DE102019109501A1 - Battery cell pack - Google Patents

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Jens Baunach
Michael Quast
Tim Bender
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Abstract

Ein Batteriezellpaket 20 umfasst zumindest eine Kontaktierung 15 zwischen einzelnen Batteriezellen 10, wobei über eine das Batteriezellenpaket 20 zumindest teilweise umhüllende Hülle 30 Andruckkräfte auf die Kontaktierung 15 ausgeübt werden. Über die Andruckkräfte wird ein mechanisches Berühren von Kontakten 16, 17 der Kontaktierung 15 sichergestellt.A battery cell pack 20 comprises at least one contact 15 between individual battery cells 10, wherein pressure pulses are exerted on the contact 15 via a shell 30 which at least partially encloses the battery cell pack 20. About the pressure forces a mechanical contact contacts 16, 17 of the contact 15 is ensured.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Batteriezellpaket und ein Verfahren zu dessen Herstellung.The present invention relates to a battery cell pack and a method of manufacturing the same.

Bei der Herstellung von Batterien, insbesondere zur Verwendung bei Elektrofahrzeugen, werden einzelne (insbesondere wiederladbare) Batteriezellen zu Batteriezellpaketen kombiniert. Dabei stellt sich die Aufgabe einer möglichst einfachen und dabei dauerhaft sicheren Kontaktierung der Batteriezellen zueinander. Eine Kontaktierung wird in Rahmen dieser Schrift als zumindest zwei elektrische Leiter verstanden, die in einem elektrischen Kontakt zueinander sind. Eine bekannte Ausführungsform von Batteriezellen ist die sogenannte „Pouch-Zelle“. Bei diesem Zelltyp ist die eigentliche Batterie in einer Art Tasche und an einer oder an zwei Seiten werden elektrische Leiter herausgeführt. Diese Seiten können gegenüberliegend sein. Die Leiter sind häufig flache Leiterbahnen, die zur Kontaktierung und somit zur Bildung eines Batteriezellpakets bspw. verlötet, verschweißt oder verschraubt werden können.In the manufacture of batteries, in particular for use in electric vehicles, individual (in particular rechargeable) battery cells are combined into battery cell packages. In this case, the task of a simple and while permanently secure contacting the battery cells to each other. A contacting is understood in the context of this document as at least two electrical conductors which are in electrical contact with each other. A known embodiment of battery cells is the so-called "pouch cell". In this cell type, the actual battery is in a kind of bag and on one or two sides electrical conductors are led out. These pages can be opposite each other. The conductors are often flat conductor tracks which, for example, can be soldered, welded or screwed to make contact and thus to form a battery cell packet.

Neben der Verwendung in einem (Elektro-)Automobil betrifft die Erfindung insbesondere auch Anwendungen für Fahrräder, stationäre Energiespeicher oder Power Tools oder ähnliche mobile oder stationäre Anwendungen, bei denen elektrische Energie gespeichert werden soll. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine einfache Verbindung von einzelnen Batteriezellen zu ermöglichen, die dauerhaft sicher einen elektrischen Kontakt sicherstellt. Diese Aufgabe wird mit den Mitteln der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen AnsprücheIn addition to use in an (electric) automobile, the invention also relates in particular to applications for bicycles, stationary energy storage or power tools or similar mobile or stationary applications in which electrical energy is to be stored. The object of the present invention is to enable a simple connection of individual battery cells, which permanently ensures safe electrical contact. This object is achieved by the means of the independent claims. Preferred developments are the subject of the dependent claims

Bei einem Batteriezellpaket mit zumindest einer Kontaktierung zwischen einzelnen Batteriezellen des Batteriezellpakets und/oder zu Anschlussleitern werden über eine zumindest teilweise umhüllende Hülle Andruckkräfte auf die Kontaktierung ausübt. Dabei stellen die Andruckkräfte ein mechanisches Berühren von Kontakten der Kontaktierung sicher. Die Kontaktierung dient bevorzugt der Ermöglichung eines möglichst widerstandsfreien Kontakts von zwei Leitern. Herkömmlich wurden konstruktive Maßnahmen ergriffen, um die Kontaktierung sicherzustellen, die gesonderte, ausschließlich dafür verwendete Komponenten verwenden. Es wurde aber erkannt, dass eine Hülle, die sowieso üblicherweise notwendig ist, Kräfte erzeugen kann, die dauerhaft den mechanischen und somit auch elektrischen Kontakt zwischen den Kontakten sicherstellen können. Die Hülle kann bspw. eine Kunststofffolie sein, die aus Gründen der Sicherheit gegen Kurzschlüsse um das Batteriezellpaket gespannt sein muss. Dabei muss sie eine gewisse minimale Dicke von bspw. größer 0,5 mm oder größer 1,0 mm aufweisen. Über diese Materialdicke können ausreichend hohe Kräfte auf die Kontaktierung bewirkt werden.In a battery cell package with at least one contact between individual battery cells of the battery cell packet and / or to connecting conductors are applied via an at least partially enveloping shell pressure forces on the contact. The pressure forces ensure a mechanical contact between contacts of the contact. The contacting preferably serves to allow the most resistance-free contact possible of two conductors. Conventional design measures have been taken to ensure contact using separate, dedicated components. However, it has been recognized that an envelope, which is usually necessary anyway, can generate forces that can permanently ensure mechanical and thus electrical contact between the contacts. The casing may, for example, be a plastic film which, for reasons of safety, has to be clamped around the battery cell packet against short circuits. In this case, it must have a certain minimum thickness of, for example, greater than 0.5 mm or greater than 1.0 mm. About this material thickness sufficiently high forces can be effected on the contact.

Altemativ oder zusätzlich können bei einem Batteriezellpaket mit zumindest einer Kontaktierung zwischen einzelnen Batteriezellen des Batteriezellpakets und/oder zu Anschlussleitern über eine das Batteriezellenpaket zumindest teilweise umhüllende Hülle Andruckkräfte auf die Kontaktierung ausübt werden. Dabei sind in der Kontaktierung über die durch die Hülle bewirkten Andruckkräfte hinaus weder formschlüssige, kraftschlüssige noch stoffschlüssige Fügemittel zur Sicherstellung des mechanischen Kontakts von bevorzugt mindestens zwei Kontakten der Kontaktierung vorgesehen. Als formschlüssige Fügemittel werden insbesondere mechanische Rasthaken, Krimpungen, Bördelungen, Verschraubungen oder Hinterschnitte verstanden. Als kraftschlüssige Fügemittel werden insbesondere federelastische Mittel wie Federkontakte oder eine elastische Verspannung eines Halters bzw. Trägers der Kontakte verstanden. Als stoffschlüssige Fügemittel werden insbesondere Verlötungen, Klebungen oder Schweißungen verstanden. Die vorstehend genannten Mittel sind lediglich beispielhaft und es sind konstruktiv vorgesehene Mittel. Sie unterscheiden sich dadurch von der vorliegenden erfinderischen Ausführungsform, bei der bei der Montage die einzelnen Batteriezellen lediglich in Bezug auf ihre Lage ausgerichtet werden, bzw. neben- oder übereinander angeordnet werden und bei diesem Anordnen keine weiteren Maßnahmen der Ermöglichung eines Stromflusses getroffen werden. Allgemein gesprochen, kommt kein Verbindungsmittel zum Einsatz, das ausschließlich dem Zweck der Kontaktierung dient. Somit ist die erfindungsgemäße Bauweise kostengünstig und schnell zu realisieren. Die üblicherweise sowieso notwendige Hülle bewirkt unmittelbar (z.B. durch Federkräfte) oder bewirkt mittelbar (z.B. über einen Unterdruck) Kräfte auf die Kontakte zur Bewirkung der Kontaktierung.Alternatively or additionally, in a battery cell package with at least one contact between individual battery cells of the battery cell packet and / or connection leads via a battery cell package at least partially enveloping envelope pressure forces are exerted on the contact. In this case, neither form-fitting, non-positive nor cohesive joining means for ensuring the mechanical contact of preferably at least two contacts of the contacting are provided in the contacting on the pressure forces caused by the shell addition. As a positive joining means are understood in particular mechanical latching hooks, crimping, flanging, screwing or undercuts. As non-positive joining means in particular spring-elastic means such as spring contacts or an elastic tension of a holder or carrier of the contacts are understood. In particular, soldering, bonding or welding are understood as cohesive joining means. The above-mentioned means are merely illustrative and are means of construction. They differ from the present inventive embodiment, in which during assembly, the individual battery cells are aligned only with respect to their location, or are arranged side by side or one above the other and taken in this arrangement, no further measures to allow a current flow. Generally speaking, no connecting means is used, which serves exclusively for the purpose of contacting. Thus, the construction according to the invention is inexpensive and fast to implement. The casing, which is usually required anyway, causes forces (for example, by spring forces) directly or indirectly (for example, via a negative pressure) on the contacts to effect the contacting.

Vorteilhaft ist insbesondere, wenn die umhüllende Hülle eine Folie umfasst oder daraus besteht. Bevorzugt wird dadurch eine luftdichte oder zumindest eine flüssigkeitsdichte Abdichtung um die Batteriezellen des Batteriezellpakets bewirkt. Eine flüssigkeitsdichte Ausführung ist dann vorteilhaft, wenn um das Batteriezellpaket herum eine Flüssigkeitskühlung vorgesehen werden soll. Eine luftdichte Abdichtung ist insbesondere bei der nachfolgend genannten Verwendung eines Unterdrucks zur Erzeugung der Kontaktierung notwendig.It is particularly advantageous if the enveloping envelope comprises or consists of a film. An air-tight or at least a liquid-tight seal around the battery cells of the battery cell packet is thereby preferably effected. A liquid-tight design is advantageous if liquid cooling is to be provided around the battery cell pack. An airtight seal is necessary in particular in the following use of a negative pressure to produce the contact.

Vorteilhaft ist ferner, wenn in der Kontaktierung Kontakte der Batteriezellen und/oder der Anschlussleiter in einem flächigen Kontakt zueinander stehen. Die Kontaktfläche sollte mindestens 1 cm2 betragen, um einen sicheren Kontakt auch bei schlechter Positionierung sicherzustellen. Altemativ kann gefordert sein, dass die Kontaktfläche mindestens 10% der Fläche der zugeordneten Oberfläche der Batteriezelle beträgt.It is also advantageous if in the contacting contacts of the battery cells and / or the connecting conductor are in a planar contact with each other. The contact surface should be at least 1 cm 2 to ensure a secure contact even in poor positioning. Alternatively may be required that the contact surface is at least 10% of the area of the associated surface of the battery cell.

Insbesondere kann die Hülle als eine Schrumpffolie ausgeführt sein. Es kann alternativ eine (oder mehrere) Wickelung(en) mit einer elastischen Folie (insbesondere Stretchfolie) unter Längsverspannungskräften aufgebracht werden. Auf diese Arten können dauerhaft elastische Verspannungskräfte bewirkt werden.In particular, the sheath may be designed as a shrink film. Alternatively, one (or more) winding (s) with an elastic film (in particular stretch film) can be applied under longitudinal tension forces. In these ways permanently elastic tensioning forces can be effected.

Altemativ oder zusätzlich kann die Hülle eine Vakuumsaugstelle umfassen. Auch kann die Hülle eine luftdichte Hülle sein und innerhalb der Hülle ein Unterdruck gegenüber der Umgebung bestehen. In diesen Fällen kann ein Unterdruck innerhalb des Batteriezellpakets dauerhafte Kräfte zur Sicherstellung der Kontaktierungen bewirken.Alternatively or additionally, the sheath may comprise a vacuum suction point. Also, the shell may be an airtight shell and within the shell there is a negative pressure relative to the environment. In these cases, a negative pressure within the battery cell packet can cause permanent forces to ensure the contacts.

Altemativ oder zusätzlich kann zudem innerhalb der Hülle ein federelastisches Element wie insbesondere ein Schaumstoff oder eine Feder vorgesehen sein, um unter Bewirkung von Kräften auf die Hülle die Andruckkräfte der Kontaktierung zu bewirken. Dies ist dann besonders vorteilhaft, wenn die Elastizität der Hülle als nicht ausreichend hoch für die dauerhafte Aufrechterhaltung der Andruckkräfte angesehen wird. So werden die Andruckkräfte zumindest ergänzend über das zusätzliche federelastische Element erzeugt.Alternatively or additionally, a resilient element such as in particular a foam or a spring may also be provided within the envelope, in order to effect the pressure forces of the contacting effecting forces on the envelope. This is particularly advantageous if the elasticity of the sheath is considered not sufficiently high for the permanent maintenance of the pressure forces. Thus, the pressure forces are generated at least in addition to the additional resilient element.

Vorteilhaft ist ferner, wenn einzelne Batteriezellen des Batteriezellpakets flächig aneinander anliegen und dadurch eine Anlagefläche definieren. Zumindest ein Teil der Kontaktierung ist mit einem Abstand von mindestens 35% vom Rand der Anlagefläche beabstandet bevorzugt mindestens 20%, in Bezug auf die Gesamtlänge und/oder -breite der Anlagefläche. Da Batteriezellen, insbesondere beim Pouch-Typ, bei ihrer Alterung zu einer Bauchigkeit neigen, kann so sichergestellt werden, dass die Kontaktierung dort stattfindet, wo die Bauchigkeit auftritt. So unterstützt die bauchbildende Verformung der Batteriezellen die Bildung von Kräften, die die Kontaktierung(en) unterstützen.It is also advantageous if individual battery cells of the battery cell package lie flat against each other and thereby define a contact surface. At least a portion of the contacting is at a distance of at least 35% from the edge of the contact surface spaced preferably at least 20%, with respect to the total length and / or width of the contact surface. Since battery cells, especially in the case of the pouch type, tend to become bumpy when they age, it is thus possible to ensure that the contacting takes place where the bumpiness occurs. Thus, the bulging deformation of the battery cells supports the formation of forces that support the contact (s).

In bevorzugten Ausführungsformen werden Kontakte jeweils an Stirnseiten aus der Batteriezelle herausgeführt und sind U-förmig gebogen. Derartige Batteriezellen werden üblicherweise in großen Stückzahlen gefertigt, sind folglich leicht erhältlich, so dass diese Standardbauteile vorteilhafter Weise zum Einsatz kommen.In preferred embodiments, contacts are each led out on end sides of the battery cell and are bent in a U-shape. Such battery cells are usually manufactured in large numbers, are therefore readily available, so that these standard components are advantageously used.

In einem entsprechenden Verfahren zur Herstellung eines Batteriezellpakets wird eine Mehrzahl von Batteriezellen relativ zueinander positioniert, so dass elektrische Kontakte der Batteriezellen benachbart zueinander liegen. Dabei werden aber keine konstruktiven Maßnahmen getroffen, um einen dauerhaften elektrischen Kontakt der Kontakte sicherzustellen und nachfolgend wird eine Hülle um die zueinander ausgerichteten Batteriezellen aufgebracht, so dass über die Hülle Andruckkräfte auf die Batteriezellen bewirkt werden und dadurch werden die Kontakte in einem mechanischen und elektrischen Kontakt zueinander gehalten.In a corresponding method for producing a battery cell packet, a plurality of battery cells is positioned relative to each other so that electrical contacts of the battery cells are adjacent to one another. In this case, however, no constructive measures are taken to ensure a permanent electrical contact of the contacts and subsequently a shell is applied to the mutually aligned battery cells, so that over the shell pressure forces are effected on the battery cells and thereby the contacts in a mechanical and electrical contact held each other.

Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der Figuren beispielhaft beschrieben. Es zeigen:

  • 1 eine schematische Seitenansicht einer Batteriezelle,
  • 2 eine Seitenansicht eines Batteriezellpakets als einem Stapel entsprechender Batteriezellen,
  • 3 eine Batteriezelle gemäß einer alternativen Ausführungsform,
  • 4 eine Seitenansicht einer veränderten Art der Bildung eines Batteriezellpakets,
  • 5 eine alternative Ausführungsform des Batteriezellpakets mit einem elastischen Element,
  • 6 eine schematische Draufsicht auf eine Batteriezelle und
  • 7 ein schematisches Diagramm zur Erläuterung des Effekts der Dickenänderung einer Batteriezelle in Abhängigkeit des Ladezustands und der Alterung.
Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described by way of example with reference to the figures. Show it:
  • 1 a schematic side view of a battery cell,
  • 2 a side view of a battery cell pack as a stack of corresponding battery cells,
  • 3 a battery cell according to an alternative embodiment,
  • 4 a side view of a modified way of forming a battery cell packet,
  • 5 an alternative embodiment of the battery cell packet with an elastic element,
  • 6 a schematic plan view of a battery cell and
  • 7 a schematic diagram for explaining the effect of the change in thickness of a battery cell as a function of the state of charge and aging.

1 zeigt in einer schematischen Seitenansicht eine Batteriezelle 10, die als eine Pouchzelle ausgeführt ist. Pouchzellen sind taschenförmige Batterieelemente, bei der die einzelnen Schichten der Batterie in einer „Tasche“ parallel zueinander ausgerichtet sind. Für die Kontaktierung führen zwei Kontakte 16 und 17 aus der Batteriezelle 10 heraus. In der Seitenansicht der 1 sind sie nur als Linie gezeigt. Jedoch zeigt 6, die eine gedrehte Ansicht der 1 ist, von oben, dass die Kontakte flächig ausgeführt sind. Diese können beispielsweise metallbeschichtete flexible Leiterbahnen sein. Die Kontakte 16 und 17 verlassen den Körper der Batteriezelle 10 an gegenüberliegenden Seiten, jedoch sind beliebige andere Ausführungsformen der Anordnung der Kontakte 16 und 17 möglich. Die Kontakte 16, 17 weisen jeweils U-förmige Biegungen auf, so dass die freien Enden parallel und bspw. oberhalb bzw. unterhalb des Körpers der Batteriezelle 10 liegen. Zur besseren Erkennbarkeit ist ein Abstand von den Kontakten 16 und 17 zum Körper der Batteriezelle 10 gezeigt, wobei bei der konkreten Ausführungsformen aufgrund der Kräfte, die nachfolgend noch erläutert werden, kein entsprechender Abstand besteht. Das Gleiche gilt für die gezeigten Abstände von Kontakten unterschiedlicher Batteriezellen in den nachfolgenden Figuren. 1 shows a schematic side view of a battery cell 10 which is designed as a pouch cell. Pouch cells are pocket-shaped battery elements in which the individual layers of the battery are aligned in a "pocket" parallel to each other. For the contact lead two contacts 16 and 17 from the battery cell 10 out. In the side view of 1 they are only shown as a line. However, shows 6 a rotated view of the 1 is, from above, that the contacts are flat. These can be, for example, metal-coated flexible conductor tracks. The contacts 16 and 17 leave the body of the battery cell 10 on opposite sides, however, any other embodiments are the arrangement of the contacts 16 and 17 possible. The contacts 16 . 17 each have U-shaped bends, so that the free ends in parallel and, for example, above or below the body of the battery cell 10 lie. For better visibility is a distance from the contacts 16 and 17 to the body of the battery cell 10 shown, wherein in the concrete embodiments, due to the forces, which will be explained below, there is no corresponding distance. The same applies to the shown distances of contacts of different battery cells in the following figures.

2 zeigt ein Batteriezellpaket 20 aus acht einzelnen Batteriezellen 10, die direkt aufeinander gestapelt sind. Durch eine entsprechende Ausrichtung der Batteriezellen 10 wird sichergestellt, dass die Kontakte 16, 17 von benachbarten Batteriezellen 10 zueinander in einem elektrisch leitenden Kontakt stehen. Die außen liegenden Batteriezellen 10 stehen in einem leitenden Kontakt zu Anschlussleitern 18, die das Batteriezellpaket 20, das aus den gezeigten Batteriezellen 10 gebildet wird, elektrisch kontaktieren. Folglich ist hier eine Reihenschaltung der Batteriezellen 10 gezeigt, wobei aber auch eine Parallelschaltung oder eine kombinierte Parallel- und Reihenschaltung möglich ist, um so ein gewünschtes Leistungs- bzw. Spannungsprofil zu erhalten. Um die einzelnen Batteriezellen 10 herum ist eine Hülle 30 gezeigt. Durch diese Hülle 30 definiert sich das Batteriezellpaket 20. 2 shows a battery cell pack 20 from eight individual battery cells 10 that are stacked directly on top of each other. By an appropriate orientation of the battery cells 10 will ensure that the contacts 16 . 17 from neighboring battery cells 10 to each other in an electrically conductive contact. The external battery cells 10 are in direct contact with connection conductors 18 that the battery cell pack 20 that from the battery cells shown 10 is formed, contact electrically. Consequently, here is a series connection of the battery cells 10 shown, but also a parallel circuit or a combined parallel and series circuit is possible, so as to obtain a desired power or voltage profile. To the individual battery cells 10 around is a shell 30 shown. Through this shell 30 defines the battery cell package 20 ,

In einer ersten bevorzugten Ausführungsform kann die Hülle 30 als eine Schrumpffolie ausgeführt sein. In einer ersten Variante dieser Ausführungsform kann ein Schrumpfschlauch der Länge l (siehe 6) um das Batteriezellpaket 20 gelegt werden und durch Wärmeeinwirkung so geschrumpft werden, dass er dicht anliegt. So werden die in 1 gezeigten Abstände zwischen der Hülle 30 und den Batteriezellen 10 verschwinden. Zudem liegen die Kontakte 16, 17 unterschiedlicher Batteriezellen 10 (anders als gezeigt) unmittelbar aneinander, so dass ein elektrischer Stromfluss ermöglicht wird. Bei herkömmlich bekannten Batteriezellpaketen wurden die einzelnen Batteriezellen mit Verbindungsmittel, wie z.B. Schweißen, oder Verschraubungen aneinander sicher befestigt. Um die Produktionskosten zu senken wird hier auf eine konstruktive Verbindung, die über eine kraftgestützte Verbindung, die über die Hülle 30 bewirkt wird, hinaus geht, verzichtet. Es wurde nämlich erkannt, dass insbesondere großflächige Kontakte, die lediglich durch die Hülle 30 zusammengedrückt werden, für eine sichere Stromübertragung ausreichend sind. Da das Batteriezellpaket 20 sowieso üblicherweise durch eine (folienartige) Hülle gegen die Umgebung geschützt werden muss, kann die Hülle 30 die Kontaktierungsaufgabe unmittelbar mit übernehmen.In a first preferred embodiment, the shell 30 be executed as a shrink film. In a first variant of this embodiment, a shrink tube of length l (please refer 6 ) around the battery cell pack 20 be laid and shrunk by heat so that it fits tightly. So the in 1 shown distances between the shell 30 and the battery cells 10 disappear. In addition, the contacts are 16 . 17 different battery cells 10 (other than shown) directly to each other, so that an electric current flow is made possible. In conventionally known battery cell packages, the individual battery cells have been securely fastened to each other by connecting means such as welding or screwing. In order to reduce the production costs here is based on a constructive connection, which has a force-based connection, which over the envelope 30 is effected, goes out, renounces. It has been recognized that in particular large-area contacts, the only through the shell 30 be compressed, are sufficient for a secure power transmission. Because the battery cell pack 20 anyway, usually by a (foil-like) shell against the environment must be protected, the shell 30 take over the contacting task immediately.

Es ist eine Eigenschaft von Batteriezellen, dass sie sich über die Lebensdauer in ihrem Volumen vergrößern und zum anderen nimmt bei jedem Ladevorgang das Volumen etwas zu und nimmt bei der Entladung wieder ab. Dieser Zusammenhang ist in 7 gezeigt. Von einem geringen Volumen zu Beginn der Lebensdauer, das in der 7 als Zelldicke bezeichnet wird, ist ein Band der Dickenänderungen gezeigt, dass über die Lebensdauer linear ansteigend ist und dabei, wie bereits beschrieben, bei jedem Ladezyklus eine gewisse Dickenschwankung der Batteriezelle aufweist. Die Hülle 30 ist bevorzugt aus einem Kunststoffmaterial gefertigt und hat eine gewisse Elastizität, die ausreichend groß ist, dass auch bei den ladezyklusabhängigen unterschiedlichen Dicken der Batteriezellen 10 stets eine ausreichende Andruckkraft besteht, so dass ein sicherer Stromfluss gewährleistet ist. Es existiert zudem der physikalische Effekt der Alterung, dass die Elastizität der Hülle 30 über ihre Lebensdauer etwas abnehmen kann. Dies kann sich als eine plastische, also dauerhafte Dehnung der Hülle ausdrücken. Dieser Effekt, der prinzipiell negativ ist, wird dadurch kompensiert, dass die Dicke der Batteriezellen 10 über die Lebensdauer zunimmt (siehe dazu 7). So wird bis zum Ende der Lebensdauer eine ausreichende Andruckkraft für die Kontaktierung 15 ermöglicht.It is a characteristic of battery cells that they increase in volume over the life of the battery and on the other hand, the volume increases slightly with each charge and decreases as it discharges. This connection is in 7 shown. From a small volume at the beginning of the life, which in the 7 is referred to as the cell thickness, a band of thickness changes is shown that is linearly increasing over the life and thereby, as already described, at each charge cycle has a certain thickness variation of the battery cell. The case 30 is preferably made of a plastic material and has a certain elasticity, which is sufficiently large, that even with the charging cycle-dependent different thicknesses of the battery cells 10 always a sufficient pressure force exists, so that a secure flow of current is ensured. There is also the physical effect of aging, that the elasticity of the shell 30 can lose some of their lifespan. This can be expressed as a plastic, ie permanent stretching of the shell. This effect, which is in principle negative, is compensated by the thickness of the battery cells 10 over the life increases (see 7 ). Thus, until the end of the life sufficient pressure force for contacting 15 allows.

In einer zweiten Variante der ersten bevorzugten Ausführungsform gemäß 1 kann die Umhüllung 30 als eine Folie hermetisch bzw. luftdicht um das Batteriezellpaket 20 gelegt sein und über eine Vakuumsaugstelle 35 kann bei der Herstellung des Batteriezellpakets 20 die dort enthaltene Luft abgesaugt werden. So sorgt der in dem Batteriezellpaket 20 erzeugte Unterdruck dafür, dass die Umhüllung sich unmittelbar an die Batteriezellen 10 legt und diese zueinander komprimiert und dadurch einen Druck auf die Kontaktierung 15 erzeugt. In der zweiten Variante kann eine beliebige luftundurchlässige Folie zum Einsatz kommen. Auch sind die beiden genannten Varianten miteinander verbindbar, so dass in einer Schrumpffolie ein Vakuum/Unterdruck erzeugt, bzw. dauerhaft sichergestellt wird.In a second variant of the first preferred embodiment according to 1 can the serving 30 as a foil hermetically or airtight around the battery cell pack 20 be placed and over a vacuum suction 35 can in the manufacture of the battery cell pack 20 the air contained there are sucked off. So ensures the in the battery cell pack 20 generated negative pressure for the sheath directly to the battery cells 10 puts and compresses them to each other and thereby a pressure on the contact 15 generated. In the second variant, any air-impermeable film can be used. Also, the two variants mentioned are connected to each other, so that in a shrink film, a vacuum / negative pressure generated, or permanently ensured.

In einer dritten Variante (nicht dargestellt) kann die Hülle 30 durch eine Umwicklung mit einer Stretchfolie erzeugt werden. Dies heißt, eine Folie mit einer hohen Elastizität wird unter Aufbringung von Axialkräften um das Paket der Batteriezellen 10 gewickelt und hierüber werden dauerhafte hohe Kräfte auf die Kontaktierungen bewirkt. Die Stretchfolie kann zudem ergänzend mit einer zusätzlichen Schrumpffolie zum Einsatz kommen.In a third variant (not shown), the shell 30 be created by wrapping with a stretch film. That is, a film having a high elasticity becomes under application of axial forces around the packet of the battery cells 10 wound and over this permanent high forces are effected on the contacts. The stretch film can also be used in addition with an additional shrink film.

3 zeigt eine alternative Ausführungsform der Batteriezelle 10, bei der die Kontakte 16 und 17 an den großflächigen Außenseiten der Batteriezelle 10 integriert sind. Diese können (anders als schematisch gezeigt) auch ein unmittelbarer oder einstückiger Teil der Oberfläche der Batteriezelle sein. Die Batteriezelle 10 kann entsprechend an diesen Stellen leitend ausgestaltet sein. Dies erleichtert das Stapeln, da dabei nicht auf die Orientierung der freien Enden von Kontakten 16, 17 (gemäß 1) geachtet werden muss. 3 shows an alternative embodiment of the battery cell 10 in which the contacts 16 and 17 on the large outer sides of the battery cell 10 are integrated. These can (as shown schematically) also be a direct or integral part of the surface of the battery cell. The battery cell 10 can be designed to be conductive at these points accordingly. This facilitates stacking, as it does not affect the orientation of the free ends of contacts 16 . 17 (according to 1 ) must be respected.

4 zeigt eine Alternative der Bildung eines Batteriezellpakets, bei dem die Batteriezellen 10 hintereinander angeordnet sind. Auch sind kombinierte Anordnungen einer Parallel- und Hintereinander-Anordnung möglich. Auch können zusätzliche Messleiter 19 an einer oder mehreren Kontaktierungen verwendet werden, um sicherzustellen, dass innerhalb des Batteriezellpakets 20 die Spannungspotentiale korrekt sind. Diese Messleiter 19 können ebenfalls ausschließlich durch Andruckkräfte an ihrem Ort gehalten werden. Altemativ können diese Messleiter gesondert befestigt werden, z.B. verschweißt, damit sie sich beim nachfolgenden Aufbringen der Umhüllung 30 nicht verschieben. 4 shows an alternative to the formation of a battery cell packet in which the battery cells 10 arranged one behind the other. Also, combined arrangements of a parallel and a series arrangement are possible. Also, additional measuring conductors 19 be used on one or more contacts to ensure that inside the battery cell pack 20 the voltage potentials are correct. These measuring conductors 19 can also be held in place only by pressure forces. Alternatively, these measuring leads can be fastened separately, eg welded, so that they can be applied during the subsequent application of the cover 30 do not move.

5 zeigt eine weitere Alternative des Batteriezellpakets 20, die auch mit den vorstehend beschriebenen Varianten kombinierbar ist. Dabei ist im Batteriezellpaket 20 ein federelastisches Element 40 integriert. Dies kann bspw. ein Schaumstoff sein. Bei der Herstellung des Batteriezellpakets wird der Schaumstoff durch externe Kräfte, wie z.B. eine Einspannung, komprimiert und behält über seine Lebensdauer seine Elastizität, so dass stets eine innere Verspannung im Batteriezellpaket 20 besteht, die die Batteriezellen 10 gegen die Hülle 30 drückt. Das federelastische Element 40 stellt so die Kontaktierung(en) 15 sicher. In einer bevorzugten Variante ist das federelastische Element in einer innenliegenden Schicht des Batteriezellpakets 20 angeordnet, damit die geringe Wärmeleitfähigkeit eines Schaums die Ableitung von Verlustwärme aus den Batteriezellen 10 nicht behindert. Alternativ können als federelastisches Element 40 beliebige Elemente verwendet werden, die zumindest lokal, bevorzugt aber flächig, dauerhaft mechanische Verformungsenergie speichern können, wie z.B. ein welliges metallisches (oder sonstiges nicht-metallisches) Blech oder ein entsprechendes Formteil. 5 shows a further alternative of the battery cell package 20 , which can also be combined with the variants described above. It is in the battery cell pack 20 a springy element 40 integrated. This can be, for example, a foam. In the manufacture of the battery cell pack, the foam is compressed by external forces, such as a clamping, and retains its elasticity over its lifetime, so that there is always an internal tension in the battery cell pack 20 that is the battery cells 10 against the shell 30 suppressed. The elastic element 40 so makes the contact (s) 15 for sure. In a preferred variant, the resilient element is in an inner layer of the battery cell packet 20 arranged so that the low thermal conductivity of a foam dissipates heat loss from the battery cells 10 not disabled. Alternatively, as a springy element 40 Any elements are used which can store at least locally, but preferably flat, permanently mechanical deformation energy, such as a wavy metallic (or other non-metallic) metal sheet or a corresponding molding.

6 erläutert eine bevorzugte Lage der Kontaktierung. Bei der alterungs- oder ladezustandsabhängigen Volumenvergrößerung der Pouch der Batteriezelle 10 wird an der großflächigen Oberfläche, die in 6 gezeigt ist, eine Aufwölbung entstehen. Diese ist bevorzugt mittig. D.h., dass nur dort, wo die rechteckig schraffierte Fläche gezeigt ist, bei einer gewissen Alterung der Batteriezellen 10 ein mechanischer Kontakt (also Aufeinanderliegen) der Batteriezellen zueinander besteht. An den Bereichen, die in 6 links und rechts der schraffierten Fläche liegen, kann u.U. ein gewisses Abheben auftreten. Das heißt, dass die Kontakte 16 und 17 so lang sein sollen, dass sie in den schraffierten Bereich kommen. Es wurde erkannt, dass für einen sicheren dauerhaften Kontakt die Kontaktierungen (auch) in einem Bereich liegen sollen, der zumindest 35% der Länge l der Batteriezelle vom jeweiligen Ende der Batteriezelle 10 entfernt liegt. Anders gesagt: In einem mittleren Bereich von ca. 40% der Länge der Batteriezelle 10 müssen die Kontakte 16, 17 benachbarter Batteriezellen liegen. Bei anderen Ausführungsformen kann gefordert sein, dass der genannte Abstand statt 20% mindestens 30% beträgt, um so eine höhere Sicherheit der Kontaktierung zu gewährleisten. 6 explains a preferred location of the contact. In the aging or state of charge-dependent increase in volume, the pouch of the battery cell 10 is due to the large surface area in 6 is shown, a bulge arise. This is preferably in the middle. That is, only where the rectangular hatched area is shown, with a certain aging of the battery cells 10 a mechanical contact (ie, lying on each other) of the battery cells to each other. At the areas in 6 To the left and to the right of the hatched area, a certain lift may occur. That means the contacts 16 and 17 be so long that they come in the hatched area. It has been recognized that for safe, permanent contact, the contacts should (also) be within a range of at least 35% of the length l the battery cell from the respective end of the battery cell 10 away. In other words, in a middle area of about 40% of the length of the battery cell 10 need the contacts 16 . 17 adjacent battery cells are located. In other embodiments may be required that said distance instead of 20% is at least 30%, so as to ensure a higher security of the contact.

Bei dem Verfahren der Herstellung des Batteriezellpakets 20 wird zunächst eine Mehrzahl von Batteriezellen 10 relativ zueinander so ausgerichtet, dass Kontakte 16, 17 zueinander für die Übertragung eines Stroms ausgerichtet sind. Dabei kann ggf. ein Biegen der Kontakte 16, 17 erforderlich sein. Es werden aber keine Maßnahmen ergriffen, dass dabei die Kontakte 16, 17 dauerhaft zueinander befestigt oder dauerhaft positioniert werden. Nachfolgend wird eine Hülle 30 aufgebracht, die eine Folie sein kann. Im Fall einer Schrumpffolie kann über eine thermische Erwärmung die Folie erweicht werden, so dass mechanische Verspannungen der Folie gelöst werden, die Folie sich zusammenziehen kann und die Folie zudem mit Spannkräften um das Paket der Batteriezellen 10 anliegt. Alternativ oder zusätzlich kann die Hülle 30 luftdicht sein und in ihr kann ein Unterdruck/Vakuum erzeugt und über die Lebensdauer dauerhaft gehalten werden, so dass über den Unterdruck Kräfte zur Sicherstellung der Kontaktierung 15 gewährleistet sind. Alternativ oder zusätzlich kann im Paket der Batteriezellen 10 ein federelastisches Element 40 integriert sein, das bei der Herstellung des Batteriezellpakets 20 komprimiert wird, so dass es innerhalb der Umhüllung 30 dauerhaft eine mechanische Verspannung bewirkt.In the method of manufacturing the battery cell package 20 First, a plurality of battery cells 10 relative to each other so aligned that contacts 16 . 17 aligned with each other for the transmission of a current. This may possibly be a bending of the contacts 16 . 17 to be required. But no action is taken, that the contacts 16 . 17 permanently attached to each other or permanently positioned. Below is a shell 30 applied, which can be a foil. In the case of a shrink film can be softened by thermal heating, the film so that mechanical tension of the film are released, the film can contract and the film also with clamping forces around the package of battery cells 10 is applied. Alternatively or additionally, the shell 30 be airtight and in it a negative pressure / vacuum can be generated and kept permanently over the life, so that over the negative pressure forces to ensure the contacting 15 are guaranteed. Alternatively or additionally, in the package of battery cells 10 a springy element 40 integrated in the production of the battery cell package 20 is compressed so that it is within the envelope 30 permanently causes a mechanical tension.

Während die Erfindung vorstehend für Pouch-förmige Zellen erläutert wurde, so ist sie ebenfalls für andere Zellformen, wie zylindrische oder prismatische Zellen verwendbar. Wie vorstehend bereits erwähnt, so werden Merkmale, die bei nur einer Ausführungsform (oder Variante) erläutert wurden, auch für andere Ausführungsformen als verwendbar angesehen, sofern keine konstruktiven Hindernisse dies verhindern.While the invention has been described above for pouch-shaped cells, it is also applicable to other cell shapes, such as cylindrical or prismatic cells. As already mentioned above, features which have been explained in only one embodiment (or variant) are also considered usable for other embodiments, provided that no constructive obstacles prevent this.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
Batteriezellebattery cell
1515
Kontaktierungcontact
16, 1716, 17
KontaktContact
1818
Anschlussleiterconnecting conductors
1919
Messleitermeasuring Head
2020
BatteriezellpaketBattery cell pack
3030
Hülleshell
3535
VakuumsaugstelleVakuumsaugstelle
4040
federelastisches Elementelastic element

Claims (10)

Batteriezellpaket (20) mit zumindest einer Kontaktierung (15) zwischen einzelnen Batteriezellen (10) des Batteriezellpakets (20) und/oder zu Anschlussleitern (18), wobei über eine das Batteriezellenpaket (20) zumindest teilweise umhüllende Hülle (30) Andruckkräfte auf die Kontaktierung (15) ausgeübt werden, dadurch gekennzeichnet, dass über die Andruckkräfte ein mechanisches Berühren von Kontakten (16, 17) der Kontaktierung (15) sichergestellt wird.Battery cell package (20) with at least one contact (15) between individual battery cells (10) of the battery cell package (20) and / or connection conductors (18), wherein over a battery cell package (20) at least partially enveloping shell (30) pressure forces on the contact (15) are exercised, characterized in that on the pressing forces a mechanical contact of contacts (16, 17) of the contact (15) is ensured. Batteriezellpaket (20) mit zumindest einer Kontaktierung (15) zwischen einzelnen Batteriezellen (10) des Batteriezellpakets (20) und/oder zu Anschlussleitern (18), wobei über eine das Batteriezellenpaket (20) zumindest teilweise umhüllende Hülle (30) Andruckkräfte auf die Kontaktierung (15) ausgeübt werden, dadurch gekennzeichnet, dass in der Kontaktierung (15) über die durch die Hülle (30) bewirkten Andruckkräfte hinaus weder formschlüssige, kraftschlüssige noch stoffschlüssige Verbindungsmittel zur Sicherstellung des mechanischen Kontakts von bevorzugt zumindest zwei Kontakten der Kontaktierung vorgesehen sind, wobei insbesondere als formschlüssige Fügemittel mechanische Rasthaken, Krimpungen, Bördelungen, Verschraubungen oder Hinterschnitte verstanden werden, und/oder insbesondere als kraftschlüssige Fügemittel federelastische Mittel wie Federkontakte oder eine elastische Verspannung eines Halters bzw. Trägers der Kontakte verstanden werden und/oder insbesondere als stoffschlüssige Fügemittel Verlötungen oder Schweißungen verstanden werden.Battery cell package (20) with at least one contact (15) between individual battery cells (10) of the battery cell package (20) and / or connection conductors (18), wherein over a battery cell packet (20) at least partially enveloping shell (30) pressing forces on the contact (15) are exercised, characterized in that in the contact (15) on the by the sheath (30) caused Andruckkräfte neither form-fitting, non-positive or cohesive connection means for ensuring the mechanical contact of preferably at least two contacts of the contact are provided be understood in particular as a positive joining means mechanical latching hooks, crimping, flanging, screwing or undercuts, and / or in particular as non-positive joining means resilient means such as spring contacts or elastic tension of a holder or carrier of the contacts are understood and / or in particular al s cohesive joining means soldering or welding are understood. Batteriezellpaket (20) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die umhüllende Hülle (30) eine Folie umfasst oder daraus besteht; und insbesondere eine luftdichte oder zumindest eine flüssigkeitsdichte Abdichtung um die Batteriezellen (10) des Batteriezellpakets (20) bewirkt.Battery cell package (20) according to Claim 1 or 2 wherein the enveloping sheath (30) comprises or consists of a foil; and in particular causes an airtight or at least a liquid-tight seal around the battery cells (10) of the battery cell pack (20). Batteriezellpaket gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei in der Kontaktierung (15) Kontakte (16, 17) der Batteriezellen (10) und/oder der Anschlussleiter (18) in einem flächigen Kontakt zueinander stehen.Battery cell package according to one of the preceding claims, wherein in the contact (15) contacts (16, 17) of the battery cells (10) and / or the connecting conductor (18) are in a planar contact with each other. Batteriezellpaket (20) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Hülle (30) als eine Schrumpffolie ausgeführt ist.A battery cell package (20) according to any one of the preceding claims, wherein the envelope (30) is implemented as a shrink film. Batteriezellpaket (20) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Hülle (30) eine Vakuumsaugstelle (35) umfasst und/oder die Hülle (30) eine luftdichte Hülle ist und innerhalb der Hülle ein Unterdruck gegenüber der Umgebung besteht.A battery cell package (20) according to any one of the preceding claims, wherein the sheath (30) comprises a vacuum suction pad (35) and / or the sheath (30) is an airtight sheath and there is a negative pressure to the environment within the sheath. Batteriezellpaket (20) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei innerhalb der Hülle (30) ein federelastisches Element (40), wie insbesondere ein Schaumstoff oder eine Feder vorgesehen ist, um unter Bewirkung von Kräften auf die Hülle (30) die Andruckkräfte der Kontaktierung (15) zu bewirken.Battery cell package (20) according to one of the preceding claims, wherein within the envelope (30) a resilient element (40), such as in particular a foam or a spring is provided to the effect of forces on the sheath (30), the pressing forces of contacting ( 15) to effect. Batteriezellpaket (20) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei einzelne Batteriezellen (10) des Batteriezellpakets (20) flächig aneinander anliegen und dadurch eine Anlagefläche definieren, und zumindest ein Teil der Kontaktierung (15) in einem Abstand von mindestens 20% vom Rand der Anlagefläche beabstandet ist, in Bezug auf die Gesamtlänge (l) und/oder -breite (b) der Anlagefläche.Battery cell package (20) according to one of the preceding claims, wherein individual battery cells (10) of the battery cell package (20) abut each other flat and thereby define a contact surface, and at least a portion of the contact (15) at a distance of at least 20% from the edge of the contact surface with respect to the total length (l) and / or width (b) of the abutment surface. Batteriezellpaket (20) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Kontakte (16, 17) jeweils an Stirnseiten aus der Batteriezelle (10) herausgeführt werden und U-förmig gebogen sind.Battery cell package (20) according to one of the preceding claims, wherein the contacts (16, 17) are each led out on end sides of the battery cell (10) and bent in a U-shape. Verfahren zur Herstellung eines Batteriezellpakets (20), bei dem eine Mehrzahl von Batteriezellen (10) relativ zueinander positioniert werden, so dass elektrische Kontakte (16, 17) der Batteriezellen (10) relativ zueinander liegen und dabei werden keine konstruktiven Maßnahmen getroffen, um einen dauerhaften elektrischen Kontakt der Kontakte (16, 17) sicherzustellen und nachfolgend wird eine Hülle (30) um die zueinander ausgerichteten Batteriezellen (10) aufgebracht, dass über die Hülle (30) Kräfte auf die Batteriezellen (10) bewirkt werden und dadurch die Kontakte (16, 17) in einem mechanischen und elektrischen Kontakt zueinander gehalten werden.A method of manufacturing a battery cell package (20) in which a plurality of battery cells (10) are positioned relative to each other so that electrical contacts (16, 17) of the battery cells (10) are relative to each other and no constructive measures are taken to avoid them To ensure permanent electrical contact of the contacts (16, 17) and subsequently, a sheath (30) is applied to the aligned battery cells (10) that on the shell (30) forces on the battery cells (10) are effected and thereby the contacts ( 16, 17) are held in mechanical and electrical contact with each other.
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