DE102022108811A1 - Batteriezelle mit mehreren in Reihe geschalteten Batteriezelleinheiten in einem gemeinsamen Zellgehäuse - Google Patents
Batteriezelle mit mehreren in Reihe geschalteten Batteriezelleinheiten in einem gemeinsamen Zellgehäuse Download PDFInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Batteriezelle (3) einer Traktionsbatterie eines elektrisch oder teilelektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs, wobei die Batteriezelle (3) ein Zellgehäuse und zumindest zwei Batteriezelleinheiten (6) aufweist, wobei die Batteriezelleinheiten (6) elektrische Anschlüsse zum elektrischen Kontaktieren der Batteriezelleinheiten (6) aufweist, wobei die Batteriezelleinheiten (6) in dem Zellgehäuse gelagert sind, wobei die zumindest zwei Batteriezelleinheiten (6) innerhalb des Zellgehäuses über die elektrischen Anschlüsse elektrisch miteinander verbunden sind, derart, dass die Batteriezelleinheiten (6) in Reihe geschaltet sind, wobei die Batteriezelle (3) äußere elektrische Anschlüsse aufweist zum elektrischen Kontaktieren der Batteriezelle (3), die mit einem elektrischen Anschluss jeweils einer der Batteriezelleinheiten (6) elektrisch verbunden sind.
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine Batteriezelle einer Traktionsbatterie eines elektrisch oder teilelektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs. Bei der Traktionsbatterie handelt es sich insbesondere um eine Hochvoltbatterie.
- In der Regel besteht eine Batteriezelle aus einem Gehäuse mit zwei Terminals bzw. elektrische Anschlüsse zur elektrischen Kontaktierung. Die Batteriezelle weist in der Regel eine positive Elektrode (Katode), eine negative Elektrode (Anode) und einen Separator auf, der die beiden Elektroden voneinander elektrisch isoliert. Ferner umfasst eine Batteriezelle einen Elektrolyten.
- In der Regel weist eine Batteriezelle mehrere derartige Zellschichten auf.
- Der grundsätzliche Aufbau einer Batteriezelle ist beispielsweise aus der
WO 2020 056 003 A2 bekannt. - Batteriezellen weisen in der Regel ein Gehäuse auf, wobei in diesem Gehäuse in der Regel eine einzige Batteriezelleinheit angeordnet ist. Das Batteriegehäuse dient der mechanischen Stabilisierung und dem mechanischen Schutz der in dem Gehäuse liegenden Batteriezelleinheit und dient bei Verwendung eines flüssigen Elektrolyts häufig auch zur Abdichtung der Batteriezelleinheit nach außen, insofern der Abdichtung des flüssigen Elektrolyts.
- Es sind grundsätzlich unterschiedliche Bauformen von Batteriezellen bekannt, wobei prismatische Batteriezellen und zylindrische Batteriezellen in der Regel eine harte Außenhülle, insofern ein Gehäuse, aufweisen, wohingegen Pouch-Zellen eine weiche Hülle aufweisen, die dementsprechend kein Gehäuse im Sinne der vorliegenden Anmeldung bildet. Wie bereits ausgeführt, ist in einer Batteriezelle in der Regel lediglich eine Batteriezelleinheit angeordnet, wobei diese Batteriezelleinheit eine bestimmte Nennspannung aufweist, wobei diese Nennspannung von den verwendeten Materialien abhängig ist. Bei einer Lithium-Ionen-Zelle bzw. einem Lithium-Ionen-Akkumulator beträgt die Nennspannung etwa 3,7 Volt. Dementsprechend weist auch eine Batteriezelle mit lediglich einer Batteriezelleinheit eine Nennspannung auf, die der der Batteriezelleinheit entspricht. In einem Batteriesystem für elektrisch oder teilelektrisch angetriebene Fahrzeuge müssen daher mehrere Batteriezellen in Reihe verschaltet werden, um eine erwünschte höhere Spannung zu erhalten. In der Regel liegen diese Spannungen bei Traktionsbatterien im Bereich von 400 Volt bis 1 000 Volt. Dementsprechend ist es notwendig, mehr als 100, typischerweise mehrere 100, einzelne Batteriezellen miteinander zu verschalten. Zu diesem Zweck werden in Regel elektrische Leiterstücke an elektrische Kontakte der Batteriezellen angebracht. Dies ist zeitaufwendig und materialaufwendig. Durch die elektrischen Leiterstücke und die notwendigen Verbindungsmittel wird der Bauraumbedarf erhöht und zudem auch das Gewicht der Gesamtbatterie erhöht.
- Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Batteriezelle derart weiterzubilden, dass Material eingespart werden kann, der Bauraumbedarf reduziert wird und zudem der Montageaufwand zur Bildung der Traktionsbatterie verringert wird.
- Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Batteriezelle, die die Merkmale des Patentanspruchs 1 aufweist. Ferner gelöst wird diese Aufgabe durch ein Kraftfahrzeug, das die Merkmale des Patentanspruchs 9 aufweist.
- Die Batteriezelle findet vorzugsweise Anwendung bei einer Traktionsbatterie eines elektrisch oder teilelektrisch angetriebenen Fahrzeugs. Die Batteriezelle weist ein Zellgehäuse und zumindest zwei Batteriezelleinheiten auf, wobei die Batteriezelleinheiten elektrische Anschlüsse zum elektrischen Kontaktieren der Batteriezelleinheiten aufweisen, wobei die Batteriezelleinheiten in dem gemeinsamen Zellgehäuse gelagert sind, wobei die zumindest zwei Batteriezellen innerhalb des Zellgehäuses über die elektrischen Anschlüsse elektrisch miteinander verbunden sind, derart, dass die Batteriezelleinheiten in Reihe geschaltet sind, wobei die Batteriezelle äußere elektrische Anschlüsse aufweist zum elektrischen Kontaktieren der Batteriezelle, wobei die äußeren elektrischen Anschlüsse wiederum mit einem elektrischen Anschluss jeweils einer der Batteriezelleinheiten elektrisch verbunden sind.
- Dadurch, dass die Batteriezelleinheiten in Reihe verschaltet sind, beträgt die Nennspannung der Batteriezelle ein Mehrfaches der Nennspannungen der einzelnen Batteriezelleinheiten.
- Dadurch, dass die Batteriezelleinheiten in dem gemeinsamen Zellgehäuse gelagert sind, benötigen die einzelnen Batteriezelleinheiten kein separates Gehäuse und keine separaten äußeren Anschlüsse mehr. Vielmehr kann die jeweilige Batteriezelleinheit lediglich aus gestapelten Lagen von Anodenmaterial, Katodenmaterial und Separator gebildet sein. Ein stabilisierendes Gehäuse wird aufgrund des gemeinsamen Zellgehäuses nicht benötigt.
- Vorzugsweise handelt es sich bei den Batteriezelleinheiten um Lithium-Ionen-Zellen.
- Vorzugsweise weist die Batteriezelle eine Spannung von zumindest 5 Volt auf.
- Als besonders vorteilhaft wird es angesehen, wenn die elektrische Verbindung zwischen den Batteriezelleinheiten einteilig ausgebildet ist. Beispielsweise können die elektrischen Anschlüsse miteinander verschweißt sein.
- Die äußeren Anschlüsse der Batteriezelle sind vorzugsweise als HV-Terminals ausgebildet und dienen insbesondere zur elektrischen Kontaktierung von weiteren Batteriezellen.
- Als besonders vorteilhaft wird es angesehen, wenn die Batteriezelleinheiten entlang ihrer längsten Seite hintereinander in dem Zellgehäuse angeordnet sind. Dementsprechend weist die Batteriezelle ein relativ langes Zellgehäuse mit mehreren Batteriezellen auf. In der Regel haben besonders lange Batteriezellen einen höheren Innenwiderstand als kürzere Batteriezellen. Da vorliegend die relativ lange Batteriezelle mehrere kürzere Batteriezelleinheiten aufweist, tritt der Nachteil eines erhöhten Innenwiderstands aufgrund der kürzeren Abmessungen der einzelnen Batteriezelleinheiten nicht auf oder ist zumindest geringer.
- In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die jeweilige Batteriezelle einen flüssigen Elektrolyt aufweist, wobei das Zellgehäuse als Behälter für den Elektrolyt dient.
- In diesem Zusammenhang wird es als besonders vorteilhaft angesehen, wenn zwischen der ersten Batteriezelleinheit und der zweiten Batteriezelleinheit ein Dichtelement eingebracht ist, zur Abtrennung des Elektrolyts der ersten Batteriezelleinheit von dem Elektrolyt der zweiten Batteriezelleinheit. Als besonders vorteilhaft wird es angesehen, wenn die elektrische Verbindung zwischen den beiden Batteriezelleinheiten das Dichtelement durchsetzt.
- Als besonders vorteilhaft wird es angesehen, wenn das Zellgehäuse einen Grundkörper aufweist, wobei dieses Strangpressprofil an gegenüberliegenden Seiten offen ist, wobei der Grundkörper an gegenüberliegenden Seiten Öffnungen aufweist, wobei die jeweilige Öffnung, mit einem Verschlusskörper verschlossen ist, wobei der jeweilige Verschlusskörper einen der äußeren elektrischen Anschlüsse aufweist. Als besonders vorteilhaft wird es angesehen, wenn zwischen dem Verschlusskörper und dem Grundkörper ein Dichtelement angeordnet ist, das zum einen der elektrischen Isolation und zum anderen dem dichten Verschließen des Strangpressprofils dient.
- Als besonders vorteilhaft wird es angesehen, wenn es sich bei dem Strangpressprofil um ein Aluminiumprofil handelt.
- Vorzugsweise ist die Batteriezelle als prismatische Batteriezelle ausgebildet.
- Das elektrisch oder teilelektrisch angetriebene Fahrzeug weist eine Traktionsbatterie auf, wobei die Traktionsbatterie zumindest eine der vorbeschriebenen Ausführungsformen der Batteriezelle aufweist, wobei das Fahrzeug eine selbsttragende Karosserie mit zwei in Fahrzeugquerrichtung beabstandeten Schwellern aufweist, wobei die Traktionsbatterie zwischen den Schwellern angeordnet ist, wobei die Batteriezelle eine Längserstreckung aufweist, die zwischen 40 Prozent und 50 Prozent des Abstands der Schweller beträgt.
- Als besonders vorteilhaft wird es angesehen, wenn in Fahrzeugquerrichtung genau zwei solche Batteriezellen hintereinander angeordnet sind, derart, dass die längste Seite der jeweiligen Batteriezelle in Fahrzeugquerrichtung verläuft.
- Vorzugsweise grenzen diese zwei Batteriezellen nicht aneinander an, sondern sind in Fahrzeugquerrichtung beabstandet.
- Vorzugsweise sind die in Fahrzeugquerrichtung benachbarten Batteriezellen nicht unmittelbar miteinander verschaltet.
- In den nachfolgenden Figuren wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, ohne auf dieses beschränkt zu sein. Es zeigen:
-
1 ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug in einer Ansicht in Fahrzeughochrichtung, -
2 einen Teilbereich einer Traktionsbatterie des Kraftfahrzeugs gemäß1 in einer Ansicht in Fahrzeughochrichtung, -
3 einen weiteren Teilbereich der Traktionsbatterie des Kraftfahrzeugs gemäß1 in einer Ansicht in Fahrzeughochrichtung, -
4 eine Batteriezelle der Traktionsbatterie gemäß1 in einer perspektivischen Ansicht, -
5 die Batteriezelle gemäß4 in einer Schnittansicht. - Die
1 zeigt ein Kraftfahrzeug 1 in einer Ansicht in Fahrzeughochrichtung Z, insofern in einer Draufsicht. Das Kraftfahrzeug 1 weist eine Traktionsbatterie 2 auf, wobei diese Traktionsbatterie 2 wiederum mehrere Batteriezellen 3 aufweist. Die Traktionsbatterie 2 ist zwischen zwei in Fahrzeuglängsrichtung X verlaufenden Schwellern 4, die in Fahrzeugquerrichtung Y beabstandet sind, angeordnet. Die jeweilige Batteriezelle 3 weist eine Längserstreckung auf, die etwas weniger als 50 Prozent des Abstands der Schweller 4 beträgt. Wie insbesondere der2 zu entnehmen ist, sind in der Fahrzeugquerrichtung Y jeweils zwei Batteriezellen 3 hintereinander angeordnet, derart, dass die längste Seite der jeweiligen Batteriezelle 3 in Fahrzeugquerrichtung Y verläuft. Diese in Fahrzeugquerrichtung Y benachbarten Batteriezellen 3 sind in Fahrzeugquerrichtung Y. Zudem sind die in Fahrzeugquerrichtung Y benachbarten Batteriezellen 3 nicht unmittelbar miteinander verschaltet. - Die
3 zeigt einen Ausschnitt der2 , wobei in der3 die oberen beiden Batteriezellen 3 in einer Innenansicht dargestellt sind. Eine detailliertere Innenansicht einer derartigen Batteriezelle 3 findet sich in der5 . - Wie insbesondere der
5 zu entnehmen ist, weist die Batteriezelle 3 ein Zellgehäuse 5 auf, wobei in diesem Zellgehäuse 5 genau zwei Batteriezelleinheiten 6 angeordnet sind. Dabei sind die Batteriezelleinheiten 6 entlang ihrer längsten Seite hintereinander in dem Zellgehäuse 5 angeordnet. Bei diesen Batteriezelleinheiten 6 handelt es sich um identisch ausgebildete Batteriezelleinheiten 6, wobei es sich bei diesen Batteriezelleinheiten 6 um Lithium-Ionen-Zellen handelt. Diese Batteriezelleinheiten 6 weisen mehrere Anodenlagen und Katodenlagen auf, wobei die Anodenlagen und Katodenlagen die der jeweiligen Batteriezelleinheit 6 endseitig zusammengeführt sind zu einer Anoden- Kontaktfahne 10 bzw. Katoden-Kontaktfahne 11. Diese Kontaktfahnen 10, 11 bilden elektrische Anschlüsse der jeweiligen Batteriezelleinheit. Die Katodenlagen der einen Batteriezelleinheit 6 ist dabei zu einem ersten äußeren Anschluss 7, nämlich einem Hochvolt-Terminal, der Batteriezelle 3 geführt und mit diesem elektrisch verbunden. Die zusammengeführten Anodenlagen der anderen Batteriezelleinheit 6 sind zu einem anderen äußeren Anschluss 8, nämlich einem weiteren Hochvolt-Terminal, geführt und mit diesem elektrisch verbunden. Die äußeren Anschlüsse 7, 8 sind an gegenüberliegenden Seiten der prismatischen Batteriezelle 3 ausgebildet. - Die beiden äußeren Anschlüsse 7, 8 sind Bestandteil von jeweils einem Verschlussteil, das den als Strangpressprofil ausgebildeten Grundkörper 12 des Zellgehäuses 5 fluiddicht abdichtet. Innerhalb des Zellgehäuses 5 befindet sich ein flüssiger Elektrolyt, wobei in dem Zellgehäuse 5 zwischen den beiden Batteriezelleinheiten 6 ein Dichtelement 13 angeordnet ist, wodurch kein Austausch zwischen dem Elektrolyt der ersten Batteriezelleinheit 6 und dem Elektrolyt der zweiten Batteriezelleinheit 6 möglich ist. Die innenliegenden Kontaktfahnen der Batteriezelleinheiten 6, wobei diese Kontaktfahnen innerhalb des Zellgehäuses 5 miteinander elektrisch verbunden sind, derart, dass die Batteriezelleinheiten 6 in Reihe geschaltet sind. Dementsprechend beträgt die Nennspannung der Batteriezelle 3 etwa das Doppelte der Nennspannungen der beiden Batteriezelleinheiten 6.
- Bezugszeichenliste
-
- 1
- Kraftfahrzeug
- 2
- Traktionsbatterie
- 3
- Batteriezelle
- 4
- Schweller
- 5
- Zellgehäuse
- 6
- Batteriezelleinheit
- 7
- erster Anschluss
- 8
- zweiter Anschluss
- 9
- Dichtung
- 10
- Anoden-Kontaktfahne
- 11
- Katoden-Kontaktfahne
- 12
- Grundkörper
- 13
- Dichtelement
- 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
-
- WO 2020056003 A2 [0004]
Claims (10)
- Batteriezelle (3) einer Traktionsbatterie (2) eines elektrisch oder teilelektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs (1), wobei die Batteriezelle (3) ein Zellgehäuse (5) und zumindest zwei Batteriezelleinheiten (6) aufweist, wobei die Batteriezelleinheiten (6) elektrische Anschlüsse (7, 8) zum elektrischen Kontaktieren der Batteriezelleinheiten (6) aufweist, wobei die Batteriezelleinheiten (6) in dem Zellgehäuse (5) gelagert sind, wobei die zumindest zwei Batteriezelleinheiten (6) innerhalb des Zellgehäuses (5) über die elektrischen Anschlüsse elektrisch miteinander verbunden sind, derart, dass die Batteriezelleinheiten (6) in Reihe geschaltet sind, wobei die Batteriezelle (3) äußere elektrische Anschlüsse aufweist zum elektrischen Kontaktieren der Batteriezelle (3), die mit einem elektrischen Anschluss jeweils einer der Batteriezelleinheiten (6) elektrisch verbunden sind.
- Batteriezelle nach
Anspruch 1 , wobei es sich bei den Batteriezelleinheiten (6) um Lithium-Ionen-Zellen handelt. - Batteriezelle nach
Anspruch 1 oder2 , wobei die Batteriezelle (3) eine Spannung von zumindest 5 Volt aufweist. - Batteriezelle nach einem der
Ansprüche 1 bis3 , wobei die elektrische Verbindung zwischen den Batteriezelleinheiten (6) einteilig ausgebildet ist. - Batteriezelle nach einem der
Ansprüche 1 bis4 , wobei die Batteriezelleinheiten (6) entlang Ihrer längsten Seite hintereinander in dem Zellgehäuse (5) angeordnet sind. - Batteriezelle nach einem der
Ansprüche 1 bis5 , wobei die jeweilige Batteriezelleinheit (6) einen flüssigen Elektrolyt aufweist, wobei das Zellgehäuse (5) als Behälter für den Elektrolyt dient. - Batteriezelle nach
Anspruch 6 , wobei zwischen der ersten Batteriezelleinheit (6) und der zweiten Batteriezelleinheit (6) ein Dichtelement (13) eingebracht ist zur Abdichtung des Elektrolyts der ersten Batteriezelleinheiten (6) von dem Elektrolyt der zweiten Batteriezelleinheit (6). - Batteriezelle nach einem der
Ansprüche 1 bis7 , wobei die Batteriezelle (3) als prismatische Batteriezelle (3) ausgebildet ist, wobei das Zellgehäuse einen Grundkörper (12) auf, wobei dieser Grundkörper (12) als Strangpressprofil ausgebildet ist, wobei der Grundkörper (12) an gegenüberliegenden Enden Öffnungen aufweist, wobei die Öffnungen jeweils mit einem Verschlusskörper verschlossen ist, wobei der jeweilige Verschlusskörper einen der elektrischen Anschlüsse (7, 8) aufweist. - Elektrisch oder teilelektrisch angetriebenes Fahrzeug (1) aufweisend eine Traktionsbatterie (2), wobei die Traktionsbatterie (1) zumindest eine Batteriezelle (3) nach einem der
Ansprüche 1 bis8 aufweist, wobei das Fahrzeug (1) eine selbsttragende Karosserie mit zwei in Fahrzeugquerrichtung (Y) beabstandeten Schwellern (4) aufweist, wobei die Traktionsbatterie (1) zwischen den Schwellern (4) angeordnet ist, wobei die Batteriezelle (3) eine Längserstreckung aufweist, die zwischen 40% und 50% des Abstands der Schweller (4) beträgt. - Elektrisch oder teilelektrisch angetriebenes Fahrzeug nach
Anspruch 9 , wobei in Fahrzeugquerrichtung (Y) genau zwei Batteriezellen (3) nach einem derAnsprüche 1 bis8 hintereinander angeordnet sind, derart, dass die längste Seite der jeweiligen Batteriezelle (3) in Fahrzeugquerrichtung (Y) verläuft.
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2022
- 2022-04-12 DE DE102022108811.1A patent/DE102022108811A1/de active Pending
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