WO2012084100A1 - Batterie mit einem stapel aus mehreren prismatischen batterieeinzelzellen - Google Patents

Batterie mit einem stapel aus mehreren prismatischen batterieeinzelzellen Download PDF

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WO2012084100A1
WO2012084100A1 PCT/EP2011/005759 EP2011005759W WO2012084100A1 WO 2012084100 A1 WO2012084100 A1 WO 2012084100A1 EP 2011005759 W EP2011005759 W EP 2011005759W WO 2012084100 A1 WO2012084100 A1 WO 2012084100A1
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battery
frame
tie rods
cells
stack
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PCT/EP2011/005759
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Norbert Bachmann
Rainer Kaufmann
Jens Meintschel
Dirk Schröter
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Daimler Ag
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    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
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    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/116—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by the material
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    • H01M50/126—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by the material having a layered structure comprising three or more layers
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    • H01M50/211—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape adapted for pouch cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the invention relates to a battery with a stack of several prismatic battery individual cells according to the closer defined in the preamble of claim 1.
  • Single battery cells for example in lithium-ion technology, are known from the general state of the art, which are designed in the form of so-called pouch or coffee bag cells.
  • These so-called pouch cells have the usual electrode stack of anode foils, cathode foils and in between
  • This electrode stack is then inserted between films, which are welded around the electrode stack, after it has been soaked with electrolyte, welded.
  • the result is a single battery cell in a flexible outer skin, a kind of bag, which preferably consists of an aluminum layer as a diffusion barrier and two thermoplastic layers of plastic on this aluminum layer. The thermoplastic layers of plastic can then be melted and cooled under pressure, so that they together
  • Such pouch cells are typically relatively mechanically sensitive, and therefore, together with suitable frames, which are formed either as inter-frame inter-cell frames or as one-half-frame enclosing cells, respectively. Between the two intermediate frames or the two halves of the half frame while the circumferential welded area is clamped in order to connect the cell via a frictional connection with the frame and to create a mechanically stable unit. The battery cells and the frames are then typically stacked to the battery and clamped on arranged at the end of the stack pressure goggles and suitable tie rods.
  • A1 pouch or Coffeebag cells are known, which are constructed so that each of the cells is received via two half-frames and mechanically stabilized between these half-frames. In the edge region of the frame in this case clamp the surrounding welded area of the two enclosing the electrode stack foils accordingly to hold the battery single cell between the two half-frames.
  • the frames and / or the tie rods can be loaded with unwanted torques, since the adjacent surfaces during clamping are partially connected with a force-welding area between them
  • the object of the present invention is now to provide a battery according to the preamble of claim 1, which avoids the disadvantages described.
  • the battery according to the invention thus consists of individual battery cells which each comprise an electrode stack welded in foil.
  • the battery cells are single thus formed in the form of pouch cells.
  • the pouch cells are clamped between frames to the stack of battery cells.
  • the circumferentially welded regions are clamped between each two adjacent frames and thus form a mechanical
  • Frictionally connected unit of frame and battery single cell The
  • the circumferential welded area has openings through which the tie rods pass.
  • This structure in which the circumferential welded area is carried out so large that can be integrated in these openings for the tie rods, now allows in addition to the frictional engagement, when the circumferential welded area between the frame or
  • the outer dimensions of the circumferential welded area correspond to the outer dimensions of the frame.
  • Battery individual cells by a positive connection to the tie rods also sure that between the adjacent frame or half frame respectively in the entire dimension, the material of the circumferential welded area lies between the frame, since it has the same outer dimensions as the frame.
  • the tie rods can span the entire structure and only come under tensile load. The frame and the welded areas are then exposed only to a compressive load and not additional moments due to tilting or tilting of the frame.
  • the battery according to the invention of the general embodiment described above or the last-mentioned particularly favorable development makes it possible to keep the battery cells safely and reliably in the composite of the overall battery, even if the composite of the overall battery is loaded, for example, by vibrations, shocks or the like. This allows a very stable battery, which the
  • the very particularly preferred application of the battery according to the invention in its application as a traction battery in an at least partially electrically powered vehicle, so an electric vehicle, a hybrid vehicle or equipped with additional battery fuel cell vehicle to see.
  • Fig. 1 is a three-dimensional representation of an exemplified battery according to the prior art
  • FIG. 2 is an exploded view of the battery of FIG. 1;
  • Fig. 3 is a sectional view through a part of the battery of FIG. 1 in not
  • FIG. 4 shows a sectional view through part of the battery according to FIG. 1 in the clamped state
  • FIG. 5 shows a three-dimensional representation of a single battery cell and a frame according to the invention
  • Fig. 6 is a sectional view analogous to that in Figure 3 in the structure according to the invention.
  • Fig. 7 is a detail of an alternative embodiment of the invention.
  • FIG. 8 shows the detail according to FIG. 7 in an exploded view
  • FIG. 9 shows a three-dimensional view of a single battery cell and two half frames in an embodiment according to the invention.
  • FIG. 10 shows a section through a detail of the single battery cell in the embodiment according to FIG.
  • FIG. 11 is a sectional view of Figure 10 in an exploded view.
  • Fig. 12 is a representation analogous to the representation in Figure 5 in another
  • a battery 1 according to the prior art can be seen, as it can be used for example as a lithium-ion battery in an electrically powered vehicle or a hybrid vehicle.
  • the battery 1 consists of a plurality of single battery cells 2, of which only one can be seen through a recess in the side of the battery 1 here.
  • the battery individual cells 2 are designed in the form of so-called pouch cells and braced between frames 3.
  • the structure of a plurality of battery cells 2 and 3 frame is then clamped between two pressure goggles 4 to a stack of battery cells 2.
  • the battery 1 is shown in the illustration of Figure 1 in the installed position.
  • two actively coolable cooling plates 6 can be seen, which are in heat-conducting contact with busbars of the battery 1 arranged below the cooling plates 6 and are thus designed to cool the battery individual cells 2.
  • corresponding electronic components for example for measuring the cell voltage or the like, can also be arranged.
  • the frames in the illustration of Figure 2 are formed as intermediate frame 3, which are formed so that between each two battery cells 2, an intermediate frame 3 is arranged, and that between each two of the adjacent intermediate frame 3 each one of the battery cells 2 is arranged and between the Frame 3 is clamped accordingly.
  • the single battery cell 2 is, as already mentioned, designed as a pouch cell. It consists of an electrode stack, which can not be recognized here, inside the single battery cell 2. Two current conductors 7 are connected to this electrode stack, one with the anodes, the other with the cathodes. This structure is then introduced between two films, which are circumferentially welded together.
  • the films are preferably formed as composite films, which have at least on one side a thermoplastic material, an intermediate layer in the form of an aluminum foil as a diffusion barrier and on the other side in turn a plastic material.
  • the sides with the at least one at least thermoplastic Plastic material are facing each other, so can cool by heating and pressure under pressure, a circumferential weld can be generated.
  • this circumferential welded area can be seen and provided with the reference numeral 8.
  • the circumferential welded area 8 comes to lie in the structure shown here between the intermediate frame 3 and is clamped between the two intermediate frame 3.
  • the single battery cell 2 thus has a substantially non-positive contact due to the friction between the welded circumferential region 8 and the frame 3, when they are clamped together as shown in FIG.
  • peripheral welded areas 8 come to lie only in a partial area between the adjoining surfaces of the frame 3, moments indicated by the curved arrows inevitably occur, which are caused by the tie rods 5 and the frames 3 in addition to the pure ones in the axial direction Tie rod 5 acting forces for clamping the battery individual cells 2 must be applied with. In addition, it may come to a release of the frictional or non-positive connection between the battery individual cells 2 and the frame 3 in particular by vibration or the like.
  • the structure of the invention is shown in a first embodiment.
  • the circumferential welded area 8 has in this embodiment, in the area in which later the tie rods 5 extend, corresponding to beyond the direction of the battery single cell 2 ranges.
  • the holes 10 and openings 9 can be seen. To simplify the figures are only one or a few of these with the
  • FIGS. 7 and 8 Another possible embodiment of the construction according to the invention can be seen in the illustration of the details in FIGS. 7 and 8.
  • the openings 9 act in this embodiment with these protruding portions 11 together and thus hold without direct contact with the tie rods fifth
  • the corresponding single adjacent frame 3 can then have a slightly larger diameter of the bore 10, in particular in the sections in which it corresponds to the protruding areas 11, so that one corresponding to the protruding areas
  • a further embodiment of a single battery cell 2 of a battery 1 constructed according to the invention is again in a representation in FIG. 9
  • FIG. 1 battery 1 according to the invention can also be seen in the illustration of FIG.
  • This representation is again shown as a three-dimensional representation analogous to the form selected in FIGS. 5 and 9.
  • Both the openings 9 and the holes 10 are in the illustrated embodiment in each case in the corners of the battery single cell 2 and the rotating welded area 8 and the frame 3. This can be dispensed with the molding of the additional ears by areas for introducing the Openings 9 and the
  • Holes 10 are used in the frame in which neither frame 3 still welded circumferential area 8 are used by another functionality.
  • a structure of a battery 1 which keeps the battery cells 2 safe and reliable, even if it is exposed to shock or vibration.
  • a battery 1 is thus particularly well suited to be used for example in vehicles as a traction battery.

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Abstract

Eine Batterie (1) umfasst einen Stapel aus mehreren prismatischen Batterieeinzelzellen (2), wobei die Batterieeinzelzellen (2) jeweils einen in Folien eingeschweißten Elektrodenstapel umfassen. Die Batterieeinzelzellen (2) sind zusammen mit Rahmen (3), über Zuganker (5) zu einem Stapel der Batterieeinzelzellen (2) verspannt. Die Folien sind umlaufend um den Elektrodenstapel verschweißt. Der umlaufende verschweißte Bereich (8) ist zwischen zwei benachbarten Rahmen (3) eingeklemmt. Der umlaufende verschweißte Bereich (8) weist Öffnungen (9) auf, durch welche die Zuganker (5) verlaufen.

Description

Batterie mit einem Stapel aus mehreren prismatischen Batterieeinzelzellen
Die Erfindung betrifft eine Batterie mit einem Stapel aus mehreren prismatischen Batterieeinzelzellen nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.
Aus dem allgemeinen Stand der Technik sind Batterieeinzelzellen, beispielsweise in Lithium-Ionen-Technologie, bekannt, welche in Form von sogenannten Pouch- oder Coffeebag-Zellen ausgebildet sind. Diese sogenannten Pouch-Zellen weisen den üblichen Elektrodenstapel aus Anodenfolien, Kathodenfolien und dazwischen
angeordneten Separatorfolien auf. Dieser Elektrodenstapel wird dann zwischen Folien eingebracht, welche umlaufend um den Elektrodenstapel, nachdem dieser mit Elektrolyt getränkt worden ist, verschweißt werden. Es entsteht eine Batterieeinzelzelle in einer flexiblen Außenhaut, einer Art Beutel, welcher vorzugsweise aus einer Aluminiumschicht als Diffusionssperre sowie zwei thermoplastischen Kunststoffschichten auf dieser Aluminiumschicht besteht. Die thermoplastischen Kunststoffschichten können dann angeschmolzen und unter Druck erkaltet werden, sodass diese miteinander
verschweißen. Durch den umlaufenden verschweißten Bereich ragen lediglich die beiden Stromableiter, welche mit den Anodenfolien einerseits und den Kathodenfolien andererseits verbunden sind und welche zur elektrischen Kontaktierung der
Batterieeinzelzelle dienen.
Derartige Pouch-Zellen sind typischerweise mechanisch relativ empfindlich und werden daher zusammen mit geeigneten Rahmen, welche entweder als jeweils zwischen zwei Zellen liegende Zwischenrahmen oder als jeweils eine der Zellen einschließende Halbrahmen ausgebildet sind. Zwischen den beiden Zwischenrahmen beziehungsweise den beiden Hälften des Halbrahmens wird dabei der umlaufende verschweißte Bereich eingeklemmt, um die Zelle über einen Kraftschluss mit dem Rahmen zu verbinden und eine mechanisch stabile Einheit zu schaffen. Die Batterieeinzelzellen und die Rahmen werden dann typischerweise zur Batterie gestapelt und über am Ende des Stapels angeordnete Druckbrillen und geeignete Zuganker verspannt.
Aus der DE 10 2007 004 567 A1 sind Pouch- bzw. Coffeebag-Zellen bekannt, welche so aufgebaut sind, dass jede der Zellen über zwei Halbrahmen aufgenommen und zwischen diesen Halbrahmen mechanisch stabilisiert wird. Im Randbereich des Rahmens klemmen dabei den umlaufenden verschweißten Bereich der beiden den Elektrodenstapel einschließenden Folien entsprechend ein, um die Batterieeinzelzelle zwischen den beiden Halbrahmen zu halten.
Unabhängig davon, ob Halbrahmen oder zwischen den Zellen angeordnete Rahmen vorgesehen sind, entsteht durch das reine Klemmen des umlaufenden verschweißten Bereichs der Batterieeinzelzelle zwischen den Rahmen oder Halbrahmen lediglich eine reibschlüssige Verbindung. Kommt es zu Vibrationen oder Erschütterungen, so kann diese reibschlüssige Verbindung sehr leicht gelöst werden und der mechanische Verbund zwischen der Batterieeinzelzelle und den Rahmen beziehungsweise Halbrahmen verliert deutlich an Stabilität.
Durch die lediglich zwischen Teilbereichen der benachbarten Rahmen beziehungsweise Halbrahmen im umlaufenden verschweißten Bereich eingeklemmten Batterieeinzelzelle kann es außerdem zu einer Belastung der Rahmen und/oder der Zuganker mit unerwünschten Drehmomenten kommen, da die benachbarten Flächen beim Verspannen teilweise mit dazwischen liegendem kraftlaufendem verschweißtem Bereich der
Batterieeinzelzelle und teilweise ohne diesen aneinanderliegen und dadurch verkanten.
Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht nun darin, eine Batterie gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 anzugeben, welche die beschriebenen Nachteile vermeidet.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sowie eine bevorzugte Verwendung der erfindungsgemäßen Batterie sind in den abhängigen Unteransprüchen angegeben.
Die erfindungsgemäße Batterie besteht also aus Batterieeinzelzellen, welche jeweils einen in Folie eingeschweißten Elektrodenstapel umfassen. Die Batterieeinzelzellen sind also in der Form von Pouch-Zellen ausgebildet. Die Pouch-Zellen sind zwischen Rahmen zu dem Stapel der Batterieeinzelzellen verspannt. Zur mechanischen Stabilisierung der Batterieeinzelzellen sind die umlaufend verschweißten Bereiche dabei zwischen jeweils zwei benachbarten Rahmen eingeklemmt und bilden so eine mechanisch durch
Kraftschluss verbundene Einheit aus Rahmen und Batterieeinzelzelle. Die
erfindungsgemäße Lösung sieht nun vor, dass der umlaufende verschweißte Bereich Öffnungen aufweist, durch welche die Zuganker verlaufen. Dieser Aufbau, bei dem der umlaufende verschweißte Bereich so groß ausgeführt wird, dass in diesen Öffnungen für die Zuganker mit integriert werden können, ermöglicht nun neben dem Reibschluss, wenn der umlaufende verschweißte Bereich zwischen den Rahmen beziehungsweise
Zwischenrahmen eingeklemmt wird, eine zusätzliche Halterung des umlaufenden verschweißten Bereichs über die Öffnungen, durch die die Zuganker verlaufen. Neben dem reinen Reibschluss ist somit auch ein Formschluss möglich und die Befestigung der Batterieeinzelzelle in dem Rahmen lässt sich verbessern.
In einer besonders günstigen Weiterbildung der erfindungsgemäßen Batterie ist es ferner vorgesehen, dass die äußeren Abmessungen des umlaufenden verschweißten Bereichs den äußeren Abmessungen des Rahmens entsprechen. Dieser besonders günstige Aufbau der erfindungsgemäßen Batterie stellt neben der Sicherung der
Batterieeinzelzellen durch eine formschlüssige Anbindung an die Zuganker außerdem sicher, dass zwischen den benachbarten Rahmen beziehungsweise Halbrahmen jeweils in der gesamten Abmessung das Material des umlaufenden verschweißten Bereichs zwischen den Rahmen liegt, da dieser dieselben äußeren Abmessungen wie der Rahmen aufweist. Dadurch wird ein Verkippen der Rahmen und damit eine Belastung der Rahmen und der Zuganker durch Drehmomente verhindert. Die Zuganker können den gesamten Aufbau spannen und geraten dabei lediglich unter Zugbelastung. Die Rahmen und die verschweißten Bereiche sind dann lediglich einer Druckbelastung ausgesetzt und nicht zusätzlichen Momenten durch das Verkippen beziehungsweise Verkanten der Rahmen.
Die erfindungsgemäße Batterie der allgemeinen oben beschriebenen Ausgestaltung oder der zuletzt beschriebenen besonders günstigen Weiterbildung ermöglicht es dabei, die Batterieeinzelzellen sicher und zuverlässig in dem Verbund der Gesamtbatterie zu halten, auch wenn der Verbund der Gesamtbatterie beispielsweise durch Vibrationen, Stöße oder dergleichen belastet wird. Dies ermöglicht eine sehr stabile Batterie, welche die
Batterieeinzelzellen sicher und zuverlässig in ihrer Position hält. Eine derartige Batterie ist besonders gut geeignet, um in entsprechenden Umgebungen eingesetzt zu werden, in denen sie Stößen, Vibrationen oder dergleichen ausgesetzt sein kann. Sie ist daher besonders für den Einsatz in Fahrzeugen geeignet, da in Fahrzeugen derartige
Umgebungseinflüsse nicht dauerhaft zu vermeiden sind. Dementsprechend ist die ganz besonders bevorzugte Anwendung der erfindungsgemäßen Batterie in ihrer Anwendung als Traktionsbatterie in einem zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeug, also einem Elektrofahrzeug, einem Hybridfahrzeug oder einem mit zusätzlicher Batterie ausgestatteten Brennstoffzellenfahrzeug, zu sehen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Batterie ergeben sich dabei aus den restlichen abhängigen Unteransprüchen und werden anhand der
Ausführungsbeispiele deutlich, welche nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben werden.
Dabei zeigen:
Fig. 1 eine dreidimensionale Darstellung einer beispielhaft ausgeführten Batterie gemäß dem Stand der Technik;
Fig. 2 eine Explosionsdarstellung der Batterie gemäß Fig. 1 ;
Fig. 3 eine Schnittdarstellung durch einen Teil der Batterie gemäß Fig. 1 im nicht
verspannten Zustand;
Fig. 4 eine Schnittdarstellung durch einen Teil der Batterie gemäß Fig. 1 im verspannten Zustand;
Fig. 5 eine dreidimensionale Darstellung einer Batterieeinzelzelle und eines Rahmens gemäß der Erfindung;
Fig. 6 eine Schnittdarstellung analog der in Fig. 3 beim Aufbau gemäß der Erfindung; Fig. 7 ein Detail einer alternativen Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 8 das Detail gemäß Fig. 7 in Explosionsdarstellung;
Fig. 9 eine dreidimensionale Ansicht einer Batterieeinzelzelle und zwei Halbrahmen in einer Ausgestaltung gemäß der Erfindung;
Fig. 10 einen Schnitt durch ein Detail der Batterieeinzelzelle in der Ausgestaltung gemäß
Fig. 9;
Fig. 11 eine Schnittdarstellung gemäß Fig. 10 in einer Explosionsdarstellung; und
Fig. 12 eine Darstellung analog der Darstellung in Figur 5 bei einer weiteren
Ausführungsform der erfindungsgemäßen Batterieeinzelzelle. In der Darstellung der Figur 1 ist eine Batterie 1 gemäß dem Stand der Technik zu erkennen, wie sie beispielsweise als Lithium-Ionen-Batterie in einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug oder einem Hybridfahrzeug eingesetzt werden kann. Die Batterie 1 besteht aus mehreren Batterieeinzelzellen 2, von welchen hier nur eine durch eine Aussparung in der Seite der Batterie 1 zu erkennen ist. Die Batterieeinzelzellen 2 sind in Form sogenannter Pouch-Zellen ausgebildet und zwischen Rahmen 3 verspannt. Der Aufbau aus mehreren Batterieeinzelzellen 2 und Rahmen 3 ist dann zwischen zwei Druckbrillen 4 zu einem Stapel der Batterieeinzelzellen 2 verspannt. Hierzu dienen Zuganker 5, welche die Druckbrillen 4 und dadurch die zwischen den Druckbrillen 4 befindlichen Rahmen 3 und Batterieeinzelzellen 2 miteinander verspannen. Die Batterie 1 ist dabei in der Darstellung der Figur 1 in Einbaulage gezeigt. In ihrem oberen Bereich sind zwei aktiv kühlbare Kühlplatten 6 zu erkennen, welche mit unter den Kühlplatten 6 angeordneten Stromschienen der Batterie 1 in wärmeleitendem Kontakt stehen und so zur Kühlung der Batterieeinzelzellen 2 ausgebildet sind. In dem Bereich, in dem die Kühlplatten 6 angeordnet sind, also oberhalb des Stapels der Batterieeinzelzellen 2, können außerdem entsprechende Elektronikbauteile beispielsweise zur Messung der Zelleinzelspannung oder ähnliches angeordnet sein.
In der Darstellung der Figur 2 sind zwei der Rahmen 3 zusammen mit einer der
Batterieeinzelzellen 2und einer der Druckbrillen 4 nochmals in einer
Explosionsdarstellung zu erkennen. Die Rahmen in der Darstellung der Figur 2 sind als Zwischenrahmen 3 ausgebildet, welche so ausgebildet sind, dass zwischen jeweils zwei Batterieeinzelzellen 2 ein Zwischenrahmen 3 angeordnet ist, und dass zwischen jeweils zwei der benachbarten Zwischenrahmen 3 jeweils eine der Batterieeinzelzellen 2 angeordnet ist und zwischen den Rahmen 3 entsprechend eingeklemmt wird.
Die Batterieeinzelzelle 2 ist, wie bereits erwähnt, als Pouch-Zelle ausgebildet. Sie besteht aus einem hier nicht zu erkennenden Elektrodenstapel im Inneren der Batterieeinzelzelle 2. Mit diesem Elektrodenstapel sind zwei Stromableiter 7 verbunden, der eine mit den Anoden, der andere mit den Kathoden. Dieser Aufbau ist dann zwischen zwei Folien eingebracht, welche umlaufend miteinander verschweißt sind. Die Folien sind dabei vorzugsweise als Verbundfolien ausgebildet, welche zumindest auf einer Seite ein thermoplastisches Kunststoff material, eine Zwischenschicht in Form einer Aluminiumfolie als Diffusionssperre und auf der anderen Seite wiederum ein Kunststoffmaterial aufweisen. Die Seiten mit dem wenigstens einen zumindest thermoplastischen Kunststoffmaterial sind dabei einander zugewandt, sodass durch Erwärmung und unter Druck erkalten lassen eine umlaufende Schweißnaht erzeugt werden kann. In der Darstellung der Figur 2 ist dieser umlaufende verschweißte Bereich zu erkennen und mit dem Bezugszeichen 8 versehen. Der umlaufende verschweißte Bereich 8 kommt in dem hier dargestellten Aufbau zwischen den Zwischenrahmen 3 zu liegen und wird so zwischen den beiden Zwischenrahmen 3 eingespannt. Die Batterieeinzelzelle 2 hat dadurch einen im Wesentlichen kraftschlüssigen Kontakt aufgrund der Reibung zwischen dem verschweißten umlaufenden Bereich 8 und den Rahmen 3, wenn diese, wie in der Figur 1 dargestellt, miteinander verspannt sind.
In den Darstellungen der Figuren 3 und 4 ist dieser Vorgang des Einspannens und reibschlüssigen Haltens der Batterieeinzelzelle 2 in dem umlaufenden verschweißten Bereich 8 nochmals dargestellt. In der Schnittdarstellung der Figur 3 sind dabei drei der Batterieeinzelzellen 2 sowie vier der Rahmen 3 zusammen mit dem Zuganker 5 zu erkennen. Die Batterieeinzelzellen 2 werden so eingelegt, dass die umlaufenden verschweißten Bereiche 8 zwischen den Rahmen 3 zu liegen kommen. Durch eine Verspannung über die Zuganker 5, wie sie in der Darstellung der Figur 4 über die seitlich an den Rahmen 3 angreifenden Pfeile angedeutet ist, wird die Batterie 1 nun verspannt. Dadurch, dass die umlaufenden verschweißten Bereiche 8 lediglich in einem Teilbereich zwischen den aneinanderliegenden Flächen der Rahmen 3 zu liegen kommen, kommt es unweigerlich zu durch die gebogenen Pfeile angedeuteten Momenten, welche durch die Zuganker 5 und die Rahmen 3 neben den reinen in axialer Richtung der Zuganker 5 wirkenden Kräften zum Verspannen der Batterieeinzelzellen 2 mit aufgebracht werden müssen. Außerdem kann es insbesondere durch Vibrationen oder dergleichen zu einem Lösen der reibschlüssigen beziehungsweise kraftschlüssigen Verbindung zwischen den Batterieeinzelzellen 2 und den Rahmen 3 kommen.
In der Darstellung der Figur 5 ist nun der erfindungsgemäße Aufbau in einer ersten Ausführungsform gezeigt. Der umlaufende verschweißte Bereich 8 weist in diesem Ausführungsbeispiel, in dem Bereich in dem später die Zuganker 5 verlaufen, entsprechende über die Richtung der Batterieeinzelzelle 2 hinausstehende Bereiche auf. Diese über die Grundabmessung hinausstehenden Bereiche, welche auch als Ohren bezeichnet werden könnten, korrespondieren mit entsprechenden Bereichen im Rahmen 3. Durch diese Bereiche im Rahmen 3 und durch die Ohren der Batterieeinzelzelle 2 verlaufen durch entsprechende Öffnungen 9 in dem umlaufenden verschweißten Bereich 8 beziehungsweise Bohrungen 10 in dem Rahmen 3 die Zuganker 5, wie es in der Explosionsdarstellung im Schnitt der Figur 6 zu erkennen ist. In den Darstellungen sind dabei jeweils mehrere der Bohrungen 10 beziehungsweise Öffnungen 9 zu erkennen. Um die Figuren zu vereinfachen sind jeweils nur eine oder wenige hiervon mit dem
Bezugszeichen 9, 10 versehen. Werden die Batterieeinzelzellen 2 und die Rahmen 3 über die Zuganker 5 miteinander verspannt, so kommt es zu einem gleichmäßigen Druck zwischen den aneinander anliegenden Flächen der benachbarten Rahmen 3 und der über die gesamte Fläche dazwischenliegenden umlaufenden verschweißten Bereiche 8.
Dadurch wird die Problematik mit den Kipp- bzw. Drehmomenten, wie sie zuvor im
Rahmen der Figur 4 beschrieben worden sind, gänzlich vermieden. Außerdem wird zusätzlich zum reinen Kraftschluss über die Reibung zwischen den verschweißten umlaufenden Bereichen 8 und den Rahmen 3 ein Formschluss erzielt, da die Öffnungen, durch welche die Zuganker 5 laufen, die Batterieeinzelzellen 2 auch dann in Position halten, wenn aufgrund von Vibrationen oder dergleichen der Reibschluss mit den
Rahmen 3 versagen sollte.
Eine weitere mögliche Ausführungsform des erfindungsgemäßen Aufbaus ist in der Darstellung der Details in den Figuren 7 und 8 zu erkennen. Die Bohrungen 10 durch den Rahmen 3, welche wie hier jeweils dargestellt, einen runden oder auch einen von der runden Form abweichenden oder sogar einen seitlichen in eine Richtung offenen
Querschnitt aufweisen könnten, weisen neben den Bohrungen 10 hervorstehende Bereiche 1 1 auf, welche in axialer Richtung der durch die Rahmen 3 verlaufenden Zuganker 5 über die Rahmen hervorstehen. Diese hervorstehenden Bereiche können dabei umlaufend um die Bohrung 10 oder auch nur in einem Teilbereich des Umfangs der Bohrung 10 angeordnet sein. Besonders bevorzugt sind sie in der hier dargestellten Ausführungsform zu erkennen in Form von Hülsen um die Bohrungen 10 ausgebildet. Wie sich insbesondere aus der Darstellung in Figur 8, welche eine Explosionsdarstellung des in Figur 7 gezeigten Aufbaus ist, sehr leicht erkennen lässt, wirken die Öffnungen 9 in diesem Ausführungsbeispiel mit diesen hervorstehenden Bereichen 11 zusammen und halten so auch ohne direkten Kontakt mit den Zugankern 5 die Batterieeinzelzelle 2 formschlüssig in dem Rahmen 3. Der jeweils korrespondierende benachbarte Rahmen 3 kann dann insbesondere in den Abschnitten, in denen er mit den hervorstehenden Bereichen 11 korrespondiert, einen etwas größeren Durchmesser der Bohrung 10 aufweisen, sodass eine mit den hervorstehenden Bereichen korrespondierende
Versenkung in diesem Rahmen besteht, welcher die hervorstehenden Bereiche 11 so aufnimmt, dass diese das Verspannen der Rahmen 3 gegeneinander und den dadurch entstehenden Kraftschluss zwischen Rahmen 3 und umlaufenden verschweißten
Bereichen 8 nicht beeinträchtigen.
Eine weitere Ausführungsform einer Batterieeinzelzelle 2 einer erfindungsgemäß aufgebauten Batterie 1 ist dabei in der Darstellung der Figur 9 wiederum in einer
Explosionsdarstellung zu erkennen. Anstelle der bisherigen Rahmen 3 sind hier zwei Halbrahmen 3.1 und 3.2 eingesetzt. Die Batterieeinzelzelle 2 ist dabei jeweils zwischen diesen beiden Halbrahmen 3.1 und 3.2 eingeklemmt. Dieser Aufbau aus den beiden Halbrahmen 3.1 und 3.2 bildet zusammen mit der Batterieeinzelzelle 2 dann eine der Einheiten, aus denen die Batterie 1 aufgestapelt wird. Auch hier sind entsprechende Öffnungen 9 analog dem oben beschriebenen Aufbau vorgesehen, welche mit den Bohrungen 10 in den beiden Halbrahmen 3.1 und 3.2 korrespondieren und so, wie es aus den Schnittdarstellungen der Figuren 10 und 11 zu erkennen ist, auf Basis der beiden Halbrahmen 3.1 und 3.2 einen Aufbau ausbilden, welcher dem zuvor beschriebenen Aufbau mit Zwischenrahmen 3 vergleichbar ist. Auch hier könnte die im Rahmen der Figuren 7 und 8 beschriebene Variante mit den hervorstehenden Bereichen 1 1 zusätzlich angewandt werden.
Eine besonders einfache Ausführungsform einer Batterieeinzelzelle 2 für eine
erfindungsgemäße Batterie 1 ist ferner in der Darstellung der Figur 12 zu erkennen. Diese Darstellung ist wieder als dreidimensionale Darstellung analog der in den Figuren 5 und 9 gewählten Form dargestellt. Sowohl die Öffnungen 9 als auch die Bohrungen 10 befinden sich bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel jeweils in den Ecken der Batterieeinzelzelle 2 beziehungsweise des umlaufenden verschweißten Bereichs 8 sowie des Rahmens 3. Dadurch kann auf das Anformen der zusätzlichen Ohren verzichtet werden, indem Bereiche zum Einbringen der Öffnungen 9 beziehungsweise der
Bohrungen 10 in die Rahmen verwendet werden, in denen weder Rahmen 3 noch verschweißter umlaufender Bereich 8 durch eine andere Funktionalität genutzt werden.
Alles in allem entsteht so ein Aufbau einer Batterie 1 , welcher die Batterieeinzelzellen 2 sicher und zuverlässig hält, auch wenn dieser Stößen oder Vibrationen ausgesetzt ist. Eine solche Batterie 1 ist damit besonders gut geeignet, um beispielsweise in Fahrzeugen als Traktionsbatterie eingesetzt zu werden.

Claims

Patentansprüche
1. Batterie (1 ) mit einem Stapel aus mehreren prismatischen Batterieeinzelzellen (2), wobei die Batterieeinzelzellen (2) jeweils einen in Folien eingeschweißten
Elektrodenstapel umfassen, wobei die Batterieeinzelzellen (2) zusammen mit Rahmen (3, 3.1 , 3.2) über Zuganker (5) zu dem Stapel der Batterieeinzelzellen (2) verspannt sind, wobei die Folien umlaufend um den Elektrodenstapel verschweißt sind, und wobei der umlaufend verschweißte Bereich (8) zwischen zwei
benachbarten Rahmen (3, 3.1 , 3.2) eingeklemmt ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
der umlaufende verschweißte Bereich (8) Öffnungen (9) aufweist, durch welche die Zuganker (5) verlaufen.
2. Batterie (1 ) nach Anspruch ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Zuganker (5) durch Bohrungen (10) in den Rahmen (3, 3.1 , 3.2) verlaufen.
3. Batterie (1 ) nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die äußeren Abmessungen des umlaufenden verschweißten Bereichs (8) den äußeren Abmessungen der Rahmen (3, 3.1 , 3.2) entsprechen.
4. Batterie (1 ) nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Öffnungen (3, 9) und/oder die Bohrungen (10) für die Zuganker (5) in den Ecken der Batterieeinzelzellen (2) und/oder Rahmen (3) vorgesehen sind.
5. Batterie (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
zumindest der umlaufende verschweißte Bereich (8), und insbesondere auch der Rahmen (3, 3.1 , 3.2), seitlich über seine Grundabmessungen überstehende
Bereiche aufweist, in welchen die Öffnungen (9) und insbesondere die Bohrungen (10) für die Zuganker (5) angeordnet sind.
6. Batterie (1 ) nach einem der Ansprüche 2 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Bohrungen (10) in den Rahmen (3, 3.1 , 3.2) zumindest in einem Bereich (1 1 ) in axialer Richtung der durch die Rahmen (3, 3.1 , 3.2) verlaufenden Zuganker (5) über die Rahmen (3, 3.1 , 3.2) hervorstehen, sodass ein formschlüssiger Kontakt mit den Öffnungen (9) möglich ist.
7. Batterie (1 ) nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
die hervorstehenden Bereiche (11 ) mit korrespondierenden Versenkungen in den jeweils benachbarten Rahmen (3, 3.1 , 3.2) zusammenwirken.
8. Batterie (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Rahmen (3, 3.1 , 3.2) als zwischen den Batterieeinzelzellen (2) liegende
Zwischenrahmen (3) oder als zwei jeweils eine der Batterieeinzelzellen (2) einschließende Halbrahmen (3.1 , 3.2) ausgebildet sind.
9. Batterie (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Batterieeinzelzellen (2) in Lithium-Ionen-Technologie ausgebildet sind.
10. Verwendung der Batterie (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, als
Traktionsbatterie (1 ) in einem zumindest teilweise elektrisch angetriebenen
Fahrzeug.
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