DE202022100058U1 - Parallel geschaltete Batteriezelle mit wärmeableitendem, elektrisch leitfähigem Kontaktanschluss - Google Patents

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Abstract

Eine parallel geschaltete Batteriezelle mit wärmeableitendem, elektrisch leitfähigem Kontaktanschluss, umfassend:
mehrere Batterieeinheiten, die in einer einzigen Achse gestapelt sind und jeweils Folgendes umfassen:
zwei ebene Elektrodenkollektorschichten, die parallel zueinander angeordnet sind und als Verkapselungskomponenten einer Batterieeinheit dienen;
ein elektrochemisches System, das zwischen den beiden ebenen Elektrodenkollektorschichten angeordnet ist und ein Elektrolytsystem umfasst, wobei die Elektrolytsysteme der Batterieeinheiten nicht miteinander in Kontakt kommen; und
einen ersten wärmeableitenden, elektrisch leitfähigen Kontaktanschluss, der einen ebenen Hauptkörper und mehrere sich vom ebenen Hauptkörper erstreckende ebene Verlängerungsabschnitte aufweist, wobei die ebenen Verlängerungsabschnitte in direktem Kontakt mit den die gleiche Polarität aufweisenden ebenen Elektrodenkollektorschichten der Batterieeinheiten stehen und mindestens eine der ebenen Verlängerungsabschnitte zwischen zwei beliebige gestapelte Batterieeinheiten eingefügt ist.

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Batteriezelle und insbesondere eine Batteriezelle, die aus vollständig und einzeln eingekapselten Batterieeinheiten besteht und bei der die wärmeableitenden, elektrisch leitfähigen Kontaktanschlüsse für eine Parallelschaltung verwendet werden.
  • Stand der Technik
  • In den letzten Jahren wurden mit der rasanten Entwicklung in verschiedenen Bereichen, wie z. B. die Bereiche der tragbaren elektronischen Produkte/Elektrofahrzeuge/Energiespeicherkraftwerke, die hohen Anforderungen an Energiespeichervorrichtungen mit hoher Energiespeicherdichte und hohem Umweltschutzanspruch ständig gesteigert. Ionen-Sekundärbatterien sind zur ersten Wahl geworden. Ferner wurden verschiedene Sekundärbatterien wie Lithium-Ionen-Sekundärbatterien, Magnesium-Ionen-Sekundärbatterien und Natrium-Ionen-Sekundärbatterien entwickelt. In der Praxis wird eine Batteriezelle in der Regel durch die Parallelschaltung der Batterieeinheiten gebildet, um so eine ausreichende Kapazität zu erreichen, die für verschiedene Geräte verwendet werden kann.
  • Die herkömmliche Reihenschaltungsmethode sieht insbesondere vor, dass Vorsprünge (Anschlussenden) gleicher Polarität zusammengelötet sind. Da die hervorstehenden Abschnitte relativ lang und dünn sind, kann der Strompfad einer Batteriezelle auf diese Weise nicht maximiert werden. Da der Widerstandswert höher ist, entsteht leichter Wärme, was die Stabilität der Batteriezelle ernsthaft beeinträchtigt. Da außerdem die Kontaktflächen der Schweißpunkte relativ klein sind, ist die Konstruktion nicht einfach auszuführen. Unter schlechten Schweißbedingungen besteht außerdem eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass es zu schlechten Kontakten führt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die oben erwähnten Probleme zu lösen und eine neuartige parallel geschaltete Batteriezelle mit wärmeableitendem, elektrisch leitfähigem Kontaktanschluss bereitzustellen.
  • Aufgabe der Erfindung
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine parallel geschaltete Batteriezelle mit wärmeableitendem, elektrisch leitfähigem Kontaktanschluss bereitzustellen, bei der die Parallelschaltung einer Batteriezelle in großflächiger, direkter Kontaktart durch die wärmeableitenden, elektrisch leitfähigen Kontaktanschlüsse realisiert wird, um den Strompfad der Batteriezelle zu maximieren.
  • Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine parallel geschaltete Batteriezelle mit wärmeableitendem, elektrisch leitfähigem Kontaktanschluss bereitzustellen, bei der die wärmeableitenden, elektrisch leitfähigen Kontaktanschlüsse als Wärmeableitungspfade verwendet werden, wodurch die beim Betrieb der Batteriezelle erzeugte Wärme effektiv abgeleitet und bei der Batteriezelle eine optimale Leistung aufrechterhalten werden kann.
  • Die vorliegende Erfindung stellt eine parallel geschaltete Batteriezelle mit wärmeableitendem, elektrisch leitfähigem Kontaktanschluss bereit, die mehrere Batterieeinheiten, erste wärmeableitende, elektrisch leitfähige Kontaktanschlüsse und zweite wärmeableitende, elektrisch leitfähige Kontaktanschlüsse umfasst, wobei eine jeweilige Batterieeinheit ein komplettes und eigenständiges Modul ist und zwei ebene Elektrodenkollektorschichten und ein dazwischen angeordnetes elektrochemisches System umfasst, wobei ein jeweiliger erster bzw. ein jeweiliger zweiter wärmeableitender, elektrisch leitfähiger Kontaktanschluss einen ebenen Hauptkörper und mehrere sich vom entsprechenden ebenen Hauptkörper erstreckende ebene Verlängerungsabschnitte aufweist, die sich aus einem gleichen ebenen Hauptkörper erstreckenden ebenen Verlängerungsabschnitte in direktem Kontakt mit den die gleiche Polarität aufweisenden ebenen Elektrodenkollektorschichten der Batterieeinheiten stehen und mindestens eine der ebenen Verlängerungsabschnitte zwischen zwei beliebige gestapelte Batterieeinheiten eingefügt ist, um eine Parallelschaltung zu vervollständigen.
  • Da die ebenen Verlängerungsabschnitte und die ebenen Elektrodenkollektorschichten so miteinander in Kontakt stehen, dass eine großflächige direkte Kontaktart erreicht wird, kann der Strompfad der Batteriezelle maximiert werden, wobei dieser gleichzeitig auch als Leitungspfad für die Wärmeableitung genutzt wird. Darüber hinaus ist die Verbindungsfläche zwischen den ebenen Hauptkörpern und den ebenen Verlängerungsabschnitten viel größer als die Kontaktfläche zwischen den elektrisch leitfähigen Anschlüssen und den Elektrodenkollektoren im Stand der Technik, was die Ausführung vereinfacht.
  • Zum besseren Verständnis der Aufgaben, des technischen Inhalts, der Merkmale und der vorteilhaften Effekte der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend konkrete Ausführungsbeispiele detailliert beschrieben.
  • Figurenliste
    • 1A zeigt eine schematische Ansicht einer Batterieeinheit der erfindungsgemäßen parallel geschalteten Batteriezelle mit wärmeableitendem, elektrisch leitfähigem Kontaktanschluss;
    • 1B zeigt eine schematische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Batterieeinheit der erfindungsgemäßen parallel geschalteten Batteriezelle mit wärmeableitendem, elektrisch leitfähigem Kontaktanschluss;
    • 1C zeigt eine schematische Explosionsansicht einer Batterieeinheit der erfindungsgemäßen parallel geschalteten Batteriezelle mit wärmeableitendem, elektrisch leitfähigem Kontaktanschluss;
    • 2A zeigt eine schematische Ansicht der erfindungsgemäßen parallel geschalteten Batteriezelle mit wärmeableitendem, elektrisch leitfähigem Kontaktanschluss;
    • 2B zeigt eine schematische Explosionsansicht der erfindungsgemäßen parallel geschalteten Batteriezelle mit wärmeableitendem, elektrisch leitfähigem Kontaktanschluss;
    • 3A bis 3D zeigen schematische Ansichten der stirnseitigen Isolation der erfindungsgemäßen parallel geschalteten Batteriezelle mit wärmeableitendem, elektrisch leitfähigem Kontaktanschluss;
    • 4 zeigt eine schematische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen parallel geschalteten Batteriezelle mit wärmeableitendem, elektrisch leitfähigem Kontaktanschluss;
    • 5 zeigt eine schematische Ansicht eines noch weiteren Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen parallel geschalteten Batteriezelle mit wärmeableitendem, elektrisch leitfähigem Kontaktanschluss;
    • 6 zeigt eine schematische Ansicht eines noch weiteren Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen parallel geschalteten Batteriezelle mit wärmeableitendem, elektrisch leitfähigem Kontaktanschluss.
  • Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
  • Um die Vorteile, den Geist und die Merkmale der vorliegenden Erfindung verständlicher zu machen, werden nachfolgend die Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen detailliert beschrieben. Die vorliegende Erfindung wird in Bezug auf bestimmte Ausführungsbeispiele und unter Bezugnahme auf bestimmte Zeichnungen beschrieben, jedoch ist die Erfindung nicht darauf beschränkt, sondern nur durch die Ansprüche. Diese Ausführungsbeispiele werden nur bereitgestellt, um die vorliegende Offenbarung tiefer und leichter verständlich zu machen.
  • Die Terminologie, die hierin verwendet wird, dient nur der Beschreibung bestimmter Ausführungsbeispiele und soll den allgemeinen Erfindungsgedanken nicht beschränken. Wie hierin verwendet, sollen die Singularformen „einer,“ „eine“, „eines“ und „der“, „die“, „das“ auch die Pluralformen beinhalten, solange der Kontext nicht eindeutig etwas anderes angibt. Solange nichts anderes definiert ist, haben sämtliche hierin verwendeten Begriffe (einschließlich von technischen und wissenschaftlichen Begriffen) die gleiche Bedeutung, die ihnen ein Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet, zu dem die Ausführungsbeispiele gehören, beimisst. Ferner sei klargestellt, dass Ausdrücke, z. B. diejenigen, die in allgemein verwendeten Wörterbüchern definiert sind, so zu interpretieren sind, als hätten sie die Bedeutung, die mit ihrer Bedeutung im Kontext der einschlägigen Technik konsistent ist, und nicht in einem idealisierten oder übermäßig formalen Sinn zu interpretieren sind, solange dies hierin nicht ausdrücklich definiert ist.
  • Eine Bezugnahme in dieser gesamten Spezifikation auf „eine einzige Ausführungsform“ oder „eine beliebige Ausführungsform“ bedeutet, dass eine im Zusammenhang mit der Ausführungsform beschriebene Funktion, Struktur oder Eigenschaft in mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthalten ist. Somit beziehen sich die Ausdrücke „in einer einzigen Ausführungsform“ oder „in einer beliebigen Ausführungsform“ an verschiedenen Stellen dieser Spezifikation nicht unbedingt alle auf dieselbe Ausführungsform, sondern können sich auf verschiedene Ausführungsformen beziehen. Ferner können die einzelnen Funktionen, Strukturen oder Eigenschaften, wie eine Person mit durchschnittlicher Fachkenntnis dieser Offenlegung entnehmen kann, in geeigneter Weise in einer oder mehreren Ausführungsformen kombiniert sein.
  • Bei der Beschreibung der vorliegenden Erfindung ist darauf hinzuweisen, dass die Begriffe „gekoppelt“, „verbunden“ und „angeordnet“ weit gefasst zu verstehen sind. Beispielsweise kann es sich um eine mechanische oder eine elektrische Verbindung handeln, oder es kann sich um eine interne Verbindung zwischen zwei Komponenten handeln, die direkt oder über ein Zwischenmedium verbunden sein können. Die spezifischen Bedeutungen der obigen Begriffe in der vorliegenden Erfindung sind je nach spezifischer Situation dem Fachmann verständlich.
  • In der vorliegenden Erfindung werden komplette und einzeln eingekapselte Batterieeinheiten 20 für eine Parallelschaltung verwendet. Daher erfolgt die Beschreibung zunächst in Bezug auf den Teil einer Batterieeinheit 20. Es wird auf die 1A und 1C Bezug genommen. Beispielsweise umfasst eine erfindungsgemäße Batterieeinheit 20, zwei ebene Elektrodenkollektorschichten 24, 25, ein elektrochemisches System 201 und einen Rahmenkleber 26, wobei das elektrochemische System 201 eine Trennschicht 21, zwei Aktivmaterialschichten 22, 23 und ein in die Aktivmaterialschichten 22, 23 imprägniertes oder gemischtes Elektrolytsystem umfasst. Als Material für die Trennschicht 21 kann ein isolierendes Material ohne lonenleitfähigkeit oder ein Material mit lonenleitfähigkeit gewählt werden. Wenn als Material ein isolierendes Material ohne lonenleitfähigkeit gewählt ist, handelt es sich bei der Trennschicht um eine poröse Schicht aus Polymermaterialien oder Glasfasermaterialien, eine durch Stapeln oder Sintern von keramischen Partikelmaterialien gebildete mikroporöse Struktur oder eine Kombination davon. Wenn das Material der Trennschicht 21 selbst keine lonenleitfähigkeit aufweist, weist die Trennschicht 21 Mikrolöcher auf, damit Ionen mittels eines Elektrolytmediums die Trennschicht passieren können. Wenn das Material der Trennschicht 21 ein ionenleitfähiges Material ist, wie z. B. das Keramikpulver eines oxidischen Festelektrolyten, muss die Trennschicht 21 in diesem Fall keine Mikrolöcher für den Ionentransport aufweisen, sondern der Transport erfolgt über die eigene Festkörper/Festkörper-Grenzfläche des oxidischen Festelektrolyten. Die Mikrolöcher können in Form von Durchgangslöchern oder verwinkelten Löchern (nicht linear und durchgängig) vorliegen.
  • Das Keramikpulver kann ein Isoliermaterial ohne lonenleitfähigkeit oder ein oxidischer Festelektrolyt mit lonenleitfähigkeit sein und sein ursprünglicher Partikelgrößenbereich kann im Mikro- oder Nanomaßstab liegen oder eine Mischung aus zwei sehr unterschiedlichen Maßstäben, wie beispielsweise eine Mischung aus Mikromaßstab und Nanomaßstab, sein. Wenn für das Keramikmaterial ein Isoliermaterial ohne lonenleitfähigkeit gewählt wird, kann es aus Materialien im Mikro- und Nanobereich wie Titandioxid (TiO2), Aluminium(I)-oxid (Al2O3), Siliziumdioxid (SiO2) usw. oder aus alkylierten Keramikpartikeln bestehen. Wenn für das Keramikpulver ein oxidischer Festkörperelektrolyt mit lonenleitfähigkeit gewählt wird, kann es sich beispielsweise um Lithium-Lanthan-Zirkonoxid (lithium lanthanum zirconium oxide; Li7La3Zr2O12; LLZO), Lithiumaluminiumtitanphosphat (LATP) und dergleichen handeln. Ferner kann das Keramikmaterial eine Mischung aus isolierendem Keramikmaterial und oxidischem Festelektrolyt sein. Wenn die Trennschicht durch Stapeln des Keramikpulvers gebildet ist, kann sie ferner einen Polymerkleber wie Polyvinylidenfluorid (PVDF), Polyvinylidenfluorid-Hexafluorpropylen-Copolymer (PVDF-HFP), Polytetrafluorethylen (PTFE), Acrylsäurekleber (acrylic acid glue), Epoxidharz, Polyethylenoxid (PEO), Polyacrylnitril (PAN) und Polyimid (PI) umfassen.
  • Das Elektrolytsystem ist in die Aktivmaterialschichten 22, 23 imprägniert oder gemischt und kann ein flüssiger, kolloidaler, fester Elektrolyt oder ein aus einer beliebigen Kombination davon gemischter Elektrolyt sein. Die Aktivmaterialschichten 22, 23 sind durch die dazwischen liegende Trennschicht 21 getrennt, wobei die Aktivmaterialschichten 22, 23 und die Trennschicht 21 zusammen ein elektrochemisches System 201 bilden. Durch ihre Aktivmaterialien können sie chemische Energie in elektrische Energie (Stromversorgung) umwandeln oder elektrische Energie in chemische Energie umwandeln und im System speichern (Laden), um gleichzeitig Ionenleitung und Ionenwanderung zu erreichen. Die erzeugten Elektronen können direkt aus den ebenen Elektrodenkollektorschichten 24, 25 herausgeführt werden. Die Materialien der ebenen Elektrodenkollektorschichten 24, 25 sind üblicherweise Kupfer und Aluminium. Selbstverständlich können die Materialien dieser auch andere Metalle wie Nickel, Zinn, Silber und Gold oder Metalllegierungen sein.
  • Gleichzeitig sind die ebenen Elektrodenkollektorschichten 24, 25 auf den am Umfang befindlichen Rahmenkleber 26 abgestimmt und dienen zusammen als Verkapselungskomponenten der Batterieeinheit 20, um das elektrochemische System 201 von der äußeren Umgebung zu isolieren. Der Rahmenkleber 26 ist ein Polymermaterial, und abgesehen davon, dass er an den Oberflächen der ebenen Elektrodenkollektorschichten 24, 25 haften können und im Elektrolytsystem beständig sein muss, unterliegt er keinen besonderen Beschränkungen, wobei ein duroplastisches Harz bevorzugt wird. Beispielsweise kann das Material des Rahmenklebers 26 Epoxidharz, Polyethylen, Polypropylen, Polyurethan, thermoplastisches Polyimid, Silikonharz, Acrylharz, Kieselgel oder UV-härtender Kleber sein. Der Rahmenkleber 26 ist am Umfang zwischen den beiden ebenen Elektrodenkollektorschichten 24, 25 angeordnet und umgibt das elektrochemische System 201 (die Aktivmaterialschichten 22, 23 und die dazwischen liegende Trennschicht 21), wobei gleichzeitig seine zwei Endflächen zumindest teilweise mit den beiden ebenen Elektrodenkollektorschichten 24, 25 verklebt sind. Der Rahmenkleber 26 und die beiden Elektrodenkollektorschichten 24, 25 kapseln das Elektrolytsystem zwischen den beiden Elektrodenkollektorschichten 24, 25 ohne Leckage ein und stehen nicht mit den Elektrolytsystemen anderer Batterieeinheiten 20 in Verbindung. Daher ist eine Batterieeinheit 20 ein eigenständiges und komplettes Stromversorgungsmodul, das durch direktes Verwenden der beiden ebenen Elektrodenkollektorschichten 24, 25 und des Rahmenklebers 26 als Verkapselungsstruktur gebildet wird.
  • Um den Verkapselungseffekt des Rahmenklebers 26 zu verbessern, wenn der Rahmenkleber 26 aus Kieselgel besteht, kann der Rahmenkleber 26 dreischichtig aufgebaut sein. Es wird auf 1B Bezug genommen. Die oberen und unteren Schichten sind modifizierte Kieselgelschichten 261, 262 und die mittlere ist die Kieselgelschicht 263. Die modifizierten Kieselgelschichten 261, 262 auf zwei Seiten werden modifiziert, indem das Zusammensetzungsverhältnis des Additionssilikons und des kondensationsvernetzenden Silikons eingestellt wird oder Additive hinzugefügt werden, um sie zum Verbinden heterogener Materialien (hier sind die heterogenen Materialien die ebenen Elektrodenkollektorschichten 24, 25) geeignet zu machen. Mit diesem Design kann die Haftung zwischen den Grenzflächen verbessert und gleichzeitig die Integrität des Gesamterscheinungsbildes und außerdem die Produktionsausbeute verbessert werden.
  • Es wird auf die 2A und 2B Bezug genommen, die das erste Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen parallel geschalteten Batteriezelle mit wärmeableitendem, elektrisch leitfähigem Kontaktanschluss zeigen. Sie umfasst mehrere einachsige gestapelte Batterieeinheiten 20 und mindestens einen wärmeableitenden, elektrisch leitfähigen Kontaktanschluss. In den Figuren sind ein erster wärmeableitender, elektrisch leitfähiger Kontaktanschluss 31 und ein zweiter wärmeableitender, elektrisch leitfähiger Kontaktanschluss 32 gezeigt, wobei der erste wärmeableitende, elektrisch leitfähige Kontaktanschluss 31 einen ebenen Hauptkörper 311 und mehrere sich vom ebenen Hauptkörper 311 erstreckende ebene Verlängerungsabschnitte 312 aufweist. Die ebenen Verlängerungsabschnitte 312 können passend zu den zu verbindenden Batterieeinheiten 20 gestaltet sein. In diesem Ausführungsbeispiel sind sie mit drei Batterieeinheiten 20 verbunden, daher beträgt die Anzahl der ebenen Verlängerungsabschnitte 312 des ersten wärmeableitenden, elektrisch leitfähigen Kontaktanschlusses 31 ebenfalls drei. In ähnlicher Weise weist der zweite wärmeableitende, elektrisch leitfähige Kontaktanschluss 32 ebenfalls einen ebenen Hauptkörper 321 und drei sich vom ebenen Hauptkörper 321 erstreckende ebene Verlängerungsabschnitte 322 auf.
  • In diesem Ausführungsbeispiel sind die Batterieeinheiten 20 in der gleichen Richtung gestapelt. Mit anderen Worten, die ebenen Elektrodenkollektorschichten 24 gleicher Polarität weisen alle nach oben und stehen zur Bildung einer elektrischen Verbindung in direktem Kontakt mit den ebenen Verlängerungsabschnitten 312 des ersten wärmeableitenden, elektrisch leitfähigen Kontaktanschlusses 31. In ähnlicher Weise weisen alle ebenen Elektrodenkollektorschichten 25 anderer Polarität nach unten und stehen zur Bildung einer elektrischen Verbindung in direktem Kontakt mit den ebenen Verlängerungsabschnitten 322 des zweiten wärmeableitenden, elektrisch leitfähigen Kontaktanschlusses 32. Das heißt, die ebenen Verlängerungsabschnitte 312 des ersten wärmeableitenden, elektrisch leitfähigen Kontaktanschlusses 31 und die ebenen Verlängerungsabschnitte 322 des zweiten wärmeableitenden, elektrisch leitfähigen Kontaktanschlusses 32 sind versetzt angeordnet, um eine Parallelschaltung zu bilden. Daher bestehen sowohl die ebenen Verlängerungsabschnitte 312 des ersten wärmeableitenden, elektrisch leitfähigen Kontaktanschlusses 31 als auch die ebenen Verlängerungsabschnitte 322 des zweiten wärmeableitenden, elektrisch leitfähigen Kontaktanschlusses 32 aus elektrisch leitfähigen Materialien. Um zu diesem Zeitpunkt zu vermeiden, dass die dazwischen liegenden ebenen Verlängerungsabschnitte 312 des ersten wärmeableitenden, elektrisch leitfähigen Kontaktanschlusses 31 und die dazwischen liegenden ebenen Verlängerungsabschnitte 322 des zweiten wärmeableitenden, elektrisch leitfähigen Kontaktanschlusses 32, die zueinander versetzt angeordnet sind, miteinander in Kontakt kommen und dadurch ein Kurzschluss verursacht wird, können Isolierplatten 40 zur Isolierung zwischen diesen beiden hinzugefügt sein.
  • Ferner könnten die Endflächen der Batterieeinheiten 20 auch mit der Innenseite des ebenen Hauptkörpers 311, 312 des ersten wärmeableitenden, elektrisch leitfähigen Kontaktanschlusses 31 bzw. des zweiten wärmeableitenden, elektrisch leitfähigen Kontaktanschlusses 32 in Kontakt kommen, wodurch ein Kurzschluss auftreten würde. Es wird auf 3A Bezug genommen. Um einen Kontakt mit den Endflächen der Batterieeinheiten 20 zu vermeiden, kann ein Isolator 41 auf der Innenseite des ebenen Hauptkörpers 311, 312 und zwischen den ebenen Verlängerungsabschnitten 311, 312 angeordnet sein. Zusätzlich zur Verwendung von Isolatoren 41 kann in Anbetracht dessen, dass der Rahmenkleber 26 einer jeweiligen Batterieeinheit 20 ebenfalls aus einem Isoliermaterial hergestellt ist, der Rahmenkleber 26 einer jeweiligen Batterieeinheit 20 auch verlängert sein, damit er aus der entsprechenden ebenen Elektrodenkollektorschicht 24 und/oder der entsprechenden ebenen Elektrodenkollektorschicht 25 nach außen herausragt, oder er kann sich sogar bis zur Innenseite des ebenen Hauptkörpers 311, 312 des ersten wärmeableitenden, elektrisch leitfähigen Kontaktanschlusses 31 bzw. des zweiten wärmeableitenden, elektrisch leitfähigen Kontaktanschlusses 32 erstrecken und mit dieser in Kontakt sein, wie in 3B gezeigt. Selbstverständlich kann er sich auch nach außen erstrecken, ohne mit der Innenseite des ebenen Hauptkörpers 311, 312 des ersten wärmeableitenden, elektrisch leitfähigen Kontaktanschlusses 31 bzw. des zweiten wärmeableitenden, elektrisch leitfähigen Kontaktanschlusses 32 in Kontakt zu sein. Das Hauptziel besteht darin, zu verhindern, dass die äußersten ebenen Elektrodenkollektorschichten 24, 25 mit den Innenseiten der ebenen Hauptkörper 311, 312 des ersten wärmeableitenden, elektrisch leitfähigen Kontaktanschlusses 31 und des zweiten wärmeableitenden, elektrisch leitfähigen Kontaktanschlusses 32 in Kontakt kommen. Es wird als nächstes auf 3C Bezug genommen, in der zu sehen ist, dass sich der Rahmenkleber 26 nach außen erstreckt und aus einer Seite der ebenen Elektrodenkollektorschicht 25 herausragt. Zu diesem Zeitpunkt steht die ebene Elektrodenkollektorschicht 24 einer Batterieeinheit 20 ursprünglich in Kontakt mit dem ebenen Verlängerungsabschnitt 312 des ersten wärmeableitenden, elektrisch leitfähigen Kontaktanschlusses 31 und weisen beide die gleiche Polarität auf. Daher verursacht der Kontakt zwischen der ebenen Elektrodenkollektorschicht 24 und der Innenseite des ebenen Hauptkörpers 311 des ersten wärmeableitenden, elektrisch leitfähigen Kontaktanschlusses keinen Kurzschluss, sodass dieser Abschnitt der ebenen Elektrodenkollektorschicht 24 zusammen mit dem Rahmenkleber 26 verlängert sein kann, um die Kontaktfläche zu vergrößern und den Wärmeableitungseffekt weiter zu verbessern. Mit anderen Worten, die ebene Elektrodenkollektorschicht 25 ist relativ zur ebenen Elektrodenkollektorschicht 24 zur Mitte einer Batterieeinheit hin zurückgesetzt, um zu verhindern, dass ebene Elektrodenkollektorschichten 25 unterschiedlicher Polarität mit der Innenseite des ebenen Hauptkörpers 311, 312 in Kontakt kommen. Für diese beiden Ausführungsbeispiele (3B und 3C) kann die Verlängerung des Rahmenklebers 26 nach außen als relatives Konzept aufgefasst werden. Je nach gewünschter Wirkung kann auch erwogen werden, die ebenen Elektrodenkollektorschichten 24, 25 nach innen zurückzusetzen. In ähnlicher Weise kann auch ein Isolator 41 hinzugefügt und der Rahmenkleber 26 nach außen verlängert sein, wie dies in 3D gezeigt ist, was weiter sicherstellt, dass es nicht dazu kommt, dass die Endflächen einer Batterieeinheit 20 durch einen Kontakt kurzgeschlossen werden.
  • Da die ebenen Verlängerungsabschnitte 312 des ersten wärmeableitenden, elektrisch leitfähigen Kontaktanschlusses 31 und die ebenen Verlängerungsabschnitte 322 des zweiten wärmeableitenden, elektrisch leitfähigen Kontaktanschlusses 32 in großflächigem Kontakt mit den beiden ebenen Elektrodenkollektorschichten 24, 25 stehen, kann der Strompfad der parallel geschalteten Batteriezelle maximiert werden. Daher können die ebenen Verlängerungsabschnitte 312 des ersten wärmeableitenden, elektrisch leitfähigen Kontaktanschlusses 31 und die ebenen Verlängerungsabschnitte 322 des zweiten wärmeableitenden, elektrisch leitfähigen Kontaktanschlusses 32 etwa die gleiche Größe wie die beiden ebenen Elektrodenkollektorschichten 24, 25 haben. Der ebene Hauptkörper 311 und die ebenen Verlängerungsabschnitte 312 des ersten wärmeableitenden, elektrisch leitfähigen Kontaktanschlusses 31 bzw. der ebene Hauptkörper 321 und die ebenen Verlängerungsabschnitte 322 des zweiten wärmeableitenden, elektrisch leitfähigen Kontaktanschlusses 32 können jeweils einteilig oder durch Schweißen gebildet sein. Egal welches Verfahren angewendet wird, die Verbindungsfläche zwischen ihnen ist viel größer als zwischen den durch ein herkömmliches Verbindungsverfahren gebildeten hervorstehenden Abschnitten (Anschlussenden). Daher ist in der Erfindung das Verbindungsverfahren stabiler und außerdem der Herstellungsprozess der gesamten Batteriezelle bequemer. Da die Verbindungsfläche stark vergrößert ist, nimmt gleichzeitig der Widerstandswert und zudem die beim Betrieb der Batteriezelle erzeugte Wärmeenergie ab.
  • Wenn ferner der erste wärmeableitende, elektrisch leitfähige Kontaktanschluss 31 und der zweite wärmeableitende, elektrisch leitfähige Kontaktanschluss 32 aus elektrisch leitfähigen Materialien mit hoher Wärmeleitfähigkeit hergestellt sind, können sie als Wärmeableitungspfade für die Batteriezelle verwendet werden, um die beim Betrieb der Batteriezelle erzeugte Wärme effektiv abzuleiten. Durch diese Wärmeableitungspfade mit großflächigem Kontakt in Kombination mit der oben erwähnten erheblichen Verringerung der durch die Vergrößerung der Verbindungsfläche erzeugten Wärme kann die parallel geschaltete Batteriezelle auf optimaler Arbeitsleistung gehalten werden.
  • Es wird nun auf 4 Bezug genommen. Bei der umgekehrten Stapelung, bei der es, wie in der Figur gezeigt, beispielsweise insgesamt sieben Batterieeinheiten 20 gibt, weisen bei den ungeradzahligen Batterieeinheiten 20 die ebenen Elektrodenkollektorschichten 24 nach oben und bei den geradzahligen Batterieeinheiten 20 die ebenen Elektrodenkollektorschichten 25 nach oben. Daher können die ebenen Verlängerungsabschnitte 312 des ersten wärmeableitenden, elektrisch leitfähigen Kontaktanschlusses 31 und die ebenen Verlängerungsabschnitte 322 des zweiten wärmeableitenden, elektrisch leitfähigen Kontaktanschlusses 32, die sich in der Mitte befinden, gleichzeitig mit den ebenen Elektrodenkollektorschichten 24, 25 gleicher Polarität der oberen und unteren Batterieeinheiten 20 in Kontakt sein, sodass die Anzahl der ebenen Verlängerungsabschnitte 312, 322 reduziert und die Isolierplatte 40 weggelassen ist, um die Einheitsenergiedichte der gesamten Batteriezelle zu verbessern.
  • Es wird als nächstes auf 5 Bezug genommen, die eine Anordnung mit gleicher Richtung wie in 2A aufweist, jedoch beträgt zur Bildung einer kompakten Parallelschaltung die Anzahl der Batterieeinheiten 20 vier. Der restliche Inhalt ist gleich wie oben und wird daher hier nicht erneut beschrieben.
  • Es wird auf 6 Bezug genommen, in der gegenüber 4 eine Anordnung mit umgekehrter Richtung gezeigt ist, jedoch ist die Anzahl auf sechs Batterieeinheiten 20 geändert. In diesem Fall muss zur Bildung einer kompakten Parallelschaltung die Anzahl der ebenen Verlängerungsabschnitte 312 des ersten wärmeableitenden, elektrisch leitfähigen Kontaktanschlusses 31 um eins mehr als die der ebenen Verlängerungsabschnitte 322 des zweiten wärmeableitenden, elektrisch leitfähigen Kontaktanschlusses 32 sein. Der restliche Inhalt ist gleich wie oben und wird daher hier nicht erneut beschrieben. Die oben genannten Anzahlen wurden nur unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben. Der Zweck besteht in der Beschreibung des Unterschieds zwischen den ungeradzahligen und geradzahligen Batterieeinheiten 20. Andere Fälle mit hier nicht gezeigten Anzahlen können nach dem gleichen Prinzip konfiguriert werden.
  • Zusammenfassend stellt die vorliegende Erfindung eine parallel geschaltete Batteriezelle mit wärmeableitendem, elektrisch leitfähigem Kontaktanschluss bereit, bei der die wärmeableitenden, elektrisch leitfähigen Kontaktanschlüsse die durch ein herkömmliches Verbindungsverfahren gebildeten elektrisch leitfähigen Anschlüsse (Anschlussenden) ersetzen und zum Maximieren des Strompfads der Batteriezelle durch ihre Verlängerungsabschnitte und ebenen Elektrodenkollektorschichten ein großflächiger direkter Kontakt gewährleistet ist, wobei gleichzeitig die wärmeableitenden, elektrisch leitfähigen Kontaktanschlüsse auch als Wärmeableitungspfade verwendet werden, wodurch die beim Betrieb der Batteriezelle erzeugte Wärme effektiv abgeleitet und bei der Batteriezelle eine optimale Leistung aufrechterhalten werden kann.
  • Die vorstehende Beschreibung stellt nur bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung dar und soll nicht die Schutzansprüche beschränken. Alle gleichwertigen Änderungen und Modifikationen, die gemäß der Beschreibung und den Zeichnungen der Erfindung von einem Fachmann auf diesem Gebiet vorgenommen werden können, fallen in den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung.
  • Bezugszeichenliste
    • 20
    Batterieeinheit
    201
    elektrochemisches System
    21
    Trennschicht
    22, 23
    Aktivmaterialschicht
    24, 25
    ebene Elektrodenkollektorschicht
    26
    Rahmenkleber
    261
    modifizierte Kieselgelschicht
    262
    modifizierte Kieselgelschicht
    263
    Kieselgelschicht
    31
    erster wärmeableitender, elektrisch leitfähiger Kontaktanschluss
    311
    ebener Hauptkörper
    312
    ebener Verlängerungsabschnitt
    32
    zweiter wärmeableitender, elektrisch leitfähiger Kontaktanschluss
    321
    ebener Hauptkörper
    322
    ebener Verlängerungsabschnitt
    40
    Isolierplatte
    41
    Isolator

Claims (10)

  1. Eine parallel geschaltete Batteriezelle mit wärmeableitendem, elektrisch leitfähigem Kontaktanschluss, umfassend: mehrere Batterieeinheiten, die in einer einzigen Achse gestapelt sind und jeweils Folgendes umfassen: zwei ebene Elektrodenkollektorschichten, die parallel zueinander angeordnet sind und als Verkapselungskomponenten einer Batterieeinheit dienen; ein elektrochemisches System, das zwischen den beiden ebenen Elektrodenkollektorschichten angeordnet ist und ein Elektrolytsystem umfasst, wobei die Elektrolytsysteme der Batterieeinheiten nicht miteinander in Kontakt kommen; und einen ersten wärmeableitenden, elektrisch leitfähigen Kontaktanschluss, der einen ebenen Hauptkörper und mehrere sich vom ebenen Hauptkörper erstreckende ebene Verlängerungsabschnitte aufweist, wobei die ebenen Verlängerungsabschnitte in direktem Kontakt mit den die gleiche Polarität aufweisenden ebenen Elektrodenkollektorschichten der Batterieeinheiten stehen und mindestens eine der ebenen Verlängerungsabschnitte zwischen zwei beliebige gestapelte Batterieeinheiten eingefügt ist.
  2. Parallel geschaltete Batteriezelle mit wärmeableitendem, elektrisch leitfähigem Kontaktanschluss nach Anspruch 1, wobei diese ferner einen zweiten wärmeableitenden, elektrisch leitfähigen Kontaktanschluss umfasst, der einen ebenen Hauptkörper und mehrere sich vom ebenen Hauptkörper erstreckende ebene Verlängerungsabschnitte aufweist, wobei die ebenen Verlängerungsabschnitte in direktem Kontakt mit den die andere Polarität aufweisenden ebenen Elektrodenkollektorschichten der Batterieeinheiten stehen.
  3. Parallel geschaltete Batteriezelle mit wärmeableitendem, elektrisch leitfähigem Kontaktanschluss nach Anspruch 2, bei der die ebenen Verlängerungsabschnitte des ersten wärmeableitenden, elektrisch leitfähigen Kontaktanschlusses und des zweiten wärmeableitenden, elektrisch leitfähigen Kontaktanschlusses zwischen den gestapelten Batterieeinheiten versetzt und voneinander isoliert angeordnet sind.
  4. Parallel geschaltete Batteriezelle mit wärmeableitendem, elektrisch leitfähigem Kontaktanschluss nach Anspruch 3, wobei diese ferner eine Isolierplatte umfasst, die zwischen den ebenen Verlängerungsabschnitten angeordnet sind.
  5. Parallel geschaltete Batteriezelle mit wärmeableitendem, elektrisch leitfähigem Kontaktanschluss nach Anspruch 3, wobei diese ferner mindestens einen Isolator umfasst, der auf der Innenseite des ebenen Hauptkörpers und zwischen den ebenen Verlängerungsabschnitten eines jeweiligen ersten wärmeableitenden, elektrisch leitfähigen Kontaktanschlusses und eines jeweiligen zweiten wärmeableitenden, elektrisch leitfähigen Kontaktanschlusses angeordnet ist.
  6. Parallel geschaltete Batteriezelle mit wärmeableitendem, elektrisch leitfähigem Kontaktanschluss nach Anspruch 3, bei der die ebenen Verlängerungsabschnitte eines ersten wärmeableitenden, elektrisch leitfähigen Kontaktanschlusses und eines zweiten wärmeableitenden, elektrisch leitfähigen Kontaktanschlusses etwa die gleiche Größe wie die ebenen Elektrodenkollektorschichten der Batterieeinheiten haben.
  7. Parallel geschaltete Batteriezelle mit wärmeableitendem, elektrisch leitfähigem Kontaktanschluss nach Anspruch 1, bei der die Elektrolytsysteme des elektrochemischen Systems nicht miteinander kommunizieren und bei den benachbarten elektrochemischen Systemen nur ein Ladungstransfer stattfindet, es aber zu keiner elektrochemischen Reaktion kommt.
  8. Parallel geschaltete Batteriezelle mit wärmeableitendem, elektrisch leitfähigem Kontaktanschluss nach Anspruch 1, bei der eine jeweilige Batterieeinheit ferner einen Rahmenkleber umfasst, der zwischen den beiden ebenen Elektrodenkollektorschichten und um das elektrochemische System herum angeordnet ist, wobei der Rahmenkleber und die beiden ebenen Elektrodenkollektorschichten als Verkapselungsstruktur einer jeweiligen Batterieeinheit fungieren.
  9. Parallel geschaltete Batteriezelle mit wärmeableitendem, elektrisch leitfähigem Kontaktanschluss nach Anspruch 8, bei der sich der Rahmenkleber nach außen erstreckt und aus einer Seite mindestens einer der entsprechenden ebenen Elektrodenkollektorschichten herausragt.
  10. Parallel geschaltete Batteriezelle mit wärmeableitendem, elektrisch leitfähigem Kontaktanschluss nach Anspruch 9, wobei diese ferner mindestens einen Isolator umfasst, der auf der Innenseite des ebenen Hauptkörpers und zwischen den ebenen Verlängerungsabschnitten eines jeweiligen ersten wärmeableitenden, elektrisch leitfähigen Kontaktanschlusses und eines jeweiligen zweiten wärmeableitenden, elektrisch leitfähigen Kontaktanschlusses angeordnet ist.
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