WO2014040684A2 - Batterieeinzelzelle in form einer bipolaren rahmenflachzelle - Google Patents

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Definitions

  • Batteries constructed of single battery cells are well known in the art.
  • the battery cells can be different
  • the single battery cell according to the invention has at least one cooling lug, which is folded from at least one of the Hüllbleche.
  • the bent cooling lug of at least one of the cladding sheets has, according to the invention, a meandering section.
  • a meander-shaped section in the sense of the invention can be understood as meaning both a wave-shaped section and a U-shaped section, which then has only a single meander.
  • the meander need not necessarily run in a curved shape but may also be rectangular or pointed, so that a V-shaped, Z-shaped,
  • thermoplastic material applied.
  • two insulation shells 8 are used, which can be laminated, for example, on the inner surface of the respective Hüllbleche 4, 5.
  • the two insulation shells 8 used here by way of example each have an opening 9, via which the electrical contact elements, that is to say the positive contact element 3 as well as the negative contact element, which is not visible here, protrude behind the electrode arrangement 2.
  • the contact elements are then connected to the respective side wall of the

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Batterieeinzelzelle (1) in Form einer bipolaren Rahmenflachzelle mit zwei Hüllblechen (4, 5), von welchen wenigstens eines auf wenigstens einer Seitenkante wenigstens eine abgekantete Kühlfahne (11) aufweist. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die abgekantete Kühlfahne (11) wenigstens eines Hüllblechs (4, 5) wenigstens einen mäanderförmigen Abschnitt (13) aufweist.

Description

Batterieeinzelzelle in Form einer bipolaren Rahmenflachzelle
Die Erfindung betrifft eine Batterieeinzelzelle in Form einer bipolaren Rahmenflachzelle nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art. Außerdem betrifft sie eine Batterie aus derartigen Batterieeinzelzellen.
Batterien, welche aus Batterieeinzelzellen aufgebaut sind, sind aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt. Die Batterieeinzelzellen können dabei verschiedene
Bauformen aufweisen. Für die hier vorliegende Erfindung ist der Aufbau der
Batterieeinzelzellen als sogenannte bipolare Rahmenflachzellen vorgesehen. Dieser Aufbau ist grundlegend aus dem Stand der Technik bekannt. Es gibt dabei verschiedene Bautypen. Für alle Typen von bipolaren Rahmenflachzellen gilt im Wesentlichen jedoch, dass diese prismatisch ausgebildet sind und einen Stapel von Elektroden und
Separatoren als aktive Zellchemie aufweisen. Dieser Elektrodenstapel befindet sich zwischen zwei metallischen Hüllblechen, mit welchen jeweils der eine bzw. der andere Pol verbunden ist. Den Elektrodenstapel umgibt dabei ein Rahmen aus einem elektrisch isolierenden Material, oder, falls die Hüllbleche schalenartige Vertiefungen für die
Elektroden aufweisen, das Material dieser Schalen. In diesem Fall befindet sich in dem Bereich, an dem die beiden Hüllbleche aneinanderstoßen, eine elektrisch isolierende Zwischenschicht zwischen den einzelnen Hüllblechen, um einen Kurzschluss der
Batterieeinzelzelle zu vermeiden.
Es sind verschiedene Ausführungsformen bekannt, bei denen eine oder mehrere
Zwischenschichten zwischen den einzelnen Hüllblechen gleichzeitig dazu dienen, die Hüllbleche miteinander zu verbinden, beispielsweise wenn die Zwischenschicht als Isolierrahmen aus einem thermoplastischen Material ausgebildet oder mit einem solchen versehen ist und die Hüllbleche sowie der Isolierrahmen unter Einwirkung von Wärme miteinander verpresst werden. Das Material des Isolierrahmens übernimmt dann einerseits die elektrische Isolation zwischen den Hüllblechen und andererseits die dichte und sichere Verbindung der Hüllbleche untereinander.
Die bipolaren Rahmenflachzellen als Batterieeinzelzellen werden dann
aufeinandergestapelt und erhalten durch das Stapeln einen elektrischen Kontakt untereinander oder können gegebenenfalls auch eigens dafür ausgebildete
Kontaktbereiche aufweisen, um beispielsweise durch eine Verbindung durch
Laserschweißen, Ultraschallweißen oder dergleichen den elektrischen Kontakt zwischen den Batterieeinzelzellen herzustellen.
Der Aufbau von bipolaren Rahmenflachzellen ist dabei vergleichsweise komplex, sodass dieser insbesondere bei sogenannten Hochleistungsbatterien oder Hochvoltbatterien eingesetzt wird. Derartige Batterien sind beispielsweise aus dem Bereich von elektrisch angetriebenen Fahrzeugen, Hybridfahrzeugen oder dergleichen bekannt. Die
Aufgabenstellung an eine derartige Hochvolt- bzw. Hochleistungsbatterie ist die, dass bei hoher Leistungsdichte und hohem Leistungsvolumen eine sichere Batterie realisiert werden soll, welche einen zuverlässigen Betrieb über eine große Varianz von
verschiedenen Betriebsbedingungen hinweg gewährleistet. Um die Anforderungen an Leistungsdichte und Leistungsvolumen bestmöglich erfüllen zu können, ist im
Allgemeinen der Aufbau derartiger Batterieeinzelzellen einer Hochvoltbatterie in Lithium- Ionen-Technologie zu bevorzugen. Der Aufbau einer Batterie aus Batterieeinzelzellen in Lithium-Ionen-Technologie erfordert jedoch eine Möglichkeit zur aktiven Temperierung, insbesondere zur aktiven Kühlung, der Batterieeinzelzellen.
Aus dem allgemeinen Stand der Technik ist es hierfür bekannt, bei bipolaren
Rahmenflachzellen an den Hüllblechen entsprechende Kühlfahnen vorzusehen und diese idealerweise durch Abkanten um 90 Grad so parallel in Stapelrichtung der
Batterieeinzelzellen zu positionieren, dass diese über eine seitlich aufgepresste plattenartige Kühleinrichtung gekühlt werden können. Um einen Kurzschluss durch die typischerweise aus einem metallischen Material ausgebildete Kühlplatte zu verhindern, wird zwischen den Kühlfahnen und der Kühlplatte typischerweise ein wärmeleitendes, jedoch elektrisch isolierendes Material, beispielsweise eine Wärmeleitfolie, eine geeignete Vergussmasse oder dergleichen, angeordnet. Dieser Aufbau ist soweit aus dem Stand der Technik bekannt. Ein Nachteil bei diesem Aufbau besteht darin, dass die Batterieeinzelzellen, welche typischerweise zu einem Stapel aufgestapelt die Batterie bilden und mit der Kühlplatte verbunden werden, fest untereinander verpresst sind. Durch die unvermeidlichen
Unterschiede in der Temperatur der Kühlplatte einerseits und der Kühlfahnen bzw.
Hüllbleche der Batterieeinzelzellen andererseits sowie eventuell unterschiedlicher spezifischer Wärmedehnungen der Materialien kann es sehr leicht zu hohen
mechanischen Spannungen jeder der Batterieeinzelzellen kommen. Diese hohen mechanischen Spannungen belasten den Isolierrahmen und können diesen, je nach Ausgestaltung und Größe, schlimmstenfalls schädigen und so die Dichtheit der
Batterieeinzelzelle gefährden.
Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht nun darin, eine Batterieeinzelzelle anzugeben, welche als bipolare Rahmenflachzelle so aufgebaut ist, dass die oben genannte Problematik weitgehend vermieden werden kann und, das die mechanischen Spannungen auf die Batterieeinzelzelle durch die Kühlung der Batterieeinzelzelle minimiert werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Batterieeinzelzelle mit den Merkmalen im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Batterieeinzelzelle ergeben sich aus den hiervon abhängigen Unteransprüchen.
Die erfindungsgemäße Batterieeinzelzelle weist wenigstens eine Kühlfahne auf, welche von wenigstens einem der Hüllbleche abgekantet ist. Die abgekantete Kühlfahne von wenigstens einem der Hüllbleche weist dabei erfindungsgemäß einen mäanderförmigen Abschnitt auf. Unter einem mäanderförmigen Abschnitt im Sinne der Erfindung kann dabei sowohl ein wellenförmiger Abschnitt als auch ein U-förmiger Abschnitt, welcher dann lediglich einen einzigen Mäander aufweist, verstanden werden. Die Mäander müssen dabei nicht zwingend in einer kurvenform verlaufen sondern können auch rechteckig oder spitz ausgebildet sein, so dass ein V-förmiges, Z-förmiges,
Sägezahnförmiges Profil oder dergleichen entsteht. Dieser mäanderförmige Abschnitt, welcher gemäß einer sehr vorteilhaften Weiterbildung parallel zu der durch das Abkanten ausgebildeten Kante verläuft, ermöglicht einen Längenausgleich der Kühlfahne durch die Eigenelastizität ihres Materials. Thermisch induzierte Spannungen zwischen einer mit der Kühlfahne verbundenen Kühleinrichtung und der Batterieeinzelzelle werden durch die Kühlfahne deshalb nicht vollständig auf die Batterieeinzelzelle übertragen, sondern es findet eine mechanische Entkopplung über den mäanderförmigen Abschnitt statt.
Hierdurch wird die Belastung der Batterieeinzelzelle durch thermisch bedingte
Spannungen minimiert und die Gefahr einer Überlastung eines zwischen den Hüllblechen angeordneten Isolierrahmens, welcher diese im Idealfall miteinander verbindet, wird minimiert.
In einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Batterieeinzelzelle kann es ferner vorgesehen sein, dass der mäanderförmiger Abschnitt im Bereich zwischen der abgekanteten Kühlfahne und dem Hüllblech angeordnet ist. Der zum Längenausgleich genutzte oder mäanderförmige Bereich kann also idealerweise im Bereich der Abkantung selbst zwischen dem Hüllblech und der Kühlfahne ausgebildet sein und sorgt somit für eine sehr gute mechanische Längsentkopplung der beiden einstückig miteinander ausgebildeten Teile in Stapelrichtung.
Gemäß einer sehr günstigen Weiterbildung der erfindungsgemäßen Batterieeinzelzelle ist es außerdem vorgesehen, dass genau eines der Hüllbleche an seinen Kühlfahnen oder seiner Kühlfahne jeweils einen mäanderförmigen Bereich aufweist. Hierdurch wird der Aufwand bei der Herstellung der Hüllbleche entsprechend reduziert, da lediglich eines der Hüllbleche für jede der Batterieeinzelzellen einen derartigen Abschnitt aufweisen muss. Dies reicht für die mechanische Entkopplung der Batterieeinzelzelle aus und reduziert den Aufwand bei der Herstellung der Hüllbleche.
In einer weiteren sehr günstigen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen
Batterieeinzelzelle ist es ferner vorgesehen, dass jedes der Hüllbleche einen
schalenförmigen Mittelteil aufweist, welcher von einem Siegelflansch umgeben ist, wobei vom Siegelflansch die wenigstens eine Kühlfahne abgekantet ist. Ein solcher Aufbau mit Hüllblechen, welche einen schalenförmigen Mittelteil aufweisen, ist im Prinzip aus älteren Schriften der Anmelderin bekannt. Die schalenförmigen Mittelteile werden jeweils von einem Siegelflansch umgeben, welche durch einen einteiligen oder mehrteiligen
Isolierrahmen, welcher zwischen die Siegelflansche der beiden Hüllbleche einer
Batterieeinzelzelle eingelegt wird, entsprechend miteinander verbunden und elektrisch gegeneinander isoliert sind. Die Verbindung kann beispielsweise von einem
thermoplastischen Isolierrahmen oder einem mit thermoplastischen Materialanteilen versehenen Isolierrahmen durch eine sogenannte„Heißsiegelung", also das Einwirkung von Temperatur erfolgen. Die Kühlfahne kann dann einfach und effizient von dem
Siegelflansch um 90 Grad abgekantet werden, sodass diese einerseits als Kühlfahne dient und andererseits als eine Art„Ständer" das Aufstellen der Batterieeinzelzellen beim Stapeln ermöglicht.
In einer weiteren sehr günstigen Ausgestaltung hiervon ist es dabei vorgesehen, dass die mäanderförmigen Abschnitte sich von der Außenfläche der Kühlfahne entlang des Siegelflanschs in Richtung des schalenförmigen Mittelteils erstrecken. Der oder die oder mäanderförmigen Abschnitte liegen also in einem Bereich, in dem zwischen dem schalenförmigen Mittelteil und der Kühlfahne ansonsten lediglich der Siegelflansch angeordnet ist. Da dieser in Stapelrichtung eine minimale Ausdehnung hat, bleibt zwischen der Kühlfahne und dem schalenförmigen Mittelteil in jeder der
Batterieeinzelzellen ein ungenutzter Freiraum. Die mäanderförmigen Abschnitte ragen genau in diesen Freiraum, sodass die mechanische Entkopplung zwischen der Kühlfahne und wenigstens einem der Hüllbleche ohne zusätzlichen Bauraumbedarf bei der
Batterieeinzelzelle realisiert werden kann. Dies gewährleistet weiterhin einen sehr kompakten Aufbau mit dem zusätzlichen Vorteil der mechanischen Entkopplung und damit der Minimierung von Spannungen, welche schlimmstenfalls zu einer Undichtheit der Batterieeinzelzelle führen könnten.
Neben der Ausbildung der Kühlfahne bzw. der Kühlfahnen mit den U-förmigen oder mäanderförmigen Abschnitten ist es selbstverständlich auch möglich beim Einsatz von Kontaktfahnen, welche von den Hüllblechen abgekantet werden, diese analog
auszubilden, um so eine thermische Entkopplung auch im Bereich der Kontaktfahnen zu erzielen, und hierdurch die auf die Batterieeinzelzelle einwirkenden Spannungen weiter zu minimieren.
Eine Batterie auf Basis der erfindungsgemäßen Batterieeinzelzellen ist dabei aus einem Stapel eben dieser Batterieeinzelzellen ausgebildet, wobei die Kühlfahnen der
Batterieeinzelzellen mit einer Kühleinrichtung, insbesondere einer aktiv kühlbaren
Kühlplatte, thermisch verbunden sind, wobei zwischen der Kühleinrichtung und den Kühlfahnen eine wärmeleitende isolierende Schicht angeordnet ist. Über diesen Aufbau der Gesamtbatterie aus den Batterieeinzelzellen, vorzugsweise in Lithium-Ionen- Technologie, kann gewährleistet werden, dass eine sichere und zuverlässige Kühlung der Batterieeinzelzellen erzielt werden kann, und dass gleichzeitig die durch die Kühlung gegebenenfalls verstärkten mechanischen Spannungen aufgrund unterschiedlicher spezifischer Längenausdehnungskoeffizienten und Temperaturen soweit verringert werden, dass hiervon keine mechanische Überlastung des Stapels der
Batterieeinzelzellen zu befürchten ist, welcher gegebenenfalls Undichtheiten in einer oder mehrerer der Batterieeinzelzellen verursachen könnte.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Batterieeinzelzelle sowie eines Zellblocks als wesentlicher Teil der Batterie ergeben sich aus den restlichen Ansprüchen und werden anhand des Ausführungsbeispiels deutlich, welches nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben wird.
Dabei zeigen:
Fig. 1 eine Batterieeinzelzelle gemäß der Erfindung in einer Explosionsdarstellung;
Fig. 2 eine Seitenansicht der Batterieeinzelzelle gemäß Fig. 1 ;
Fig. 3 mehrere zu einem Teil einer Batterie aufgestapelte Batterieeinzelzellen;
Fig. 4 die wesentlichen Bestandteile einer Batterie in einer Explosionsdarstellung; und
Fig. 5 eine Darstellung analog Fig. 4 im zusammengesetzten Zustand.
In der Darstellung der Figur 1 ist eine Batterieeinzelzelle 1 in Form einer bipolaren Rahmenflachzelle in einer Explosionsdarstellung zu erkennen. Ein wesentlicher
Bestandteil der Batterieeinzelzelle 1 ist dabei eine Elektrodenanordnung 2, welche als Stapel von einzelnen Elektroden und Separatoren aufgebaut ist. Dieser Aufbau wird dann mit einem Elektrolyten getränkt und bildet die Zellchemie im Inneren der
Batterieeinzelzelle 1. Die hier beschriebene Batterieeinzelzelle 1 soll dabei in Lithium- Ionen-Technologie ausgebildet sein. Die Elektrodenanordnung 2 weist ein positives Kontaktelement 3 sowie ein negatives Kontaktelement, welches in der Darstellung der Figur 1 nicht zu erkennen ist, auf der gegenüberliegenden Seite der Elektrodenanordnung 2 auf.
Den äußeren Abschluss der Batterieeinzelzelle 1 bilden zwei sogenannte Hüllbleche 4, 5, welche in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel jeweils einen schalenförmigen Mittelteil 6 aufweisen, welcher von einem Siegelflansch 7 umgeben ist. Zumindest im Bereich des Siegelflansches 7 eines oder gegebenenfalls auch beider der Hüllbleche 4, 5 wird dann ein elektrisch isolierendes Kunststoffmaterial, vorzugsweise ein
thermoplastisches Material, aufgebracht. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel werden zwei Isolationsschalen 8 verwendet, welche beispielsweise auf die Innenfläche der jeweiligen Hüllbleche 4, 5 auflaminiert sein können. Die beiden hier beispielhaft verwendeten Isolationsschalen 8 weisen jeweils einen Durchbruch 9 auf, über welchen die elektrischen Kontaktelemente, also das positive Kontaktelement 3 sowie das hier nicht erkennbare, da hinter der Elektrodenanordnung 2 angeordnete negative Kontaktelement, ragen. Die Kontaktelemente werden dann mit der jeweiligen Seitenwand des
schalenförmigen Mittelteils 6 des jeweiligen Hüllblechs 4, 5 verbunden, beispielsweise verschweißt. Dies kann insbesondere durch Laserschweißen, Pressschweißen,
Ultraschallschweißen oder dergleichen erfolgen.
Die beiden Hüllbleche 4, 5 mit der zwischen ihren schalenförmigen Mittelteilen 6 eingebrachten Zellchemie werden dann miteinander zu der Batterieeinzelzelle 1 verbunden. Sie bilden dabei, wie durch + und - angedeutet die beiden Pole der
Batterieeinzelzelle 1 aus. Die Verbindung kann insbesondere durch eine sogenannte Heißsiegelung erfolgen, indem im Bereich der Siegelflansche 7 durch eine Erwärmung das Material der mit den Hüllblechen 4, 5 verbundenen Isolationsschalen 8 partiell aufgeschmolzen wird und hierdurch ein dichter und elektrisch isolierender Verbund zwischen den beiden Hüllblechen 4, 5 realisiert wird.
Dieser Aufbau einer verschlossenen Batterieeinzelzelle 1 ist in einer Seitenansicht in der Darstellung der Figur 2 zu erkennen. Sowohl in der Darstellung der Figur 1 als auch in der Darstellung der Figur 2 sind dabei an jedem der Hüllbleche 4, 5 Kontaktfahnen 10 zu erkennen. Diese Kontaktfahnen 10 sind in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel im oberen Bereich jeweils an den äußeren Kanten durch eine überstehende Lasche des Materials des Siegelflanschs 7, welche um 90 Grad abgekantet worden sind, ausgebildet. Sie dienen zur elektrischen Kontaktierung der Batterieeinzelzelle 1. Auf der
gegenüberliegenden Seite der Kontaktfahnen 7 befindet sich eine abgekantete Kühlfahne 1 1 , welche ebenfalls um 90 Grad von dem Siegelflansch 7 abgekantet worden ist. Diese Kühlfahne 11 kann später mit einer Kühleinrichtung 12 in Verbindung gebracht werden, sodass durch eine Kühlung der Hüllbleche 4, 5 eine Kühlung der Batterieeinzelzelle 1 sicher und zuverlässig erfolgen kann. Dabei spielt in der Praxis nicht nur eine Kühlung, sondern bei bestimmten Betriebstemperaturen auch eine Erwärmung der
Batterieeinzelzelle 1 eine Rolle, beispielsweise bei der Inbetriebnahme bei sehr kalten Umgebungstemperaturen. Dies ist allgemein bekannt und üblich, sodass nachfolgend weiterhin nur der Begriff Kühlung angewandt wird, wobei hierunter neben einer Kühlung im Prinzip auch eine Erwärmung, also eine Temperierung der Batterieeinzelzelle 1 in beide Richtungen verstanden werden kann.
Um nun mechanische Spannungen aufgrund unterschiedlicher spezifischer
Längenausdehnungen und unterschiedlicher Temperaturen in den einzelnen Bauteilen, beispielsweise in der später noch dargestellten Kühleinrichtung 12 und den Kühlfahnen 11 sowie den mit den Kühlfahnen 11 verbundenen bzw. einstückig mit diesen
ausgebildeten Hüllblechen 5 weitgehend zu minimieren, sind in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel, und in der Darstellung der Figur 2 besonders gut zu erkennen, in einer der Kühlfahnen 11 sowie in den beiden Kontaktfahnen 10 des Hüllblechs 4 jeweils U-förmige Abschnitte 13 vorgesehen. Diese U-förmigen Abschnitte 12, welche genauso gut auch V-förmig, Z-förmig oder ganz allgemein mäanderförmig ausgebildet sein könnten, erlauben einen Längenausgleich durch die Elastizität des Materials der
Kühlfahne 1 bzw. der Kontaktfahne 10 in der durch den Doppelpfeil in der Darstellung der Figur 2 gezeigten Art in Stapelrichtung. Mechanischen Spannungen, welche insbesondere auf die zwischen den Siegelflanschen 7 angeordneten Isolationsschalen 8 und die Verbindung der Isolationsschalen 8 untereinander und der Isolationsschalen 8 mit den Hüllblechen 4, 5 nachteilige Auswirkungen haben könnten, können hierdurch vermieden werden. Dieser Aufbau mit den U-förmigen Abschnitten 13 im Bereich der Kontaktfahnen 10 und der Kühlfahne 11 des Hüllblechs 4 ermöglicht so eine sehr gute mechanische Entlastung der Batterieeinzelzelle 1. Der Aufwand zum Einbringen der parallel zu den durch das Abkanten ausgebildeten kantenverlaufenden U-förmigen Abschnitte 13 lässt sich dabei minimieren, da dieser Herstellungschnitt und das zusätzliche Material nur für eines der Hüllbleche, nämlich für das Hüllblech 4 notwendig ist. Sollte die Verwendung von Gleichteilen einen entscheidenden Vorteil gegenüber dem Einsparen von Arbeitsaufwand und Material bei der Verwendung unterschiedlicher Formbleche von Hüllblechen 4, 5 ermöglichen, so wäre es ebenso gut denkbar, beide Hüllbleche 4, 5 identisch auszubilden. Dies ist zur mechanischen Entlastung der
Batterieeinzelzelle 1 prinzipiell jedoch nicht notwendig.
Die Batterieeinzelzellen 1 werden dann, wie in der Darstellung der Figur 3 in einer dreidimensionalen Ansicht dargestellt, zu einem Stapel 14 von Batterieeinzelzellen aufgestapelt. Die Kontaktfahnen 10 der benachbarten Batterieeinzelzellen 1 werden untereinander verbunden, beispielsweise durch ein Schmelz- oder
Pressschweißverfahren, durch Ultraschallschweißung, Widerstandspunktschweißung, Laserschweißung oder dergleichen. In der Darstellung der Figur 3 sind beispielhaft Ultraschallschweißpunkte 15 im Bereich der Kontaktfahnen 10 dargestellt. Die einzelnen Kühlfahnen 11 können zur Ausbildung eines stabilen Stapels 14 der Batterieeinzelzellen 1 dabei in vergleichbarer Art und Weise miteinander verbunden werden. Um dies zu symbolisieren, sind auch hier die entsprechenden Ultraschallschweißpunkte 15 in der Darstellung der Figur 3 angedeutet.
Der so vormontierte Stapel 14 ist wiederum in der Figur 4 zu erkennen. Durch die aus Figur 3 erkennbare elektrische Verbindung der Batterieeinzelzellen durch eine
entsprechende Verbindung ihrer Hüllbleche und Kontaktfahnen untereinander wird eine Reihenschaltung der zu dem Stapel 14 aufgestapelten Batterieeinzelzellen erzielt. Der in Figur 4 dargestellte Stapel 14 wird dann zur Kontaktierung des Gesamtstapels an seinen beiden Enden mit Hochvoltanschlusspolen 16 in genau der Art verbunden, in welcher auch die Batterieeinzelzellen 1 im Bereich ihrer Kontaktfahnen 10 und Kühlfahnen 11 miteinander verbunden sind.
Der Stapel 14 wird dann über eine zwischengelegte Wärmeleitfolie 17, welche eine elektrische Isolation bei guter Wärmeleitung gewährleistet, auf die bereits erwähnte Kühleinrichtung 12 in Form einer Kühlplatte aufgelegt. Die Kühleinrichtung 12 kann beispielsweise von einem gasförmigen oder insbesondere von einem flüssigen
Kühlmedium durchströmt werden, wie dies durch die Anschlüsse 18 prinzipmäßig angedeutet ist. Zur Verbindung der Kühleinrichtung 12 mit dem Stapel 14 sind in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel seitlich auf der Kühleinrichtung 12 Leisten 19 aufgeschoben oder an die Kühleinrichtung 12 angespritzt. Diese Leisten bestehen aus einem Kunststoff, welcher elektrisch isolierende Eigenschaften hat. Er weist einzelne Zapfen 20 auf, welche auf der Oberseite der jeweiligen Leiste 19 entlang verteilt sind. Diese Zapfen 19 korrespondieren beim Aufsetzen des Stapels 14 mit Löchern 21 im Bereich jedes einzelnen Kühlblechs 11 , welche in der Darstellung der Figuren 1 und 3 besser zu erkennen sind. Diese Löcher 21 sind dabei in der Art von Langlöchern oder als ovale Löcher ausgebildet, um so einen Toleranzausgleich zu ermöglichen. Hierdurch wird ein sicheres und zuverlässiges Platzieren des Stapels 14 auf den mit der Kühleinrichtung 12 verbundenen Leisten 19 bzw. den auf ihnen angebrachten Zapfen 20 ermöglicht. Im zusammengebauten Zustand, welcher in der Darstellung der Figur 5 zu erkennen ist, sind diese Zapfen dann entsprechend aufgeschmolzen, sodass diese mit den Löchern 21 vernietet werden und den Stapel 14 sicher und zuverlässig über die Leisten 19 auf der Kühleinrichtung 12 halten. Dieses Vernieten kann beispielsweise durch eine
Ultraschallnietung oder einen thermisch erwärmten Nietkopf so erfolgen, dass der Stapel 14 formschlüssig mit dem aufgeschmolzenen Material der Zapfen verbunden wird und hierdurch eine sichere und zuverlässige Montage des Stapels 14 auf der Kühleinrichtung 12 erreicht werden kann.
Der in Figur 5 dargestellte Aufbau des Stapels 14 und der Kühleinrichtung 12 mit den entsprechenden Hochvoltanschlusspolen 16, welche hier wiederum analog zur
Darstellung in Figur 1 als Pluspol und Minuspol des Stapels 14 gekennzeichnet sind, entspricht dann dem Kern der eigentlichen Batterie, welche lediglich um ein Gehäuse sowie eine geeignete Herausführung der Anschlüsse aus dem Gehäuse und
gegebenenfalls eine Batterieelektronik ergänzt werden muss.

Claims

Daimler AG Patentansprüche
Batterieeinzelzelle (1 ) in Form einer bipolaren Rahmenflachzelle mit zwei
Hüllblechen (4, 5), von welchen wenigstens eines auf wenigstens einer Seitenkante wenigstens eine abgekantete Kühlfahne (11 ) aufweist,
dadurch gekennzeichnet, dass
die abgekantete Kühlfahne (11 ) wenigstens eines Hüllblechs (4, 5) wenigstens mäanderförmigen Abschnitt (13) aufweist.
Batterieeinzelzelle (1 ) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Hüllbleche (3,
4) ferner abgekantete Kontaktfahnen (11 ) aufweisen, wobei die abgekantete Kontaktfahne (10) wenigstens eines Hüllblechs (4, 5) wenigstens einen mäanderförmigen Abschnitt (13) aufweist.
Batterieeinzelzelle (1 ) nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Kühlfahnen (1 1 ) und/oder die Kontaktfahnen (10) parallel zu der durch das Abkanten ausgebildeten Kante angeordnet sind.
Batterieeinzelzelle (1 ) nach Anspruch 1 , 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
der mäanderförmige Abschnitt (13) im Bereich zwischen der abgekanteten
Kühlfahne (11 ) und/oder Kontaktfahne (10) und dem jeweiligen Hüllblech (4, 5) angeordnet ist.
5. Batterieeinzelzelle (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
genau eines der Hüllbleche (4) an all seinen Kühlfahnen (11 ) und/oder
Kontaktfahnen (10) jeweils einen mäanderförmigen Abschnitt (13) aufweist.
6. Batterieeinzelzelle (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
jedes der Hüllbleche (4, 5) einen schalenförmigen Mittelteil (6) aufweist, welcher von einem Siegelflansch (7) umgeben ist, wobei von dem Siegelflansch (7) die wenigstens eine Kühlfahne (11 ) und/oder Kontaktfahne (10) abgekantet ist.
7. Batterieeinzelzelle (1 ) nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Kühlfahne (11 ) und die Kontaktfahnen (10) von dem Siegelflansch (7) abgekantet sind, wobei die Kühlfahne (11 ) und die Kontaktfahnen (10) auf gegenüberliegenden Seitenkanten des Hüllblechs (4, 5) ausgebildet sind.
8. Batterieeinzelzelle (1 ) nach einem der Ansprüche 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
die mäanderförmigen Abschnitte (13) sich von der Außenfläche der Kühlfahne (1 1 ) und/oder der Kontaktfahne (10) entlang des Siegelflanschs (7) in Richtung des schalenförmigen Mittelteils (6) erstrecken.
9. Batterieeinzelzelle (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Kühlfahne (11 ) mit dem darin angeordneten mäanderförmigen Abschnitt (13) sich über die gesamte Breite einer der Seitenkanten des Hüllblechs (4, 5) erstreckt.
10. Batterie aus einem Stapel (14) von Batterieeinzelzellen (1 ) nach einem der
Ansprüche 1 bis 9, wobei die Kühlfahnen (11 ) mit einer Kühleinrichtung (12), insbesondere einer aktiv kühlbaren Platte, thermisch verbunden sind, wobei zwischen der Kühleinrichtung (12) und den Kühlfahnen (11 ) eine wärmeleitende elektrisch isolierende Schicht (17) angeordnet ist.
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