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Die Erfindung betrifft eine Batteriezelle sowie ein damit ausgestattetes Fahrzeug. Eine Batteriezelle umfasst ein Gehäuse und darin angeordnet mindestens eine Kathode, eine Anode sowie einen Separator.
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Eine Batteriezelle ist ein Stromspeicher, der z. B. in einem Kraftfahrzeug zum Speichern von elektrischer Energie eingesetzt wird. Insbesondere weist z. B. ein Kraftfahrzeug einen Traktionsantrieb (elektrische Maschine) zum Antrieb des Kraftfahrzeuges auf, wobei die elektrische Maschine durch die in der Batteriezelle gespeicherte elektrische Energie antreibbar ist.
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Ein Batteriemodul umfasst insbesondere eine Batteriezelle oder eine Mehrzahl von Batteriezellen, die miteinander elektrisch in Reihe oder parallel geschaltet sind. Einzelne Batteriemodule können miteinander elektrisch in Reihe oder parallel geschaltet werden. Eine Batterieanordnung umfasst mindestens ein Batteriemodul oder ggf. mehrere Batteriemodule.
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Ein vorrangiges Ziel bei der Entwicklung von Batterieanordnungen ist es, dass sämtliche mechanische Lastfälle ohne eine Brandentwicklung und/oder ohne einen elektrischen Kurzschluss ertragen werden müssen. Gerade bei Lithium-Ionen Batteriezellen können mechanische Beschädigungen, hohe Temperaturen und/oder zu hohe elektrische Ströme zu einem thermischen Durchgehen (so genanntes „thermal runaway“) führen.
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Während eines thermischen Durchgehens erhöht sich die Temperatur einer Batteriezelle kontinuierlich und teilweise exponentiell aufgrund der exothermen Reaktionen der Komponenten der Batteriezelle. Dabei können Temperaturen von bis zu 1.000 °C und höher erreicht werden, wobei zusätzlich ggf. gesundheitsgefährdende und/oder brennbare Gase freigesetzt werden können.
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Die ein thermisches Durchgehen beeinflussenden Parameter umfassen einerseits die Komponenten der Batteriezelle (z. B. Kathode, Anode, Separator, Elektrolyt) und können andererseits chemische, elektrochemische, technische sowie pulvermetallurgische Eigenschaften dieser Komponenten betreffen. Gerade die pulvermetallurgischen Bestandteile (Elektrodenbeschichtungen) können z. B. Sauerstoff enthalten, der bei einem thermischen Durchgehen in großer Menge freigesetzt werden kann.
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Ein thermisches Durchgehen ist in jedem Fall zu vermeiden, weil ein einziger derartiger Vorfall an nur einer Batteriezelle eine Zerstörung eines ganzen Batteriemoduls, einer Batterieanordnung oder sogar eines die Batterieanordnung aufweisenden Kraftfahrzeugs bewirken kann. Bei einem thermischen Durchgehen werden große Mengen an Gasen erzeugt, ein flüssiger Elektrolyt kann sich entzünden und benachbart zu der Batteriezelle angeordnetes Material kann verbrennen und/ oder zerstört werden. Unmittelbar vor dem thermischen Durchgehen kann bereits ein hochexplosives und reaktives Gemisch verschiedener Gase erzeugt werden, z. B. umfassend Wasserstoff, Kohlendioxid, Kohlenmonoxid, Ethan, Methan, etc., das von Pulverteilchen umgeben und in einer gasförmigen und/ oder flüssigen Umgebung angeordnet ist. Nach dem Durchbruch des Gasgemisches aus der Batteriezelle reagiert dieses mit der die Batteriezelle ggf. umgebenden Luft, so dass sich die exotherme Reaktion exponentiell beschleunigt.
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Eine derartige explosionsartige Reaktion kann die Batteriezelle umgebenden Komponenten erfassen und schädigen, so dass ggf. eine Kettenreaktion ausgelöst wird.
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Mit zunehmender Energiedichte und steigender Zellgröße zur Batteriepackoptimierung steigt der Energieinhalt einzelner Batteriezellen in den Bereich von bspw. mehr als 150Ah [Amperestunden]. Gerade bei diesen Batteriezellen mit hoher Kapazität muss im Falle eines thermischen Durchgehens ein Propagieren des „Runaways“ zur nächsten Batteriezelle verhindert werden.
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Aus diesem Grund wird die Größe von Batteriezellen bisher dahingehend beschränkt, dass der „thermal runaway“ einer einzelnen Batteriezelle nicht dazu führt, dass weitere Batteriezellen ebenfalls zum „thermal runaway“ getrieben werden. Als Beispiel ist die Wahl von Rundzellen durch Tesla zu erwähnen. Je kleiner die Kapazität einer Batteriezelle ist, desto kleiner ist der beim thermischen Durchgehen freigesetzte Energieinhalt. Zudem wird der Einsatz einer alternativen Zellchemie (z. B. LFP, also Lithium-Eisenphosphat-Akkumulatoren), die kein thermisches Durchgehen zeigt, verfolgt.
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Der Nachteil bei der Verwendung kleiner Batteriezellen ist, dass der Vorteil der großen Batteriezellen auf Systemebene nicht abgerufen werden kann. Es werden also mehr Modulkomponenten, Zellverbinder, etc. benötigt. Bei Verwendung einer anderen Zellchemie, z. B. LFP (also Lithium-Eisenphosphat-Akkumulatoren) können die geforderten Energiedichten zur Fahrzeugreichweitenerhöhung nicht erhöht werden.
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Aus der
DE 10 2012 203 285 A1 ist eine Batteriezellenbaugruppe mit einer Pouchfolie als Gehäuse bekannt, bei der sich ein Kühlelement durch das Gehäuse und über das Gehäuse hinaus erstreckt. Über das Kühlelement kann Wärme aus der Batteriezelle abgeleitet werden.
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Aus der
EP 3 540 845 A1 ist eine Batteriezellenanordnung bekannt, bei der zwischen jeweils zwei Pouchzellen ein Stützrahmen angeordnet ist, der Kühlkanäle aufweist.
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Aus der
US 2020/0052256 A1 ist ein System mit einer Mehrzahl von Pouchzellen bekannt, zwischen denen jeweils eine elektrisch isolierende Schicht angeordnet ist, so dass eine thermische Propagation verhindert werden kann.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die mit Bezug auf den Stand der Technik angeführten Probleme zumindest teilweise zu lösen. Insbesondere soll eine Batteriezelle vorgeschlagen werden, die einerseits eine möglichst große Kapazität aufweist und dabei aber bei einem thermischen Durchgehen eine nur geringe Energiemenge abgibt.
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Zur Lösung dieser Aufgaben trägt eine Batteriezelle mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 bei. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche. Die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können durch erläuternde Sachverhalte aus der Beschreibung und/oder Details aus den Figuren ergänzt werden, wobei weitere Ausführungsvarianten der Erfindung aufgezeigt werden.
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Es wird eine Batteriezelle vorgeschlagen, die zumindest folgendes umfasst:
- • ein, ein Volumen umschließendes Gehäuse und in dem Volumen angeordnet
- • zumindest eine erste Kathode, eine erste Anode sowie einen ersten Separator als erste Komponenten einer ersten Teilzelle;
- • zumindest eine zweite Kathode, eine zweite Anode sowie einen zweiten Separator als zweite Komponente einer zweiten Teilzelle; sowie
- • mindestens eine thermisch isolierende Zwischenschicht, die das Volumen mindestens in ein erstes Teilvolumen, in dem die erste Teilzelle angeordnet ist, und in ein zweites Teilvolumen, in dem die zweite Teilzelle angeordnet ist, aufteilt.
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Das Gehäuse ist insbesondere ein formfestes (also nur ein plastisch verformbares) Gehäuse. Das Gehäuse wird auch als Hardcase bezeichnet und die Batteriezelle z. B. als eine prismatische Zelle.
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Das Gehäuse kann auch als eine Pouchzelle bzw. aus einer Pouchfolie ausgeführt sein. Eine Pouchzelle umfasst ein verformbares Gehäuse bestehend aus einer Pouchfolie und ist damit gerade nicht eine prismatische Zelle (mit einem formfesten Gehäuse). Eine Pouchfolie ist ein bekanntes verformbares Gehäuseteil, dass als Gehäuse für sogenannte Pouchzellen eingesetzt wird. Es handelt sich dabei um ein Kompositmaterial, z. B. umfassend einen Kunststoff und Aluminium.
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Die Komponenten bzw. Elektroden, also Kathode, Anode und Separator, sind insbesondere in bekannter Weise gestapelt oder gestapelt und gewickelt angeordnet und werden von einem Elektrolyten bzw. einer Elektrolytflüssigkeit beaufschlagt.
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Insbesondere umfasst der Begriff Elektroden Elektrodenfolien, also Kathoden und Anoden, und Separatoren, die in einer Teilzelle aufeinandergestapelt oder gestapelt und dann gemeinsam gewickelt angeordnet sind. Die Elektroden können als Einzelblattstapel, Laminierung, Z-Faltung, Jelly Roll angeordnet sein, jeweils in beliebiger Anzahl.
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Die Elektroden sind insbesondere folienartig ausgeführt, weisen also eine große Seitenfläche und eine geringe Dicke auf. Auf der Seitenfläche bzw. auf jeder Seitenfläche der Elektrode ist insbesondere eine Beschichtung mit Aktivmaterial angeordnet. Die Separatoren sind jeweils zwischen den Seitenflächen der benachbart angeordneten unterschiedlichen Elektrodenfolien angeordnet. Insbesondere erstrecken sich unbeschichtete Teile der Elektrodenfolien als Ableiter aus dem Stapel Elektroden heraus.
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Insbesondere sind jeweils die Anoden und die Kathoden innerhalb des Stapels von Elektroden einer Teilzelle miteinander parallelgeschaltet, so dass die Ableiter einer Mehrzahl von Anoden miteinander elektrisch leitend verbunden sind und die Ableiter einer Mehrzahl von Kathoden miteinander elektrisch leitend verbunden sind.
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Die Batteriezelle ist insbesondere eine lithiumhaltige Batteriezelle, insbesondere eine Sekundärzelle, also eine wiederaufladbare Batteriezelle.
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In dem Gehäuse der Batteriezelle bzw. dem davon umschlossenen Volumen sind eine erste Teilzelle und eine zweite Teilzelle angeordnet. Jede der Teilzellen umfasst zumindest eine Kathode, eine Anode sowie einen Separator. Zumindest eine der Teilzellen kann auch eine Mehrzahl von Kathoden und/oder Anoden aufweisen, die aufeinandergestapelt angeordnet sind.
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Insbesondere ist innerhalb des Gehäuses auch ein Elektrolyt vorgesehen.
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Das Gehäuse der Batteriezelle umschließt ein Volumen. Innerhalb des Volumens sind insbesondere keine weiteren Gehäuse vorgesehen. Insbesondere erfolgt also nur ein Schließvorgang des Gehäuses bzw. der Batteriezelle. D. h. insbesondere, dass das Gehäuse z. B. durch ein Schließverfahren, z. B. ein thermisches Fügeverfahren, verschlossen, insbesondere gasdicht verschlossen, wird. Im Rahmen des Schließvorgangs wird insbesondere auch die mindestens eine Zwischenschicht so mit dem Gehäuse verbunden, dass das Volumen in die mindestens zwei Teilvolumina aufgeteilt wird.
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Die mindestens eine Zwischenschicht wirkt insbesondere thermisch isolierend. Insbesondere wirkt die Zwischenschicht auch elektrisch isolierend. Ggf. kann die Zwischenschicht aber elektrisch leitend ausgeführt sein.
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Insbesondere kann durch den Einsatz der mindestens einen Zwischenschicht die große Bauform der Batteriezelle beibehalten werden, wobei nur ein geringer Verlust der Energiedichte der Batteriezelle hingenommen werden muss. Dieser Verlust ist durch die Anordnung der Zwischenschicht und der ggf. angepassten Ausführung der Batteriezelle begründet. Mit der Anordnung der mindestens einen Zwischenschicht wird das Volumen der Batteriezelle in kleinere Volumina mit jeweils geringen Energieinhalten aufgeteilt.
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Bei einem thermischen Durchgehen einer Teilzelle der Batteriezelle besteht somit für das oder die nicht betroffenen Teilzellen bzw. Teilvolumina der Batteriezelle die Möglichkeit, dass diese entweder gar nicht durch Propagation zum thermischen Durchgehen geführt werden oder dass diese Propagation durch den Aufbau der Batteriezelle zumindest deutlich verlangsamt wird. Damit kann unter Umständen auf ansonsten für erforderlich angesehene Sicherheitsmaßnahmen in einer Batterieanordnung verzichtet bzw. deren Anzahl verringert werden. In diesem Fall kann die Energiedichte der, eine Vielzahl von Batteriezellen umfassenden Batterieanordnung erhöht werden. Damit können auch die Herstellungskosten derartiger Batterieanordnungen verringert werden, so dass sich dann auch die Kosten der für diese Batterieanordnung geeignet ausgeführten Batteriezellen reduzieren.
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Mit der vorgeschlagenen Batteriezelle können also Batteriezellen mit großen Volumina bzw. großen Energieinhalten verwendet werden, bei denen ohne die eingesetzte Lösung ein thermisches Durchgehen innerhalb kurzer Zeit zu einer benachbart angeordneten Batteriezelle propagieren würde. Mit dem Einsatz der vorgeschlagenen Batteriezelle kann also trotz großer Energieinhalte diese Zeit zur Propagation verlängert werden, so dass z. B. bestimmte chinesische Normen, die z. B. keine Propagation bzw. kein Versagen des Gehäuses vor Ablauf von 30 Minuten fordern, erfüllt werden können).
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Insbesondere weist die mindestens eine Zwischenschicht eine erste Wärmeleitfähigkeit [Watt/ (Meter x Kelvin)] auf, die höchstens 50 %, bevorzugt höchstens 20 % einer geringsten Wärmeleitfähigkeit einer der Komponenten, also Kathode, Anode, Separator, beträgt.
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Insbesondere sind die Teilzellen durch die Zwischenschicht zumindest flüssigkeitsdicht, ggf. auch gasdicht, voneinander getrennt angeordnet.
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Insbesondere umfasst die mindestens eine Zwischenschicht ein Mica-Material (also ein Glimmer-Material). Als Glimmergruppe, kurz Glimmer oder Mica, bezeichnet man eine Gruppe von Mineralen aus der Abteilung der Schichtsilikate mit dem gleichen atomaren Aufbau. Es kann auch ein alternatives Material für die Zwischenschicht eingesetzt werden.
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Insbesondere sind die Komponenten (also Kathode, Anode, Separator) als Lagen ausgeführt, die sich parallel zur mindestens einen Zwischenschicht erstrecken, wobei in jeder Teilzelle eine Anode benachbart zur Zwischenschicht angeordnet ist.
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Dieser Aufbau wird insbesondere gewählt, weil die Kosten der Anode in der Regel geringer sind als die der Anode.
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Insbesondere umfasst eine Teilzelle also n Kathoden und n+1 Anoden (mit n = 1, 2, 3, ...), wobei die Anoden den Stapel von Kathoden und Anoden hin zum Gehäuse und hin zur Zwischenschicht begrenzen.
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Insbesondere weist die mindestens eine Kathode und die mindestens eine Anode der Teilzelle jeweils mindestens einen Ableiter auf, der sich über das Gehäuse aus dem Volumen nach außen erstreckt. Über die Ableiter sind die Kathoden und Anoden der Batteriezelle und jeder Teilzelle mit einem außerhalb der Batteriezelle angeordneten Stromkreis verbunden, so dass Energie über den Stromkreis aus der Batteriezelle entnommen oder der Batteriezelle zugeführt werden kann.
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Insbesondere sind die Ableiter einzelner Teilzellen auch außerhalb des Gehäuse getrennt voneinander angeordnet, so dass bei einem thermischen Durchgehen einer Teilzelle die Wärme (auch) nicht über die Ableiter hin zu einer benachbarten oder anderen Teilzelle der Batteriezelle übertragen wird.
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Innerhalb einer Teilzelle können die Ableiter einer Mehrzahl von Kathoden und/ oder die Ableiter einer Mehrzahl von Anoden jeweils zusammengeführt und damit die Kathoden bzw. die Anoden miteinander parallelgeschaltet werden. Die innerhalb des Gehäuses miteinander verbundenen Ableiter können dann über einen, sich durch das Gehäuse nach außen erstreckenden gemeinsamen Ableiter mit einem Stromkreis verbunden werden.
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Insbesondere ist das Gehäuse durch eine Pouchfolie gebildet. Insbesondere sind an zumindest einer Gehäuseseite des Gehäuses zwei Pouchfolien zur Ausbildung eines Abdichtbereichs aufeinander angeordnet. Die Pouchfolien bilden insbesondere einen Überlappbereich aus, in dem der Abdichtbereich angeordnet ist. Die mindestens eine Zwischenschicht erstreckt sich in diesen Abdichtbereich hinein. In diesem Abdichtbereich ist eine Siegelnaht angeordnet, über die die Pouchfolien und die mindestens eine Zwischenschicht miteinander verbunden und das Volumen bzw. die über die Zwischenschicht voneinander getrennten Teilvolumina/ der Teilzellen gasdicht abgedichtet ist.
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Insbesondere erstreckt sich die mindestens eine Zwischenschicht entlang des ganzen Rands der flächigen Zwischenschicht in einen Überlappbereich zweier Gehäuseteile, z. B. zweier Pouchfolien. Insbesondere sind die Gehäuseteile in diesem Überlappbereich miteinander gasdicht verbunden, insbesondere über eine Siegelnaht. Die Siegelnaht bildet den Abdichtbereich. Insbesondere erstreckt sich die Zwischenschicht in den Überlappbereich hinein und dabei über den Abdichtbereich hinaus.
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Insbesondere sind innerhalb des Gehäuses eine Mehrzahl von Zwischenschichten angeordnet, wobei innerhalb des Volumens zwei Zwischenschichten durch eine Teilzelle voneinander getrennt angeordnet sind.
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Insbesondere erstreckt sich die mindestens eine Zwischenschicht mäanderförmig gefaltet innerhalb des Gehäuses, wobei in jeder Faltung eine Teilzelle angeordnet ist.
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Es wird eine Batterieanordnung vorgeschlagen, zumindest umfassend eine Vielzahl von Batteriezellen, die miteinander elektrisch in Reihe oder parallel geschaltet sind
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Es wird weiterhin ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, zumindest umfassend eine Traktionseinheit zum Antrieb des Kraftfahrzeuges und die beschriebene Batteriezelle oder die beschriebene Batterieanordnung zur Speicherung einer für den Antrieb der Traktionseinheit vorbestimmten bzw. erforderlichen Energiemenge.
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Die Ausführungen zu der Batteriezelle sind insbesondere auf die Batterieanordnung und das Kraftfahrzeug übertragbar und umgekehrt.
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Die Verwendung unbestimmter Artikel („ein“, „eine“, „einer“ und „eines“), insbesondere in den Patentansprüchen und der diese wiedergebenden Beschreibung, ist als solche und nicht als Zahlwort zu verstehen. Entsprechend damit eingeführte Begriffe bzw. Komponenten sind somit so zu verstehen, dass diese mindestens einmal vorhanden sind und insbesondere aber auch mehrfach vorhanden sein können.
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Vorsorglich sei angemerkt, dass die hier verwendeten Zahlwörter („erste“, „zweite“, ...) vorrangig (nur) zur Unterscheidung von mehreren gleichartigen Gegenständen, Größen oder Prozessen dienen, also insbesondere keine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge dieser Gegenstände, Größen oder Prozesse zueinander zwingend vorgeben. Sollte eine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge erforderlich sein, ist dies hier explizit angegeben oder es ergibt sich offensichtlich für den Fachmann beim Studium der konkret beschriebenen Ausgestaltung. Soweit ein Bauteil mehrfach vorkommen kann („mindestens ein“), kann die Beschreibung zu einem dieser Bauteile, für alle oder ein Teil der Mehrzahl dieser Bauteile gleichermaßen gelten, dies ist aber nicht zwingend.
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Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der beiliegenden Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die angeführten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist es, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und Erkenntnissen aus der vorliegenden Beschreibung zu kombinieren. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Es zeigen:
- 1: zwei Teilzellen einer Batteriezelle in einer perspektivischen Ansicht;
- 2: ein Kraftfahrzeug mit einer, in einer Seitenansicht im Schnitt dargestellten Batteriezelle; und
- 3: die Batteriezelle nach 2 in einer Ansicht von oben.
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1 zeigt eine erste Teilzelle 7 und eine zweite Teilzelle 11 einer Batteriezelle 1 in einer perspektivischen Ansicht. 2 zeigt ein Kraftfahrzeug 20 mit einer, in einer Seitenansicht im Schnitt dargestellten Batteriezelle 1. 3 zeigt die Batteriezelle 1 nach 2 in einer Ansicht von oben. Die 1 bis 3 werden im Folgenden gemeinsam dargestellt.
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Das Kraftfahrzeug 20 umfasst eine Traktionseinheit 21 zum Antrieb des Kraftfahrzeuges 20 und die Batteriezelle 1 zur Speicherung einer für den Antrieb der Traktionseinheit 21 erforderlichen Energiemenge. Die Batteriezelle 1 ist über einen ersten Kontakt 25 und über einen zweiten Kontakt 26 mit einem Stromkreis 24 verbunden. Über den ersten Kontakt 25 sind die erste Anode 5, zweite Anode 9 und dritte Anode 23 der Batteriezelle 1 und über den zweiten Kontakt 26 die Kathoden der Batteriezelle 1 an den Stromkreis 24 angebunden.
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Die Batteriezelle 1 umfasst ein, ein Volumen 2 umschließendes Gehäuse 3 und in dem Volumen 2 angeordnet eine erste Teilzelle 7 und eine zweite Teilzelle 11. Die erste Teilzelle 7 umfasst eine erste Kathode 4, eine erste Anode 5 sowie einen ersten Separator 6 (hier auf beiden Seiten der ersten Kathode 4 angeordnet) als erste Komponenten. Die zweite Teilzelle 11 umfasst eine zweite Kathode 8, eine zweite Anode 9 sowie einen zweiten Separator 10 (hier auf beiden Seiten der zweiten Kathode 8 angeordnet) als zweite Komponenten. Weiter weist jede der Teilzellen 7, 11 eine dritte Anode 23 auf. Die Batteriezelle 1 umfasst weiter eine thermisch isolierende Zwischenschicht 12, die das Volumen 2 in ein erstes Teilvolumen 13, in dem die erste Teilzelle 7 angeordnet ist, und in ein zweites Teilvolumen 14, in dem die zweite Teilzelle 11 angeordnet ist, aufteilt.
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Das Gehäuse 3 ist aus einer Pouchfolie 16 ausgeführt. Die Elektroden, also die Kathoden 4, 8, Anoden 5, 9, 23 und Separatoren 6 sind folienartig ausgeführt, weisen also eine große Seitenfläche und eine geringe Dicke auf. Auf der Seitenfläche bzw. auf jeder Seitenfläche der Elektrodenfolien, also der Kathoden 4, 8 und Anoden 5, 9, 23, ist eine Beschichtung mit Aktivmaterial angeordnet. Die Separatoren 6 sind jeweils zwischen den Seitenflächen der benachbart angeordneten unterschiedlichen Elektrodenfolien angeordnet. Unbeschichtete Teile der Elektrodenfolien 4, 5, 8, 9, 23 erstrecken sich als Ableiter 15 aus dem Stapel Elektroden heraus.
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Die Anoden 5, 9, 23, also die erste Anode 5 und die dritte Anode 23 sowie die zweite Anode 9 und die dritte Anode 23 sind innerhalb des Stapels von Elektroden einer Teilzelle 7, 11 miteinander parallelgeschaltet, so dass die Ableiter 15 der Mehrzahl von Anoden 5, 9, 23 miteinander elektrisch leitend verbunden sind.
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Das Gehäuse 3 der Batteriezelle 1 umschließt ein Volumen 2. Innerhalb des Volumens 2 sind keine weiteren Gehäuse 3 vorgesehen. Es erfolgt also nur ein Schließvorgang des Gehäuses 3 bzw. der Batteriezelle 1. D. h., dass das Gehäuse 3 durch ein Schließverfahren gasdicht verschlossen wird. Im Rahmen des Schließvorgangs ist auch die Zwischenschicht 12 so mit dem Gehäuse 3 verbunden, dass das Volumen 2 in die zwei Teilvolumina 13, 14 aufgeteilt ist.
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Jede Teilzelle 7, 11 umfasst vorliegend eine Kathode 4 bzw. 8 und zwei Anoden 5, 23 bzw. 9, 23, wobei die Anoden 5, 9, 23 den Stapel von Kathoden 4, 8 und Anoden 5, 9, 23 hin zum Gehäuse 3 und hin zur Zwischenschicht 12 begrenzen.
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Die Kathode 4, 8 und die Anoden 5, 9, 23 der Teilzellen 7, 11 weisen jeweils einen Ableiter 15 auf, der sich über das Gehäuse 3 aus dem Volumen 2 nach außen erstreckt. Über die Ableiter 15 sind die Kathoden 4, 8 und die Anoden 5, 9, 23 der Batteriezelle 1 und jeder Teilzelle 7, 11 mit einem außerhalb der Batteriezelle 1 angeordneten Stromkreis 24 verbunden, so dass Energie über den Stromkreis 24 aus der Batteriezelle 1 entnommen oder der Batteriezelle 1 zugeführt werden kann.
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Die Ableiter 15 einzelner Teilzellen 7, 11 sind auch außerhalb des Gehäuse 3 getrennt voneinander angeordnet (siehe 2 und 3), so dass bei einem thermischen Durchgehen einer Teilzelle 7, 11 die Wärme (auch) nicht über die Ableiter 15 hin zu einer benachbarten oder anderen Teilzelle 11, 7 der Batteriezelle 1 übertragen wird.
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Innerhalb einer Teilzelle 7, 11 sind die Ableiter 15 der Mehrzahl von Anoden 5, 23 bzw. 9, 23 jeweils zusammengeführt und miteinander parallelgeschaltet. Die innerhalb des Gehäuses 3 miteinander verbundenen Ableiter 15 sind über einen, sich durch das Gehäuse 3 nach außen erstreckenden gemeinsamen Ableiter 15 mit dem Stromkreis 24 verbunden.
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An vier Gehäuseseiten 17 des Gehäuses 3 sind zwei Pouchfolien 16 zur Ausbildung eines Abdichtbereichs 18 aufeinander angeordnet. Die Pouchfolien 16 bilden einen Überlappbereich 22 aus, in dem der Abdichtbereich 18 angeordnet ist. Die Zwischenschicht 12 erstreckt sich in diesen Abdichtbereich 18 hinein. In diesem Abdichtbereich 18 ist eine Siegelnaht 19 angeordnet, über die die Pouchfolien 16 und die Zwischenschicht 12 miteinander verbunden und das Volumen 2 bzw. die über die Zwischenschicht 12 voneinander getrennten Teilvolumina 13, 14 bzw. die Teilzellen 7, 11 gasdicht abgedichtet ist.
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Die Zwischenschicht 12 erstreckt sich entlang des ganzen Rands der flächigen Zwischenschicht 12 in einen Überlappbereich 22 zweier Gehäuseteile, also der Pouchfolien 16, hier entlang der vier Gehäuseseiten 17.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Batteriezelle
- 2
- Volumen
- 3
- Gehäuse
- 4
- erste Kathode
- 5
- erste Anode
- 6
- erster Separator
- 7
- erste Teilzelle
- 8
- zweite Kathode
- 9
- zweite Anode
- 10
- zweiter Separator
- 11
- zweite Teilzelle
- 12
- Zwischenschicht
- 13
- erstes Teilvolumen
- 14
- zweites Teilvolumen
- 15
- Ableiter
- 16
- Pouchfolie
- 17
- Gehäuseseite
- 18
- Abdichtbereich
- 19
- Siegelnaht
- 20
- Kraftfahrzeug
- 21
- Traktionseinheit
- 22
- Überlappbereich
- 23
- dritte Anode
- 24
- Stromkreis
- 25
- erster Kontakt
- 26
- zweiter Kontakt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012203285 A1 [0012]
- EP 3540845 A1 [0013]
- US 2020/0052256 A1 [0014]
