DE102022002115A1 - Batteriezelle, sowie Anordnung und Verfahren zum elektrischen Kontaktieren von Batteriezellen - Google Patents

Batteriezelle, sowie Anordnung und Verfahren zum elektrischen Kontaktieren von Batteriezellen Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Batteriezelle (10), insbesondere Rundzelle, für eine Hochvoltbatterie, insbesondere für eine Hochvoltbatterie eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs, mit einem Zellgehäuse (12), wobei an einer ersten Stirnseite (14) des Zellgehäuses (12) wenigstens ein erster elektrischer Anschlusspol (18) und wenigstens ein zweiter, konzentrisch zu dem ersten Anschlusspol (18) ausgebildeter, elektrischer Anschlusspol (20) angeordnet sind. An der ersten Stirnseite (14) sind wenigstens zwei, zum ersten Anschlusspol (18) symmetrisch angeordnete, Entgasungsöffnungen (22, 24) angeordnet. Der erste Anschlusspol (18) ist gegenüber dem zweiten Anschlusspol (20) in einer Längsrichtung (L) mit einem Höhenversatz (h) erhaben ausgebildet.Die Erfindung betrifft ferner eine Anordnung (100) zum elektrischen Kontaktieren von Batteriezellen (10), insbesondere Rundzellen, sowie ein Verfahren zum elektrischen Kontaktieren von Batteriezellen (10), insbesondere Rundzellen.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Batteriezelle, insbesondere Rundzelle, für eine Hochvoltbatterie, insbesondere für eine Hochvoltbatterie eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs, sowie eine Anordnung und ein Verfahren zum elektrischen Kontaktieren von Batteriezellen, insbesondere Rundzellen.
  • Batteriezellen, insbesondere zylindrische Batteriezellen oder sogenannte Rundzellen, sind üblicherweise nicht in optimaler Weise für den weiteren Verbau zu einem Batteriemodul entworfen, sondern in ihrem Aufbau günstig auf ihren Produktionsprozess ausgelegt. Die Polflächen sind in ihrer Größe stark begrenzt, sodass ein Fügen von Zellverbindern, beispielsweise mittels Schweißen, insbesondere Laserschweißen, nur begrenzt oder erschwert mit kleineren Fügepunkten bzw. Schweißnähten möglich ist. Darüber hinaus ist eine Entgasungsöffnung der Batteriezellen, welche im Fall eines thermischen Ereignisses ein kontrolliertes Entweichen von entstehenden Gasen ermöglicht, oft ungünstig dimensioniert und positioniert. So wird ein Entweichen dieser sogenannten Ventinggase in einem zu einem Batteriemodul verbauten Zustand meist durch überlagernde Bauteile wie z.B. Zellverbinder behindert.
  • Die DE 10 2018 125 618 A1 offenbart eine Schutzeinheit für ein Batteriemodul einer Hochvoltbatterie eines Kraftfahrzeugs, welche zum elektrischen Isolieren von Zellgehäusen prismatischer, zu einem Zellstapel gestapelter Batteriezellen des Batteriemoduls und einem Zellkontaktiersystem des Batteriemoduls dient, welches die Batteriezellen durch elektrisches Verbinden von Zellterminals der Batteriezellen verschaltet. Die Schutzeinheit weist eine vorgeformte Zwischenlage aus einem elektrisch isolierenden Material auf, welche an eine die Zellterminals aufweisende Seite des Zellstapels angelegt ist und somit zerstörungsfrei lösbar zwischen der die Zellterminals aufweisenden Seite des Zellstapels und dem Zellkontaktiersystem angeordnet ist. Die Zwischenlage weist eine mit einer Anzahl von Zellterminals korrespondierende Anzahl von Ausschnitten zum Hindurchführen der Zellterminals beim Auflegen der Zwischenlage auf den Zellstapel auf.
  • Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine für den Verbau in einem Batteriemodul günstige Batteriezelle, insbesondere Rundzelle, für eine Hochvoltbatterie, insbesondere für eine Hochvoltbatterie eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs, zu schaffen.
  • Eine weitere Aufgabe ist es, eine Anordnung zum elektrischen Kontaktieren von solchen Batteriezellen, insbesondere Rundzellen, insbesondere einer Hochvoltbatterie eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs, zu schaffen.
  • Eine weitere Aufgabe ist es, ein Verfahren zum Kontaktieren solcher Batteriezellen, insbesondere Rundzellen, insbesondere einer Hochvoltbatterie eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs, anzugeben.
  • Die vorgenannten Aufgaben werden mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst.
  • Günstige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.
  • Nach einem Aspekt der Erfindung wird eine Batteriezelle, insbesondere Rundzelle, für eine Hochvoltbatterie, insbesondere für eine Hochvoltbatterie eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs, vorgeschlagen, mit einem Zellgehäuse, wobei an einer ersten Stirnseite des Zellgehäuses wenigstens ein erster elektrischer Anschlusspol und wenigstens ein zweiter, konzentrisch zu dem ersten Anschlusspol ausgebildeter, elektrischer Anschlusspol angeordnet sind. Dabei sind an der ersten Stirnseite wenigstens zwei, zum ersten Anschlusspol symmetrisch angeordnete, Entgasungsöffnungen angeordnet. Der erste Anschlusspol ist gegenüber dem zweiten Anschlusspol in einer Längsrichtung mit einem Höhenversatz erhaben ausgebildet.
  • Die vorgeschlagene Batteriezelle weist ein gerichtetes Batteriezelldesign mit zwei einander gegenüberliegenden Entgasungsöffnungen auf, welche voneinander durch den ersten, zentral angeordneten, Anschlusspol in mindestens seinem Durchmesser beabstandet sind.
  • Das Design ermöglicht größtmögliche Polflächen zur weiteren Kontaktierung in einer Art sogenanntem Kontaktierungskorridor. Der zentrale Anschlusspol ist gegenüber dem auf dem Zellgehäuse liegenden zweiten Anschlusspol um eine bestimmte Höhe erhaben angeordnet zum verbesserten weiteren Verbau zum Batteriemodul.
  • Die beiden Polflächen und Entgasungsöffnungen sind zusammen an der ersten Stirnseite als einer Funktionsseite der Zelle günstig angeordnet und dimensioniert, sodass Mantelfläche und Boden des Zellgehäuses der Batteriezelle vollständig dicht verbaut werden können, beispielsweise großflächig verklebt und/oder auch gekühlt werden können.
  • Vorteilhaft ist so ein günstiger Verbau der Batteriezellen zu einem Batteriemodul möglich durch größtmögliche Polflächen. Weiter können Gase bei einem thermischen Ereignis in der Batteriezelle weitestgehend ungehindert austreten.
  • Die vergrößerten Polflächen erlauben größere Kontaktierungsflächen, beispielsweise über größere Schweißnähte, sodass sich Übergangswiderstände verringern und die Leistung des Batteriemoduls verbessert wird.
  • Vergrößerte Polflächen erlauben Reparaturen in der Produktion, sodass der Ausschuss sinkt und Kosten eingespart werden können.
  • Insgesamt weist die vorgeschlagene Batteriezelle gute elektrische Eigenschaften bezüglich Kontaktierung und Übergangswiderständen auf.
  • Das Design ist für verschiedene Dimensionen von zylindrischen Zellen geeignet. Weiter ist eine günstige Flexibilität gegenüber den Werkstoffen vorhanden. Beispielsweise kann das Zellgehäuse aus Aluminium und/oder Stahl, bzw. beispielsweise diffusionsgeglühtem Bandstahl mit elektrolytischer Vernickelung, wie unter Hilumin bekannt, gefertigt werden. Eine Verwendung mit Zellverbindern aus Aluminium- und/oder Kupferwerkstoffen ist möglich. So vereinfacht das vorgeschlagene Batteriezelldesign im Weiteren auch die Produktion von Batteriemodulen.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Batteriezelle kann das Zellgehäuse an der ersten Stirnseite einen Gehäusedeckel aufweisen, welcher als zweiter elektrischer Anschlusspol ausgebildet ist. Dadurch kann die Polfläche des zweiten Anschlusspols vergrößert werden, was die Kontaktierung mit einem Zellverbinder leichter gestalten kann.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Batteriezelle kann der zweite elektrische Anschlusspol auf dem Gehäusedeckel eine Kontaktierungsfläche zwischen den wenigstens zwei Entgasungsöffnungen außerhalb einer Fläche des ersten Anschlusspols aufweisen. Insbesondere kann die Kontaktierungsfläche mit einer Breite ausgebildet sein, welche wenigstens einem Durchmesser des ersten Anschlusspols entspricht. Auf diese Weise ist ein günstig gestalteter sogenannter „Kontaktierungskorridor“ zu Kontaktierung der Batteriezelle möglich.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Batteriezelle kann das Zellgehäuse wenigstens ein Positionierelement aufweisen, welches bei bestimmungsgemäßer Montage in einem Gehäuse eines Batteriemoduls oder einer Hochvoltbatterie mit wenigstens einem in dem Gehäuse angeordneten Gegenelement für eine gerichtete Ausrichtung in dem Gehäuse zusammenwirkt. Durch den gerichteten Verbau der vorgeschlagene Batteriezelle können die Polflächen des zweiten Anschlusspols so ausgerichtet werden, dass die Kontaktierung mit einem Zellverbinder leichter fällt.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Batteriezelle kann das wenigstens eine Positionierelement an einer zweiten, der ersten Stirnseite in Längsrichtung gegenüberliegenden, Stirnseite angeordnet sein. Insbesondere kann das wenigstens eine Positionierelement als Vertiefung ausgebildet sein, welches bei bestimmungsgemäßer Montage mit einem stiftartig ausgebildeten Gegenelement zusammenwirkt. Auf diese Weise ist eine exakte und gerichtete Anordnung der Batteriezellen möglich. Das Positionierelement kann dabei beispielsweise als Vertiefung oder Anschlag im Boden der Batteriezelle ausgebildet sein, welche eine exakte Anordnung und Orientierung beispielsweise an Stiften eines Kühlers als Unterbauteil erlauben.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Batteriezelle können jeweils vier, in Umfangsrichtung um 90° versetzte, Positionierelemente an der zweiten Stirnseite angeordnet sein. So ist eine reproduzierbare und exakte Positionierung der Batteriezellen auf einem Boden eines Batteriegehäuses oder einem Kühler möglich.
  • Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Anordnung zum elektrischen Kontaktieren von Batteriezellen, insbesondere Rundzellen, insbesondere einer Hochvoltbatterie eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs, mit wenigstens einem Zellverbinder vorgeschlagen. Der Zellverbinder weist erste elektrische Kontaktflächen auf einer Seite einer Biegekante zum elektrischen Kontaktieren von ersten elektrischen Anschlusspolen der Batteriezellen und zweite elektrische Kontaktflächen auf einer anderen Seite der Biegekante zum elektrischen Kontaktieren von zweiten elektrischen Anschlusspolen der Batteriezellen auf. Dabei weisen die ersten elektrischen Kontaktflächen einen Höhenversatz gegenüber den zweiten elektrischen Kontaktflächen auf.
  • Die vorgeschlagene Anordnung zum elektrischen Kontaktieren von Batteriezellen, insbesondere Rundzellen ermöglicht eine Verschaltung der Batteriezellen über Zellverbinder mit Biegekante zum Ausgleich eines Höhenunterschieds der Anschlusspole. Außerdem weisen die Zellverbinder günstig positionierte Aussparungen für darunter liegende Entgasungsöffnungen der Batteriezellen auf, sodass bei einem thermischen Ereignis in den Batteriezellen entstehende Gase weitestgehend ungehindert austreten können.
  • Für die komplette Verschaltung zum Batteriemodul können sich die Zellverbinder partiell überlagern, ohne dass ein freies Austreten der Gase beeinflusst wird, da das Zellverbinderdesign mit Aussparungen ebenfalls exakt auf das Zelldesign angepasst werden kann. Die freiwerdenden Gase werden durch die Zellverbinder nach außen geleitet.
  • Vorteilhaft sind verschiedene Verschaltungen der Batteriezellen möglich, serielle Verschaltung, parallele Verschaltung und/oder Kombinationen von serieller und paralleler Verschaltung.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Anordnung kann der Zellverbinder Aussparungen aufweisen, welche bei bestimmungsgemäßer Kontaktierung von Batteriezellen über Entgasungsöffnungen der Batteriezellen angeordnet sind. Die Zellverbinder weisen so günstig positionierte Aussparungen für darunter liegende Entgasungsöffnungen der Batteriezellen auf, sodass bei einem thermischen Ereignis in den Batteriezellen entstehende Gase weitestgehend ungehindert austreten können.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die Anordnung wenigstens zwei Zellverbinder zum Kontaktieren von Batteriezellen aufweisen, welche in einer ersten Reihe und in einer zweiten Reihe angeordnet sind. Die ersten Kontaktflächen des ersten Zellverbinders sind mit den ersten Anschlusspolen der Batteriezellen der ersten Reihe und die zweiten Kontaktflächen des ersten Zellverbinders mit den zweiten Anschlusspolen der Batteriezellen der zweiten Reihe elektrisch verbunden. Die ersten Kontaktflächen des zweiten Zellverbinders sind mit den ersten Anschlusspolen der Batteriezellen der zweiten Reihe elektrisch verbunden. Dabei sind die Aussparungen des zweiten Zellverbinders über den Aussparungen des ersten Zellverbinders angeordnet. Auf diese Weise können die Batteriezellen in geeigneter Verschaltung zu einem Batteriemodul kontaktiert werden. Außerdem erlaubt die exakte Positionierung von Aussparungen der Zellverbinder mit den Entgasungsöffnungen der Batteriezellen ein freies Austreten der entstehenden Gase im Fall eines thermischen Ereignisses in einer Batteriezelle.
  • Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum elektrischen Kontaktieren von Batteriezellen, insbesondere Rundzellen, insbesondere einer Hochvoltbatterie eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs, mit wenigstens einem Zellverbinder vorgeschlagen. Der Zellverbinder weist erste elektrische Kontaktflächen auf einer Seite einer Biegekante und zweite elektrische Kontaktflächen auf einer anderen Seite der Biegekante zum elektrischen Kontaktieren von zweiten elektrischen Anschlusspolen der Batteriezellen auf. Die ersten elektrischen Kontaktflächen weisen einen Höhenversatz gegenüber den zweiten elektrischen Kontaktflächen auf. Die ersten elektrischen Kontaktflächen werden mit ersten elektrischen Anschlusspolen der Batteriezellen und die zweiten elektrischen Kontaktflächen mit zweiten elektrischen Anschlusspolen der Batteriezellen elektrisch verbunden. Insbesondere werden dabei die ersten elektrischen Kontaktflächen mit ersten elektrischen Anschlusspolen der Batteriezellen und die zweiten elektrischen Kontaktflächen mit zweiten elektrischen Anschlusspolen der Batteriezellen verschweißt.
  • Das vorgeschlagene Verfahren zum elektrischen Kontaktieren von Batteriezellen, insbesondere Rundzellen ermöglicht eine Verschaltung der Batteriezellen über Zellverbinder mit Biegekante zum Ausgleich eines Höhenunterschieds der Anschlusspole. Außerdem können durch geeignete Gestaltung der Zellverbinder mit Aussparungen und Positionierung der Zellverbinder darunter liegende Entgasungsöffnungen der Batteriezellen freigehalten werden, sodass bei einem thermischen Ereignis in den Batteriezellen entstehende Gase weitestgehend ungehindert austreten können.
  • Für die komplette Verschaltung zum Batteriemodul können die Zellverbinder so angeordnet werden, dass sie sich partiell überlagern, ohne dass ein freies Austreten der Gase beeinflusst wird. Die freiwerdenden Gase werden durch die Zellverbinder nach außen geleitet.
  • Vorteilhaft sind verschiedene Verschaltungen der Batteriezellen möglich, serielle Verschaltung, parallele Verschaltung und/oder Kombinationen von serieller und paralieler Verschaltung.
  • Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
  • Dabei zeigen:
    • 1 eine isometrische Ansicht einer ersten Stirnseite einer Batteriezelle mit ersten und zweiten Anschlusspolen nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
    • 2 eine Draufsicht auf die erste Stirnseite der Batteriezelle nach 1;
    • 3 eine isometrische Ansicht einer zweiten Stirnseite einer Batteriezelle mit Positionierelementen und einem Gehäuse mit Gegenelementen nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung;
    • 4 eine Draufsicht auf die zweite Stirnseite der Batteriezelle nach 3;
    • 5 eine Draufsicht auf eine Anordnung von Batteriezellen nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, welche mit einem Zellverbinder elektrisch verbunden sind;
    • 6 eine Draufsicht auf eine Anordnung von Batteriezellen nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, welche mit zwei Zellverbindern elektrisch verbunden sind;
    • 7 ein Leitungsschema der Anordnung von Batteriezellen mit zwei Zellverbindern nach 6; und
    • 8 ein Längsschnitt durch einen oberen Bereich einer Batteriezelle der Anordnung nach 6 mit Anschlusspolen, welche mit einem ersten und zweiten Zellverbinder elektrisch verbunden sind.
  • In den Figuren sind gleiche oder gleichartige Komponenten mit gleichen Bezugszeichen beziffert. Die Figuren zeigen lediglich Beispiele und sind nicht beschränkend zu verstehen.
  • 1 zeigt eine isometrische Ansicht einer ersten Stirnseite 14 einer Batteriezelle 10 mit ersten und zweiten Anschlusspolen 18, 20 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, während in 2 eine Draufsicht auf die erste Stirnseite 14 der Batteriezelle 10 dargestellt ist.
  • Die Batteriezelle 10 ist als Rundzelle, für eine Hochvoltbatterie, insbesondere für eine Hochvoltbatterie eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs, ausgebildet und weist ein Zellgehäuse 12 auf, dessen oberer Teil dargestellt ist. An der ersten Stirnseite 14 des Zellgehäuses 12 ist ein erster elektrischer Anschlusspol 18 und ein zweiter, konzentrisch zu dem ersten Anschlusspol 18 ausgebildeter, elektrischer Anschlusspol 20 angeordnet. Das Zellgehäuse 12 weist an der ersten Stirnseite 14 einen Gehäusedeckel 13 auf, welcher als zweiter elektrischer Anschlusspol 20 ausgebildet ist.
  • An der ersten Stirnseite 14 sind weiter zwei, zum ersten Anschlusspol 18 symmetrisch angeordnete, Entgasungsöffnungen 22, 24 angeordnet. Weiter ist der erste Anschlusspol 18 gegenüber dem zweiten Anschlusspol 20 in einer Längsrichtung L mit einem Höhenversatz h erhaben ausgebildet.
  • Der zweite elektrische Anschlusspol 20 weist auf dem Gehäusedeckel 13 eine Kontaktierungsfläche 26 zwischen den wenigstens zwei Entgasungsöffnungen 22, 24 außerhalb einer Fläche des ersten Anschlusspols 18 auf. Insbesondere ist dabei die Kontaktierungsfläche 26 mit einer Breite a ausgebildet, welche wenigstens einem Durchmesser (=doppelter Radius rZP) des ersten Anschlusspols 18 entspricht. Die Kontaktierungsfläche 26 ist durch die beiden nierenförmig ausgebildeten Entgasungsöffnungen 22, 24 eingerahmt.
  • Bei dem in 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der erste zentrale Anschlusspol 18, wie üblicherweise bei Rundzellen, als positiver Pol der Batteriezelle 10 ausgebildet, während der zweite Anschlusspol 20 den negativen Pol darstellt.
  • 3 zeigt eine isometrische Ansicht einer zweiten Stirnseite 16 einer Batteriezelle 10 mit Positionierelementen 28 und einem Gehäuse 50 mit Gegenelementen 52 nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung, während in 4 eine Draufsicht auf die zweite Stirnseite 16 der Batteriezelle 10 dargestellt ist. Die ersten und zweiten Anschlusspole 18, 20 sind nur zur Verdeutlichung mit gepunkteten Linien eingezeichnet, jedoch in der Draufsicht eigentlich nicht sichtbar.
  • Das Zellgehäuse 12 weist vier Positionierelemente 28 auf, welche bei bestimmungsgemäßer Montage in einem Gehäuse 50 eines Batteriemoduls oder einer Hochvoltbatterie mit vier in dem Gehäuse 50 angeordneten Gegenelementen 52 für eine gerichtete Ausrichtung in dem Gehäuse 50 zusammenwirken. Die Positionierelemente 28 sind an einer zweiten, der ersten Stirnseite 14 in Längsrichtung L gegenüber liegenden, Stirnseite 16 angeordnet und als Vertiefung ausgebildet, welche bei bestimmungsgemäßer Montage mit einem stiftartig ausgebildeten Gegenelement 52 zusammenwirken.
  • In 3 ist mit Pfeilen die Montagerichtung der Batteriezelle 10 auf das Gehäuse 50 dargestellt. Das Gehäuse 50 ist als ebener Boden dargestellt und kann beispielsweise einen Gehäuseboden oder eine Kühlplatte darstellen.
  • Die vier Positionierelemente 28 sind an der zweiten Stirnseite 16 in Umfangsrichtung M um 90° versetzt zu einander angeordnet, sodass eine sichere Positionierung der Batteriezelle 10 auf dem Gehäuseteil 50 möglich ist.
  • 5 zeigt eine Draufsicht auf eine Anordnung 100 von Batteriezellen 10 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, welche mit einem Zellverbinder 30 elektrisch verbunden sind. Der Zellverbinder 30 ist gestrichelt dargestellt.
  • Der Zellverbinder 30 weist erste elektrische Kontaktflächen 32 auf einer Seite 42 einer Biegekante 40 zum elektrischen Kontaktieren von ersten elektrischen Anschlusspolen 18 der Batteriezellen 10 und zweite elektrische Kontaktflächen 34 auf einer anderen Seite 44 der Biegekante 40 zum elektrischen Kontaktieren von zweiten elektrischen Anschlusspolen 20 der Batteriezellen 10 auf. Die ersten und zweiten Kontaktflächen 32, 34 sind beispielhaft bei zwei Batteriezellen 10 schraffiert dargestellt, um die Fläche zu verdeutlichen. Die ersten und zweiten Anschlusspole 18, 20 sind der Übersichtlichkeit halber nur bei einer Batteriezelle 10 bezeichnet.
  • Die ersten elektrischen Kontaktflächen 32 des Zellverbinders 30, welche auf einer Seite der Biegekante 40 des Zellverbinders 30 angeordnet sind, weisen einen Höhenversatz h gegenüber den zweiten elektrischen Kontaktflächen 34 auf, welche auf der anderen Seite der Biegekante 40 angeordnet sind.
  • Der Zellverbinder 30 weist Aussparungen 36, 38 auf, welche bei bestimmungsgemäßer Kontaktierung von Batteriezellen 10 über Entgasungsöffnungen 22, 24 der Batteriezellen 10 angeordnet sind, sodass im Fall eines thermischen Ereignisses in einer Batteriezelle 10 Ventinggase 60 aus der Batteriezelle 10 ungehindert austreten können, wie bei einer Batteriezelle 10 in 5 exemplarisch dargestellt ist.
  • 6 zeigt eine Draufsicht auf eine Anordnung 100 von Batteriezellen 10 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, welche mit zwei Zellverbindern 30, 31 elektrisch verbunden sind. Der erste Zellverbinder 30 ist gestrichelt dargestellt, während der zweite Zellverbinder 31 gepunktet dargestellt ist.
  • Die zwei Zellverbinder 30, 31 dienen zum Kontaktieren von Batteriezellen 10, welche in einer ersten Reihe 46 und in einer zweiten Reihe 48 angeordnet sind. Dabei sind die ersten Kontaktflächen 32 des ersten Zellverbinders 30 mit den ersten Anschlusspolen 18 der Batteriezellen 10 der ersten Reihe 46 und die zweiten Kontaktflächen 34 des ersten Zellverbinders 30 mit den zweiten Anschlusspolen 20 der Batteriezellen 10 der zweiten Reihe 48 elektrisch verbunden. Die ersten Kontaktflächen 33 des zweiten Zellverbinders 31 sind mit den ersten Anschlusspolen 18 der Batteriezellen 10 der zweiten Reihe 48 elektrisch verbunden. Die zweiten Kontaktflächen 35 des zweiten Zellverbinders 31 sind jeweils nur angedeutet.
  • Vorteilhaft können die ersten elektrischen Kontaktflächen 32, 33 mit ersten elektrischen Anschlusspolen 18 der Batteriezellen 10 und die zweiten elektrischen Kontaktflächen 34, 35 mit zweiten elektrischen Anschlusspolen 20 der Batteriezellen 10 verschweißt, insbesondere laserverschweißt, werden, um eine sichere und zuverlässige Verbindung zwischen Anschlusspolen 18, 20 und Kontaktflächen 32, 33, 34, 35 herzustellen.
  • Die zwei Zellverbinder sind so übereinander angeordnet, dass dabei die Aussparungen 37, 39 des zweiten Zellverbinders 31 über den Aussparungen 36, 38 des ersten Zellverbinders 30 angeordnet sind, sodass im Fall eines thermischen Ereignisses in einer Batteriezelle 10 Ventinggase 60 aus der Batteriezelle 10 ungehindert austreten können, wie bei zwei Batteriezellen 10 in 6 exemplarisch dargestellt ist.
  • 7 zeigt ein Leitungsschema der Anordnung 100 von Batteriezellen 10 mit zwei Zellverbindern 30, 31 nach 6.
  • Die oberen drei Batteriezellen 10 der ersten Reihe 46 sind über den Zellverbinder 30 an dem herausragenden bzw. höher gelegenen ersten Anschlusspol 18 miteinander parallel verschaltet. Der Zellverbinder 30 kontaktiert hinter der Biegekante 40 ebenfalls die (geometrisch) tieferliegenden zweiten Anschlusspole 20 der zweiten Reihe 48, sodass diese zueinander ebenfalls parallel und seriell zu der ersten Reihe 46 verschaltet sind. Die Länge der Zellverbinder 30, 31 entlang der Reihen 46 und 48 ist variabel (mit Strichlinien der Verschaltung angedeutet), um flexible Anordnungen und Verschaltungen mit beliebiger Anzahl von Batteriezellen 10 zu ermöglichen. Die weitere Verschaltung der Reihen 46 und 48 kann vorteilhaft über kaskadenartiges Anordnen baugleicher Zellverbinder 30, 31 erfolgen.
  • So ist zum Verschalten der Reihen 46 und 48 lediglich ein Zellverbinder 30 notwendig. Soll an die Reihe 48 eine weitere Reihe von Batteriezellen 10 angeschlossen werden, so kann ein weiterer Zellverbinder 31 aufgesetzt werden, usw. für ggf. weitere Reihen von Batteriezellen 10. In dargestellten Ausführungsbeispiel überlagen sich die Zellverbinder 30, 31 über der der zweiten Reihe 48 zumindest partiell, sodass hier zwei Schichten Zellverbinder 30, 31 aufeinander liegen.
  • Dabei sind die Aussparungen 36, 38; 37, 39 in den Zellverbindern 30, 31 exakt derart positioniert und mit den Entgasungsöffnungen 22, 24 der Batteriezellen 10 abgestimmt, dass ein Austreten von Gas aus den Batteriezellen 10 ungehindert stattfinden kann.
  • Die Aussparungen 36, 38; 37, 39 für das Austreten von Gas in den Zellverbindern 30, 31 sind jeweils so angebracht sind, dass auch bei mehreren Schichten an Zellverbindern 30, 31 diese immer passgenau übereinanderliegen. Wenigstens ein Teil der Entgasungsöffnungen 22, 24, insbesondere aber der komplette Ausschnitt einer Berstmembran der Batteriezelle 10, kann durch die Aussparungen sichtbar sein, wenn man auf die erste Stirnseite 14 der Batteriezellen 10 inklusive der Zellverbinder 30, 31 schaut.
  • In 8 ist ein Längsschnitt durch einen oberen Bereich einer Batteriezelle 10 der Anordnung 100 nach 6 dargestellt, mit Anschlusspolen 18, 20, welche mit einem ersten und zweiten Zellverbinder 30, 31 elektrisch verbunden sind.
  • Der erste Zellverbinder 30 ist mit seiner zweiten Kontaktfläche 34 mit dem zweiten Anschlusspol 20 der Batteriezelle 10 verbunden, während der zweite Zellverbinder 31 mit seiner ersten Kontaktfläche 33 mit dem ersten Anschlusspol 18 der Batteriezelle 10 verbunden ist. Der Höhenversatz der beiden Anschlusspole 18, 20 der Batteriezelle 10 entlang der Biegekanten 40 bewirkt, dass die beiden Zellverbinder 30, 31 teilweise übereinander zu liegen kommen. Dabei sind die Zellverbinder 30, 31 so ausgerichtet, dass die Aussparungen 36, 38; 37, 39 übereinander und über den Entgasungsöffnungen 22, 24 der Batteriezellen 10 angeordnet sind, sodass im Fall eines thermischen Ereignisses in einer Batteriezelle 10 Ventinggase 60 aus der Batteriezelle 10 ungehindert austreten können.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Batteriezelle
    12
    Zellgehäuse
    13
    Gehäusedeckel
    14
    erste Stirnseite
    16
    zweite Stirnseite
    18
    erster Anschlusspol
    20
    zweiter Anschlusspol
    22
    Entgasungsöffnung
    24
    Entgasungsöffnung
    26
    Kontaktierungsfläche
    28
    Positionierelement
    30
    Zellverbinder
    31
    Zellverbinder
    32
    erste Kontaktfläche
    33
    erste Kontaktfläche
    34
    zweite Kontaktfläche
    35
    zweite Kontaktfläche
    36
    Aussparung
    37
    Aussparung
    38
    Aussparung
    39
    Aussparung
    40
    Biegekante
    42
    Seite
    44
    Seite
    46
    erste Reihe
    48
    zweite Reihe
    50
    Gehäuse
    52
    Gegenelement
    60
    Ventinggas
    70
    Leitung
    71
    Leitung
    72
    Leitung
    100
    Anordnung
    h
    Höhenversatz
    a
    Breite
    L
    Längsrichtung
    M
    Umfangsrichtung
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102018125618 A1 [0003]

Claims (10)

  1. Batteriezelle (10), insbesondere Rundzelle, für eine Hochvoltbatterie, insbesondere für eine Hochvoltbatterie eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs, mit einem Zellgehäuse (12), wobei an einer ersten Stirnseite (14) des Zellgehäuses (12) wenigstens ein erster elektrischer Anschlusspol (18) und wenigstens ein zweiter, konzentrisch zu dem ersten Anschlusspol (18) ausgebildeter, elektrischer Anschlusspol (20) angeordnet sind, wobei an der ersten Stirnseite (14) wenigstens zwei, zum ersten Anschlusspol (18) symmetrisch angeordnete, Entgasungsöffnungen (22, 24) angeordnet sind, wobei der erste Anschlusspol (18) gegenüber dem zweiten Anschlusspol (20) in einer Längsrichtung (L) mit einem Höhenversatz (h) erhaben ausgebildet ist.
  2. Batteriezelle nach Anspruch 1, wobei das Zellgehäuse (12) an der ersten Stirnseite (14) einen Gehäusedeckel (13) aufweist, welcher als zweiter elektrischer Anschlusspol (20) ausgebildet ist.
  3. Batteriezelle nach Anspruch 2, wobei der zweite elektrische Anschlusspol (20) auf dem Gehäusedeckel (13) eine Kontaktierungsfläche (26) zwischen den wenigstens zwei Entgasungsöffnungen (22, 24) außerhalb einer Fläche des ersten Anschlusspols (18) aufweist, insbesondere wobei die Kontaktierungsfläche (26) mit einer Breite (a) ausgebildet ist, welche wenigstens einem Durchmesser des ersten Anschlusspols (18) entspricht.
  4. Batteriezelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Zellgehäuse (12) wenigstens ein Positionierelement (28) aufweist, welches bei bestimmungsgemäßer Montage in einem Gehäuse (50) eines Batteriemoduls oder einer Hochvoltbatterie mit wenigstens einem in dem Gehäuse (50) angeordneten Gegenelement (52) für eine gerichtete Ausrichtung in dem Gehäuse (50) zusammenwirkt.
  5. Batteriezelle nach Anspruch 4, wobei das wenigstens eine Positionierelement (28) an einer zweiten, der ersten Stirnseite (14) in Längsrichtung (L) gegenüber liegenden, Stirnseite (16) angeordnet ist, insbesondere wobei das wenigstens eine Positionierelement (28) als Vertiefung ausgebildet ist, welches bei bestimmungsgemäßer Montage mit einem stiftartig ausgebildeten Gegenelement (52) zusammenwirkt.
  6. Batteriezelle nach Anspruch 3 oder 4, wobei jeweils vier, in Umfangsrichtung (M) um 90° versetzte, Positionierelemente (28) an der zweiten Stirnseite (16) angeordnet sind.
  7. Anordnung (100) zum elektrischen Kontaktieren von Batteriezellen (10), insbesondere Rundzellen, nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere einer Hochvoltbatterie eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs, mit wenigstens einem Zellverbinder (30, 31), wobei der Zellverbinder (30, 31) erste elektrische Kontaktflächen (32. 33) auf einer Seite (42) einer Biegekante (40) zum elektrischen Kontaktieren von ersten elektrischen Anschlusspolen (18) der Batteriezellen (10) und zweite elektrische Kontaktflächen (34, 35) auf einer anderen Seite (44) der Biegekante (40) zum elektrischen Kontaktieren von zweiten elektrischen Anschlusspolen (20) der Batteriezellen (10) aufweist, wobei die ersten elektrischen Kontaktflächen (32, 33) einen Höhenversatz (h) gegenüber den zweiten elektrischen Kontaktflächen (34, 35) aufweisen.
  8. Anordnung nach Anspruch 7, wobei der Zellverbinder (30, 31) Aussparungen (36, 37; 38, 39) aufweist, welche bei bestimmungsgemäßer Kontaktierung von Batteriezellen (10) über Entgasungsöffnungen (22, 24) der Batteriezellen (10) angeordnet sind.
  9. Anordnung nach Anspruch 8, mit wenigstens zwei Zellverbindern (30, 31) zum Kontaktieren von Batteriezellen (10), welche in einer ersten Reihe (46) und in einer zweiten Reihe (48) angeordnet sind, wobei die ersten Kontaktflächen (32) des ersten Zellverbinders (30) mit den ersten Anschlusspolen (18) der Batteriezellen (10) der ersten Reihe (46) und die zweiten Kontaktflächen (34) des ersten Zellverbinders (30) mit den zweiten Anschlusspolen (20) der Batteriezellen (10) der zweiten Reihe (48) elektrisch verbunden sind, wobei die ersten Kontaktflächen (33) des zweiten Zellverbinders (31) mit den ersten Anschlusspolen (18) der Batteriezellen (10) der zweiten Reihe (48) elektrisch verbunden sind, wobei die Aussparungen (37, 39) des zweiten Zellverbinders (31) über den Aussparungen (36, 38) des ersten Zellverbinders (30) angeordnet sind.
  10. Verfahren zum elektrischen Kontaktieren von Batteriezellen (10), insbesondere Rundzellen, nach einem der Ansprüche 1 bis 6, insbesondere einer Hochvoltbatterie eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs, mit wenigstens einem Zellverbinder (30, 31), wobei der Zellverbinder (30, 31) erste elektrische Kontaktflächen (32, 33) auf einer Seite (42) einer Biegekante (40) und zweite elektrische Kontaktflächen (34, 35) auf einer anderen Seite (44) der Biegekante (40) zum elektrischen Kontaktieren von zweiten elektrischen Anschlusspolen (20) der Batteriezellen (10) aufweist, wobei die ersten elektrischen Kontaktflächen (32, 33) einen Höhenversatz (h) gegenüber den zweiten elektrischen Kontaktflächen (34, 35) aufweisen, wobei die ersten elektrischen Kontaktflächen (32, 33) mit ersten elektrischen Anschlusspolen (18) der Batteriezellen (10) und die zweiten elektrischen Kontaktflächen (34, 35) mit zweiten elektrischen Anschlusspolen (20) der Batteriezellen (10) elektrisch verbunden werden, insbesondere wobei die ersten elektrischen Kontaktflächen (32, 33) mit ersten elektrischen Anschlusspolen (18) der Batteriezellen (10) und die zweiten elektrischen Kontaktflächen (34, 35) mit zweiten elektrischen Anschlusspolen (20) der Batteriezellen (10) verschweißt werden.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102018125618A1 (de) 2018-10-16 2020-04-16 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Schutzeinheit für ein Batteriemodul einer Hochvoltbatterie, Batteriemodul sowie Hochvoltbatterie

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