DE102020206979A1 - Battery cell and battery module - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Batteriezelle, insbesondere Lithium-Ionen-Batteriezelle (10), mit einem Gehäuse (2), in welchem elektrochemische Komponenten der Batteriezelle (1) aufgenommen sind, sowie einem ersten Spannungsabgriff (31) und einem zweiten Spannungsabgriff (32), wobei das Gehäuse (2) der Batteriezelle (1) den ersten Spannungsabgriff (31) der Batteriezelle (1) ausbildet und der zweite Spannungsabgriff (32) der Batteriezelle (1) von dem Gehäuse (2) der Batteriezelle (1) elektrisch isoliert ist, wobei die Batteriezelle (1) ein elektrisch leitfähig ausgebildetes Kontaktelement (4) umfasst, welches den zweiten Spannungsabgriff (32) der Batteriezelle (1) gegenüber einer Umgebung (5) der Batteriezelle (1) vollständig bedeckt und das Kontaktelement (4) gegenüber dem Gehäuse (2) der Batteriezelle (1) elektrisch isoliert ist..The invention relates to a battery cell, in particular a lithium-ion battery cell (10), with a housing (2) in which electrochemical components of the battery cell (1) are accommodated, as well as a first voltage tap (31) and a second voltage tap (32), wherein the housing (2) of the battery cell (1) forms the first voltage tap (31) of the battery cell (1) and the second voltage tap (32) of the battery cell (1) is electrically isolated from the housing (2) of the battery cell (1), wherein the battery cell (1) comprises an electrically conductive contact element (4) which completely covers the second voltage tap (32) of the battery cell (1) in relation to the surroundings (5) of the battery cell (1) and the contact element (4) in relation to the housing (2) the battery cell (1) is electrically isolated ..
Description
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung geht aus von einer Batteriezelle nach Gattung des unabhängigen Anspruchs. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein Batteriemodul.The invention is based on a battery cell according to the preamble of the independent claim. The present invention also relates to a battery module.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, dass Batteriemodule aus einer Mehrzahl an einzelnen Batteriezellen bestehen können, welche seriell und/oder parallel elektrisch leitend miteinander verschaltet sein können, so dass die einzelnen Batteriezellen zu dem Batteriemodul zusammengeschaltet sind.It is known from the prior art that battery modules can consist of a plurality of individual battery cells, which can be connected to one another in series and / or parallel in an electrically conductive manner, so that the individual battery cells are interconnected to form the battery module.
Weiterhin werden solche Batteriemodule zu Batterien bzw. Batteriesystemen zusammengeschaltet.Furthermore, such battery modules are interconnected to form batteries or battery systems.
Problematisch ist häufig, einen positiven Spannungsabgriff der Batteriezelle elektrisch zuverlässig zu kontaktieren.It is often problematic to make reliable electrical contact with a positive voltage tap of the battery cell.
Beispielsweise offenbart die Druckschrift
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Eine Batteriezelle mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs bietet den Vorteil, dass eine zuverlässige, elektrisch leitfähige Kontaktierung eines positiven Spannungsabgriffs der Batteriezelle ausgebildet werden kann.A battery cell with the features of the independent claim offers the advantage that reliable, electrically conductive contacting of a positive voltage tap of the battery cell can be formed.
Dazu wird eine Batteriezelle, welche insbesondere als Lithium-Ionen-Batteriezelle ausgebildet ist, zur Verfügung gestellt.For this purpose, a battery cell, which is designed in particular as a lithium-ion battery cell, is made available.
Die Batteriezelle umfasst ein Gehäuse, in welchem elektrochemische Komponenten der Batteriezelle aufgenommen sind.The battery cell comprises a housing in which electrochemical components of the battery cell are accommodated.
Weiterhin umfasst die Batteriezelle einen ersten Spannungsabgriff und einen zweiten Spannungsabgriff. Insbesondere ist der erste Spannungsabgriff dabei ein negativer Spannungsabgriff der Batteriezelle und ist der zweite Spannungsabgriff dabei ein positiver Spannungsabgriff der Batteriezelle.Furthermore, the battery cell comprises a first voltage tap and a second voltage tap. In particular, the first voltage tap is a negative voltage tap of the battery cell and the second voltage tap is a positive voltage tap of the battery cell.
Das Gehäuse der Batteriezelle bildet dabei den ersten Spannungsabgriff der Batteriezelle aus. Zudem ist der zweite Spannungsabgriff der Batteriezelle von dem Gehäuse der Batteriezelle elektrisch isoliert.The housing of the battery cell forms the first voltage tap of the battery cell. In addition, the second voltage tap of the battery cell is electrically isolated from the housing of the battery cell.
Ferner umfasst die Batteriezelle ein Kontaktelement, dass elektrisch leitfähig ausgebildet ist. Dieses Kontaktelement bedeckt den zweiten Spannungsabgriff der Batteriezelle gegenüber einer Umgebung der Batteriezelle vollständig. Weiterhin ist das Kontaktelement gegenüber dem Gehäuse der Batteriezelle elektrisch isoliert.Furthermore, the battery cell comprises a contact element that is designed to be electrically conductive. This contact element completely covers the second voltage tap of the battery cell in relation to the surroundings of the battery cell. Furthermore, the contact element is electrically isolated from the housing of the battery cell.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich.The measures listed in the dependent claims make advantageous developments and improvements of the device specified in the independent claim possible.
An dieser Stelle sei bemerkt, dass das Kontaktelement zusätzlich zu dem zweiten Spannungsabgriff angeordnet ist.At this point it should be noted that the contact element is arranged in addition to the second voltage tap.
Weiterhin sei an dieser Stelle bemerkt, dass der zweite Spannungsabgriff außerhalb des Gehäuses der Batteriezelle angeordnet ist und somit mit anderen Worten ausgedrückt, ohne die Anordnung des Kontaktelements von einer Umgebung der Batteriezelle aus zugänglich wäre. Noch mit anderen Worten ausgedrückt bedeutet dies, dass der zweite Spannungsabgriff aus dem Gehäuse der Batteriezelle herausragt.It should also be noted at this point that the second voltage tap is arranged outside the housing of the battery cell and, in other words, would be accessible from the surroundings of the battery cell without the arrangement of the contact element. In other words, this means that the second voltage tap protrudes from the housing of the battery cell.
Eine solche Ausführungsform einer Batteriezelle bietet insbesondere den Vorteil, dass mittels des Kontaktelements der zweite Spannungsabgriff, welcher insbesondere als positiver Spannungsabgriff ausgebildet ist, großflächiger kontaktiert werden kann. Insbesondere ist es auch möglich, das Kontaktelement an die jeweilige gewünschte Anbindung anzupassen. Der zweite Spannungsabgriff kann als mittelbar kontaktiert werden.Such an embodiment of a battery cell offers in particular the advantage that the second voltage tap, which is designed in particular as a positive voltage tap, can be contacted over a larger area by means of the contact element. In particular, it is also possible to adapt the contact element to the particular desired connection. The second voltage tap can be contacted as indirect.
Insbesondere kann durch eine mögliche großflächigere Ausbildung des Kontaktelements eine kraftschlüssige Kontaktierung und/oder formschlüssige Kontaktierung des Kontaktelements verbessert werden und dadurch eine elektrisch leitende Anbindung des zweiten Spannungsabgriffs an einer gewünschten Stelle ausgebildet werden.In particular, a possible larger-area design of the contact element can improve force-fit contacting and / or form-fit contacting of the contact element and thereby create an electrically conductive connection of the second voltage tap at a desired point.
Zudem ist es selbstverständlich auch möglich, das Kontaktelement stoffschlüssig zu kontaktieren. Hier bietet sich ebenfalls eine großflächigere Anbindungsfläche.In addition, it is of course also possible to materially contact the contact element. There is also a larger connection area here.
Es ist vorteilhaft, wenn das Kontaktelement das Gehäuse der Batteriezelle gegenüber der Umgebung der Batteriezelle teilweise bedeckt. Dadurch ist es möglich, eine noch großflächigere Ausbildung des Kontaktelements auszubilden. Insbesondere kann hierbei eine Kontaktierung auch über mehrere Flächen ausgebildet werden.It is advantageous if the contact element partially covers the housing of the battery cell in relation to the surroundings of the battery cell. This makes it possible to have an even larger area of the Form contact element. In particular, contact can also be formed over several surfaces.
Dabei ist es bevorzugt, wenn das Kontaktelement beispielsweise weniger als 50 Prozent einer Oberfläche des Gehäuses der Batteriezelle bedeckt. Weiterhin ist es besonders bevorzugt, wenn das Kontaktelement beispielsweise weniger als 25 Prozent der Oberfläche des Gehäuses der Batteriezelle bedeckt. Insbesondere bedeckt das Kontaktelement weniger als 10 Prozent der Oberfläche des Gehäuses der Batteriezelle. Durch solche Ausbildung ist es möglich, sowohl eine großflächige Kontaktierung des zweiten Spannungsabgriffs mittels des Kontaktelements als auch eine großflächige Kontaktierung des ersten Spannungsabgriffs mittels des Gehäuses auszubilden. Insbesondere kann die Fläche des Kontaktelements an eine gewünschte Anforderung angepasst werden.It is preferred here if the contact element covers less than 50 percent of a surface of the housing of the battery cell, for example. Furthermore, it is particularly preferred if the contact element covers, for example, less than 25 percent of the surface of the housing of the battery cell. In particular, the contact element covers less than 10 percent of the surface of the housing of the battery cell. Such a design makes it possible to form both large-area contacting of the second voltage tap by means of the contact element and large-area contacting of the first voltage tap by means of the housing. In particular, the area of the contact element can be adapted to a desired requirement.
Es ist zweckmäßig, wenn die Batteriezelle als zylindrische Batteriezelle ausgebildet ist. Zylindrische Batteriezellen können auch als Rundzellen bezeichnet sein und weisen im Wesentlichen eine zylindrische Mantelfläche mit einer kreisrunden Querschnittsfläche auf, welche an ihren beiden gegenüberliegenden Seiten jeweils von einer kreisrunden Boden- bzw. Deckelfläche abgeschlossen sind. Besonders bevorzugt sind die zylindrischen Batteriezellen jeweils Rundzellen vom Typ 18650, welche einen Durchmesser von 18 mm und eine Höhe von 65 mm aufweisen. Besonders bevorzugt sind die zylindrischen Batteriezellen jeweils Rundzellen vom Typ 21700, welche einen Durchmesser von 21 mm und eine Höhe von 70 mm aufweisen.It is useful if the battery cell is designed as a cylindrical battery cell. Cylindrical battery cells can also be referred to as round cells and essentially have a cylindrical jacket surface with a circular cross-sectional area, which are each closed on their two opposite sides by a circular base or cover surface. The cylindrical battery cells are particularly preferably round cells of the 18650 type, which have a diameter of 18 mm and a height of 65 mm. The cylindrical battery cells are particularly preferably round cells of the 21700 type, which have a diameter of 21 mm and a height of 70 mm.
An dieser Stelle sei angemerkt, dass das Gehäuse insbesondere als negativer Spannungsabgriff ausgebildet ist. Insbesondere sind dabei die Mantelfläche und die Bodenfläche einer zylindrischen Batteriezelle gemeinsam als erster Spannungsabgriff ausgebildet. Dies bietet insgesamt den Vorteil, dass eine elektrische Kontaktierung des ersten Spannungsabgriffs über das Gehäuse auf einfache Weise möglich ist. An dieser Stelle sei weiterhin angemerkt, dass beispielsweise der zweite Spannungsabgriff an einer Deckelfläche ausgebildet sein kann und gegen das übrige Gehäuse elektrisch isoliert ist.At this point it should be noted that the housing is designed in particular as a negative voltage tap. In particular, the outer surface and the bottom surface of a cylindrical battery cell are designed together as a first voltage tap. Overall, this offers the advantage that electrical contacting of the first voltage tap via the housing is possible in a simple manner. At this point it should also be noted that, for example, the second voltage tap can be formed on a cover surface and is electrically isolated from the rest of the housing.
Bevorzugt ist das Kontaktelement aus einem metallischen Werkstoff ausgebildet. Dadurch kann ein besonders elektrisch leitfähiges Kontaktelement zur Verfügung gestellt werden.The contact element is preferably formed from a metallic material. In this way, a particularly electrically conductive contact element can be made available.
Insbesondere ist der metallische Werkstoff ausgewählt aus Aluminium, Nickel und/oder Kupfer. Diese Werkstoffe können eine besonders zuverlässige elektrische Leitfähigkeit zur Verfügung stellen.In particular, the metallic material is selected from aluminum, nickel and / or copper. These materials can provide particularly reliable electrical conductivity.
Es ist besonders zweckmäßig, wenn zwischen dem elektrischen Kontaktelement und dem zweiten Spannungsabgriff ein elektrisches Sicherungselement angeordnet ist. Dieses ist dazu ausgebildet, bei Überschreiten eines definierten Stromflusses die elektrisch leitende Verbindung zwischen dem zweiten Spannungsabgriff und dem Kontaktelement zu unterbrechen. Hierdurch kann auf einfache Weise eine Sicherung gegen einen erhöhten Stromfluss zur Verfügung gestellt werden.It is particularly useful if an electrical fuse element is arranged between the electrical contact element and the second voltage tap. This is designed to interrupt the electrically conductive connection between the second voltage tap and the contact element when a defined current flow is exceeded. In this way, a protection against an increased flow of current can be made available in a simple manner.
Bevorzugt ist das elektrische Sicherungselement als Schmelzsicherung ausgebildet. Die Schmelzsicherung ist in der Art ausgebildet, dass diese bei Überschreiten eines definierten Stromflusses die elektrisch leitende Verbindung zwischen dem zweiten Spannungsabgriff und dem Kontaktelement unterbrechen kann. Dabei führt deren elektrischer Widerstand bei einem erhöhten Stromfluss zu einer derartigen Erwärmung, dass die Schmelzsicherung aufschmilzt und die elektrisch leitende Verbindung mechanisch trennt.The electrical fuse element is preferably designed as a fuse. The fuse is designed in such a way that it can interrupt the electrically conductive connection between the second voltage tap and the contact element when a defined current flow is exceeded. With an increased flow of current, their electrical resistance leads to such heating that the fuse melts and the electrically conductive connection mechanically separates.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein Batteriemodul, welches eine Batteriezelle, die eben beschrieben wurde, umfasst. Insbesondere ist das Kontaktelement dabei kraftschlüssig oder formschlüssig von einem weiteren Element des Batteriemoduls aufgenommen.The subject matter of the present invention is also a battery module which comprises a battery cell which has just been described. In particular, the contact element is received by a further element of the battery module in a force-fitting or form-fitting manner.
FigurenlisteFigure list
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Embodiments of the invention are shown in the drawing and explained in more detail in the description below.
Es zeigt:
-
1 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Batteriezelle.
-
1 an embodiment of a battery cell according to the invention.
Die
Die Batteriezelle
Die Batteriezelle
Die Batteriezelle
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß
Dabei sind die Bodenfläche
An dieser Stelle sei angemerkt, dass die Bodenfläche
At this point it should be noted that the
Die Batteriezelle
Das Kontaktelement
Das Kontaktelement
Dabei kann das Kontaktelement
Das Kontaktelement
Das Kontaktelement
Insbesondere isolieren die erste Isolierung
Zwischen dem Kontaktelement
Dabei kann das elektrische Sicherungselement
Zudem ist in der
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
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