JP2010536129A - 電気接続のためのバッテリー用個別セル - Google Patents

Abstract

本発明は、セル筺体（２）の内部に配置された電極（６）、好ましくは電極箔を備えたバッテリーの個別セル（１）に関し、各電極（６）には集電タブ（９）が導電的に配置されており、少なくとも異なる極性の電極（６）は、セパレータ（８）、好ましくはセパレータ箔によって、互いに絶縁された状態で分離されている。同極の集電タブ（９）は、導電的に１つの極（１０）と接続され、該極（１０）は、セル筺体（２）の内部から外部へ延びている。各極（１０）は、セル筺体（２）の外面（４）の導電性部分と導電的に接続されており、対応する異なる極性の導電性部分は、電気的に互いに絶縁されている。対応する導電性部分に配置されている極フラッグ（３）は、セル筺体（２）から独立して突き出している。
【選択図】図３

Description

本発明は、バッテリーセル筺体内部に配置された電極、好ましくは電極箔を備えたバッテリーの個別セルに関し、この場合、各電極箔には集電タブが導電的に配置されており、少なくとも異なる極性の電極は、セパレータ、好ましくはセパレータ箔によって、互いに絶縁された状態で分離され、その際、集電タブは、請求項１の前提部分に従って、導電的に１つの極と接続されており、例えばエネルギー技術及び、特に、補助的にバッテリーによって駆動する車両技術に使用されていることが知られている。

特に、特許文献１から周知である個別セルは、平型セルとして実施されており、電気化学的に作用する材料でコーティングされたアルミ箔及び銅箔の電極箔として形成されている。この電極箔は電極スタックにまとめられ、個々の電極箔は、セパレータ、好ましくはセパレータ箔によって、電気的及び空間的にも互いに分離されている。外部へ電極箔を接続するため、セル筺体から延ばされている集電タブが、電極箔に溶接されている。個別セルのセル筺体は、一般的に金属、好ましくはアルミニウムから形成されているため、この集電タブは、その貫通部分において特に電気的に絶縁されている。貫通部分において、セル筺体の密閉性を保つことは、極めて困難であり、非常にコストがかかる。特にこの問題は、体圧性にも、湿気に対する密閉性にも関係している。
特に、湿気の浸入は、その解決が未だに非常に難しいうえに費用のかかる問題である。

独国特許発明第４２４０３３９Ｃ１号明細書

本発明は、セル筺体の密閉性が改善されるとともに、製造コストを抑えられるバッテリーの個別セルを提供する課題に基づく。

この課題は、本発明に基づき、請求項１に示された特徴によって解決される。本発明の有利な発展形態は、従属請求項により特定される。

本発明に基づくバッテリーの個別セルは、セル筺体内部に配置された電極、好ましくは電極箔を有している。集電タブは、個々の電極に導電的に配置されている。少なくとも異なる極性の電極は、セパレータ、好ましくはセパレータ箔によって、電気的に絶縁された状態で分離されており、集電タブは導電的に１つの極に接続されている。本発明に基づいて、個別セルのそれぞれの極は、セル筺体外面の導電性部分と導電的に接続されており、フラッグのような形をした外面の延長部品として、いわゆる極フラッグとして構成されている。

セル筺体の少なくとも１つの外面の、好ましくはセル筺体、好ましくは平型セルの２つの平坦面の、電気的に互いに絶縁された部分と極とを直接接続することによって、部分的にセル本体から外へ延長された金属製のセル壁を、極フラッグとして使用することができる。このことによって、１つのバッテリーの複数のセルを電気的に接続することに関して、電気の直列接続を行うため、好ましくはフラッグ形のこの延長部品を、特にポイント溶接によって互いに接続することが可能である。

適切な方法で、取扱い安全性を向上させるために、極フラッグ以外の筺体側壁は、特に、塗装及び／又は薄い箔によって、電気的に絶縁されている。

有効な方法では、例えば、電流負荷能力を向上させ、さらに安定性をも向上させるために、極フラッグの特殊な断面を鋳造成形することが可能である。

このために、特別な方法では、極フラッグが、該当する外面の、極フラッグに接続する部分に一体形成されている。

特別な方法では、個別セルの極フラッグが、セル筺体のただ一つの短辺に、特に対向して位置しているコーナー部分に配置されており、極フラッグは、外部接続をより簡単にするために、この短辺から同じ向きに突き出している。

複数の個別セルを簡単かつ確実に配線できるようにするため、極フラッグは、適切な方法で、極フラッグの共通の配置方向に規定される幅を有し、この幅は、極フラッグの属する短辺の該当する長さの半分より小さく、好ましくは５分の１より小さく、特に好ましくは１０分の１よりも小さい。

本発明の有利な発展形態に従って、複数の電極、特に電極箔の場合、１つの個別セルに付属している集電タブは、１つの極に一緒に溶接及び／又は圧着されている。これによって、これらの極又はこの極は、コストのかかる密閉措置を行わずに、個別セルの内部から外部へ延在することが可能である。その際、接続は、内部に位置する電極箔を外部へ接続するため、特に、付属する外面の溶接を用いて行われる。

特別な方法では、電極スタックの外へ延びるそれぞれの電極箔の端部が集電タブとして形成されており、それによって、コストのかかる電極箔と集電タブとの接続が省略される。同時に、このような種類の接続は、少なくとも、衝突および振動など、頻度の多い、特に外部の影響に対して極めて安全である。

電気的に絶縁されているプラスチック、特に、周縁側を取り囲むフレームを取り付けることにより、個別セルの取扱いがより簡単又は確実になる。

本発明の発展形態においては、セル筺体の導電性の２つの平坦面の間に、周縁側を取り囲み、電気的に絶縁されたフレームが配置されており、このフレームは、電気的に互いに絶縁され、互いに離されている２つの後退部を有している。これらの後退部の中に、それぞれ１つの極性の集電タブが配置されている。有効な方法では、電極の積み重ね方向に測定される後退部の内法の高さが、互いに影響を受けないように積み重ねられた集電タブの該当する長さよりも小さいか、又は等しく、電極箔の平坦面に対して平行に測定される後退部の奥行きは、付属する集電タブの該当する長さよりも大きいか、又は等しい。このことによって、集電タブは、確実に後退部に保持され、特にフレームと外部／平坦面との間を密閉接続する場合、これらの後退部に圧着させることができる。

本発明の有利な発展形態によれば、セル筺体と電極スタックの「＋」又は「−」極との間の電気的接続は、セル筺体を取り付ける間、特にセル筺体の取付け後に行われ、しかも外からの溶接及び／又は圧着法によって、好ましくい方法では、レーザービーム溶接法によって行われる。

好ましい方法では、溶接法の場合、該当する外面の筺体壁と、さらに深部において、電極スタックの集電タブの一部とが溶接可能であり、それによって、材料結合によって接続することが可能となる。

本発明の有利な発展形態によれば、電極の積み重ね方向に見た溶接シームが、すべての集電タブを含む、又は、これらの集電タブを貫通している。

本発明のもう１つの発展形態によれば、電極の積み重ね方向に見た溶接シームが、すべての集電タブばかりではなく、個別セルのセル筺体の導電性の外面も含む、又は、集電タブ及び個別セルのセル筺体の該伝導性外面を貫通している。

本発明の有利な発展形態では、セル筺体、特に極として銅箔を備えるアルミニウム筺体の該当する平坦面の接続を、例えばニッケルなどの追加素材による箔を取り付けることによって改善させることができる。

本発明の有利な発展形態によれば、最後に行われる最終的な溶接プロセスで初めて、極が、該当する外面、特にセル筺体の平坦面に接続される。
上記のことから、変更可能な接続ポジション、接続冷却の向上、絶縁／筺体／電気的接続など多機能の構成部品形成による部品数の削減、密閉されたセル筺体の簡単な接続による故障率の抑制によって、取付けスペースを削減することができる。さらに、密閉状態で閉じられたセル筺体の製造が簡単になり、とりわけ水密性のセル筺体の製造がそれと結び付けられている。

本発明の実施例を、図に基づいてさらに詳しく説明する。

延長されたフラッグ部を有する筺体側面壁を備える平型セルの斜視図。 平型セルとして実施された個別セルの平面図。 図２に示された平型セルの断面図。 平型セルとして実施された個別セルを接続したセル連結物の斜視図。

互いに対応する部品は、すべての図において同じ番号が付されている。

図１には、平型セルとして実施された個別セル１が示されている。 個別セル１は、例えばアルミニウムにより形成させているセル筺体２を有している。
このセル筺体２は、互いに平行平面に配置された、相互に対応し合う外面４（筺体プレート又は筺体側面とも呼ぶ）から形成されている。セル筺体２の中には、図３で示されている電極スタックが配置されている。

セル筺体２の外面４は、この外面４が導電性であるように、電極スタックに接続されている。その際、セル筺体２の２つの外面４は、電気的に互いに絶縁されており、異なる極性を有している。

外面４には、それぞれフラッグのような延長部品、いわゆる極フラッグ３が、電気接続のために形成されている。極フラッグ３は、付属する外面４と一体に構成されており、セル筺体２から独立して突き出している。極フラッグ３は、特に、付属する外面４の短辺の端から突き出している。

極フラッグ３は、セル筺体２のそれぞれの外面４に向かい合ったコーナー部分に配置されている。

極フラッグ３は、対応する外面４の１０分の１よりも小さい幅を有している。 また、極フラッグ３は、他の適切な、それらの共通の配置方向に規定される幅を有することができ、この幅は、特に付属する外面４の該当する長さの半分よりも小さく、好ましくは５分の１よりも小さい。

配置されている極フラッグ３、すなわち、プラス極とマイナス極は、個別セル１によって生成される電圧を取り出すためのコンタクトエレメントをガイドする働きがある。導電性の外面４、特に平坦面は、個別セル１を周縁側で取り囲むフレーム５によって互いに分離され、電気的に互いに絶縁されている。ここでは、周縁側を取り囲んでいるフレーム５が、例えば、プラスチックから形成されており、電気的絶縁特性を有している。さらに、導電性の外面４は、安全な取扱いのために、極フラッグ３の部分以外を、例えば塗装皮膜及び／又はプラスチック箔などにより、外部に対して電気的に絶縁されている。

図２は、導電性の外面４に形成された極フラッグ３を備える、平型セルとして形成された図１による個別セル１の平面図を示している。

図３は、図２に示された個別セル１の平面の断面図を示している。

個別セル１は、セル筺体２の内部に配置されている電極６、特に電極箔を含み、これらの電極６は、１つの電極スタック７にまとめられている。電極６は、電気化学的に作用する材料でコーティングされたアルミ箔及び／又は銅箔として構成されている、及び／又はそのような種類の合金箔から構成されている。

異なる極性の電極６は、セパレータ８、特にセパレータ箔によって、電気的に絶縁された状態で互いに分離されている。このセパレータ８は、例えばプラスチック箔、特に電気的絶縁箔として構成されている。

それぞれの電極６には、集電タブ９が導電的に形成されている。それぞれの集電タブ９は、それぞれの電極６の外へ延ばされた端部として形成されている。そのために、電極６は、それらの集電タブ９によって、導電的に極１０に溶接及び／又は圧着されている。溶接法を使用する場合、溶接シームは、電極スタック７の積み重ねの方向に見て、すべての集電タブ９を含み、これらを貫通している。

それぞれの極１０は、導電的にセル筺体２の外面４の部分に接続されている。この部分は、外面４のフラッグのような延長部として実施され、極フラッグ３を形成している。この電気接続は、接触している外面４の溶接及び／又は圧着によって、セル筺体２の内部にある電極６を介して外部へ通されている。この電気接続が、溶接によって実施されている場合、溶接シームは、すべての集電タブ９及びそれらに接触している、個別セル１の導電性の外面４を含んでいる。

電極６及び極１０に圧着及び／又は溶接されている集電タブ９が外面に接触していることによって、個別セル１の充電と放電によって生じる熱が、外面４及び特に独立した状態で飛び出している極フラッグ３によって放出可能となる。

セル筺体２の導電性の２つの外面４の間には、周縁部を取り囲み、電気的に絶縁されているフレーム５が配置されている。電気的に絶縁されているフレーム５は２つの後退部５．１を有し、これらは電気的に互いに絶縁され、対向した状態で相互に距離を置いて位置している。これらの後退部５．１には、それぞれの極性の集電タブ９が、電気的に互いに絶縁された状態で配置されている。

後退部５．１の内法高さｈは、その高さｈが、互いに影響しない状態で重なり合っている、付属する集電タブ９の対応する長さに一致しているか、又はその長さよりも小さいように形成されている。後退部５．１の奥行きｔは、集電タブ９の対応する長さに一致しているか、又はその長さよりも大きく実施されている。

集電タブ９は、後退部５．１の中に保持され、特に、フレーム５と外面４との間で密閉接続を行う際に、導電的にこれらと圧着することができる。例えば、レーザービーム溶接法などの溶接方法を用いて、導電性の外面４と電極スタック７の集電タブ９とを互いに接続することができる。その際、外面４と電極スタック７とは、部分的に互いに溶融されている。

本発明の実施形態においては、さらに、極１０と外面４との間に、図には詳しく示されていない、電気的に絶縁されている箔を配置するか、又は外面４の片側を電気的に絶縁された層によって実施することも可能であり、そのため、極１０と外面４との電気接続は、外面４と極１０とを溶接する場合に初めて生じる。

図４には、互いに張り合わされ、平型セルとして実施されている個別セル１のセル連結物１１が示されている。

この場合、個別セル１は、平行平面に隣り合って配置されており、その際、個別セル１の各セル筺体２の外面４が同じ極性で互いに隣接している。個別セル１は、この場合、それらの極フラッグ３が、セル結合物１１の一つの長手方向側面１２に配置されるように調整されている。また、個別セル１は、詳しく図に示されていない方法で、それらの極フラッグ３が、セル結合物１１の対向している長手方向側面で、それぞれのセル筺体２から突き出すように調整されている。

電気接続、特に、個別セル１の直列接続のためには、互いに隣接している個別セル１が、極フラッグ３を介して電気的に相互接続されている。このために、２つの互いに隣接している個別セル１の、直接隣り合う同じ極性の極フラッグ３は、ポイント溶接又はその他の適切な溶接又は圧着法により、確実結合及び材料結合で相互に接続されている。このような電気接続により、電流コレクタレール、セルコネクタ及び／又はセルコネクタ基板といった追加の構成部品が省略される。この場合、セル結合物１１を先端側又はエッジ側で区切っている個別セル１のそれぞれ１つの極フラッグ３は、電気的に接続されていない。
これらの異なる極性の極フラッグ３は、バッテリーによって生成された電圧を取り出すための接続部として形成されている。

Claims (16)

1. セル筺体（２）の内部に配置された複数の電極（６）、好ましくは電極箔を備え、それぞれの電極（６）に集電タブ（９）が導電的に配設され、異なる極性を有する電極（６）が、セパレータ、好ましくはセパレータ箔によって電気的に互いに絶縁されて分離され、それぞれの集電タブ（９）が導電的に一つの極（１０）と接続されているバッテリーの個別セル（１）であって、
   それぞれの極（１０）が、セル筺体（２）の外面（４）の導電性部分と導電的に接続されており、異なる極性の導電性部分は電気的に互いに絶縁され、それぞれの導電性部分には、前記セル筺体（２）から独立して突出する極フラッグ（３）が配設されていることを特徴とする、個別セル。
2. １つの極フラッグ（３）が、該極フラッグが配設される対応する外面（４）の前記部分と一体的に構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の個別セル。
3. 異なる極性の前記部分が、１つのセル筺体（２）、好ましくは平型セルのそれぞれの平坦面（４）であることを特徴とする、請求項１に記載の個別セル。
4. 個別セル（１）のそれぞれの極フラッグ（３）が、前記セル筺体（２）の短い方の一つの辺から同じ方向にそれぞれ突出していることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の個別セル。
5. それぞれの極フラッグ（３）が、前記セル筺体（２）の一つの端面の対向するコーナー部分に配置されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の個別セル。
6. それぞれの極フラッグ（３）が、前記セル筺体（２）の一つの端面、特に短辺の対向するコーナー部分に配置されており、極フラッグの共通の配向方向に規定された幅を有し、該幅が、付属する前記端面、特に短辺の長さの半分よりも小さい、好ましくは５分の１よりも小さい、特に好ましくは１０分の１よりも小さいことを特徴とする、請求項５に記載の個別セル。
7. １つのセル筺体（２）の内部に複数の同極の電極（６）がある場合に、対応する極性の前記集電タブ（９）が、前記セル筺体（２）の１つの外面（４）の導電性部分と導電的に接続されていることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の個別セル。
8. １つの極性をもつ集電タブ（９）が、１つの外面（４）、好ましくは前記セル筺体（２）、特に平型セルの１つの平坦面と直接溶接及び／又は圧着されている、請求項１〜７のいずれか一項に記載の個別セル。
9. １つの極（１０）の集電タブ（９）が、導電的に互いに圧着及び／又は溶接されていることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の個別セル。
10. 集電タブ（９）が、電極スタック（７）の外部へ延ばされた、対応する電極（６）の端部であることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載の個別セル。
11. 前記電極（６）が銅箔及び／又はアルミ箔又はそのような種類の合金から作られた箔であることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の個別セル。
12. 前記セル筺体（２）が、２つの平坦面（４）及び該平坦面の間に配置された、周縁部を囲むフレーム（５）を有していることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の個別セル。
13. 前記セル筺体（２）が、２つの導電性外面（４）及び該外面の間に配置された、周縁部を囲む電気的に絶縁された１つのフレーム（５）を有していることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の個別セル。
14. 前記セル筺体（２）が、２つの導電性平坦面（４）及び該平坦面の間に配置された、周縁部を囲む電気的に絶縁された１つのフレーム（５）を有し、該フレームが、電気的に互いに絶縁されるとともに互いに距離をおいて位置している後退部（５．１）を有し、該後退部の中に、それぞれの極性をもつ集電タブ（９）が配置されており、前記電極（６）の積み重ねの方向に測定された、後退部（５．１）の内法高さが、互いに影響しないように積み重ねられた集電タブ（９）の対応する長さよりも小さいか、又は同じであり、前記電極（６）の平坦面（４）と平行に測定された後退部の奥行きが、集電タブ（９）の対応する長さよりも大きいか、又は同じであることを特徴とする、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の個別セル。
15. 溶接シームが、電極（６）の積み重ねの方向に見てすべての集電タブ（９）を含むか、又は該集電タブを貫通していることを特徴とする、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の個別セル。
16. 溶接シームが、電極（６）の積み重ねの方向に見て、すべての集電タブ（９）及び個別セル（１）の対応する伝導性の外面（４）を含んでいるか、又はこれらを貫通していることを特徴とする、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の個別セル。
    

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