WO2009103523A1 - Einzelzelle für eine batterie - Google Patents

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WO2009103523A1
WO2009103523A1 PCT/EP2009/001175 EP2009001175W WO2009103523A1 WO 2009103523 A1 WO2009103523 A1 WO 2009103523A1 EP 2009001175 W EP2009001175 W EP 2009001175W WO 2009103523 A1 WO2009103523 A1 WO 2009103523A1
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WO
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frame
housing side
side walls
single cell
housing
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PCT/EP2009/001175
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Arnold Lamm
Jens Meintschel
Dirk Schröter
Wolfgang Warthmann
Original Assignee
Daimler Ag
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    • H01M10/0436—Small-sized flat cells or batteries for portable equipment
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    • H01M10/058—Construction or manufacture
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    • H01M50/24—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by physical properties of casings or racks, e.g. dimensions adapted for protecting batteries from their environment, e.g. from corrosion
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    • 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 invention relates to a single cell for a battery having a disposed within a cell housing electrode stack, wherein the cell housing has two electrically conductive housing side walls and disposed therebetween, peripherally encircling and electrically insulating frame, wherein pole contacts of the electrode stack are electrically connected to the housing side walls and an attachment the housing side walls is provided on the frame.
  • a single cell in particular a flat cell, for a battery with an electrode stack arranged within a cell housing.
  • the cell housing has two opposite housing side walls and an electrically insulating frame. Particularly in the case of single bipolar cells, contact is made directly with the housing side walls opposite one another, in particular flat sides, of the cell housing. In this way Stromabieiterfahen a polarity are welded directly to a housing side wall, preferably a flat side of the cell housing, pressed and / or glued.
  • the housing side walls are materially connected to the frame, for example, welded and / or glued.
  • the disadvantage here is that the cohesive attachment of the housing side walls is heavily loaded on the edge-surrounding frame due to pressure differences within the cell housing.
  • the invention has for its object to provide an improved single cell for a battery, which overcomes in particular the disadvantages indicated in the prior art at reduced production costs.
  • the single cell for a battery has an electrode stack arranged within a cell housing, in particular electrode foils.
  • the cell housing comprises two electrically conductive housing side walls and an interposed, peripherally encircling and electrically insulating frame.
  • pole contacts of the electrode stack are electrically connected to the housing side walls.
  • the housing side walls are attached to the frame. According to the attachment of the housing side walls and the frame is non-positively and positively executed by mutually corresponding connection elements.
  • rivets, integrated rivets in the frame serve as connecting elements for the frame, at least peripherally encompassing flag-like extensions of the housing side walls and / or molded onto the frame holding elements.
  • the housing side walls are additionally connected in a materially bonded manner to the frame, in particular adhesively bonded.
  • the cell housing is sealed in a particularly advantageous manner against leakage of electrolyte over a lifetime of the single cell.
  • a mechanical load capacity of an individual cell is advantageously increased, whereby a sensitivity is reduced, for example, against shocks and / or vibrations.
  • a sensitivity is reduced, for example, against shocks and / or vibrations.
  • it is ensured on the basis of the attachment that, in the case of an internal pressure prevailing in the cell housing, this does not deform.
  • the rivets used for fastening the housing side walls to the frame are formed from a plastic, for example polypropylene or polyethylene, which in a particularly advantageous manner has an electrically insulating property.
  • the rivets for example, with the help of heat formable.
  • the housing side walls are advantageously provided with holes, which are preferably designed as through holes.
  • the holes in the housing side walls are preferably crimped.
  • a bearing surface of the rivets, in particular after shaping them advantageously increased.
  • the frame has molded-on holding elements.
  • the retaining elements are designed as a flag-like extensions of the frame and arranged at least on opposite sides of the frame. These holding elements preferably surround the housing side walls at the edge.
  • the electrode stack arranged in the cell housing is preferably formed from individual electrodes, preferably electrode foils.
  • an edge region of the respective electrode foil which is guided to the outside of the electrode stack, forms current discharge tabs, thereby eliminating the need for complex contacting of the electrode foil and the drain tab.
  • this type of contacting is very safe against at least many, especially external influences such as shock or vibration.
  • the contacting takes place directly to the opposite side walls of the housing of the housing.
  • Stromabieiterfahen one polarity are combined to form a Polutton the electrode stack and directly with a housing side wall of the cell housing, in particular a flat cell, welded and / or pressed.
  • the housing side walls of different polarity are electrically isolated from each other.
  • the peripheral frame has two electrically isolated from each other and spaced apart material withdrawals. In these material withdrawals the Stromabieiterfahen each one polarity are arranged. In a meaningful way, the measured in the direction of the stacking of the electrodes clear height of material withdrawal is less than or equal to the corresponding extent of the unaffected stacked associated Stromabieiterfahen and their parallel to the housing side wall of an electrode film measured depth greater than or equal to the corresponding extent of the associated Stromabieiterfahen. As a result, the Stromabieiterfahen be held securely in the material returns and can at in particular tight connection between the frame and the housing side wall be electrically conductive with this pressed.
  • an additional insulating arrangement can be advantageously saved. Furthermore, the handling of the single cell is made easier or safer.
  • the individual cell according to the invention of a battery in particular of a vehicle battery, can be used in a vehicle with hybrid drive and / or in a vehicle fuel cell operated, in particular for a motor vehicle for passenger transport.
  • Fig. 1 perspectively riveted a schematic view of a strictlyflachzelle with on an edge peripheral frame
  • FIG. 2 is an exploded view of the frame flat cell shown in FIG. 1;
  • FIG. 3 shows schematically a sectional view of one shown in Figures 2 and 3
  • FIG. 4 shows a perspective view of a frame flat cell with rivets integrated in a frame
  • FIG. 5 shows an exploded view of a frame flat cell shown in FIG. 4 with rivets integrated in a frame
  • FIG. 6 is a sectional view of a rivet integrated into a frame
  • FIG. 7 shows a perspective view of a frame flat cell with integrated rivets in a frame and inwardly drilled holes of a housing side wall
  • FIG. 8 shows an exploded view of a frame flat cell shown in FIG. 9, FIG.
  • 10 is a perspective flat frame cell with at least peripherally embracing flag-like extensions of at least one housing side wall,
  • FIG. 11 is a sectional view of a (2004)flachzelle shown in Figure 10 with flag-like extensions of a housing side wall,
  • Fig. 12 is an exploded view of one shown in Figures 1, 11 and 15
  • FIG. 13 is a perspective view of a schematic representation of a frame flat cell with holding elements arranged on the frame.
  • Fig. 14 is a sectional view with the frame integrally formed
  • FIGS. 1 and 2 show a single cell 1 for a battery.
  • the single cell 1 is designed as a flat cell, in particular as a frame flat cell.
  • the single cell 1 has a cell housing 2, which is formed from two electrically conductive housing side walls 2.1 and 2.2 and a peripherally encircling and electrically insulating frame 3.
  • the housing side walls 2.1 and 2.2 are non-positively and / or positively secured by means of mutually corresponding connection elements on the frame 3.
  • the connecting elements are designed as rivets 4, via which the housing side walls 2.1 and 2.2 are fastened to the frame 3.
  • the rivets 4 are made of a plastic, such as polypropylene or polyethylene.
  • housing side walls 2.1 and 2.2 and the frame 3 shown in Figure 2 holes 5, which are designed in a particularly advantageous manner as through holes.
  • the holes in the housing side walls 2.1 and 2.2 are designed such that they each have a running from the outside to the inside funnel-shaped reduction 5.1.
  • a rivet 4 is inserted into the respective bore 5 of the housing side walls.
  • the connecting element pair formed from bore 5 and inserted rivet 4 is heated, so that the rivet 4, in particular the rivet head 4.1, by means of the heat supply in the bore 5 can be formed in that the rivet head 4.1 bears against the walls of the funnel-shaped depression 5.1 in a positive-locking and frictionally engaged manner or adheres to it.
  • the housing side walls 2.1 and 2.2 in addition to the positive and non-positive fastening means of the rivets 4 material can be connected to the frame 3, in particular glued.
  • the cell case 3 is made tight.
  • an electrode stack 6 is arranged in the cell housing 2 of the single cell 1.
  • the electrode stack 6 is in particular shown in FIG Electrode sheets 6.1 formed, wherein in a central region of the electrode stack 6 electrode films 6.1 different polarity, in particular aluminum and / or copper foils and / or sheets of a metal alloy, stacked and electrically insulated from each other by means of a separator, not shown, in particular a Separatorfolie ,
  • the Stromabieiterfahnen 6.1.1 In an over the central region of the electrode stack 6 protruding edge region of the electrode films 6.1, the Stromabieiterfahnen 6.1.1, electrode films 6.1 of the same polarity are electrically connected.
  • the Stromabieiterfahnen be 6.1.1 electrically conductive pressed together and / or welded and form the pole contacts P of the electrode stack. 6
  • the frame 3 which surrounds the edge of the electrode stack 6 has two mutually spaced, opposing material returns 3.1, which are designed such that the pole contacts P formed from the current discharge lugs 6.1.1 can be arranged in the material returns 3.1.
  • the clear height of the material returns 3.1 is in particular designed so that it corresponds to the corresponding extent of the unaffected stacked Stromabieiterfahen 6.1 or less than this.
  • the depth of the material returns 3.1 substantially corresponds to the corresponding extension of the Stromabieiterfahen 6.1.1 or is designed to be larger than this.
  • the holes 5 are arranged in a region of the material returns 3.1, wherein elevations are formed in this area, whereby the frame 3 directly to the housing side walls 2.1 and 2.2. is applied.
  • the pole contacts P of different polarity formed from the Stromabieiterfahen 6.1.1 are electrically isolated from each other, so that can be dispensed with in an advantageous manner to additional arrangements for electrical insulation.
  • FIG. 3 shows a detail of a sectional illustration, in particular of the rivet 4 inserted in the bores 5.
  • Figure 4 shows in an alternative embodiment of the attachment of the housing side walls 2.1 and 2.2 on the frame 3 a single cell 1 with integrated rivets in the frame 3 7.
  • the integrated rivets 7 are already arranged prior to assembly of the single cell 1 on the frame 3, in particular integrally formed ,
  • the rivet integrated in the frame 7, in particular the rivet head 7.1 is heated so that it can be formed by means of heat supply in the bore 5, that the rivet head 7.1 in the bore 5 positively and frictionally engaged and applied.
  • the rivets 7, in particular the rivet heads 7.1 for attaching the housing side walls 2.1 and 2.2 are formed on the frame 3 by means of heat such that a positive and non-positive connection between the frame 3 and the housing side walls 2.1 and 2.2 is ensured.
  • FIG. 5 shows an exploded view of the single cell 1 shown in FIG.
  • FIG. 6 shows a detail of a sectional view of a single cell 1 with rivets 7 integrated in the frame 3.
  • FIGS. 7 to 9 show a further alternative embodiment for fastening with rivets 7 integrated in the frame 3.
  • the bores 5 are designed such that they have an inwardly directed flange 8.
  • the curls 8 serve to increase the contact surface of the rivet 7, in particular after molding.
  • FIGS. 10 to 12 show a further embodiment of the attachment of the housing side walls 2.1 and 2.2 to the frame 3.
  • the frame 3 at least peripherally embracing flag-like extensions 2.3.
  • the flag-like extensions 2.3 are bent.
  • the opposite housing side wall 2.1 and 2.3 and the frame 3 have in a particularly preferred manner incisions 2.4, with which correspond to the flag-like extensions 2.3 after bending.
  • a thickness and a height of the single cell 1 advantageously does not increase.
  • terminals 9 are shown, being used as fastening elements terminals 9 and the frame 3 and surround the housing side walls 2.1 and 2.2.
  • the terminals 9 may be formed in a preferred manner of a plastic, which is electrically insulated in an advantageous manner.
  • FIG. 14 shows another possible embodiment of the attachment of the housing side walls 2.1 and 2.2 to the frame 3 of the single cell 1 designed as a frame flat cell.
  • the frame 3 is shaped such that the housing side walls are held by retaining lugs 3.3.
  • the retaining lugs 3.3 are arranged at least on two opposite frame sides 3.4.
  • the molded retaining lugs 3.3 surround a housing side wall 2.1 and 2.2.
  • the retaining lugs 3.3 are advantageously formed on both sides of the frame 3 or formed.
  • the retaining lugs 3.3 may be formed such that they extend over an entire width of the single cell 1, for example.
  • the housing side walls 2.1 and 2.2 can be inserted laterally, so that the retaining lugs 3.3 are designed as a kind of rail.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einzelzelle (1) für eine Batterie mit einem innerhalb eines Zellengehäuses (2) angeordneten Elektrodenstapel (6), wobei das Zellengehäuse (2) zwei elektrisch leitende Gehäuseseitenwände (2.1, 2.2) und einen dazwischen angeordneten, randseitig umlaufenden sowie elektrisch isolierenden Rahmen (3) aufweist, wobei die Gehäuseseitenwände (2.1, 2.2) an dem Rahmen (3) die Gehäuseseitenwände (2.1, 2.2) an dem Rahmen (3) kraft- und/oder formschlüssig mittels miteinander korrespondierender Verbindungselemente befestigt sind.

Description

Daimler AG
Einzelzelle für eine Batterie
Die Erfindung betrifft eine Einzelzelle für eine Batterie mit einem innerhalb eines Zellengehäuses angeordneten Elektrodenstapel, wobei das Zellengehäuse zwei elektrisch leitende Gehäuseseitenwände und einen dazwischen angeordneten, randseitig umlaufenden sowie elektrisch isolierenden Rahmen aufweist, wobei Polkontakte des Elektrodenstapels elektrisch leitend mit den Gehäuseseitenwänden verbunden sind und eine Befestigung der Gehäuseseitenwände an dem Rahmen vorgesehen ist.
Aus der P810600 (Amtl. Az. 10 2007 063 181.4) ist eine Einzelzelle, insbesondere eine Flachzelle, für eine Batterie mit einem innerhalb eines Zellengehäuses angeordneten Elektrodenstapel bekannt. Das Zellengehäuse weist zwei sich gegenüberliegende Gehäuseseitenwände sowie einen elektrisch isolierenden Rahmen auf. Insbesondere bei bipolaren Einzelzellen erfolgt eine Kontaktierung direkt zu den gegenüberliegen Gehäuseseitenwänden, insbesondere Flachseiten, des Zellengehäuses. Auf diese Weise sind Stromabieiterfahnen einer Polarität direkt mit einer Gehäuseseitenwand, vorzugsweise einer Flachseite, des Zellengehäuses verschweißt, verpresst und/oder verklebt. Die Gehäuseseitenwände sind mit dem Rahmen stoffschlüssig verbunden, beispielsweise geschweißt und/oder verklebt. Nachteilig dabei ist, dass die stoffschlüssige Befestigung der Gehäuseseitenwände an dem randseitig umlaufenden Rahmen aufgrund von Druckunterschieden innerhalb des Zellengehäuses stark belastet ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Einzelzelle für eine Batterie anzugeben, die insbesondere die im Stand der Technik angegebenen Nachteile bei reduzierten Herstellkosten überwindet.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Die Einzelzelle für eine Batterie weist einen innerhalb eines Zellengehäuses angeordneten Elektrodenstapel, insbesondere Elektrodenfolien auf. Das Zellengehäuse umfasst zwei elektrisch leitende Gehäuseseitenwände und einen dazwischen angeordneten, randseitig umlaufenden sowie elektrisch isolierenden Rahmen. Dabei sind Polkontakte des Elektrodenstapels elektrisch leitend mit den Gehäuseseitenwänden verbunden. Die Gehäuseseitenwände sind an dem Rahmen befestigt. Erfindungsgemäß ist die Befestigung der Gehäuseseitenwände und des Rahmens kraft- und formschlüssig durch miteinander korrespondierende Verbindungselemente ausgeführt. Als Verbindungselemente dienen beispielsweise Nieten, im Rahmen integrierte Nieten, den Rahmen zumindest randseitig umgreifende fahnenartige Verlängerungen der Gehäuseseitenwände und/oder an den Rahmen angeformte Halteelemente.
In einer möglichen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Einzelzelle sind die Gehäuseseitenwände zusätzlich stoffschlüssig mit dem Rahmen verbunden, insbesondere verklebt. Dadurch ist das Zellengehäuse in besonders vorteilhafter Weise gegenüber einem Austritt von Elektrolyt über eine gesamte Lebensdauer der Einzelzelle dicht ausgeführt.
Mittels einer derartigen Befestigung ist auf vorteilhafte Weise eine mechanische Belastbarkeit einer Einzelzelle, insbesondere einer Flachzelle erhöht, wodurch eine Empfindlichkeit beispielsweise gegenüber Stößen und/oder Vibrationen reduziert ist. Zusätzlich ist anhand der Befestigung sichergestellt, dass bei einem in dem Zellengehäuse vorherrschenden Innendruck sich dieses nicht verformt.
Besonders bevorzugt sind die zur Befestigung der Gehäuseseitenwände an den Rahmen dienenden Nieten aus einem Kunststoff, beispielsweise Polypropylen oder Polyethylen, gebildet, der in besonders vorteilhafter Weise eine elektrisch isolierende Eigenschaft aufweist. Dabei sind die Nieten beispielsweise mit Hilfe von Wärme ausformbar.
Um die Nieten in den Rahmen sowie die Gehäuseseitenwände einzuführen, sind die Gehäuseseitenwände in vorteilhafter Weise mit Bohrungen versehen, die vorzugsweise als Durchgangslöcher ausgeführt sind.
Bei einer Befestigung mittels Nieten, die in den Rahmen integriert sind, sind die Bohrungen in den Gehäuseseitenwänden vorzugsweise gebördelt. Dadurch ist eine Auflagefläche der Niete, insbesondere nach Ausformen dieser, vorteilhaft vergrößert. Sind die Gehäuseseitenwände dergestalt an dem Rahmen befestigt, dass diese als fahnenartige Verlängerung den Rahmen randseitig umgreifen, weist die jeweilige gegenüberliegende Gehäuseseitenwand Einschnitte auf, die vorzugsweise mit der fahnenartigen Verlängerung korrespondieren. Dabei sind die fahnenartigen Verlängerungen sowie die dazu korrespondierenden Einschnitte wenigstens an sich gegenüberliegenden Randseiten der Gehäuseseitenwände angeordnet.
In einer weiteren möglichen Ausführungsform der Befestigung weist der Rahmen angeformte Halteelemente auf. Dabei sind die Halteelemente als fahnenartige Verlängerungen des Rahmens ausgeführt und zumindest an sich gegenüberliegenden Rahmenseiten angeordnet. Diese Halteelemente umgreifen in bevorzugter Weise die Gehäuseseitenwände randseitig.
Der in dem Zellengehäuse angeordnete Elektrodenstapel ist bevorzugt aus einzelnen Elektroden, vorzugsweise Elektrodenfolien gebildet. Darüber hinaus bildet ein nach außerhalb des Elektrodenstapels geführter Randbereich der jeweiligen Elektrodenfolie Stromabieiterfahnen, wodurch eine aufwändige Kontaktierung von Elektrodenfolie und Stromabieiterfahne entfällt. Gleichzeitig ist diese Art der Kontaktierung sehr sicher gegen zumindest viele, insbesondere äußere Einflüsse wie Stöße oder Vibrationen.
In besonderer Weise erfolgt, insbesondere bei bipolaren Einzelzellen, die Kontaktierung direkt zu den gegenüberliegen Gehäuseseitenwänden des Zellengehäuses. Auf diese Weise sind Stromabieiterfahnen einer Polarität zu einem Polkontakt des Elektrodenstapels zusammengefasst und direkt mit einer Gehäuseseitenwand des Zellengehäuses, insbesondere einer Flachzelle, verschweißt und/oder verpresst sind. Dabei sind die Gehäuseseitenwände unterschiedlicher Polarität elektrisch voneinander isoliert.
Der randseitig umlaufende Rahmen weist zwei elektrisch voneinander isolierte und voneinander beabstandete Materialrücknahmen auf. In diesen Materialrücknahmen sind die Stromabieiterfahnen jeweils einer Polarität angeordnet. In sinnvoller Weise ist die in Richtung der Stapelung der Elektroden gemessene lichte Höhe einer Materialrücknahme kleiner oder gleich der entsprechenden Erstreckung der unbeeinflusst übereinander gestapelten zugehörigen Stromabieiterfahnen und deren parallel zur Gehäuseseitenwand einer Elektrodenfolie gemessene Tiefe größer oder gleich der entsprechenden Erstreckung der zugehörigen Stromabieiterfahnen. Hierdurch sind die Stromabieiterfahnen sicher in den Materialrücknahmen gehaltert und können bei insbesondere dichter Verbindung zwischen Rahmen und Gehäuseseitenwand elektrisch leitend mit diesen verpresst sein.
Durch eine Anordnung des Elektrodenstapels in einem randseitig umlaufenden, insbesondere elektrisch isolierenden Rahmen, kann in vorteilhafter Weise eine zusätzliche isolierende Anordnung eingespart werden. Weiterhin ist die Handhabbarkeit der Einzelzelle erleichtert bzw. sicherer gestaltet.
Anhand einer oder mehrerer der genannten Maßnahmen ist es möglich, bei einer preiswerten Herstellung den Aufbau eines Zellengehäuses der Einzelzelle für eine Batterie zu vereinfachen und insbesondere die Dichtigkeit des Zellengehäuse gegenüber einem Durchtritt von Fremdstoffen in das Zellengehäuse und einem Austritt von Stoffen aus dem Zellengehäuse zu verbessern. Weiterhin werden die Vibrationssicherheit und damit die Stabilität, die Lebensdauer sowie dadurch wiederum auch die Verwendungsvielfalt erhöht. Auch liegt keine Schwächung der Druckdichtigkeit des Zellengehäuses der Einzelzelle vor, da keine Kontaktdurchführung der Polkontakte erfolgt.
Die erfindungsgemäße Einzelzelle einer Batterie, insbesondere einer Fahrzeugbatterie, ist in einem Fahrzeug mit Hybridantrieb und/oder in einem mit Brennstoffzellen betriebenen Fahrzeug, insbesondere für ein Kraftfahrzeug zur Personenbeförderung, einsetzbar.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Dabei zeigen:
Fig. 1 perspektivisch eine schematische Ansicht einer Rahmenflachzelle mit an einem randseitig umlaufenden Rahmen vernieteten
Gehäuseseitenwänden,
Fig. 2 eine Explosionsdarstellung der in Figur 1 gezeigten Rahmenflachzelle,
Fig. 3 schematisch eine Schnittdarstellung einer in Figur 2 und 3 gezeigten
Rahmenflachzelle mit an einem Rahmen vernieteten Gehäuseseitenwänden, Fig. 4 perspektivisch eine schematische Ansicht einer Rahmenflachzelle mit in einem Rahmen integrierten Nieten,
Fig. 5 eine Explosionsdarstellung einer in Figur 4 dargestellten Rahmenflachzelle mit in einem Rahmen integrierten Nieten,
Fig. 6 eine Schnittdarstellung einer in einen Rahmen integrierten Niete,
Fig. 7 perspektivisch eine schematische Ansicht einer Rahmenflachzelle mit in einem Rahmen integrierten Nieten und nach innen gebördelten Bohrungen einer Gehäuseseitenwand,
Fig. 8 eine Explosionsdarstellung einer in Figur 9 gezeigten Rahmenflachzelle,
Fig. 9 eine Schnittdarstellung mit im Rahmen integrierten Nieten sowie nach innen gebördelten Bohrungen,
Fig. 10 perspektivisch eine Rahmenflachzelle mit zumindest randseitig umgreifenden fahnenartigen Verlängerungen wenigstens einer Gehäuseseitenwand ,
Fig. 11 eine Schnittdarstellung einer in Figur 10 gezeigten Rahmenflachzelle mit fahnenartigen Verlängerungen einer Gehäuseseitenwand,
Fig. 12 eine Explosionsdarstellung einer in Figuren 1 , 11 und 15 gezeigten
Rahmenflachzelle mit fahnenartigen Verlängerungen von Gehäuseseitenwänden sowie dazu korrespondierenden Einschnitten,
Fig. 13 perspektivisch eine schematische Darstellung einer Rahmenflachzelle mit am Rahmen angeordneten Halteelementen, und
Fig. 14 eine Schnittdarstellung mit am Rahmen angeformten
Befestigungselementen.
Einander entsprechende Teile sind in allen Zeichnungen mit den gleichen Bezugszeichen versehen. In Figuren 1 und 2 ist eine Einzelzelle 1 für eine Batterie dargestellt. Die Einzelzelle 1 ist als eine Flachzelle, insbesondere als eine Rahmenflachzelle ausgeführt.
Die Einzelzelle 1 weist ein Zellengehäuse 2 auf, welches aus zwei elektrisch leitenden Gehäuseseitenwänden 2.1 und 2.2 und einen randseitig umlaufenden sowie elektrisch isolierenden Rahmen 3 gebildet ist.
Erfindungsgemäß sind die Gehäuseseitenwände 2.1 und 2.2 kraft- und/oder formschlüssig mittels miteinander korrespondierender Verbindungselemente an dem Rahmen 3 befestigt.
In einer möglichen Ausführungsform sind die Verbindungselemente als Niete 4 ausgeführt, über welche die Gehäuseseitenwände 2.1 und 2.2 an dem Rahmen 3 befestigt sind. Bevorzugt sind die Nieten 4 aus einem Kunststoff, wie zum Beispiel Polypropylen oder Polyethylen, gebildet.
Für die Befestigung weisen die Gehäuseseitenwände 2.1 und 2.2 sowie der Rahmen 3 in Figur 2 gezeigte Bohrungen 5 auf, die in besonders vorteilhafter Weise als Durchgangslöcher ausgeführt sind. Dabei sind die Bohrungen in den Gehäuseseitenwänden 2.1 und 2.2 derart ausgebildet, dass diese jeweils eine von außen nach innen ausgeführte trichterförmige Absenkung 5.1 aufweisen.
Um die Gehäuseseitenwände 2.1 und 2.2 an dem Rahmen 3 zu befestigen, wird in die jeweilige Bohrung 5 der Gehäuseseitenwände ein Niet 4 eingeführt. Zur Erzielung einer form- und kraftschlüssigen Verbindung der Gehäuseseitenwände 2.1 und 2.2 am Rahmen 3 wird das aus Bohrung 5 und eingeführtem Niet 4 gebildete Verbindungselementepaar erwärmt, so dass der Niet 4, insbesondere der Nietkopf 4.1 , mittels der Wärmezufuhr derart in der Bohrung 5 ausformbar ist, dass der Nietkopf 4.1 an den Wänden der trichterförmigen Absenkung 5.1 formschlüssig und reibschlüssig anliegt bzw. sich anfügt.
Dabei können die Gehäuseseitenwände 2.1 und 2.2 zusätzlich zu der form- und kraftschlüssigen Befestigung mittels der Nieten 4 Stoff schlüssig mit dem Rahmen 3 verbunden, insbesondere geklebt sein. Dadurch ist das Zellengehäuse 3 dicht ausgeführt.
Darüber hinaus ist in dem Zellengehäuse 2 der Einzelzelle 1 ein Elektrodenstapel 6 angeordnet. Der Elektrodenstapel 6 ist dabei insbesondere aus in Figur 3 dargestellten Elektrodenfolien 6.1 gebildet, wobei in einem mittleren Bereich des Elektrodenstapels 6 Elektrodenfolien 6.1 unterschiedlicher Polarität, insbesondere Aluminium- und/oder Kupferfolien und/oder Folien aus einer Metalllegierung, übereinander gestapelt und mittels eines nicht näher dargestellten Separators, insbesondere einer Separatorfolie, elektrisch voneinander isoliert sind.
In einem über den mittleren Bereich des Elektrodenstapels 6 überstehenden Randbereich der Elektrodenfolien 6.1 , den Stromabieiterfahnen 6.1.1 , sind Elektrodenfolien 6.1 gleicher Polarität elektrisch miteinander verbunden. Dabei werden die Stromabieiterfahnen 6.1.1 elektrisch leitend miteinander verpresst und/oder verschweißt und bilden die Polkontakte P des Elektrodenstapels 6.
Der den Elektrodenstapel 6 randseitig umlaufende Rahmen 3 weist zwei voneinander beabstandete, sich gegenüberliegende Materialrücknahmen 3.1 auf, die dabei so ausgebildet sind, dass die aus den Stromabieiterfahnen 6.1.1 gebildeten Polkontakte P in den Materialrücknahmen 3.1 anordbar sind. Die lichte Höhe der Materialrücknahmen 3.1 ist insbesondere so ausgebildet, dass sie der entsprechenden Erstreckung der unbeeinflusst übereinander gestapelten Stromabieiterfahnen 6.1 entspricht oder geringer als diese ist. Die Tiefe der Materialrücknahmen 3.1 entspricht im Wesentlichen der entsprechenden Erstreckung der Stromabieiterfahnen 6.1.1 oder ist größer ausgebildet als diese. Dabei sind die Bohrungen 5 in einem Bereich der Materialrücknahmen 3.1 angeordnet, wobei in diesem Bereich Erhebungen ausgeformt sind, wodurch der Rahmen 3 direkt an den Gehäuseseitenwänden 2.1 und 2.2. anliegt.
Durch die elektrisch isolierende Ausführung des Rahmens 3 sind die aus den Stromabieiterfahnen 6.1.1 gebildeten Polkontakte P unterschiedlicher Polarität elektrisch voneinander isoliert, so dass in vorteilhafter Weise auf zusätzliche Anordnungen zu einer elektrischen Isolation verzichtet werden kann.
In Figur 3 ist ein Ausschnitt einer Schnittdarstellung insbesondere des in den Bohrungen 5 eingeführten Nietes 4 dargestellt.
Figur 4 zeigt in einer alternativen Ausführungsform der Befestigung der Gehäuseseitenwände 2.1 und 2.2 an dem Rahmen 3 eine Einzelzelle 1 mit in den Rahmen 3 integrierten Nieten 7. Dabei sind die integrierten Nieten 7 bereits vor einer Montage der Einzelzelle 1 am Rahmen 3 angeordnet, insbesondere angeformt. Hierzu ist der Rahmen 3 beispielsweise als ein Formteil gebildet und bevorzugt in einem Gussverfahren herstellbar.
Um eine form- und kraftschlüssigen Verbindung der Gehäuseseitenwänden 2.1 und 2.2 am Rahmen 3 herzustellen, wird das in dem Rahmen integrierte Niet 7, insbesondere der Nietkopf 7.1 erwärmt, so dass dieser mittels Wärmezufuhr derart in der Bohrung 5 ausformbar ist, dass der Nietkopf 7.1 in der Bohrung 5 formschlüssig und reibschlüssig und anliegt.
Auch hierbei werden die Nieten 7, insbesondere die Nietköpfe 7.1 zur Befestigung der Gehäuseseitenwände 2.1 und 2.2 an dem Rahmen 3 mit Hilfe von Wärme derart ausgeformt, dass eine formschlüssige sowie kraftschlüssige Verbindung zwischen Rahmen 3 und den Gehäuseseitenwänden 2.1 und 2.2 sichergestellt ist.
In Figur 5 ist eine Explosionsdarstellung der in Figur 4 dargestellten Einzelzelle 1 gezeigt.
Figur 6 zeigt einen Ausschnitt einer Schnittdarstellung einer Einzelzelle 1 mit in dem Rahmen 3 integrierten Nieten 7.
Die Figuren 7 bis 9 zeigen eine weitere alternative Ausführungsform zur Befestigung mit in dem Rahmen 3 integrierten Nieten 7. Dabei sind die Bohrungen 5 derart ausgeführt, dass diese eine nach innen gerichtete Bördelung 8 aufweisen. Die Bördelungen 8 dienen einer Vergrößerung der Auflagefläche der Niete 7, insbesondere nach dem Ausformen.
In den Figuren 10 bis 12 ist eine weitere Ausführungsform der Befestigung von den Gehäuseseitenwänden 2.1 und 2.2 an dem Rahmen 3 dargestellt. Hierbei weisen wenigstens zwei sich gegenüberliegende Seiten wenigstens einer Gehäuseseitenwand 2.1 und 2.2 den Rahmen 3 zumindest randseitig umgreifende fahnenartige Verlängerungen 2.3 auf.
Für ein randseitiges Umgreifen des Rahmens 3 werden die fahnenartigen Verlängerungen 2.3 gebogen. Die gegenüberliegende Gehäuseseitenwand 2.1 und 2.3 sowie der Rahmen 3 weisen in besonders bevorzugter Weise Einschnitte 2.4 auf, mit denen die fahnenartigen Verlängerungen 2.3 nach dem Umbiegen korrespondieren. Dadurch nimmt eine Dicke sowie eine Höhe der Einzelzelle 1 vorteilhaft nicht zu.
In Figur 13 ist eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Befestigung dargestellt, wobei als Befestigungselemente Klemmen 9 verwendet werden und den Rahmen 3 sowie die Gehäuseseitenwände 2.1 und 2.2 umgreifen. Die Klemmen 9 können in bevorzugter Weise aus einem Kunststoff gebildet sein, der in vorteilhafter Weise elektrisch isoliert.
Die Figur 14 zeigt eine weitere mögliche Ausführungsform der Befestigung der Gehäuseseitenwände 2.1 und 2.2 an dem Rahmen 3 der als Rahmenflachzelle ausgebildeten Einzelzelle 1. Dabei ist der Rahmen 3 derart ausgeformt, dass die Gehäuseseitenwände von Haltenasen 3.3 gehalten werden. Die Haltenasen 3.3 sind zumindest an zwei sich gegenüberliegenden Rahmenseiten 3.4 angeordnet.
Für eine formschlüssige Befestigung umgreifen die angeformten Haltenasen 3.3 eine Gehäuseseitenwand 2.1 und 2.2. Die Haltenasen 3.3 sind in vorteilhafter weise beidseitig an dem Rahmen 3 ausgebildet bzw. angeformt.
Dabei können die Haltenasen 3.3 derart ausgeformt sein, dass sich diese beispielsweise über eine gesamte Breite der Einzelzelle 1 erstrecken. Hierbei können die Gehäuseseitenwände 2.1 und 2.2 seitlich eingeschoben werden, so dass die Haltenasen 3.3 als eine Art Schiene ausgeführt sind.
Daimler AG
Bezugszeichenliste
1 Einzelzelle
2 Zellengehäuse
2.1 Gehäuseseitenwand
2.2 Gehäuseseitenwand
2.3 fahnenartige Verlängerung
2.4 Einschnitte
3 Rahmen
3.1 Materialrücknahmen
3.2 Halteelement
3.3 Haltenasen
3.4 Rahmenseite
4 Niete
4.1 Nietkopf
5 Bohrungen
5.1 Absenkung
6 Elektrodenstapel
6.1 Elektrodenfolie
6.1.1 Stromabieiterfahne
7 integriertes Niet
8 Bördelung
9 Klemmen
P Polkontakt

Claims

Daimler AGPatentansprüche
1. Einzelzelle (1) für eine Batterie mit einem innerhalb eines Zellengehäuses (2) angeordneten Elektrodenstapel (6), wobei das Zellengehäuse (2) zwei elektrisch leitende Gehäuseseitenwände (2.1 , 2.2) und einen dazwischen angeordneten, randseitig umlaufenden sowie elektrisch isolierenden Rahmen (3) aufweist, wobei Polkontakte (p) des Elektrodenstapels (6) elektrisch leitend mit den Gehäuseseitenwänden (2.1 , 2.2) verbunden sind, wobei eine Befestigung der Gehäuseseitenwände (2.1 , 2.2) an dem Rahmen (3) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäuseseitenwände (2.1 , 2.2) an dem Rahmen (3) kraft- und/oder formschlüssig mittels miteinander korrespondierender Verbindungselemente befestigt sind.
2. Einzelzelle nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungselemente Verbindungspaare bilden und als Nieten (4), im Rahmen integrierte Nieten (7), den Rahmen (3) zumindest randseitig umgreifende fahnenartige Verlängerungen (2.3) der Gehäuseseitenwände (2.1 , 2.2), an den Rahmen (3) angeformte Halteelemente (3.2) und/oder Klemmen (9) ausgeführt sind.
3. Einzelzelle nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungselemente, insbesondere die Nieten (4, 7) aus elektrisch isolierendem Material, insbesondere Kunststoff sind.
4. Einzellzelle nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäuseseitenwände (2.1 , 2.2) sowie der randseitig umlaufende Rahmen (3) Bohrungen (5) aufweist.
5. Einzelzelle nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäuseseitenwände (2.1 , 2.2) an den Bohrungen (5) gebördelt sind.
6. Einzelzelle nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei sich gegenüberliegende Seiten mindestens einer Gehäuseseitenwand (2.1 , 2.2) sowie der Rahmen (3) Einschnitte (2.4) aufweisen.
7. Einzelzelle nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die um den randseitig umlaufenden Rahmen (3) umgreifenden fahnenartigen Verlängerungen (2.3) mit den Einschnitten (2.4) wenigstens der gegenüberliegenden Gehäuseseitenwand (2.1 , 2.2) sowie des Rahmens (3) korrespondieren.
8. Einzelzelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die an den Rahmen (3) angeformten Halteelemente (3.2) an zumindest zwei sich gegenüberliegenden Rahmenseiten (3.4) angeordnet sind.
9. Einzelzelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die an den Rahmen (3) angeformten Halteelemente (3.2) als fahnenartige Verlängerungen des Rahmens (3) ausgebildet sind und die Gehäuseseitenwände (2.1 , 2.2) zumindest randseitig umgreifen.
10. Einzelzelle nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der im Zellengehäuse (2) angeordnete Elektrodenstapel (6) aus einzelnen Elektroden, vorzugsweise Elektrodenfolien (6.1) gebildet ist.
11. Einzelzelle nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein nach außerhalb des Elektrodenstapels (6) geführter Randbereich der jeweiligen Elektrodenfolie (6.1) Stromabieiterfahnen (6.1.1) bildet.
12. Einzelzelle nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Stromabieiterfahnen (6.1.1) einer Polarität zu einem Polkontakt (P) des Elektrodenstapels (6) zusammengefasst sind und direkt mit der Gehäuseseitenwand (2.1 , 2.2) verschweißt und/oder verpresst sind.
13. Einzelzelle nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen (3) zwei elektrisch voneinander isolierte und voneinander beabstandete Materialrücknahmen (3.1) aufweist, in denen die Stromabieiterfahnen (6.1.1) jeweils einer Polarität angeordnet sind.
14. Einzelzelle nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die in Richtung der Stapelung der Elektrodenfolien (6.1) gemessene lichte Höhe einer Materialrücknahme (3.1) kleiner oder gleich der entsprechenden Erstreckung der unbeeinflusst übereinander gestapelten zugehörigen Stromabieiterfahnen (6.1.1) ist und deren parallel zur einer Elektrodenfolie (6.1) gemessene Tiefe größer oder gleich der entsprechenden Erstreckung der zugehörigen Stromabieiterfahnen (6.1.1) ist.
15. Verwendung mehrerer, gestapelter Einzelzellen (1) nach Anspruch 1 in einer Batterie, wobei die jeweilige Einzelzelle (1) einen innerhalb eines Zellengehäuses (2) angeordneten Elektrodenstapel (6.1) aufweist, wobei das Zellengehäuse (2) zwei elektrisch leitende Gehäuseseitenwände (2.1 , 2.2) und einen dazwischen angeordneten, randseitig umlaufenden Rahmen (3) aufweist, wobei Polkontakte (P) des Elektrodenstapels (6.1) elektrisch leitend mit den Gehäuseseitenwänden (2.1 , 2.2) verbunden sind, wobei eine Befestigung der Gehäuseseitenwände (2.1 , 2.2) an dem Rahmen (3) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäuseseitenwände (2.1 , 2.2) an dem Rahmen (3) kraft- und/oder formschlüssig mittels miteinander korrespondierender Verbindungselemente befestigt sind.
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