WO2010063365A1 - Batterie und verfahren zur herstellung einer batterie - Google Patents

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WO2010063365A1 PCT/EP2009/008109 EP2009008109W WO2010063365A1 WO 2010063365 A1 WO2010063365 A1 WO 2010063365A1 EP 2009008109 W EP2009008109 W EP 2009008109W WO 2010063365 A1 WO2010063365 A1 WO 2010063365A1
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battery
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housing side
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Jens Meintschel
Dirk Schröter
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Daimler Ag
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Definitions

  • the invention relates to a battery having a plurality of electrically interconnected individual cells according to the preamble of claim 1 and a method for producing a battery having a plurality of electrically interconnected individual cells according to the preamble of claim 15.
  • high-voltage batteries z.
  • lithium-ion batteries known for vehicle applications, which are constructed in particular of several electrically connected in series and / or parallel single cells.
  • the electrical contacts, d. H. a plus and a minus pole be placed directly on against each other electrically insulated parts of the housing.
  • a lithium-ion accumulator which is formed from arranged in an aluminum housing electrode stack and a surrounding electrolyte.
  • separators and electrodes are alternately stacked and fixed, wherein the electrode stack has at least one adhesive of an organic adhesive on at least one side and / or edge, which glues the electrodes and separators together.
  • the electrodes of the same polarity arranged at opposite ends of the electrode stack are welded together, wherein the welding can be produced by means of an ultrasonic welding process.
  • the document comprises a method for producing the electrode stack.
  • US Pat. No. 5,871,861 A1 discloses a lithium-ion secondary battery which is formed from a large number of individual cells which are introduced together with an electrolyte into a housing.
  • the individual cells are formed from an electrode stack, wherein a separator is arranged in each case between positive and negative electrodes. there are protruding beyond the electrode stack ends of the electrodes each having a polarity to a single electrical conductor, preferably by means of a tungsten inert gas welding process, ultrasonic welding or high-frequency welding welded together.
  • US Pat. No. 6,908,711 B2 describes a high-performance electrochemical energy storage unit which comprises at least one stackable battery.
  • This battery is formed from at least two lithium-ion single cells, each individual cell in turn being formed from a bipolar plate comprising an anode, cathode and a current collector.
  • the batteries are arranged in particular one above the other and electrically connected in series and / or in parallel, wherein a separator is arranged between the batteries.
  • connecting elements with end plates of the batteries are pressed, welded or bonded. Welded joints can be produced for example by means of an ultrasonic, resistance or laser welding process.
  • the invention has for its object to provide a comparison with the prior art improved battery and an improved over the prior art method for their preparation.
  • the battery of the invention comprises a plurality of electrically interconnected individual cells, each of which is formed of an electrode stack, the individual electrodes of different polarity, preferably electrode foils, by a separator, preferably a Separatorfolie, isolated from each other, with electrodes of the same polarity to each other electrically conductive connected to a pole.
  • the electrodes or electrode foils are preferably formed from copper and / or aluminum or from such an alloy.
  • the poles of the electrode stack are in each case electrically connected to an electrically conductive housing side wall, the housing side walls being arranged between directly adjacent ones Single cells designed as a common housing partition and the individual cells are electrically interconnected on the basis of this.
  • the use of a housing partition wall for two single cells results in a particularly advantageous manner in material and cost savings. Furthermore, a weight saving and smaller dimensions of the battery can be achieved.
  • the cell housings of the first and / or the last individual cell are formed, in particular, from a housing side wall, a housing partition wall and a frame arranged between them and peripherally encircling and electrically insulating.
  • the cell housing of the remaining individual cells are formed from two housing partitions and an arranged between them, peripherally encircling and electrically insulating frame.
  • an edge region of the respective electrode foil guided to the outside of the electrode stack forms a current drain plume, wherein the current drain plugs of one polarity are electrically conductively connected to one another in a pole.
  • the poles of the electrode stack are pressed and / or welded to the housing side wall and / or the housing partition wall.
  • the resulting cohesive connection produces an electrically conductive connection with a low contact resistance, which has a high current-carrying capacity.
  • the housing partition is formed from at least two positively, positively and / or cohesively interconnected sheets, which are formed in particular of a different material.
  • the material of the sheets corresponds in particular to that of the pole of the electrode stack electrically connected thereto, ie copper and / or aluminum or such an alloy, so that on the one hand a low contact resistance between the poles and the housing. Setrenncommunn and on the other hand a simplified generation of the welded joint can be achieved.
  • a separate film of a filler material is arranged between the poles of the electrode stack and the housing side walls and / or between the poles of the electrode stack and the housing partition walls.
  • a separate layer of additional material is applied on the side of the housing side walls and / or housing partitions facing the poles of the electrode stack, so that the connection of the pole contacts to the housing side walls or the housing partitions is improved.
  • the single cells are heat conductively connected to a heat conducting plate and arranged on the top and / or bottom side of this.
  • the heat conducting plate is preferably made of a very good thermal conductivity and therefore in particular of a metallic material, an electrically insulating and thermally conductive material is introduced between the individual cells and the heat conducting.
  • the housing partition wall on a side facing the heat conduction on at least partially over the length of the respective single cell outgoing side wall element, which is angled towards the housing partition in the direction of the cell interior.
  • the heat conducting plate with a cooling medium such as a vehicle air conditioning or a separate cooling medium, acted upon, which allows efficient cooling of the battery.
  • the electronic component comprises in particular means for a Cell voltage compensation, a cell voltage monitoring and / or electrical security elements.
  • the housing bulkhead simultaneously performs the function of high voltage contact between the single cells, heat dissipation to the heat conducting plate, and low voltage contact to the electronic device.
  • an air cooling is used, for which purpose the housing side walls and / or the housing partitions are formed in their width and / or length greater than the electrically insulating frame and on at least one side of the electrically insulating frame are arranged protruding. This increases an area of the housing side walls and / or housing partitions, which can be flowed around with air.
  • At least the individual cells and the heat conducting plate by means of a clamping element positively and / or non-positively connected to each other, so that an additional battery housing for protection, positioning of the individual cells to each other and for fixing the individual cells can be omitted in a particularly advantageous manner.
  • the poles of the electrode stack are each electrically connected to an electrically conductive housing side wall, wherein the housing side walls are formed between directly adjacent arranged individual cells as a common housing partition and electrically interconnected on the basis of this.
  • the electrically conductive connection of the poles and the housing side walls and / or housing partitions is produced in an open state of the single cell.
  • a cell housing of the single cell is formed from an electrically conductive housing side wall and a housing partition wall or two housing partition walls, wherein between the housing side wall and the housing partition wall or between the housing partition walls a peripherally encircling and electrically insulating frame is arranged.
  • the open state is understood in particular to mean that the housing side walls or the housing partitions are not fastened to the frame, wherein the electrode stack can be arranged in the frame.
  • a pole of the electrode stack is electrically conductively connected to a housing side wall or a housing partition wall.
  • the electrode stack electrically connected via this pole to the housing side wall or housing separating wall is arranged in the frame and the housing side wall or housing separating wall is fastened to the frame.
  • the remaining pole contact of the electrode stack is electrically conductively connected to a housing side wall or a housing partition wall, before in a fourth step, the housing side wall or housing partition wall, with which the remaining pole contact is electrically conductively connected, attached to the frame.
  • the generation of the electrically conductive connection of the poles to the housing side walls or GeHousetrenndirn both before the arrangement and after an arrangement of the electrode stack in the frame can be done on the one hand in particular in a welding process, wherein during the welding process generates one or more welds and / or welds become.
  • the housing side wall or the housing wall and further in the depth of the pole forming Stromabieiterfahen the electrode stack partially melted, so that with a weld and / or a weld all poles forming Stromabieiterfahen and the corresponding electrically conductive housing side wall or housing partition wall in particular welded together in one step.
  • the resulting cohesive connection produces an electrically conductive connection with a low contact resistance, which has a high current-carrying capacity.
  • the electrically conductive connection of the housing side walls or the housing partitions and the poles in a combined welding-press-joining method for.
  • a reliable joining process is achieved on the one hand by the pressing and, on the other hand, a heat input into the electrode stack is avoided or at least reduced by the ultrasonic welding method.
  • the attachment of the housing side walls and / or housing partitions to the frame is preferably produced by means of positive, material and / or non-positive connections, for example by means of adhesive and / or welded joints, so that the housing in an advantageous manner liquid and / or gas-tight is formed and thus the electrode stack is protected from external mechanical and chemical effects.
  • the battery according to the invention is particularly suitable for use in a vehicle, in particular a hybrid vehicle or an electric vehicle.
  • Fig. 1 shows schematically an exploded view of a single cell with a
  • Electrode stack an electrically insulating frame and a housing partition
  • FIG. 2 shows schematically the single cell according to FIG. 1 in an assembled state
  • FIG. 3 is a schematic perspective view of a cell assembly of a plurality of individual cells according to FIG. 1 in a first perspective view, wherein two single cells are shown in an opened state during an electrical connection of poles of the electrode stack to a housing partition;
  • FIG. 4 is a schematic perspective view of the cell assembly according to FIG. 3 in a second perspective view
  • Fig. 5 shows schematically a battery formed from a plurality of individual cells with a
  • Fig. 6 shows schematically a sectional view of a portion of the battery according to
  • FIG. 5 parallel to the heat-conducting plate
  • FIG. 7 is a schematic sectional view of the battery according to FIG. 5 perpendicular to the heat conducting plate.
  • Fig. 8 shows schematically a cell composite of a plurality of single cells, which to a
  • Air cooling are formed. Corresponding parts are provided in all figures with the same reference numerals.
  • Figure 1 and Figure 2 show a single cell 1 in an exploded view or in an assembled state.
  • the individual cell 1 comprises an electrode stack 2 arranged in a cell housing, wherein the cell housing has a housing partition wall 3 and a second housing partition wall 3, in particular flat sides, and an interposed, edge-surrounding and electrically insulating frame 4 shown in more detail in FIGS.
  • the housing partition wall 3 has a flag-like extension 3.1, which, after being joined to form a battery 6 according to FIG. 5, serve for electrical coupling to an electronic component (not shown) which in particular comprises means for cell voltage monitoring, cell voltage compensation and / or electrical fuse elements ,
  • the electrode stack 2 is in this case formed, in particular, from electrode foils, not illustrated in detail, wherein electrode foils of different polarity, in particular aluminum and / or copper foils and / or foils of a metal alloy, are stacked on top of one another in a middle region of the electrode stack 2 and are separated by means of a separator (not shown). in particular a Separatorfolie, are electrically isolated from each other.
  • electrode foils of different polarity in particular aluminum and / or copper foils and / or foils of a metal alloy
  • electrode foils of the same polarity are electrically connected to one another and form the poles P of the electrode stack 2.
  • the frame 4 further comprises material recesses 4.1, which serve to form an arrangement of clamping elements 8 according to FIG. 5 for forming a battery 6.
  • FIGS. 3 and 4 Several individual cells 1 are shown in different perspective views in FIGS. 3 and 4, wherein two single cells 1 are shown in an open state during an electrical connection of the poles P of an electrode stack 2 to a housing partition wall 3 and an arrangement of a welding device 5 used therefor.
  • the poles P are each electrically connected to a housing partition wall 3, wherein directly adjacent arranged individual cells 1 have a shared housing partition wall 3 and are electrically connected to each other based on this.
  • the electrically conductive connection of the poles P and the housing partitions 3 is generated in the open state of the single cell 1 shown.
  • the dargixie open state in particular represents a state in which the housing partitions 3 are not attached to the frame 4 and the electrode stack 2 is guided through the frame 4 and arranged in this.
  • the housing partitions 3 and the respective poles P of the electrode stacks 2 are pressed together and / or welded together.
  • the illustrated embodiment of the invention shows the welding device 5, which is in particular an ultrasonic welding device, which is formed from a sonotrode 5.1 and an anvil 5.2.
  • the power supply tabs 2.1 which form the poles P of the electrode stack 2 are stacked one above the other and laid flat on the insides of the respectively associated housing partition wall 3.
  • a relative bending of the current conductor paths 2.1 to the middle region of the electrode stack 2 which is necessary in this case is achieved by the flexibility of the electrode films used.
  • the sonotrode 5.1 generates a vibration with a frequency in the ultrasonic range, so that the poles P and the housing partitions 3 are moved against each other under great friction.
  • a resulting large friction heat creates a weld, not shown, or a welding point, not shown, so that a cohesive and electrically conductive connection between the poles P and the housing partitions 3 is formed.
  • a planar electrically conductive connection of the housing partitions 3 with the poles P is achieved in particular by a plurality of welds and / or spot welds arranged in series and / or in parallel.
  • welding-press-joining method are suitable for the generation. These may be, for example, capacitor discharge welding, resistance press welding, laser press welding, electric spot welding or electric seam welding.
  • the current conductor lugs 2.1 are pressed and / or welded to the pole contacts P in a separate process prior to the generation of the electrically conductive connection with the housing partitions 3.
  • a further unspecified darg safeguarden embodiment of the invention is between the poles P, which z. B. made of copper, and the housing partitions 3, which z. B. made of aluminum, in addition a separate film, not shown, which z. B. also made of copper or nickel, introduced to achieve an improved connection between the poles P and the housing partitions 3 during the welding process.
  • this foil or layer can likewise be applied to the sides of the housing partitions 3 facing the pole contacts P, wherein the film or layer is preferably rolled on the housing partitions 3 or electrochemically applied.
  • the use of made of copper housing partition walls 3 is possible, wherein between poles P, which are made of aluminum, a separate foil made of aluminum or nickel is arranged. Furthermore, the film or layer of aluminum or nickel can in turn be rolled onto the housing partitions 3 or applied electrochemically.
  • the housing partitions 3 are each made of two form, force and / or materially interconnected, for example, rolled, sheets formed, wherein the formed of aluminum pole P side facing preferably made of aluminum and a made of copper formed pole P facing side is preferably formed of copper.
  • This insulating film or layer preferably further serves to protect the housing partitions 3 from corrosion, for example, caused by contact with an electrolyte located in the single cell 1.
  • the electrode stack 2 After the electrical connection of the pole P of the electrode stack 2 and the housing partition wall 3, the electrode stack 2 is guided through the frame 4 and the housing partition 3, which is already electrically connected to the pole P, is preferably attached to the frame. or attached non-positively.
  • Such a material, positive and / or non-positive attachment is carried out in a manner not shown z. B. by gluing and / or connecting elements in order to achieve a high stability of the connection between the housing partitions 3 and the frame 4.
  • the connecting elements are in particular rivets, the frame 4 at least peripherally embracing flag-like extensions of the housing partitions 3 and / or formed on the frame holding elements.
  • the housing partitions 3 and / or the frame 4 preferably not shown in detail, corresponding to the respective connecting elements forms or recesses.
  • the frame 4 preferably has a filling opening, not shown, which can be closed after filling.
  • the remaining pole P of the electrode stack 2 is electrically conductively fixed by means of the welding device 5 to a further, not shown housing partition 3, which in turn attached to a non-illustrated frame 4 a subsequent single cell 1 becomes.
  • FIG. 5 shows a battery 6 formed from a plurality of individual cells 1 with a heat-conducting plate 7.
  • the individual cells 1 are conductively connected to the heat-conducting plate 7 in order to dissipate a heat loss generated during operation of the battery 6, in particular during a charging and discharging process arranged on top of this.
  • a lower-side arrangement of the individual cells 1 on the heat conducting plate 7 is possible.
  • the heat-conducting plate 7 is preferably formed of a very good thermal conductivity and therefore in particular of a metallic material, between the individual cells 1 and the heat-conducting plate 7 is preferably an electrically insulating and thermally conductive material, for example a heat-conducting foil, not shown. Furthermore, the heat-conducting plate 7 can be flowed through by a cooling medium, for example a coolant of a vehicle air conditioning system, preferably for a high heat output, wherein the heat-conducting plate 7 has connection elements 7. 1 for integration into such a cooling circuit.
  • a cooling medium for example a coolant of a vehicle air conditioning system, preferably for a high heat output
  • two clamping elements 8, in particular tensioning straps are provided, which securely fix the cell assembly formed from the individual cells 1 to the heat-conducting plate 7 and make it possible to dispense with an additional battery housing.
  • both the frame 4 of the individual cells 1 and the heat conducting plate 7 to the clamping elements 8 corresponding material recesses 4.1 and 7.2.
  • FIG. 6 shows a sectional illustration of a section of the battery 6 according to FIG. 5 parallel to the heat-conducting plate 7, which illustrates the arrangement of the individual cells 1 relative to one another and the arrangement of the electrode stacks 12 in the cell housings.
  • FIG. 7 shows a sectional view of the battery 6 according to FIG. 5 perpendicular to the heat-conducting plate 7, wherein, for reasons of simplification, only one electrode stack 2 represents the heat-conducting plate 7 and the heat-conducting plate 7 is not shown.
  • the housing partitions 3 each have a side wall element 3.2 extending over the length of the respective individual cell 1 on a side facing the heat-conducting plate 7, which faces the housing separating wall in the direction of Cell interior is angled. As a result, a larger contact area of the cell dividing walls 3 with the heat-conducting plate 7 is achieved.
  • the last, ie the left single cell 1 has a cell partition 3 with an angled side wall element 3.2 and a housing side wall 9 without an angled side wall element.
  • the housing side wall 9 includes a flag-like extension 9.1 for electrical connection to the electronic component and is connected according to the housing partitions 3 with the pole contact P of the electrode stack 2 and the frame electrically insulating frame 4.
  • Figure 8 shows an alternative embodiment, wherein the illustrated, formed from a plurality of individual cells 1 cell assembly is provided for air cooling.
  • the housing partitions 3 are designed to be larger in their height extent than the electrically insulating frame 4 of the individual cells 1, so that they are arranged protruding beyond the frame 4 on one side.
  • the housing partitions 3 may alternatively be designed such that they protrude over several sides of the frame 4. Furthermore, a combination of air cooling and cooling by means of the heat conducting plate 7 is possible.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Batterie (6) mit mehreren elektrisch miteinander verschalteten Einzelzellen (1), welche jeweils aus einem Elektrodenstapel (2) gebildet sind, dessen einzelne Elektroden unterschiedlicher Polarität, vorzugsweise Elektrodenfolien, durch einen Separator, vorzugsweise eine Separatorfolie, voneinander isolierend getrennt sind, wobei Elektroden gleicher Polarität elektrisch leitend miteinander zu einem Pol (P) verbunden sind. Erfindungsgemäß sind die Pole (P) des Elektrodenstapels (2) jeweils elektrisch mit einer elektrisch leitfähigen Gehäuseseitenwand (9) verbunden, wobei die Gehäuseseitenwände (9) zwischen direkt benachbart angeordneten Einzelzellen (1) als eine gemeinsame Gehäusetrennwand (3) ausgebildet und die Einzelzellen (1) anhand dieser elektrisch miteinander verschaltet sind. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer Batterie (6) und eine Verwendung dieser.

Description

Daimler AG
Batterie und Verfahren zur Herstellung einer Batterie
Die Erfindung betrifft eine Batterie mit mehreren elektrisch miteinander verschalteten Einzelzellen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur Herstellung einer Batterie mit mehreren elektrisch miteinander verschalteten Einzelzellen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 15.
Nach dem Stand der Technik sind Hochvolt-Batterien, z. B. Lithium-Ionen-Batterien, für Fahrzeuganwendungen bekannt, die insbesondere aus mehreren elektrisch in Reihe und/oder parallel verschalteten Einzelzellen aufgebaut sind. Dabei können bei bipolaren Einzelzellen die elektrischen Kontakte, d. h. ein Plus- und ein Minuspol, direkt auf gegeneinander elektrisch isolierte Teile des Gehäuses gelegt sein.
Aus der DE 10 2005 042 916 A1 ist einen Lithium-Ionen-Akkumulator bekannt, welcher aus in einem Aluminiumgehäuse angeordneten Elektrodenstapel und einem diesen umgebenden Elektrolyt gebildet ist. In dem Elektrodenstapel sind Separatoren und Elektroden abwechselnd übereinander gestapelt und fixiert, wobei der Elektrodenstapel an zumindest einer Seite und/oder Kante zumindest eine Klebung aus einem organischen Kleber aufweist, die die Elektroden und Separatoren miteinander verklebt. Weiterhin sind die an entgegengesetzten Enden des Elektrodenstapels angeordneten Elektroden gleicher Polarität miteinander verschweißt, wobei die Verschweißung mittels eines Ultraschweißverfahrens erzeugbar ist. Weiterhin umfasst die Schrift ein Verfahren zur Herstellung des Elektrodenstapels.
Weiterhin offenbart die US 5 871 861 A1 einen Lithium-Ionen-Akkumulator, welcher aus einer Vielzahl von Einzelzellen gebildet ist, die gemeinsam mit einem Elektrolyt in ein Gehäuse eingebracht sind. Die Einzelzellen sind aus einem Elektrodenstapel gebildet, wobei zwischen positiven und negativen Elektroden jeweils ein Separator angeordnet ist. Dabei sind über den Elektrodenstapel hinausragende Enden der Elektroden jeweils einer Polarität zu einem einzelnen elektrischen Leiter vorzugsweise mittels eines Wolfram-Inertgas- Schweißverfahrens, Ultraschallschweißverfahrens oder Hochfrequenzschweißverfahrens miteinander verschweißt.
In der US 6 908 711 B2 ist eine elektrochemische Hochleistungs-Energiespeichereinheit beschrieben, welche zumindest eine stapelbare Batterie umfasst. Diese Batterie ist aus zumindest zwei Lithiumionen-Einzelzellen gebildet, wobei jede Einzelzelle wiederum aus einer Bipolarplatte, umfassend eine Anode, Kathode und einen Stromabnehmer, gebildet ist. Zur Erzeugung eines Batteriestapels sind die Batterien insbesondere übereinander angeordnet und elektrisch seriell und/oder parallel verschaltet, wobei zwischen den Batterien ein Separator angeordnet ist. Zu einer elektrischen Kontaktierung des Batteriestapels sind Anschlusselemente mit Endplatten der Batterien verpresst, verschweißt oder gebon- det. Schweißverbindungen sind dabei beispielsweise mittels eines Ultraschall-, Widerstands- oder Laserschweißverfahrens erzeugbar.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Batterie und ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren zu deren Herstellung anzugeben.
Hinsichtlich der Batterie wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale und hinsichtlich des Verfahrens durch die im Anspruch 15 angegebenen Merkmale gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die erfindungsgemäße Batterie umfasst mehrere elektrisch miteinander verschaltete Einzelzellen, welche jeweils aus einem Elektrodenstapel gebildet sind, dessen einzelne E- lektroden unterschiedlicher Polarität, vorzugsweise Elektrodenfolien, durch einen Separator, vorzugsweise eine Separatorfolie, voneinander isolierend getrennt sind, wobei Elektroden gleicher Polarität elektrisch leitend miteinander zu einem Pol verbunden sind. Dabei sind die Elektroden bzw. Elektrodenfolien vorzugsweise aus Kupfer und/oder Aluminium oder aus einer derartigen Legierung gebildet. Erfindungsgemäß sind die Pole des E- lektrodenstapels jeweils elektrisch mit einer elektrisch leitfähigen Gehäuseseitenwand verbunden, wobei die Gehäuseseitenwände zwischen direkt benachbart angeordneten Einzelzellen als eine gemeinsame Gehäusetrennwand ausgebildet und die Einzelzellen anhand dieser elektrisch miteinander verschaltet sind. Aus der Verwendung einer Gehäusetrennwand für zwei Einzelzellen resultiert besonders vorteilhafter Weise eine Material- und Kostenersparnis. Weiterhin sind eine Gewichtseinsparung und geringere Abmessungen der Batterie erzielbar.
Die Zellengehäuse der ersten und/oder der letzten Einzelzelle sind dabei insbesondere aus einer Gehäuseseitenwand, einer Gehäusetrennwand und einem zwischen diesen angeordneten, randseitig umlaufenden sowie elektrisch isolierenden Rahmen gebildet. Die Zellengehäuse der verbleibenden Einzelzellen sind aus zwei Gehäusetrennwänden und einem zwischen diesen angeordneten, randseitig umlaufenden sowie elektrisch isolierenden Rahmen gebildet. Die direkte elektrische Kontaktierung der Einzelzellen über die Gehäuse- oder Zellseitenwände bzw. Gehäuse- oder Zelltrennwände ermöglicht es, dass zusätzliche Anordnungen, wie beispielsweise Zellverbinder, zur elektrischen Verbindung der Einzelzellen entfallen können. Weiterhin kann durch die Anordnung des Elektrodenstapels in dem randseitig umlaufenden, insbesondere elektrisch isolierenden Rahmen in vorteilhafter Weise eine zusätzliche isolierende Anordnung eingespart werden. Auch ist die Handhabbarkeit der Einzelzelle ist erleichtert bzw. sicherer gestaltet.
Dabei bildet ein nach außerhalb des Elektrodenstapels geführter Randbereich der jeweiligen Elektrodenfolie eine Stromabieiterfahne, wobei die Stromabieiterfahnen einer Polarität elektrisch leitend miteinander zu einem Pol verbunden sind.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sind die Pole des Elektrodenstapels mit der Gehäuseseitenwand und/oder der Gehäusetrennwand verpresst und/oder verschweißt. Durch die entstehende stoffschlüssige Verbindung wird eine elektrisch leitfähige Verbindung mit einem geringen Übergangswiderstand erzeugt, die eine hohe Strombelastbarkeit aufweist.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Gehäusetrennwand aus zumindest zwei form-, kraft- und/oder stoffschlüssig miteinander verbundenen Blechen gebildet, welche insbesondere aus einem unterschiedlichen Material gebildet sind. Dabei entspricht das Material der Bleche insbesondere dem des mit diesem elektrisch verbundenen Pol des Elektrodenstapels, d. h. Kupfer und/oder Aluminium oder eine derartige Legierung, so dass zum einen ein geringer Übergangswiderstand zwischen den Polen und den Gehäu- setrennwänden und zum anderen eine vereinfachte Erzeugung der Schweißverbindung erzielbar ist.
Ferner ist zwischen den Polen des Elektrodenstapels und den Gehäuseseitenwänden und/oder zwischen den Polen des Elektrodenstapels und den Gehäusetrennwänden eine separate Folie aus einem Zusatzmaterial angeordnet. Alternativ ist auf der den Polen des Elektrodenstapels zugewandten Seite der Gehäuseseitenwände und/oder Gehäusetrennwände eine separate Schicht aus einem Zusatzmaterial aufgebracht, so dass die Anbindung der Polkontakte an die Gehäuseseitenwände bzw. die Gehäusetrennwände verbessert ist.
Um eine Abführung einer während des Betriebes der Batterie bzw. der Einzelzellen erzeugten Verlustwärme sicherzustellen, sind die Einzelzellen Wärme leitend mit einer Wärmeleitplatte verbunden sowie ober- und/oder unterseitig an dieser angeordnet.
Da die Wärmeleitplatte vorzugsweise aus einem sehr gut wärmeleitfähigen und deshalb insbesondere aus einem metallischen Material gebildet ist, ist zwischen den Einzelzellen und der Wärmeleitplatte ein elektrisch isolierendes und wärmeleitfähiges Material eingebracht.
Zu einer Vergrößerung der Wärmeabgabe der Einzelzellen an die Wärmeleitplatte weist die Gehäusetrennwand auf einer der Wärmeleitplatte zugewandten Seite ein zumindest abschnittsweise über die Länge der jeweiligen Einzelzelle hinausgehendes Seitenwandelement auf, das gegenüber der Gehäusetrennwand in Richtung zum Zelleninneren abgewinkelt ist. Dadurch wird eine größere Berührungsfläche der Gehäusetrennwände mit der Wärmeleitplatte erzielt.
In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die Wärmeleitplatte mit einem Kühlmedium, beispielsweise einer Fahrzeugklimaanlage oder ein separates Kühlmedium, beaufschlagbar, welches eine effiziente Kühlung der Batterie ermöglicht.
Gemäß einer gewinnbringenden Weiterbildung der Erfindung weisen die Gehäuseseitenwände und/oder die Gehäusetrennwände fahnenartige Verlängerungen auf, welche zu einer Kopplung mit einem elektronischen Bauelement dienen. Das elektronische Bauelement umfasst insbesondere Mittel zu einem Zellspannungsausgleich, einer Zeilspannungsüberwachung und/oder elektrische Sicherungselemente. Somit übernimmt die Gehäusetrennwand gleichzeitig die Funktion einer Hochspannungskontaktierung zwischen den Einzelzellen, einer Wärmeableitung an die Wärmeleitplatte und einer Niederspannungskontaktierung zu dem elektronischen Bauelement.
Alternativ oder zusätzlich zu der Kühlung der Batterie mittels der Wärmeleitplatte ist eine Luftkühlung verwendbar, wobei zu diesem Zweck die Gehäuseseitenwände und/oder die Gehäusetrennwände in ihrer Breiten- und/oder Längenausdehnung größer als der elektrisch isolierende Rahmen ausgebildet sind und an zumindest einer Seite über den elektrisch isolierenden Rahmen hinausragend angeordnet sind. Dadurch vergrößert sich eine Fläche der Gehäuseseitenwände und/oder Gehäusetrennwände, welche mit Luft umströmbar ist.
Besonders bevorzugt sind zumindest die Einzelzellen und die Wärmeleitplatte mittels eines Spannelementes form- und/oder kraftschlüssig miteinander verbunden, so dass ein zusätzliches Batteriegehäuse zum Schutz, zur Positionierung der Einzelzellen zueinander und zur Fixierung der Einzelzellen in besonders vorteilhafter Weise entfallen kann.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer Batterie mit mehreren elektrisch miteinander verschalteten Einzelzellen, welche jeweils aus einem Elektrodenstapel gebildet werden, dessen einzelne Elektroden unterschiedlicher Polarität, vorzugsweise Elektrodenfolien, durch einen Separator, vorzugsweise eine Separatorfolie, voneinander isolierend getrennt werden, werden Elektroden gleicher Polarität elektrisch leitend miteinander zu einem Pol zusammengefasst. Erfindungsgemäß werden die Pole des Elektrodenstapels jeweils elektrisch mit einer elektrisch leitfähigen Gehäuseseitenwand verbunden, wobei die Gehäuseseitenwände zwischen direkt benachbart angeordneten Einzelzellen als eine gemeinsame Gehäusetrennwand ausgebildet sind und anhand dieser elektrisch miteinander verschaltet werden.
In einer besonders bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die elektrisch leitfähige Verbindung der Pole und der Gehäuseseitenwände und/oder Gehäusetrennwände in einem geöffneten Zustand der Einzelzelle erzeugt. Dabei wird ein Zellengehäuse der Einzelzelle aus einer elektrisch leitenden Gehäuseseitenwand und einer Gehäusetrennwand oder zwei Gehäusetrennwänden gebildet, wobei zwischen der Gehäuseseitenwand und der Gehäusetrennwand bzw. zwischen den Gehäusetrennwänden ein randseitig umlaufender sowie elektrisch isolierender Rahmen angeordnet wird.
Unter dem geöffneten Zustand wird insbesondere verstanden, dass die Gehäuseseitenwände bzw. die Gehäusetrennwände nicht an dem Rahmen befestigt sind, wobei der Elektrodenstapel in dem Rahmen angeordnet sein kann.
Durch die Erzeugung der elektrisch leitfähigen Verbindung der Polkontakte mit den Gehäuseseitenwänden bzw. den Gehäusetrennwänden im geöffneten Zustand der Einzelzelle besteht die Möglichkeit einer nachträglichen der Kontrolle der Fügestelle. Weiterhin können durch die vorgeschlagene Kontaktierung die Polkontakte des Elektrodenstapels ohne aufwändige Abdichtungsmaßnahmen vom Inneren der Einzelzelle nach außen geführt werden.
Dabei wird in einem ersten Schritt ein Pol des Elektrodenstapels elektrisch leitfähig mit einer Gehäuseseitenwand oder einer Gehäusetrennwand verbunden.
Anschließend, in einem zweiten Schritt, wird der über diesen Pol mit der Gehäuseseitenwand oder Gehäusetrennwand elektrisch verbundene Elektrodenstapel in dem Rahmen angeordnet und die Gehäuseseitenwand oder Gehäusetrennwand an dem Rahmen befestigt.
In einem dritten Schritt wird der verbleibende Polkontakt des Elektrodenstapels elektrisch leitfähig mit einer Gehäuseseitenwand oder einer Gehäusetrennwand verbunden, bevor in einem vierten Schritt die Gehäuseseitenwand oder Gehäusetrennwand, mit welcher der verbleibende Polkontakt elektrisch leitfähig verbunden ist, an dem Rahmen befestigt wird.
Die Erzeugung der elektrisch leitfähigen Verbindung der Pole mit den Gehäuseseitenwänden bzw. Gehäusetrennwänden sowohl vor der Anordnung als auch nach einer Anordnung des Elektrodenstapels in dem Rahmen kann zum einen insbesondere in einem Schweißverfahren erfolgen, wobei während des Schweißverfahrens eine oder mehrere Schweißnähte und/oder Schweißpunkte erzeugt werden. In bevorzugter Weise werden bei dem Schweißverfahren die Gehäuseseitenwand bzw. die Gehäusetrennwand sowie weiter in der Tiefe die den Pol bildenden Stromabieiterfahnen des Elektrodenstapels partiell aufgeschmolzen, so dass mit einer Schweißnaht und/oder einem Schweißpunkt alle die Pole bildenden Stromabieiterfahnen sowie die entsprechende elektrisch leitende Gehäuseseitenwand bzw. Gehäusetrennwand insbesondere in einem Schritt miteinander verschweißt. Durch die entstehende stoffschlüssige Verbindung wird eine elektrisch leitfähige Verbindung mit einem geringen Übergangswiderstand erzeugt, die eine hohe Strombelastbarkeit aufweist.
Zum anderen kann die elektrisch leitfähige Verbindung der Gehäuseseitenwände bzw. der Gehäusetrennwände und der Pole in einem kombinierten Schweiß-Press- Fügeverfahren, z. B. einem Ultraschall-Schweißverfahren, erzeugt werden. Dadurch wird zusätzlich zu den Vorteilen des Schweißprozesses einerseits durch die Verpressung ein sicherer Fügeprozess erzielt und andererseits durch das Ultraschall-Schweißverfahren ein Wärmeeintrag in den Elektrodenstapel vermieden oder zumindest vermindert.
Die Befestigung der Gehäuseseitenwände und/oder Gehäusetrennwände an dem Rahmen wird vorzugsweise mittels form-, Stoff- und/oder kraftschlüssig Verbindungen, beispielsweise anhand von Kleb- und/oder Schweißverbindungen, erzeugt, so dass das Gehäuse in vorteilhafter Weise flüssigskeits- und/oder gasdicht ausgebildet ist und somit der Elektrodenstapel vor äußeren mechanischen und chemischen Einwirkungen geschützt ist.
Durch eine oder mehrere der genannten Maßnahmen ist es möglich, bei einer preiswerten Herstellung den Aufbau eines Zellengehäuses zu vereinfachen, die Vibrationssicherheit und damit die Stabilität, die Lebensdauer sowie dadurch wiederum auch die Verwendungsvielfalt zu erhöhen. Des Weiteren ist durch die einfache Kontaktierung an der geöffneten Einzelzelle eine Kontrolle der Fügestelle möglich, so dass insbesondere auch der Ausschuss während der Herstellung verringert wird. Ferner wird durch die stoffschlüssige Kontaktierung der Stromabieiterfahnen zur Bildung der Polkontakte und der stoffschlüssigen Verbindung dieser mit den Gehäuseseitenwänden die Stromtragfähigkeit verbessert. Auch liegt keine Schwächung der Druckdichtigkeit des Zellengehäuses der Einzelzelle vor, da keine Kontaktdurchführung der Polkontakte erfolgt. Die erfindungsgemäße Batterie eignet sich aufgrund ihrer Eigenschaften insbesondere zu einer Verwendung in einem Fahrzeug, insbesondere einem Hybridfahrzeug oder einem Elektrofahrzeug.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Dabei zeigen:
Fig. 1 schematisch eine Explosionsdarstellung einer Einzelzelle mit einem
Elektrodenstapel, einem elektrisch isolierenden Rahmen und einer Gehäusetrennwand,
Fig. 2 schematisch die Einzelzelle gemäß Figur 1 in einem montierten Zustand,
Fig. 3 schematisch einen Zellverbund mehrerer Einzelzellen gemäß Figur 1 in einer ersten perspektivischen Ansicht, wobei zwei Einzelzellen in einem geöffneten Zustand während einer elektrischen Verbindung von Polen des Elektrodenstapels mit einer Gehäusetrennwand dargestellt sind,
Fig. 4 schematisch den Zellverbund gemäß Figur 3 in einer zweiten perspektivischen Ansicht,
Fig. 5 schematisch eine aus mehreren Einzelzellen gebildete Batterie mit einer
Wärmeleitplatte,
Fig. 6 schematisch eine Schnittdarstellung eines Abschnittes der Batterie gemäß
Figur 5 parallel zur Wärmeleitplatte,
Fig. 7 schematisch eine Schnittdarstellung der Batterie gemäß Figur 5 senkrecht zur Wärmeleitplatte, und
Fig. 8 schematisch einen Zellverbund mehrerer Einzelzellen, welche zu einer
Luftkühlung ausgebildet sind. Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Figur 1 und Figur 2 zeigen eine Einzelzelle 1 in einer Explosionsdarstellung bzw. in einem montierten Zustand.
Die Einzelzelle 1 umfasst einen in einem Zellengehäuse angeordneten Elektrodenstapel 2, wobei das Zellengehäuse eine Gehäusetrennwand 3 und eine zweite in den Figuren 3 bis 7 näher dargestellte weitere Gehäusetrennwand 3, insbesondere Flachseiten, und einen dazwischen angeordneten, randseitig umlaufenden sowie elektrisch isolierenden Rahmen 4 aufweist.
Die Gehäusetrennwand 3 weist eine fahnenartige Verlängerung 3.1 auf, wobei diese nach einem Zusammenfügen zu einer Batterie 6 gemäß Figur 5 zu einer elektrischen Kopplung mit einem nicht näher dargestellten elektronischen Bauelement dienen, welches insbesondere Mittel für eine Zellspannungsüberwachung, einen Zellspannungsausgleich und/oder elektrischen Sicherungselemente umfasst.
Der Elektrodenstapel 2 ist dabei insbesondere aus nicht näher dargestellten Elektrodenfolien gebildet, wobei in einem mittleren Bereich des Elektrodenstapels 2 Elektrodenfolien 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 2 überstehenden Randbereich der Elektrodenfolien, den Stromabieiterfahnen 2.1 , sind Elektrodenfolien gleicher Polarität elektrisch miteinander verbunden und bilden die Pole P des Elektrodenstapels 2.
Durch die elektrisch isolierende Ausführung des Rahmens 4 sind die aus den Stromablei- terfahnen 2.1 gebildeten Polkontakte P unterschiedlicher Polarität elektrisch voneinander isoliert, so dass in vorteilhafter Weise auf zusätzliche Anordnungen zu einer elektrischen Isolation verzichtet werden kann. Der Rahmen 4 weist weiterhin Materialausnehmungen 4.1 auf, welche zu einer Anordnung von Spannelementen 8 gemäß Figur 5 zur Bildung einer Batterie 6 dienen.
In Figur 3 und Figur 4 sind mehrere Einzelzellen 1 in verschiedenen perspektivischen Ansichten dargestellt, wobei zwei Einzelzellen 1 in einem geöffneten Zustand während einer elektrischen Verbindung der Pole P eines Elektrodenstapels 2 mit einer Gehäusetrennwand 3 und eine Anordnung einer dazu verwendeten Schweißvorrichtung 5 dargestellt sind.
Zu einer Kontaktierung des Elektrodenstapels 2 nach außerhalb der Einzelzelle 1 , sind dessen Pole P jeweils mit einer Gehäusetrennwand 3 elektrisch verbunden, wobei direkt benachbart angeordnete Einzelzellen 1 eine gemeinsam genutzte Gehäusetrennwand 3 aufweisen und anhand dieser elektrisch miteinander verbunden sind.
Die elektrisch leitfähige Verbindung der Pole P und der Gehäusetrennwände 3 wird im gezeigten geöffneten Zustand der Einzelzelle 1 erzeugt. Dabei stellt der dargstellte geöffnete Zustand insbesondere einen Zustand dar, in welchem die Gehäusetrennwände 3 nicht an dem Rahmen 4 befestigt sind und der Elektrodenstapel 2 durch den Rahmen 4 geführt bzw. in diesem angeordnet ist.
Zur Erzeugung dieser elektrisch leitfähigen Verbindung sind die Gehäusetrennwände 3 und die jeweiligen Pole P der Elektrodenstapel 2 miteinander verpresst und/oder verschweißt.
Das dargestellte Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt die Schweißvorrichtung 5, bei welcher es insbesondere um eine Ultraschall-Schweißvorrichtung handelt, die aus einer Sonotrode 5.1 und einem Amboss 5.2 gebildet ist.
Zur elektrisch leitfähigen Verbindung der Polkontakte P mit den Gehäusetrennwänden 3 werden die Stromabieiterfahnen 2.1 , welche die Pole P des Elektrodenstapels 2 bilden, übereinander gestapelt und plan auf den Innenseiten der jeweils zugehörigen Gehäusetrennwand 3 aufgelegt. Eine dabei notwendig relative Biegung der Stromableiterfah- nen 2.1 zu dem mittleren Bereich des Elektrodenstapels 2 wird durch die Flexibilität der verwendeten Elektrodenfolien erreicht. Zu einem Verschweißen der Stromabieiterfahnen 2.1 zu den Polen P und zu einem gleichzeitigen Verschweißen dieser mit den Gehäusetrennwänden 3 werden die auf den Innenseiten der Gehäusetrennwände 3 aufliegenden Pole P und die Gehäusetrennwände 3 zwischen der Sonotrode 5.1 und dem Amboss 5.2 der Schweißvorrichtung 5 angeordnet und durch eine eingeführte Presskraft verpresst. Gleichzeitig erzeugt die Sonotrode 5.1 eine Schwingung mit einer Frequenz im Ultraschallbereich, so dass die Pole P und die Gehäusetrennwände 3 unter großer Reibung gegeneinander bewegt werden. Durch eine dabei entstehende große Reibungshitze entsteht eine nicht näher dargestellte Schweißnaht oder ein nicht näher dargestellter Schweißpunkt, so dass eine stoffschlüssige und elektrisch leitfähige Verbindung zwischen den Polen P und den Gehäusetrennwänden 3 entsteht.
Eine flächige elektrisch leitfähige Verbindung der Gehäusetrennwände 3 mit den Polen P wird insbesondere durch mehrere in Reihe und/oder parallel angeordnete Schweißnähte und/oder Schweißpunkte erzielt.
Neben dem Ultraschall-Schweißverfahren eignen sich zur Erzeugung alternativ weitere, nicht näher dargestellte, im Stand der Technik bekannte Schweiß-Press-Fügeverfahren. Dabei kann es sich beispielsweise um ein Kondensatorentladungs-Schweißen, ein Wi- derstands-Press-Schweißen, Laser-Press-Schweißen, ein elektrisches Punktschweißen oder ein elektrisches Rollnahtschweißen handeln.
Gemäß einer nicht näher dargestellten Weiterführung der Erfindung werden die Stromab- leiterfahnen 2.1 in einem gesonderten Verfahren vor der Erzeugung der elektrisch leitfähigen Verbindung mit den Gehäusetrennwänden 3 zu den Polkontakten P verpresst und/oder verschweißt.
In einer weiteren nicht näher dargstellten Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen den Polen P, welche z. B. aus Kupfer gefertigt sind, und den Gehäusetrennwänden 3, welche z. B. aus Aluminium gefertigt sind, zusätzlich eine nicht näher dargestellte separate Folie, welche z. B. ebenfalls aus Kupfer oder aus Nickel gefertigt ist, eingebracht, um eine verbesserte Anbindung zwischen den Polen P und den Gehäusetrennwänden 3 während des Schweißvorganges zu erreichen. Diese Folie bzw. Schicht kann alternativ ebenfalls auf die den Polkontakten P zugewandten Seiten der Gehäusetrennwände 3 aufgebracht sein, wobei die Folie bzw. Schicht vorzugsweise auf die Gehäusetrennwände 3 aufgewalzt o- der elektrochemisch aufgebracht ist.
Alternativ ist auch die Verwendung von aus Kupfer gefertigten Gehäusetrennwänden 3 möglich, wobei zwischen Polen P, welche aus Aluminium gefertigt sind, eine separate Folie aus Aluminium oder Nickel angeordnet ist. Weiterhin kann die Folie bzw. Schicht aus Aluminium oder Nickel wiederum auf die Gehäusetrennwände 3 aufgewalzt oder elektrochemisch aufgebracht sein.
In einer weiteren nicht näher dargestellten Weiterbildung der Erfindung sind die Gehäusetrennwände 3 jeweils aus zwei form-, kraft- und/oder stoffschlüssig miteinander verbundenen, beispielsweise zusammengewalzten, Blechen gebildet, wobei die einem aus Aluminium gebildeten Pol P zugewandte Seite vorzugsweise aus Aluminium und die einem aus Kupfer gebildeten Pol P zugewandte Seite vorzugsweise aus Kupfer gebildet ist.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist es weiterhin möglich, eine nicht näher dargestellte elektrisch isolierende Folie zwischen den Polen P und den Gehäusetrennwänden 3 anzuordnen bzw. die Gehäusetrennwände 3 einseitig mit einer elektrischen isolierenden Schicht auszuführen, so dass eine elektrische Kontaktierung der Pole P mit den Gehäusetrennwänden 3 erst bei dem Schweißvorgang entsteht. Diese isolierende Folie bzw. Schicht dient vorzugsweise weiterhin zum Schutz der Gehäusetrennwände 3 vor Korrosion, beispielsweise hervorgerufen durch einen Kontakt mit einem in der Einzelzelle 1 befindlichen Elektrolyt.
Nach der elektrischen Verbindung des Pols P des Elektrodenstapels 2 und der Gehäusetrennwand 3 wird der Elektrodenstapel 2 durch den Rahmen 4 geführt und die Gehäusetrennwand 3, welche bereits mit dem Pol P elektrisch verbunden ist, wird an dem Rahmen vorzugsweise Stoff-, form- und/oder kraftschlüssig befestigt.
Eine derartige Stoff-, form- und/oder kraftschlüssige Befestigung erfolgt in nicht näher dargestellter Weise z. B. mittels Kleben und/oder Verbindungselementen, um eine hohe Stabilität der Verbindung zwischen den Gehäusetrennwänden 3 und dem Rahmen 4 zu erreichen. Bei den Verbindungselementen handelt es sich insbesondere um Nieten, den Rahmen 4 zumindest randseitig umgreifende fahnenartige Verlängerungen der Gehäusetrennwände 3 und/oder an dem Rahmen angeformte Halteelemente. Zur Erzeugung der form- und/oder kraftschlüssigen Verbindung weisen die Gehäusetrennwände 3 und/oder der Rahmen 4 vorzugsweise nicht näher dargestellte, zu den jeweiligen Verbindungselementen korrespondierende Formen oder Aussparungen auf.
Aus der Stoff-, form- und/oder kraftschlüssigen Befestigung der Gehäusetrennwände 3 an dem Rahmen 4 resultiert neben der hohen Stabilität eine dichte Ausführung des Zellengehäuses, so dass keine Fremdstoffe in dieses eindringen können. Weiterhin ist sichergestellt, dass ein nach der Befestigung der Gehäusetrennwände 3 an dem Rahmen 4 eingefülltes Elektrolyt nicht austreten kann und ein Umfeld der aus den Einzelzellen 1 gebildeten, nicht näher dargestellten Batterie schädigt. Zur Einfüllung des Elektrolyts weist der Rahmen 4 vorzugsweise eine nicht näher dargestellte Einfüllöffnung auf, welche nach dem Einfüllen verschließbar ist.
Nach der Befestigung der Gehäusetrennwand 3 an dem Rahmen 4 wird der verbleibende Pol P des Elektrodenstapels 2 elektrisch leitfähig mittels der Schweißvorrichtung 5 an einer weiteren, nicht näher dargestellten Gehäusetrennwand 3 befestigt, welche wiederum an einem nicht näher dargestellten Rahmen 4 einer darauf folgenden Einzelzelle 1 befestigt wird.
Figur 5 zeigt eine aus mehreren Einzelzellen 1 gebildete Batterie 6 mit einer Wärmeleitplatte 7. Zu einer Ableitung einer während des Betriebes der Batterie 6, insbesondere während eines Lade- und Entladevorganges dieser, erzeugten Verlustwärme sind die Einzelzellen 1 Wärme leitend mit der Wärmeleitplatte 7 verbunden und oberseitig an dieser angeordnet. In weiteren nicht näher dargestellten Weiterbildungen der Erfindung ist auch eine unterseitige Anordnung der Einzelzellen 1 an der Wärmeleitplatte 7 möglich.
Da die Wärmeleitplatte 7 vorzugsweise aus einem sehr gut wärmeleitfähigen und deshalb insbesondere aus einem metallischen Material gebildet ist, ist zwischen den Einzelzellen 1 und der Wärmeleitplatte 7 vorzugsweise ein nicht näher dargestelltes elektrisch isolierendes und wärmeleitfähiges Material, beispielsweise eine Wärmeleitfolie, eingebracht. Weiterhin ist die Wärmeleitplatte 7 für eine hohe Wärmeabgabe vorzugsweise von einem Kühlmedium, beispielsweise einem Kältemittel einer Fahrzeugklimaanlage, durchströmbar, wobei die Wärmeleitplatte 7 Anschlusselemente 7.1 zur Einbindung in einen derartigen Kühlkreislauf aufweist.
Zu einer sicheren Anordnung der Einzelzellen 1 zueinander und an der Wärmeleitplatte 7 sind zwei Spannelemente 8, insbesondere Spannbänder, vorgesehen, welche den aus den Einzelzellen 1 gebildeten Zellverbund sicher an der Wärmeleitplatte 7 fixieren und einen Entfall eines zusätzlichen Batteriegehäuses ermöglichen.
Um eine Verschiebung der Spannelemente 8 zu vermeiden, weisen sowohl die Rahmen 4 der Einzelzellen 1 als auch die Wärmeleitplatte 7 zu den Spannelementen 8 korrespondierende Materialausnehmungen 4.1 und 7.2 auf.
Figur 6 zeigt eine Schnittdarstellung eines Abschnittes der Batterie 6 gemäß Figur 5 parallel zur Wärmeleitplatte 7, welche die Anordnung der Einzelzellen 1 zueinander und die Anordnung der Elektrodenstapel 12 in den Zellgehäusen verdeutlicht.
In Figur 7 zeigt eine Schnittdarstellung der Batterie 6 gemäß Figur 5 senkrecht zur Wärmeleitplatte 7, wobei aus Vereinfachungsgründen lediglich ein Elektrodenstapel 2 die Wärmeleitplatte 7 dargestellt und die Wärmeleitplatte 7 nicht gezeigt ist.
Um eine weiter verbesserte Wärmeübertragung von den Einzelzellen 1 in die Wärmeleitplatte 7 zu erzielen, weisen die Gehäusetrennwände 3 auf einer der Wärmeleitplatte 7 zugewandten Seite jeweils ein zumindest abschnittsweise über die Länge der jeweiligen Einzelzelle 1 hinausgehendes Seitenwandelement 3.2 auf, welches gegenüber der Gehäusetrennwand in Richtung zum Zellinneren abgewinkelt ist. Dadurch wird eine größere Berührungsfläche der Zelltrennwände 3 mit der Wärmeleitplatte 7 erzielt.
Weiterhin wird aus der Figur 7 ersichtlich, dass die letzte, d. h. die linke Einzelzelle 1 eine Zelltrennwand 3 mit abgewinkeltem Seitenwandelement 3.2 und eine Gehäuseseitenwand 9 ohne abgewinkeltes Seitenwandelement aufweist. Auch die Gehäuseseitenwand 9 umfasst eine fahnenartige Verlängerung 9.1 zur elektrischen Verbindung mit dem elektronischen Bauelement und wird gemäß den Gehäusetrennwänden 3 mit dem Polkontakt P des Elektrodenstapels 2 und dem Rahmen elektrisch isolierenden Rahmen 4 verbunden.
Figur 8 zeigt eine alternative Ausführung, wobei der dargestellte, aus mehreren Einzelzellen 1 gebildete Zellverbund zu einer Luftkühlung vorgesehen ist. Zu diesem Zweck sind die Gehäusetrennwände 3 in ihrer Höhenausdehnung größer als der elektrisch isolierende Rahmen 4 der Einzelzellen 1 ausgebildet, so dass diese an einer Seite über den Rahmen 4 hinausragend angeordnet sind.
Zu einer Kühlung mit Luft umströmt diese die verlängerten Zelltrennwände 3, so dass die erzeugte Verlustwärme abführbar ist.
In weiteren nicht näher dargestellten Weiterbildungen der Erfindung können die Gehäusetrennwände 3 alternativ derart ausgebildet sein, dass sie über mehrere Seiten des Rahmens 4 hinausragen. Weiterhin ist eine Kombination aus Luftkühlung und einer Kühlung mittels der Wärmeleitplatte 7 möglich.
Bezugszeichenliste
1 Einzelzelle
2 Elektrodenstapel 2.1 Stromabieiterfahne
3 Gehäusetrennwand
3.1 Fahnenartige Verlängerung
3.2 Seitenwandelement
4 Rahmen
4.1 Materialausnehmung
5 Schweißvorrichtung
5.1 Sonotrode
5.2 Amboss
6 Batterie
7 Wärmeleitplatte
7.1 Anschlusselement
7.2 Materialausnehmung
8 Spannelement
9 Gehäuseseitenwand
9.1 Fahnenartige Verlängerung

Claims

Daimler AGPatentansprüche
1. Batterie (6) mit mehreren elektrisch miteinander verschalteten Einzelzellen (1), welche jeweils aus einem Elektrodenstapel (2) gebildet sind, dessen einzelne Elektroden unterschiedlicher Polarität, vorzugsweise Elektrodenfolien, durch einen Separator, vorzugsweise eine Separatorfolie, voneinander isolierend getrennt sind, wobei Elektroden gleicher Polarität elektrisch leitend miteinander zu einem Pol (P) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Pole (P) des Elektrodenstapels (2) jeweils elektrisch mit einer elektrisch leitfähigen Gehäuseseitenwand (9) verbunden sind, wobei die Gehäuseseitenwände (9) zwischen direkt benachbart angeordneten Einzelzellen (1) als eine gemeinsame Gehäusetrennwand (3) ausgebildet und die Einzelzellen (1) anhand dieser elektrisch miteinander verschaltet sind.
2. Batterie (6) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein Zellengehäuse einer Einzelzelle (1) aus einer Gehäuseseitenwand (9) und einer Gehäusetrennwand (3) oder zwei Gehäusetrennwänden (3) gebildet ist, wobei zwischen der Gehäuseseitenwand (9) und der Gehäusetrennwand (3) bzw. zwischen den Gehäusetrennwänden (3) ein randseitig umlaufender sowie elektrisch isolierenden Rahmen (4) angeordnet ist.
3. Batterie (6) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Pole (P) des Elektrodenstapels (2) mit der Gehäuseseitenwand (9) und/oder der Gehäusetrennwand (3) verpresst und/oder verschweißt sind.
4. Batterie (6) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäusetrennwand (3) aus zumindest zwei form-, kraft- und/oder stoffschlüssig miteinander verbundenen Blechen gebildet ist.
5. Batterie (6) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Polen (P) des Elektrodenstapels (2) und den Gehäuseseitenwänden (9) und/oder zwischen den Polen (P) des Elektrodenstapels (2) und den Gehäusetrennwänden (3) eine separate Folie aus einem Zusatzmaterial angeordnet ist.
6. Batterie (6) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass auf der den Polen (P) des Elektrodenstapels (2) zugewandten Seite der Gehäuseseitenwände (9) und/oder Gehäusetrennwände (3) eine separate Schicht aus einem Zusatzmaterial aufgebracht ist.
7. Batterie (6) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein nach außerhalb des Elektrodenstapels (2) geführter Randbereich der jeweiligen Elektrodenfolie eine Stromabieiterfahne (2.1) bildet, wobei die Stromableiterfah- nen (2.1) einer Polarität elektrisch leitend miteinander zu einem Pol (P) verbunden sind.
8. Batterie (6) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelzellen (1) Wärme leitend mit einer Wärmeleitplatte (7) verbunden sowie ober- und/oder unterseitig an dieser angeordnet sind.
9. Batterie (6) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Einzelzellen (1) und der Wärmeleitplatte (7) ein elektrisch isolierendes und wärmeleitfähiges Material eingebracht ist.
10. Batterie (6) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäusetrennwand (3) auf einer der Wärmeleitplatte (7) zugewandten Seite ein zumindest abschnittsweise über die Länge der jeweiligen Einzelzelle (1) hinausgehendes Seitenwandelement (3.2) aufweist, das gegenüber der Gehäusetrennwand (3) in Richtung zum Zelleninneren abgewinkelt ist.
11. Batterie (6) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitplatte (7) mit einem Kühlmedium beaufschlagbar ist.
12. Batterie (6) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäuseseitenwände (9) und/oder die Gehäusetrennwände (3) fahnenartige Verlängerungen (9.1 , 3.1) aufweisen, welche elektrisch mit einem elektronischen Bauelement gekoppelt sind.
13. Batterie (6) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäuseseitenwände (9) und/oder die Gehäusetrennwände (3) in ihrer Breiten- und/oder Längenausdehnung größer als der elektrisch isolierende Rahmen (4) ausgebildet sind, wobei die Gehäuseseitenwände (9) und/oder die Gehäusetrennwände (3) an zumindest einer Seite über den elektrisch isolierenden Rahmen (4) hinausragend angeordnet sind.
14. Batterie (6) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Einzelzellen (1) und die Wärmeleitplatte (7) mittels eines Spannelementes (8) form- und/oder kraftschlüssig miteinander verbunden sind.
15. Verfahren zur Herstellung einer Batterie (6) mit mehreren elektrisch miteinander verschalteten Einzelzellen (1), welche jeweils aus einem Elektrodenstapel (2) gebildet werden, dessen einzelne Elektroden unterschiedlicher Polarität, vorzugsweise Elektrodenfolien, durch einen Separator, vorzugsweise eine Separatorfolie, voneinander isolierend getrennt werden, wobei Elektroden gleicher Polarität elektrisch leitend miteinander zu einem Pol (P) zusammengefasst werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Pole (P) des Elektrodenstapels (2) jeweils elektrisch mit einer elektrisch leitfähigen Gehäuseseitenwand (9) verbunden werden, wobei die Gehäuseseitenwände (9) zwischen direkt benachbart angeordneten Einzelzellen (1) als eine gemeinsame Gehäusetrennwand (3) ausgebildet sind und anhand dieser elektrisch miteinander verschaltet werden.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitfähige Verbindung der Pole (P) und der Gehäuseseitenwände (9) und/oder Gehäusetrennwände (3) in einem geöffneten Zustand der Einzelzelle (1) erzeugt wird.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitfähige Verbindung der Gehäuseseitenwände (9) und der Pole (P) bzw. der Gehäusetrennwände (3) und der Pole (P) in einem Schweißverfahren oder in einem kombinierten Schweiß-Press-Fügeverfahren erzeugt wird.
18. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zellengehäuse einer Einzelzelle (1 ) aus einer elektrisch leitenden Gehäuseseitenwand (9) und einer Gehäusetrennwand (3) oder zwei Gehäusetrennwänden (3) gebildet wird, wobei zwischen der Gehäuseseitenwand (9) und der Gehäusetrennwand (3) bzw. zwischen den Gehäusetrennwänden (3) ein randseitig umlaufender sowie elektrisch isolierender Rahmen (4) angeordnet wird.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Schritt ein Pol (P) des Elektrodenstapels (2) elektrisch leitfähig mit einer Gehäuseseitenwand (9) oder einer Gehäusetrennwand (3) verbunden wird.
20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass in einem zweiten Schritt der über den einen Pol (P) mit der Gehäuseseitenwand (9) oder Gehäusetrennwand (3) elektrisch verbundene Elektrodenstapel (2) in dem Rahmen (4) angeordnet wird und die Gehäuseseitenwand (9) oder Gehäusetrennwand (3) an dem Rahmen (4) befestigt wird.
21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass in einem dritten Schritt der verbleibende Pol (P) des Elektrodenstapels (2) elektrisch leitfähig mit einer Gehäuseseitenwand (9) oder einer Gehäusetrennwand (3) verbunden wird.
22. Verfahren nach Anspruch 21 , dadurch gekennzeichnet, dass in einem vierten Schritt die Gehäuseseitenwand (9) oder Gehäusetrennwand (3), mit welcher der verbleibende Pol (P) elektrisch leitfähig verbunden ist, an dem Rahmen (4) befestigt wird.
23. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäuseseitenwände (9) und/oder Gehäusetrennwände (3) form-, stoff- und/oder kraftschlüssig an dem Rahmen (4) befestigt sind.
24. Verwendung einer Batterie (6) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14 in einem Fahrzeug, insbesondere einem Hybridfahrzeug oder einem Elektrofahrzeug.
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