DE202017101961U1 - Traktionsakkumulator, in particular elongate design with adjacently arranged lithium-ion secondary cells - Google Patents

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Abstract

Traktionsakkumulator (1, 1, 1, 101)mit gestapelten, prismatischen elektrochemischen Sekundärzellen (3, 3, 3, 3),die in einem Schnitt eine rechteckige, längliche Grundform (5, 105) haben, wobei sich die Grundform (5, 105) in einer Breite (11) zu einem Konversionsvolumen (21) mit parallel zueinander geschichteten, aktiven Elementen (19, 119) fortsetzt,und das Volumen (21) Teil eines Modulvolumens (23) des Traktionsakkumulators (1, 1, 1, 101) ist,dadurch gekennzeichnet, dassdie Grundform (5, 105) eine wenigstens entlang einer Langseite (7, 7) verlaufende dreifache Länge (13) im Vergleich zu einer entlang einer Hochseite (9, 9) verlaufenden Höhe (15) der Grundform (5, 105) hat,und dass eine durch den Schnitt sich ergebende Schnittfläche zu wenigstens 80 % eine aktive Fläche (19, 119), idealerweise zu mehr als 92 % eine aktive Fläche (19, 119), aufweist und/oderein sich aus aktiver Fläche (19, 119) mal Breite (11) ergebendes Aktivvolumen (21) wenigstens 60 % des Modulvolumens (23), idealerweise zu mehr als 62 % des Modulvolumens (23), beansprucht.Traktionsakkumulator (1, 1, 1, 101) with stacked, prismatic electrochemical secondary cells (3, 3, 3, 3) having a rectangular, elongated basic shape (5, 105) in a section, wherein the basic form (5, 105 ) continues in a width (11) to a conversion volume (21) with active elements (19, 119) stacked parallel to one another, and the volume (21) is part of a module volume (23) of the traction battery (1, 1, 1, 101) characterized in that the basic shape (5, 105) has a threefold length (13) running along at least one long side (7, 7) compared to a height (15) of the basic shape (5, 5) running along a high side (9, 9). 105), and that a cut surface resulting from the cut has at least 80% an active surface (19, 119), ideally more than 92% an active surface (19, 119), and / or an active surface (19) 19, 119) by width (11) resulting active volume (21) at least 60% of the module volume (23), ideally more than 62% of the module volume (23).

Description

Die vorliegende Erfindung behandelt einen Traktionsakkumulator einer länglichen Bauform, bei dem die Sekundärzellen wie Lithium-Ionen-Sekundärzellen nebeneinander angeordnet ein Akkumulatormodul bilden. Mit anderen Worten, die vorliegende Erfindung behandelt einen Traktionsakkumulator, insbesondere für ein Kraftfahrzeug wie einen Personenkraftwagen, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The present invention deals with a traction accumulator of an elongated design in which the secondary cells, like lithium-ion secondary cells, form an accumulator module next to one another. In other words, the present invention relates to a traction battery, in particular for a motor vehicle such as a passenger car, according to the preamble of claim 1.

Technisches GebietTechnical area

Aus der Literatur und durch Kleinserien sind Elektrofahrzeuge, insbesondere für den Straßenbetrieb, bekannt, die eine größere Anzahl elektrochemischer Sekundärzellen, vorzugsweise auf Lithium-Ionen-Basis, zu einer Hochvolt-(z. B. 400 Volt bis 850 Volt)-Energiequelle elektrisch und mechanisch zusammenschließen. Dabei richtet sich das Augenmerk bei der Entwicklung geeigneter Traktionsakkumulatoren unter anderem auf die technischen Schwierigkeiten

  • • der gewünschten hohen Energiedichte (gemessen z. B. in Wh pro Liter Batterie-Volumen),
  • • auf möglichst geringe Gewichte pro elektrischer Kapazität (gemessen z. B. in Kilo pro Farad),
  • • auf eine möglichst ausgeglichene Wärmeleitfähigkeit (gemessen z. B. in Watt pro Meter und Kelvin) und
  • • auf einen akzeptablen Temperaturgradient (gemessen z. B. in Kelvin pro Meter).
From the literature and by small series are electric vehicles, especially for road use, known that a larger number of secondary electrochemical cells, preferably on lithium-ion basis, to a high-voltage (eg, 400 volts to 850 volts) power source electrically and mechanically join together. The focus in the development of suitable traction batteries, among other things, on the technical difficulties
  • The desired high energy density (measured, for example, in Wh per liter of battery volume),
  • • on the lowest possible weights per electrical capacity (measured eg in kilos per farad),
  • • the most equalized thermal conductivity (measured, for example, in watts per meter and Kelvin) and
  • • to an acceptable temperature gradient (measured eg in Kelvin per meter).

Bei Traktionsakkumulatoren taucht noch die Schwierigkeit auf, dass diese, sollen sie z. B. in einem Personenkraftfahrzeug verbaut werden, möglichst mechanisch stabil, insbesondere verwindungssteif ausgeführt sein sollen. Die Forderungen widersprechen sich zumindest teilweise erheblich. Mechanisch stabile Traktionsakkumulatoren sind in der Regel schwerer und haben deswegen eine geringere Energiedichte pro Gramm als leichter ausgeführte Akkumulatoren, z. B. im Bereich der Unterhaltungselektronik.Traction batteries still the difficulty arises that this, they should be z. B. are installed in a passenger vehicle, as mechanically stable as possible, in particular to perform torsionally stiff. The claims are at least partially contradictory. Mechanically stable traction batteries are usually heavier and therefore have a lower energy density per gram than lighter accumulators, eg. B. in the field of consumer electronics.

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich in dem Gebiet der Traktionsakkumulatoren mit dem Thema, wie ein Akkumulatorenmodul geschaltet werden kann, das einen akzeptablen Kompromiss zwischen den sich widerstreitenden Anforderungen darstellt.The present invention is in the field of traction batteries with the theme of how to switch an accumulator module that represents an acceptable compromise between the conflicting requirements.

Eine in zahlreichen Druckschriften vorgestellte Sekundärzellenbauform ist die prismatische Zelle, die gerne für Lithium-Ionen-Akkumulatoren im mobilen Bereich wie im Kraftfahrzeugbereich eingesetzt wird. Aufgrund der gewünscht kurzen Ladezeiten zum Aufladen eines Traktionsakkumulators werden Überlegungen angestellt, wie die bei der Ladung der Akkumulatoren entstehende Wärme möglichst günstig austragbar ist.A secondary cell design presented in numerous publications is the prismatic cell, which is often used for lithium ion accumulators in the mobile sector, such as in the automotive sector. Due to the desired short charging times for charging a Traktionsakkumulators considerations are made as the heat generated during the charging of the accumulators can be discharged as low as possible.

Hierbei kann erwogen werden, welcher der Akkumulatorentypen, von denen es u. a. solche Typen wie Pouch-Zellen, prismatische Zellen und Hard-Cover-Module gibt, der aussichtsreichste Kandidat für eine optimierte Gestaltung sein kann. Die einzelnen Typen können anhand der Patentliteratur dargestellt werden.In this case, it can be considered which of the types of accumulators of which it u. a. Such types as pouch cells, prismatic cells and hard-cover modules are the most promising candidates for optimized design. The individual types can be represented by the patent literature.

Stand der TechnikState of the art

Die US 2014/154 549 A1 (Anmelderin: GrafTech International Holdings, Inc.; Anmeldetag: 13.08.2012) zeigt eine Stapelanordnung mit Wärmesenke, der die Wärme von den Akkumulatorenzellen über thermische Übertragungsblätter zugeführt werden soll. Wie der 1 der US 2014/154 549 A1 zu entnehmen ist, wird erst durch ein rahmenartiges Gehäuse eine mechanische Festigkeit des Stapels erzeugt.The US 2014/154 549 A1 (Applicant: GrafTech International Holdings, Inc., filing date: Aug. 13, 2012) shows a heatsink stack assembly to which heat is to be supplied from the accumulator cells via thermal transfer sheets. Again 1 of the US 2014/154 549 A1 can be seen, a mechanical strength of the stack is only produced by a frame-like housing.

Die US 2016/049 704 A1 (Anmelderin: GrafTech International Holdings Inc.; Prioritätstag: 04.06.2012) beschreibt eine gestapelte Anordnung von prismatisch geformten Akkumulatoren, die einseitig in einer Wärmesenke eingespannt durch Hitzeverteilplatten die entstehende Wärme beim Laden auf die Wärmesenke übertragen sollen. Die in den Figuren dargestellten Zellen (Sekundärzellen) werden in den Fachkreisen auch als Pouch-Zellen aufgrund ihres laminierten Einpackens bezeichnet. Die Zellen selbst sind aus einem Material gefertigt, bei dem nicht die mechanische Stabilität im Vordergrund steht, sondern die elektrochemische Funktionalität. Daher dürfte der in der US 2016/049 704 A1 vorgeschlagene Stapel aufgrund der unter anderem flexiblen Grafitschicht nicht besonders mechanisch stabil sein.The US 2016/049 704 A1 (Applicant: GrafTech International Holdings Inc., priority date: 04.06.2012) describes a stacked arrangement of prismatic shaped accumulators, which are unilaterally mounted in a heat sink clamped by heat distribution plates to transfer the resulting heat when charging on the heat sink. The cells (secondary cells) shown in the figures are also referred to in the art as pouch cells due to their laminated packing. The cells themselves are made of a material that does not focus on mechanical stability but rather on electrochemical functionality. Therefore, in the US 2016/049 704 A1 proposed stacks due to the inter alia flexible graphite layer not be particularly mechanically stable.

Die US 2016/056 427 A1 (Anmelderin: LG Chem, Ltd.; Anmeldetag: 15.05.2013) startet ebenfalls von den Pouch-Zellen, wobei zwischen zwei Pouch-Zellen ein stabilisierender Cartridge-Rahmen gesamtflächig zwischen den beiden Zellen angeordnet ist. D. h., die mechanische Stabilität wird durch die Vielfache Verwendung von stabilisierenden Rahmen erzeugt.The US 2016/056 427 A1 (Applicant: LG Chem, Ltd., filing date: 15.05.2013) also starts from the pouch cells, wherein between two pouch cells a stabilizing cartridge frame is arranged on the entire surface between the two cells. That is, the mechanical stability is generated by the multiple use of stabilizing frames.

Die DE 603 08 598 T2 (Patentinhaberin: Nissan Motor Co., Ltd.; Erteilungstag: 27.09.2006), auch veröffentlicht als EP 1 376 718 A2 , beschäftigt sich mit Pouch-Zellen. Diese werden in ihren Abmessungen nach verschiedenen Kriterien optimiert. Hierbei werden nahezu unzählige Varianten für einzelne Abmessungen, insbesondere auch tabellarisch, aufgelistet. Ein Leser der EP 1 376 718 A2 kommt also zu den unterschiedlichsten Proportionen, ohne zu wissen, welcher Proportion tatsächlich bei Pouch-Zellen der Vorzug zu geben ist.The DE 603 08 598 T2 (Patent owner: Nissan Motor Co., Ltd., Grant Date: 27.09.2006), also published as EP 1 376 718 A2 , deals with pouch cells. These are optimized in their dimensions according to various criteria. Nearly countless variants for individual dimensions, in particular also tabular, are listed here. A reader of EP 1 376 718 A2 So come on the different proportions, without knowing which proportion is actually to give preference in pouch cells.

Die US 8 231 996 B2 (Patentinhaber: Keith Howard, Sheau-Pyng Lin; Erteilungstag: 20.08.2009) beschäftigt sich mit Rundzellen und offeriert für diese Zellen angeblich geeignete Abmessungen und Verhältnisse.The US 8 231 996 B2 (Patent owner: Keith Howard, Sheau-Pyng Lin, grant day: 20.08.2009) deals with round cells and offered for these cells allegedly suitable dimensions and ratios.

In der DE 10 2009 046 801 A1 (Anmelderin: SB LiMotive Company Ltd.; Offenlegungstag: 19.05.2011) wird eine Batteriezelle beschrieben, bei der eine Länge, die zu einer Grundfläche gehört, zumindest in einer Ausdehnung, die die maximale Ausdehnung sein soll, größer ist als die durch die Seitenfläche definierte Höhe des Batteriezellenkörpers. Die Bodenfläche soll als Kontaktfläche für eine angeschlossene Kühlung dienen. Terminals der Batteriezelle können an zwei sich gegenüberliegenden Seitenflächen angeordnet sein. An der Seitenfläche befindet sich außerdem eine Berstdrucköffnung, vorzugsweise unterhalb des Terminals und mit einem Ventil versehen. Eine Aufteilung der Batteriezelle durch Trennwände in Zelleinheiten dient dazu, Wärme über die Trennwände vom Innenraum zur Oberfläche der Batteriezelle zu leiten.In the DE 10 2009 046 801 A1 (Applicant: SB LiMotive Company Ltd., Disclosure date: 19.05.2011) describes a battery cell in which a length belonging to a base surface is larger than that through the side surface at least in an extent to be the maximum extension defined height of the battery cell body. The bottom surface should serve as a contact surface for a connected cooling. Terminals of the battery cell can be arranged on two opposite side surfaces. On the side surface is also a bursting pressure opening, preferably below the terminal and provided with a valve. A division of the battery cell by partitions in cell units serves to conduct heat through the partitions from the interior to the surface of the battery cell.

Die DE 10 2005 031 504 A1 (Anmelderin: DaimlerChrysler AG; Offenlegungstag: 11.01.2007) beschäftigt sich mit einer Traktionsbatterie auf der Basis von Lithium, bei der der Kühlkörper für einen Stapel aus prismatischen Modulen im Mittelpunkt der Betrachtungen steht. Die einzelnen Zellen im Inneren eines Moduls sind durch Stege voneinander getrennt. In jedem der Stege ist eine Ausnehmung angeordnet. Mit einem zentralen Kühlkörper verbundene Kühlrippen sollen in die Ausnehmungen der Stege hineinragen. Durch diese Gestaltung mit Stegen und in sie hineinragenden Kühlrippen soll es möglich sein, die Gehäuse der einzelnen Module über gießtechnische Herstellungsverfahren zu produzieren.The DE 10 2005 031 504 A1 (Applicant: DaimlerChrysler AG; Disclosure Date: 11.01.2007) is working on a lithium-based traction battery that focuses on the heatsink for a stack of prismatic modules. The individual cells inside a module are separated by webs. In each of the webs a recess is arranged. Cooling ribs connected to a central heat sink should protrude into the recesses of the webs. Due to this design with webs and cooling ribs projecting into them, it should be possible to produce the housings of the individual modules via casting-technical production methods.

Eine um einen elektrochemischen Stapel außen herumgeführte, U-förmige Kühlplatte, so wie in der US 2014/272 513 A1 (Anmelderin: GM Global Technology Operations LLC; Anmeldetag: 13.03.2013) dargestellt, kann die mechanische Stabilität erhöhen, sie erhöht aber auch das Gesamtgewicht des eingeschlossenen Stapels.A guided around an electrochemical stack outside around, U-shaped cooling plate, as in the US 2014/272 513 A1 (Applicant: GM Global Technology Operations LLC, filing date: 13.03.2013) can increase mechanical stability but also increase the overall weight of the enclosed stack.

Ein ähnlicher Ansatz, jedoch nicht mit einem Flüssigkühlmittel, wird in der US 2016/197 386 A1 (Anmelderin: LG Chem, Ltd.; Prioritätstag: 28.08.2013) vorgestellt, bei dem zwei kappenartige Halbgehäuse stapelartige Flachzellen komplett überdecken sollen, wobei die Wärmeabfuhr dadurch verbessert werden soll, dass nach dem Zusammenbau über Füllöffnungen in den Kappen ein thermoplastischer Kunstharz in den den Stapel beinhaltenden Innenraum eingespritzt wird.A similar approach, but not with a liquid coolant, is used in the US 2016/197 386 A1 (Applicant: LG Chem, Ltd., priority date: 28.08.2013) presented in which two cap-like half-housing to completely cover pile-like flat cells, the heat dissipation should be improved by the fact that after assembly through filling openings in the caps a thermoplastic resin in the The interior containing the stack is injected.

Die EP 2 064 758 B1 (Patentinhaberin: LG Chem, Ltd.; Prioritätstag: 18.09.2006) stellt in Bildern einen aus flachen Zellen aufgebauten Stapel dar, der anstelle eines Gehäuses an drei Seiten von elektronischen Platinen bedeckt wird, wobei die mit Metallplatten abgedeckten Seiten durch ein Schienensystem ausgestattet sind, damit zwei Stapel über die Schienen zusammengeschoben werden können. Die Stapel sind außerhalb der Platinen- bzw. Metallplattenabdeckung frei zugänglich. Bei beabsichtigten Leerlauf- und auch Betriebsspannungen im dreistelligen Voltbereich dürfte eine solche Modulbauweise Bedenken wegen fehlender Berührsicherheit erzeugen.The EP 2 064 758 B1 (Patentee: LG Chem, Ltd., priority date: 18.09.2006) depicts in pictures a stack of flat cells covered by electronic boards on three sides instead of a housing, the sides covered with metal plates being provided with a rail system so that two stacks can be pushed together over the rails. The stacks are freely accessible outside of the board or metal plate cover. For intended idling and also operating voltages in the three-digit voltage range, such a modular design is likely to create concerns about the lack of contact safety.

In den beiden Patentanmeldungen US 2012/129 024 A1 (Patentanmelderin: Cobasys, LLC; Prioritätstag: 18.11.2010) und WO 2016/053 403 A1 (Anmelderin: Johnson Controls Technology Company; Prioritätstag: 30.09.2014) wird gezeigt, wie einzelne Module zu größeren Akkumulatoren mechanisch verbunden werden können.In the two patent applications US 2012/129 024 A1 (Applicant: Cobasys, LLC; priority date: 18.11.2010) and WO 2016/053 403 A1 (Applicant: Johnson Controls Technology Company; priority date: 30.09.2014) shows how individual modules can be mechanically connected to form larger accumulators.

Manche der untersuchten Druckschriften beschreiben Akkumulatorenpakete, die nur bedingt für den rauen Einsatz in Kraftfahrzeugen geeignet sind. Bei anderen Bauformen wirkt es so, als ob eine mechanische Stabilität durch Komponenten, die eine starke Gewichtszunahme des Akkumulators verursachen, erkauft wird.Some of the publications examined describe accumulator packages which are only conditionally suitable for rough use in motor vehicles. In other designs, it acts as if a mechanical stability is bought by components that cause a strong weight increase of the accumulator.

Technische SchwierigkeitenTechnical difficulties

Es besteht Bedarf nach einem Arrangement von elektrochemischen Zellen, die ausreichend mechanisch stabil ein akzeptabel geringes Gewicht pro gespeicherter Energie aufweisen. Ideal wäre eine Akkumulatorenbauform, die trotzdem eine kurze Ladezeit dank einprägbaren hohen Ladeströme und damit einhergehenden Wärmeentwicklung bieten kann.There is a need for an arrangement of electrochemical cells that have sufficiently mechanically stable an acceptably low weight per stored energy. Ideal would be an accumulator design, which nevertheless can provide a short charging time thanks to recordable high charging currents and the associated heat development.

Erfindungsbeschreibunginvention description

Die vorliegende Erfindung löst die erfindungsgemäße Aufgabe durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.The present invention solves the problem of the invention by a device according to claim 1. Advantageous further developments can be found in the dependent claims.

Traktionsakkumulatoren sind solche elektrochemischen Sekundärzellen, d. h. elektrochemische Zellen, die mehrfach ge- und entladen werden können und die für einen mobilen Einsatz in Fahrzeugen geeignet sind. Besonders interessant sind Traktionsakkumulatoren für Kraftfahrzeuge. Hierzu gehören Personenkraftwagen.Traction batteries are such secondary electrochemical cells, d. H. Electrochemical cells that can be charged and discharged multiple times and that are suitable for mobile use in vehicles. Particularly interesting are traction batteries for motor vehicles. These include passenger cars.

Die elektrochemischen Sekundärzellen gibt es in vielerlei Bauformen. Eine mögliche Bauform sind die gestapelten, prismatischen Sekundärzellen. Hiervon unterscheiden sich z. B. die weiter oben vorgestellten Pouch-Zellen.The electrochemical secondary cells are available in many types. A possible design are the stacked, prismatic secondary cells. This differs z. For example, the pouch cells presented above.

Ein Sekundärzellentyp, der sich durch die Materialien bzw. Ionen, die in den Sekundärzellen verbaut bzw. vorhanden sind, seinen Namen schafft, sind die Lithium-Ionen-Akkumulatoren. Eigentlich wird damit in der Regel eine Material- bzw. lonenangabe zu einer der beiden Elektroden einer Grundzelle einer Sekundärzelle oder zu einem Elektrolyten die namensgebende Angabe. Unter die Kategorie der Lithium-Ionen-Akkumulatoren fällt eine ganze Gruppe chemisch aktiver, folienartiger Halbzellen und hierfür geeigneter Elektrolyten.A type of secondary cell that makes its name through the materials or ions that are incorporated in the secondary cells are the lithium-ion batteries. As a rule, therefore, a material or ion specification for one of the two electrodes of a basic cell of a secondary cell or for an electrolyte is the name giving information. The category of lithium-ion batteries includes a whole group of chemically active, film-like half-cells and suitable electrolytes.

Als Referenzbauteile oder als häufig vorhandene Baugruppen enthält eine Lithium-Sekundärbatterie im Allgemeinen eine positive Elektrode, eine negative Elektrode, einen Separator und eine nicht-wässrige Elektrolytlösung, die z. B. Lithiumsalz enthalten kann.As reference components or as common components, a lithium secondary battery generally includes a positive electrode, a negative electrode, a separator, and a nonaqueous electrolytic solution, e.g. B. may contain lithium salt.

Die positive Elektrode kann beispielsweise durch die folgenden beiden Schritte geschaffen werden:

  • • erster Schritt Aufbringen einer Mischung aus einem aktiven Material der positiven Elektrode, einem leitfähigen Mittel und einem Bindemittel auf einen positiven Elektrodenstromkollektor und
  • • zweiter Schritt Trocknen der Mischung. Ergänzend kann der Mischung nach Bedarf ein Füllstoff zugesetzt werden.
The positive electrode can be created, for example, by the following two steps:
  • • first step applying a mixture of a positive electrode active material, a conductive agent and a binder to a positive electrode current collector and
  • • second step drying the mixture. In addition, a filler can be added to the mixture as needed.

Im Folgenden werden gebräuchliche Nomenklaturen zu Kennzeichnung der Zusammensetzung chemisch synthetisierbarer Substanzen hinsichtlich der die Substanzen bildenden Elemente und deren relativer Häufigkeit, insbesondere im Hinblick auf deren Molarität, verwendet. Diese Angaben können auch als chemische Formeln bzw. Summenformeln chemischer Verbindungen bezeichnet werden.In the following, common nomenclatures are used to characterize the composition of chemically synthesizable substances in terms of the elements forming the substances and their relative abundance, in particular with regard to their molarity. This information can also be referred to as chemical formulas or molecular formulas of chemical compounds.

Das aktive Material der positiven Elektrode kann z. B. eines oder mehrere der folgenden sein:

  • • eine geschichtete Verbindung wie ein Lithiumkobaltoxid (LiCoO2) oder
  • • ein Lithiumnickeloxid (LiNiO2) oder
  • • eine Verbindung, bei der ein oder mehrere Übergangsmetalle ersetzt sind,
  • • ein Lithiummanganoxid gemäß einer chemischen Formel Li1+xMn2-xO4 (mit x = 0 bis 0,33) oder
    • • ein Lithiummanganoxid wie LiMnO3, LiMn2O3 oder LiMnO2,
    • • ein Lithiumkupferoxid (Li2CuO2;),
    • • ein Vanadiumoxid wie LiV3O8, LiFe3O4, V2O5 oder Cu2V2O7,
    • • ein auf Ni basierendes Lithium-Nickel-Oxid, gemäß einer chemischen Formel LiNi1-xMxO2 (wobei M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B oder Ga und x = 0,01 bis 0,3 ist),
    • • ein Lithium-Mangan-Verbundoxid gemäß einer chemischen Formel LiMn2-xMxO2 (wobei M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn oder Ta und x = 0,01 bis 0,1 ist) oder einer chemischen Formel Li2Mn3MO8 (wobei M = Fe, Co, Ni, Cu oder Zn ist),
    • • LiMn2O4, wobei Li in einer chemischen Formel teilweise durch Erdalkalimetallionen ersetzt ist,
    • • eine Disulfidverbindung oder
    • • Fe2(MoO4)3.
The active material of the positive electrode may, for. One or more of the following:
  • A layered compound such as lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ) or
  • • a lithium-nickel oxide (LiNiO 2 ) or
  • • a compound in which one or more transition metals have been replaced,
  • A lithium manganese oxide according to a chemical formula Li 1 + x Mn 2-x O 4 (where x = 0 to 0.33) or
    • A lithium manganese oxide such as LiMnO 3 , LiMn 2 O 3 or LiMnO 2 ,
    • A lithium copper oxide (Li 2 CuO 2 ;),
    • A vanadium oxide such as LiV 3 O 8 , LiFe 3 O 4 , V 2 O 5 or Cu 2 V 2 O 7 ,
    • A Ni-based lithium-nickel oxide according to a chemical formula LiNi 1-x M x O 2 (where M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B or Ga and x = 0.01 to 0 , 3 is),
    • A lithium-manganese composite oxide according to a chemical formula LiMn 2-x M x O 2 (where M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn or Ta and x = 0.01 to 0.1) or a chemical formula Li 2 Mn 3 MO 8 (where M = Fe, Co, Ni, Cu or Zn),
    • LiMn 2 O 4 , where Li in a chemical formula is partially replaced by alkaline earth metal ions,
    • • a disulfide compound or
    • • Fe 2 (MoO 4 ) 3 .

Leitfähiges Mittel beträgt je nach Zugabe wahlweise 1 bis 30 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Verbindung, einschließlich des aktiven Materials der positiven Elektrode. Das leitfähige Mittel soll insbesondere eine hohe Leitfähigkeit aufweisen. Das leitfähige Mittel wird so ausgewählt, dass es keine chemische Veränderung in einer Batterie induziert, auf die das leitfähige Mittel aufgebracht wird. Es eignen sich zum Beispiel

  • • Graphit, wie natürlicher Graphit oder künstlicher Graphit,
  • • Ruß bzw. Industrie-Ruß, auch bekannt unter der englischen Bezeichnung „carbon black“,
  • • Spaltruß, wie z. B. Acetylen-Schwarz, Ketjen-Schwarz, Channelruß, insb. Kanal-Schwarz,
  • • Furnaceruß, wie z. B. Ofen-Schwarz,
  • • Flammruß, wie z. B. Lampen-Schwarz, oder Summer-Schwarz,
  • • Gasruß,
  • • leitfähige Faser(n), wie Kohlenstofffaser(n) oder Metallfaser(n),
  • • metallisches Pulver, wie Kohlenstofffluoridpulver, Aluminiumpulver oder Nickelpulver,
  • • leitfähige Whisker, wie Zinkoxid oder Kaliumtitanat,
  • • leitfähiges Metalloxid, wie Titanoxid.
Conductive average, depending on the addition, is optionally 1 to 30% by weight, based on the total weight of the compound, including the positive electrode active material. The conductive agent should in particular have a high conductivity. The conductive agent is selected so as to induce no chemical change in a battery to which the conductive agent is applied. They are suitable, for example
  • Graphite, such as natural graphite or artificial graphite,
  • Soot or industrial soot, also known by the name "carbon black",
  • • Split shot, such as Acetylene Black, Ketjen Black, Channel Black, esp. Channel Black,
  • • furnace carbon black, such as B. oven black,
  • • Flammruß, such. B. lamp black, or buzzer black,
  • • gas soot,
  • Conductive fiber (s), such as carbon fiber (s) or metal fiber (s),
  • Metallic powder, such as carbon fluoride powder, aluminum powder or nickel powder,
  • Conductive whiskers, such as zinc oxide or potassium titanate,
  • Conductive metal oxide, such as titanium oxide.

Leitfähige Materialien, wie Polyphenylenderivate, können als leitfähiges Mittel verwendet werden.Conductive materials, such as polyphenylene derivatives, can be used as a conductive agent.

Das Bindemittel ist eine Komponente, die die Bindung zwischen dem aktiven Material und dem leitfähigen Mittel und die Anbindung an den Stromkollektor bildet bzw. unterstützt. Das Bindemittel wird im Allgemeinen in einer Menge von 1 bis 30 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Verbindung, einschließlich des aktiven Materials der positiven Elektrode, zugegeben. Als Beispiele für das Bindemittel sind zu nennen:

  • • Polyvinylidenfluorid,
  • • Polyvinylalkohol,
  • • Carboxymethylcellulose (CMC),
  • • Stärke,
  • • Hydroxypropylcellulose,
  • • regenerierte Cellulose,
  • • Polyvinylpyrrolidon,
  • • Tetrafluorethylen,
  • • Polyethylen,
  • • Polypropylen,
  • • Ethylen-Propylen-Dien-Terpolymer (EPDM),
  • • sulfoniertes EPDM,
  • • Styrol-Butadien-Kautschuk,
  • • Fluorkautschuk und
  • • verschiedene Copolymere.
The binder is a component that forms the bond between the active material and the conductive agent and the connection to the current collector. The binder is generally used in an amount of from 1 to 30% by weight, based on the total weight of the compound, including the positive electrode active material. As examples of the binder may be mentioned:
  • Polyvinylidene fluoride,
  • • polyvinyl alcohol,
  • Carboxymethylcellulose (CMC),
  • • Strength,
  • Hydroxypropyl cellulose,
  • Regenerated cellulose,
  • • polyvinylpyrrolidone,
  • • tetrafluoroethylene,
  • • polyethylene,
  • • polypropylene,
  • Ethylene-propylene-diene terpolymer (EPDM),
  • Sulphonated EPDM,
  • Styrene-butadiene rubber,
  • • fluororubber and
  • • different copolymers.

Der Füllstoff ist eine optionale Komponente, die verwendet wird, um die Expansion der positiven Elektrode zu hemmen. Es gibt keine besondere Einschränkung für den Füllstoff, solange dieser keine chemischen Veränderungen in einer Batterie verursacht, auf die der Füllstoff aufgebracht wird, und er zumindest ein faseriges Material umfasst bzw. daraus hergestellt ist. Beispiele für den Füllstoff sind Olefinpolymere wie Polyethylen sowie Polypropylen, als faseriges Material bzw. Faserstoffe können z. B. Glasfaser oder Kohlefaser in Betracht kommen.The filler is an optional component used to inhibit the expansion of the positive electrode. There is no particular limitation on the filler as long as it does not cause chemical changes in a battery to which the filler is applied and it comprises or is made of at least one fibrous material. Examples of the filler are olefin polymers such as polyethylene and polypropylene, as a fibrous material or fibers may, for. As glass fiber or carbon fiber into consideration.

Die negative Elektrode ist herstellbar, indem ein aktives Material der negativen Elektrode auf einen negativen Elektrodenstromkollektor aufgebracht und getrocknet wird. Die oben beschriebenen Komponenten können wahlweise selektiv zu dem aktiven Material der negativen Elektrode hinzugefügt werden, um deren Eigenschaften weiter zu verbessern.The negative electrode can be produced by applying a negative electrode active material to a negative electrode current collector and drying it. Optionally, the components described above may be selectively added to the negative electrode active material to further enhance their properties.

Als aktives Material der negativen Elektrode kann beispielsweise Kohlenstoff verwendet werden, wie z. B. nicht-graphitisierender Kohlenstoff oder ein Kohlenstoff auf Graphitbasis, ein Metall-Verbundoxid ist verwendbar, wie LixFe2O3 (0 ≦ x ≦ 1), LixWO2 (0 ≦ x ≦ 1), SnxMe1-xMe'yOz (Die Komponenten sind z. B. mit einer Auswahl aus dem folgenden näher bestimmbar: Me als Mn, Fe, Pb, Ge; Me' als Al, B, P, Si, Gruppe 1, 2 und 3 Elemente des Periodensystems, Halogen; 0 ≦ x ≦ 1; 1 ≦ y ≦ 3; 1 ≦ z ≦ 8), geeignet sind auch Lithiummetall, Lithium-Legierungen, Legierungen auf Siliciumbasis, Legierungen auf Zinnbasis, Metalloxide, wie SnO, SnO2, PbO, PbO2, Pb2O3, Pb3O4, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, GeO, GeO2, Bi2O3, Bi2O4 oder Bi2O5, leitfähiges Polymer, wie Polyacetylen, oder ein Li-Co-Ni-basiertes Material.As the active material of the negative electrode, for example, carbon may be used, such as. Non-graphitizing carbon or graphite-based carbon, a metal composite oxide such as Li x Fe 2 O 3 (0 ≦ x ≦ 1), Li x W0 2 (0 ≦ x ≦ 1), Sn x Me 1 -x Me 'y O z (The components are, for example, with a selection from the following in more detail be determined: Me as Mn, Fe, Pb, Ge; Me'. as Al, B, P, Si, group 1, 2, and 3 elements of the periodic table, halogen; 0 ≦ x ≦ 1; 1 ≦ y ≦ 3; 1 ≦ z ≦ 8), lithium metal, lithium alloys, silicon-based alloys, tin-based alloys, metal oxides such as SnO, SnO 2 are also suitable , PbO, PbO 2 , Pb 2 O 3 , Pb 3 O 4 , Sb 2 O 3 , Sb 2 O 4 , Sb 2 O 5 , GeO, GeO 2 , Bi 2 O 3 , Bi 2 O 4 or Bi 2 O 5 , conductive polymer such as polyacetylene, or a Li-Co-Ni based material.

Damit lassen sich für jeweils gewünschte Anwendungsfelder geeignete Materialien miteinander kombinieren, um die Elektroden besonders effizient zu gestalten.This makes it possible to combine suitable materials for the desired fields of application in order to design the electrodes particularly efficiently.

Der Separator ist zwischen der positiven Elektrode und der negativen Elektrode angeordnet. Als Separator kann beispielsweise ein isolierender Dünnfilm mit hoher lonenpermeabilität verwendet werden. Vorzugsweise weist der Dünnfilm eine hohe mechanische Festigkeit auf. Der Separator kann in bevorzugten Ausführungen wahlweise einen Porendurchmesser von 0,01 µm bis 10 µm aufweisen. Besonders vorteilhaft ist eine Dicke des Separators wahlweise zwischen 5 µm bis 300 µm. Als Material für den Separator ist beispielsweise ein Olefinpolymer verwendbar. Das Material kann als ein Blatt oder als ein Vliesstoff bereitgestellt werden. Besonders vorteilhaft ist Polypropylen, das chemische Beständigkeit und Hydrophobie aufweist. Günstige Eigenschaften für den Separator bieten Glasfaser(n) oder Polyethylen. In Ausführungsbeispielen, in denen ein Festelektrolyt, wie ein Polymer, als Elektrolyt verwendet wird, kann der Festelektrolyt auch als Separator fungieren.The separator is disposed between the positive electrode and the negative electrode. As the separator, for example, an insulating thin film having high ion permeability can be used. Preferably, the thin film has a high mechanical strength. In preferred embodiments, the separator may optionally have a pore diameter of 0.01 μm to 10 μm. Particularly advantageous is a thickness of the separator optionally between 5 microns to 300 microns. As the material for the separator, for example, an olefin polymer is usable. The material may be provided as a sheet or as a nonwoven fabric. Particularly advantageous is polypropylene, which has chemical resistance and hydrophobicity. Favorable properties for the separator include glass fiber (s) or polyethylene. In embodiments in which a solid electrolyte such as a polymer is used as the electrolyte, the solid electrolyte may also function as a separator.

Die nicht-wässrige Elektrolytlösung mit Lithiumsalz umfasst eine polare organische Elektrolytlösung und mindestens ein Salz des Lithiums. Als elektrolytische Lösung kann eine nicht-wässrige flüssige Elektrolytlösung, ein organischer Festelektrolyt oder ein anorganischer Festelektrolyt verwendet werden. Der Elektrolyt kann chemisch unterschiedliche Bestandteile aufweisenThe nonaqueous electrolyte solution with lithium salt comprises a polar organic electrolyte solution and at least one salt of lithium. As the electrolytic solution, a nonaqueous liquid electrolytic solution, an organic solid electrolyte or an inorganic solid electrolyte may be used. The electrolyte may have chemically different components

Als Beispiele für die nicht-wässrige flüssige Elektrolytlösung können nicht-protische organische Lösungsmittel wie N-Methyl-2-pyrrolidinon, Propylencarbonat, Ethylencarbonat, Butylencarbonat, Dimethylcarbonat, Diethylcarbonat, gamma-Butyro-Lacton, 1,2-Dimethoxyethan, Tetrahydroxy-Franc, 2-Methyltetrahydrofuran, Dimethylsulfoxid, 1,3-Dioxolan, Formamid, Dimethylformamid, Dioxolan, Acetonitril, Nitromethan, Methylformiat, Methylacetat, Phosphorsäuretriester, Trimethoxymethan, Dioxolanderivate, Sulfolan, Methylsulfolan, 1,3-Dimethyl-2-imidazolidinon, Propylencarbonatderivate, Tetrahydrofuranderivate, Ether, Methylpropionat sowie Ethylpropionat genannt werden.As examples of the nonaqueous liquid electrolytic solution, non-protic organic solvents such as N-methyl-2-pyrrolidinone, propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, gamma-butyro-lactone, 1,2-dimethoxyethane, tetrahydroxy-franc, 2-methyltetrahydrofuran, dimethyl sulfoxide, 1,3-dioxolane, formamide, dimethylformamide, dioxolane, acetonitrile, nitromethane, methyl formate, methyl acetate, phosphoric acid triester, trimethoxymethane, dioxolane derivatives, sulfolane, methylsulfolane, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, propylenecarbonate derivatives, tetrahydrofuran derivatives, Ether, methyl propionate and ethyl propionate may be mentioned.

Als Beispiele für geeignete organische Festelektrolyte können Polyethylenderivate, Polyethylenoxidderivate, Polypropylenoxidderivate, Phosphorsäureesterpolymere, Polyreaktionslysin, Polyestersulfid, Polyvinylalkohole, Polyvinylidenfluorid und Polymere mit ionischen Dissoziationsgruppen genannt werden.As examples of suitable organic solid electrolytes may be mentioned polyethylene derivatives, polyethylene oxide derivatives, polypropylene oxide derivatives, phosphoric acid ester polymers, polyreaktionslysine, polyester sulfide, polyvinyl alcohols, polyvinylidene fluoride and polymers having ionic dissociation groups.

Als Beispiele für geeignete anorganische Festelektrolyten können Nitride, Halogenide oder Sulfate von Lithium (Li) mit gebräuchlichen chemischen Kurzbezeichnungen für deren Zusammensetzung wie Li3N, LiI, Li5NI2, Li3N-LiI-LiOH, LiSiO4, LiSiO4-LiI-LiOH, Li2SiS3, Li4SiO4, Li4SiO4-LiI-LiOH und Li3PO4-Li2S-SiS2 genannt werden. As examples of suitable inorganic solid electrolytes, nitrides, halides or sulfates of lithium (Li) with common chemical abbreviations for their composition such as Li 3 N, LiI, Li 5 NI 2 , Li 3 N-LiI-LiOH, LiSiO 4 , LiSiO 4 - LiI-LiOH, Li 2 SiS 3 , Li 4 SiO 4 , Li 4 SiO 4 -LiI-LiOH and Li 3 PO 4 -Li 2 S-SiS 2 .

Das Lithiumsalz ist ein Material, das in den oben erwähnten nicht-wässrigen Elektrolyten leicht löslich ist. Das Lithiumsalz kann beispielsweise eines oder mehrere der folgenden umfassen: LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, CF3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, Chlorboranlithium, niederes aliphatisches Carbonsäurelithium, Lithiumtetraphenylborat und Imidoverbindungen.The lithium salt is a material which is easily soluble in the above-mentioned nonaqueous electrolytes. The lithium salt may for example comprise one or more of the following: LiCl, LiBr, LiI, LiClO 4 , LiBF 4 , LiB 10 Cl 10 , LiPF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiCF 3 CO 2 , LiAsF 6 , LiSbF 6 , LiAlCl 4 , CH 3 SO 3 Li, CF 3 SO 3 Li, (CF 3 SO 2 ) 2 NLi, chloroborane lithium, lower aliphatic carboxylic acid lithium, lithium tetraphenylborate and imido compounds.

Mit einer Auswahl aus den genannten Materialien für Elektrolyten lässt sich der Elektrolyt besonders gut auf das gewählte Elektrodenmaterial einstellen. Hierdurch sind gute Betriebseigenschaften, wie günstige Lade-/Entladecharakteristiken für Akkus bzw. elektrische Energiespeicherzellen, einstellbar.With a selection of the above-mentioned materials for electrolytes, the electrolyte can be adjusted particularly well to the selected electrode material. As a result, good operating characteristics, such as favorable charge / discharge characteristics for batteries or electrical energy storage cells, adjustable.

Zusätzlich können zur weiteren Verbesserung der Ladungs- und Entladungseigenschaften sowie als Flammschutzmittel beispielsweise Pyridin, Triethylphosphit, Triethanolamin, cyclischer Ether, Ethylendiamin, n-Glyme, Hexaphosphorsäuretriamid, Nitrobenzolderivate, Schwefel-, Chinoniminfarbstoffe, N-substituiertes Oxazolidinon, N, N-substituiertes Imidazolidin, Ethylenglykoldialkylether, Ammoniumsalze, Pyrrol, 2-Methoxyethanol, Aluminiumtrichlorid oder vergleichbares der nicht-wässrigen Elektrolytlösung zugesetzt werden. Unter Umständen kann die nicht-wässrige Elektrolytlösung für die Eigenschaft der schweren Entflammbarkeit zusätzlich halogenhaltige Lösungsmittel wie Tetrachlorkohlenstoff und Ethylentrifluorid enthalten. Weiterhin kann zur weiteren Verbesserung der Hochtemperatur-Beständigkeit die nicht-wässrige Elektrolytlösung zusätzlich Kohlendioxidgas enthalten.In addition, pyridine, triethyl phosphite, triethanolamine, cyclic ethers, ethylenediamine, n-glyme, hexaphosphoric triamide, nitrobenzene derivatives, sulfur, chinonimine dyes, N-substituted oxazolidinone, N, N-substituted imidazolidine, for example, can further improve the charge and discharge properties and as flame retardants. Ethylene glycol dialkyl ethers, ammonium salts, pyrrole, 2-methoxyethanol, aluminum trichloride or the like of the nonaqueous electrolytic solution. In some circumstances, the non-aqueous electrolyte solution for the high flammability property may additionally contain halogenated solvents such as carbon tetrachloride and ethylene trifluoride. Furthermore, to further improve the high temperature resistance, the nonaqueous electrolytic solution may additionally contain carbon dioxide gas.

Die elektrochemischen Sekundärzellen des Traktionsakkumulators, die insbesondere Lithium-Ionen-Zellen sind, sind prismatische Sekundärzellen, die gestapelt zueinander angeordnet sind. Nicht nur die Zellen untereinander sind gestapelt, sondern in den Sekundärzellen sind - nach einer vorteilhaften Ausgestaltung - eine erste Elektrode, ein aktiver Bereich des Elektrolyten und eine zweite Elektrode vollflächig, plan und parallel zueinander angeordnet. Durch eine Sekundärzelle kann ein Längsschnitt durchgeführt werden. Wird die Zelle (gedanklich) geschnitten, so tritt eine Grundform in den Vordergrund, die rechteckig, aber länglich ist. Eine einzelne Sekundärzelle wirkt stabförmig, fast flachstahlähnlich.The secondary electrochemical cells of the traction battery, which are in particular lithium-ion cells, are prismatic secondary cells stacked with each other. Not only the cells are stacked with each other, but in the secondary cells are - according to an advantageous embodiment - a first electrode, an active region of the electrolyte and a second electrode over its entire surface, plan and arranged parallel to each other. By a secondary cell, a longitudinal section can be performed. If the cell is cut (mentally), a basic form comes into the foreground, which is rectangular but oblong. A single secondary cell is rod-shaped, almost flat steel-like.

Die einzelnen Seiten der Grundform können durch Langseite, Hochseite und Breite bezeichnet werden. Die drei Seiten Langseite, Hochseite und Breite kennzeichnen die Form der Einzelzellen. Die Langseite ist die längste Seite an dem Gehäuse der Sekundärzelle. Im rechten Winkel zur Langseite steht die Hochseite. Die Hochseite hat ebenfalls eine Länge, die auch als Höhe bezeichnet werden kann. Die Grundform hat zwei Langseiten und zwei Hochseiten. Die Langseite ist um ein Mehrfaches länger als die Hochseite. Aufgrund der gestapelten Anordnung der Einzelbauteile der Sekundärzelle kann die Sekundärzelle in Richtung ihrer Breite die geringste Ausdehnung aufweisen. Vorteilhafterweise ist die längste Seite, die an der Grundform festzustellen ist, wenigstens dreimal so lang wie die Hochseite der Grundform. Wird die aktive Fläche, die durch Langseite und Hochseite begrenzt wird, in der Tiefe, d. h. in der Breite, fortgesetzt, ergibt sich ein erstes Konversionsvolumen einer Einzelzelle. Die Konversionsvolumina der einzelnen Zelle sind benachbart hintereinander, parallel zueinander platziert. Werden die Konversionsvolumina zusammengesetzt, ergibt sich insgesamt ein Modulvolumen des Traktionsakkumulators.The individual pages of the basic form can be designated by long side, high side and width. The three sides long side, high side and width mark the shape of the single cells. The long side is the longest side on the housing of the secondary cell. At right angles to the long side is the high side. The high side also has a length, which can also be referred to as height. The basic form has two long sides and two high sides. The long side is several times longer than the high side. Due to the stacked arrangement of the individual components of the secondary cell, the secondary cell may have the smallest extent in the direction of its width. Advantageously, the longest side to be observed on the basic shape, at least three times as long as the high side of the basic shape. If the active area bounded by the long side and the high side is in depth, i. H. in width, continued, results in a first conversion volume of a single cell. The conversion volumes of the single cell are adjacent to one another, placed parallel to each other. If the conversion volumes are combined, this results in a total module volume of the traction battery.

Der Schnitt durch die Sekundärzelle, der zur Ableitung bzw. zur Sichtbarkeit der Grundform führt, überstreicht eine Fläche, von der wenigstens 80 % der Gesamtfläche als aktive Fläche nutzbar ist. Durch optimierten Abgleich zwischen Langseite und Hochseite kann eine aktive Fläche geschaffen werden, die wenigstens 92 % der Gesamtfläche der Grundform abdeckt.The section through the secondary cell, which leads to the derivation or the visibility of the basic shape, covers an area of which at least 80% of the total area can be used as the active area. By optimized alignment between the long side and the high side, an active surface can be created covering at least 92% of the total area of the basic shape.

Nach einem weiteren Aspekt kann bei der einzelnen eingehüllten Sekundärzellenbauform auch das Aktivvolumen optimiert werden. Das Aktivvolumen ist die einzelne aktive Fläche jeder einzelnen Sekundärzelle des Traktionsakkumulators mit der Breite der Innenkomponenten der Sekundärzelle multipliziert. Der Traktionsakkumulator kann in seinen Dimensionen so optimiert werden, dass wenigstens 60 % des Modulvolumens als Aktivvolumen nutzbar sind. Wird das Verhältnis zwischen Langseite, Hochseite und Breite zueinander weiter optimiert, können Modulvolumen von mehr als 62 %, in einigen Ausgestaltungen sogar mehr als 65 % Aktivvolumen am gesamten Modulvolumen (d. h. 60 % bis mehr als 65 % des Modulvolumens) geschaffen werden.According to a further aspect, the active volume can also be optimized in the individual enveloped secondary cell design. The active volume is the single active area of each individual secondary cell of the traction battery multiplied by the width of the internal components of the secondary cell. The traction battery can be optimized in its dimensions so that at least 60% of the module volume can be used as active volume. By further optimizing the ratio between long, high and width, module volumes of more than 62%, in some embodiments, even more than 65% active volume of total module volume (i.e., 60% to more than 65% of module volume) can be created.

Nachfolgend werden vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen dargelegt, die für sich gesehen, sowohl einzeln als auch in Kombination, ebenfalls erfinderische Aspekte offenbaren können.In the following, advantageous embodiments and developments are set forth, which in themselves, both individually and in combination, can also disclose inventive aspects.

Zur elektrischen Leitung werden wenigstens zwei Polfahnen im Bereich der Hochseiten unmittelbar an den aktiven Flächen platziert. Ein geeignetes Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Verbindung besteht in einem Schweißverfahren.For electrical conduction at least two pole lugs are placed in the region of the high sides directly on the active surfaces. A suitable method for producing an electrical connection is a welding process.

Es darf hervorgehoben werden, dass jede einzelne Sekundärzelle ihr eigenes Gehäuse aufweist. Obwohl die Gehäuse Bauraum des Modulvolumens in Anspruch nehmen und somit das Aktivvolumen (vordergründig) senken, schaffen die Gehäuse zahlreiche Vorteile: mechanische Stabilität, Planparallelität, günstige Thermik usw.. Im Ergebnis bedeutet es, dass die Gehäuse die Nutzung des Modulvolumens steigern können. It may be emphasized that each individual secondary cell has its own housing. Although the enclosures take up space in the module volume and thus reduce the active volume (superficially), the housings provide numerous advantages: mechanical stability, parallelism, favorable thermals etc. As a result, it means that the housings can increase the utilization of the module volume.

Über die Polfahnen und über - im Weiteren angeordnete - elektrische Leitungen kann ein elektrischer Strom im mittleren Bereich, d. h. jeweils im Bereich der Hochseiten quer zur Reaktionsfläche der aktiven Flächen, abgeleitet werden. Die elektrischen Leitungen sind quer zur aktiven Fläche angeordnet.Over the pole lugs and over - arranged in the following - electrical lines, an electric current in the central region, d. H. each in the region of the high sides transverse to the reaction surface of the active surfaces derived. The electrical lines are arranged transversely to the active surface.

Der Raum des Modulvolumens unmittelbar benachbart zu den Polfahnen, von denen eine Polfahne ein Pluspol ist und eine Polfahne ein Minuspol ist, kann jeweils für einen Kühlkanal (Zuführkühlkanal und Abführkühlkanal) genutzt werden. Die wärmeproduzierenden aktiven Flächen werden in ihren seitlichen Bereichen mittels Kühlkanäle gekühlt.The space of the module volume immediately adjacent to the pole lugs, of which a pole lug is a positive pole and a pole lug is a negative pole, can each be used for a cooling channel (feed cooling channel and discharge cooling channel). The heat-producing active surfaces are cooled in their lateral areas by means of cooling channels.

Wenigstens zwei Polfahnen sind seitlich an den jeweiligen aktiven Flächen angeordnet. Die beiden Polfahnen befinden sich jeweils eine an einer Hochseite. Die beiden Polfahnen sind an gegenüberliegenden Hochseiten der aktiven Fläche. Als Befestigungstechnik bietet sich die Befestigung über Schweißpunkte an.At least two pole lugs are arranged laterally on the respective active surfaces. The two pole lugs are each one on a high side. The two pole lugs are on opposite sides of the active surface. As a fastening technique, the attachment via weld points offers.

Das Gehäuse einer Einzelzelle kann aus einem Metall gefertigt sein. Metalle, die hierfür in Frage kommen, sind z. B. Aluminium oder Edelstahl. Die Gehäuse können aus Aluminium oder Edelstahl gefertigt sein. Aufgrund der Form der Gehäuse ist es möglich, die Metallgehäuse als Strangpressprofile zu fertigen. So ein Strangpressprofil kann auf die Länge bzw. Breitseite der aktiven Flächen hin abgelängt werden.The housing of a single cell can be made of a metal. Metals which are suitable for this purpose are, for. As aluminum or stainless steel. The housings can be made of aluminum or stainless steel. Due to the shape of the housing, it is possible to manufacture the metal housing as extruded profiles. Such an extruded profile can be cut to the length or broad side of the active surfaces.

Die Gehäuse können sehr platzsparend gestaltet werden. Die Gehäuse können so knapp ausgelegt werden, dass die Gehäuse in einem Schnitt nur die aktive Fläche um ca. 2 % nach außen erweitern. Die aktive Fläche hat eine Höhe. 2 % dieser Länge der Höhe entspricht der Dicke des Gehäuses.The housings can be designed to save space. The housings can be designed so narrow that the housing in one cut only the active area by about 2% to the outside. The active area has a height. 2% of this length of height corresponds to the thickness of the housing.

Um die Temperatur über die aktiven Flächen möglichst gleichverteilt zu belassen, z. B. trotz einer Schnellladung mittels einem sehr hohen Ladestrom (z. B. dem 3- bis 4-fachen des maximalen Laststroms), können Kühlmaßnahmen ergriffen werden. Die Form der Traktionsakkumulatoren bzw. der Einzelzellen bietet die Möglichkeit, Kühlplatten zwischen zwei Einzelzellen zwischenzusetzen. Muss ausreichend gekühlt werden, kann nach jeder Einzelzelle eine Kühlplatte eingesetzt werden. Solche Kühlplatten können als Sandwich-Kühlplatten realisiert sein. Die Sandwich-Funktion der Kühlplatte ergibt sich aufgrund einer innengeführten Kühlkanalgestaltung. Sandwich-Kühlplatten können z. B. aus einem doppelwandigen Blech geformt werden. Als weitere Möglichkeit steht zur Verfügung, zwei Kunststoffhalbschalen zu nehmen, die geklebt oder geschweißt werden. Hierdurch wird zwischen den Lagen der Kühlplatte ein Hohlraum geschaffen, der mit Kühlmedium durchströmt werden kann. Besonders günstig sind flüssige Kühlmedien, wie z. B. ein Glykol-Wasser-Gemisch oder ein Kältemittel. Die Kühlleistung kann noch zusätzlich gesteigert werden, wenn das Flüssigkühlmedium umgewälzt wird, z. B. über eine Flüssigpumpe für das Glykolgemisch.In order to leave the temperature as uniformly distributed over the active surfaces, z. B. despite a fast charge by means of a very high charging current (eg., The 3 to 4 times the maximum load current), cooling measures can be taken. The shape of the Traktionsakkumulatoren or the individual cells offers the opportunity to interchange cooling plates between two single cells. If sufficient cooling is required, a cooling plate can be inserted after each individual cell. Such cooling plates can be realized as sandwich cooling plates. The sandwich function of the cooling plate is due to an internally guided cooling channel design. Sandwich cold plates can z. B. be formed from a double-walled sheet. Another option is to take two plastic half-shells that are glued or welded. As a result, a cavity is created between the layers of the cooling plate, which can be flowed through with cooling medium. Particularly favorable are liquid cooling media, such. As a glycol-water mixture or a refrigerant. The cooling capacity can be further increased when the liquid cooling medium is circulated, z. B. via a liquid pump for the glycol mixture.

Der Wärmeaustrag bzw. die Wärmeleistung der Sandwich-Kühlplatte lässt sich steigern, wenn mehr als zwei Kühlkanäle in der Sandwich-Kühlplatte angeordnet sind. Vorteilhafterweise sind die Kühlkanäle in einem mittleren Bereich der Sandwich-Kühlplatte angeordnet. Die Sandwich-Kühlplatte hat zwei oder mehr Kühlkanäle, die vor allem in einem mittleren Bereich, gesehen über die Hochseite der Kühlplatte, längs verlaufen. Die Kühlkanäle erstrecken sich bei dieser Ausführungsform parallel zur Langseite, die von der Form der Grundform bekannt ist.The heat output or the heat output of the sandwich cooling plate can be increased if more than two cooling channels are arranged in the sandwich cooling plate. Advantageously, the cooling channels are arranged in a central region of the sandwich cooling plate. The sandwich cooling plate has two or more cooling channels, which run longitudinally, especially in a central region, as seen on the high side of the cooling plate. The cooling channels extend in this embodiment parallel to the long side, which is known from the shape of the basic shape.

Es hat sich gezeigt, dass es günstig ist, wenn zwischen zehn (10) und vierzig (40) Sekundärzellen mit ihren jeweiligen aktiven Flächen zusammengefasst werden, um in einem Modulgehäuse ein Akkumulatorpaket zu bilden. Die Anzahl von Zellen, wie z. B. 20 Zellen, wird durch das Modulgehäuse eingespannt. Es findet eine Kompression auf die Einzelzellen statt.It has been found to be beneficial to group together between ten (10) and forty (40) secondary cells with their respective active areas to form a battery pack in a module housing. The number of cells, such as. B. 20 cells is clamped by the module housing. There is a compression on the single cells instead.

Die jeweiligen Sekundärzellen eines Strangs sind untereinander serienverschaltet. In einem Modulgehäuse befindet sich wenigstens ein Strang mit in Serie verschalteten Sekundärzellen.The respective secondary cells of a strand are connected in series with each other. In a module housing is at least one strand with series-connected secondary cells.

Die Sekundärzellen können von einer Trägerplatte unterstützt werden. Als Trägerplatte bietet sich die Bodenplatte des Akkumulatorgehäuses an. Das Modulgehäuse hat eine Platte, die zugleich als Trägerplatte benutzt werden kann.The secondary cells can be supported by a carrier plate. As a support plate lends itself to the bottom plate of the accumulator. The module housing has a plate, which can be used as a support plate at the same time.

Die Trägerplatte kann zugleich eine Kühlplatte sein. Der Traktionsakkumulator hat eine thermische Austauschfläche, die von der Trägerplatte angeboten wird. Die Trägerplatte ist jener Teil des Modulgehäuses, der dafür bestimmt ist, an der tiefsten Stelle im Fahrzeug verbaut zu werden.The support plate can also be a cooling plate. The Traktionsakkumulator has a thermal exchange surface, which is offered by the carrier plate. The support plate is that part of the module housing which is intended to be installed at the lowest point in the vehicle.

Das Modulgehäuse kann mit einzelnen Zugelementen realisiert sein, damit die im Innern des Modulgehäuses angeordneten Sekundärzellen durch das Modulgehäuse komprimiert werden. Auch durch die doppelte Wandung, d. h. die Wandung des Modulgehäuses und die Wandung einer Einzelzelle, kann eine Gesamtkompression mithilfe des E-Moduls des Materials des Gehäuses und des E-Moduls des Materials des Modulgehäuses hergestellt werden. Das Quellen bzw. die Ausdehnung im Zuge von Lade-/Entladezyklen bzw. die Ausdehnung im Zuge von Alterungen bzw. die Ausdehnung im Zuge der Einlagerung von Wasser, das bzw. die durch alle gestapelten Sekundärzellen insgesamt erzeugt wird, kann durch Zugsysteme bzw. Zuganker und/oder durch E-Module von Einfassungen, wie z. B. Gehäusewänden, abgefangen werden.The module housing can be realized with individual tension elements, so that the arranged inside the module housing secondary cells are compressed by the module housing. Also by the double wall, ie the wall of the Module housing and the wall of a single cell, a total compression can be made using the E-modulus of the material of the housing and the E-module of the material of the module housing. The swelling or expansion in the course of charge / discharge cycles or the expansion in the course of aging or the expansion in the course of the storage of water, which is generated by all the stacked secondary cells in total, can by train systems or tie rods and / or by E-modules of bezels, such. B. housing walls are intercepted.

Das Gehäuse muss nicht über seinen Umfang konstant gehalten sein, sondern das Modulgehäuse kann mit unterschiedlichen Dicken ausgestaltet sein. Z. B. kann die Trägerplatte dicker sein als der Deckel. Gleichartig kann das Gehäuse für die jeweilige Sekundärzelle mit unterschiedlichen Dicken ausgestaltet sein. Hierdurch wird noch weiteres Gewicht gespart.The housing need not be kept constant over its circumference, but the module housing can be configured with different thicknesses. For example, the carrier plate may be thicker than the lid. Likewise, the housing can be designed for the respective secondary cell with different thicknesses. This saves even more weight.

Die vorgeschlagene Form eines Traktionsakkumulators zeichnet sich durch hohe Aktivvolumina aus. Auch bietet der vorgestellte Traktionsakkumulator ein günstiges Energiedichte-pro-Gewicht-Verhältnis.The proposed form of a Traktionsakkumulators is characterized by high volumes of active. Also, the presented Traktionsakkumulator offers a favorable energy density-per-weight ratio.

Figurenlistelist of figures

Die vorliegende Erfindung kann noch besser verstanden werden, wenn Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen genommen wird, wobei

  • 1 eine seitliche Ansicht einer Einzelzelle mit einem (sichtbaren) Kontakt zeigt,
  • 2 eine Einzelzelle aus einer im 90°-Winkel querverlaufenden Perspektive (im Vergleich mit 1) zeigt,
  • 3 einen Schnitt A - A durch die Einzelzelle nach 1 zeigt,
  • 4 Außenumrisse einer Einzelzelle mit ihrem Zellengehäuse zeigt,
  • 5 einen Stapel wechselweise gegensätzlich zueinander orientierter Einzelzellen zur Bildung eines Moduls zeigt,
  • 6 eine erste Ausführungsform eines Moduls zeigt,
  • 7 eine zweite Variante eines Moduls zeigt,
  • 8 das Modul aus 7 aus einer Perspektive von oben zeigt,
  • 9 das Modul nach 7 in einer teilgeöffneten Darstellung zeigt,
  • 10 eine weitere Ausführungsform einer Einzelzelle im Modulgehäuse zeigt,
  • 11 eine Kühlplatte in einem Modulgehäuse zeigt,
  • 12 eine Ausführungsvariante eines Stapels zeigt, der sich aus Einzelzellen nach 10 zusammensetzen kann,
  • 13 ein Gehäuse eines Moduls von oben zeigt,
  • 14 ein Modulgehäuse in einer isometrischen Darstellung zeigt und
  • 15 ein teilgeöffnetes Modul zeigt.
The present invention may be better understood by reference to the accompanying drawings, wherein: FIG
  • 1 shows a side view of a single cell with a (visible) contact,
  • 2 a single cell from a transverse perspective at 90 ° (in comparison with 1 ) shows,
  • 3 a section A - A by the single cell after 1 shows,
  • 4 Outside outlines of a single cell with its cell housing shows
  • 5 shows a stack of mutually oppositely oriented single cells to form a module,
  • 6 shows a first embodiment of a module,
  • 7 shows a second variant of a module,
  • 8th the module off 7 from a perspective from above,
  • 9 the module after 7 in a partially opened illustration shows
  • 10 shows a further embodiment of a single cell in the module housing,
  • 11 shows a cooling plate in a module housing,
  • 12 shows an embodiment of a stack, which is made up of individual cells 10 can put together
  • 13 shows a housing of a module from above,
  • 14 shows a module housing in an isometric view and
  • 15 a partially opened module shows.

Figurenlistelist of figures

  • 1 zeigt eine erste Ausführungsform einer Einzelzelle 53 mit ihrem Zellengehäuse 31, an dem der erste Kontakt 47 angebracht ist. Solche Einzelzellen wie die Einzelzelle 53 können aufeinander geschichtet einen Traktionsakkumulator wie den Traktionsakkumulator 1II nach 9 bilden. Jede Einzelzelle 53 hat eine Breite 11, die durch die Breite des Zellengehäuses 31 bestimmt ist. Die Form der Einzelzelle 53 und damit die Form des Zellengehäuses 31 ist, wenn von der in 1 dargestellten seitlichen Ansicht auf das Zellgehäuse 31 geblickt wird, länglich und hochkant. Wird die Einzelzelle 53 entlang der in 1 dargestellten Schnittlinie A - A geschnitten, so ergibt sich die in 3 dargestellte Schnittzeichnung des Zellengehäuses 31. Die Breite 11 ist schmaler als die Länge 15 der Hochseite 9. 1 shows a first embodiment of a single cell 53 with her cell case 31 where the first contact 47 is appropriate. Such single cells as the single cell 53 can stack a traction accumulator such as the traction accumulator 1 II to 9 form. Every single cell 53 has a width 11 passing through the width of the cell case 31 is determined. The shape of the single cell 53 and thus the shape of the cell case 31 is when from the in 1 shown side view of the cell housing 31 is looked at, oblong and upright. Will the single cell 53 along the in 1 shown section line A - A cut, the results in 3 illustrated sectional drawing of the cell housing 31 , The width 11 is narrower than the length 15 the high side 9 ,
  • 2 zeigt das Zellengehäuse 31 von einer Frontansicht der Einzelzelle 53. In dieser Ansicht ist gut die Grundform 5 der Einzelzelle 53, bedingt durch die Abmessungen des Zellengehäuses 31, zu erkennen. Die Grundform 5 ist eine balkenartige, längliche, rechteckige Form. Die Langseite 7 ist länger als die Hochseite 9. Die Kontakte 47, 49 sitzen seitlich, am Rande des Zellengehäuses 31. Die Kontakte 47, 49 begrenzen die Hochseiten 9 zu jedem Ende des Zellengehäuses 31. Das bedeutet, dass bei der prismatischen Zellenform der Einzelzelle 53 zwei Kontakte 47, 49 vorhanden sind, jeweils ein Kontakt 47, 49 an seiner Hochseite 9. Die prismatische Zellenform der Einzelzelle 53 hat zwei Hochseiten 9. Die Kontakte 47, 49 sitzen außermittig platziert auf der Länge 15 der Hochseite 9. 2 shows the cell case 31 from a front view of the single cell 53 , In this view, the basic form is good 5 the single cell 53 , due to the dimensions of the cell housing 31 to recognize. The basic form 5 is a beam-like, oblong, rectangular shape. The long side 7 is longer than the high side 9 , The contacts 47 . 49 sit sideways, on the edge of the cell case 31 , The contacts 47 . 49 limit the highsides 9 to each end of the cell case 31 , This means that in the prismatic cell shape of the single cell 53 two contacts 47 . 49 are present, one contact each 47 . 49 on its high side 9 , The prismatic cell shape of the single cell 53 has two high sides 9 , The contacts 47 . 49 sit eccentrically placed on the length 15 the high side 9 ,

Wie gesagt, wird das Zellengehäuse 31 nach 2 ungefähr in der Mitte seiner Breite 11 (s. 1) geschnitten (Schnittlinie A-A), ergibt sich eine (vereinfachte schematische) Ansicht nach 3. Das Zellengehäuse 31 fasst durch seine Grundform 5 in rechteckiger Weise die Aktivfläche 19 ein. Das Zellengehäuse 31 stellt die Begrenzung dar und grenzt gegenüber dem äußeren bzw. nach Außen 51 ab. Die Aktivfläche 19 wird durch das Zellengehäuse 31 gegenüber Außen 51 begrenzt. Die Aktivfläche 19 hat eine Länge 13, die ein Vielfaches der Höhe 15 beträgt. Die Länge 13 der Langseite 7 wird durch die Kontakte 47, 49 nach Außen 51 verlängert. Die Kontakte 47, 49 befinden sich an den Hochseiten 9. Das Gehäuse 31 der Zellen weist unterschiedliche Dicken 69, 69I auf.As I said, the cell case 31 to 2 approximately in the middle of its width 11 (S. 1 ) cut (cutting line AA ), results in a (simplified schematic) view 3 , The cell case 31 summarizes by its basic form 5 in a rectangular way, the active surface 19 one. The cell case 31 represents the boundary and borders on the outside or on the outside 51 from. The active area 19 gets through the cell case 31 opposite the outside 51 limited. The active area 19 has a length 13 that is a multiple of the height 15 is. The length 13 the long side 7 is through the contacts 47 . 49 outward 51 extended. The contacts 47 . 49 are located on the high sides 9 , The housing 31 the cells have different thicknesses 69 . 69 I on.

In 4 ist das Zellengehäuse 31 der Einzelzelle 53 mit ihren Kontakten 47, 49 als schmaler, länglicher, rechteckiger, den aktiven Bereich einfassender Kasten dargestellt. Ein Teil des Konversionsvolumens 21 wird von jeder einzelnen Einzelzelle 53 zur Verfügung gestellt. Wird die aktive Fläche 19 (siehe 3) in die Breite 11 (vgl. 1) verlängert, so ergibt sich das (Gesamt-)Konversionsvolumen 21. Durch die planparallele Anordnung der Elektroden und des Elektrolyten über die gesamte aktive Fläche 19 hinweg, ist das Innenvolumen des Zellgehäuses 31 mit dem Konversionsvolumen 21 der Einzelzelle 53 nahezu vollständig ausgefüllt. Dadurch lassen sich Aktivvolumina von wenigstens 60 % (bezogen auf das Gesamtvolumen des Traktionsakkumulators 1 (vgl. 5)) herstellen. Bei einem Verhältnis von mehr als 3 zwischen Langseite 7 und Hochseite 9 (s. 2 und 3) können sogar Aktivvolumina von mehr als 62 %, idealerweise sogar mehr als 65 % geschaffen werden.In 4 is the cell case 31 the single cell 53 with their contacts 47 . 49 shown as a narrow, oblong, rectangular box enclosing the active area. Part of the conversion volume 21 is from every single cell 53 made available. Becomes the active area 19 (please refer 3 ) in the width 11 (see. 1 ), this results in the (total) conversion volume 21. By the plane-parallel arrangement of the electrodes and of the electrolyte over the entire active area 19 away, is the internal volume of the cell case 31 with the conversion volume 21 the single cell 53 almost completely filled. As a result, active volumes of at least 60% (based on the total volume of Traktionsakkumulators 1 (see. 5 )) produce. At a ratio of more than 3 between long side 7 and high side 9 (S. 2 and 3 ), even active volumes of more than 62%, ideally even more than 65% can be created.

5 zeigt ein Modulgehäuse 33 mit den beiden Sammelstromleitern 55, 57. Die Sammelstromleiter 55, 57 des Traktionsakkumulators 1 sitzen an der ersten und an der letzten Einzelzelle der Einzelzellen 53, 53I , 53II . Die einzelnen Zellengehäuse 31, 31I , 31II sind mit ihren Flächen, gebildet aus Langseite und Hochseite (vgl. 3), aufeinander gestapelt, um den Traktionsakkumulator 1 zu bilden. Die Einzelzellen 53, 53I , 53II ruhen auf der Trägerplatte 45. Nach dem Sammelstromleiter 57 sind die Sekundärzellen 3, 3I , 3II , 3III aufgeschichtet eine an der anderen anliegend vorhanden. 5 shows a module housing 33 with the two collective power conductors 55 . 57 , The collecting conductor 55 . 57 of the traction battery 1 sit at the first and at the last single cell of the single cells 53 . 53 I . 53 II , The individual cell housing 31 . 31 I . 31 II are with their surfaces, formed from long side and high side (cf. 3 ), stacked on top of each other around the traction accumulator 1 to build. The single cells 53 . 53 I . 53 II rest on the support plate 45 , After the collector conductor 57 are the secondary cells 3 . 3 I . 3 II . 3 III piled one at the other fitting present.

6 zeigt eine Schnittansicht durch eine weitere Ausführungsform eines Traktionsakkumulators 1I . Der Traktionsakkumulators 1I kann anhand seiner Montageschienen, wie der Montageschiene 59 und der Montageschiene 59I, an einem Fahrzeugchassis, z. B. im Unterflorbereich, befestigt werden. Dazu weist die Modulgehäuseseitenwand 61 die Montageschiene 59 auf. Das Modulgehäuse 33 setzt sich aus plattenartigen Elementen zusammen. Das Modulgehäuse 33 hat einen Modulgehäuseboden 63, an dem sich die Modulgehäuseseitenwand 61 anschließt. Das Modulgehäuse 33 wird von dem Modulgehäusedeckel 65 nach oben begrenzt. Die Aktivfläche 19 wird von ihren Polfahnen 25, 27 seitlich abgeschlossen. Die Polfahnen 25, 27 befinden sich im mittleren Bereich 17, 17I der aktiven Fläche 19. Die erste Polfahne 25 geht in den ersten Kontakt 47 über. Die zweite Polfahne 27 geht in den zweiten Kontakt 49 über. Seitlich an den Aktivflächen 19 der Einzelzellen 53, 53I , 53II (s. 5) schließen sich die einzelnen Kontakte 47, 49 an. Die Montageschiene 59 befindet sich an der Modulgehäuseseitenwand 61 in einem oberen Bereich der Modulgehäuseseitenwand 61. In der gleichen Dimension wie die Langseite 7I sich erstreckt, erstreckt sich die Austauschfläche 71 in ihrer längsten Erstreckung. Die Austauschfläche 71 und der Modulgehäuseboden 63 sind bei dem Traktionsakkumulator 1I identisch. Die Hochseite 9I steht senkrecht auf der Langseite 7I . 6 shows a sectional view through another embodiment of a Traktionsakkumulators 1 I , The traction battery 1 I can by its mounting rails, such as the mounting rail 59 and the mounting rail 59 I , to a vehicle chassis, z. B. in Unterflorbereich be attached. For this purpose, the module housing side wall 61 the mounting rail 59 on. The module housing 33 is composed of plate-like elements. The module housing 33 has a module housing bottom 63 where the module housing side wall is located 61 followed. The module housing 33 is from the module housing cover 65 limited to the top. The active area 19 gets off her pole banners 25 , 27 laterally closed. The pole flags 25 . 27 are in the middle area 17 . 17 I the active area 19 , The first pole flag 25 goes into the first contact 47 above. The second pole flag 27 goes into the second contact 49 above. Laterally on the active surfaces 19 of the single cells 53 . 53 I . 53 II (S. 5 ) close the individual contacts 47 . 49 at. The mounting rail 59 is located on the module housing side wall 61 in an upper area of the module housing side wall 61 , In the same dimension as the long side 7 I extends, the exchange surface extends 71 in its longest extent. The exchange surface 71 and the module case bottom 63 are at the traction accumulator 1 I identical. The high side 9 I is perpendicular to the long side 7 I ,

In 7 ist ein Traktionsakkumulator 1II in 3D-Darstellung zu sehen. So wie der Traktionsakkumulator 1I (nach 6) von den Modulgehäusedeckel 65 nach oben begrenzt ist, wird der Traktionsakkumulators 1II aus Modulgehäuseseitenwand 61I , Modulgehäuseboden 63I , Modulgehäusedeckel 65I und Modulgehäuserückwand 67 zusammengesetzt. Außen am Rand verläuft die Montageschiene 59II. Auf der gegenüberliegenden Seite zu der Seite mit der ersten Montageschiene 59II ist die zweite Montageschiene 59III angeordnet.In 7 is a traction accumulator 1 II to be seen in 3D. Like the traction accumulator 1 I (to 6 ) from the module housing cover 65 is limited to the Traktionsakkumulators 1 II from module housing side wall 61 I , Module housing bottom 63 I , Module housing cover 65 I and module housing back wall 67 composed. Outside the edge of the mounting rail 59 II runs . On the opposite side to the side with the first mounting rail 59 II is the second mounting rail 59 III arranged.

Wie in 8 durch die Ansicht von oben zu sehen ist, bilden die (aus 7 bekannten) Einzelteile Modulgehäuseseitenwand 61I , Modulgehäuseboden 63I , Modulgehäusedeckel 65I und Modulgehäuserückwand 67 ein Modulvolumen 23. Das Modulvolumen 23 umfasst einen (nahezu) quaderförmigen, rechteckigen, länglichen, länger als breiter, breiter als höher umfassenden Raum, der durch die Grundform 5 (s. 3) bestimmt ist.As in 8th can be seen through the view from above, form the (out 7 known) items module housing side wall 61 I , Module housing bottom 63 I , Module housing cover 65 I and module housing back wall 67 a module volume 23 , The module volume 23 comprises a (nearly) cuboidal, rectangular, oblong, longer than wider, wider than higher encompassing space, by the basic shape 5 (S. 3 ) is determined.

In 9 wird der Traktionsakkumulator 1II nach 7 in einer halbgeöffneten Variante dargestellt, wodurch die Anordnung der Einzelzellen 53, 53I , 53II zu sehen ist. Die Einzelzellen 53, 53I , 53II sind geschichtet nebeneinander entlang der Modulgehäuseseitenwand 61I eine neben der anderen auf den Modulgehäuseboden 63I arrangiert. Die Einzelzellen 53, 53I , 53II formen (im Wesentlichen) das Modulvolumen 23.In 9 becomes the traction accumulator 1 II to 7 shown in a half-opened variant, reducing the arrangement of the individual cells 53 . 53 I . 53 II you can see. The single cells 53, 53 I . 53 II are layered side by side along the module housing side wall 61 I one next to the other on the module housing floor 63 I arranged. The single cells 53 . 53 I . 53 II form (essentially) the module volume 23 ,

In den 10 bis 15 wird eine Variante eines Traktionsakkumulators 101 gezeigt, der auf einer rechteckigen Grundform 105 aufbauend neben den Aktivflächen 119 im Modulgehäuse 133 Kühlkanäle 135, 137 aufweist.In the 10 to 15 becomes a variant of a traction accumulator 101 shown on a rectangular basic shape 105 building next to the active areas 119 in the module housing 133 cooling channels 135 . 137 having.

Wie in 10 zu sehen ist, wird die Einzelzelle 153 durch das Modulgehäuse 133 eingefasst.As in 10 can be seen, the single cell 153 through the module housing 133 edged.

In 11 wird eine Sandwich-Kühlplatte 139 gezeigt (in der Mitte geöffnet, d. h. nur ein Blech bzw. nur eine Seite), die ebenfalls in dem Modulgehäuse 133 angeordnet werden kann. Die abschnittsweise parallelverlaufenden Kühlkanäle 141, 141I , 141II , 141III führen das Kühlmedium 143. Auch die Kühlplatte 139 hat eine längliche, nahezu identische Grundform 105 im Vergleich mit der Grundform 105 der Einzelzelle 153 (siehe 10). Die Einzelzelle 153 wird in dem Gehäuse der Zelle 131 eingespannt. Die Zellegehäuse 131, 131I , 131II bieten, so wie in 12 zu sehen ist, die Berührflächen für das Anlagern der Einzelzellen 153.In 11 becomes a sandwich cooling plate 139 shown (opened in the middle, ie only one sheet or only one side), which also in the module housing 133 can be arranged. The sectionally parallel cooling channels 141 . 141 I . 141 II . 141 III lead the cooling medium 143 , Also the cooling plate 139 has an elongated, almost identical Basic form 105 in comparison with the basic form 105 the single cell 153 (please refer 10 ). The single cell 153 is in the housing of the cell 131 clamped. The cell case 131 . 131 I . 131 II offer, as in 12 you can see the contact surfaces for the attachment of the single cells 153 ,

Wie in 15 zu sehen ist, die das in 13 gezeigte Modulgehäuse 133 in geöffneter Form zeigt, befinden sich die Kontakte 147, 149 benachbart zueinander in einer Fluchtlinie. Die Kontakte 147, 149 können durch Schweißpunkte 129 realisiert sein.As in 15 you can see that in the 13 shown module housing 133 in open form shows the contacts 147 . 149 adjacent to each other in a line of flight. The contacts 147 . 149 can by welding points 129 be realized.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1, 1I,1II, 1011, 1 I , 1 II , 101
TraktionsakkumulatorTraktionsakkumulator
3, 3I, 3II, 3III 3, 3 I , 3 II , 3 III
erste, zweite, dritte, vierte Sekundärzellefirst, second, third, fourth secondary cell
5, 1055, 105
GrundformBasic form
7, 7I 7, 7 I
erste, zweite Langseitefirst, second long side
9, 9I 9, 9 I
erste, zweite Hochseitefirst, second high side
1111
Breitewidth
1313
Länge, insbesondere einer LangseiteLength, especially a long side
1515
Länge, insbesondere einer HochseiteLength, especially a high side
17, 17I 17, 17 I
mittlerer Bereich, insbesondere einer Hochseitemiddle area, especially a high side
19, 11919, 119
Aktivfläche bzw. aktive FlächeActive surface or active surface
2121
Konversionsvolumenconversion volume
2323
Modulvolumenmodule volume
2525
erste Polfahne, insbesondere Polfahne des positiven Polsfirst pole lug, in particular pole lug of the positive pole
2727
zweite Polfahne, insbesondere Polfahne des negativen Polssecond pole lug, in particular pole lug of the negative pole
129129
SchweißpunktWeldingSpot
31, 31I, 31II, 131, 131I, 131II 31, 31 I , 31 II , 131, 131 I , 131 II
Zellengehäusecell case
33, 13333, 133
Modulgehäusemodule housing
135135
erster Kühlkanalfirst cooling channel
137137
zweiter Kühlkanalsecond cooling channel
139139
Sandwich-Platte bzw. KühlplatteSandwich plate or cooling plate
141, 141I, 141II, 141III 141, 141 I , 141 II , 141 III
Kühlkanal, insbesondere in einer Sandwich-PlatteCooling channel, especially in a sandwich plate
143143
Kühlmedium wie ein Kältemittel oder ein Glykol-Wasser-GemischCooling medium such as a refrigerant or a glycol-water mixture
4545
Trägerplattesupport plate
47, 14747, 147
erster Kontaktfirst contact
49, 14949, 149
zweiter Kontaktsecond contact
5151
AußenOutside
53, 53I, 53II, 15353, 53 I , 53 II , 153
Einzelzellesingle cell
5555
erster Sammelstromleiterfirst collecting conductor
5757
zweiter Sammelstromleitersecond collector conductor
59, 59I, 59II, 59III 59, 59 I, 59 II, 59 III
Montageschienemounting rail
61,61I 61.61 I
ModulgehäuseseitenwandModule housing sidewall
63,63I 63.63 I
ModulgehäusebodenModule housing bottom
65,65I 65.65 I
ModulgehäusedeckelModule cover
6767
ModulgehäuserückwandModule rear panel
69,69I 69.69 I
Dickethickness
7171
Austauschflächeexchange area
A-AA-A
Schnitt A-A cut AA

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Claims (15)

Traktionsakkumulator (1, 1I, 1II, 101) mit gestapelten, prismatischen elektrochemischen Sekundärzellen (3, 3I, 3II, 3III), die in einem Schnitt eine rechteckige, längliche Grundform (5, 105) haben, wobei sich die Grundform (5, 105) in einer Breite (11) zu einem Konversionsvolumen (21) mit parallel zueinander geschichteten, aktiven Elementen (19, 119) fortsetzt, und das Volumen (21) Teil eines Modulvolumens (23) des Traktionsakkumulators (1, 1I, 1II, 101) ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundform (5, 105) eine wenigstens entlang einer Langseite (7, 7I) verlaufende dreifache Länge (13) im Vergleich zu einer entlang einer Hochseite (9, 9I) verlaufenden Höhe (15) der Grundform (5, 105) hat, und dass eine durch den Schnitt sich ergebende Schnittfläche zu wenigstens 80 % eine aktive Fläche (19, 119), idealerweise zu mehr als 92 % eine aktive Fläche (19, 119), aufweist und/oder ein sich aus aktiver Fläche (19, 119) mal Breite (11) ergebendes Aktivvolumen (21) wenigstens 60 % des Modulvolumens (23), idealerweise zu mehr als 62 % des Modulvolumens (23), beansprucht.Traktionsakkumulator (1, 1 I , 1 II , 101) with stacked, prismatic electrochemical secondary cells (3, 3 I , 3 II , 3 III ), which have in a section a rectangular, elongated basic shape (5, 105), wherein the Basic shape (5, 105) in a width (11) to a conversion volume (21) with parallel stratified, active elements (19, 119) continues, and the volume (21) part of a module volume (23) of the Traktionsakkumulators (1, 1 I, 1 II, 101), characterized in that the basic form (5, 105) is a (at least along one long side 7, 7 I) extending three times the length (13) in comparison to a (along a high page 9, 9 I) extending height (15) of the basic shape (5, 105), and that a cut surface resulting from the cut constitutes at least 80% an active surface (19, 119), ideally more than 92% an active surface (19, 119) , and / or an active volume (21) resulting from active area (19, 119) by width (11) at least 60% of the module volume (23), ideally to more than 62% of the module volume (23) claimed. Traktionsakkumulator (1, 1I, 1II, 101) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich (17, 17I) der Hochseiten (9, 9I) Polfahnen (25, 27) an der aktiven Fläche (19, 119), insbesondere durch ein Schweißen (129), angeschlossen sind.Traktionsakkumulator (1, 1 I , 1 II , 101) after Claim 1 , characterized in that in the region (17, 17 I ) of the high sides (9, 9 I ) pole lugs (25, 27) on the active surface (19, 119), in particular by welding (129) are connected. Traktionsakkumulator (1, 1I, 1II, 101) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede Sekundärzelle (3, 3I, 3II, 3III) einzeln (53, 53I, 53II, 153) in ein eigenes Gehäuse (31, 31I, 31II,131, 131I, 131II) eingehüllt ist.Traktionsakkumulator (1, 1 I , 1 II , 101) according to any one of the preceding claims, characterized in that each secondary cell (3, 3 I , 3 II , 3 III ) individually (53, 53 I , 53 II , 153) in a own housing (31, 31 I , 31 II , 131, 131 I , 131 II ) is encased. Traktionsakkumulator (1, 1I, 1II, 101) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektrische Leitung (55, 57) des Stroms in einem mittleren Bereich (17, 17I) der Hochseiten (15) quer zur Reaktionsfläche der aktiven Fläche (19, 119) angeordnet ist.Traktionsakkumulator (1, 1 I , 1 II , 101) according to any one of the preceding claims, characterized in that an electrical line (55, 57) of the current in a central region (17, 17 I ) of the high sides (15) transversely to the reaction surface the active surface (19, 119) is arranged. Traktionsakkumulator (1, 1I, 1II, 101) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass benachbart zu einer Polfahne eines Pluspols (25) und benachbart zu einer Polfahne eines Minuspols (27), insbesondere mit annähernd gleicher Breite wie die Polfahne, ein Kühlkanal (135, 137) außerhalb der aktiven Fläche (19, 119) angeordnet ist.Traction accumulator (1, 1 I , 1 II , 101) after one of Claims 2 to 4 , characterized in that adjacent to a pole lug of a positive pole (25) and adjacent to a pole lug of a negative pole (27), in particular with approximately the same width as the pole lug, a cooling channel (135, 137) outside the active area (19, 119) is arranged. Traktionsakkumulator (1, 1I, 1II, 101) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Polfahnen (25, 27) auf gegenüberliegenden Hochseiten (9, 9I) an der aktiven Fläche (19, 119), insbesondere an Schweißpunkten (129), befestigt sind.Traction accumulator (1, 1 I , 1 II , 101) after one of Claims 2 to 5 , characterized in that the pole lugs (25, 27) on opposite high sides (9, 9 I ) on the active surface (19, 119), in particular at welding points (129), are attached. Traktionsakkumulator (1, 1I, 1II, 101) nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (31, 31I, 31II,131, 131I, 131II) aus einem aus einem Metall wie Aluminium oder Edelstahl gefertigten Strangpressprofil hergestellt ist.Traction accumulator (1, 1 I , 1 II , 101) after one of Claims 3 to 6 , characterized in that the housing (31, 31 I , 31 II , 131, 131 I , 131 II ) is made of a made of a metal such as aluminum or stainless steel extruded profile. Traktionsakkumulator (1, 1I, 1II, 101) nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (31, 31I, 31II,131, 131I, 131II) eine durch die aktive Fläche (19, 119) beanspruchte Fläche um wenigstens zwei Prozent nach Außen (51) erweitert.Traction accumulator (1, 1 I , 1 II , 101) after one of Claims 3 to 7 , characterized in that the housing (31, 31 I , 31 II , 131, 131 I , 131 II ) extended by the active surface (19, 119) claimed area by at least two percent to the outside (51). Traktionsakkumulator (1, 1I, 1II, 101) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sandwich-Kühlplatte (139), z. B. aus einem doppelwandigen Blech und/oder aus, z. B. durch Kleben, zusammengefügten Halbschalen aus einem Kunststoffmaterial hergestellt, zwischen zwei benachbarten elektrochemischen Sekundärzellen (3, 3I, 3II, 3III) angeordnet ist, die insbesondere mit einem aktiv umgewälzten Flüssigkühlmedium (143), wie einem Glykolgemisch oder einem Kältemittel, durchströmbar ist, wobei vorzugsweise die Sandwich-Kühlplatte (139) in ihrem mittleren Bereich mehr als zwei parallel zu einander angeordnete Kühlkanäle (141, 141I, 141II, 141III) hat, die sich parallel zu der Langseite (7, 7I) der Grundform (5, 105) erstrecken.Traktionsakkumulator (1, 1 I , 1 II , 101) according to any one of the preceding claims, characterized in that a sandwich-cooling plate (139), z. B. from a double-walled sheet and / or from, for. B. by gluing, assembled half-shells made of a plastic material between two adjacent electrochemical secondary cells (3, 3 I , 3 II , 3 III ) is arranged, in particular with an actively circulated liquid cooling medium (143), such as a glycol mixture or a refrigerant, can be flowed through, wherein preferably the sandwich cooling plate (139) in its central region more than two parallel to each other arranged cooling channels (141, 141 I , 141 II , 141 III ), which is parallel to the long side (7, 7 I ) the basic shape (5, 105) extend. Traktionsakkumulator (1, 1I, 1II, 101) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zellenanzahl zwischen zehn und vierzig Sekundärzellen (3, 3I, 31I, 3III) mit ihren aktiven Flächen (19, 119) nebeneinander angeordnet in einem Modulgehäuse (33, 133) zur Bildung eines Akkumulatorpakets eingespannt sind, um eine Serienverschaltung der Sekundärzellen (3, 3I, 3II, 3III) herzustellen.Traction accumulator (1, 1 I , 1 II , 101) according to any one of the preceding claims, characterized in that a number of cells between ten and forty secondary cells (3, 3 I , 31 I , 3 III ) with their active surfaces (19, 119) arranged side by side in a module housing (33, 133) are clamped to form a Akkumulatorpakets to produce a series connection of the secondary cells (3, 3 I , 3 II , 3 III ). Traktionsakkumulator (1, 1I, 1II, 101) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärzellen (3, 3I, 31I, 3III) von einer Trägerplatte (45) unterstützt sind.Traktionsakkumulator (1, 1 I , 1 II , 101) according to any one of the preceding claims, characterized in that the secondary cells (3, 3 I , 31 I , 3 III ) are supported by a support plate (45). Traktionsakkumulator (1, 1I, 1II, 101) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Traktionsakkumulator (1, 1I, 1II, 101) eine thermische Austauschfläche (71) an seiner tiefsten anzuordnenden Fläche aufweist, insbesondere gebildet durch die Trägerplatte (45).Traktionsakkumulator (1, 1 I , 1 II , 101) according to any one of the preceding claims, characterized in that the Traktionsakkumulator (1, 1 I , 1 II , 101) has a thermal exchange surface (71) at its lowest surface to be arranged, in particular formed through the carrier plate (45). Traktionsakkumulator (1, 1I, 1II, 101) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Modulgehäuse (33, 133) ein mit Zugelementen aufgebautes Kastengehäuse ist, das die Sekundärzellen (3, 3I, 3II, 3III ) komprimiert. Traction accumulator (1, 1 I , 1 II , 101) after one of Claims 10 to 12 , characterized in that the module housing (33, 133) is a box housing constructed with tension elements, which compresses the secondary cells (3, 3 I , 3 II , 3 III ). Traktionsakkumulator (1, 1I, 1II, 101) nach einem der Ansprüche 3 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (33, 133), das insbesondere durch ein Strangpressverfahren hergestellt ist, unterschiedliche Dicken (69, 69I) an unterschiedlichen Seiten aufweist.Traction accumulator (1, 1 I , 1 II , 101) after one of Claims 3 to 13 , characterized in that the housing (33, 133), which is produced in particular by an extrusion process, has different thicknesses (69, 69 I ) on different sides. Traktionsakkumulator (1, 1I, 1II, 101) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Traktionsakkumulator (1, 1I, 1II, 101) für ein Kraftfahrzeug wie einen Personenkraftwagen bestimmt ist und/oder die Sekundärzellen (3, 3I, 31II, 3III) mit wenigstens einer Lithium-Ionen-Elektrode und mit einem nicht-wässrigen Elektrolyten ausgestattet ist.Traktionsakkumulator (1, 1 I , 1 II , 101) according to any one of the preceding claims, characterized in that the Traktionsakkumulator (1, 1 I , 1 II , 101) is intended for a motor vehicle such as a passenger car and / or the secondary cells (3 , 3 I , 31 II , 3 III ) is equipped with at least one lithium-ion electrode and with a nonaqueous electrolyte.
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