelle 20 oder ein versiegelter Folienbeutel 32 derselben, wie in 2B dargestellt, weist die Kanten 33T, 33B und 33L in einer rechteckigen Ausführungsform auf. Das heißt, die diametral gegenüberliegenden Kanten 33L sind orthogonal zu den Kanten 33T und 33B angeordnet. Die Zellenlaschen 30T und 130T erstrecken sich beide von einer gemeinsamen Kante, z. B. der Kante 33T. Die Zellenlaschen 30T und 130T, die innerhalb des Folienbeutels 32 der Batteriezelle 20 elektrisch mit einer jeweiligen ladungsspezifischen Elektrodenfolie 30 oder 130, wie in 2A am besten dargestellt, verbunden sind, ragen von der Kante 33T durch eine Zellendichtung (nicht dargestellt) oder von einer anderen gemeinsamen Kante 33B oder 33L heraus, wobei die Zellendichtung eine Dichtung oder eine andere Struktur um die Zellenlaschen 30T und 130T bildet und dadurch das Innere des Folienbeutels 32 vor Schmutz und Feuchtigkeit aus der Umgebung schützt.
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Der Folienbeutel 32 von 2B kann optional aus laminierter Metallfolie oder anderen geeigneten Materialien hergestellt werden. Ein rechteckiger oder quadratischer Beutel aus polymerbeschichtetem Aluminium kann in einigen Ausführungsformen verwendet werden. Obwohl in der Draufsicht von 2B der Folienbeutel 32 eine Ober- und Unterkante 33T bzw. 33B aufweist, kann die Ausrichtung der Batteriezelle 20 einer Ober- und Unterausrichtung des Batteriepacks 10 von 1 entsprechen oder nicht. Das heißt, die Oberseite der Batteriezelle 20 in einem Batteriepack 10 in Flachbauweise, wie in 1 dargestellt, kann in Richtung einer Vorderseite des Fahrzeugs 14 und die Unterseite des Batteriepacks 10 in Richtung der Rückseite des Fahrzeugs 14 gerichtet sein. Somit sind die Begriffe „oben“ und „unten“ Begriffe der relativen Position, die sich auf die Ausrichtung der Draufsicht von 2B beziehen.
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Ein Beispiel für einen internen Stapel der Batteriezelle 20 ist in 2A von links nach rechts dargestellt. Die bandförmigen Anoden- und Kathodenfolien 30 und 130, z. B. Kupfer und Aluminium, können im Unterschied zueinander mit anwendungsgerechten ersten und zweiten aktiven Materialschichten 24 und 29 beschichtet werden. So können die aktiven Materialien beispielsweise ein kohlenstoffhaltiges Material beinhalten, wie beispielsweise Graphit, bzw. ein Lithium-Übergangsmetalloxid, wie z. B. Lithium-Kobalt, Lithium-Mangan oder Lithium-Nickel-Mangan-Kobalt (NMC)-Oxide. Die Zellenlaschen 30T und 130T, die von der Kante 33T des Folienbeutels 32 (siehe 2B) vorstehen, können mit diesen Materialien beschichtet sein oder nicht. Ein äußerster Stromabnehmer 43 in Bezug auf eine Dicke des in 2A ganz links dargestellten Stapels dient als elektrische Sammelschiene, die elektrischen Strom von der Kante 33T von 2B zur Kante 33B leitet. Die Elektrodenfolien 30 sind, wie über die leitende Verbindung 25 dargestellt, innen nahe der Kante 33B miteinander verbunden, d. h. die elektrisch leitfähige Struktur oder Material, das einer leitenden Schweißverbindung 34 entspricht, wie in 2B dargestellt. Das heißt, die leitende Verbindung 25 stimmt mit den Laschenleitungen 44 und 144 der Anodenfolie 30 und des Stromabnehmers 43 der 3B bzw. 3C überein und befindet sich diametral gegenüber einer Position der Kante 33T, von der die Zellenlaschen 30T und 130T vorstehen. Diese Konstruktion bietet den gewünschten symmetrischen internen Stromflussweg, der hierin beschrieben ist. Der äußerste Stromabnehmer 43 kann eine kalibrierte Dicke (T) aufweisen, die größer ist als die der Anodenfolien 30 und Kathodenfolien 130, da der gesamte elektrische Strom von der Batteriezelle 20 durch den äußersten Stromabnehmer 43 fließt.
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Eine erste leitende Verbindung 35, wie in 2B am besten dargestellt, bildet eine Kathodenverbindung zwischen der Kathodenlasche 130T und der Kathodenlasche 130L von 3A, überspannt weniger als die Hälfte der Kante 33T, d. h. bis zu etwa 45 Prozent einer Spanne/Länge der Kante 33T. Zwischen der Anodenlasche 30T und der Stromabnehmerleitung 30L von 3C entlang der Kante 33T ist eine zweite leitende Verbindung 36 ausgebildet. Die relativen Positionen der Kathodenfolien 130 und der Anodenfolien 30 können in anderen Konfigurationen umgekehrt werden. Die auf der Kante 33B von 2B dargestellte leitfähige Schweißverbindung 34 kann in einigen Ausführungsformen etwa 280 mm breit sein, wobei die gesamte Batteriezelle 20 eine ungefähre Breite (WW) von 310 mm aufweist. Die Laschenbreiten (W) der einzelnen Zellenlaschen 30T und 130T an der Kante 33T können etwa 90-120 mm betragen, wobei „etwa“ ± 10 Prozent in einer Ausführungsform bedeutet, und wobei die gesamte Batteriezelle 20 eine ungefähre Höhe (H) von etwa 250 mm in derselben Ausführungsform aufweist, wobei andere relative Größen in anderen Ausführungsformen möglich sind.
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Wie schematisch in 2B dargestellt, wenn die Batteriezelle 20 elektrische Energie in einer exemplarischen Lithium-Ionen-Ausführung entlädt, übertragen sich Lithiumionen von der negativen Zellenlasche 30T auf die positive Zellenlasche 130T in Stromflusswegen (Pfeile DD) von der Zellenlasche 30T auf die Anodenfolien 30 durch eine leitfähige Schweißverbindung 34 und in Stromflusswegen (Pfeile uu) von den Anodenfolien 30 bis zur Zellenlasche 130T durch Ionenübertragung auf die Kathodenfolien 130.
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Das Vorhandensein dieser extrabreiten Zellenlaschen 30T, 130T und der breiten leitenden Verbindung 34, wie in 2B dargestellt, bewirkt eine gleichmäßigere Stromdichteverteilung mit richtungsabhängiger Spezifität zum besseren Wärmemanagement der Batteriezelle 20. Letztendlich werden die Wärmeverluste durch den reduzierten Zellenwiderstand verbessert, was wiederum zu einer geringeren Joule-Erwärmung und hoher Leistungsfähigkeit führt. Die Kathodenfolien 130 in dieser Ausführungsform weisen weniger innere Schweißnähte auf als die Anodenfolien 30, um die gewünschte Verpackung und volumetrische Effizienz zu ermöglichen. In 2B sind beispielsweise vier Anodenleitungsverbindungen entlang der Kante 33B dargestellt, während zwei Kathodenverbindungen entlang der Kante 33T dargestellt sind. Darüber hinaus kann die bereitgestellte Konfiguration beispielsweise ein 800 V/150 kW Batteriepack mit extrem niedrigem Profil, z. B. weniger als 90 mm, aufgrund der möglichen Konfiguration des Flachmodulkonfiguration ermöglichen, wobei eine reduzierte Anzahl von Batteriezellen 20, die im Batteriepack 10 verwendet werden, eine erhöhte Leistungsaufnahme ermöglicht.
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Die 3A, 3B und 3C stellen gemeinsam einen möglichen Fertigungsansatz zum Realisieren der Konfiguration der 2A und 2B dar, wobei eine Batteriezelle 20 aus einer derartigen Konfiguration wie in 2B dargestellt zusammengesetzt ist. Wie in den 3B und 3C dargestellt, können mehrere identisch konfigurierte Anodenfolien (A1) 30 mit entsprechenden Laschenleitungen 44 aus einem einzigen Folienstück, z. B. einer mit einem aktiven Material beschichteten Kupferfolie, aufgebaut und durch ein Trennmerkmal 40 voneinander getrennt sein. Das Trennmerkmal 40 kann eine flache Nut oder Kerbe beinhalten, die durch Riefen auf den Oberflächen der Anodenfolien 30 gebildet wird, wodurch die Trennung der benachbarten Anodenfolien 30 während der Herstellung erleichtert wird. Obwohl auf den Anodenfolien 30 dargestellt, kann ein derartiger Ansatz auch auf den Kathodenfolien (C1) 130 in einer alternativen Ausführungsform verwendet werden. Ebenso können je nach Konfiguration Stromabnehmer (CC1) 43 zur Befestigung an/zur Verwendung als Teil der Anodenfolien 30 wie dargestellt oder an/mit den Kathodenfolien 130 konfiguriert werden.
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Die Laschenleitungen 44 und 144 überspannen die jeweiligen Unterkanten 41 und 45 der Anodenfolien 30 und Stromabnehmer 43 der 3B bzw. 3C, z. B. mit vier dieser Leitungen 44 und 144, wie in der exemplarischen Ausführungsform der 3B und 3C dargestellt. Bei vollständiger Montage, wie in 2B dargestellt, ermöglicht die Colocation der Laschenleitungen 44 und 144 das Ultraschallschweißen oder anderweitige leitfähige Verbinden der Laschenleitungen 44 und 144 entlang der Kante 33B des Folienbeutels 32, d. h. als Verbindung 34. Dieses Merkmal ermöglicht es, dass die Zellenlaschen 30T und 130T von 2B aus einer gemeinsamen Kante der Batteriezelle 20 herausragen, z. B. der Kante 33T in der dargestellten Ausführungsform.
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Zusätzlich können, wie in 3B dargestellt, optionale Leerlaufmerkmale 47 in eine Oberfläche der Anodenfolien 30 gestanzt oder gebildet werden, um eine gezielte Nutzung der aktiven Materialien zu ermöglichen, welche die Anodenfolien 30 beschichten, oder umgekehrt. Das heißt, Leerlaufmerkmale 47 wie Schlitze mit einer vorgegebenen Größe und Lage auf den Kathodenfolien 130 können zum Gleichstromfluss in der Kathodenfolie oder in der Anodenfolie in anderen Ausführungsformen verwendet werden. Die schematischen elektrischen Pfade (Pfeile DD und uu von 2A) innerhalb der Batteriezelle 20 können somit über die Leerlaufmerkmale 47 variiert werden. Das Vorhandensein der Leerlaufmerkmale 47 kann elektrische Ströme durch vorgegebene Pfade in den Kathodenfolien 130 leiten, denen diese Leerlaufmerkmale 47 fehlen, da der elektrische Strom einem Pfad mit dem geringsten Widerstand folgt.
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Die 5 und 6 stellen eine alternative Konfiguration des Ansatzes dar, die jeweils in den 2B und 3A-3C und 4 dargestellt ist. In 5 ermöglichen eine interne Sammelschiene/Stromabnehmer (CC2) 43A, Kathodenfolie (C2) BOA und Anodenfolie (A2) 30A, die ähnlich wie vorstehend für 3A-C beschrieben ausgebildet sind, das Bilden einer vereinfachten leitenden Schweißverbindung 134 entlang der Unterkante 33B der Batteriezelle 20. Im Gegensatz zur Ausführungsform der 2B und 4, worin die leitende Schweißverbindung 34 koextensiv mit der Kante 33B ist, z. B. mindestens 90 Prozent der Breite der Kante 33B erstreckt, ist die leitende Schweißverbindung 134 in der Batteriezelle 200 von 6 nicht koextensiv mit der Kante 33B, sondern erstreckt sich etwa zur Hälfte entlang einer Breite der Kante 33B, d. h. bis zu 45 Prozent der Breite der Kante 33B. Mindestens ein Abstand zwischen einer bestimmten Zellenlasche und der Kante des Beutels ist erforderlich, z. B. mindestens 15 mm pro Seite. Somit würde beispielsweise bei einer Zellenbreite von 300 mm die maximale Breite einer Zellenverbindung etwa 270 mm, d. h. 90 Prozent, betragen. Zusätzlich weisen die Kathodenfolien 130A zwei Laschenleitungen 44 auf, wie die dargestellten rechteckigen Leitungen 44, welche die Laschenleitungen 144 des Stromabnehmers 43A überlappen, wenn die Batteriezelle 200 von 6 konstruiert ist.
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Wie vorstehend in Bezug auf die 1-6 beschrieben, wird eine Batteriezelle 20 aktiviert, welche die vorteilhafte Kombination der asymmetrischen Verpackung und des symmetrischen Stromflusses nutzt. Durch das Ersetzen einer weitgehend ungenutzten äußersten Elektrodenfolie, beispielsweise einer äußersten der Anodenfolie 30 in einem nicht einschränkenden exemplarischen Fall, aber auch als eine der Kathodenfolien 130 realisierbar, und durch das Verbinden der verschiedenen Elektrodenfolien 30 mit dem äußersten Stromabnehmer 43 über die leitende Verbindung 25 wird ein Gesamtstrom von mehreren Anodenfolien 30 durch den äußersten Stromabnehmer 43 auf die Zellenlasche 30T übertragen. Dadurch kann der äußerste Stromabnehmer 43 wie eine interne Sammelschiene zur Zellenlasche 30T oder zur Zellenlasche 130T in anderen Ausführungsformen wirken, wenn der äußerste Stromabnehmer 43 Teil einer Kathodenanordnung ist, was wiederum eine gleichmäßigere Verteilung des Stromflusses innerhalb der Batteriezelle 20 ermöglicht und gleichzeitig die gewünschten volumetrischen Effizienzvorteile erhält.
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Während ein paar der besten Ausführungsformen und anderen Arten ausführlich beschrieben wurden, gibt es verschiedene alternative Konstruktionen und Ausführungsformen zur Umsetzung der vorliegenden Lehren, die in den beigefügten Ansprüchen definiert sind. Fachleute auf dem Gebiet werden erkennen, dass Änderungen an den offenbarten Ausführungsformen vorgenommen werden können, ohne vom Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Darüber hinaus beinhalten die vorliegenden Konzepte ausdrücklich Kombinationen und Teilkombinationen der beschriebenen Elemente und Merkmale. Die ausführliche Beschreibung und die Zeichnungen sind unterstützend und beschreibend für die vorliegenden Lehren, wobei der Geltungsbereich der vorliegenden Lehren ausschließlich durch die Patentansprüche definiert ist.
