EP3707773A1 - Batteriezelle mit einer verbesserten kühlung - Google Patents

Batteriezelle mit einer verbesserten kühlung

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Publication number
EP3707773A1
EP3707773A1 EP18807878.6A EP18807878A EP3707773A1 EP 3707773 A1 EP3707773 A1 EP 3707773A1 EP 18807878 A EP18807878 A EP 18807878A EP 3707773 A1 EP3707773 A1 EP 3707773A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
current collector
cooling
housing
battery cell
coolant
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP18807878.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Klemen
Markus Feigl
Nikolaus Hautmann
Rene Deponte
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP3707773A1 publication Critical patent/EP3707773A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/654—Means for temperature control structurally associated with the cells located inside the innermost case of the cells, e.g. mandrels, electrodes or electrolytes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings, jackets or wrappings of a single cell or a single battery
    • H01M50/102—Primary casings, jackets or wrappings of a single cell or a single battery characterised by their shape or physical structure
    • H01M50/103—Primary casings, jackets or wrappings of a single cell or a single battery characterised by their shape or physical structure prismatic or rectangular
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the present invention relates to a battery cell.
  • the present invention relates to a battery cell with improved cooling.
  • prismatic hardcase battery cells are widely used in today's electrified motor vehicles.
  • prismatic hardcase battery cells are widely used in today's electrified motor vehicles.
  • the prismatic hardcase battery cells are widely used in today's electrified motor vehicles.
  • This battery format is used for series produced batteries for hybrid vehicles.
  • An efficient cooling is an advantage.
  • US 2012/0177973 describes a battery cell which has two current collectors for electrical contacting. It is provided that at least one of the current collector, in particular by cooling channels, is provided to guide a cooling medium through the current collector.
  • DE 10 2013 200 212 A1 describes a battery cell for a battery module for supplying an electric drive of an electric or hybrid vehicle.
  • the battery cell includes a housing that has current collectors that function as
  • JP 2006210185 describes a battery with a cooling structure.
  • the cooling structure is arranged on a winding element.
  • the present invention is a battery cell, comprising a cell housing, which accommodates an electrode assembly having a cathode and an anode, wherein in the cell housing, a first current collector for electrically contacting the cathode is provided and wherein in the
  • Cell housing a second current collector is provided for electrically contacting the anode, and wherein within the cell housing, an insulating housing is provided, which isolates at least one of the first current collector and the second current collector of the cell housing, wherein at least one of the first current collector, the second current collector and the insulating housing is designed with a tempering structure.
  • the above-described battery cell includes a cell case which houses an electrode assembly having a cathode and an anode.
  • Cell housing may, for example, be at least partially made of a metal, such as aluminum, to have sufficient stability and, optionally, to be at least partially electrically conductive, such that the housing may be electronically connected to one of the electrodes, such as the cathode can be.
  • the electrode arrangement can in principle be designed as is suitable for the corresponding battery cell and in principle in such a way as is known from the prior art, for example for prismatic battery cells. Accordingly, the electrode arrangement may in particular be designed with an anode, a cathode and a separator arranged between the anode and the cathode.
  • the electrode arrangement can form a lithium-ion cell and be designed accordingly.
  • the battery cell may have a wound configuration, wherein the current collectors may each be welded to the wound structure as described below.
  • a first current collector is provided for electrically contacting the cathode and that in the
  • Cell housing provided a second current collector for electrically contacting the anode.
  • the current collectors thus serve to the anode
  • the current collector of the anode may be made of aluminum, whereas the current collector of the cathode may be made of copper.
  • an insulating housing is further provided within the cell housing, which is at least one of the first
  • the insulating housing serves to mechanically fix the first and the second current collector and to prevent electrical contact between the current collector or the current collectors and the housing, for example when a force is applied from the outside.
  • At least one of the first current collector, the second current collector and the insulating housing is configured with a tempering structure.
  • a tempering structure For example, only the first current collector, only the second current collector, only the insulating housing or any combination, so for example both current collectors and optionally the insulating housing or only one of the current collectors, that of the anode or the cathode, and the insulating housing, with a temperature control be provided.
  • this embodiment according to which at least one of the first current collector, the second current collector and the insulating housing is configured with a tempering, can provide significant advantages over the prior art.
  • the battery cell can be brought to the operating temperature particularly quickly, which can allow a gentle operation of the battery cell.
  • cooling it may thus also be possible to dispense with cooling plates. These are provided in the prior art, especially at the module level and act from the exterior of the cell housing to the electrode assembly. By dispensing with such cooling plates in turn can be saved weight and costs can be reduced. In addition, a reduction in height can be made possible, which can enable use even in space-poor applications. Moreover, the foregoing shows that the battery cell described herein may be particularly advantageous in mobile arrangements, such as in vehicles.
  • Insulating housing also adjacent to this, a thermal barrier can be created, which can allow protection of adjacent battery cells.
  • a significant gain in security can be achieved.
  • the tempering structure has at least one cooling channel for guiding a coolant.
  • a particularly effective tempering ie cooling or heating
  • coolant or cooling fluid in particular cooling fluid
  • cooling medium is not electrically conductive.
  • refrigerants include, for example, any silicone oils, such as those known for example from transformers.
  • a plurality of cooling channels is also included in the invention, even if the following is only spoken of a cooling channel. The described embodiments thus apply to a cooling channel and likewise to a plurality of at least two cooling channels.
  • the cooling channel may for example be divided more or split, so that at a coolant inlet and a coolant outlet, a coolant structure with a plurality of
  • Coolant channels can be provided, which is a particularly effective
  • a coolant connection is provided for guiding coolant into the cooling channel or out of the cooling channel adjacent to an electrical connection of the electrode arrangement, that is to say in particular on the same side, for example on the top side.
  • the periphery of the battery cell is provided approximately including all the electrical connections on one side of the battery cell, that is approximately at the top. This embodiment can thus allow an improved assembly, since the periphery is spatially concentrated and thus the other pages have no restrictions of the installation space or the mounting conditions.
  • a coolant connection for guiding coolant into the cooling channel or out of the cooling channel is arranged adjacent to an insulator of an electrical connection, ie the coolant extends through the insulator and a cooling channel terminates approximately at the insulator.
  • the insulator may, for example, be arranged inside the cell housing and protect the electrical, in particular external, connection from contact with the cell housing.
  • the insulator may have approximately two holes, wherein the coolant can pass through a bore in the cooling channel and through the second bore, the coolant from the cooling channel emerge again, the coolant can flow through the entire current collector or through the entire insulating, so as to realize a tempering, ie a heating or cooling.
  • a coolant connection for guiding coolant into the cooling channel or out of the cooling channel is provided on a side which is different from an electrical connection of the electrode arrangement and, for example, facing away from it.
  • the connections for the cooling circuit or the cooling line may be provided on the cell bottom, if the electrical connections are arranged on the head side. In the bottom of the cell case could then be two holes and in the
  • a seal may be present approximately in the insulating, so that it can be dispensed with further sealing elements, such as O-rings.
  • Ports are separated from the coolant connections, which is the Safety of operation can improve.
  • a side of the electrical connections such as at the head of the battery cell, a
  • the insulator may for example be a plastic injection molded part, wherein the
  • the coolant O-rings can be provided in recordings of the insulator.
  • other gaskets such as flat gaskets or elastomer gaskets sprayed onto the insulator, are also suitable.
  • the insulating housing at least partially positively receives at least one of the first current collector and the second current collector.
  • a good thermal contact can be made possible from the current collector to the insulating housing, which can make the above-described safety effect particularly effective.
  • it can effectively be prevented that the respective current collector abuts against the cell housing, for example, in the event of vibrations, and thus a short circuit can occur.
  • the first current collector having a cooling structure or the second current collector having a cooling structure or the insulating housing having a cooling structure is produced by an additive method.
  • current collectors and / or insulating housings can be formed, in which a cooling structure, such as one or more cooling channels, are configured such that a particularly effective temperature control can take place.
  • the cooling channels completely through the or
  • the current collectors are made without support structures, which can prevent a relatively costly reworking.
  • the current collectors may be advantageous in the case of the current collectors, for example, that additive build-up methods with aluminum and copper, which are particularly suitable as potential materials for the current collectors, are possible without problems.
  • any additive methods which are also referred to as 3D printing, for example, are suitable.
  • the additive method comprises selective laser sintering.
  • Raw material bed is provided and by successive localized and layered white melting and hardening of the raw material and refilling of raw material, a component can be built additive layer by layer.
  • the present invention further provides a battery module comprising a plurality of battery cells, as described in detail above, the battery module being free of a cooling unit acting on the battery cells from outside the cell housing.
  • the present invention also relates to the use of an additive method for producing a current ko hectare or a
  • Insulating housing for a battery cell wherein the current collector or the
  • Insulating housing at least one cooling structure, in particular a cooling channel, for guiding a coolant.
  • Cooling structures such as cooling ducts are introduced, which undergo about vein-like the current collector or the insulating housing. As a result, an effective temperature control and accordingly a high level of safety can be ensured.
  • Fig. 1 is a schematic view of a battery cell
  • Fig. 2 is a schematic view of the battery cell of Figure 1 without a
  • FIG. 3 shows a schematic sectional view showing an electrical connection of a current collector
  • Fig. 4 a stream ko hectares
  • Fig. 5 is a further schematic sectional view showing an electrical
  • Fig. 6 is a further schematic sectional view showing an electrical
  • Fig. 7 is a schematic view of an insulator
  • Fig. 8 is a schematic view showing a connection of a
  • Fig. 9 is a schematic view showing an insulating housing
  • FIG. 10 shows a further schematic view showing the insulating housing from FIG. Fig. 11 is a further schematic view showing the insulating housing of Fig. 9;
  • Fig. 12 is a schematic view of an insulating case in a battery cell
  • Fig. 13 is a further schematic view of an insulating housing in one
  • Fig. 14 is a further schematic view of an insulating housing in one
  • Fig. 15 an insulating housing in which the cooling channels are indicated;
  • Fig. 16 is a fixation of the insulating housing to a cell housing in one
  • Fig. 18 is a schematic sectional view through a further embodiment of a battery cell from the side.
  • FIG. 1 shows a schematic view of a battery cell 10.
  • the battery cell 10 comprises a cell housing 12, which accommodates an electrode arrangement 14 with a cathode and an anode and which can be closed by a cover 36. This is shown in FIG. In the figures it can be seen that in the cell housing 12, a first current collector 16 is provided for electrically contacting the cathode of the electrode assembly 14 and that in the cell housing 12, a second current collector 18 for
  • an insulating housing 20 is provided within the cell housing 12, which insulates at least one of the first current collector 16 and the second current collector 18 from the cell housing 12. Furthermore, the electrical connections of the electrode arrangement 14 are shown, which are described in more detail in FIG.
  • FIG 3 an electrical connection of the second current ko hectare 18 is shown. It is shown that the current collector 18 is connected to a connecting bolt 22, wherein the connecting bolt 22 carries a top plate 24 and a spacer insulator 26. The spacer insulator 26 is disposed between the top plate 24 and an insulator 28. For a seal, a sealing ring 30 is also provided.
  • the current collector 18 has a cooling channel 32 as tempering 34.
  • the current collector 18 may be constructed by an additive method, as described in detail below. In this case, the current collector can be constructed as shown in Figure 4 from bottom to top.
  • FIGS 5 and 6 in turn show the connection of the current collector 16 to feed the cooling channel 32 with coolant. Shown is from the
  • receptacles 42, 44 for O-rings 46, 48 Adjacent to the bores 38, 40 are receptacles 42, 44 for O-rings 46, 48 are provided.
  • the insulator 28 is shown in detail in FIG.
  • Figure 8 also shows a preferred embodiment, according to which the insulating housing 20 receives the current collector 16 at least partially positive fit.
  • Figures 9 and 10 also show an insulating housing 20, which may also be made additive with cooling channels 32 and which two legs 50, 52 for receiving and / or insulating the current collectors 16, 18 has.
  • FIG. 11 also shows the insulating housing 20, wherein it is shown in particular that the insulating housing has connections 54, 56 for the cooling channels 32.
  • FIGS. 12, 13 and 14 show the insulating housing 20 in a battery cell 10.
  • FIG. 15 shows the cooling channels 32 of the insulating housing 20.
  • FIGS. 16 and 17 show that the insulating housing 20 is fastened by means of a clamp 58, which sits on the exterior of the cell housing 12 or at the bottom thereof.
  • Electrode assembly 14 is welded.

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Batteriezelle (10), aufweisend ein Zellgehäuse (12), welches eine Elektrodenanordnung (14) mit einer Kathode und einer Anode aufnimmt, wobei in dem Zellgehäuse (12) ein erster Stromkollektor (16) zum elektrischen Kontaktieren der Kathode vorgesehen ist und wobei in dem Zellgehäuse ein zweiter Stromkollektor (18) zum elektrischen Kontaktieren der Anode vorgesehen ist, und wobei innerhalb des Zellgehäuses (12) ein Isoliergehäuse (20) vorgesehen ist, welches wenigstens eines von dem ersten Stromkollektor (16) und dem zweiten Stromkollektor (18) von dem Zellgehäuse (12) isoliert, wobei wenigstens eines von dem ersten Stromkollektor (16), dem zweiten Stromkollektor (18) und dem Isoliergehäuse (20) mit einer Temperierstruktur (34) ausgestaltet ist.

Description

Beschreibung
Titel
Batteriezelle mit einer verbesserten Kühlung Die vorliegende Erfindung betrifft eine Batteriezelle. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere eine Batteriezelle mit einer verbesserten Kühlung.
Stand der Technik
Verschiedenste Batterien, wie etwa Lithium-basierte Energiespeicher
beziehungsweise Lithium-Ionen-Batterien, sind aus dem heutigen Leben kaum noch wegzudenken. Anwendungsgebiete umfassen neben vollkommen elektrisch angetriebenen Fahrzeugen oder Hybridfahrzeugen ferner elektrische Werkzeuge, elektrische Unterhaltungselektronik, Computer, Mobiltelefone und weitere
Anwendungen.
Insbesondere prismatische Hardcase- Batteriezellen sind in den heutigen elektrifizierten Kraftfahrzeugen weit verbreitet. Beispielsweise in den
serienproduzierten Batterien für Hybridfahrzeuge wird dieses Batterieformat eingesetzt. Dabei ist eine effiziente Kühlung von Vorteil.
US 2012/0177973 beschreibt eine Batteriezelle, die zwei Stromsammler zur elektrischen Kontaktierung aufweist. Dabei ist es vorgesehen, dass wenigstens einer der Stromsammler, insbesondere durch Kühlkanäle, dazu vorgesehen ist, ein Kühlmedium durch den Stromsammler zu führen.
DE 10 2013 200 212 AI beschreibt eine Batteriezelle für ein Batteriemodul zur Versorgung eines elektrischen Antriebs eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs. Die Batteriezelle umfasst ein Gehäuse, das Stromkollektoren aufweist, die als
Wärmerohre ausgebildet sind. US 2015/0325889 beschreibt eine Batterie mit zwei gestapelten Batteriezellen. Dabei ist ein Kühlelement mit zwei oder mehr getrennten Kühlkanälen vorgesehen.
JP 2006210185 beschreibt eine Batterie mit einer Kühlstruktur. Die Kühlstruktur ist an einem Wickelelement angeordnet.
Offenbarung der Erfindung
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Batteriezelle, aufweisend ein Zellgehäuse, welches eine Elektrodenanordnung mit einer Kathode und einer Anode aufnimmt, wobei in dem Zellgehäuse ein erster Stromkollektor zum elektrischen Kontaktieren der Kathode vorgesehen ist und wobei in dem
Zellgehäuse ein zweiter Stromkollektor zum elektrischen Kontaktieren der Anode vorgesehen ist, und wobei innerhalb des Zellgehäuses ein Isoliergehäuse vorgesehen ist, welches wenigstens eines von dem ersten Stromkollektor und dem zweiten Stromkollektor von dem Zellgehäuse isoliert, wobei wenigstens eines von dem ersten Strom kollektor, dem zweiten Stromkollektor und dem Isoliergehäuse mit einer Temperierstruktur ausgestaltet ist.
Eine vorbeschriebene Batteriezelle erlaubt insbesondere ein besonders effektives Kühlen der Batteriezelle und dadurch einen signifikanten
Sicherheitsgewinn.
Die vorbeschriebene Batteriezelle umfasst ein Zellgehäuse, welches eine Elektrodenanordnung mit einer Kathode und einer Anode aufnimmt. Das
Zellgehäuse kann beispielsweise zumindest teilweise aus einem Metall, wie etwa Aluminium, ausgestaltet sein, um eine ausreichende Stabilität aufzuweisen und ferner gegebenenfalls um zumindest teilweise elektrisch leitfähig zu sein, so dass das Gehäuse so etwa elektronisch mit einer der Elektroden, beispielsweise mit der Kathode, verbunden werden kann. Die Elektrodenanordnung kann ferner grundsätzlich ausgestaltet sein, wie dies für die entsprechende Batteriezelle geeignet ist und dabei grundsätzlich derart, wie es aus dem Stand der Technik etwa für prismatische Batteriezellen bekannt ist. Entsprechend kann die Elektrodenanordnung insbesondere mit einer Anode, einer Kathode und einem zwischen Anode und Kathode angeordneten Separator ausgestaltet sein. Beispielsweise kann die Elektrodenanordnung eine Lithium- Ionen-Zelle ausbilden und dabei entsprechend ausgebildet sein. Beispielsweise kann die Batteriezelle eine gewickelte Konfiguration aufweisen, wobei die Stromkollektoren wie nachstehend beschrieben jeweils mit der gewickelten Struktur verschweißt sein können.
Es ist ferner vorgesehen, dass in dem Zellgehäuse ein erster Stromkollektor zum elektrischen Kontaktieren der Kathode vorgesehen ist und dass in dem
Zellgehäuse ein zweiter Stromkollektor zum elektrischen Kontaktieren der Anode vorgesehen. Die Stromkollektoren dienen somit dazu, die Anode
beziehungsweise die Kathode der Elektrodenanordnung zu kontaktieren und einen externen Kontakt zu der Anode beziehungsweise der Kathode der
Elektrodenanordnung zu ermöglichen. Der Stromkollektor der Anode kann aus Aluminium ausgestaltet sein, wohingegen, der Stromkollektor der Kathode aus Kupfer ausgestaltet sein kann.
Bei einer vorbeschrieben Batteriezelle ist ferner innerhalb des Zellgehäuses ein Isoliergehäuse vorgesehen, welches wenigstens eines von dem ersten
Stromkollektor und dem zweiten Stromkollektor von dem Zellgehäuse isoliert. Insbesondere dient das Isoliergehäuse dazu, den ersten und den zweiten Stromkollektor mechanisch zu fixieren und einen elektrischen Kontakt zwischen dem Stromkollektor oder den Stromkollektoren und dem Gehäuse, etwa bei einer Krafteinwirkung von außen, zu verhindern.
Es ist ferner vorgesehen, dass wenigstens eines von dem ersten Strom kollektor, dem zweiten Stromkollektor und dem Isoliergehäuse mit einer Temperierstruktur ausgestaltet ist. Beispielsweise kann nur der erste Stromkollektor, nur der zweite Stromkollektor, nur das Isoliergehäuse oder eine beliebige Kombination, also beispielsweise beide Stromkollektoren und gegebenenfalls das Isoliergehäuse oder nur einer der Stromkollektoren, also der der Anode oder der der Kathode, und das Isoliergehäuse, mit einer Temperierstruktur versehen sein. Insbesondere diese Ausgestaltung, wonach wenigstens eines von dem ersten Strom kollektor, dem zweiten Stromkollektor und dem Isoliergehäuse mit einer Temperierstruktur ausgestaltet ist, kann signifikante Vorteile gegenüber der Stand der Technik ermöglichen.
Denn durch ein derartiges Vorsehen einer Temperierstruktur kann die
Batteriezelle ohne Temperatureinwirkungen von außerhalb des Zellgehäuses vielmehr direkt im Inneren temperiert, also gekühlt oder geheizt, werden, was ein besonders effizientes beziehungsweise effektives Temperieren erlauben kann. Denn die Temperatur kann unmittelbar im Inneren der Zelle wirken, ohne Bauteile, wie etwa das Zellgehäuse zusätzlich temperieren zu müssen. Dadurch kann die Kühlleistung beziehungsweise die Heizleistung des gesamten Systems reduziert werden, was Gewicht und Kosten einsparen kann. Beispielsweise kann eine gezielte Wärmeabfuhr direkt im Bereich der Wärmeentwicklung möglich sein.
Bezüglich eines Heizens kann die Batteriezelle besonders schnell auf die Betriebstemperatur gebracht werden, was ein schonendes Betreiben der Batteriezelle erlauben kann.
Bezüglich eines Kühlens kann es so ferner ermöglicht werden, dass auf Kühlplatten verzichtet werden kann. Diese sind im Stand der Technik insbesondere auf Modulebene vorgesehen und wirken von dem Äußeren des Zellgehäuses auf die Elektrodenanordnung. Durch den Verzicht auf derartige Kühlplatten kann wiederum Gewicht eingespart werden und können Kosten reduziert werden. Darüber hinaus kann eine Bauhöhenreduzierung ermöglicht werden, was einen Einsatz auch in bauraumarmen Anwendungen ermöglichen kann. Darüber hinaus zeigt das Vorstehende, dass die hier beschriebene Batteriezelle insbesondere bei mobilen Anordnungen, wie etwa in Fahrzeugen, von Vorteil sein kann.
Ferner kann durch den Wegfall von Kühlplatten es ermöglicht werden, dass die Montage eines Batteriemoduls mit einer oder mehrerer Batteriezellen wie hier beschrieben deutlich vereinfacht werden kann. Denn bei einer Montage entfällt die Problematik, wonach jede der vorgesehenen Zellen vollflächig an die Kühlplatte montiert werden sollte beziehungsweise dass auch unter Berücksichtigung der Fertigungs- und Montagetoleranzen eine effektive thermische Kopplung zwischen den Batteriezellen und der Kühlplatte vorhanden sein sollte.
Darüber hinaus kann eine Kühlung zwar im Inneren des Zellgehäuses realisiert werden, jedoch benachbart zu diesem. Dadurch kann neben einer effektiven Temperierung zusätzlich verhindert werden, dass bei einem unverhältnismäßigen Erhitzen der Elektrodenanordnung die Temperatur nicht auf benachbarte Batteriezellen übergreift. Durch eine Kühlung im Inneren des Gehäuses aber durch die Verwendung eines oder beider Stromkollektoren oder des
Isoliergehäuses auch benachbart zu diesem kann eine thermische Barriere geschaffen werden, welche einen Schutz von benachbarten Batteriezellen ermöglichen kann. Dadurch kann neben den zuvor genannten Vorteilen ein signifikanter Sicherheitsgewinn erzielt werden.
Es kann bevorzugt sein, dass die Temperierstruktur wenigstens einen Kühlkanal zum Führen eines Kühlmittels aufweist. Insbesondere unter Verwendung von Kühlkanälen kann ein besonders effektives Temperieren, also Kühlen oder Heizen, ermöglicht werden. Darüber hinaus kann durch die Ausgestaltung und Führung des Kühlkanals oder der der Kühlkanäle auf einfache Weise eine Anpassung an die gewünschte Temperierung ermöglicht werden. Dabei kann als Kühlmittel beziehungsweise Kühlfluid, insbesondere Kühlflüssigkeit,
grundsätzlich jegliches Kühlmittel verwendet werden. Besonders bevorzugt kann es jedoch sein, wenn das Kühlmedium nicht elektrisch leitfähig ist. Beispiele für derartige Kühlmittel umfassen etwa jegliche Silikonöle, wie sie beispielsweise etwa aus Transformatoren bekannt sind. Ferner ist auch eine Mehrzahl von Kühlkanälen von der Erfindung umfasst, auch wenn folgend nur von einem Kühlkanal gesprochen wird. Die beschriebenen Ausgestaltungen gelten somit für einen Kühlkanal und gleichermaßen für eine Mehrzahl von wenigstens zwei Kühlkanälen. Beispielsweise kann der Kühlkanal beispielsweise mehrgeteilt sein beziehungsweise sich aufteilen, so dass bei einem Kühlmitteleingang und einem Kühlmittelausgang eine Kühlmittelstruktur mit einer Mehrzahl an
Kühlmittelkanälen vorgesehen sein kann, was ein besonders effektives
Temperieren erlauben kann. Bezüglich einer Anbindung des Kühlkanals kann es vorgesehen sein, dass ein Kühlmittelanschluss zum Führen von Kühlmittel in den Kühlkanal oder aus dem Kühlkanal benachbart zu einem elektrischen Anschluss der Elektrodenanordnung vorgesehen ist, also insbesondere auf der gleichen Seite angeordnet ist, beispielsweise kopfseitig. In dieser Ausgestaltung kann es somit vorgesehen sein, dass die Peripherie der Batteriezelle etwa inklusive sämtlicher elektrischer Anschlüsse an einer Seite der Batteriezelle vorgesehen ist, also etwa an der Oberseite. Diese Ausgestaltung kann somit eine verbesserte Montage erlauben, da die Peripherie räumlich konzentriert ist und somit die weiteren Seiten keine Einschränkungen des Bauraums beziehungsweise der Montagebedingungen aufweisen.
Es kann ferner bevorzugt sein, dass ein Kühlmittelanschluss zum Führen von Kühlmittel in den Kühlkanal oder aus dem Kühlkanal benachbart zu einem Isolator eines elektrischen Anschlusses angeordnet ist, das Kühlmittel also durch den Isolator verläuft und ein Kühlkanal etwa an dem Isolator endet. Der Isolator kann beispielsweise innerhalb des Zellgehäuses angeordnet sein und den elektrischen insbesondere externen Anschluss vor einem Kontakt mit dem Zellgehäuse bewahren. Dabei kann der Isolator etwa zwei Bohrungen aufweisen, wobei das Kühlmittel durch eine Bohrung in den Kühlkanal gelangen kann und durch die zweite Bohrung kann das Kühlmittel aus dem Kühlkanal wieder austreten, wobei das Kühlmittel so durch den gesamten Stromkollektor oder durch das gesamte Isoliergehäuse fließen kann, um so ein Temperieren, also ein Heizen oder Kühlen, zu realisieren.
Es kann ferner vorgesehen sein, dass ein Kühlmittelanschluss zum Führen von Kühlmittel in den Kühlkanal oder aus dem Kühlkanal an einer von einem elektrischen Anschluss der Elektrodenanordnung verschiedenen, beispielswiese abgewandten, Seite vorgesehen ist. Beispielsweise können die Anschlüsse für den Kühlkreislauf beziehungsweise die Kühlleitung am Zellboden vorgesehen sein, wenn die elektrischen Anschlüsse kopfseitig angeordnet sind. Im Boden des Zellgehäuses könnten sich dann zwei Löcher befinden und bei dem
Vorsehen des Kühlkanals im Stromkollektor kann eine Abdichtung etwa in dem Isoliergehäuse vorliegen, so dass auf weitere Dichtelemente, wie etwa O- Ringe verzichtet werden kann. In dieser Ausgestaltung können die elektrischen
Anschlüsse von den Kühlmittelanschlüssen räumlich getrennt werden, was die Sicherheit des Betriebs verbessern kann. Darüber hinaus kann auf der Seite der elektrischen Anschlüsse, wie etwa an dem Kopf der Batteriezelle, ein
vergleichsweise großer Bauraum für das Zellmanagement vorgesehen sein. Der Isolator kann beispielsweise ein Kunststoffspritzgussteil sein, wobei zur
Abdichtung des Kühlmittels O- Ringe in Aufnahmen des Isolators vorgesehen sein können. Es sind jedoch auch andere Dichtungen, wie etwa Flachdichtungen oder etwa auf den Isolator aufgespritzte Elastomerdichtungen geeignet. Es kann ferner bevorzugt sein, dass das Isoliergehäuse wenigstens einen von dem ersten Stromkollektor und dem zweiten Stromkollektor zumindest teilweise formschlüssig aufnimmt. Insbesondere in dieser Ausgestaltung kann ein guter thermischer Kontakt von dem Stromkollektor zu dem Isoliergehäuse ermöglicht werden, was den vorbeschriebenen Sicherheitseffekt besonders effektiv gestalten kann. Drüber hinaus kann es effektiv verhindert werden, dass der jeweilige Stromkollektor etwa bei Erschütterungen an das Zellgehäuse anschlägt und es so zu einem Kurzschluss kommen kann.
Es kann ferner bevorzugt sein, dass der eine Kühlstruktur aufweisende erste Stromkollektor oder der eine Kühlstruktur aufweisende zweite Stromkollektor oder das eine Kühlstruktur aufweisende Isoliergehäuse durch ein additives Verfahren erzeugt ist. Insbesondere unter Verwendung additiver Verfahren können Stromkollektoren und/oder Isoliergehäuse geformt werden, bei denen eine Kühlstruktur, wie beispielsweise ein oder mehrere Kühlkanäle, derart ausgestaltet werden, dass eine besonders effektive Temperierung erfolgen kann.
Beispielsweise können die Kühlkanäle vollständig durch den oder die
Stromkollektoren oder das Isoliergehäuse verlaufen und beispielsweise eine aderartige aufgespaltene Struktur aufweisen. Darüber hinaus können
beispielsweise die Stromkollektoren ohne Stützstrukturen gefertigt werden, was eine vergleichsweise kostenintensive Nachbearbeitung verhindern kann.
Dabei kann es bei den Stromkollektoren beispielsweise von Vorteil sein, dass additive Aufbauverfahren mit Aluminum und Kupfer, welche als potentielle Materialien für die Stromkollektoren besonders geeignet sind, problemlos möglich sind. Gleiches gilt etwa für Kunststoffe, aus denen Isoliergehäuse meist geformt sind. Grundsätzlich sind jegliche additive Verfahren, die beispielsweise auch als 3D- Druck bezeichnet werden, geeignet. Besonders bevorzugt kann es jedoch sein, dass das additive Verfahren selektives Lasersintern umfasst. Unter einem selektiven Lasersintern kann ein Prozess verstanden werden, bei dem ein
Rohmaterialbett vorgesehen ist und durch sukzessives lokal begrenztes und schichtweißes Aufschmelzen und Erhärten des Rohmaterials und Nachfüllen von Rohmaterial ein Bauteil additiv schichtweise aufgebaut werden kann.
Insbesondere bei einem selektiven Lasersintern kann auf das Ausbilden von Stützstrukturen meist verzichtet werden, da das Pulverbett diese Aufgabe erfüllt, so dass insbesondere in dieser Ausgestaltung auf Nachbearbeitungen verzichtet werden kann.
Insbesondere durch ein selektives Lasersintern kann eine gute Anpassung ermöglicht werden, so dass für jede Geometrie der Batteriezelle eine optimale Temperierung erzielt werden kann.
Hinsichtlich weiterer Vorteile und technischer Merkmale der Batteriezelle wird auf die Beschreibung des Batteriemoduls, die Verwendung auf die Figuren und die Figurenbeschreibung verwiesen.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner ein Batteriemodul, aufweisend eine Mehrzahl von Batteriezellen, wie diese vorstehend im Detail beschrieben sind, wobei das Batteriemodul frei von einer Kühleinheit ist, die von außerhalb des Zellgehäuses auf die Batteriezellen wirkt.
Ein derartiges Batteriemodul kann eine besonders effektive Temperierung der Batteriezellen erlauben und dabei einen besonders sicheren Betrieb
gewährleisten. Ferner können Kostenvorteile wie auch Vorteile bezüglich des Bauraums und des Gewichts des Batteriemoduls ermöglicht werden.
Hinsichtlich weiterer Vorteile und technischer Merkmale des Batteriemoduls wird auf die Beschreibung der Batteriezelle, die Verwendung, auf die Figuren und die Figurenbeschreibung verwiesen. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner die Verwendung eines additiven Verfahrens zum Herstellen eines Strom ko Hektars oder eines
Isoliergehäuses für eine Batteriezelle, wobei der Stromkollektor oder das
Isoliergehäuse wenigstens eine Kühlstruktur, insbesondere einen Kühlkanal, zum Führen eines Kühlmittels aufweist.
Insbesondere durch ein additives Verfahren können auch komplexe
Kühlstrukturen, wie etwa Kühlkanäle eingebracht werden, die etwa aderartige den Stromkollektor oder das Isoliergehäuse durchlaufen. Dadurch kann eine effektive Temperierung und entsprechend eine hohe Sicherheit gewährleistet werden.
Hinsichtlich weiterer Vorteile und technischer Merkmale der Verwendung wird auf die Beschreibung der Batteriezelle, des Batteriemoduls, auf die Figuren und die Figurenbeschreibung verwiesen.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Gegenstände werden durch die Zeichnungen veranschaulicht. Es zeigen
Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Batteriezelle;
Fig. 2 eine schematische Ansicht der Batteriezelle aus Figur 1 ohne ein
Batteriegehäuse;
Fig. 3 eine schematische Schnittansicht zeigend eine elektrische Anbindung eines Stromkollektors;
Fig. 4 einen Strom ko Hektar;
Fig. 5 eine weitere schematische Schnittansicht zeigend eine elektrische
Anbindung eines Stromkollektors;
Fig. 6 eine weitere schematische Schnittansicht zeigend eine elektrische
Anbindung eines Stromkollektors;
Fig. 7 eine schematische Ansicht eines Isolators;
Fig. 8 eine schematische Ansicht zeigend eine Anbindung eines
Strom ko Hektars an ein Isoliergehäuse;
Fig. 9 eine schematische Ansicht zeigend ein Isoliergehäuse;
Fig. 10 eine weitere schematische Ansicht zeigend das Isoliergehäuse aus Fig. Fig. 11 eine weitere schematische Ansicht zeigend das Isoliergehäuse aus Fig. 9;
Fig. 12 eine schematische Ansicht eines Isoliergehäuses in einer Batteriezelle; Fig. 13 eine weitere schematische Ansicht eines Isoliergehäuses in einer
Batteriezelle;
Fig. 14 eine weitere schematische Ansicht eines Isoliergehäuses in einer
Batteriezelle;
Fig. 15 ein Isoliergehäuse, in dem die Kühlkanäle angedeutet sind;
Fig. 16 eine Fixierung des Isoliergehäuses an einem Zellgehäuse in einer
Schnittansicht;
Fig. 17 eine Fixierung des Isoliergehäuses an einem Zellgehäuse in einer
Seitenansicht; und
Fig. 18 eine schematische Schnittansicht durch eine weitere Ausgestaltung einer Batteriezelle von der Seite.
In der Figur 1 ist eine schematische Ansicht einer Batteriezelle 10 gezeigt. Die Batteriezelle 10 umfasst ein Zellgehäuse 12, welches eine Elektrodenanordnung 14 mit einer Kathode und einer Anode aufnimmt und welches durch einen Deckel 36 verschlossen sein kann. Diese ist in Figur 2 gezeigt. In den Figuren ist zu erkennen, dass in dem Zellgehäuse 12 ein erster Stromkollektor 16 zum elektrischen Kontaktieren der Kathode der Elektrodenanordnung 14 vorgesehen ist und dass in dem Zellgehäuse 12 ein zweiter Stromkollektor 18 zum
elektrischen Kontaktieren der Anode der Elektrodenanordnung 14 vorgesehen ist. Ferner ist innerhalb des Zellgehäuses 12 ein Isoliergehäuse 20 vorgesehen, welches wenigstens eines von dem ersten Stromkollektor 16 und dem zweiten Stromkollektor 18 von dem Zellgehäuse 12 isoliert. Ferner sind die elektrischen Anschlüsse der Elektrodenanordnung 14 gezeigt, die in größerem Detail in Figur 3 beschrieben sind.
In der Figur 3 ist ein elektrischer Anschluss des zweiten Strom ko Hektars 18 gezeigt. Dabei ist gezeigt, dass der Stromkollektor 18 mit einem Anschlussbolzen 22 verbunden ist, wobei der Anschlussbolzen 22 eine Oberplatte 24 und einen Abstandsisolator 26 trägt. Der Abstandsisolator 26 ist zwischen der Oberplatte 24 und einem Isolator 28 angeordnet. Für eine Abdichtung ist ferner ein Dichtring 30 vorgesehen. In Figur 4 ist ferner gezeigt, dass der Strom kollektor 18 einen Kühlkanal 32 als Temperierstruktur 34 aufweist. Beispielsweise kann der Stromkollektor 18 durch ein additives Verfahren aufgebaut werden, wie dieses nachstehend im Detail beschrieben ist. Dabei kann der Stromkollektor wie in der Figur 4 gezeigt von unten nach oben aufgebaut werden.
Die Figuren 5 und 6 zeigen wiederum die Anbindung des Stromkollektors 16, um den Kühlkanal 32 mit Kühlmittel zu speisen. Gezeigt ist dabei von dem
Zellgehäuse 12 lediglich der Deckel 36. Dabei ist gezeigt, dass der Isolator 28 Bohrungen 38, 40 aufweist, welche mit dem Kühlkanal 32 verbunden sind.
Benachbart zu den Bohrungen 38, 40 sind Aufnahmen 42, 44 für O-Ringe 46, 48 vorgesehen. Der Isolator 28 ist im Detail in Figur 7 gezeigt.
Figur 8 zeigt ferner eine bevorzugte Ausgestaltung, wonach das Isoliergehäuse 20 den Stromkollektor 16 zumindest teilweise formschlüssig aufnimmt.
Die Figuren 9 und 10 zeigen ferner ein Isoliergehäuse 20, welches ebenfalls additiv mit Kühlkanälen 32 gefertigt sein kann und welches zwei Schenkel 50, 52 zum Aufnehmen und/oder isolieren der Stromkollektoren 16, 18 aufweist.
In der Figur 11 ist ferner das Isoliergehäuse 20 gezeigt, wobei insbesondere gezeigt ist, dass das Isoliergehäuse Anschlüsse 54, 56 für die Kühlkanäle 32 aufweist.
Die Figuren 12, 13 und 14 zeigen das Isoliergehäuse 20 in einer Batteriezelle 10. Figur 15 zeigt die Kühlkanäle 32 des Isoliergehäuses 20.
Die Figuren 16 und 17 zeigen, dass das Isoliergehäuse 20 mittels einer Klammer 58, die am Äußeren des Zellgehäuses 12 beziehungsweise am Boden desselben, sitzt, befestigt ist.
Figur 18 zeigt noch einmal, dass der Stromkollektor 16 an der
Elektrodenanordnung 14 verschweißt ist.

Claims

Ansprüche
1. Batteriezelle, aufweisend ein Zellgehäuse (12), welches eine
Elektrodenanordnung (14) mit einer Kathode und einer Anode aufnimmt, wobei in dem Zellgehäuse (12) ein erster Stromkollektor (16) zum
elektrischen Kontaktieren der Kathode vorgesehen ist und wobei in dem Zellgehäuse ein zweiter Stromkollektor (18) zum elektrischen Kontaktieren der Anode vorgesehen ist, und wobei innerhalb des Zellgehäuses (12) ein Isoliergehäuse (20) vorgesehen ist, welches wenigstens eines von dem ersten Stromkollektor (16) und dem zweiten Stromkollektor (18) von dem Zellgehäuse (12) isoliert, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines von dem ersten Stromkollektor (16), dem zweiten Stromkollektor (18) und dem Isoliergehäuse (20) mit einer Temperierstruktur (34) ausgestaltet ist.
2. Batteriezelle nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die
Temperierstruktur (34) wenigstens einen Kühlkanal (32) zum Führen eines Kühlmittels aufweist.
3. Batteriezelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein
Kühlmittelanschluss zum Führen von Kühlmittel in den Kühlkanal (32) oder aus dem Kühlkanal (32) benachbart zu einem elektrischen Anschluss der Elektrodenanordnung (14) vorgesehen ist.
4. Batteriezelle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein
Kühlmittelanschluss zum Führen von Kühlmittel in den Kühlkanal (32) oder aus dem Kühlkanal (32) benachbart zu einem Isolator (28) eines elektrischen Anschlusses angeordnet ist.
5. Batteriezelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein
Kühlmittelanschluss zum Führen von Kühlmittel in den Kühlkanal (32) oder aus dem Kühlkanal (32) an einer von einem elektrischen Anschluss der Elektrodenanordnung (14) verschiedenen Seite vorgesehen ist. Batteriezelle nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Isoliergehäuse (20) wenigstens einen von dem ersten
Stromkollektor (16) und dem zweiten Stromkollektor (18) zumindest teilweise formschlüssig aufnimmt.
Batteriezelle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der eine Kühlstruktur (34) aufweisende erste Stromkollektor (16) oder der eine Kühlstruktur (34) aufweisende zweite Stromkollektor (18) oder das eine Kühlstruktur (34) aufweisende Isoliergehäuse (20) durch ein additives Verfahren erzeugt ist.
Batteriezelle nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das additive Verfahren selektives Lasersintern umfasst.
Batteriemodul, aufweisend eine Mehrzahl von Batteriezellen (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Batteriemodul frei von einer Kühleinheit ist, die von außerhalb des Zellgehäuses (12) auf die Batteriezellen wirkt. 10. Verwendung eines additiven Verfahrens zum Herstellen eines
Strom ko Hektars (16, 18) oder eines Isoliergehäuses (20) für eine
Batteriezelle (10), wobei der Stromkollektor (16, 18) oder das Isoliergehäuse (20) wenigstens eine Temperierstruktur (34), insbesondere einen Kühlkanal (32) zum Führen eines Kühlmittels, aufweist.
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