WO2012062574A1 - Battery cell, method for producing a battery cell and use of a battery cell - Google Patents

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battery cell
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flat
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Hans-Peter Werner
Adrian Kautsky
Dietmar Vogt
Jürgen Wolf
Michael Schiemann
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Continental Automotive Gmbh
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Definitions

  • Battery cell method for producing a battery cell and use of a battery cell
  • the present invention relates to the field of electrical energy storage, in particular with regard to the production of an electric battery for an electric vehicle or hybrid vehicle (including “plug-in hybrid”) , and is based on a battery cell (eg, nickel battery).
  • a battery cell eg, nickel battery.
  • Metal hydride, nickel-cadmium, nickel-zinc or lithium-ion cell according to the preamble of claim 1 and a method for producing a battery cell according to the preamble of claim 8.
  • Such a battery cell is known from the prior art z. B. known as a "soft pack cell” and comprises an electrochemical ⁇ flat cell with peripherally projecting terminal ⁇ flags and the flat cell enclosing sheath of foil material, wherein the terminal lugs each protrude the umman ⁇ tion passing through the sheath.
  • flat cell is intended to denote any energy store of a flatly extended format which is suitable for producing an electric battery by electrical connection of a plurality of "battery cells” formed therefrom. It should not be Schlos ⁇ sen that a flat cell has an internal structure, which in turn is represented as an interconnection of multiple "single cell".
  • Applicant BASED concept for the production of a battery cell is, for example, form from two to four (paral lel-connected ⁇ ) individual cells, a flat cell and to produce the battery ⁇ cell by their sheathing of foil material.
  • a large number of battery cells generally have to be connected to one another in electrical series connection.
  • the battery cells are often also connected in parallel, so that from a single cell type a battery with multiple of the capacity of the single cell by parallel connection and a desired battery voltage (eg rated voltage or maximum voltage) can be achieved by series connection of these parallel-connected single cells ,
  • a desired battery voltage eg rated voltage or maximum voltage
  • an optimal system ⁇ design results in a maximum battery voltage, which is typically in the range of some 100 V, and a maximum current, which is typically in the range of about 50 to 300 A, in ei ⁇ nem short-term pulses but also about, and for extreme applications or for very short times can also reach about 1000 A.
  • a lithium-ion cell Depending on the battery cell type is a more or we ⁇ niger strict monitoring of operating parameters such. Cell voltage and cell current (charge or discharge current) and cell or battery temperature required. This is explained in more detail using the example of a lithium-ion cell. If, in the case of a lithium-ion cell, operating parameters leave their permissible range, the cell can overheat and thereby lead to a thermally unstable state in which the active materials release additional energy upon decay. so that thermal runaway can occur. As a result of the exothermic process, the cell or the battery formed from a plurality of such cells generates more and more energy that is released into the environment. If overheated, flammable organic electrolytes may ignite. Also a disintegration of the electrolyte and a gas formation are possible, so that the cell inflates. Depending on the structure of the active reaction ⁇ partner a lithium-ion battery is therefore more or less sensitive to overheating.
  • cathode materials in lithium-ion cells decompose at temperatures above 200 ° C. This z.
  • a nickel-cobalt-aluminum-based cathode material eg, LiNiCoA10 2
  • a cobalt oxide-based material L1C0O 2
  • Cathode materials based on manganese oxide eg.
  • LiNii / 3 Coi / 3 Mni / 3 O 2 or LiMnC> 2) or phosphate base eg.
  • LiFePC or LiMnPC show a relatively high stability.
  • the relatively high stability of even the delithiated Kris ⁇ tall Jardin means that when briefly overcharging the battery then hardly oxygen and excess lithium are free. Nevertheless, the organic electrolyte can burn.
  • monitoring electronics in particular the temperatures of one or more cells, the total voltage of the battery, the individual voltages of the cells as well as the charging or discharging current of a cell or of a cell can be determined. hen connection of cells are detected. Electronic circuits suitable for measuring these quantities are known per se and are housed together with the individual battery cells in a battery housing made of metal or plastic.
  • this object is achieved according to the invention in that in the casing of sheet material further comprises a surveil ⁇ monitoring electronics is arranged and the monitoring electronics electrically connected to the connection lugs of the flat cell is connected (for detecting the measured variables).
  • the use of the battery cell according to the invention in an electric battery makes a decisive contribution to reducing the complexity of the overall system.
  • the overall system can be constructed more flexibly. This can also significantly reduce costs.
  • the battery cell can in particular z. B. an approximately rectangle ⁇ ges, z. B. have about square format.
  • ⁇ be sitting the battery cell has a thickness in the range of about 3 to 40 mm, for example in the range of 5 to 15 mm.
  • the terminal lugs of the battery cell are used for electrical contacting of the battery cell, for example, in a Composite with other battery cells to form an electric battery.
  • Each battery cell has as Anschlußfah ⁇ NEN at least one anode (positive pole) and a cathode (negative ⁇ pole).
  • each terminal lug can, for. B. be formed as a flat metal strip, z. B. with a width of about 1 to 10 cm and / or a length in the range of about 1 to 5 cm.
  • the anode is formed from nickel-plated copper.
  • the cathode can z. B. be formed of aluminum or an aluminum alloy.
  • weldable anode and cathode materials is advantageous in terms of interconnection in an electrical battery.
  • the electrochemical flat cell is a lithium-ion cell.
  • a cell type is a strict monitoring, possibly also control or. Control of operating parameters particularly important.
  • the interior of the casing, in which the flat cell is housed together with the monitoring electronics, is preferably evacuated (internal pressure, for example, less than 0.1 bar).
  • the monitoring electronics preferably comprises a flat circuit carrier, for. B. based on epoxy resin, with it out ⁇ formed or attached electronic components (eg., In so-called SMD technology).
  • the operating parameters relevant in the specific application can be monitored, wherein the monitoring electronics preferably at least all for Measurement of the relevant operating parameters necessary components (hardware) includes.
  • Corresponding sensors can be structurally combined with this as part of the monitoring electronics and / or can be provided as separate components or preferably in the battery cell.
  • the "monitoring” may also include control or regulation of the operating parameter (s) concerned.
  • the monitoring electronics are designed to monitor at least one of the following operating parameters of the battery cell: cell voltage, cell current, cell temperature, cell pressure.
  • this electrical connection of the monitoring electronics is preferably located at the sections of the respective terminal lugs which are located between the flat cell edge and the edge of the battery cell (or the sheathing at this point).
  • this operating connection can also advantageously provide an operating voltage supply for the monitoring electronics.
  • a current measurement z For example, provision may be made for the monitoring electronics to be connected to two locations spaced apart along the cathode and / or along the anode in the current flow direction (preferably inside the enclosure), so that the current measurement is based on a measurement between such a pair Connection points falling voltage is realized.
  • a temperature sensor can, for. B. may be provided an NTC device.
  • the cell pressure could z. B. by a corresponding semiconductor sensor or indirectly, when using a gas-tight sheath, by a strain gauge (z., On the inside of the sheath formed or arranged) are measured.
  • the battery cell comprises a conduit arrangement penetrating the sheathing for communication between the monitoring electronics and an external electronic device.
  • the external electronic device may be in the application of the battery cell in an electrical energy storage of a hybrid or electric vehicle in particular to a part of the vehicle electronics, in particular z.
  • a so-called hybrid controller act.
  • this can also be used for communication with other monitoring electronics (in other battery cells of the same battery).
  • the leading out of the jacket line arrangement can, for. B. the interface to an electronic communication represent onsbus (z. B. in accordance with CAN-standard or other standards Stan ⁇ ).
  • the part of the line arrangement projecting from the jacket can be z. B. be provided with a connector to allow the connection to an extending in the battery line arrangement of a communication bus system.
  • the monitoring electronics comprise a microelectronic processor (eg "microcontroller").
  • the software running on it can, for. B. stored in an EEPROM module.
  • Such a processor can be used in particular for the processing of digital data, the z. B. based on originally analog measured operating parameters or derived variables were obtained.
  • the processor can also take over tasks in connection with the communication with the external electronic device, provided that not separate, but connected to the processor Kommuni ⁇ kationsstoff such. B. a CAN transceiver or the like are provided.
  • the monitoring electronics comprise an ASIC module (application-specific integrated circuit ).
  • ASIC module application-specific integrated circuit
  • This particular z. B. for processing analog signals, eg. B. the resulting in the measurement of the operating parameters measurement signals.
  • An ASIC module can also be advantageously used for analog / digital conversion of these measurement signals to digital representations z. B. forward to the mentioned processor.
  • such an ASIC module can also be used for digital / analog conversion in order to convert data generated in digital form by the monitoring electronics (and / or data obtained from the mentioned external device) into analog signals, which are needed for a control or regulation of operating parameters.
  • the electronic monitoring system for communication between the electronic monitoring system and an external electronic device comprises a modulator / demodulator means through which select ⁇ give a communication signal to the terminal lugs (modulated) or received from the terminal lugs ( can be demodulated).
  • a modulator / demodulator means through which select ⁇ give a communication signal to the terminal lugs (modulated) or received from the terminal lugs ( can be demodulated).
  • the shell passing through the line arrangement for such communication.
  • the provided in the battery cell casing of Folienma ⁇ TERIAL one hand prevents contamination therein un ⁇ territten flat cell and on the other hand allows a He ⁇ heightening the reliability of the battery cell or a battery formed therefrom.
  • the film material may, for. Example of one or more layers of plastic and optionally also at least one layer of metallic material (eg., Aluminum or other metallic material).
  • the electrochemical flat cell can be assembled layers of the sheet material between ⁇ together with the already electrically connected to the projecting therefrom connection lugs monitoring device, for example, between two terms of format matching (z. B. approximately rectangular), whereupon the two layers in a peripheral region welded around with each other (except for those portions of the peripheral region at which the connection lugs on ⁇ and optionally one leading to Automatwachungselekt ⁇ ronik conduit assembly from the casing Common- ren).
  • connection lugs and optionally connected to the surveil ⁇ monitoring electronic cable assembly from the casing Lead out at the portions of the sheet material edge, at which the connection lugs and optionally connected to the surveil ⁇ monitoring electronic cable assembly from the casing, a weld between the sheet material and these connection lugs, or the line assembly may take place, which in particular for providing a casing with evacuated internal space of Advantage is.
  • the two layers of the film material used to form the envelope can already be welded (or otherwise connected) to one another at their edge regions and thus form a "foil pocket" open only at one edge section, into which the flat cell together with the monitoring electronics are inserted can be so that in a subsequent welding or "seal" only the originally open edge portion and the leading out at this point connecting lugs (and possibly lines) must be welded.
  • the flat ⁇ cell or the battery cell formed from the order ⁇ hüllung can also be advantageously provided initially as (assembled) section of a tube formed from the sheet material, in which the flat cell is pushed together with the electronic monitoring system, so that only one more connection (eg welding) is required at the opposite "hose ends".
  • a battery cell arrangement comprising a number of electrically connected battery cells are created from a plurality of battery cells of the type described ⁇ .
  • a battery cell arrangement comprising a number of electrically connected battery cells are created from a plurality of battery cells of the type described ⁇ .
  • z. B about 20 to 200 battery cells are used in a series circuit.
  • a plurality of such series circuits for increasing the battery capacity can be connected in parallel and / or individual members of such a series circuit itself be provided as a parallel connection of a plurality of battery cells.
  • the terminal lugs of the individual battery cells can be suitably welded to one another or to a battery terminal pole (eg ultrasonically welded).
  • a battery cell of the type described and a therefrom formed overall battery cell assembly may find advantageous for the production of an electric battery of an electric or hybrid vehicle ⁇ or as a component of such an electric battery use.
  • Battery cell is a monitoring electronics enclosed in the sheathing of foil material and connected to the terminal lugs of the flat cell.
  • the electrical connection of the electronic monitoring system with the terminal lugs of the flat cell is this form (and optionally a part of the Ren walls ⁇ flat cell) is prepared before the inclusion of the flat cell is, together with the monitoring electronics.
  • the enclosure of the flat cell and the monitoring electronics can be done by evacuating the jacket.
  • Fig. 1 is a block diagram of, for example, in a
  • Fig. 2 is a battery cell in accordance of an exemplary embodiment of the invention
  • FIG. 3 shows a battery cell according to a further exemplary embodiment
  • Fig. 4 is a battery cell according to another exporting approximately ⁇ example
  • Fig. 5 is a battery cell according to another exporting ⁇ approximately example.
  • FIG. 1 illustrates a per se known composition of an electric battery 1 from a multiplicity of battery cells 10 that are electrically interconnected and that are accommodated together with a monitoring electronics 2 in a battery housing 3.
  • the monitoring electronics 2 is used to measure operating parameters of the battery 1 and may be electrically connected to one or more of the battery cells 10. Furthermore, the monitoring electronics 2 can, as shown, via a line arrangement 4 guided through the housing 3
  • FIGS. 2 to 5 show various embodiments of battery cells which are suitable for the production of an electrical battery and with which the construction of the battery or of a larger technical unit (such as a vehicle) equipped therewith, in particular with regard to to simplify a reliable ⁇ monitoring of operating parameters.
  • FIG. 2 shows a battery cell 10a, comprising a lithium-ion flat cell 12a of an approximately square format, with an edge length of z. B. about 10 to 30 cm and a thickness of z. B. about 5 to 15 mm.
  • the flat cell 12a has in FIG. 2 at an upper edge there ⁇ from projecting terminal lugs 14a and 16a ("Abieiter"), which act as anode (negative pole) and cathode (positive pole) of the flat cell 12a and the battery cell 10a.
  • Abieiter projecting terminal lugs 14a and 16a
  • the battery cell 10a comprises a flat cell 12a enclosing enclosure or sheath 18a of Folienmate ⁇ rial.
  • the film material is z. B. by one single or multi-layer, flexible and preferably gas-tight plastic film, or z. B. from an aluminum-plastic composite.
  • the sheath 18 a is as a
  • Foil pocket formed an approximately square format, in which the flat cell 12a as shown together with a monitoring electronics 20a was introduced, whereupon the first still open, in Fig. 2 upper edge of the bag, as a "Siegelrand", evacuating the interior of the film pocket by a Welding process (eg, thermally or by ultrasound) was closed.
  • a Welding process eg, thermally or by ultrasound
  • the monitoring electronics 20a is electrically connected to the terminal lugs 14a and 16a via leads 22a and 24a within the enclosure 18a.
  • a line arrangement 26a leads from the monitoring electronics 20a through the upper "sealing edge" of the envelope 18a to communicate (see arrows in FIG. 2) between the monitoring electronics 20a of the battery cell 10a and a (via arrows) in this line arrangement 26a. not shown) to enable external electronic device during operation of the battery cell 10a.
  • the battery cell 10a may correspond in structure to a conventional "lithium-ion softpack". Compared with such a conventional battery cell, in the battery cell le 10a a on the edge side of the flat cell 12a, on which the monitoring electronics 20a is arranged, be provided to accommodate the monitoring electronics according to "extended sealing edge".
  • the area of the actual seal here: Materialversch spaung
  • a weld the film material with the monitoring electronics.
  • monitoring electronics 20a With regard to the structure of the monitoring electronics 20a, reference is made, by way of example, to the exemplary embodiment described below according to FIG. 5, which shows such a possible structure in more detail.
  • FIG. 2 A the embodiment of FIG. 2 (compared to the embodiments described below, according to the Fig. 3 and 4) distinguishing feature is that all of the connecting lugs, in this case the anode and cathode form ⁇ the terminal lugs 14a and 16a, from the same (in Fig. 2 upper edge of the flat cell 12a protrude parallel to each other and in this direction accordingly from the same (upper) edge of the casing 18a protrude from the battery cell 10a, and that the monitoring electronics 20a is disposed in a space between adjacent terminal lugs.
  • the connecting lugs in this case the anode and cathode form ⁇ the terminal lugs 14a and 16a, from the same (in Fig. 2 upper edge of the flat cell 12a protrude parallel to each other and in this direction accordingly from the same (upper) edge of the casing 18a protrude from the battery cell 10a, and that the monitoring electronics 20a is disposed in a space between adjacent terminal lugs.
  • FIG. 3 shows a battery cell 10b according to another exemplary embodiment.
  • Bat ⁇ teriezelle 10a 10b connecting lugs are provided at a flat cell 12b of the battery ⁇ cell 14b and 16b on opposite edge portions (in Fig. 3, left and right) of the flat cell 12b, and protrude accordingly on opposite edge portions of a sheath 18b passing through this out of the sheath 18b.
  • the width of the terminal lugs 14b and 16b which project away from the flat cell 12b on the edge side is selected to be very large in this exemplary embodiment. This width extends over ei ⁇ NEN majority of 12b available on both respective edge portions of the flat cell edge length.
  • a housed, together with the flat cell 12b in the sheath 18b monitoring electronics 20b is disposed adjacent to ei ⁇ nem (other) edge portion of the flat cell 12b (in Fig. 3 above), which connects the two edge sections with each other, to which the connecting lugs 14b and 16b protrude the flat cell 12b.
  • connection flags 14c and 16c as in the oriented with respect to FIG. 2 beschrie ⁇ enclosed battery cell 10a (ie parallel zuei ⁇ Nander on a same edge portion of the flat cell abste ⁇ outgoing).
  • a monitoring electronics in the battery ⁇ cell 10c is a monitoring electronics in the battery ⁇ cell 10c, however, 20c not in a space between the connecting lugs 14c and 16c arranged, but in the region of an (other) edge portion of the flat cell 12c (in Fig. 4, left), which at that edge portion (in Fig. 4 above) adjacent to which the terminal lugs 14c and 16c are located.
  • An advantage of this design is z. Example, in that the located within the casing 18c portions of the terminal lugs 14c, 16c shorter than in the embodiment of FIG. 2 can be provided.
  • conduit 24c as Darge ⁇ represents the course of the connection lug 14c crosses is/2017in- least at this crossing point a suitable electrical
  • Isolation between the line 24c and the terminal lug 14c provide.
  • FIG 5 shows a battery cell 10d according to a further exemplary embodiment.
  • the spatial configuration of a flat-cell 12d thereof projecting connection lugs 14d and 16d in a jacket 18d and an electronic monitoring system 20d corresponds essen- sentlichen the configuration in the example of a battery cell 10a shown in FIG. 2.
  • the battery cell lOd is single ⁇ Lich the specific format the flat cell 12d is chosen slightly differently than in the flat cell 12a, namely rectangular and not square as in the flat cell 12a.
  • the monitoring electronics 20d comprises a preferably flexible circuit carrier (integrated electronic circuit board) 30d with electronic components formed or arranged thereon:
  • a temperature sensor (z. B. NTC element) 32d is vorgese ⁇ hen.
  • this sensor 32d is arranged directly on the circuit carrier 30d.
  • a buffer capacitor C advantageously ensures a smoothing of the operating voltage provided in this way, in order to prevent functional interruptions when the battery cells are loaded.
  • a connected to the monitoring unit 34d digital interface block 36d accomplished in the illustrated embodiment, communication between the surveil ⁇ monitoring unit 34d and the other on the same communication bus (z. B. CAN bus) connected devices.
  • the battery cell 10d as one of many battery cells ei ⁇ ner electric battery can thus take place in particular a Kommuni ⁇ nication between the illustrated monitoring unit 34d and corresponding monitoring units in other battery cells of the same battery and / or with a central evaluation unit, either within the electric battery or outside the battery (eg as Kompo ⁇ component of a vehicle electronics) may be arranged.
  • the monitoring unit 34d is directly (but elsewhere) connected to the terminal lugs 14d and 16d via another pair of wires.
  • 20d still includes the electronic monitoring a passage extending between the connecting lugs 14d and 16d connecting path with a series circuit of a 34d controllable by the monitoring unit switching element S (z. B. Tran ⁇ sistor) and a resistor R.
  • the switching element S By closing the switching element S can, if required, a desired discharge of the flat cell 12d (via the resistor R) in the context of so-called cells ⁇ compensation ( "balancing") can be realized.
  • the switching element S and the resistor R other suitable electronic components for ak ⁇ tive or passive cell compensation could be provided on the cell 10d.
  • each ⁇ avalanching monitoring electronics by a provided for this purpose, leading out of the respective battery cell line ⁇ arrangement is implemented in the above described embodiments according to the Fig. 2 to 5, as well as other communication possibility could alternatively or additionally be provided for.
  • B. a wireless electromagnetic or inductive coupling through the sheath therethrough.
  • a communication could be electrically z. B. via the terminal lugs, which form the anode and the cathode of the battery cell.
  • the monitoring electronics z. B. be equipped with a modulator / demodulator to generate corresponding modulation signals on the terminal ⁇ flags or to obtain from these terminal lugs (and demodulate).
  • connection board within a battery for connection between a monitoring and evaluation unit arranged outside the battery and the individual ⁇ nen battery cells .

Abstract

The invention relates to a battery cell (10a), comprising an electrochemical flat cell (12a) with connecting lugs (14a, 16a) protruding therefrom peripherally and a sheath (18a) consisting of a film material and surrounding the flat cell (12a), wherein the connecting lugs (14a, 16a) each protrude out of the sheath (18a) passing through the sheath (18a). In order to simplify monitoring of operational parameters of the battery cell (10a) or an electrical battery formed from such battery cells, monitoring electronics (20a) are also arranged in the sheath (18a) and are electrically connected to the connecting lugs (14a, 16a) of the flat cell (12a). In addition, the invention relates to a method for producing a battery cell (10a) and to the use thereof, for example as a component of an electrical battery in an electric or hybrid vehicle.

Description

Beschreibung description
Batteriezelle, Verfahren zur Herstellung einer Batteriezelle sowie Verwendung einer Batteriezelle Battery cell, method for producing a battery cell and use of a battery cell
Die vorliegende Erfindung betrifft den Bereich der elektrischen Energiespeicherung, insbesondere im Hinblick auf die Herstellung einer elektrischen Batterie für ein Elektrofahr- zeug oder Hybridfahrzeug (einschließlich "Plug-In-Hybrid")/ und geht aus von einer Batteriezelle (z. B. Nickel- Metallhydrid-, Nickel-Cadmium- , Nickel-Zink- oder Lithium- Ionen-Zelle) nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie einem Verfahren zur Herstellung einer Batteriezelle nach dem Oberbegriff des Anspruchs 8. The present invention relates to the field of electrical energy storage, in particular with regard to the production of an electric battery for an electric vehicle or hybrid vehicle (including "plug-in hybrid") , and is based on a battery cell (eg, nickel battery). Metal hydride, nickel-cadmium, nickel-zinc or lithium-ion cell) according to the preamble of claim 1 and a method for producing a battery cell according to the preamble of claim 8.
Eine derartige Batteriezelle ist aus dem Stand der Technik z. B. als "Softpack-Zelle" bekannt und umfasst eine elektroche¬ mische Flachzelle mit randseitig davon abstehenden Anschluss¬ fahnen und eine die Flachzelle umschließende Ummantelung aus Folienmaterial, wobei die Anschlussfahnen jeweils die Umman¬ telung durchsetzend aus der Ummantelung herausragen. Such a battery cell is known from the prior art z. B. known as a "soft pack cell" and comprises an electrochemical ¬ flat cell with peripherally projecting terminal ¬ flags and the flat cell enclosing sheath of foil material, wherein the terminal lugs each protrude the umman ¬ tion passing through the sheath.
Der Begriff "Flachzelle" soll im Rahmen der Erfindung jeden Energiespeicher eines flächig ausgedehnten Formats bezeich- nen, der zur Herstellung einer elektrischen Batterie durch elektrische Verschaltung einer Mehrzahl von daraus gebildeten "Batteriezellen" geeignet ist. Dabei ist nicht ausgeschlos¬ sen, dass eine Flachzelle einen inneren Aufbau besitzt, der sich wiederum als eine Verschaltung mehrerer "Einzelzellen" darstellt. Ein auf internen betrieblichen Entwicklungen derWithin the context of the invention, the term "flat cell" is intended to denote any energy store of a flatly extended format which is suitable for producing an electric battery by electrical connection of a plurality of "battery cells" formed therefrom. It should not be Schlos ¬ sen that a flat cell has an internal structure, which in turn is represented as an interconnection of multiple "single cell". One on internal operational developments of the
Anmelderin beruhendes Konzept zur Herstellung einer Batteriezelle besteht beispielsweise darin, aus zwei bis vier (paral¬ lel geschalteten) Einzelzellen eine Flachzelle auszubilden und durch deren Ummantelung aus Folienmaterial die Batterie¬ zelle herzustellen. Applicant BASED concept for the production of a battery cell is, for example, form from two to four (paral lel-connected ¬) individual cells, a flat cell and to produce the battery ¬ cell by their sheathing of foil material.
Zur Erzielung einer gewünschten Betriebsspannung einer elekt- rischen Batterie müssen in der Regel eine Vielzahl von Batteriezellen in elektrischer Reihenschaltung miteinander verbunden werden. Zur Erhöhung der Batteriekapazität werden die Batteriezellen oftmals auch parallel geschaltet, so dass aus einem Einzelzellentyp eine Batterie mit dem Mehrfachen der Kapazität der Einzelzelle durch Parallelschaltung und eine gewünschte Batteriespannung (z. B. Nennspannung oder Maximalspannung) durch Reihenschaltung dieser parallel geschalteten Einzelzellen erreicht werden kann. Insbesondere für Anwendungen von elektrischen Energiespeichern im Automobilbereich, als Antriebsenergiequelle eines Elektro- oder Hybridfahrzeuges, ergibt eine optimale System¬ auslegung eine maximale Batteriespannung, die typischerweise im Bereich von einigen 100 V liegt, und einen Maximalstrom, der typischerweise im Bereich von etwa 50 bis 300 A, bei ei¬ nem kurzzeitigen Pulsen jedoch auch darüber, und für Extremanwendungen bzw. für sehr kurze Zeiten auch etwa 1000 A erreichen kann. Je nach verwendetem Batteriezellentyp ist eine mehr oder we¬ niger strenge Überwachung von Betriebsparametern wie z. B. Zellenspannung und Zellenstrom (Lade- bzw. Entladestrom) und Zellen- bzw. Batterietemperatur erforderlich. Dies sei am Beispiel einer Lithium-Ionen-Zelle näher erläutert. Falls bei einer Lithium-Ionen-Zelle Betriebsparameter deren zulässigen Bereich verlassen, so kann die Zelle überhitzen und dabei in einen thermisch instabilen Zustand führen, bei welchem die aktiven Materialien beim Zerfall zusätzlich Energie freiset- zen und es so zum thermischen Durchgehen ("thermal runaway") kommen kann. Dabei erzeugt die Zelle bzw. die aus mehreren solchen Zellen gebildete Batterie durch den exothermen Pro- zess immer mehr Energie, die an die Umgebung abgegeben wird. Bei einer starken Überhitzung können sich brennbare organische Elektrolyte hierbei entzünden. Auch ein Zerfall des Elektrolyten und eine Gasbildung sind möglich, so dass die Zelle sich aufbläht. Je nach Aufbau der aktiven Reaktions¬ partner ist eine Batterie auf Lithium-Ionen-Basis daher mehr oder weniger empfindlich gegenüber einer Überhitzung. To achieve a desired operating voltage of an electric battery, a large number of battery cells generally have to be connected to one another in electrical series connection. To increase the battery capacity, the battery cells are often also connected in parallel, so that from a single cell type a battery with multiple of the capacity of the single cell by parallel connection and a desired battery voltage (eg rated voltage or maximum voltage) can be achieved by series connection of these parallel-connected single cells , In particular, for applications of electric energy storage in the automotive sector, as a driving power source of an electric or hybrid vehicle, an optimal system ¬ design results in a maximum battery voltage, which is typically in the range of some 100 V, and a maximum current, which is typically in the range of about 50 to 300 A, in ei ¬ nem short-term pulses but also about, and for extreme applications or for very short times can also reach about 1000 A. Depending on the battery cell type is a more or we ¬ niger strict monitoring of operating parameters such. Cell voltage and cell current (charge or discharge current) and cell or battery temperature required. This is explained in more detail using the example of a lithium-ion cell. If, in the case of a lithium-ion cell, operating parameters leave their permissible range, the cell can overheat and thereby lead to a thermally unstable state in which the active materials release additional energy upon decay. so that thermal runaway can occur. As a result of the exothermic process, the cell or the battery formed from a plurality of such cells generates more and more energy that is released into the environment. If overheated, flammable organic electrolytes may ignite. Also a disintegration of the electrolyte and a gas formation are possible, so that the cell inflates. Depending on the structure of the active reaction ¬ partner a lithium-ion battery is therefore more or less sensitive to overheating.
Die meisten gebräuchlichen Kathodenmaterialien in Lithium- Ionen-Zellen zersetzen sich bei Temperaturen von über 200°C. Dabei reagiert z. B. ein Kathodenmaterial auf Nickel-Kobalt- Aluminium-Basis (z. B. LiNiCoA102) vergleichsweise stark, ein Material auf Basis von Kobaltoxid (L1C0O2) etwas schwächer. Kathodenmaterialien auf Basis von Manganoxid (z. B. Most common cathode materials in lithium-ion cells decompose at temperatures above 200 ° C. This z. For example, a nickel-cobalt-aluminum-based cathode material (eg, LiNiCoA10 2 ) is comparatively strong, and a cobalt oxide-based material (L1C0O 2 ) is somewhat weaker. Cathode materials based on manganese oxide (eg.
LiNii/3Coi/3Mni/302 oder LiMnC>2) oder Phosphatbasis (z. B. LiNii / 3 Coi / 3 Mni / 3 O 2 or LiMnC> 2) or phosphate base (eg.
LiFePC oder LiMnPC ) zeigen eine relativ große Stabilität. Die relativ hohe Stabilität selbst der delithiierten Kris¬ tallstruktur führt dazu, dass beim kurzzeitigen Überladen der Batterie dann kaum noch Sauerstoff und überschüssiges Lithium frei werden. Trotzdem kann der organische Elektrolyt brennen. LiFePC or LiMnPC) show a relatively high stability. The relatively high stability of even the delithiated Kris ¬ tallstruktur means that when briefly overcharging the battery then hardly oxygen and excess lithium are free. Nevertheless, the organic electrolyte can burn.
Daher ist trotz intensiver Bemühungen bei der Entwicklung auf der chemischen Ebene von thermisch stabilen Kathoden- und Anodenmaterialien die Integration einer Überwachungselektronik in eine Lithium-Ionen-Batterie oftmals notwendig. Therefore, despite intensive efforts in developing at the chemical level of thermally stable cathode and anode materials, the integration of monitoring electronics into a lithium-ion battery is often necessary.
Durch eine derartige Überwachungselektronik können insbesondere die Temperaturen von einer oder mehreren Zellen, die Gesamtspannung der Batterie, die Einzelspannungen der Zellen sowie der Lade- bzw. Entladestrom einer Zelle bzw. einer Rei- henschaltung von Zellen erfasst werden. Zur Messung dieser Größen geeignete Elektronikschaltungen sind an sich bekannt und werden zusammen mit den einzelnen Batteriezellen in einem Batteriegehäuse aus Metall oder Kunststoff untergebracht. By means of such monitoring electronics, in particular the temperatures of one or more cells, the total voltage of the battery, the individual voltages of the cells as well as the charging or discharging current of a cell or of a cell can be determined. hen connection of cells are detected. Electronic circuits suitable for measuring these quantities are known per se and are housed together with the individual battery cells in a battery housing made of metal or plastic.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Überwa¬ chung von Betriebsparametern einer Batteriezelle der eingangs genannten Art bzw. einer aus derartigen Batteriezellen gebildeten elektrischen Batterie zu vereinfachen. It is an object of the present invention to simplify a surveil ¬ monitoring of operating parameters of a battery cell of the type mentioned and an electric battery formed from such battery cells.
Ausgehend von einer Batteriezelle der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, dass in der Ummantelung aus Folienmaterial ferner eine Überwa¬ chungselektronik angeordnet ist und die Überwachungselektro- nik elektrisch mit den Anschlussfahnen der Flachzelle (zur Erfassung der Messgrößen) verbunden ist. Starting from a battery cell of the aforementioned type this object is achieved according to the invention in that in the casing of sheet material further comprises a surveil ¬ monitoring electronics is arranged and the monitoring electronics electrically connected to the connection lugs of the flat cell is connected (for detecting the measured variables).
Die Verwendung der erfindungsgemäßen Batteriezelle in einer elektrischen Batterie trägt entscheidend zur Reduzierung der Komplexität des Gesamtsystems bei. Im Hinblick auf die Über¬ wachung von Betriebsparametern der Batterie bzw. einzelner Batteriezellen ist wesentlich weniger Hardware und geringerer Verschaltungsaufwand notwendig, und das Gesamtsystem kann flexibler aufgebaut werden. Damit können auch die Kosten we- sentlich verringert werden. The use of the battery cell according to the invention in an electric battery makes a decisive contribution to reducing the complexity of the overall system. In view of the over ¬ monitoring of operating parameters of the battery or individual battery cells significantly less hardware and less wiring effort is required, and the overall system can be constructed more flexibly. This can also significantly reduce costs.
Die Batteriezelle kann insbesondere z. B. ein etwa rechtecki¬ ges, z. B. etwa quadratisches Format besitzen. Bevorzugt be¬ sitzt die Batteriezelle eine Dicke im Bereich von etwa 3 bis 40 mm, beispielsweise im Bereich von 5 bis 15 mm. The battery cell can in particular z. B. an approximately rectangle ¬ ges, z. B. have about square format. Preferably ¬ be sitting the battery cell has a thickness in the range of about 3 to 40 mm, for example in the range of 5 to 15 mm.
Die Anschlussfahnen der Batteriezelle dienen zur elektrischen Kontaktierung der Batteriezelle, beispielsweise um in einem Verbund mit weiteren Batteriezellen eine elektrischen Batterie auszubilden. Jede Batteriezelle besitzt als Anschlussfah¬ nen zumindest eine Anode (Pluspol) und eine Kathode (Minus¬ pol) . The terminal lugs of the battery cell are used for electrical contacting of the battery cell, for example, in a Composite with other battery cells to form an electric battery. Each battery cell has as Anschlußfah ¬ NEN at least one anode (positive pole) and a cathode (negative ¬ pole).
Der von der Flachzelle abstehende Teil jeder Anschlussfahne kann z. B. als flacher Metallstreifen ausgebildet sein, z. B. mit einer Breite von etwa 1 bis 10 cm und/oder einer Länge im Bereich von etwa 1 bis 5 cm. The protruding from the flat cell part of each terminal lug can, for. B. be formed as a flat metal strip, z. B. with a width of about 1 to 10 cm and / or a length in the range of about 1 to 5 cm.
In einer Aus führungs form ist die Anode aus vernickeltem Kupfer gebildet. Die Kathode kann z. B. aus Aluminium bzw. einer Aluminiumlegierung gebildet sein. Ganz allgemein ist die Verwendung von miteinander verschweißbaren Anoden- und Kathodenmaterialien von Vorteil im Hinblick auf die Verschaltung in einer elektrischen Batterie. In one embodiment, the anode is formed from nickel-plated copper. The cathode can z. B. be formed of aluminum or an aluminum alloy. In general, the use of weldable anode and cathode materials is advantageous in terms of interconnection in an electrical battery.
In einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei der elektrochemischen Flachzelle um eine Lithium-Ionen-Zelle . Bei einem derartigen Zellentyp ist eine strenge Überwachung, ge- gebenenfalls auch Steuerung bzw . Regelung von Betriebsparame- tern besonders wichtig. In a preferred embodiment, the electrochemical flat cell is a lithium-ion cell. In such a cell type is a strict monitoring, possibly also control or. Control of operating parameters particularly important.
Der Innenraum der Ummantelung, in welcher die Flachzelle mitsamt der Überwachungselektronik untergebracht ist, ist bevorzugt evakuiert (Innendruck z. B. kleiner als 0,1 bar) . The interior of the casing, in which the flat cell is housed together with the monitoring electronics, is preferably evacuated (internal pressure, for example, less than 0.1 bar).
Die Überwachungselektronik umfasst bevorzugt einen flachen Schaltungsträger, z. B. auf Epoxidharzbasis, mit daran ausge¬ bildeten bzw. angebrachten elektronischen Bauelementen (z. B. in so genannter SMD-Technik) . Damit können die im konkreten Anwendungsfall relevanten Betriebsparameter überwacht werden, wobei die Überwachungselektronik bevorzugt zumindest alle zur Messung der betreffenden Betriebsparameter notwendigen Komponenten (Hardware) umfasst. Entsprechende Sensoren können als Teil der Überwachungselektronik baulich mit dieser zusammen- gefasst sein und/oder als separate Komponenten an oder bevor- zugt in der Batteriezelle vorgesehen sein. The monitoring electronics preferably comprises a flat circuit carrier, for. B. based on epoxy resin, with it out ¬ formed or attached electronic components (eg., In so-called SMD technology). Thus, the operating parameters relevant in the specific application can be monitored, wherein the monitoring electronics preferably at least all for Measurement of the relevant operating parameters necessary components (hardware) includes. Corresponding sensors can be structurally combined with this as part of the monitoring electronics and / or can be provided as separate components or preferably in the battery cell.
Darüber hinaus kann die "Überwachung" gegebenenfalls auch eine Steuerung oder Regelung des oder der betreffenden Betriebsparameter umfassen. Ein Beispiel hierfür ist der so ge- nannte Zellenausgleich ( "balancing" ) , bei welchem durch die Überwachungselektronik die Spannung der zugeordneten Batteriezelle gezielt beeinflusst wird, um in einer Reihenschal¬ tung mehrerer Batteriezellen einen möglichst gleichmäßigen Ladezustand der einzelnen Zellen zu erreichen. In addition, the "monitoring" may also include control or regulation of the operating parameter (s) concerned. An example of this is the so-called "cell balancing", in which the voltage of the associated battery cell is specifically influenced by the monitoring electronics in order to achieve as uniform as possible charging of the individual cells in a series circuit ¬ tion of multiple battery cells.
In einer Aus führungs form ist die Überwachungselektronik zur Überwachung von wenigstens einem der folgenden Betriebsparameter der Batteriezelle ausgebildet: Zellenspannung, Zellenstrom, Zellentemperatur, Zellendruck. In one embodiment, the monitoring electronics are designed to monitor at least one of the following operating parameters of the battery cell: cell voltage, cell current, cell temperature, cell pressure.
Was eine Messung der Zellenspannung anbelangt, so lässt sich diese in einfacher Weise durch eine elektrische Verbindung der Überwachungselektronik sowohl mit der Anode als auch der Kathode der Batteriezelle realisieren. Diese elektrische An- bindung der Überwachungselektronik befindet sich bevorzugt an den Abschnitten der betreffenden Anschlussfahnen, die zwischen dem Flachzellenrand und dem Rand der Batteriezelle (bzw. der Ummantelung an dieser Stelle) befinden. Gleichzeitig kann durch diese Verbindung auch vorteilhaft eine Be- triebsspannungsversorgung für die Überwachungselektronik bereitgestellt werden. Für eine Strommessung kann z. B. vorgesehen sein, dass die Überwachungselektronik an zwei entlang der Kathode und/oder an zwei entlang der Anode in Stromflussrichtung voneinander beabstandeten Stellen angebunden ist (jeweils bevorzugt innerhalb der Ummantelung) , so dass die Strommessung auf Basis einer Messung der zwischen einem solchen Paar von Anbindungs- stellen abfallenden Spannung realisiert wird. As far as a measurement of the cell voltage, it can be realized in a simple manner by an electrical connection of the monitoring electronics with both the anode and the cathode of the battery cell. This electrical connection of the monitoring electronics is preferably located at the sections of the respective terminal lugs which are located between the flat cell edge and the edge of the battery cell (or the sheathing at this point). At the same time, this operating connection can also advantageously provide an operating voltage supply for the monitoring electronics. For a current measurement z. For example, provision may be made for the monitoring electronics to be connected to two locations spaced apart along the cathode and / or along the anode in the current flow direction (preferably inside the enclosure), so that the current measurement is based on a measurement between such a pair Connection points falling voltage is realized.
Als Temperatursensor kann z. B. ein NTC-Bauelement vorgesehen sein . As a temperature sensor can, for. B. may be provided an NTC device.
Der Zellendruck könnte z. B. durch einen entsprechenden Halbleitersensor oder indirekt, bei Verwendung einer gasdichten Ummantelung, auch durch einen Dehnungsmessstreifen (z. B. an der Innenseite der Ummantelung ausgebildet oder angeordnet) gemessen werden. The cell pressure could z. B. by a corresponding semiconductor sensor or indirectly, when using a gas-tight sheath, by a strain gauge (z., On the inside of the sheath formed or arranged) are measured.
In einer Aus führungs form umfasst die Batteriezelle eine die Ummantelung durchsetzende Leitungsanordnung für eine Kommunikation zwischen der Überwachungselektronik und einer externen elektronischen Einrichtung. In one embodiment, the battery cell comprises a conduit arrangement penetrating the sheathing for communication between the monitoring electronics and an external electronic device.
Bei der externen elektronischen Einrichtung kann es sich bei der Anwendung der Batteriezelle in einem elektrischen Energiespeicher eines Hybrid- bzw. Elektrofahrzeuges insbesondere um einen Teil der Fahrzeugelektronik, insbesondere z. B. einen so genannten Hybrid-Controller, handeln. Alternativ oder zusätzlich kann damit auch eine Kommunikation mit anderen Überwachungselektroniken (in anderen Batteriezellen derselben Batterie) ermöglicht sein. In the external electronic device, it may be in the application of the battery cell in an electrical energy storage of a hybrid or electric vehicle in particular to a part of the vehicle electronics, in particular z. As a so-called hybrid controller act. Alternatively or additionally, this can also be used for communication with other monitoring electronics (in other battery cells of the same battery).
Die aus der Ummantelung herausführende Leitungsanordnung kann z. B. die Schnittstelle zu einem elektronischen Kommunikati- onsbus (z. B. gemäß CAN-Standard oder eines anderen Stan¬ dards) darstellen. In der praktischen Implementierung kann der aus der Ummantelung herausragende Teil der Leitungsanord¬ nung z. B. mit einem Steckverbinder versehen sein, um den An- schluss an eine in der Batterie verlaufende Leitungsanordnung eines Kommunikationsbus-Systems zu ermöglichen. The leading out of the jacket line arrangement can, for. B. the interface to an electronic communication represent onsbus (z. B. in accordance with CAN-standard or other standards Stan ¬). In the practical implementation, the part of the line arrangement projecting from the jacket can be z. B. be provided with a connector to allow the connection to an extending in the battery line arrangement of a communication bus system.
In einer Aus führungs form umfasst die Überwachungselektronik einen mikroelektronischen Prozessor (z. B. "Mikrocontrol- ler") . Die darauf ablaufende Software kann z. B. in einem EEPROM-Baustein gespeichert sein. Ein derartiger Prozessor kann insbesondere zur Verarbeitung von Digitaldaten verwendet werden, die z. B. auf Basis von ursprünglich analog gemessenen Betriebsparametern bzw. daraus abgeleiteter Größen gewonnen wurden. Alternativ oder zusätzlich kann der Prozessor auch Aufgaben im Zusammenhang mit der Kommunikation mit der externen elektronischen Einrichtung übernehmen, sofern hierzu nicht separate, jedoch mit dem Prozessor verbundene Kommuni¬ kationsmittel wie z. B. ein CAN-Transceiver oder dergleichen vorgesehen sind. In one embodiment, the monitoring electronics comprise a microelectronic processor (eg "microcontroller"). The software running on it can, for. B. stored in an EEPROM module. Such a processor can be used in particular for the processing of digital data, the z. B. based on originally analog measured operating parameters or derived variables were obtained. Alternatively or additionally, the processor can also take over tasks in connection with the communication with the external electronic device, provided that not separate, but connected to the processor Kommuni ¬ kationsmittel such. B. a CAN transceiver or the like are provided.
In einer Aus führungs form umfasst die Überwachungselektronik einen ASIC-Baustein (anwendungspezifische integrierte Schal¬ tung) . Dies insbesondere z. B. zur Verarbeitung von Analogsignalen, z. B. den bei der Messung der Betriebsparameter anfallenden Messsignalen. Ein ASIC-Baustein kann außerdem vorteilhaft zur Analog/Digital-Wandlung dieser Messsignale eingesetzt werden, um digitale Repräsentationen z. B. an den erwähnten Prozessor weiterzuleiten. Außerdem kann ein solcher ASIC-Baustein auch für eine Digital/Analog-Wandlung eingesetzt werden, um in digitaler Form von der Überwachungselektronik erzeugte Daten (und/oder von der erwähnten externen Einrichtung erhaltene Daten) in analoge Signale umzuwandeln, welche für eine Steuerung oder Regelung von Betriebsparametern benötigt werden. In one embodiment, the monitoring electronics comprise an ASIC module (application-specific integrated circuit ). This particular z. B. for processing analog signals, eg. B. the resulting in the measurement of the operating parameters measurement signals. An ASIC module can also be advantageously used for analog / digital conversion of these measurement signals to digital representations z. B. forward to the mentioned processor. In addition, such an ASIC module can also be used for digital / analog conversion in order to convert data generated in digital form by the monitoring electronics (and / or data obtained from the mentioned external device) into analog signals, which are needed for a control or regulation of operating parameters.
In einer Aus führungs form ist vorgesehen, dass die Überwachungselektronik für eine Kommunikation zwischen der Überwachungselektronik und einer externen elektronischen Einrichtung eine Modulator/Demodulator-Einrichtung umfasst, mittels welcher ein Kommunikationssignal an die Anschlussfahnen abge¬ geben (aufmoduliert) bzw. von den Anschlussfahnen erhalten (demoduliert) werden kann. In diesem Fall kann vorteilhaft auf die vorstehend erwähnte, die Ummantelung durchsetzende Leitungsanordnung für eine derartige Kommunikation verzichtet werden . In one disclosed embodiment, it is provided that the electronic monitoring system for communication between the electronic monitoring system and an external electronic device comprises a modulator / demodulator means through which abge ¬ give a communication signal to the terminal lugs (modulated) or received from the terminal lugs ( can be demodulated). In this case, can be advantageously dispensed with the aforementioned, the shell passing through the line arrangement for such communication.
Die bei der Batteriezelle vorgesehene Umhüllung aus Folienma¬ terial verhindert einerseits eine Kontamination der darin un¬ tergebrachten Flachzelle und ermöglicht andererseits eine Er¬ höhung der Betriebssicherheit der Batteriezelle bzw. einer daraus gebildeten Batterie. Das Folienmaterial kann z. B. aus einer oder mehreren Lagen von Kunststoff und gegebenenfalls auch wenigstens einer Lage aus metallischem Material (z. B. Aluminium oder anderer metallischer Werkstoff) bestehen. The provided in the battery cell casing of Folienma ¬ TERIAL one hand prevents contamination therein un ¬ tergebrachten flat cell and on the other hand allows a He ¬ heightening the reliability of the battery cell or a battery formed therefrom. The film material may, for. Example of one or more layers of plastic and optionally also at least one layer of metallic material (eg., Aluminum or other metallic material).
Bei der Herstellung der Batteriezelle kann die elektrochemische Flachzelle mitsamt der an den davon abstehenden Anschlussfahnen bereits elektrisch verbundenen Überwachungseinrichtung beispielsweise zwischen zwei vom Format her passende (z. B. etwa rechteckige) Lagen des Folienmaterials zwischen¬ gefügt werden, woraufhin die beiden Lagen in einem Randbereich ringsherum miteinander verschweißt werden (ausgenommen diejenigen Abschnitte des Randbereiches, an welchen die An¬ schlussfahnen und gegebenenfalls eine zur Überwachungselekt¬ ronik führende Leitungsanordnung aus der Umhüllung herausfüh- ren) . An den Abschnitten des Folienmaterialrandes , an welchen die Anschlussfahnen und gegebenenfalls die mit der Überwa¬ chungselektronik verbundene Leitungsanordnung aus der Umhüllung herausführen, kann eine Verschweißung zwischen dem Folienmaterial und diesen Anschlussfahnen bzw. der Leitungsanordnung erfolgen, was insbesondere zur Schaffung einer Umhüllung mit evakuiertem Innenraum von Vorteil ist. In the production of the battery cell, the electrochemical flat cell can be assembled layers of the sheet material between ¬ together with the already electrically connected to the projecting therefrom connection lugs monitoring device, for example, between two terms of format matching (z. B. approximately rectangular), whereupon the two layers in a peripheral region welded around with each other (except for those portions of the peripheral region at which the connection lugs on ¬ and optionally one leading to Überwachungselekt ¬ ronik conduit assembly from the casing herausfüh- ren). Lead out at the portions of the sheet material edge, at which the connection lugs and optionally connected to the surveil ¬ monitoring electronic cable assembly from the casing, a weld between the sheet material and these connection lugs, or the line assembly may take place, which in particular for providing a casing with evacuated internal space of Advantage is.
Alternativ können die beiden zur Ausbildung der Umhüllung verwendeten Lagen des Folienmaterials an ihren Randbereichen bereits über einen Großteil des Umfanges verschweißt (oder anderweitig miteinander verbunden) sein und so eine lediglich an einem Randabschnitt offene "Folientasche" ausbilden, in welche die Flachzelle mitsamt der Überwachungselektronik hineingesteckt werden kann, so dass bei einer nachfolgenden Verschweißung bzw. "Versiegelung" nur mehr der ursprünglich offene Randabschnitt und die an dieser Stelle herausführenden Anschlussfahnen (und gegebenenfalls Leitungen) verschweißt werden müssen. Alternatively, the two layers of the film material used to form the envelope can already be welded (or otherwise connected) to one another at their edge regions and thus form a "foil pocket" open only at one edge section, into which the flat cell together with the monitoring electronics are inserted can be so that in a subsequent welding or "seal" only the originally open edge portion and the leading out at this point connecting lugs (and possibly lines) must be welded.
Insbesondere für das bevorzugte rechteckige Format der Flach¬ zelle bzw. der daraus gebildeten Batteriezelle kann die Um¬ hüllung auch vorteilhaft zunächst als (konfektionierter) Abschnitt eines aus dem Folienmaterial gebildeten Schlauches bereitgestellt werden, in welchen die Flachzelle mitsamt der Überwachungselektronik hineingeschoben wird, so dass nur mehr eine Verbindung (z. B. Verschweißung) an den einander gegenüberliegenden "Schlauchenden" erforderlich ist. In particular for the preferred rectangular format of the flat ¬ cell or the battery cell formed from the order ¬ hüllung can also be advantageously provided initially as (assembled) section of a tube formed from the sheet material, in which the flat cell is pushed together with the electronic monitoring system, so that only one more connection (eg welding) is required at the opposite "hose ends".
Gemäß eines Aspekts der Erfindung kann aus mehreren Batterie¬ zellen der beschriebenen Art eine Batteriezellenanordnung umfassend eine Reihe von elektrisch miteinander verbundenen Batteriezellen geschaffen werden. Insbesondere für die bereits erwähnte automobile Anwendung (elektrische Batterie eines Fahrzeuges) können z. B. etwa 20 bis 200 Batteriezellen in einer Reihenschaltung verwendet werden. Gegebenenfalls können mehrere solcher Reihenschaltungen zur Erhöhung der Batteriekapazität parallel geschaltet werden und/oder einzelne Glieder einer solchen Reihenschaltung selbst als Parallelschaltung von mehreren Batteriezellen vorgesehen sein. In einer Batteriezellenanordnung können die Anschlussfahnen der einzelnen Batteriezellen in geeigneter Weise miteinander bzw. mit einem Batterieanschlusspol ver¬ schweißt (z. B. ultraschallverschweißt) sein. According to one aspect of the invention, a battery cell arrangement comprising a number of electrically connected battery cells are created from a plurality of battery cells of the type described ¬. In particular, for the already mentioned automotive application (electric battery of a vehicle) z. B. about 20 to 200 battery cells are used in a series circuit. Optionally, a plurality of such series circuits for increasing the battery capacity can be connected in parallel and / or individual members of such a series circuit itself be provided as a parallel connection of a plurality of battery cells. In a battery cell arrangement , the terminal lugs of the individual battery cells can be suitably welded to one another or to a battery terminal pole (eg ultrasonically welded).
Eine Batteriezelle der beschriebenen Art bzw. eine daraus ge- bildete Batteriezellenanordnung kann vorteilhaft zur Herstellung einer elektrischen Batterie eines Elektro- oder Hybrid¬ fahrzeuges oder als Komponente einer solchen elektrischen Batterie Verwendung finden. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einerA battery cell of the type described and a therefrom formed overall battery cell assembly may find advantageous for the production of an electric battery of an electric or hybrid vehicle ¬ or as a component of such an electric battery use. In the inventive method for producing a
Batteriezelle wird eine Überwachungselektronik in die Umman- telung aus Folienmaterial eingeschlossen und mit den Anschlussfahnen der Flachzelle verbunden. In einer bevorzugten Aus führungs form wird hierbei die elektrische Verbindung der Überwachungselektronik mit den Anschlussfahnen der Flachzelle (und gegebenenfalls einem ande¬ ren Teil der Flachzelle) hergestellt, bevor das Einschließen der Flachzelle mitsamt der Überwachungselektronik erfolgt. Battery cell is a monitoring electronics enclosed in the sheathing of foil material and connected to the terminal lugs of the flat cell. In a preferred guide the electrical connection of the electronic monitoring system with the terminal lugs of the flat cell is this form (and optionally a part of the Ren walls ¬ flat cell) is prepared before the inclusion of the flat cell is, together with the monitoring electronics.
Die oben für die Batteriezelle als solche beschriebenen Aus¬ führungsformen und Besonderheiten können in analoger Weise, einzeln oder Kombination, auch zur Weiterbildung des erfin- dungsgemäßen Herstellungsverfahrens herangezogen werden. The off ¬ management forms and characteristics described above for the battery cell, as such, can in an analogous manner, individually or in combination, are also used for the further development of the production method according to the invention.
So kann beispielsweise das Einschließen der Flachzelle und der Überwachungselektronik unter Evakuierung der Ummantelung erfolgen . For example, the enclosure of the flat cell and the monitoring electronics can be done by evacuating the jacket.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispie¬ len mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen weiter be- schrieben. Es stellen jeweils schematisch dar: The invention will be described below with reference to Ausführungsbeispie ¬ len with reference to the accompanying drawings. They each represent schematically:
Fig. 1 ein Blockdiagramm eines beispielsweise in einem Fig. 1 is a block diagram of, for example, in a
Hybrid- oder Elektrofahrzeug verwendbaren elekt¬ rischen Energiespeichers herkömmlicher Art, Hybrid or electric vehicle usable elekt ¬ innovative energy storage device of conventional type,
Fig. 2 eine Batteriezelle gemäß eines Ausführungsbei¬ spiels der Erfindung, Fig. 2 is a battery cell in accordance of an exemplary embodiment of the invention,
Fig. 3 eine Batteriezelle gemäß eines weiteren Ausfüh- rungsbeispiels , 3 shows a battery cell according to a further exemplary embodiment,
Fig. 4 eine Batteriezelle gemäß eines weiteren Ausfüh¬ rungsbeispiels, und Fig. 5 eine Batteriezelle gemäß eines weiteren Ausfüh¬ rungsbeispiels . Fig. 4 is a battery cell according to another exporting approximately ¬ example, and Fig. 5 is a battery cell according to another exporting ¬ approximately example.
Fig. 1 veranschaulicht eine an sich bekannte Zusammensetzung einer elektrischen Batterie 1 aus einer Vielzahl von elekt- risch miteinander verschalteten Batteriezellen 10, die zusammen mit einer Überwachungselektronik 2 in einem Batteriegehäuse 3 untergebracht sind. Die Überwachungselektronik 2 dient zur Messung von Betriebsparametern der Batterie 1 und kann mit einer oder mehreren der Batteriezellen 10 elektrisch verbunden sein. Des Weiteren kann die Überwachungselektronik 2 wie dargestellt über eine durch das Gehäuse 3 hindurchgeführte Leitungsanordnung 41 illustrates a per se known composition of an electric battery 1 from a multiplicity of battery cells 10 that are electrically interconnected and that are accommodated together with a monitoring electronics 2 in a battery housing 3. The monitoring electronics 2 is used to measure operating parameters of the battery 1 and may be electrically connected to one or more of the battery cells 10. Furthermore, the monitoring electronics 2 can, as shown, via a line arrangement 4 guided through the housing 3
Messergebnisse an eine (nicht dargestellte) externe Auswerte¬ einrichtung (z. B. Teil einer Fahrzeugelektronik) liefern. Provide measurement results to a (not shown) external evaluation ¬ means (z. B. part of a vehicle electronics).
Ferner sind ein positiver Batteriepol (Anode) 5 und ein nega- tiver Batteriepol (Kathode) 6 aus dem Gehäuse 3 herausge¬ führt . Further, a positive battery terminal (anode) 5 and a battery of negative (cathode) 6 from the housing 3 are herausge ¬ leads.
Die Fig. 2 bis 5 zeigen verschiedene Ausführungsbeispiele von Batteriezellen, die zur Herstellung einer elektrischen Batte- rie geeignet sind und mit denen sich der Aufbau der Batterie bzw. einer damit ausgestatteten größeren technischen Einheit (wie z. B. Fahrzeug), insbesondere im Hinblick auf eine zu¬ verlässige Überwachung von Betriebsparametern vereinfachen lässt . 2 to 5 show various embodiments of battery cells which are suitable for the production of an electrical battery and with which the construction of the battery or of a larger technical unit (such as a vehicle) equipped therewith, in particular with regard to to simplify a reliable ¬ monitoring of operating parameters.
Fig. 2 zeigt eine Batteriezelle 10a, umfassend eine Lithium- Ionen-Flachzelle 12a eines etwa quadratischen Formats, mit einer Kantenlänge von z. B. etwa 10 bis 30 cm und einer Dicke von z. B. etwa 5 bis 15 mm. FIG. 2 shows a battery cell 10a, comprising a lithium-ion flat cell 12a of an approximately square format, with an edge length of z. B. about 10 to 30 cm and a thickness of z. B. about 5 to 15 mm.
Die Flachzelle 12a besitzt in Fig. 2 an einem oberen Rand da¬ von abstehende Anschlussfahnen 14a und 16a ("Abieiter"), welche als Anode (Minuspol) und Kathode (Pluspol) der Flachzelle 12a bzw. der Batteriezelle 10a fungieren. The flat cell 12a has in FIG. 2 at an upper edge there ¬ from projecting terminal lugs 14a and 16a ("Abieiter"), which act as anode (negative pole) and cathode (positive pole) of the flat cell 12a and the battery cell 10a.
Ferner umfasst die Batteriezelle 10a eine die Flachzelle 12a umschließende Umhüllung bzw. Ummantelung 18a aus Folienmate¬ rial. Bei dem Folienmaterial handelt es sich z. B. um eine ein- oder mehrlagige, flexible und bevorzugt gasdichte Folie aus Kunststoff, oder z. B. aus einem Aluminium-Kunststoff- Verbund . Im dargestellten Beispiel ist die Ummantelung 18a als eineFurthermore, the battery cell 10a comprises a flat cell 12a enclosing enclosure or sheath 18a of Folienmate ¬ rial. The film material is z. B. by one single or multi-layer, flexible and preferably gas-tight plastic film, or z. B. from an aluminum-plastic composite. In the example shown, the sheath 18 a is as a
Folientasche eines etwa quadratischen Formats ausgebildet, in welche die Flachzelle 12a wie dargestellt zusammen mit einer Überwachungselektronik 20a eingebracht wurde, woraufhin der zunächst noch offene, in Fig. 2 obere Taschenrand, als "Sie- gelrand", unter Evakuierung des Innenraumes der Folientasche durch einen Verschweißungsprozess (z. B. thermisch oder durch Ultraschall) verschlossen wurde. Foil pocket formed an approximately square format, in which the flat cell 12a as shown together with a monitoring electronics 20a was introduced, whereupon the first still open, in Fig. 2 upper edge of the bag, as a "Siegelrand", evacuating the interior of the film pocket by a Welding process (eg, thermally or by ultrasound) was closed.
Durch eine Evakuierung, also das Anlegen eines Vakuums wäh- rend der Herstellung der Batteriezelle 10a vor ihrer finalen Versiegelung, wird vorteilhaft gewährleistet, dass die Umman¬ telung 18a fest an der Flachzelle 12d ("Plattensatz") anliegt . Die Überwachungselektronik 20a ist über Leitungen 22a und 24a innerhalb der Umhüllung 18a elektrisch mit den Anschlussfahnen 14a und 16a verbunden. Außerdem führt eine Leitungsanord¬ nung 26a von der Überwachungselektronik 20a durch den oberen "Siegelrand" der Umhüllung 18a hindurch, um über diese Lei- tungsanordnung 26a eine Kommunikation (vgl. Pfeile in Fig. 2) zwischen der Überwachungselektronik 20a der Batteriezelle 10a und einer (nicht dargestellten) externen elektronischen Einrichtung im Betrieb der Batteriezelle 10a zu ermöglichen. Die Batteriezelle 10a kann abgesehen von der Integration der Überwachungselektronik 20a in ihrem Aufbau einem herkömmlichen "Lithium-Ionen-Softpack" entsprechen. Gegenüber einer solchen herkömmlichen Batteriezelle kann bei der Batteriezel- le 10a ein an derjenigen Randseite der Flachzelle 12a, an welcher die Überwachungselektronik 20a angeordnet ist, ein zur Unterbringung der Überwachungselektronik entsprechend "verlängerter Siegelrand" vorgesehen sein. Der Bereich der eigentlichen Versiegelung (hier: Materialverschweißung) um- fasst jedoch bevorzugt nicht die Stelle, an welcher die Über¬ wachungselektronik 20a sich befindet. Alternativ könnte jedoch auch an dieser Stelle eine Verschweißung (des Folienmaterials mit der Überwachungselektronik) vorgesehen sein. By means of an evacuation, that is, the application of a vacuum during the production of the battery cell 10a before its final sealing, it is advantageously ensured that the Umman ¬ tion 18a fixed to the flat cell 12d ("plate set") is applied. The monitoring electronics 20a is electrically connected to the terminal lugs 14a and 16a via leads 22a and 24a within the enclosure 18a. In addition, a line arrangement 26a leads from the monitoring electronics 20a through the upper "sealing edge" of the envelope 18a to communicate (see arrows in FIG. 2) between the monitoring electronics 20a of the battery cell 10a and a (via arrows) in this line arrangement 26a. not shown) to enable external electronic device during operation of the battery cell 10a. Apart from the integration of the monitoring electronics 20a, the battery cell 10a may correspond in structure to a conventional "lithium-ion softpack". Compared with such a conventional battery cell, in the battery cell le 10a a on the edge side of the flat cell 12a, on which the monitoring electronics 20a is arranged, be provided to accommodate the monitoring electronics according to "extended sealing edge". The area of the actual seal (here: Materialverschweißung) but not environmentally preferred summarizes the point at which the monitoring circuit is over ¬ 20a. Alternatively, however, could be provided at this point a weld (the film material with the monitoring electronics).
Sofern im Rahmen der Überwachung gemessene Betriebsparameter nicht durch unmittelbar auf einem Schaltungsträger der dargestellten Überwachungselektronik 20a angeordnete Sensoren gemessen werden, so können weitere Leitungen von der darge- stellten Überwachungselektronik 20a zu dem oder den betreffenden Sensoren führen. If operating parameters measured within the scope of the monitoring are not measured by sensors arranged directly on a circuit carrier of the illustrated monitoring electronics 20a, further lines can lead from the illustrated monitoring electronics 20a to the relevant sensor (s).
Hinsichtlich des Aufbaus der Überwachungselektronik 20a sei beispielhaft auf das unten noch beschriebene Ausführungsbei- spiel gemäß Fig. 5 verwiesen, welches einen solchen möglichen Aufbau detaillierter zeigt. With regard to the structure of the monitoring electronics 20a, reference is made, by way of example, to the exemplary embodiment described below according to FIG. 5, which shows such a possible structure in more detail.
Eine das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 (gegenüber den nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen gemäß der Fig. 3 und 4) auszeichnende Besonderheit besteht darin, dass sämtliche Anschlussfahnen, hier die Anode und Kathode bilden¬ den Anschlussfahnen 14a und 16a, von demselben (in Fig. 2 oberen) Rand der Flachzelle 12a parallel zueinander abstehen und in dieser Richtung dementsprechend auch von demselben (oberen) Rand der Ummantelung 18a von der Batteriezelle 10a abstehen, und dass die Überwachungselektronik 20a in einem Zwischenraum zwischen einander benachbarten Anschlussfahnen angeordnet ist. Bei der nachfolgenden Beschreibung von weiteren Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die Fig. 3 bis 5 werden für gleichwirkende Komponenten die gleichen Bezugszahlen verwendet, je- doch jeweils durch einen anderen kleinen Buchstaben (anstelle von "a") zur Unterscheidung der Aus führungs form ergänzt. Dabei wird im Wesentlichen nur auf die Unterschiede zu dem bzw. den bereits beschriebenen Ausführungsbeispielen eingegangen und im Übrigen hiermit ausdrücklich auf die Beschreibung des bzw. der vorangegangenen Ausführungsbeispiele verwiesen. A the embodiment of FIG. 2 (compared to the embodiments described below, according to the Fig. 3 and 4) distinguishing feature is that all of the connecting lugs, in this case the anode and cathode form ¬ the terminal lugs 14a and 16a, from the same (in Fig. 2 upper edge of the flat cell 12a protrude parallel to each other and in this direction accordingly from the same (upper) edge of the casing 18a protrude from the battery cell 10a, and that the monitoring electronics 20a is disposed in a space between adjacent terminal lugs. In the following description of further embodiments with reference to FIGS. 3 to 5, the same reference numerals are used for equivalent components, but each supplemented by a different small letter (instead of "a") to distinguish the imple mentation form. In this case, essentially only the differences from the embodiment (s) already described are discussed and, moreover, reference is hereby explicitly made to the description of the preceding exemplary embodiment (s).
Fig. 3 zeigt eine Batteriezelle 10b gemäß eines weiteren Aus¬ führungsbeispiels . Im Unterschied zu der mit Bezug auf Fig. 2 beschriebenen Bat¬ teriezelle 10a stehen bei einer Flachzelle 12b der Batterie¬ zelle 10b Anschlussfahnen 14b und 16b an einander gegenüberliegenden Randabschnitten (in Fig. 3 links und rechts) von der Flachzelle 12b ab und ragen dementsprechend an einander entgegengesetzten Randabschnitten einer Ummantelung 18b diese durchsetzend aus der Ummantelung 18b heraus. FIG. 3 shows a battery cell 10b according to another exemplary embodiment. In contrast to the embodiment described with reference to FIG. 2 Bat ¬ teriezelle 10a 10b connecting lugs are provided at a flat cell 12b of the battery ¬ cell 14b and 16b on opposite edge portions (in Fig. 3, left and right) of the flat cell 12b, and protrude accordingly on opposite edge portions of a sheath 18b passing through this out of the sheath 18b.
Anders als bei der Ausführung gemäß Fig. 2 mit einseitig (oben) herausgeführten Anschlussfahnen 14a, 16a sind bei der Ausführung gemäß Fig. 3 also zweiseitig (links und rechts) herausgeführte Anschlussfahnen 14b, 16b vorgesehen. Unlike in the embodiment of FIG. 2 with one side (top) led out lugs 14a, 16a in the embodiment of FIG. 3 so two-sided (left and right) led out terminal lugs 14b, 16b are provided.
Die Breite der randseitig von der Flachzelle 12b abstehenden Anschlussfahnen 14b und 16b ist bei diesem Ausführungsbei- spiel sehr groß gewählt. Diese Breite erstreckt sich über ei¬ nen Großteil der an den beiden betreffenden Randabschnitten der Flachzelle 12b zur Verfügung stehenden Kantenlänge. Eine zusammen mit der Flachzelle 12b in der Umhüllung 18b untergebrachte Überwachungselektronik 20b ist benachbart zu ei¬ nem (anderen) Randabschnitt der Flachzelle 12b angeordnet (in Fig. 3 oben), welcher die beiden Randabschnitte miteinander verbindet, an welchen die Anschlussfahnen 14b und 16b aus der Flachzelle 12b herausragen. Dementsprechend verlaufen zur elektrischen Verbindung der Überwachungselektronik 20b mit den Anschlussfahnen 14b und 16b vorgesehene Leitungen 22b und 24b ausgehend von der Überwachungselektronik 20b zunächst entlang des in Fig. 3 oberen Randabschnittes der Flachzelle 12b, um an den beiden oberen Eckbereichen der Flachzelle 12b abgewinkelt und/oder gekrümmt und weiter bis zu den An¬ schlussfahnen 14b und 16b zu verlaufen. Fig. 4 zeigt eine Batteriezelle 10c gemäß eines weiteren Aus¬ führungsbeispiels . The width of the terminal lugs 14b and 16b which project away from the flat cell 12b on the edge side is selected to be very large in this exemplary embodiment. This width extends over ei ¬ NEN majority of 12b available on both respective edge portions of the flat cell edge length. A housed, together with the flat cell 12b in the sheath 18b monitoring electronics 20b is disposed adjacent to ei ¬ nem (other) edge portion of the flat cell 12b (in Fig. 3 above), which connects the two edge sections with each other, to which the connecting lugs 14b and 16b protrude the flat cell 12b. Accordingly, for the electrical connection of the monitoring electronics 20b provided with the terminal lugs 14b and 16b lines 22b and 24b starting from the monitoring electronics 20b initially along the upper edge portion of the flat cell 12b in Fig. 3, to angled at the two upper corner regions of the flat cell 12b and / or curved and continue to extend to the An ¬ final flags 14b and 16b. 4 shows a battery cell 10c according to another exemplary embodiment.
Bei der Batteriezelle 10c ist eine Flachzelle 12c in einer Ummantelung 18c angeordnet, wobei davon abstehende Anschluss- fahnen 14c und 16c wie bei der mit Bezug auf Fig. 2 beschrie¬ benen Batteriezelle 10a orientiert sind (d. h. parallel zuei¬ nander an einem selben Randabschnitt der Flachzelle abste¬ hend) . Im Unterschied zu der Batteriezelle 10a ist bei der Batterie¬ zelle 10c eine Überwachungselektronik 20c jedoch nicht in einem Zwischenraum zwischen den Anschlussfahnen 14c und 16c angeordnet, sondern im Bereich eines (anderen) Randabschnittes der Flachzelle 12c (in Fig. 4 links), welcher an denjenigen Randabschnitt (in Fig. 4 oben) angrenzt, an welchem die Anschlussfahnen 14c und 16c sich befinden. Ein Vorteil dieser Ausführung besteht z. B. darin, dass die innerhalb der Ummantelung 18c befindlichen Abschnitte der Anschlussfahnen 14c, 16c kürzer als bei der Ausführung gemäß Fig. 2 vorgesehen werden können. In the battery cell 10c is a flat cell is disposed in a casing 18c 12c, wherein projecting therefrom connection flags 14c and 16c as in the oriented with respect to FIG. 2 beschrie ¬ enclosed battery cell 10a (ie parallel zuei ¬ Nander on a same edge portion of the flat cell abste ¬ outgoing). In contrast to the battery cell 10a is a monitoring electronics in the battery ¬ cell 10c, however, 20c not in a space between the connecting lugs 14c and 16c arranged, but in the region of an (other) edge portion of the flat cell 12c (in Fig. 4, left), which at that edge portion (in Fig. 4 above) adjacent to which the terminal lugs 14c and 16c are located. An advantage of this design is z. Example, in that the located within the casing 18c portions of the terminal lugs 14c, 16c shorter than in the embodiment of FIG. 2 can be provided.
Zur elektrischen Anbindung der Überwachungselektronik 20c an den Anschlussfahnen 14c und 16c vorgesehene Leitungen 22c und 24c verlaufen dementsprechend ausgehend von der Überwachungs¬ elektronik 20c zunächst entlang des in Fig. 4 linken Randabschnittes, um sodann im (linken oberen) Eckbereich der Flachzelle 12c abgewinkelt bzw. gekrümmt in einen Verlauf entlang des oberen Randabschnittes einzumünden und bis zu den An¬ schlussfahnen 14c und 16c zu verlaufen. For the electrical connection of the monitoring electronics 20c provided on the terminal lugs 14c and 16c lines 22c and 24c accordingly proceed from the monitoring ¬ electronics 20c along the left in Fig. 4 edge portion, then in the (left upper) corner region of the flat cell 12c angled or curved in a course along the upper edge portion einume and extend to the An ¬ final flags 14c and 16c.
Da bei diesem Ausführungsbeispiel die Leitung 24c wie darge¬ stellt den Verlauf der Anschlussfahne 14c kreuzt, ist zumin- dest an dieser Kreuzungsstelle eine geeignete elektrischeSince, in this embodiment, the conduit 24c as Darge ¬ represents the course of the connection lug 14c crosses is zumin- least at this crossing point a suitable electrical
Isolation zwischen der Leitung 24c und der Anschlussfahne 14c vorzusehen . Isolation between the line 24c and the terminal lug 14c provide.
Fig. 5 zeigt eine Batteriezelle lOd gemäß eines weiteren Aus- führungsbeispiels . 5 shows a battery cell 10d according to a further exemplary embodiment.
Die räumliche Konfiguration einer Flachzelle 12d mit davon abstehenden Anschlussfahnen 14d und 16d in einer Ummantelung 18d und einer Überwachungselektronik 20d entspricht im We- sentlichen der Konfiguration bei dem Beispiel einer Batteriezelle 10a gemäß Fig. 2. Bei der Batteriezelle lOd ist ledig¬ lich das konkrete Format der Flachzelle 12d etwas anders als bei der Flachzelle 12a gewählt, nämlich rechteckig und nicht quadratisch wie bei der Flachzelle 12a. The spatial configuration of a flat-cell 12d thereof projecting connection lugs 14d and 16d in a jacket 18d and an electronic monitoring system 20d corresponds essen- sentlichen the configuration in the example of a battery cell 10a shown in FIG. 2. When the battery cell lOd is single ¬ Lich the specific format the flat cell 12d is chosen slightly differently than in the flat cell 12a, namely rectangular and not square as in the flat cell 12a.
Außerdem sind bei dem Beispiel gemäß Fig. 5 die wesentlichen Komponenten der Überwachungselektronik lOd im Einzelnen dargestellt. Die Überwachungselektronik 20d umfasst einen bevorzugt flexiblen Schaltungsträger (integrierte Elektronikplatine) 30d mit daran ausgebildeten bzw. angeordneten Elektronikkomponen- ten : In addition, in the example according to FIG. 5, the essential components of the monitoring electronics 10d are shown in detail. The monitoring electronics 20d comprises a preferably flexible circuit carrier (integrated electronic circuit board) 30d with electronic components formed or arranged thereon:
Zur Messung einer Temperatur im Inneren der Batteriezelle lOd ist ein Temperatursensor (z. B. NTC-Bauelement ) 32d vorgese¬ hen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist dieser Sensor 32d direkt am Schaltungsträger 30d angeordnet. Dieser liefert ein entsprechendes Sensorsignal zu einer Überwachungseinheit 34d, welche z. B. einen MikroController und/oder einen ASIC- Baustein umfassen kann, und welche im dargestellten Ausführungsbeispiel direkt durch eine Verbindung mit den Anschluss- fahnen 14d und 16d aus der Flachzelle 12d mit Betriebsspan¬ nung versorgt wird. Ein Pufferkondensator C sorgt vorteilhaft für eine Glättung der so bereitgestellten Betriebsspannung, um bei Belastung der Batteriezellen Funktionsabbrüche zu verhindern . For measuring a temperature inside of the battery cell lOd a temperature sensor (z. B. NTC element) 32d is vorgese ¬ hen. In the exemplary embodiment shown, this sensor 32d is arranged directly on the circuit carrier 30d. This supplies a corresponding sensor signal to a monitoring unit 34d, which z. B. may include a microcontroller and / or an ASIC module, and which is supplied in the illustrated embodiment directly by a connection with the terminal lugs 14d and 16d from the flat cell 12d with operating voltage Span ¬ voltage. A buffer capacitor C advantageously ensures a smoothing of the operating voltage provided in this way, in order to prevent functional interruptions when the battery cells are loaded.
Ein mit der Überwachungseinheit 34d verbundener digitaler Schnittstellenbaustein 36d bewerkstelligt im dargestellten Ausführungsbeispiel eine Kommunikation zwischen der Überwa¬ chungseinheit 34d und anderen an demselben Kommunikationsbus (z. B. CAN-Bus) angeschlossenen Einrichtungen. Bei Verwendung der Batteriezelle lOd als eine von vielen Batteriezellen ei¬ ner elektrischen Batterie kann somit insbesondere eine Kommu¬ nikation zwischen der dargestellten Überwachungseinheit 34d und entsprechenden Überwachungseinheiten in anderen Batterie- zellen derselben Batterie und/oder mit einer zentralen Auswerteeinheit erfolgen, die entweder innerhalb der elektrischen Batterie oder außerhalb der Batterie (z. B. als Kompo¬ nente einer Fahrzeugelektronik) angeordnet sein kann. Wie aus Fig. 5 ersichtlich, ist die Überwachungseinheit 34d über ein weiteres Paar von Leitungen direkt (jedoch an anderen Stellen) mit den Anschlussfahnen 14d und 16d verbunden. Über die somit "mehrfache" elektrische Verbindung erfolgt ei¬ nerseits eine Messung der Zellenspannung und andererseitsA connected to the monitoring unit 34d digital interface block 36d accomplished in the illustrated embodiment, communication between the surveil ¬ monitoring unit 34d and the other on the same communication bus (z. B. CAN bus) connected devices. When using the battery cell 10d as one of many battery cells ei ¬ ner electric battery can thus take place in particular a Kommuni ¬ nication between the illustrated monitoring unit 34d and corresponding monitoring units in other battery cells of the same battery and / or with a central evaluation unit, either within the electric battery or outside the battery (eg as Kompo ¬ component of a vehicle electronics) may be arranged. As can be seen in Figure 5, the monitoring unit 34d is directly (but elsewhere) connected to the terminal lugs 14d and 16d via another pair of wires. Thus, via the "multiple" electrical connection ei ¬ nerseits a measurement of the cell voltage and on the other hand
(durch Spannungsvergleich ( e ) der mehreren messbaren Spannungen) auch eine Messung des Zellenstromes (im dargestellten Beispiel redundant, einerseits an der Anschlussfahne 14d(By voltage comparison (e) of the several measurable voltages) also a measurement of the cell current (redundant in the example shown, on the one hand to the terminal lug 14d
(Anode) und andererseits an der Anschlussfahne 16d (Katho¬ de) ) . (Anode) and on the other hand at the terminal lug 16d (Katho ¬ de)).
Ferner umfasst die Überwachungselektronik 20d noch einen zwischen den Anschlussfahnen 14d und 16d verlaufenden Verbindungspfad mit einer Reihenschaltung aus einem von der Überwachungseinheit 34d ansteuerbaren Schaltelement S (z. B. Tran¬ sistor) und einem Widerstand R. Durch Schließen des Schaltelementes S kann bedarfsweise eine gewünschte Entladung der Flachzelle 12d (über den Widerstand R) im Rahmen des so ge¬ nannten Zellenausgleiches ( "Balancing" ) realisiert werden. Anstelle des Schaltelementes S und des Widerstandes R könnten auch andere geeignete elektronische Bauelemente für einen ak¬ tiven oder passiven Zellenausgleich an der Zelle lOd vorgesehen sein. Further, 20d still includes the electronic monitoring a passage extending between the connecting lugs 14d and 16d connecting path with a series circuit of a 34d controllable by the monitoring unit switching element S (z. B. Tran ¬ sistor) and a resistor R. By closing the switching element S can, if required, a desired discharge of the flat cell 12d (via the resistor R) in the context of so-called cells ¬ compensation ( "balancing") can be realized. Instead of the switching element S and the resistor R, other suitable electronic components for ak ¬ tive or passive cell compensation could be provided on the cell 10d.
Wenngleich bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen gemäß der Fig. 2 bis 5 eine Kommunikationsfähigkeit der je¬ weiligen Überwachungselektronik durch eine hierfür vorgesehene, aus der jeweiligen Batteriezelle herausführende Leitungs¬ anordnung realisiert ist, so könnte alternativ oder zusätzlich auch eine andere Kommunikationsmöglichkeit vorgesehen sein, z. B. eine drahtlose elektromagnetische bzw. induktive Kopplung durch die Ummantelung hindurch. Auch könnte eine Kommunikation elektrisch z. B. über die Anschlussfahnen erfolgen, welche die Anode und die Kathode der Batteriezelle bilden. Hierfür könnte die Überwachungselektro- nik z. B. mit einem Modulator/Demodulator ausgestattet werden, um entsprechende Modulationssignale auf den Anschluss¬ fahnen zu erzeugen bzw. von diesen Anschlussfahnen zu erhalten (und zu demodulieren) . Zusammenfassend kann mit den dargestellten Ausführungsbei¬ spielen einer Batteriezelle bzw. einer daraus gebildeten elektrischen Batterie vorteilhaft eine Integration derjenigen Hardware in den Siegelrand einer Batteriezelle in Softpack- Ausführung realisiert werden, die zur Sicherstellung der Er- fassung der vorstehend genannten Betriebsparameter bzw. Although a communication capability of each ¬ weiligen monitoring electronics by a provided for this purpose, leading out of the respective battery cell line ¬ arrangement is implemented in the above described embodiments according to the Fig. 2 to 5, as well as other communication possibility could alternatively or additionally be provided for. B. a wireless electromagnetic or inductive coupling through the sheath therethrough. Also, a communication could be electrically z. B. via the terminal lugs, which form the anode and the cathode of the battery cell. For this purpose, the monitoring electronics z. B. be equipped with a modulator / demodulator to generate corresponding modulation signals on the terminal ¬ flags or to obtain from these terminal lugs (and demodulate). In summary ¬ play of a battery cell or an electrical battery formed therefrom with the illustrated Ausführungsbei advantageous integration of any hardware to the sealed edge of a battery cell in Softpack- embodiments are realized by the text to ensure the ER of the above-mentioned operating parameters or
Messgrößen notwendig ist. Darüber hinaus kann bereits in der Batteriezelle selbst eine wenigstens teilweise Auswertung der Erfassungsergebnisse erfolgen ("Intelligente Batteriezelle") . Es lassen sich z. B. folgende Vorteile erzielen:  Measured variables is necessary. In addition, an at least partial evaluation of the detection results can already take place in the battery cell itself ("intelligent battery cell"). It can be z. B. achieve the following benefits:
- Wegfall einer Verbindungsplatine innerhalb einer Batterie zur Verbindung zwischen einer außerhalb der Batterie angeordneten Überwachungs- und Auswerteeinheit und den einzel¬ nen Batteriezellen. - Elimination of a connection board within a battery for connection between a monitoring and evaluation unit arranged outside the battery and the individual ¬ nen battery cells .
- Ermöglichung einer einfachen Kommunikation der Batteriezellen untereinander und/oder mit einer "Hauptelektronik" über ein geeignetes Bussystem. - Ermöglichung eines wesentlich flexibleren Gesamtaufbaus und einer Kostenreduktion auf Fahrzeugebene. - Enabling easy communication of the battery cells with each other and / or with a "main electronics" via a suitable bus system. - Enabling a much more flexible overall design and a cost reduction at the vehicle level.

Claims

Patentansprüche claims
1. Batteriezelle, umfassend eine elektrochemische Flachzelle (12) mit randseitig davon abstehenden Anschlussfahnen (14, 16) und eine die Flachzelle (12) umschließende Um- mantelung (18) aus Folienmaterial, wobei die Anschluss¬ fahnen (14, 16) jeweils die Ummantelung (18) durchsetzend aus der Ummantelung (18) herausragen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass in der Ummantelung (18) ferner eine Überwachungselektronik (20) angeordnet und elektrisch mit den Anschlussfahnen (14, 16) der Flachzelle (12) verbunden ist. 1. Battery cell, comprising an electrochemical flat cell (12) with edge protruding therefrom terminal lugs (14, 16) and a flat cell (12) enclosing sheathing (18) of film material, wherein the connection ¬ flags (14, 16) respectively Protruding shell (18) protrude from the sheath (18), characterized in that in the sheath (18) further comprises a monitoring electronics (20) and electrically connected to the terminal lugs (14, 16) of the flat cell (12).
2. Batteriezelle nach Anspruch 1, wobei die Überwachungs¬ elektronik (20) zur Überwachung von wenigstens einem der folgenden Betriebsparameter der Batteriezelle (10) ausgebildet ist: Zellenspannung, Zellenstrom, Zellentemperatur, Zellendruck. 2. Battery cell according to claim 1, wherein the monitoring ¬ electronics (20) for monitoring at least one of the following operating parameters of the battery cell (10) is formed: cell voltage, cell current, cell temperature, cell pressure.
3. Batteriezelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, umfassend eine die Ummantelung (18) durchsetzende Leitungs¬ anordnung (26) für eine Kommunikation zwischen der Überwachungselektronik (20) und einer externen elektronischen Einrichtung . 3. Battery cell according to one of the preceding claims, comprising a jacket (18) passing through ¬ line arrangement (26) for communication between the monitoring electronics (20) and an external electronic device.
4. Batteriezelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Überwachungselektronik (20) einen mikroelektronischen Prozessor umfasst. 4. Battery cell according to one of the preceding claims, wherein the monitoring electronics (20) comprises a microelectronic processor.
Batteriezelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, wo¬ bei die Überwachungselektronik (20) einen ASIC-Baustein umfasst . Batteriezellenanordnung, umfassend eine Reihe von elektrisch miteinander verbundenen Batteriezellen (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5. Battery cell according to one of the preceding claims, where ¬ in the monitoring electronics (20) comprises an ASIC module. A battery cell assembly comprising a series of electrically interconnected battery cells (10) according to any one of claims 1 to 5.
Verwendung einer Batteriezelle (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 oder einer Batteriezellenanordnung nach Anspruch 6 für die Herstellung einer elektrischen Batterie eines Elektro- oder Hybridfahrzeuges oder als Kompo¬ nente einer solchen elektrischen Batterie. Use of a battery cell (10) according to any one of claims 1 to 5 or of a battery cell assembly of claim 6 for the manufacture of an electric battery of an electric or hybrid vehicle, or as a compo nent ¬ such an electric battery.
Verfahren zur Herstellung einer Batteriezelle (10) durch Einschließen einer elektrochemischen Flachzelle (12) mit randseitig davon abstehenden Anschlussfahnen (14, 16) in eine Ummantelung (18) aus Folienmaterial, so dass die An schlussfahnen (14, 16) jeweils die Ummantelung (18) durchsetzend aus der Ummantelung herausragen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass in die Ummantelung (18) ferner eine elektrisch mit den Anschlussfahnen (14, 16) der Flachzelle (12) verbundene Überwachungselektronik (20) eingeschlossen wird. Method for producing a battery cell (10) by enclosing an electrochemical flat cell (12) with terminal lugs (14, 16) protruding therefrom into a sheathing (18) of foil material, so that the terminal lugs (14, 16) respectively enclose the sheath (18 ) protrude from the sheath, characterized in that in the sheath (18) further includes an electrically connected to the terminal lugs (14, 16) of the flat cell (12) monitoring electronics (20) is included.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die elektrische Verbindung der Überwachungselektronik (20) mit den Anschlussfahnen (14, 16) der Flachzelle (12) hergestellt wird, be vor das Einschließen der Flachzelle (12) mitsamt der Überwachungselektronik (20) erfolgt. 10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei das Einschließen unter Evakuierung eines Innentraums der Ummantelung (18) erfolgt . The method of claim 8, wherein the electrical connection of the monitoring electronics (20) with the terminal lugs (14, 16) of the flat cell (12) is made before the enclosure of the flat cell (12) together with the monitoring electronics (20). 10. The method of claim 8 or 9, wherein the enclosing takes place by evacuation of an internal dream of the sheath (18).
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