DE102021103193A1 - BATTERY CELL - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Batteriezelle, aufweisend ein Gehäuse mit mehreren Gehäuseseiten, einen Batteriezellen-Stapel, welcher innerhalb des Gehäuses angeordnet ist, wenigstens ein erstes Beabstandungselement, welches zwischen dem Batteriezellen-Stapel und einer ersten Gehäuseseite der mehreren Gehäuseseiten des Gehäuses angeordnet ist, wobei eine erste Stromspange zwischen einer zweiten Gehäuseseite der mehreren Gehäuseseiten des Gehäuses und dem Batteriezellen-Stapel angeordnet ist, welche mit dem Batteriezellen-Stapel elektrisch verbunden ist.The invention relates to a battery cell, comprising a housing with a plurality of housing sides, a battery cell stack which is arranged within the housing, at least one first spacer element which is arranged between the battery cell stack and a first housing side of the plurality of housing sides of the housing, with a first current clip is arranged between a second housing side of the plurality of housing sides of the housing and the battery cell stack, which is electrically connected to the battery cell stack.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Batteriezelle, ein Batteriezellen-Modul sowie die Verwendung eines Beabstandungselements in einer Batteriezelle.The present invention relates to a battery cell, a battery cell module and the use of a spacer element in a battery cell.

Auf dem Gebiet der Batteriezellen, insbesondere von Lithium-Ionen Batteriezellen, sind verschiedenste Befestigungen für Batteriezellen-Stapel in den jeweiligen Gehäusen bekannt.In the field of battery cells, in particular lithium-ion battery cells, a wide variety of attachments for battery cell stacks in the respective housings are known.

Es ist bekannt, die Bewegung eines Batteriezellen-Stapels in einem Batteriegehäuse durch eine genaue Passung des Stapels mit den Gehäuseseiten zu verhindern. Allerdings schwellen die Stapel von Lithium-Ionen-Batterien einerseits während ihres Lade-/Entlade-Zyklus sowie zusätzlich mit zunehmender Lebensdauer, also mit zunehmender Anzahl durchlaufender Zyklen, an. Deswegen kann es nachteilig sein, den Stapel vor der Inbetriebnahme passgenau im Gehäuse anzuordnen, da der Stapel dann keinen Raum für seine Ausdehnung hat. Es ist daher bislang erforderlich, vor Inbetriebnahme des Stapels einen Zwischenraum zwischen dem Stapel und den Gehäuseseiten für das spätere Anschwellen vorzuhalten.It is known to prevent movement of a battery cell stack within a battery case by closely fitting the stack to the case sides. However, the stacks of lithium-ion batteries swell on the one hand during their charge/discharge cycle and also with increasing service life, i.e. with an increasing number of cycles. It can therefore be disadvantageous to arrange the stack with a precise fit in the housing before it is put into operation, since the stack then has no room for its expansion. It has therefore hitherto been necessary to reserve a gap between the stack and the sides of the housing for later swelling before the stack is put into operation.

Dies kann jedoch dazu führen, dass sich der Stapel innerhalb des Gehäuses verschiebt, beispielsweise durch eine mechanische Einwirkung von außen. Wenn die Batteriezelle in einem Fahrzeug zum Einsatz kommt, kann es beispielsweise durch Vibrationen des Fahrzeugs im Fahrbetrieb, Bremsvorgänge des Fahrzeugs oder eines Unfalls des Fahrzeugs zu Krafteinwirkungen auf das Gehäuse kommen, so dass sich dann der Stapel innerhalb des Gehäuses bewegt bzw. verschiebt. Dies kann im schlimmsten Fall zu einem zellinternen Kurzschluss führen. Es ist aber auch möglich, dass die Stromspangen in der Nähe einer Niet-Schweißung brechen. Die Folge davon wäre, dass die jeweilige Batteriezelle nicht mehr an den Stromkreis gekoppelt ist. Bei einer parallelen Verschaltung der Batteriezellen würde sich die Gesamtkapazität des Batterie-Moduls verringern, und bei einer seriellen Verschaltung der Batteriezellen würde die Modulspannung sogar auf 0 V fallen, und damit würde das Modul getauscht werden müssen.However, this can lead to the stack shifting within the housing, for example as a result of external mechanical influences. If the battery cell is used in a vehicle, forces can act on the housing, for example due to vibrations of the vehicle while driving, braking processes of the vehicle or an accident of the vehicle, so that the stack then moves or shifts within the housing. In the worst case, this can lead to an internal cell short circuit. However, it is also possible for the current clips to break near a rivet weld. The consequence of this would be that the respective battery cell is no longer connected to the circuit. If the battery cells were connected in parallel, the total capacity of the battery module would be reduced, and if the battery cells were connected in series, the module voltage would even drop to 0 V, and the module would therefore have to be replaced.

Aus dem Stand der Technik ist das Verhindern des Verschiebens eines Stapels durch Einlagen bekannt, welche an den kurzen Seiten von quaderförmigen Batteriezellen angeordnet sind, und an welchen auch die Stromspangen angeordnet sind. Unter dem Begriff „Stromspange“ im Sinne der Offenbarung ist insbesondere der Stromableiter in der Batteriezelle zu verstehen, an welchem der Strom der Batteriezelle abgegriffen werden kann. Um sowohl den Stapel als auch die Stromspangen in einer Batteriezelle zu schützen, ist eine aufwändige Form der Einlagen erforderlich. Bei den bekannten Einlagen ist es zudem erforderlich, dass sie in einem aufwendigen Produktionsschritt auf den Stromspangen der Zelle fixiert werden müssen.It is known from the prior art to prevent a stack from being displaced by means of inserts which are arranged on the short sides of cuboid battery cells and on which the current clips are also arranged. The term “current clip” within the meaning of the disclosure is to be understood in particular as the current arrester in the battery cell, from which the current of the battery cell can be tapped. In order to protect both the stack and the current clips in a battery cell, an elaborate form of insert is required. In the case of the known inserts, it is also necessary that they have to be fixed to the current clips of the cell in a complex production step.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Vorrichtung für die Befestigung eines Batteriezellen-Stapels in einem Batteriegehäuse bereitzustellen.The object of the invention is to provide a device for fastening a battery cell stack in a battery housing that is improved over the prior art.

Die Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Lehre der unabhängigen Ansprüche erreicht. Verschiedene Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.The solution to this problem is achieved according to the teaching of the independent claims. Various embodiments and developments of the invention are the subject matter of the dependent claims.

Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Batteriezelle, aufweisend

  • - ein Gehäuse mit mehreren Gehäuseseiten,
  • - einen Batteriezellen-Stapel, welcher innerhalb des Gehäuses angeordnet ist,
  • - wenigstens ein erstes Beabstandungselement, welches zwischen dem Batteriezellen-Stapel und einer ersten Gehäuseseite der mehreren Gehäuseseiten des Gehäuses angeordnet ist, wobei
  • - eine erste Stromspange zwischen einer zweiten Gehäuseseite der mehreren Gehäuseseiten des Gehäuses und dem Batteriezellen-Stapel angeordnet ist, welche mit dem Batteriezellen-Stapel elektrisch verbunden ist.
A first aspect of the invention relates to a battery cell comprising
  • - a case with several case sides,
  • - a battery cell stack, which is arranged within the housing,
  • - At least one first spacer element, which is arranged between the battery cell stack and a first housing side of the plurality of housing sides of the housing, wherein
  • - A first current clip is arranged between a second housing side of the plurality of housing sides of the housing and the battery cell stack, which is electrically connected to the battery cell stack.

Unter dem Begriff „Batteriezellen-Stapel“ im Sinne der Erfindung ist insbesondere ein Stapel aus mehreren Elementarzellen, welche jeweils eine Kathode, eine Anode und einen dazwischenliegenden Separator aufweisen zu verstehen. Der Stapel kann insbesondere in Form (i) eines planaren Stapels, bei dem die Elementarzellen im Wesentlichen plattenförmig übereinander angeordnet sind, oder (ii) eines Elektrodenwickels ausgebildet sein.The term "battery cell stack" in the sense of the invention is to be understood in particular as a stack of several elementary cells, each of which has a cathode, an anode and a separator lying between them. The stack can in particular be designed in the form of (i) a planar stack in which the elementary cells are arranged essentially in the form of plates one above the other, or (ii) an electrode coil.

Dadurch, dass das Beabstandungselement auf einer anderen Seite des Batteriezellen-Stapels als die Stromspange angeordnet wird, ist die Form des Beabstandungselements unabhängig von der Form der Stromspange. Das Beabstandungselement kann entsprechend in seiner geometrischen Form einfach ausgeführt sein, da seine Form nur an den Zwischenraum zwischen der ersten Gehäuse-Seite und dem Batteriezellen-Stapel angepasst werden muss.By arranging the spacer on a different side of the battery cell stack than the current clip, the shape of the spacer is independent of the shape of the current clip. Accordingly, the spacer element can be designed to be simple in terms of its geometric shape, since its shape only has to be adapted to the space between the first housing side and the battery cell stack.

Das Beabstandungselement kann verschiedene Größen aufweisen. Dadurch ist es möglich, dass Batteriezellen-Stapel unterschiedlicher Größen, insbesondere unterschiedlicher Breite, in einer vorgegebenen Gehäusegröße eingepasst werden können. Die Größen von Batteriezellen-Stapeln können beispielsweise durch ein unterschiedliches Anschwellverhalten unterschiedlich sein. Bei einem Batteriezellen-Stapel mit geringerer Breite können die größeren Abstände zu den Gehäuseseiten durch breitere Beabstandungselemente ausgeglichen werden. Im anderen Fall, wenn ein Batteriezellen-Stapel eine größere Breite aufweist, sind die Abstände zu den Gehäuseseiten geringer, und entsprechend können die Beabstandungselemente schmäler ausgeführt werden. Dadurch ist es möglich eine Gehäusegröße für verschieden große Batteriezellen-Stapel vorzusehen, wobei die unterschiedlichen Abstände der Stapel durch das Beabstandungselement ausgeglichen werden. Dies ermöglicht eine einfachere und günstigere Produktion der Gehäuse, sowie die Verwendung einheitlicher Gehäusegrößen.The spacer element can have different sizes. This makes it possible for battery cell stacks of different sizes, in particular different widths, to be fitted into a given housing size be able. The sizes of battery cell stacks can be different, for example due to a different swelling behavior. In the case of a battery cell stack with a smaller width, the larger distances to the sides of the housing can be compensated for by wider spacer elements. In the other case, when a battery cell stack has a greater width, the distances to the sides of the housing are smaller, and the spacer elements can be made narrower accordingly. This makes it possible to provide one housing size for battery cell stacks of different sizes, with the different distances between the stacks being compensated for by the spacer element. This enables simpler and more economical production of the housing, as well as the use of uniform housing sizes.

Das Gehäuse kann eine rechteckige Grundfläche aufweisen, welche durch zwei lange Gehäuseseiten und zwei kurze Gehäuseseiten eingefasst wird. Es ist aber auch eine andere Gehäuseform denkbar.The housing can have a rectangular base area which is bordered by two long housing sides and two short housing sides. However, another housing shape is also conceivable.

Gemäß einiger Ausführungsformen weist die Batteriezelle ein zweites Beabstandungselement auf, welches zwischen dem Batteriezellen-Stapel und einer dritten Gehäuseseite der mehreren Gehäuseseiten angeordnet ist, wobei die dritte Gehäuseseite gegenüberliegend zur ersten Gehäuseseite angeordnet ist. Die dritte Gehäuseseite kann im Wesentlichen parallel zur ersten Gehäuseseite und im Wesentlichen rechtwinklig zur zweiten Gehäuseseite ausgerichtet sein. Dadurch wird der Batteriezellen-Stapel von zwei im Wesentlichen gegenüberliegenden Beabstandungselementen gegen die erste und dritte Gehäuseseite beabstandet.According to some embodiments, the battery cell has a second spacer element arranged between the battery cell stack and a third housing side of the plurality of housing sides, the third housing side being arranged opposite to the first housing side. The third side of the housing may be oriented substantially parallel to the first side of the housing and substantially perpendicular to the second side of the housing. As a result, the battery cell stack is spaced from the first and third sides of the housing by two essentially opposite spacer elements.

Gemäß einiger Ausführungsformen weist die Batteriezelle eine zweite Stromspange auf, welche zwischen einer vierten Gehäuseseite und dem Batteriezellen-Stapel angeordnet ist. Die vierte Gehäuseseite kann im Wesentlichen parallel zur zweiten Gehäuseseite ausgerichtet sein. Die erste und die zweite Stromspange sind entsprechend negativ und positiv gepolt.According to some embodiments, the battery cell has a second current clip, which is arranged between a fourth housing side and the battery cell stack. The fourth side of the housing can be aligned essentially parallel to the second side of the housing. The first and the second current clip are correspondingly negative and positive poled.

Gemäß einiger Ausführungsformen weist das wenigstens erste und/oder das zweite Beabstandungselement ein flexibles Material auf, sodass das Material bei einer räumlichen Ausdehnung des Batteriezellen-Stapels zwischen dem Batteriezellen-Stapel einerseits und der ersten Gehäuseseite bzw. der dritten Gehäuseseite andererseits eingedrückt werden kann. Dadurch wird erreicht, dass sich der Stapel räumlich ausdehnen kann, insbesondere hin zu den Gehäuseseiten, und gleichzeitig durch das Beabstandungselement an einer Verschiebung gehindert wird. Es ist auch denkbar, dass der Stapel eine Grundfläche aufweist, welche nicht rechtwinklig ist bzw. dass die Seitenflächen des Stapels schräg zu den Seitenflächen des Gehäuses verlaufen. Durch die Verwendung eines flexiblen Materials kann dies ausgeglichen werden.According to some embodiments, the at least first and/or the second spacer element has a flexible material, so that when the battery cell stack expands spatially, the material can be pressed in between the battery cell stack on the one hand and the first housing side or the third housing side on the other. The result of this is that the stack can expand spatially, in particular towards the sides of the housing, and at the same time is prevented from shifting by the spacer element. It is also conceivable that the stack has a base that is not rectangular or that the side surfaces of the stack run at an angle to the side surfaces of the housing. This can be compensated for by using a flexible material.

Gemäß einiger Ausführungsformen weist zumindest eines der Beabstandungselemente ein elektrisch isolierendes Material auf. Dadurch wird erreicht, dass der Batteriezellen-Stapel durch das Beabstandungselement zum Gehäuse elektrisch isoliert wird. Gemäß einiger Ausführungsformen weist zumindest eines der Beabstandungselemente ein Aerogel auf. Gemäß einiger Ausführungsformen weist das Aerogel ein Silikat oder einen Kunststoff auf. Diese Materialien sind sehr leicht und elektrisch nicht-leitend.According to some embodiments, at least one of the spacer elements comprises an electrically insulating material. The result of this is that the battery cell stack is electrically insulated from the housing by the spacer element. According to some embodiments, at least one of the spacer elements comprises an airgel. According to some embodiments, the airgel comprises a silicate or a plastic. These materials are very light and electrically non-conductive.

Zumindest eines der Beabstandungselemente kann gleichzeitig als zusätzliche thermische Isolierung zwischen dem Stapel und dem Gehäuse wirken, und indirekt auch zu benachbarten Gehäusen bzw. benachbarten Batteriezellen. Dies kann sich bei der Weiterleitung von Wärme zwischen benachbarten Batteriezellen, die vermieden werden soll, positiv auswirken. Dies ist insbesondere dann relevant, wenn eine Batteriezelle überhitzt, und diese Überhitzung sich auf benachbarte Batteriezellen fortzupflanzen droht. Eine zusätzliche thermische Isolierung kann diesen Prozess zumindest verzögern. Darüber hinaus kann die Kühlung der Batteriezellen über den Gehäuseboden erfolgen.At least one of the spacer elements can simultaneously act as additional thermal insulation between the stack and the housing, and indirectly also to adjacent housings or adjacent battery cells. This can have a positive effect on the transmission of heat between neighboring battery cells, which should be avoided. This is particularly relevant when a battery cell overheats and this overheating threatens to spread to neighboring battery cells. Additional thermal insulation can at least delay this process. In addition, the battery cells can be cooled via the bottom of the housing.

Gemäß einiger Ausführungsformen weist zumindest eines der Beabstandungselemente einen quaderförmigen Körper auf. Der quaderförmige Körper kann einen rechteckigen Querschnitt aufweisen. Es ist auch denkbar, dass das Beabstandungselement einen kubischen Körper aufweist.According to some embodiments, at least one of the spacer elements has a cuboid body. The cuboid body can have a rectangular cross section. It is also conceivable that the spacer element has a cubic body.

Gemäß einiger Ausführungsformen ist zumindest eines der Beabstandungselemente an einer Längsseite des Gehäuses angeordnet. Die Anordnung an der Längsseite, beispielsweise bei einer rechteckigen Grundfläche, ist von Vorteil, da das Beabstandungselement eine größere Fläche und damit ein größeres Volumen, bei vorgegebener Dicke, aufweist, auf welche das sich ausdehnende Volumen des Batteriezellen-Stapels wirkt.According to some embodiments, at least one of the spacer elements is arranged on a longitudinal side of the housing. The arrangement on the longitudinal side, for example with a rectangular base area, is advantageous since the spacer element has a larger area and thus a larger volume, with a given thickness, on which the expanding volume of the battery cell stack acts.

Gemäß einiger Ausführungsformen ist zumindest eines der Beabstandungselemente einstückig ausgeführt. Dies ermöglicht eine genaue Anpassung der Fläche des Beabstandungselements, welche zur Seitenfläche des Stapels zeigt.According to some embodiments, at least one of the spacer elements is made in one piece. This allows for precise adjustment of the spacer face that faces the side face of the stack.

Gemäß einiger Ausführungsformen erstreckt sich die Fläche des Beabstandungselements, welche zur Seitenfläche des Stapels zeigt, über die gesamte Seitenfläche des Batteriezellen-Stapels, so dass bei einer Ausdehnung des Stapels die vom Stapel ausgehende Kraft auf die gesamte Fläche des Beabstandungselements wirkt.According to some embodiments, the surface of the spacer element that faces the side surface of the stack extends over the entire side surface of the battery cell stack. so that when the stack expands, the force emanating from the stack acts on the entire surface of the spacer element.

Gemäß einiger Ausführungsformen erstreckt sich die Fläche des Beabstandungselements, welche zur Seitenfläche des Stapels zeigt, über die gesamte Seitenfläche des Batteriezellen-Stapels hinaus, insbesondere über die gesamte Seitenfläche des Gehäuses. Dies ermöglicht einen zusätzlichen Schutz der Kanten zwischen den Längsseiten des Batteriezellen-Stapels und den Querseiten.According to some embodiments, the surface of the spacer element that faces the side surface of the stack extends beyond the entire side surface of the battery cell stack, in particular over the entire side surface of the housing. This enables additional protection of the edges between the long sides of the battery cell stack and the short sides.

Gemäß einiger Ausführungsformen weist zumindest eines der Beabstandungselemente ein oder mehrere Teilelemente auf. Es ist denkbar, dass mehrere Teilelemente übereinander angeordnet werden, und so das erste oder zweite Beabstandungselement ausbilden. Durch das Zusammensetzen eines Beabstandungselements durch mehrere Teilelemente kann die Größe des jeweils benötigten Beabstandungselements durch die Teilelemente erreicht werden, und es ist nicht für jede Gehäusegröße oder für jede Größe eines Stapels oder der Kombination aus Gehäuse und Batteriezellen-Stapel ein entsprechend angepasstes einstückiges Beabstandungselement erforderlich.According to some embodiments, at least one of the spacer elements has one or more sub-elements. It is conceivable that several partial elements are arranged one above the other and thus form the first or second spacer element. By assembling a spacer element from a plurality of sub-elements, the size of the spacer element required in each case can be achieved by the sub-elements, and a correspondingly adapted one-piece spacer element is not required for every housing size or for every size of a stack or the combination of housing and battery cell stack.

Gemäß einiger Ausführungsformen ist das erste Befestigungselement einstückig ausgeführt und das zweite Befestigungselement weist mehrere Teilelemente auf. Dies kann vorteilhaft sein, wenn eine Seite des Batteriezellen-Stapels im Wesentlichen parallel zur beispielsweise ersten Gehäuseseite verläuft, aber die gegenüberliegende Seite des Batteriezellen-Stapels schräg zur beispielsweise dritten Gehäuseseite verläuft. In diesem Fall könnte ein einstückiges Beabstandungselement zwischen den parallel verlaufenden Seiten des Gehäuses und des Batteriezellen-Stapels verwendet werden, und nebeneinander angeordnete Teilelemente zwischen den Seiten, welche schräg zueinander verlaufen. Hierbei kann es auch von Vorteil sein wenn die Teilelemente unterschiedliche Dicken aufweisen, so dass Teilelemente mit abnehmender Dicke entsprechend in die Richtung des abnehmenden Abstands zwischen den schräg verlaufenden Seiten verwendet werden.According to some embodiments, the first fastening element is designed in one piece and the second fastening element has a plurality of sub-elements. This can be advantageous if one side of the battery cell stack runs essentially parallel to the first side of the housing, for example, but the opposite side of the battery cell stack runs at an angle to the third side of the housing, for example. In this case, a one-piece spacer member could be used between the parallel sides of the housing and the battery cell stack, and juxtaposed sub-members between the sides that are skewed to each other. It can also be advantageous here if the sub-elements have different thicknesses, so that sub-elements with decreasing thickness are used correspondingly in the direction of the decreasing distance between the obliquely running sides.

Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Batteriezellen-Modul, aufweisend mehrere Batteriezellen.A second aspect of the invention relates to a battery cell module having a plurality of battery cells.

Gemäß einiger Ausführungsformen sind die mehreren Batteriezellen elektrisch miteinander gekoppelt. Dadurch kann eine größere Gesamtkapazität oder Gesamtspannung im Vergleich zur Kapazität oder Spannung einer Batteriezelle bereitgestellt werden. Es ist auch denkbar, dass die mehreren Batteriezellen räumlich unmittelbar nebeneinander angeordnet sind, um eine möglichst kompakte Einheit mit geringer Gesamtgröße bereitzustellen.According to some embodiments, the multiple battery cells are electrically coupled to each other. As a result, a greater total capacity or total voltage can be provided compared to the capacity or voltage of a battery cell. It is also conceivable for the multiple battery cells to be arranged spatially directly next to one another in order to provide a unit which is as compact as possible and has a small overall size.

Gemäß einiger Ausführungsformen weisen wenigstens zwei Gehäuse der mehreren Batteriezellen dieselbe Form und Größe auf. Batterie-Module für Kraftfahrzeuge weisen typischerweise mehrere Batteriezellen-Module auf, die längsseitig nebeneinander angeordnet sind. Aufgrund des knapp bemessenen Bauraums in Kraftfahrzeugen ist eine hohe Fertigungstoleranz für jedes Gehäuse einer Batteriezelle erforderlich, so dass auch bei der Aneinanderreihung mehrerer Batteriezellen die vorgegebene Fläche innerhalb der Toleranz liegt. Dies kann leichter erreicht werden, wenn Batteriezellen aneinandergereiht werden, welche dieselbe Größe aufweisen. Die Größe der Batteriezelle ist durch die Gehäusegröße festgelegt. Ein weiterer Vorteil einer einheitlichen Gehäusegröße kann in einer günstigeren Fertigung liegen.According to some embodiments, at least two housings of the multiple battery cells have the same shape and size. Battery modules for motor vehicles typically have a number of battery cell modules which are arranged alongside one another on the long side. Due to the tight installation space in motor vehicles, a high manufacturing tolerance is required for each housing of a battery cell, so that the specified area is within the tolerance even when several battery cells are lined up. This can be achieved more easily when stringing together battery cells that are of the same size. The size of the battery cell is determined by the size of the housing. Another advantage of a uniform housing size can be cheaper production.

Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft die Verwendung eines ersten Beabstandungselements in einer Batteriezelle, wobei

  • - das erste Beabstandungselement zwischen einem Batteriezellen-Stapel und einer ersten Gehäuseseite von mehreren Gehäuseseiten eines Gehäuses angeordnet ist, wobei
  • - eine Stromspange zwischen einer zweiten Gehäuseseite der mehreren Gehäuseseiten des Gehäuses und dem Batteriezellen-Stapel angeordnet ist, welche mit dem Batteriezellen-Stapel elektrisch verbunden ist.
A third aspect of the invention relates to the use of a first spacer element in a battery cell, wherein
  • - The first spacer element is arranged between a battery cell stack and a first housing side of a plurality of housing sides of a housing, wherein
  • - A current clip is arranged between a second housing side of the plurality of housing sides of the housing and the battery cell stack, which is electrically connected to the battery cell stack.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung im Zusammenhang mit der Figur.Further advantages, features and application possibilities of the present invention result from the following detailed description in connection with the figure.

Dabei zeigt die einzige Figur schematisch eine Draufsicht eines Gehäuses einer Batteriezelle mit einem Batteriezellen-Stapel.The single figure shows a schematic top view of a housing of a battery cell with a battery cell stack.

Die Figur zeigt schematisch eine Draufsicht eines Gehäuses 20 einer Batteriezelle 10 mit einem Batteriezellen-Stapel 80. Das Gehäuse 20 weist eine rechteckige Grundfläche auf, welche durch eine erste und eine zweite lange Gehäuseseite 30, 35 sowie einer erste kurzen und einer zweiten kurzen Gehäuseseite 40, 45 eingefasst wird. Die langen Gehäuseseiten 30, 35, die kurzen Gehäuseseiten 40, 45 und die Grundfläche spannen ein Volumen auf, in welchem ein Batteriezellen-Stapel 80 angeordnet ist. Der Batteriezellen-Stapel 80 weist ebenso wie das Gehäuse 20 eine rechteckige Grundfläche auf, jedoch mit einer kleineren Fläche, so dass im eingebauten Zustand die Außenseiten des Stapels von den Gehäuseseiten 30, 35, 40, 45 beabstandet sind. Zwischen dem Batteriezellen-Stapel 80 und den kurzen Gehäuseseiten 40, 45 ist jeweils eine Stromspange 60, 70 angeordnet, welche entsprechend elektrisch negativ oder positiv gepolt sind, so dass über die Stromspangen 60, 70 die Energie der Batteriezelle abgegriffen werden kann. Zwischen dem Batteriezellen-Stapel 80 und den langen Gehäuseseiten 30, 35 sind eine erstes Beabstandungselement 50 und ein zweites Beabstandungselement 55 entsprechend angeordnet. Es ist ebenso denkbar, dass die Beabstandungselemente 50, 55 an den kurzen Gehäuseseiten 40, und die Stromspangen 60, 70 an den langen Gehäuseseiten 30, 35 angeordnet sind. Es soll allerdings vermieden werden, dass die Beabstandungselemente 50, 55 an denselben Gehäuseseiten 40, 45 wie die Stromspangen 60,70 angeordnet sind. Dadurch wird erreicht, dass die Beabstandungselemente 50, 55 in einer vergleichsweisen einfachen Form ausgeführt sein können, beispielsweise quaderförmig, da sie nicht an die Form der Stromspangen 60, 70 angepasst werden müssen. Darüber hinaus sollen die Beabstandungselemente 50, 55 ein sehr leichtes, flexibles und elektrisch nichtleitendes, also isolierendes, Material aufweisen. Das Material kann beispielsweise ein Aerogel auf Silikat- oder Kunststoffbasis aufweisen. Die Beabstandungselemente 50, 55 fixieren bei der Inbetriebnahme den Stapel 80. Wenn sich der Stapel 80 im Laufe seiner Lebensdauer ausdehnt, werden die flexiblen Beabstandungselemente 50, 55 entsprechend eingedrückt, so dass der Stapel 80 sich ausdehnen kann. Gleichzeitig werden durch die flexible Eigenschaft des Materials, welches der Verformung entgegenwirkt, die Beabstandungselemente 50, 55 weiterhin fixiert, und eine Verschiebung des Stapels 80 wird durch die Beabstandungselemente 50, 55 verhindert.The figure shows a schematic plan view of a housing 20 of a battery cell 10 with a battery cell stack 80. The housing 20 has a rectangular base area which is defined by a first and a second long housing side 30, 35 and a first short and a second short housing side 40 , 45 is bordered. The long housing sides 30, 35, the short housing sides 40, 45 and the base span a volume in which a battery cell stack 80 is arranged. Like the housing 20, the battery cell stack 80 has a rectangular base area, but with a smaller area, so that the outsides of the stack are at a distance from the housing sides 30, 35, 40, 45 when installed. Between the battery cell stack 80 and A current clip 60, 70 is arranged on each of the short housing sides 40, 45, which are correspondingly electrically negatively or positively poled, so that the energy of the battery cell can be tapped off via the current clips 60, 70. A first spacer element 50 and a second spacer element 55 are arranged correspondingly between the battery cell stack 80 and the long housing sides 30, 35. It is also conceivable that the spacer elements 50, 55 are arranged on the short sides 40 of the housing and the current clips 60, 70 on the long sides 30, 35 of the housing. However, it should be avoided that the spacer elements 50, 55 are arranged on the same housing sides 40, 45 as the current clips 60,70. The result of this is that the spacer elements 50, 55 can be designed in a comparatively simple form, for example cuboid, since they do not have to be adapted to the form of the current clips 60, 70. In addition, the spacer elements 50, 55 should have a very light, flexible and electrically non-conductive, ie insulating, material. The material can include, for example, an airgel based on silicate or plastic. The spacer elements 50, 55 fix the stack 80 during start-up. If the stack 80 expands over the course of its service life, the flexible spacer elements 50, 55 are correspondingly depressed, so that the stack 80 can expand. At the same time, the spacer elements 50, 55 continue to be fixed due to the flexible property of the material, which counteracts the deformation, and displacement of the stack 80 is prevented by the spacer elements 50, 55.

Die Erfindung eignet sich insbesondere für Lithium-Ionen-Batterien für Kraftfahrzeuge.The invention is particularly suitable for lithium-ion batteries for motor vehicles.

BezugszeichenlisteReference List

1010
Batteriezellebattery cell
2020
GehäuseHousing
3030
Erste lange GehäuseseiteFirst long case side
3535
Zweite lange GehäuseseiteSecond long case side
4040
Erste kurze GehäuseseiteFirst short case side
4545
Zweite kurze GehäuseseiteSecond short case side
5050
Erstes BeabstandungselementFirst spacer element
5555
Zweites BeabstandungselementSecond spacer element
6060
positive Stromspangepositive current clip
7070
negative Stromspangenegative current clip
8080
Batteriezellen-StapelBattery Cell Stack

Claims (13)

Batteriezelle (10), aufweisend - ein Gehäuse (20) mit mehreren Gehäuseseiten (30, 35, 40, 45), - einen Batteriezellen-Stapel (80), welcher innerhalb des Gehäuses (20) angeordnet ist, - wenigstens ein erstes Beabstandungselement (50), welches zwischen dem Batteriezellen-Stapel (80) und einer ersten Gehäuseseite (30) der mehreren Gehäuseseiten (30, 35, 40, 45) des Gehäuses (20) angeordnet ist, wobei - eine erste Stromspange (60) zwischen einer zweiten Gehäuseseite (40) der mehreren Gehäuseseiten (30, 35, 40, 45) des Gehäuses (20) und dem Batteriezellen-Stapel (80) angeordnet ist, welche mit dem Batteriezellen-Stapel (80) elektrisch verbunden ist.Battery cell (10), comprising - a housing (20) with several housing sides (30, 35, 40, 45), - a battery cell stack (80) which is arranged within the housing (20), - At least one first spacer element (50) which is arranged between the battery cell stack (80) and a first housing side (30) of the plurality of housing sides (30, 35, 40, 45) of the housing (20), wherein - a first current clip (60) is arranged between a second housing side (40) of the plurality of housing sides (30, 35, 40, 45) of the housing (20) and the battery cell stack (80), which is connected to the battery cell stack (80 ) is electrically connected. Batteriezelle (10) gemäß Anspruch 1, aufweisend ein zweites Beabstandungselement (55), welches zwischen dem Batteriezellen-Stapel (80) und einer dritten Gehäuseseite (35) der mehreren Gehäuseseiten (30, 35, 40, 45) angeordnet ist, wobei die dritte Gehäuseseite (35) gegenüberliegend zur ersten Gehäuseseite (30) angeordnet ist.Battery cell (10) according to claim 1 , having a second spacer element (55) which is arranged between the battery cell stack (80) and a third housing side (35) of the plurality of housing sides (30, 35, 40, 45), the third housing side (35) being opposite to the first Housing side (30) is arranged. Batteriezelle (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest eines der Beabstandungselemente (50, 55) ein flexibles Material aufweist, sodass das Material bei einer räumlichen Ausdehnung des Batteriezellen-Stapels (80) zwischen dem Batteriezellen-Stapel (80) einerseits und der ersten Gehäuseseite (30) bzw. der dritten Gehäuseseite (35) andererseits eingedrückt werden kann.Battery cell (10) according to one of the preceding claims, wherein at least one of the spacer elements (50, 55) comprises a flexible material, so that when the battery cell stack (80) expands spatially, the material between the battery cell stack (80) on the one hand and the first housing side (30) or the third housing side (35) on the other hand can be pressed. Batteriezelle (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest eines der Beabstandungselemente (50, 55) jeweils ein elektrisch isolierendes Material aufweist.Battery cell (10) according to one of the preceding claims, wherein at least one of the spacer elements (50, 55) each has an electrically insulating material. Batteriezelle (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest eines der Beabstandungselemente (50, 55) ein Aerogel aufweist.Battery cell (10) according to any one of the preceding claims, wherein at least one of the spacer elements (50, 55) comprises an aerogel. Batteriezelle (10) gemäß Anspruch 5, wobei das Aerogel ein Silikat oder einen Kunststoff aufweist.Battery cell (10) according to claim 5 , wherein the airgel comprises a silicate or a plastic. Batteriezelle (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest eines der Beabstandungselemente (50, 55) einen quaderförmigen Körper aufweist.Battery cell (10) according to one of the preceding claims, wherein at least one of the spacer elements (50, 55) has a cuboid body. Batteriezelle (10) gemäß Anspruch 7, wobei zumindest eines der Beabstandungselemente (50, 55) an einer Längsseite (30) des Gehäuses (20) angeordnet ist.Battery cell (10) according to claim 7 , wherein at least one of the spacer elements (50, 55) is arranged on a longitudinal side (30) of the housing (20). Batteriezelle (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest eines der Beabstandungselemente (50, 55) einstückig ausgeführt ist.Battery cell (10) according to one of the preceding claims, wherein at least one of the spacer elements (50, 55) is made in one piece. Batteriezelle (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8, wobei zumindest eines der Beabstandungselemente (50, 55) ein oder mehrere Teilelemente aufweist.Battery cell (10) according to any one of the preceding Claims 1 until 8th , wherein at least one of the spacer elements (50, 55) has one or more sub-elements. Batteriezellen-Modul, aufweisend mehrere Batteriezellen (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.Battery cell module, having a plurality of battery cells (10) according to any one of the preceding claims. Batteriezellen-Modul gemäß Anspruch 11, wobei wenigstens zwei Gehäuse (20) der mehreren Batteriezellen (10) dieselbe Form und Größe aufweisen.Battery cell module according to claim 11 , wherein at least two housings (20) of the plurality of battery cells (10) have the same shape and size. Verwendung eines ersten Beabstandungselements (50) in einer Batteriezelle (10), wobei das erste Beabstandungselement (50) zwischen einem Batteriezellen-Stapel (80) und einer ersten Gehäuseseite (30) von mehreren Gehäuseseiten (30, 35, 40, 45) eines Gehäuses (20) angeordnet ist, wobei eine Stromspange (60, 70) zwischen einer zweiten Gehäuseseite (40) der mehreren Gehäuseseiten (30, 35, 40, 45) des Gehäuses (20) und dem Batteriezellen-Stapel (80) angeordnet ist, welche mit dem Batteriezellen-Stapel (80) elektrisch verbunden ist.Use of a first spacer element (50) in a battery cell (10), the first spacer element (50) between a battery cell stack (80) and a first housing side (30) of a plurality of housing sides (30, 35, 40, 45) of a housing (20) is arranged, wherein a current clip (60, 70) between a second housing side (40) of the plurality of housing sides (30, 35, 40, 45) of the housing (20) and the battery cell stack (80) is arranged, which is electrically connected to the battery cell stack (80).
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DE102020119410A1 (en) 2019-07-23 2021-01-28 Sk Innovation Co., Ltd. Battery module
DE112019004822T5 (en) 2018-09-26 2021-06-02 Gs Yuasa International Ltd. METHOD FOR MANUFACTURING AN ENERGY STORAGE DEVICE AND ENERGY STORAGE DEVICE

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