WO2015132050A1 - Energiespeichereinheit mit einer mehrzahl von galvanischen zellen, batteriezelle für eine solche energiespeichereinheit und verfahren zur herstellung der batteriezelle - Google Patents

Energiespeichereinheit mit einer mehrzahl von galvanischen zellen, batteriezelle für eine solche energiespeichereinheit und verfahren zur herstellung der batteriezelle Download PDF

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energy storage
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storage unit
cell
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Jens Boehme
Joachim Fetzer
Sarmimala Hore
Holger Reinshagen
Michael Austen
Martin Gerlach
Silvan Poller
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Robert Bosch Gmbh
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Definitions

  • Energy storage unit with a plurality of galvanic cells, battery cell for such an energy storage unit and method for manufacturing the battery cell
  • the invention relates to an energy storage unit, in particular a battery module, having a plurality of galvanic cells, in particular of battery cells, the galvanic cells each having a first outer side comprising a first electrode and a second outer side comprising a second electrode and the galvanic cells by stringing the galvanic Cells are electrically interconnected with the outsides via the electrodes.
  • the invention generally relates to the interconnection of galvanic cells, in particular of battery cells, to a multicellular energy store.
  • the invention relates to a battery cell for use with such an energy storage unit and to a method for producing such a battery cell.
  • Such energy storage units and battery cells can be used in particular as mobile or stationarily used energy storage units.
  • a so-called hard case prismatic battery cells have for electrically contacting usually called cell terminals, which protrude from the hard case. These cell terminals are usually electrically interconnected to interconnect several such prismatic cells by means of so-called cell connectors by screw or weld.
  • a safety measure which also counteracts premature aging of the galvanic cells, is the tempering of the galvanic cells of an energy storage unit.
  • a cooling medium flowed through cooling plate, on which the galvanic cells are arranged is usually used as a cooling device. Disadvantageously goes up Such a cooling plate the weight, which is undesirable especially in vehicle.
  • thermal safety barriers are known, for example, from EP 2 605 301 A2, which are used between adjacent galvanic cells.
  • thermal runaway of a galvanic cell
  • these safety barriers are intended to prevent thermal runaway from transferring to adjacent galvanic cells and thus resulting in a chain reaction, as a consequence of which
  • an object of the invention to improve an energy storage unit, in particular a battery module, with a plurality of galvanic cells, in particular battery cells, in particular in that the weight of the energy storage unit is reduced, in particular with respect to the ratio of "passive Mass "(cell connector, cell housing, safety devices, etc.) to" active mass "(cathode material, anode material, solvents, etc.).
  • active mass active mass
  • the number of components that has the energy storage unit to be reduced and thus the production of an energy storage unit thus advantageously be cheaper.
  • the number of manufacturing steps required to produce an energy storage unit should be reduced.
  • an energy storage unit in particular a battery module, with a plurality of galvanic cells, in particular of battery cells, proposed, wherein the galvanic cells each have a first
  • Outer surface comprising a first electrode and a second outer side comprising a second electrode and the galvanic cells are electrically interconnected by juxtaposing the galvanic cells with the outer sides of the electrodes, and wherein the energy storage unit, a first frame member and a second Frame member comprises, which are connected to each other, in particular directly or indirectly connected to each other, wherein the first frame member is disposed at one end of the juxtaposition of the galvanic cells and the second frame member is arranged at the other end of the juxtaposition of the galvanic cells.
  • the first frame member and the second frame member are releasably connected to each other, in particular via a plug and / or a latching connection.
  • the frame cells advantageously fix the galvanic cells.
  • the position of the galvanic cells is advantageously determined by the frame elements.
  • the first frame element and the second frame element thus advantageously form quasi module end plates.
  • the arrangement of the battery cells via the first frame member and / or the second frame member is electrically contacted.
  • the first frame element and / or the second frame element advantageously comprises a contacting element, in particular a terminal, preferably a plug contact.
  • the invention is directed to hybrid, plug-in hybrid or electric vehicles as an energy source for providing the energy required for the operation of such a vehicle energy storage unit.
  • the galvanic cells are secondary battery cells, ie accumulator cells, particularly preferably rechargeable lithium-ion cells.
  • the galvanic cells are configured cuboid.
  • galvanic cells are provided which have a length between 5 cm and 50 cm (cm: centimeter), preferably a length between 10 cm and 30 cm. The cells preferably have a smaller width than length.
  • the thickness of these cells in particular between 0.5 cm and 10 cm; but it can also be provided with a thickness of, for example, 30 cm cells.
  • the dimensions of the cell are determined in particular by the type of galvanic cell. According to an advantageous embodiment variant of the invention
  • first frame member and / or the second frame member each completely framed at least one galvanic cell. If the energy storage unit according to the invention comprises only the first frame element and the second frame element as frame elements, it is provided in particular that the first one
  • Frame element and the second frame member completely enclose the galvanic cells, that is, in the first frame member and / or the second frame member advantageously more galvanic cells can be inserted.
  • a plurality of galvanic cells can be inserted in a frame element, wherein the first frame element and the second frame element are advantageously joined together after the galvanic cells have been arranged in the frame elements.
  • Frame member is disposed at least a third frame member which at least partially framed at least one galvanic cell of the energy storage unit, wherein advantageously the first frame member is connected via the at least one third frame member with the second frame member.
  • Energy storage unit each having a thickness which allows to frame exactly one of the galvanic cells of the energy storage unit.
  • two galvanic cells arranged one above the other are each framed in half by a third frame element of the energy storage unit, in particular in such a way that the mutually contacting outer sides of the galvanic cells are completely enclosed by the frame element.
  • the energy storage unit according to the invention comprises a plurality of third frame elements, which preferably have the same geometry.
  • the third frame elements of the energy storage unit advantageously by different additional functionalities, which in particular go beyond fixing and / or stabilizing the juxtaposition of the galvanic cells have.
  • the frame elements a high variability in terms of the number of galvanic cells to be interconnected.
  • the at least one third frame element is arranged in each case between equally sized groups of electrically interconnected galvanic cells of the energy storage unit. Equal large groups of electrically interconnected galvanic cells comprise the same number of electrically interconnected galvanic cells.
  • a group comprises only a single galvanic cell.
  • the at least one third frame element is designed such that in each case the number of galvanic cells belonging to a group is framed by the third frame element.
  • the first frame element and the at least one third frame element are each designed to completely frame a galvanic cell up to the half thereof. It is provided that starting with the first frame element first a galvanic cell is arranged in the first frame member, then a third frame member is connected to the first frame member, wherein the second half of the first galvanic cell is framed by this third frame member, then another half of the galvanic cell is introduced into this third frame element, and then in turn a third frame element is arranged on the previous third frame element, wherein in turn of this frame element in each case two galvanic cells are framed in half. This is advantageously continued until all the galvanic cells are electrically interconnected in this way.
  • the second frame element is added to the last third frame element, wherein the second frame element in particular fixes the last galvanic cell.
  • the frame elements thereby fulfill a sealing function and advantageously prevent the galvanic cells from coming into contact with moisture. Since the frame elements thus advantageously fulfill a housing replacement function as well as a fixing function and advantageously no cell connectors are required, the weight of the energy storage unit according to the invention is advantageously reduced.
  • the frame members are made of an electrically non-conductive plastic.
  • the frame elements are as
  • the frame elements each have at least one fixing element, wherein adjacent frame elements are each connected to each other via the at least one fixing element.
  • fixing elements locking hooks and corresponding receptacles are preferably provided for these latching hooks.
  • Other plug-in elements are also provided as preferred fixing elements, since this advantageously facilitates the construction of an energy storage unit according to the invention, as a result of which the production costs are advantageously reduced.
  • the fixing elements allow a releasable connection of the frame elements, whereby advantageously a defective galvanic cell can be exchanged in a simple manner.
  • an additional external tension is provided, in particular by means of a tensioning belt and / or by means of a cable tie and / or by means of a Adhesive tape, preferably by means of a glass fiber reinforced adhesive tape, wherein the outer tension is advantageously arranged around the frame members.
  • the first frame element and / or the second frame element and / or the at least one third frame element in each case at least one contacting element, wherein the at least one contacting element contacts at least one galvanic cell of the energy storage unit for detecting at least one parameter of the galvanic cell.
  • the frame elements due to their shape and the corresponding corresponding shape of the galvanic cells by placing the galvanic cell in the respective frame element, the galvanic cell is contacted such that at least one parameter of the galvanic cell, in particular a cell voltage and / or a cell current and / or a cell temperature can be detected by means of the at least one contacting element.
  • the at least one contacting element comprises, according to an advantageous development, at least one sensor for detecting at least one cell parameter.
  • the first frame element and / or the second frame element and / or the at least one third frame element in each case at least one connection element which is electrically conductively connected to the at least one contacting element, wherein the at least one connection element is connected to a cell monitoring unit and / or with a cell monitoring unit is connectable.
  • the structure of an energy storage unit according to the invention is advantageously further simplified.
  • advantageously corresponding lines for detecting cell parameters whereby advantageously the weight of an energy storage unit according to the invention over conventional energy storage units is further reduced.
  • a cell monitoring unit may in particular be a so-called cell supervising circuit (CSC).
  • CSC cell supervising circuit
  • the cell monitoring unit can be arranged in particular as an application-specific integrated circuit (ASIC: Application Specific Integrated Circuit) on the frame elements, preferably as part of a printed circuit board.
  • ASIC Application Specific Integrated Circuit
  • a ribbon cable or printed conductors applied to the carrier film, including bonding positions can be used in particular.
  • the first frame element and / or the second frame element and / or the at least one third frame element of the energy storage unit comprises a cell monitoring unit.
  • the first frame element and / or the second frame element and / or the at least one third frame element of the energy storage unit comprises a cell monitoring unit.
  • the first frame element and / or the second frame element and / or the at least one third frame element of the energy storage unit comprises a cell monitoring unit.
  • the first frame element and / or the second frame element and / or the at least one third frame element of the energy storage unit comprises a cell monitoring unit.
  • Frame element comprises a cell monitoring unit, wherein the cell monitoring unit is advantageously applied to a circuit board.
  • the first frame element and / or the second frame element each have a slot in which the cell monitoring unit having the board is inserted.
  • the Verschaltungsetzwand is advantageously further reduced and further reduced the manufacturing cost of an energy storage unit according to the invention.
  • a further particularly advantageous embodiment of the energy storage unit according to the invention provides that the first frame element and / or the second frame element and / or the at least one third frame element is each formed as a cooling device for controlling the temperature of at least one galvanic cell of the energy storage unit.
  • the frame element comprises at least one cooling channel, which is advantageously designed such that through this a coolant for controlling the temperature of the at least one galvanic cell can flow.
  • the frame elements thereby comprise a coolant supply connection and / or a coolant discharge connection, so that a
  • Coolant can circulate through the frame elements for temperature control of the galvanic cells.
  • a further advantageous embodiment provides that the first frame element and / or the second frame element and / or the at least one third frame element, an electric heating coil as a cooling device for controlling the temperature of at least one galvanic cell of the energy storage unit having.
  • the cooling device is then a heating device.
  • Such a configuration is particularly advantageous if the galvanic cells are to be tempered at low ambient temperatures to the optimum operating temperature, by means of the heating coil, the galvanic cells can be heated.
  • the first frame element and / or the second frame element and / or the at least one third frame element each comprise at least one projecting into the surface spanned by the frame element
  • Support element on which at least one galvanic cell of the energy storage unit rests with a support region of the galvanic cell.
  • the support element is arranged centrally in the respective frame element, so that the frame element advantageously encloses in each case half a battery cell.
  • Frame element and / or the second frame member advantageously have a closed to one side surface. This surface forms the support element.
  • the support elements preferably protrude only partially into the surface spanned by the frame element, in order to further simplify contacting of the galvanic cells via their outside without intermediate elements and thus with lower weight.
  • the energy storage unit comprises at least one safety barrier, which is arranged between two adjacently arranged galvanic cells of the energy storage unit, wherein the safety barrier provides an electrically conductive connection between these galvanic cells and is designed, a thermal chain reaction between them prevent galvanic cells. It is provided in particular that the safety barrier provides an electrically conductive connection between these galvanic cells and is designed, a thermal chain reaction between them prevent galvanic cells. It is provided in particular that the
  • Security barrier on the outer sides in each case comprises a contacting surface, which are electrically connected to one another via at least one electrically conductive connecting element, so that the battery cells spaced by this safety barrier are electrically contacted via these contacting surfaces.
  • the filler material is also designed as a temperature absorber, preferably via phase change materials (pcm).
  • the electrical connection can advantageously take place through the filling material and / or around the filling material, in particular as a metallic casing of the safety barrier or as a metallic outer surface of the safety barrier.
  • the at least one electrically conductive connection element is designed as a current interrupt device (CID, CID: Current Interrupt Device), in particular as a fuse wire fuse.
  • the at least one safety barrier is further designed as a cooling device for controlling the temperature of the galvanic cells surrounding the safety barrier.
  • the safety barrier preferably comprises at least one cooling channel, through which a coolant can be passed.
  • the safety barrier comprises an electrical heating coil for controlling the temperature of the galvanic cells surrounding the safety barrier.
  • the at least one third frame element is designed as the safety barrier.
  • the functionality of the at least one third frame element is advantageously increased further.
  • at least some of the third frame elements of an energy storage unit according to the invention are designed as a safety barrier, so that, for example, between four galvanic cells a safety barrier is arranged, whereby advantageously the safety of the energy storage unit according to the invention is further increased.
  • the safety barrier advantageously prevents a chain reaction in the case of thermal runaway of one of the galvanic cells of the energy storage unit.
  • battery cells are provided as galvanic cells, in particular battery cells with the features according to one of the embodiments listed below.
  • a battery cell is furthermore proposed for use with an energy storage unit according to the invention, wherein the battery cell has at least one electrode arrangement surrounded by a first half shell and by a second half shell with at least one cathode and at least one anode, wherein the first half shell and the second half-shell are connected via a connection region and the first half-shell comprises the first electrode of the battery cell and the second half-shell comprises the second electrode of the battery cell.
  • Such a battery cell is characterized by a low number of components and a particularly good weight ratio of passive material of the battery cell to active material of the battery cell, since the passive material accounts for only a small proportion by weight of the battery cell according to the invention.
  • a battery cell has a particularly high energy density, in particular in an embodiment of the battery cell as a lithium-based battery cell, in particular as a lithium-ion cell.
  • the inventive design of the battery cell a contacting of several such battery cells by juxtaposition of the battery cells on their outer sides formed by the half-shells. It is particularly preferred that the electrode arrangement is designed as a cell roll ("jelly roll") or as a cell stack.
  • the battery cell according to the invention is designed in the manner of a pouch cell, wherein instead of or in addition to a surrounding electrode arrangement non-conductive outer shell, the electrode assembly is enclosed by the half-shells and the at least one cathode electrode with the first half-shell and the at least one anode electrode is contacted with the second half-shell electrically conductive.
  • the first half-shell of the battery cell comprises a first metallic foil, in particular a first metal foil
  • the second half-shell of the battery cell comprises a second metallic foil, in particular a second metal foil.
  • the first half-shell is formed by the first metallic foil
  • the second half-shell is formed by the second metallic foil.
  • the battery cell thereby formed in the manner of a pouch cell, which is enclosed by the first half-shell and the second half-shell.
  • the first half-shell and the second half-shell each have a thickness between 40 ⁇ and 220 ⁇ ( ⁇ : microns) on.
  • the first metallic foil is a stainless steel foil or a
  • Copper foil is and the second metallic foil is an aluminum foil or an aluminum alloy foil.
  • the first half-shell is formed by a first metallized film and the second half-shell is formed by a second metallized film.
  • Design variant coated metal foils provided, in particular aluminum coated stainless steel foils or a nickel coating.
  • the first metallic foil is formed by means of a deep-drawing process to the first half-shell and the second metallic foil formed by a deep drawing process to the second half-shell.
  • the battery cell is preferably designed in the manner of a pouch cell.
  • the first half shell and the second half shell each have a peripheral edge formed in the manner of a fold. This is the result of the
  • Half shell formed housing of the battery cell according to the invention advantageously further stabilized despite the low material thickness of the metallic films.
  • a half shell or the volume space formed by the half shell has a depth of between 3 mm and 15 mm (mm: millimeters).
  • mm millimeters
  • the width of the battery cell is advantageously smaller than the length of the battery cell.
  • a further advantageous embodiment of the battery cell according to the invention provides that the cathode of the at least one electrode assembly is electrically conductively connected to the first half-shell and the anode of the at least one electrode assembly is electrically conductively connected to the second half-shell, wherein between the first half-shell and the second half-shell in the connection region at least one insulator element is arranged, such that the first half-shell against the second half-shell is electrically isolated.
  • the connection of the cathode with the first half-shell is advantageously carried out via an electrically conductive connecting element, wherein the connecting element electrically conductively contacts the inside and / or the outside of the first half-shell.
  • connection of the anode to the second half-shell is advantageously carried out via a further electrically conductive connecting element, wherein the further connecting element electrically conductively contacts the inside and / or the outside of the second half-shell.
  • a further advantageous embodiment of the battery cell according to the invention provides that the electrode assembly is surrounded by an electrically non-conductive inner layer, in particular an electrically non-conductive inner shell, to which the first half-shell and the second half-shell connect to the outside. As a result, the half shells are advantageously isolated against the cell interior.
  • the cathode of the at least one electrode arrangement is electrically conductively connected to the first half-shell via a first electrically conductive connecting element and the anode is the at least one
  • Electrode arrangement is electrically conductively connected to the second half-shell via a second electrically conductive connecting element, wherein the first connecting element and the second connecting element are led out of the inner layer and the half-shells of the battery cell and the first connecting element electrically conductively contacts the first half-shell on its outer side and the second Connecting element contacted the second half-shell on the outside electrically conductive.
  • the battery cell comprises at least a first electrode arrangement with a cathode and an anode and at least a second electrode arrangement with a cathode and anode, wherein the cathode of the first electrode arrangement electrically conductively contacts the first half-shell of the battery cell, the anode of the second Electrode arrangement contacts the second half-shell of the battery cell electrically conductive and the battery cell between each of the first Electrode assembly and the second electrode assembly comprises an electrically conductive, the first electrode assembly of the second electrode assembly spatially separating separator, which is electrically conductively contacted by the anode of the first electrode assembly and the cathode of the second electrode assembly.
  • the separating element is an ionic barrier, by which an ion exchange is prevented.
  • a solvent exchange is advantageously made possible via the separating element.
  • this provides a battery cell with a bipolar design.
  • the separating element is advantageously electrically insulated both against the first half-shell and against the second half-shell, advantageously with at least one insulator element. Due to the bipolar design advantageously the ratio of passive material to active material of the battery cell is further improved. This advantageously leads to a further reduction in weight, in particular when using such a battery cell in an energy storage unit according to the invention.
  • a further advantageous embodiment of the battery cell according to the invention provides that between the first half-shell and the second half-shell in the connection region at least one cooling device, preferably at least one cooling channel, is arranged for controlling the temperature of the battery cell.
  • the at least one cooling device is designed to be permeable by a coolant.
  • at least one cooling device for temperature control of the battery cell between the first half-shell and the second half-shell is arranged, preferably on the outside of the battery cell.
  • a cooling device in particular a cooling channel, is arranged on the outside of the battery cell between the first half shell and a first separating device and the first separating device and at least one further separating device and between the at least one further separating device and the second half shell.
  • the cooling devices are several such Battery cells connectable to each other, so that a coolant flows through the cooling devices of several battery cells.
  • Connection region each have a flat leaking edge, wherein the border of the first half-shell are connected to the border of the second half-shell with each other electrically non-conductive.
  • the border of the first half-shell is glued to the edge of the second half-shell electrically non-conductive.
  • Edge of the battery cell thereby formed as a contact area for positioning a battery cell in a frame element of an energy storage unit according to the invention.
  • An advantageous embodiment variant for this purpose provides that the first half-shell and the second half-shell are connected to one another by means of a flanged adhesive connection and / or by means of an adhesive plug connection.
  • the cathode is contacted with a first terminal element, wherein the first terminal element breaks through the first half-shell on the outside thereof, and wherein the first terminal element is electrically insulated from the first half-shell.
  • the anode of a battery cell according to the invention is contacted with a second terminal element, wherein the second terminal element breaks through the second half-shell on the outside thereof, and wherein the second terminal element is electrically insulated from the second half-shell.
  • the battery cell is advantageously electrically contacted when a plurality of such battery cells are lined up, so that a connection of battery cells according to the invention is made possible by stringing together.
  • the first half-shell and / or the second comprises Half shell, the first electrode and the second electrode of the battery cell without even the first electrode and the second electrode to form.
  • Cathode and an anode in particular at least one cell coil or a cell stack can be enclosed by the first half-shell and the second half-shell, the cathode and the anode of an electrode assembly are electrically conductively contacted such that a contacting of the cathode on the first outer side of the first half-shell is made possible and a contact of the anode over the second outer side of the second half-shell is made possible, and the first half-shell and the second half-shell are electrically non-conductive interconnected.
  • the first half shell is formed and / or by means of a deep drawing of the second metallic foil, in particular a second metal foil, the second half shell is formed ,
  • the metallic foil advantageously becomes dimensionally stable.
  • a stainless steel or a copper foil is provided as the first metallic foil.
  • a second metallic foil is in particular a
  • first metallic foil and / or the second metallic foil each have a material thickness of between 50 ⁇ m and 200 ⁇ m.
  • the first metallic foil and / or the second metallic foil are each a metallized foil.
  • an electrically non-conductive inner layer is arranged on the first metallic foil and / or an electrically non-conductive outer layer is arranged, such that the inner layer is at least partially on the inner side of the first half-shell is arranged and the outer layer is at least partially disposed on the outside of the first half-shell, and / or arranged on the second metallic foil, an electrically non-conductive inner layer and / or arranged an electrically non-conductive outer layer, such that the inner layer at least partially on the Is arranged inside the second half-shell and the outer layer is at least partially disposed on the outside of the second half-shell.
  • the arrangement of the inner layer and / or the outer layer takes place on the respective metal foil before forming the metal foil to the half-shell.
  • the inner layer and the outer layer are each interrupted.
  • the inner layer and the outer layer each have a perforation for this purpose.
  • Figure 1 is a schematic representation of a perspective view of an embodiment of an energy storage unit according to the invention.
  • FIG. 2 is a schematic representation of a perspective view of an exemplary embodiment of frame elements of an energy storage unit according to the invention
  • FIG. 3 in a schematic highly simplified representation of a
  • FIG. 4 shows a schematic representation of a perspective view of a further exemplary embodiment of a frame element of an energy storage unit according to the invention; in a schematic representation of a front view of an embodiment of a battery cell for use in an energy storage unit according to the invention; in a schematic representation of a plan view of the battery cell shown in Figure 5; in a schematic representation of a side view of another embodiment of a battery cell for use in an energy storage unit according to the invention; in a schematic representation of an embodiment of a contacting of battery cells of an energy storage unit according to the invention via a safety barrier; in a schematic representation of a further embodiment of a contacting of battery cells of an energy storage unit according to the invention via a safety barrier; in a schematic representation of a further embodiment of a battery cell for use in an energy storage unit according to the invention; in a schematic representation of a further embodiment of a battery cell for use in an energy storage unit according to the invention; in a schematic representation of a further embodiment of a battery cell for use in an energy storage unit
  • FIG. 24 a in a schematic representation of an embodiment of a
  • 24 b is a schematic representation of an exemplary embodiment of a further manufacturing state of a battery cell designed according to the invention.
  • 24 c is a schematic representation of an embodiment of a further manufacturing state of a manufactured inventively designed battery cell
  • FIG. 25 shows a schematic illustration of a further exemplary embodiment of a battery cell according to the invention for use in an energy storage unit according to the invention
  • 26 shows a schematic illustration of a further exemplary embodiment of a battery cell according to the invention for use in an energy storage unit according to the invention.
  • FIG. 27 shows a schematic illustration of a further exemplary embodiment of an interconnection of battery cells designed according to the invention.
  • the embodiment shown in Fig. 1 shows an energy storage unit 1 according to the invention, which is presently designed as a battery module.
  • the energy storage unit 1 comprises a plurality of galvanic cells 2 designed as secondary battery cells.
  • the galvanic cells 2 are rechargeable lithium-ion cells are.
  • the galvanic cells 2 are designed such that their outer sides 3, 4 each comprise the electrodes of the galvanic cell 2, namely the outer side 3, the first electrode, for example the positive electrode, and the second outer side 4, the second electrode 6, for example, the negative Electrode.
  • the first outer side 3 forms the first electrode 5
  • the second outer side 4 forms the second electrode 6.
  • the galvanic cells 2 of the energy storage unit 1 are electrically interconnected by lining up 9 with each other electrically via the electrodes 5, 6 formed by the outer sides 3, 4. In this case, the galvanic cells 2 are fixed by a plurality of frame elements 7, 8, 12.
  • the energy storage unit 1 comprises at one end 10 a first
  • a first galvanic cell 2 is arranged, wherein the first frame member 7, the first galvanic cell 2 partially encloses.
  • a border 25 of the outer shell 26 of the galvanic cell 2 forms a contact area with the respective galvanic cell
  • a third frame element 12 is arranged on the first frame element 7 with the galvanic cell 2 arranged halfway therein, this third frame element 12 framing the other half of this galvanic cell 2. Moreover, this third frame element 12 framed in half the further galvanic cell 2 connected to the first galvanic cell 2. In this way, several third frame elements 12 and further galvanic cells 2 adjoin one another, wherein a last galvanic cell 2 at the end 11 of the series 9 of the galvanic cells 2 is partially enclosed by a second frame element 8.
  • the frame members 7, 8, 12 are each releasably connected to each other via fixing elements 13.
  • a fixing element 13 is in particular a Latch hook provided which engages in a corresponding catch (not shown in Fig. 1 explicitly).
  • the first frame member 7 is releasably connected via the further third frame members 12 with the second frame member 8.
  • the frame elements 7, 8, 12 are formed in the embodiment of an energy storage unit 1 according to the invention shown in Fig. 1 as a cooling device for the galvanic cells 2 and for this purpose each have a cooling channel 16 through which a coolant can flow.
  • the frame elements 7, 8, 12 each contacting elements (not shown in Fig. 1), wherein the contacting elements each have a galvanic cell 2 of the energy storage unit 1 for detecting battery cell parameters, in particular battery cell voltages and / or battery cell currents and or battery cell temperatures.
  • the frame elements 7, 8, 12 each have at least one connection element (not explicitly shown in FIG. 1), which is electrically conductively connected to the contacting elements.
  • the connection element of a frame element 7, 8, 12 is electrically conductively connected to a printed circuit board 18 arranged on the frame elements 7, 8, 12.
  • this printed circuit board 18 comprises components of a battery management system, in particular at least one cell monitoring unit (CSC).
  • CSC cell monitoring unit
  • a cell monitoring unit is arranged in the first frame element 7 or in the second frame element 8, as explained below in connection with FIG. 2.
  • a battery cell 2 which is in particular designed to be used in the energy storage unit shown in Fig. 1.
  • the battery cell 2 in this case comprises two half-shells 28, 29, which are preferably each made of a first metal foil and a second metal foil by means of a deep-drawing process.
  • stainless steel is provided as the first metal foil, in particular aluminum as the second metal foil.
  • the outer side 3 of the first half-shell 28 forms the first electrode 5 of the battery cell 2 Outside 4 of the second half-shell 29, the second electrode 6 of the battery cell 2.
  • the first half-shell 28 and the second half-shell 29 are electrically isolated from each other.
  • the first half-shell 28 and the second half-shell 29 of the battery cell 2 are also designed such that the battery cell 2 has a border 25.
  • the border 25 is used as a support area for
  • a first frame member 7, a third frame member 12 and a second frame member 8 are shown.
  • the first frame element 7 is designed to be arranged at one end 10 of a series 9 of galvanic cells 2, as shown in Fig. 1.
  • the second frame element 8 is designed to be arranged at the other end 11 of a series 9 of galvanic cells 2, as shown in FIG.
  • the first frame member 7 and the second frame member 8 thus serve as a kind of
  • first frame member 7 and the second frame member 8 on a closed surface, which closes the receiving space for at least partially receiving a galvanic cell to the outside, as shown in Fig. 2.
  • first frame element 7 or the second frame element 8 comprises a
  • CSC Cell monitoring unit
  • the frame elements 7, 8, 12 each comprise at least one fixing element 13, 14, 21 via which the frame elements 7, 8,
  • first frame member 7 and the third frame member 12 can be releasably connected to each other.
  • first frame member 7 and the third frame member 12 each have two latching hooks as fixing elements 13, wherein the latching hooks are formed to engage in a corresponding latching recess formed as a fixing element 14 of another frame member.
  • the third frame element 12 has in each case both two latching hooks as fixing elements 13 as well as two latching depressions as fixing elements 14.
  • the second frame element 8 has two latching depressions as fixing elements 14.
  • the first frame element 7 and the third frame element 12 each have a projection 21, which in a correspondingly formed recess (in Fig. 2 not explicitly shown) of a further frame element can intervene.
  • the frame elements 7, 8, 12 shown in Fig. 2 also each have a cooling channel (not explicitly shown in Fig. 2), wherein the cooling channels via
  • a coolant line system can be connected via the coolant supply connections 17; in particular to the coolant connection 17 of the second frame element 8.
  • the coolant connections 17 of the first frame element 7 and the third frame elements 12 serve as further fixing elements.
  • the third frame element 12 shown in FIG. 2 furthermore has at least one contacting element (not explicitly illustrated in FIG. 2), wherein the at least one contacting element is designed to make contact with a galvanic cell of an energy storage unit for detecting at least one parameter of the galvanic cell.
  • the at least one contacting element is electrically conductively connected to a connection element 15 of the third frame element 12, wherein the
  • Connection element 15 is connected in particular with a cell monitoring unit.
  • a connection element 15 with corresponding contacting elements 20 for contacting a galvanic cell 2 is shown in a schematically greatly simplified illustration, wherein parameters of a galvanic cell can be detected via the contacting elements 20, in particular cell voltages and / or cell temperatures.
  • FIG. 4 shows an advantageous embodiment variant of a third frame element 12 for an energy storage unit according to the invention. Notwithstanding the third explained in connection with FIG. 1 and FIG. 4
  • a possible Embodiment of such a galvanic cell 2 is shown in Fig. 5 and Fig. 6.
  • at least one of the support elements 23 is additionally or alternatively formed to the connection element 15 for a temperature and / or a voltage tap on at least one of the adjacent galvanic cell.
  • FIG. 5 shows a galvanic cell 2 lying in a front view, wherein the support regions 24 of the galvanic cell 2 as depressions of the electrodes 5, 6 of the galvanic cell 2 comprising outer sides 3, 4 are formed.
  • Fig. 6 shows the galvanic cell 2 of Fig. 5 in a plan view.
  • the frame element 12 shown in FIG. 4 is arranged on a galvanic cell 2 shown in FIG. 5 and FIG. 6, such that the support elements 23 bear against the contact regions 24 of the galvanic cell 2.
  • frame member 12 is then another such galvanic cell 2, as shown in Fig. 5 and Fig. 6, introduced, such that the support portions 24 of the galvanic cell 2 abut the support elements 23 of the frame member 12 ,
  • the galvanic cells 2 are electrically interconnected via the electrodes 5, 6 formed by the outer sides 3, 4 of the galvanic cells 2.
  • an energy storage unit according to the invention is then constructed, the ends of the energy storage unit being closed by a first frame element and a second frame element, as explained for example in connection with FIG.
  • FIGS. 8 and 9 each show exemplary embodiments for electrical contacting of battery cells 2 via a safety barrier 35 for connecting the battery cells 2 to an energy storage unit according to the invention.
  • the battery cells 2 each have an electrode arrangement with a cathode 32 and an anode 33.
  • the cathode 32 and the anode 33 are shown by way of example in a greatly simplified manner.
  • the electrode assembly 27 is formed in the battery cell 2 electrode roll G.Jelly roll ") or electrode stack
  • electrode arrangement 27 is enclosed in each case by a first electrically conductive half-shell 28 and a second electrically conductive half-shell 29.
  • the cathode 32 is connected to the respective first half-shell 28 via a first electrically conductive connecting element 31, that is to say an electrical conductor.
  • the anode 33 is in each case connected to the respective second half-shell 29 via a second electrically conductive connecting element 31 ', that is to say an electrical conductor.
  • the first half-shell 28 thus forms the first electrode of a battery cell 2 and the second half-shell 29 forms the second electrode of a battery cell 2.
  • a safety barrier 35 is arranged in the exemplary embodiments illustrated in FIGS. 8 and 9, which advantageously prevents a thermal chain reaction between the battery cells 2 and, moreover, as a mechanical barrier damage to further battery cells during the thermal
  • This safety barrier 35 comprises, in particular, a thermally poorly conducting filling material 36, which largely reduces a heat exchange between the battery cells 2.
  • the filler material 36 may also function as a temperature absorber, preferably via phase change materials (pcm).
  • the safety barrier 35 provides an electrically conductive connection 37, via which the battery cells 2 are contacted with each other in an electrically conductive manner.
  • the connection 37 does not have to go through the safety barrier 35, as shown in FIGS. 8 and 9, but can also circulate the safety barrier 35 on the outside thereof.
  • the electrically conductive connection 37 via a
  • the battery cells 2 are electrically connected in series via the electrically conductive connection 37, which is illustrated by the circuit diagram 34.
  • Fig. 9 includes the
  • Safety barrier 35 further comprises a cooling channel 16 and is thus further designed as a cooling device for controlling the temperature of the battery cells 2.
  • a third frame element of an energy storage unit according to the invention such as in 1, which forms the safety barrier 35 in the exemplary embodiments illustrated in FIGS. 8 and 9, wherein the safety barrier 35 is advantageously arranged centered in the frame element.
  • FIG. 10 shows a further battery cell 2 designed for use with an energy storage unit according to the invention.
  • the battery cell 2 is designed as a prismatic battery cell.
  • the battery cell 2 shown in FIG. 10 in this case comprises an electrode arrangement 27 with a cathode 32 and an anode 33.
  • the electrode arrangement 27 is surrounded by a metallic housing 47.
  • the battery cell 2 has a metal foil 38 on an outer side 3, wherein the cathode 32 is electrically conductively contacted to the metal foil 38 via a first cell terminal 49.
  • the metal foil 38 is electrically insulated by means of an insulator element 48 against the metallic cell housing 47 of the battery cell 2.
  • the anode 33 is connected via a second cell terminal 50 with a metal foil 39, which is arranged on the second outer side 4 of the battery cell 2. With an insulator element 48, the metal foil 39 is electrically insulated from the cell housing 47.
  • FIG. 11 shows an embodiment variant of that shown in FIG. 10
  • Battery cell 2 wherein the cathode 32, as explained in connection with FIG. 10, is contacted with a metal foil 38.
  • the anode 33 is connected via the second cell terminal 50 directly to the metallic cell housing 47 electrically conductive. That is, the metallic cell case 47 of the prismatic battery cell 2 forms the second electrode of the battery cell 2
  • FIG. 12 shows a further exemplary embodiment of a battery cell 2 designed for use with an energy storage unit according to the invention.
  • This exemplary embodiment of a battery cell 2 according to the invention comprises an electrode arrangement 27 with a cathode 32 and an anode 33.
  • the cathode 32 and the anode 33 are in the manner of a pouch cell surrounded by a housing film, which forms an inner layer 43 of the battery cell 2.
  • the battery cell 2 comprises a first half-shell 28 and a second half-shell 29.
  • the first half-shell 28 is formed by means of a deep drawing process of a first metallic foil 38.
  • the second half-shell 29 is formed by means of a deep-drawing process of a second metallic foil 39.
  • the first metallic foil 38 is made of stainless steel and the second metallic foil 39 is made of aluminum.
  • the first half-shell 28 is not formed by a metallic foil but by a metallized housing foil.
  • the second half-shell 29 is formed by a metallized second housing film.
  • FIG. 13 shows a further advantageous embodiment of a battery cell 2 according to the invention.
  • the battery cell 2 is designed in the manner of a pouch cell, wherein the inner housing film of a pouch cell is replaced by a first metal foil 38 and a second metal foil 39, which is formed in each case by means of a deep drawing process to a housing half shell 28, 29.
  • the metal foil 38 and the metal foil 39 are electrically isolated from each other by insulator elements 30.
  • the cathode 32 is connected to the first metal foil 38 via an internal contact realized by means of a first connecting element 31.
  • the anode 33 is contacted with the second metal foil 39 in an electrically conductive manner.
  • FIG. 13 shows a battery cell 2 for use with an energy storage unit according to the invention, wherein the battery cell 2 is surrounded by a first half shell 28 and by a second half shell 29 Electrode assembly 27 having a cathode 32 and an anode 33 has.
  • the first half-shell 28 and the second half-shell 29 are in this case via a connection region, into which an insulator element 30, which is the first half-shell
  • the first half-shell 28 electrically insulated against the second half-shell 29, is introduced, connected.
  • the first half-shell 28 comprises the first electrode 5 of the battery cell 2 and the second half-shell 29 the second electrode 6 of the battery cell 2.
  • the first half-shell 28 comprises a first metallic foil 38 and the second half-shell
  • the battery cell 2 is formed in the manner of a pouch cell, wherein the first metallic foil 38 is formed by a deep drawing process to the first half-shell 28, and the second metallic foil 39 is formed by a deep drawing process to the second half-shell 29 ,
  • the cathode 32 of the electrode assembly 27 is electrically conductively connected to the first half-shell 28 and the anode 33 of the electrode assembly 27 is electrically conductively connected to the second half-shell 29.
  • the design of the battery cell 2 allows an interconnection of several such battery cells 2 by a juxtaposition with their outer sides 3, 4, which is shown by way of example in Fig. 16, Fig. 17 and Fig. 18.
  • the battery cells 2 are electrically connected in series by stringing together, which is illustrated by the circuit diagram 34.
  • no cell connectors are required for interconnecting the battery cells 2, which advantageously contributes to a weight reduction.
  • Fig. 17 two battery cells 2 are electrically connected in parallel by contacting the shells 29 connected to the anode 33, which is illustrated by the circuit diagram 34.
  • the cathodes 32 of the battery cells 2 are connected to one another in an electrically conductive manner by means of an electrically conductive contacting element 52, in particular a contacting element 52 designed as a metal foil or metal strap.
  • the contacting of the cathodes 32 takes place via a high-current circuit board, through which the contacting element 52 is provided.
  • a series connection of two parallel-connected battery cells 2 is realized in the exemplary embodiment illustrated in FIG. 18 with four battery cells 2, which is illustrated by the circuit diagram.
  • Such advantageous interconnections can also be realized, for example, with battery cells 2, which are designed as shown in FIG. 14.
  • battery cells 2 which are designed as shown in FIG. 14.
  • FIG. 14 for a battery cell according to the invention, in contrast to the exemplary embodiment shown in FIG. 14
  • FIG. 15 shows an exemplary embodiment of an electrode arrangement 27 to be provided in the battery cells 2 shown with a cathode 32 and an anode 33.
  • the cathode 32 is contacted via a first connecting element 31 designed as a contact lug.
  • the anode 33 is contacted via a contact element designed as a second connecting element 31 '.
  • a separator Between the anode 33 and the cathode 32 is a separator
  • electrode winding G jelly roll
  • jelly roll are provided in particular as an electrode arrangement of a battery cell according to the invention.
  • FIGS. 19, 20 and 21 show advantageous exemplary embodiments of battery cells 2 according to the invention.
  • the battery cells 2 may in particular be lithium-ion cells.
  • the battery cells 2 are designed for use with an energy storage unit according to the invention.
  • a respective battery cell 2 shown in FIG. 19, FIG. 20 and FIG. 21 respectively comprises at least one first electrode arrangement 27 with a cathode 32 and an anode 33 and at least one second electrode arrangement 27 'with a cathode 32 and an anode 33 a first electrode arrangement 27 and the at least one second electrode arrangement 27 'are of one first half-shell 28 of the battery cell 2 and enclosed by a second half-shell 29 of the battery cell 2.
  • the first half-shell 28 and the second half-shell 29 are connected via a connection region electrically non-conductive.
  • At least one isolator element 30 is arranged in the connection region such that the first half-shell 28 is electrically insulated from the second half-shell 29.
  • first half-shell 28 forms the first electrode of the battery cell 2 and the second half-shell 29 forms the second electrode of the battery cell 2.
  • the first half-shell 28 is formed from a first metallic foil 38. From a second metallic foil 39, the second half-shell 29 is formed.
  • the at least one first electrode arrangement 27 and the at least one second electrode arrangement 27 ' are each surrounded by an electrically nonconductive inner layer 43, to which the first half-shell 28 and the second half-shell 29 adjoin outwards.
  • the cathode 32 of the first electrode arrangement 27 contacts the first half-shell 28 of the battery cell 2 in an electrically conductive manner.
  • the anode 33 of the second electrode arrangement 27 contacts the second half-shell 29 of the battery cell 2 in an electrically conductive manner.
  • the battery cell 2 further comprises at least one separating element 41 designed as an ionic barrier, which is arranged in each case between the first electrode arrangement 27 and the second electrode arrangement 27 'and spatially separates the first electrode arrangement 27 from the second electrode arrangement 27' while permitting a solvent exchange.
  • the at least one separating element 41 is contacted in an electrically conductive manner by the anode 33 of the first electrode arrangement 27 and the cathode 32 of the second electrode arrangement 27 ', that is to say that the electrode arrangements are electrically connected in series, which is illustrated by the respective circuit diagrams 34.
  • the separating element 41 may be designed as a bi-metal, in particular made of nickel-aluminum, wherein the anode 33 and the cathode 33 are directly electrically connected.
  • the separating element 41 in particular also made of polyethylene (PE) and / or Polypropylene (PP) and / or polyetheretherketone (PEEK), wherein the electrical contact is produced via contact lugs (not shown in FIGS. 19 to 21).
  • the battery cell 2 comprises a first electrode arrangement 27 and a second electrode arrangement 27 '.
  • the battery cell 2 comprises a first electrode arrangement 27, a second electrode arrangement 27 ', a third electrode arrangement 27 "and a fourth electrode arrangement 27"', wherein a separating element 41 is inserted in each case between the electrode arrangements.
  • the separating elements 41 are advantageously fixed by the cell frame 53.
  • a cooling device is provided between the first half shell 28 and the second half shell 29 in the connection region 42 arranged with cooling channels 16 for temperature control of the battery cell 2.
  • the cooling channels 16 are advantageously flowed through by a coolant.
  • the cooling channels 16 are connected to the cooling channels of other battery cells 2 connectable.
  • the half-shells 28, 29 may in particular also be designed as a plastic frame or cooling frame with lateral separating elements.
  • FIG. 22 shows a further advantageous exemplary embodiment of a battery cell 2 configured according to the invention with a first half shell 28 made of a first metal foil 38 and a second half shell 29 made of a second metal foil 39.
  • the first half shell 28 and the second half shell 29 are connected via a connection region 42 connected.
  • the first half-shell 28 and the second half-shell 29 each have a flat bordering 25, wherein the border 25 of the first half-shell 28 with the border 25 of the second half-shell 29th is electrically non-conductive connected to each other.
  • an electrically insulating insulator element 30 is inserted between the border 25 of the first half-shell 28 and the border 25 of the second half-shell 29, preferably an electrically nonconductive adhesive.
  • connection of the half-shells 28, 29 is solved differently.
  • a retainer frame 56 which is preferably made of polyetheretherketone, together with the second half-shell 28 of the battery cell 2 forming the anode, forms a groove 54 into which the first half-shell 29 of the battery cell 2 forming the cathode engages.
  • a stable connection of the half-shells 28, 29 is made by means of a introduced into the groove 54 connecting material 55, wherein the connecting means 55 advantageously acts by an adapted modulus of elasticity in the operation of the battery cell 2 as a compensation element.
  • the bonding material 55 and the retainer frame 56 are preferably electrolyte-stable and provide a diffusion barrier for moisture (H 2 O) and solvents.
  • the bonding material 55 acts as an electrical insulator element.
  • 2K-epoxy is proposed as the compound material 55.
  • an adhesive plug connection can be realized in this manner.
  • first half-shell 28 and the second half-shell 29 of a battery cell 2 designed according to the invention are connected to each other by means of a crimping adhesive connection.
  • FIGS. 24 a, 24 b and 24 c an exemplary embodiment of a method according to the invention for producing a battery cell 2 according to the invention will be explained in more detail.
  • an electrically nonconductive inner layer 43 preferably a polypropylene layer
  • an electrically nonconductive outer layer 44 preferably a polyester or nylon layer
  • the layer arrangement preferably has a thickness of between 50 ⁇ m and 200 ⁇ m.
  • a first half-shell 28 is formed from the first metallic foil 38 provided with the inner layer 43 and the outer layer 44 by a deep drawing process, as shown in FIG. 24 b.
  • the indicated by the arrow 57 height of the half-shell 28 is preferably between 3.8 mm and 10 mm.
  • a second half-shell (not shown in FIGS. 24 a to 24 c) is advantageously produced, with an aluminum foil preferably being used as the metal foil for this purpose.
  • the metal foil 38 of the half-shell 38 is electrically contacted via a first terminal element 45 of the electrode arrangement 27.
  • the inner layer 43 is perforated beforehand 59 and the outer layer 44 is provided with a perforation 58.
  • an electrolyte is introduced into the half-shells and the half-shells are sealed, for example by gluing, preferably gluing as explained in connection with FIG. 22 and FIG. 23, or a flanged adhesive connection.
  • FIGS. 25 and 26 show advantageous exemplary embodiments of battery cells 2 according to the invention formed by a method according to the invention.
  • a first electrode of the electrode arrangement 27 is contacted with a first terminal element 45, wherein the first terminal element 45 is the first metal foil 38 of the first half shell 28 contacted, as explained in connection with Fig. 24 c.
  • the second electrode of the electrode assembly 27 is connected to a second terminal element 46 contacted, wherein the second terminal member 46, the second half-shell 29 breaks through on the outside thereof.
  • the second terminal element 46 is electrically insulated from the second half-shell 29, in particular from the second metal foil 39, by the insulating element 48.
  • the second terminal element 46 is offset in comparison to the embodiment shown in FIG. 26.
  • a protection is advantageously provided, which prevents accidental "wrong" contacting of battery cells.
  • FIG. 27 An advantageous interconnection in series of such battery cells 2, as shown in FIG. 25, is shown in FIG. 27.
  • the battery cells 2 shown in FIG. 27 also have a cooling device in relation to the battery cell 2 shown in FIG.
  • the cooling device in FIG. 27 is realized by cooling channels 16 and an air cooling 60.
  • Embodiments serve to illustrate the invention and are not limiting for these.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betriffteine Energiespeichereinheit (1) mit einer Mehrzahl von galvanischen Zellen (2), wobei die galvanischen Zellen (2) jeweils eine erste Außenseite (3) umfassend eine erste Elektrode (5) und eine zweite Außenseite (4) umfassend eine zweite Elektrode (6) aufweisen und die galvanischen Zellen (2) durch Aneinanderreihung (9) der galvanischen Zellen (2) mit den Außenseiten (3, 4) über die Elektroden (5, 6) elektrisch miteinander verschaltet sind. Die Energiespeichereinheit (1) umfasst zudem ein erstes Rahmenelement (7) und ein zweites Rahmenelement (8), welche direkt oder indirekt miteinander verbunden sind, wobei das erste Rahmenelement (7) an dem einen Ende (10) der Aneinanderreihung (9) der galvanischen Zellen (2) angeordnet ist und das zweite Rahmenelement (8) an dem anderen Ende (11) der Aneinanderreihung (9) der galvanischen Zellen (2) angeordnet ist. Zudem betrifft die vorliegende Erfindung eine Batteriezelle (2) zur Verwendung mit einererfindungsgemäßen Energiespeichereinheit (1)sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Batteriezelle (2).

Description

Beschreibung Titel
Energiespeichereinheit mit einer Mehrzahl von galvanischen Zellen, Batteriezelle für eine solche Energiespeichereinheit und Verfahren zur Herstellung der Batteriezelle
Die Erfindung betrifft eine Energiespeichereinheit, insbesondere ein Batteriemodul, mit einer Mehrzahl von galvanischen Zellen, insbesondere von Batteriezellen, wobei die galvanischen Zellen jeweils eine erste Außenseite umfassend eine erste Elektrode und eine zweite Außenseite umfassend eine zweite Elektrode aufweisen und die galvanischen Zellen durch Aneinanderreihung der galvanischen Zellen mit den Außenseiten über die Elektroden elektrisch miteinander verschaltet sind. Somit betrifft die Erfindung allgemein die Verschaltung von galvanischen Zellen, insbesondere von Batteriezellen, zu einem mehrzelligen Energiespeicher.
Ferner betrifft die Erfindung eine Batteriezelle zur Verwendung mit einer solchen Energiespeichereinheit sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Batteriezelle.
Derartige Energiespeichereinheiten und Batteriezellen sind insbesondere als mobile oder als stationär eingesetzte Energiespeichereinheiten nutzbar.
Stand der Technik
Um Energiespeichereinheiten bereitstellen zu können, die ausgebildet sind, hohe Spannungen beziehungsweise hohe Ströme zu liefern, ist es bekannt, mehrere Einzelzellen elektrisch in Reihe oder elektrisch parallel zu einer Energiespeichereinheit zu verschalten. Für das Verschalten von mehreren Einzelzellen zu einer Energiespeichereinheit sind im Stand der Technik unterschiedliche Techniken bekannt, wobei diese unterschiedlichen Verschaltungstechniken mitunter unterschiedliche Designs der zu verschaltenden galvanischen Zellen erfordert. Beispielsweise weisen sogenannte Pouchzellen für die elektrische Kontaktierung üblicherweise dünne Metallbänder oder Metallfolien als sogenannte „Kontaktfähnchen" auf. Solche Pouchzellen sind im Stand der Technik beispielsweise aus den Druckschriften DE 10 2010 032 414 AI oder EP 2 413 414 A3 bekannt. Eine Reihen- oder Parallelschaltung solcher Pouchzellen wird dabei üblicherweise durch ein Kontaktieren der
Kontaktfähnchen mittels Löt-, Schraub- oder Quetschverbindungen hergestellt, wie beispielsweise in der Druckschrift EP 2 605 301 A2 offenbart.
Von einem sogenannten Hardcase umgebene prismatische Batteriezellen weisen zur elektrisch Kontaktierung üblicherweise sogenannte Zellterminals auf, welche aus dem Hardcase herausragen. Diese Zellterminals werden üblicherweise zur Verschaltung mehrerer solche prismatischer Zellen mittels sogenannter Zellverbinder durch Schraub- oder Schweißverbindung elektrisch miteinander verbunden.
Aus der Druckschrift US 8,372,536 B2 und der am Anmeldetag dieser Erfindung noch nicht veröffentlichten Druckschrift DE 10 2012 221 680 sind zudem Batteriezellen mit einem Metallgehäuse bekannt, wobei ein Teil des Metallgehäuses als Zellterminal der Batteriezelle ausgebildet ist, sodass derartig ausgebildete Batteriezellen durch Aneinanderreihung elektrisch miteinander kontaktierbar sind.
Neben der Verschaltung von galvanischen Zellen zu einer Energiespeichereinheit ist eine weitere Herausforderung das Bereitstellen von Sicherheitsmaßnahmen, um einen sicheren Betrieb der Energiespeichereinheit gewährleisten zu können. Eine Sicherheitsmaßnahme, die zudem einer vorzeitigen Alterung der galvanischen Zellen entgegenwirkt, ist das Temperieren der galvanischen Zellen einer Energiespeichereinheit. Hierzu wird üblicherweise eine kühlmitteldurchströmte Kühlplatte, auf der die galvanischen Zellen angeordnet sind, als Kühlvorrichtung eingesetzt. Nachteiligerweise steigt durch eine solche Kühlplatte das Gewicht, was insbesondere im Fahrzeugbau unerwünscht ist.
Als weitere Sicherheitsmaßnahem sind beispielsweise aus der Druckschrift EP 2 605 301 A2 sogenannte thermische Sicherheitsbarrieren bekannt, die zwischen nebeneinander angeordneten galvanischen Zellen eingesetzt werden. Diese Sicherheitsbarrieren sollen im Fall eines sogenannten thermischen Durchgehens (engl, „thermal runaway") einer galvanischen Zelle verhindern, dass sich das thermische Durchgehen auf benachbarte galvanische Zellen überträgt und es somit zu einer Kettenreaktion kommt, in deren Folge eine
Vielzahl von galvanischen Zellen zerstört werden.
Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Energiespeichereinheit, insbesondere ein Batteriemodul, mit einer Mehrzahl von galvanischen Zellen, insbesondere Batteriezellen, zu verbessern, insbesondere dahingehend, dass das Gewicht der Energiespeichereinheit reduziert ist, insbesondere in Bezug auf das Verhältnis von„passiver Masse" (Zellverbinder, Zellgehäuse, Sicherheitseinrichtungen, etc.) zu „aktiver Masse" (Kathodenmaterial, Anodenmaterial, Lösungsmittel etc.). Ferner soll insbesondere die Anzahl der Komponenten, die die Energiespeichereinheit aufweist, reduziert werden, und somit die Herstellung einer Energiespeichereinheit somit vorteilhafterweise kostengünstiger werden. Vorteilhafterweise soll zudem die Anzahl der zur Herstellung einer Energiespeichereinheit erforderlichen Fertigungsschritte reduziert werden.
Offenbarung der Erfindung
Zur Lösung der Aufgabe wird eine Energiespeichereinheit, insbesondere ein Batteriemodul, mit einer Mehrzahl von galvanischen Zellen, insbesondere von Batteriezellen, vorgeschlagen, wobei die galvanischen Zellen jeweils eine erste
Außenseite umfassend eine erste Elektrode und eine zweite Außenseite umfassend eine zweite Elektrode aufweisen und die galvanischen Zellen durch Aneinanderreihung der galvanischen Zellen mit den Außenseiten über die Elektroden elektrisch miteinander verschaltet sind, und wobei die Energiespeichereinheit ein erstes Rahmenelement und ein zweites Rahmenelement umfasst, welche miteinander verbunden sind, insbesondere direkt oder indirekt miteinander verbunden sind, wobei das erste Rahmenelement an dem einen Ende der Aneinanderreihung der galvanischen Zellen angeordnet ist und das zweite Rahmenelement an dem anderen Ende der Aneinanderreihung der galvanischen Zellen angeordnet ist. Insbesondere ist vorgesehen, dass das erste Rahmenelement und das zweite Rahmenelement lösbar miteinander verbunden sind, insbesondere über eine Steck- und/oder eine Rastverbindung. Die Rahmenzellen fixieren dabei vorteilhafterweise die galvanischen Zellen. Darüber hinaus wird vorteilhafterweise die Position der galvanischen Zellen durch die Rahmenelemente bestimmt. Das erste Rahmenelement und das zweite Rahmenelement bilden somit vorteilhafterweise quasi Modulendplatten. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Anordnung der Batteriezellen über das erste Rahmenelement und/oder das zweite Rahmenelement elektrisch kontaktierbar ist. Hierzu umfasst das erste Rahmenelement und/oder das zweite Rahmenelement vorteilhafterweise ein Kontaktierungselement, insbesondere ein Terminal, vorzugsweise einen Steckkontakt.
Die im Zusammenhang mit den Rahmenelementen genutzten Zahlwörter, insbesondere„erstes" und„zweites", dienen ausschließlich der Unterscheidung der Rahmenelemente ohne dabei eine Reihenfolge der Anordnung der Rahmenelemente festzulegen.
Insbesondere richtet sich die Erfindung an in Hybrid-, Plug-In-Hybrid- oder Elektrofahrzeugen als Energiequelle zur Bereitstellung der für den Betrieb eines solchen Fahrzeugs erforderlichen elektrischen Energie nutzbare Energiespeichereinheit.
Insbesondere ist ferner vorgesehen, dass die galvanischen Zellen sekundäre Batteriezellen, also Akkumulatorzellen sind, besonders bevorzugt nachladbare Lithium-Ionen-Zellen. Vorzugsweise sind die galvanischen Zellen quaderförmig ausgestaltet. Insbesondere sind galvanische Zellen vorgesehen, die eine Länge zwischen 5 cm und 50 cm (cm: Zentimeter) aufweisen, vorzugsweise eine Länge zwischen 10 cm und 30 cm. Die Zellen weisen dabei vorzugsweise eine geringere Breite als Länge auf. Die Dicke dieser Zellen kann insbesondere zwischen 0,5 cm und 10 cm betragen; es können aber auch Zellen mit einer Dicke von beispielsweise 30 cm vorgesehen werden. Die Abmessungen der Zelle werden dabei insbesondere durch die Art der galvanischen Zelle bestimmt. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsvariante der erfindungsgemäßen
Energiespeichereinheit ist vorgesehen, dass das erste Rahmenelement und/oder das zweite Rahmenelement jeweils wenigstens eine galvanische Zelle vollständig umrahmt. Umfasst die erfindungsgemäße Energiespeichereinheit als Rahmenelemente ausschließlich das erste Rahmenelement und das zweite Rahmenelement, so ist insbesondere vorgesehen, dass das erste
Rahmenelement und das zweite Rahmenelement die galvanischen Zellen vollständig umschließen, das heißt in das erste Rahmenelement und/oder das zweite Rahmenelement können vorteilhafterweise mehrere galvanische Zellen eingelegt werden. In einem Rahmenelement können dabei also mehrere galvanische Zellen eingefügt sein, wobei das erste Rahmenelement und das zweite Rahmenelement nach dem Anordnen der galvanischen Zellen in die Rahmenelemente vorteilhafterweise zusammengefügt werden.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass zwischen dem ersten Rahmenelement und dem zweiten
Rahmenelement wenigstens ein drittes Rahmenelement angeordnet ist, welches zumindest eine galvanische Zelle der Energiespeichereinheit zumindest teilweise umrahmt, wobei vorteilhafterweise das erste Rahmenelement über das wenigstens eine dritte Rahmenelement mit dem zweiten Rahmenelement verbunden ist. Insbesondere ist vorgesehen, dass ein drittes Rahmenelement der
Energiespeichereinheit jeweils eine Dicke aufweist, die es erlaubt, genau eine der galvanischen Zellen der Energiespeichereinheit zu umrahmen. Vorzugsweise werden je zwei aneinander angeordnete galvanische Zellen jeweils zur Hälfte von einem dritten Rahmenelement der Energiespeichereinheit umrahmt, insbesondere derart, dass die einander kontaktierenden Außenseiten der galvanischen Zellen vollständig von dem Rahmenelement umschlossen sind. Insbesondere ist vorgesehen, dass die erfindungsgemäße Energiespeichereinheit eine Mehrzahl von dritten Rahmenelementen aufweist, wobei die vorzugsweise die gleiche Geometrie aufweisen. Dabei können die dritten Rahmenelemente der Energiespeichereinheit vorteilhafterweise durch unterschiedliche weitere Funktionalitäten, die insbesondere über ein Fixieren und/oder Stabilisieren der Aneinanderreihung der galvanischen Zellen hinausgehen, aufweisen. Vorteilhafterweise ist durch die Rahmenelemente eine hohe Variabilität im Hinblick auf die Anzahl der zu verschaltenden galvanischen Zellen gegeben.
Eine weitere besonders vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Energiespeichereinheit sieht vor, dass das wenigstens eine dritte Rahmenelement jeweils zwischen gleichgroßen Gruppen von elektrisch miteinander verschalteten galvanischen Zellen der Energiespeichereinheit angeordnet ist. Gleich große Gruppen von elektrisch miteinander verschalteten galvanischen Zellen umfassen dabei die gleiche Anzahl von elektrisch miteinander verschalteten galvanischen Zellen. Dabei ist als vorteilhafte Ausgestaltung insbesondere auch der Fall vorgesehen, dass eine Gruppe nur eine einzige galvanische Zelle umfasst. Insbesondere ist vorgesehen, dass das wenigstens eine dritte Rahmenelement derart ausgebildet ist, dass jeweils die Anzahl von galvanischen Zellen, die einer Gruppe angehören, durch das dritte Rahmenelement umrahmt wird. Insbesondere ist gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass das erste Rahmenelement und das wenigstens eine dritte Rahmenelement jeweils ausgebildet sind, jeweils eine galvanische Zelle bis zur deren Hälfte vollständig zu umrahmen. Dabei ist vorgesehen, dass beginnend mit dem ersten Rahmenelement zunächst eine galvanische Zelle in dem ersten Rahmenelement angeordnet wird, dann ein drittes Rahmenelement mit dem ersten Rahmenelement verbunden wird, wobei die zweite Hälfte der ersten galvanischen Zelle von diesem dritten Rahmenelement umrahmt wird, dann eine weitere galvanische Zelle zur Hälfte in dieses dritte Rahmenelement eingebracht wird, und dann wiederum ein drittes Rahmenelement an dem vorherigen dritten Rahmenelement angeordnet wird, wobei wieder von diesem Rahmenelement jeweils zwei galvanische Zellen zur Hälfte umrahmt werden. Dies setzt sich vorteilhafterweise so lange fort, bis auf diese Art und Weise sämtliche galvanische Zellen elektrisch miteinander verschaltet sind. Abschließend wird das zweite Rahmenelement an das letzte dritte Rahmenelement angefügt, wobei das zweite Rahmenelement insbesondere die letzte galvanische Zelle fixiert. Vorteilhafterweise ist dabei kein weiteres Gehäuse erforderlich, in welches die Energiespeichereinheit eingebracht ist. Vorteilhafterweise erfüllen die Rahmenelemente dabei eine Dichtfunktion und verhindern vorteilhafterweise, dass die galvanischen Zellen mit Feuchtigkeit in Kontakt kommen. Da die Rahmenelemente somit vorteilhafterweise eine Gehäuseersatzfunktion sowie eine Fixierungsfunktion erfüllen und vorteilhafterweise keine Zellverbinder erforderlich sind, ist das Gewicht der erfindungsgemäßen Energiespeichereinheit vorteilhafterweise reduziert.
Insbesondere ist vorgesehen, dass die Rahmenelemente aus einem elektrisch nicht leitfähigen Kunststoff sind. Vorzugsweise sind die Rahmenelemente als
Spritzgussteil hergestellt, was vorteilhafterweise zu einer kostengünstigen Herstellung der erfindungsgemäßen Energiespeichereinheit beiträgt.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Energiespeichereinheit ist vorgesehen, dass die Rahmenelemente jeweils wenigstens ein Fixierelement aufweisen, wobei benachbarte Rahmenelemente jeweils über das wenigstens eine Fixierelement miteinander verbunden sind. Als Fixierelemente sind vorzugsweise Rasthaken und entsprechende Aufnahmen für diese Rasthaken vorgesehen. Andere Steckelemente sind ebenfalls als bevorzugte Fixierelemente vorgesehen, da hierdurch der Aufbau einer erfindungsgemäßen Energiespeichereinheit vorteilhafterweise erleichtert ist, wodurch die Herstellungskosten vorteilhafterweise reduziert sind. Vorteilhafterweise ermöglichen die Fixierelemente ein lösbares Verbinden der Rahmenelemente, wodurch vorteilhafterweise eine defekte galvanische Zelle auf einfache Art und Weise ausgetauscht werden kann. Falls ein Austausch von Einzelzellen nicht erforderlich und/oder nicht gewünscht ist und/oder erhöhte Vorspannkräfte notwendig werden, ist gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung eine zusätzliche äußere Verspannung vorgesehen, insbesondere mittels eines Spanngurts und/oder mittels eines Kabelbinders und/oder mittels eines Klebebandes, vorzugsweise mittels eines glasfaserverstärkten Klebebandes, wobei die äußere Verspannung vorteilhafterweise um die Rahmenelemente angeordnet ist.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weisen das erste Rahmenelement und/oder das zweite Rahmenelement und/oder das wenigstens eine dritte Rahmenelement jeweils wenigstens ein Kontaktierungselement auf, wobei das wenigstens eine Kontaktierungselement wenigstens eine galvanische Zelle der Energiespeichereinheit zur Erfassung wenigstens eines Parameters der galvanischen Zelle kontaktiert. Hierdurch ist der Aufbau der erfindungsgemäßen Energiespeichereinheit vorteilhafterweise weiter vereinfacht. Insbesondere ist dabei vorgesehen, dass die Rahmenelemente durch ihre Form bedingt und die entsprechend korrespondierende Ausformung der galvanischen Zellen durch Anordnung der galvanischen Zelle in dem jeweiligen Rahmenelement die galvanische Zelle derart kontaktiert wird, dass wenigstens ein Parameter der galvanischen Zelle, insbesondere eine Zellspannung und/oder ein Zellstrom und/oder eine Zelltemperatur, mittels des wenigstens einen Kontaktierungselementes erfasst werden können. Das wenigstens eine Kontaktierungselement umfasst gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung wenigstens einen Sensor zur Erfassung wenigstens eines Zellparameters.
Vorteilhafterweise weisen das erste Rahmenelement und/oder das zweite Rahmenelement und/oder das wenigstens eine dritte Rahmenelement jeweils wenigstens ein Anschlusselement auf, welches mit dem wenigstens einen Kontaktierungselement elektrisch leitfähig verbunden ist, wobei das wenigstens eine Anschlusselement mit einer Zellüberwachungseinheit verbunden ist und/oder mit einer Zellüberwachungseinheit verbindbar ist. Hierdurch ist vorteilhafterweise der Aufbau einer erfindungsgemäßen Energiespeichereinheit weiter vereinfacht. Darüber hinaus entfallen vorteilhafterweise entsprechende Leitungen zum Erfassen von Zellparametern, wodurch vorteilhafterweise das Gewicht einer erfindungsgemäßen Energiespeichereinheit gegenüber herkömmlichen Energiespeichereinheiten weiter reduziert ist. Eine Zellüberwachungseinheit kann dabei insbesondere eine sogenannte Cell Supervising Circuit (CSC) sein. Die Zellüberwachungseinheit kann dabei insbesondere als anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC: Application Specific Integrated Circuit) an den Rahmenelementen angeordnet sein, vorzugsweise als Bestandteil einer Leiterplatte. Anstelle einer Leiterplatte können insbesondere auch ein Flachbandkabel oder auf Trägerfolie aufgebrachte Leiterbahnen inklusive Bonding-Positionen eingesetzt werden. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Energiespeichereinheit umfasst das erste Rahmenelement und/oder das zweite Rahmenelement und/oder das wenigstens eine dritte Rahmenelement der Energiespeichereinheit eine Zellüberwachungseinheit. Insbesondere ist vorgesehen, dass das erste Rahmenelement und/oder das zweite
Rahmenelement eine Zellüberwachungseinheit umfasst, wobei die Zellüberwachungseinheit vorteilhafterweise auf eine Platine aufgebracht ist. Vorteilhafterweise weist das erste Rahmenelement und/oder das zweite Rahmenelement jeweils einen Einschub auf, in welchen die die Zellüberwachungseinheit aufweisende Platine eingeschoben ist. Ferner ist als vorteilhafte Ausgestaltungsvariante insbesondere vorgesehen, dass die Zellüberwachungseinheit bei der Herstellung des Rahmenelementes als Spritzgussteil eingebracht wird. Insbesondere ist als vorteilhafte Ausgestaltung vorgesehen, dass beim Anordnen der Rahmenelemente eine Kontaktierung der Anschlusselemente erfolgt, insbesondere derart, dass über die Rahmenelemente von der wenigstens einen Zellüberwachungseinheit Parameter der galvanischen Zellen übertragen werden können. Hierdurch ist vorteilhafterweise der Verschaltungsaufwand weiter reduziert und die Herstellungskosten für eine erfindungsgemäße Energiespeichereinheit weiter gesenkt.
Eine weitere besonders vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Energiespeichereinheit sieht vor, dass das erste Rahmenelement und/oder das zweite Rahmenelement und/oder das wenigstens eine dritte Rahmenelement jeweils als Kühlvorrichtung zur Temperierung zumindest einer galvanischen Zelle der Energiespeichereinheit ausgebildet ist. Insbesondere ist dabei vorgesehen, dass das Rahmenelement wenigstens einen Kühlkanal umfasst, welcher vorteilhafterweise derart ausgebildet ist, dass durch diesen ein Kühlmittel zur Temperierung der wenigstens einen galvanischen Zelle strömen kann. Vorteilhafterweise umfassen die Rahmenelemente dabei einen Kühlmittelzuführanschluss und/oder einen Kühlmittelabführanschluss, sodass ein
Kühlmittel durch die Rahmenelemente zur Temperierung der galvanischen Zellen zirkulieren kann. Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass das erste Rahmenelement und/oder das zweite Rahmenelement und/oder das wenigstens eine dritte Rahmenelement eine elektrische Heizwendel als Kühlvorrichtung zur Temperierung zumindest einer galvanischen Zelle der Energiespeichereinheit aufweist. Die Kühlvorrichtung ist dann eine Heizvorrichtung. Eine solche Ausgestaltung ist insbesondere vorteilhaft, wenn die galvanischen Zellen bei niedrigen Umgebungstemperaturen auf die optimale Betriebstemperatur temperiert werden sollen, wobei mittels der Heizwendel die galvanischen Zellen erwärmt werden können.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Energiespeichereinheit umfassen das erste Rahmenelement und/oder das zweite Rahmenelement und/oder das wenigstens eine dritte Rahmenelement jeweils wenigstens ein in die von dem Rahmenelement aufgespannte Fläche ragendes
Auflageelement, an welchem zumindest eine galvanische Zelle der Energiespeichereinheit mit einem Auflagebereich der galvanischen Zelle anliegt. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass das Auflageelement mittig in dem jeweiligen Rahmenelement angeordnet ist, sodass das Rahmenelement vorteilhafterweise jeweils eine halbe Batteriezelle umschließt. Das erste
Rahmenelement und/oder das zweite Rahmenelement weisen vorteilhafterweise eine zu einer Seite geschlossene Fläche auf. Diese Fläche bildet dabei das Auflageelement. Bei den dritten Rahmenelementen ragen die Auflageelemente vorzugsweise nur teilweise in die von dem Rahmenelement aufgespannte Fläche hinein, um eine Kontaktierung der galvanischen Zellen über deren Außenseite ohne Zwischenelemente und somit bei geringerem Gewicht weiter zu vereinfachen.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Energiespeichereinheit wenigstens eine Sicherheitsbarriere umfasst, welche zwischen zwei benachbart angeordneten galvanischen Zellen der Energiespeichereinheit angeordnet ist, wobei die Sicherheitsbarriere eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen diesen galvanischen Zellen bereitstellt und ausgebildet ist, eine thermische Kettenreaktion zwischen diesen galvanischen Zellen zu verhindern. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass die
Sicherheitsbarriere an deren Außenseiten jeweils eine Kontaktierungsfläche umfasst, welche über wenigstens ein elektrisch leitfähiges Verbindungselement elektrisch miteinander verbunden sind, sodass über diese Kontaktierungsflächen die durch diese Sicherheitsbarriere beabstandete Batteriezellen elektrisch kontaktiert werden. Zwischen den Kontaktierungsflächen ist vorteilhafterweise ein schlecht oder nur gering wärmeleitendes Füllmaterial eingebracht. Vorteilhafterweise ist das Füllmaterial zudem als Temperaturabsorber ausgebildet, vorzugsweise über phase change materials (pcm). Die elektrische Verbindung kann vorteilhafterweise durch das Füllmaterial und/oder um das Füllmaterial herum erfolgen, insbesondere als metallische Umkleidung der Sicherheitsbarriere oder als metallische Außenfläche der Sicherheitsbarriere. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist das wenigstens eine elektrisch leitfähige Verbindungselement als Stromunterbrechungseinrichtung (CID, CID: Current Interrupt Device) ausgebildet, insbesondere als Schmelzdrahtsicherung.
Insbesondere ist vorgesehen, dass die wenigstens eine Sicherheitsbarriere ferner als Kühlvorrichtung zur Temperierung der die Sicherheitsbarriere umgebenden galvanischen Zellen ausgebildet ist. Hierzu umfasst die Sicherheitsbarriere vorzugsweise wenigstens einen Kühlkanal, durch welchen ein Kühlmittel geleitet werden kann. Darüber hinaus ist gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung vorgesehen, dass die Sicherheitsbarriere eine elektrische Heizwendel zur Temperierung der die Sicherheitsbarriere umgebenen galvanischen Zellen umfasst.
Vorteilhafterweise ist das wenigstens eine dritte Rahmenelement als die Sicherheitsbarriere ausgebildet. Hierdurch ist vorteilhaferweise die Funktionalität des wenigstens einen dritten Rahmenelementes weiter erhöht. Insbesondere ist vorgesehen, dass zumindest einige der dritten Rahmenelemente einer erfindungsgemäßen Energiespeichereinheit als Sicherheitsbarriere ausgebildet sind, sodass beispielsweise jeweils zwischen vier galvanischen Zellen eine Sicherheitsbarriere angeordnet ist, wodurch vorteilhafterweise die Sicherheit der erfindungsgemäßen Energiespeichereinheit weiter erhöht ist. Durch die Sicherheitsbarriere wird vorteilhafterweise eine Kettenreaktion im Fall eines thermischen Durchgehens einer der galvanischen Zellen der Energiespeichereinheit verhindert.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind als galvanische Zellen Batteriezellen vorgesehen, insbesondere Batteriezellen mit den Merkmalen gemäß einer der nachfolgend angeführten Ausgestaltungen. Zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe wird des Weiteren eine Batteriezelle zur Verwendung mit einer erfindungsgemäßen Energiespeichereinheit vorgeschlagen, wobei die Batteriezelle wenigstens eine von einer ersten Halbschale und von einer zweiten Halbschale umgebene Elektrodenanordnung mit wenigstens einer Kathode und wenigstens einer Anode aufweist, wobei die erste Halbschale und die zweite Halbschale über einen Anbindungsbereich verbunden sind und die erste Halbschale die erste Elektrode der Batteriezelle umfasst und die zweite Halbschale die zweite Elektrode der Batteriezelle umfasst. Eine solche Batteriezelle zeichnet sich durch eine geringe Bauteilanzahl und ein besonders gutes Gewichtsverhältnis von passivem Material der Batteriezelle zu aktivem Material der Batteriezelle aus, da das passive Material nur einen geringen Gewichtsanteil der erfindungsgemäßen Batteriezelle ausmacht. Insbesondere weist eine solche Batteriezelle eine besonders hohe Energiedichte auf, insbesondere bei einer Ausgestaltung der Batteriezelle als Lithium basierte Batteriezelle, insbesondere als Lithium-Ionen- Zelle. Vorteilhafterweise ermöglicht die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Batteriezelle, ein Kontaktieren von mehreren solchen Batteriezellen durch Aneinanderreihung der Batteriezellen über deren von den Halbschalen gebildeten Außenseiten. Besonders bevorzugt ist dabei vorgesehen, dass die Elektrodenanordnung als Zellwickel (engl. „Jelly Roll") oder als Zellstapel ausgebildet ist. Insbesondere ist vorgesehen, dass die erfindungsgemäße Batteriezelle nach Art einer Pouchzelle ausgebildet ist, wobei anstelle oder zusätzlich zu einer die Elektrodenanordnung umgebenden elektrisch nichtleitfähigen Außenhülle die Elektrodenanordnung von den Halbschalen umschlossen ist und die wenigstens eine Kathodenelektrode mit der ersten Halbschale und die wenigstens eine Anodenelektrode mit der zweiten Halbschale elektrisch leitfähig kontaktiert ist.
Insbesondere ist vorgesehen, dass die erste Halbschale der Batteriezelle eine erste metallische Folie, insbesondere eine erste Metallfolie, umfasst und die zweite Halbschale der Batteriezelle eine zweite metallische Folie, insbesondere eine zweite Metallfolie, umfasst. Insbesondere ist dabei vorgesehen, dass die erste Halbschale durch die erste metallische Folie gebildet ist und die zweite Halbschale durch die zweite metallische Folie gebildet ist. Vorteilhafterweise ist die Batteriezelle dabei nach Art einer Pouch-Zelle gebildet, welche von der ersten Halbschale und der zweiten Halbschale umschlossen ist. Vorzugsweise weisen die erste Halbschale und die zweite Halbschale jeweils eine Dicke zwischen 40 μηη und 220 μηη (μηη: Mikrometer) auf. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass die erste metallische Folie eine Edelstahlfolie oder eine
Kupferfolie ist und die zweite metallische Folie eine Aluminiumfolie oder eine Folie aus einer Aluminiumlegierung ist. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsvariante ist vorgesehen, dass die erste Halbschale durch eine erste metallisierte Folie gebildet ist und die zweite Halbschale durch eine zweite metallisierte Folie gebildet ist. Insbesondere sind als vorteilhafte
Ausgestaltungsvariante beschichtete Metallfolien vorgesehen, insbesondere Aluminium beschichtete Edelstahlfolien oder eine Nickelbeschichtung.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Batteriezelle ist die erste metallische Folie mittels eines Tiefziehverfahrens zu der ersten Halbschale geformt und die zweite metallische Folie mittels eines Tiefziehverfahrens zu der zweiten Halbschale geformt. Dabei ist die Batteriezelle vorzugsweise nach Art einer Pouchzelle ausgebildet. Vorteilhafterweise weisen die erste Halbschale und die zweite Halbschale jeweils einen nach Art eines Falzes ausgebildeten umlaufenden Rand auf. Hierdurch ist das aus den
Halbschalen gebildete Gehäuse der erfindungsgemäßen Batteriezelle vorteilhafterweise trotz der geringen Materialstärke der metallischen Folien weiter stabilisiert. Vorteilhafterweise weist eine Halbschale beziehungsweise der von der Halbschale gebildete Volumenraum eine Tiefe zwischen 3 mm und 15 mm (mm: Millimeter) auf. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Batteriezelle eine
Länge zwischen 5 cm und 30 cm aufweist. Dabei ist die Breite der Batteriezelle vorteilhafterweise geringer als die Länge der Batteriezelle.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Batteriezelle sieht vor, dass die Kathode der wenigstens einen Elektrodenanordnung mit der ersten Halbschale elektrisch leitfähig verbunden ist und die Anode der wenigstens einen Elektrodenanordnung mit der zweiten Halbschale elektrisch leitfähig verbunden ist, wobei zwischen der ersten Halbschale und der zweiten Halbschale in dem Anbindungsbereich wenigstens ein Isolatorelement angeordnet ist, derart, dass die erste Halbschale gegen die zweite Halbschale elektrisch isoliert ist. Die Verbindung der Kathode mit der ersten Halbschale erfolgt vorteilhafterweise über ein elektrisch leitfähiges Verbindungselement, wobei das Verbindungselement die Innenseite und/oder die Außenseite der ersten Halbschale elektrisch leitfähig kontaktiert. Die Verbindung der Anode mit der zweiten Halbschale erfolgt vorteilhafterweise über ein weiteres elektrisch leitfähiges Verbindungselement, wobei das weitere Verbindungselement die Innenseite und/oder die Außenseite der zweiten Halbschale elektrisch leitfähig kontaktiert. Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Batteriezelle sieht vor, dass die Elektrodenanordnung von einer elektrisch nichtleitfähigen Innenschicht, insbesondere einer elektrisch nichtleitfähigen Innenhülle, umgeben ist, an welche sich die erste Halbschale und die zweite Halbschale nach außen anschließen. Dadurch sind die Halbschalen vorteilhafterweise gegen das Zellinnere isoliert.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Batteriezelle ist dabei vorgesehen, dass die Kathode der wenigstens einen Elektrodenanordnung über ein erstes elektrisch leitfähiges Verbindungselement mit der ersten Halbschale elektrisch leitfähig verbunden ist und die Anode der wenigstens einen
Elektrodenanordnung über ein zweites elektrisch leitfähiges Verbindungselement mit der zweiten Halbschale elektrisch leitfähig verbunden ist, wobei das erste Verbindungselement und das zweite Verbindungselement aus der Innenschicht und den Halbschalen der Batteriezelle herausgeführt sind und das erste Verbindungselement die erste Halbschale an deren Außenseite elektrisch leitfähig kontaktiert und das zweite Verbindungselement die zweite Halbschale an deren Außenseite elektrisch leitfähig kontaktiert.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Batteriezelle wenigstens eine erste Elektrodenanordnung mit einer Kathode und einer Anode und wenigstens eine zweite Elektrodenanordnung mit einer Kathode und Anode, wobei die Kathode der ersten Elektrodenanordnung die erste Halbschale der Batteriezelle elektrisch leitfähig kontaktiert, die Anode der zweiten Elektrodenanordnung die zweite Halbschale der Batteriezelle elektrisch leitfähig kontaktiert und die Batteriezelle jeweils zwischen der ersten Elektrodenanordnung und der zweiten Elektrodenanordnung ein elektrisch leitfähiges, die erste Elektrodenanordnung von der zweiten Elektrodenanordnung räumlich trennendes Trennelement umfasst, welches von der Anode der ersten Elektrodenanordnung und der Kathode der zweiten Elektrodenanordnung elektrisch leitfähig kontaktiert ist. Das Trennelement ist dabei eine ionische Barriere, durch welche ein lonenaustausch unterbunden wird. Ein Lösungsmittelaustausch ist dagegen vorteilhafterweise über das Trennelement ermöglicht. Durch diese Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Batteriezelle ist quasi eine elektrische Reihenschaltung der Elektrodenanordnungen innerhalb der Batteriezelle realisiert. Vorteilhafterweise ist hierdurch eine Batteriezelle mit bipolarer Bauweise bereitgestellt. Das Trennelement ist dabei vorteilhafterweise sowohl gegen die erste Halbschale als auch gegen die zweite Halbschale elektrisch isoliert, vorteilhafterweise mit wenigstens einem Isolatorelement. Durch die bipolare Bauweise ist vorteilhafterweise das Verhältnis von passivem Material zu aktivem Material der Batteriezelle weiter verbessert. Dies führt vorteilhafterweise zu einer weiteren Gewichtsreduzierung insbesondere beim Einsatz einer solchen Batteriezelle in einer erfindungsgemäßen Energiespeichereinheit.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Batteriezelle sieht vor, dass zwischen der ersten Halbschale und der zweiten Halbschale in dem Anbindungsbereich wenigstens eine Kühlvorrichtung, vorzugsweise wenigstens ein Kühlkanal, zur Temperierung der Batteriezelle angeordnet ist. Vorteilhafterweise ist die wenigstens eine Kühlvorrichtung von einem Kühlmittel durchströmbar ausgebildet. Insbesondere ist vorgesehen, dass bei einer erfindungsgemäßen Batteriezelle mit bipolarer Bauweise wenigstens eine Kühlvorrichtung zur Temperierung der Batteriezelle zwischen der ersten Halbschale und der zweiten Halbschale angeordnet ist, vorzugsweise an der Außenseite der Batteriezelle. Vorteilhafterweise ist an der Außenseite der Batteriezelle zwischen der ersten Halbschale und einer ersten Trenneinrichtung und der ersten Trenneinrichtung und wenigstens einer weiteren Trenneinrichtung und zwischen der wenigstens einen weiteren Trenneinrichtung und der zweiten Halbschale jeweils eine Kühlvorrichtung, insbesondere ein Kühlkanal, angeordnet. Vorteilhafterweise sind die Kühlvorrichtungen mehrerer solcher Batteriezellen dabei miteinander verbindbar, sodass ein Kühlmittel durch die Kühlvorrichtungen mehrerer Batteriezellen strömt.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Batteriezelle sieht vor, dass die erste Halbschale und die zweite Halbschale in dem
Anbindungsbereich jeweils eine flach auslaufende Umrandung aufweisen, wobei die Umrandung der ersten Halbschale mit der Umrandung der zweiten Halbschale miteinander elektrisch nichtleitfähig verbunden sind. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Umrandung der ersten Halbschale mit der Umrandung der zweiten Halbschale elektrisch nichtleitfähig verklebt ist. Vorteilhafterweise ist die
Umrandung der Batteriezelle dabei als Anlagebereich zum Positionieren einer Batteriezelle in einem Rahmenelement einer erfindungsgemäßen Energiespeichereinheit ausgebildet. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass ein erstes Rahmenelement die erste Halbschale einer Batteriezelle umrahmt und ein zweites Rahmenelement die zweite Halbschale dieser Batteriezelle umrahmt, wobei die Umrandung zwischen den Rahmenelementen angeordnet ist.
Eine vorteilhafte Ausgestaltungsvariante hierzu sieht vor, dass die erste Halbschale und die zweite Halbschale mittels einer Bördel- Klebeverbindung und/oder mittels einer Klebe-Steckverbindung miteinander verbunden sind.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Batteriezelle ist die Kathode mit einem ersten Terminalelement kontaktiert, wobei das erste Terminalelement die erste Halbschale an deren Außenseite durchbricht, und wobei das erste Terminalelement gegen die erste Halbschale elektrisch isoliert ist. Zusätzlich oder alternativ hierzu ist vorgesehen, dass die Anode einer erfindungsgemäßen Batteriezelle mit einem zweiten Terminalelement kontaktiert ist, wobei das zweite Terminalelement die zweite Halbschale an deren Außenseite durchbricht, und wobei das zweite Terminalelement gegen die zweite Halbschale elektrisch isoliert ist. Über das erste Terminalelement und/oder das zweite Terminalelement wird dabei vorteilhafterweise die Batteriezelle bei einer Aneinanderreihung einer Mehrzahl solcher Batteriezellen elektrisch kontaktiert, sodass eine Verschaltung von erfindungsgemäßen Batteriezellen durch Aneinanderreihung ermöglicht ist. Bei dieser Ausgestaltung umfasst die erste Halbschale und/oder die zweite Halbschale die erste Elektrode beziehungsweis die zweite Elektrode der Batteriezelle ohne selbst die erste Elektrode beziehungsweise die zweite Elektrode zu bilden. Zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe wird ferner ein Verfahren zur
Herstellung einer erfindungsgemäßen Batteriezelle vorgeschlagen, wobei aus einer ersten metallischen Folie eine erste Halbschale mit einer ersten Außenseite geformt wird, aus einer zweiten metallischen Folie eine korrespondierend zu der ersten Halbschale ausgebildete zweite Halbschale mit einer zweiten Außenseite geformt wird, derart, dass wenigstens eine Elektrodenanordnung mit einer
Kathode und einer Anode, insbesondere wenigstens ein Zellwickel oder ein Zellstapel, von der ersten Halbschale und der zweiten Halbschale umschlossen werden kann, die Kathode und die Anode einer Elektrodenanordnung derart elektrisch leitfähig kontaktiert werden, dass eine Kontaktierung der Kathode über die erste Außenseite der ersten Halbschale ermöglicht ist und eine Kontaktierung der Anode über die zweite Außenseite der zweiten Halbschale ermöglicht ist, und die erste Halbschale und die zweite Halbschale elektrisch nichtleitfähig miteinander verbunden werden. Besonders bevorzugt ist dabei vorgesehen, dass mittels eines Tiefziehverfahrens aus der ersten metallischen Folie, insbesondere aus einer ersten Metallfolie, die erste Halbschale geformt wird und/oder mittels eines Tiefziehverfahrens aus der zweiten metallischen Folie, insbesondere aus einer zweiten Metallfolie, die zweite Halbschale geformt wird. Durch das Verformen der metallischen Folie wird die metallische Folie vorteilhafterweise formstabil. Als erste metallische Folie ist insbesondere eine Edelstahl- oder eine Kupferfolie vorgesehen. Als zweite metallische Folie ist insbesondere eine
Aluminiumfolie oder eine aus einer Aluminiumlegierung hergestellte Folie vorgesehen. Vorzugsweise weist die erste metallische Folie und/oder die zweite metallische Folie jeweils eine Materialstärke zwischen 50 μηη und 200 μηη auf. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsvariante ist die erste metallische Folie und/oder die zweite metallische Folie jeweils eine metallisierte Folie.
Vorteilhafterweise wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren an der ersten metallischen Folie eine elektrisch nicht leitfähige Innenschicht angeordnet und/oder eine elektrisch nicht leitfähige Außenschicht angeordnet, derart, dass die Innenschicht zumindest teilweise an der Innenseite der ersten Halbschale angeordnet ist und die Außenschicht zumindest teilweise an der Außenseite der ersten Halbschale angeordnet ist, und/oder an der zweiten metallischen Folie eine elektrisch nicht leitfähige Innenschicht angeordnet wird und/oder eine elektrisch nicht leitfähige Außenschicht angeordnet, derart, dass die Innenschicht zumindest teilweise an der Innenseite der zweiten Halbschale angeordnet ist und die Außenschicht zumindest teilweise an der Außenseite der zweiten Halbschale angeordnet ist. Vorzugsweise erfolgt die Anordnung der Innenschicht und/oder der Außenschicht an der jeweiligen Metallfolie vor dem Formen der Metallfolie zu der Halbschale. Zur Bereitstellung einer Kontaktierung an der jeweiligen Außenseite der Batteriezelle sind die Innenschicht und die Außenschicht jeweils unterbrochen. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Innenschicht und die Außenschicht hierzu jeweils eine Durchlochung aufweisen.
Weitere vorteilhafte Einzelheiten, Merkmale und Ausgestaltungsdetails sowie besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden im Zusammenhang mit den in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei zeigt:
Fig. 1 in einer schematischen Darstellung eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels für eine erfindungsgemäße Energiespeichereinheit;
Fig. 2 in einer schematischen Darstellung eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels für Rahmenelemente einer erfindungsgemäßen Energiespeichereinheit;
Fig. 3 in einer schematischen stark vereinfachten Darstellung ein
Ausführungsbeispiel für ein Anschlusselement mit Kontaktierungselementen eines Rahmenelementes einer erfindungsgemäßen Energiespeichereinheit;
Fig. 4 in einer schematischen Darstellung eine perspektivische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels für ein Rahmenelement einer erfindungsgemäßen Energiespeichereinheit; in einer schematischen Darstellung eine Frontansicht eines Ausführungsbeispiels für eine Batteriezelle zur Verwendung in einer erfindungsgemäßen Energiespeichereinheit; in einer schematischen Darstellung eine Draufsicht auf die in Fig. 5 dargestellte Batteriezelle; in einer schematischen Darstellung eine Seitenansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels für eine Batteriezelle zur Verwendung in einer erfindungsgemäßen Energiespeichereinheit; in einer schematischen Darstellung ein Ausführungsbeispiel für eine Kontaktierung von Batteriezellen einer erfindungsgemäßen Energiespeichereinheit über eine Sicherheitsbarriere; in einer schematischen Darstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Kontaktierung von Batteriezellen einer erfindungsgemäßen Energiespeichereinheit über eine Sicherheitsbarriere; in einer schematischen Darstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Batteriezelle zur Verwendung in einer erfindungsgemäßen Energiespeichereinheit; in einer schematischen Darstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Batteriezelle zur Verwendung in einer erfindungsgemäßen Energiespeichereinheit; in einer schematischen Darstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Batteriezelle zur Verwendung in einer erfindungsgemäßen Energiespeichereinheit; in einer schematischen Darstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Batteriezelle zur Verwendung in einer erfindungsgemäßen Energiespeichereinheit; in einer schematischen Darstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Batteriezelle zur Verwendung in einer erfindungsgemäßen Energiespeichereinheit; in einer schematischen Darstellung ein Ausführungsbeispiel für eine Elektrodenanordnung einer erfindungsgemäßen Batteriezelle; in einer schematischen Darstellung ein Ausführungsbeispiel für eine Verschaltung von erfindungsgemäß ausgestalteten Batteriezellen; in einer schematischen Darstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Verschaltung von erfindungsgemäß ausgestalteten Batteriezellen; in einer schematischen Darstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Verschaltung von erfindungsgemäß ausgestalteten Batteriezellen; in einer schematischen Darstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Batteriezelle zur Verwendung in einer erfindungsgemäßen Energiespeichereinheit; in einer schematischen Darstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Batteriezelle zur Verwendung in einer erfindungsgemäßen Energiespeichereinheit; in einer schematischen Darstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Batteriezelle zur Verwendung in einer erfindungsgemäßen Energiespeichereinheit; in einer schematischen Darstellung einen perspektivisch dargestellten Ausschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels für eine erfindungsgemäße Batteriezelle zur Verwendung in einer erfindungsgemäßen Energiespeichereinheit; in einer schematischen Darstellung eine perspektivische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Batteriezelle zur Verwendung in einer erfindungsgemäßen Energiespeichereinheit mit Hervorhebung des Anbindungsbereiches der Batteriezelle;
Fig. 24 a in einer schematischen Darstellung ein Ausführungsbeispiel eines
Fertigungszustandes einer herzustellenden erfindungsgemäß ausgestalteten Batteriezelle;
Fig. 24 b in einer schematischen Darstellung ein Ausführungsbeispiel eines weiteren Fertigungszustandes einer herzustellenden erfindungsgemäß ausgestalteten Batteriezelle;
Fig. 24 c in einer schematischen Darstellung ein Ausführungsbeispiel eines weiteren Fertigungszustandes einer herzustellenden erfindungsgemäß ausgestalteten Batteriezelle;
Fig. 25 in einer schematischen Darstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Batteriezelle zur Verwendung in einer erfindungsgemäßen Energiespeichereinheit;
Fig. 26 in einer schematischen Darstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Batteriezelle zur Verwendung in einer erfindungsgemäßen Energiespeichereinheit; und
Fig. 27 in einer schematischen Darstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Verschaltung von erfindungsgemäß ausgestalteten Batteriezellen.
Das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt eine erfindungsgemäße Energiespeichereinheit 1, welche vorliegend als Batteriemodul ausgebildet ist. Die Energiespeichereinheit 1 umfasst dabei eine Mehrzahl von als sekundäre Batteriezellen ausgebildeten galvanischen Zellen 2. Insbesondere ist vorgesehen, dass die galvanischen Zellen 2 nachladbare Lithium-Ionen-Zellen sind. Die galvanischen Zellen 2 sind dabei derart ausgebildet, dass deren Außenseiten 3, 4 jeweils die Elektroden der galvanischen Zelle 2 umfassen, nämlich die Außenseite 3 die erste Elektrode, beispielsweise die positive Elektrode, und die zweite Außenseite 4 die zweite Elektrode 6, beispielsweise die negative Elektrode. Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel bildet dabei die erste Außenseite 3 die erste Elektrode 5 und die zweite Außenseite 4 die zweite Elektrode 6.
Die galvanischen Zellen 2 der Energiespeichereinheit 1 sind dabei durch Aneinanderreihung 9 elektrisch miteinander über die durch die Außenseiten 3, 4 gebildeten Elektroden 5, 6 elektrisch miteinander verschaltet. Dabei werden die galvanischen Zellen 2 durch eine Mehrzahl von Rahmenelementen 7, 8, 12 fixiert. Die Energiespeichereinheit 1 umfasst dabei an einem Ende 10 ein erstes
Rahmenelement 7, welches die Modulendplatte der Energiespeichereinheit 1 bildet. An dieses erste Rahmenelement 7 ist eine erste galvanische Zelle 2 angeordnet, wobei das erste Rahmenelement 7 die erste galvanische Zelle 2 teilweise umschließt. Eine Umrandung 25 der Außenhülle 26 der galvanischen Zelle 2 bildet dabei einen Anlagebereich mit dem die jeweilige galvanische Zelle
2 der Energiespeichereinheit 1 jeweils an einem Rahmenelement 7, 8, 12 anliegt.
Bei der Energiespeichereinheit 1 ist an das erste Rahmenelement 7 mit der darin zur Hälfte angeordneten galvanischen Zelle 2 ein drittes Rahmenelement 12 angeordnet, wobei dieses dritte Rahmenelement 12 die andere Hälfte dieser galvanischen Zelle 2 umrahmt. Dieses dritte Rahmenelement 12 umrahmt darüber hinaus die an die erste galvanische Zelle 2 angereihte weitere galvanische Zelle 2 zur Hälfte. Auf diese Weise schließen sich mehrere dritte Rahmenelemente 12 und weitere galvanische Zellen 2 aneinander an, wobei eine letzte galvanische Zelle 2 am Ende 11 der Aneinanderreihung 9 der galvanischen Zellen 2 von einem zweiten Rahmenelement 8 teilweise umschlossen wird.
Die Rahmenelemente 7, 8, 12 sind dabei jeweils über Fixierelemente 13 miteinander lösbar verbunden. Als Fixierelement 13 ist dabei insbesondere ein Rasthaken vorgesehen, welcher in eine entsprechende Raste (in Fig. 1 nicht explizit dargestellt) eingreift. Auf diese Weise ist das erste Rahmenelement 7 über die weiteren dritten Rahmenelemente 12 mit dem zweiten Rahmenelement 8 lösbar verbunden.
Die Rahmenelemente 7, 8, 12 sind bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Energiespeichereinheit 1 als Kühlvorrichtung für die galvanischen Zellen 2 ausgebildet und weisen hierzu jeweils einen von einem Kühlmittel durchströmbaren Kühlkanal 16 auf.
Darüber hinaus ist vorgesehen, dass die Rahmenelemente 7, 8, 12 jeweils Kontaktierungselemente (in Fig. 1 nicht explizit dargestellt) aufweisen, wobei die Kontaktierungselemente jeweils eine galvanische Zelle 2 der Energiespeichereinheit 1 zur Erfassung von Batteriezellparametern, insbesondere von Batteriezellspannungen und/oder Batteriezellströmen und/oder Batteriezelltemperaturen, aufweisen. Darüber hinaus weisen die Rahmenelemente 7, 8, 12 jeweils wenigstens ein Anschlusselement (in Fig. 1 nicht explizit dargestellt) auf, welches mit den Kontaktierungselementen elektrisch leitfähig verbunden ist. Das Anschlusselement eines Rahmenelementes 7, 8, 12 ist dabei mit einer auf den Rahmenelementen 7, 8, 12 angeordneten Leiterplatte 18 elektrisch leitfähig verbunden. Vorteilhafterweise umfasst diese Leiterplatte 18 Komponenten eines Batteriemanagementsystems, insbesondere zumindest eine Zellüberwachungseinheit (CSC). Insbesondere kann vorgesehen sein, dass eine Zellüberwachungseinheit in dem ersten Rahmenelement 7 oder in dem zweiten Rahmenelement 8 angeordnet wird, wie nachfolgend noch im Zusammenhang mit Fig. 2 erläutert.
In Fig. 7 ist eine vorteilhafte Ausgestaltung einer Batteriezelle 2 dargestellt, welche insbesondere ausgebildet ist, in der in Fig. 1 gezeigten Energiespeichereinheit eingesetzt zu werden. Die Batteriezelle 2 umfasst dabei zwei Halbschalen 28, 29, welche vorzugsweise jeweils aus einer ersten Metallfolie und einer zweiten Metallfolie mittels eines Tiefziehverfahrens hergestellt sind. Als erste Metallfolie ist dabei insbesondere Edelstahl vorgesehen, als zweite Metallfolie insbesondere Aluminium. Die Außenseite 3 der ersten Halbschale 28 bildet dabei die erste Elektrode 5 der Batteriezelle 2 die Außenseite 4 der zweiten Halbschale 29 die zweite Elektrode 6 der Batteriezelle 2. Die erste Halbschale 28 und die zweite Halbschale 29 sind dabei elektrisch gegeneinander isoliert. Die erste Halbschale 28 und die zweite Halbschale 29 der Batteriezelle 2 sind zudem derart ausgebildet, dass die Batteriezelle 2 eine Umrandung 25 aufweist. Die Umrandung 25 ist dabei als Auflagebereich zur
Anordnung an einem Rahmenelement 7, 8, 12, wie in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellt, ausgebildet.
In Fig. 2 sind ein erstes Rahmenelement 7, ein drittes Rahmenelement 12 und ein zweites Rahmenelement 8 dargestellt. Das erste Rahmenelement 7 ist dabei zur Anordnung an einem Ende 10 einer Aneinanderreihung 9 von galvanischen Zellen 2 ausgebildet, wie in Fig. 1 dargestellt. Das zweite Rahmenelement 8 ist zur Anordnung an dem anderen Ende 11 einer Aneinanderreihung 9 von galvanischen Zellen 2 ausgebildet, wie in Fig. 1 dargestellt. Das erste Rahmenelement 7 und das zweite Rahmenelement 8 dienen somit quasi als
Modulendplatten. Dabei weist das erste Rahmenelement 7 und das zweite Rahmenelement 8 eine geschlossene Fläche auf, welche den Aufnahmeraum zur zumindest teilweisen Aufnahme einer galvanischen Zelle nach außen abschließt, wie in Fig. 2 dargestellt. Darüber hinaus umfasst das erste Rahmenelement 7 oder das zweite Rahmenelement 8 eine
Zellüberwachungseinheit (CSC) 19, welche vorzugsweise in eine Platine integriert ist.
Wie in Fig. 2 ferner dargestellt, umfassen die Rahmenelemente 7, 8, 12 jeweils wenigstens ein Fixierelement 13, 14, 21 über welche die Rahmenelemente 7, 8,
12 miteinander lösbar verbunden werden können. Dabei weisen das erste Rahmenelement 7 und das dritte Rahmenelement 12 jeweils zwei Rasthaken als Fixierungselemente 13 auf, wobei die Rasthaken ausgebildet sind, in ein entsprechendes als Rastvertiefung ausgebildetes Fixierelement 14 eines weiteren Rahmenelementes einzugreifen. Das dritte Rahmenelement 12 weist jeweils sowohl zwei Rasthaken als Fixierelemente 13 als auch zwei Rastvertiefungen als Fixierelemente 14 auf. Das zweite Rahmenelement 8 weist zwei Rastvertiefungen als Fixierelemente 14 auf. Darüber hinaus weisen das erste Rahmenelement 7 und das dritte Rahmenelement 12 jeweils einen Vorsprung 21 auf, welcher in eine korrespondierend ausgebildete Vertiefung (in Fig. 2 nicht explizit dargestellt) eines weiteren Rahmenelementes eingreifen kann.
Die in Fig. 2 dargestellten Rahmenelemente 7, 8, 12 weisen zudem jeweils einen Kühlkanal (in Fig. 2 nicht explizit dargestellt) auf, wobei die Kühlkanäle über
Kühlmittelzuführanschlüsse 17 der Rahmenelemente 7, 8, 12 miteinander verbunden werden können. Insbesondere kann über die Kühlmittelzuführanschlüsse 17 ein Kühlmittelleitungssystem angeschlossen werden; insbesondere an den Kühlmittelanschluss 17 des zweiten Rahmenelementes 8. Vorteilhafterweise dienen die Kühlmittelanschlüsse 17 des ersten Rahmenelementes 7 und der dritten Rahmenelemente 12 als weitere Fixierelemente.
Das in Fig. 2 dargestellte dritte Rahmenelement 12 weist darüber hinaus wenigstens ein Kontaktierungselement (in Fig. 2 nicht explizit dargestellt) auf, wobei das wenigstens eine Kontaktierungselement zur Kontaktierung einer galvanischen Zelle einer Energiespeichereinheit zur Erfassung wenigstens eines Parameters der galvanischen Zelle ausgebildet ist. Das wenigstens eine Kontaktierungselement ist dabei mit einem Anschlusselement 15 des dritten Rahmenelementes 12 elektrisch leitfähig verbunden, wobei das
Anschlusselement 15 insbesondere mit einer Zellüberwachungseinheit verbindbar ist. In Fig. 3 ist in einer schematisch stark vereinfachten Darstellung ein Anschlusselement 15 mit entsprechenden Kontaktierungselementen 20 zur Kontaktierung einer galvanischen Zelle 2 gezeigt, wobei über die Kontaktierungselemente 20 Parameter einer galvanischen Zelle erfasst werden können, insbesondere Zellspannungen und/oder Zelltemperaturen.
Fig. 4 zeigt eine vorteilhafte Ausgestaltungsvariante eines dritten Rahmenelementes 12 für eine erfindungsgemäße Energiespeichereinheit. Abweichend von den im Zusammenhang mit Fig. 1 und Fig. 2 erläuterten dritten
Rahmenelementen weist das in Fig. 4 dargestellte dritte Rahmenelement 12 zwei in die von dem Rahmenelement 12 aufgespannte Fläche 22 ragende Auflageelemente 23 auf, an welchen die in das Rahmenelement 12 beim Aufbau einer erfindungsgemäßen Energiespeichereinheit eingebrachten galvanischen Zellen mit einem Auflagebereich der galvanischen Zellen anliegen. Eine mögliche Ausgestaltung einer solchen galvanischen Zelle 2 ist in Fig. 5 und Fig. 6 dargestellt. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist wenigstens eines der Auflageelemente 23 zusätzlich oder alternativ zu dem Anschlusselement 15 für einen Temperatur- und/oder einen Spannungsabgriff an wenigstens einer der anliegenden galvanischen Zelle ausgebildet.
Fig. 5 zeigt dabei eine galvanische Zelle 2 liegend in einer Frontansicht, wobei die Auflagebereiche 24 der galvanischen Zelle 2 als Vertiefungen der die Elektroden 5, 6 der galvanischen Zelle 2 umfassenden Außenseiten 3, 4 ausgebildet sind. Fig. 6 zeigt die galvanische Zelle 2 aus Fig. 5 in einer Draufsicht.
Es ist vorgesehen, dass das in Fig. 4 dargestellte Rahmenelement 12 an einer in Fig. 5 und Fig. 6 dargestellten galvanische Zelle 2 angeordnet wird, derart, dass die Auflageelemente 23 an den Auflagebereichen 24 der galvanischen Zelle 2 anliegen. In dieses an der galvanischen Zelle 2 angeordnete Rahmenelement 12 wird dann eine weitere solche galvanische Zelle 2, wie in Fig. 5 und Fig. 6 dargestellt, eingebracht, derart, dass die Auflagebereiche 24 der galvanischen Zelle 2 an den Auflageelementen 23 des Rahmenelementes 12 anliegen. Über die von den Außenseiten 3, 4 der galvanischen Zellen 2 gebildeten Elektroden 5, 6 sind die galvanischen Zellen 2 dabei elektrisch miteinander verschaltet. In entsprechender Wiederholung dieses wechselnden Anordnens von galvanischer Zelle 2 und Rahmenelement 12 wird dann eine erfindungsgemäße Energiespeichereinheit aufgebaut, wobei die Enden der Energiespeichereinheit durch ein erstes Rahmenelement und ein zweites Rahmenelement, wie beispielsweise im Zusammenhang mit Fig. 2 erläutert, abgeschlossen werden.
Fig. 8 und Fig. 9 zeigen jeweils Ausführungsbeispiele für eine elektrische Kontaktierung von Batteriezellen 2 über eine Sicherheitsbarriere 35 zur Verschaltung der Batteriezellen 2 zu einer erfindungsgemäßen Energiespeichereinheit. Die Batteriezellen 2 weisen dabei jeweils eine Elektrodenanordnung mit einer Kathode 32 und einer Anode 33 auf. Die Kathode 32 und die Anode 33 sind dabei exemplarisch in stark vereinfachter Weise dargestellt. Insbesondere ist die Elektrodenanordnung 27 in der Batteriezelle 2 Elektrodenwickel G.Jelly Roll") oder Elektrodenstapel ausgebildet. Die Elektrodenanordnung 27 ist dabei jeweils von einer ersten elektrisch leitfähigen Halbschale 28 und einer zweiten elektrisch leitfähigen Halbschale 29 umschlossen. Die Kathode 32 ist dabei über ein erstes elektrisch leitfähiges Verbindungselement 31, also einen elektrischen Leiter, mit der jeweiligen ersten Halbschale 28 verbunden. Die Anode 33 ist jeweils über ein zweites elektrisch leitfähiges Verbindungselement 31', also einen elektrischen Leiter, mit der jeweiligen zweiten Halbschale 29 verbunden. Die erste Halbschale 28 bildet somit die erste Elektrode einer Batteriezelle 2 und die zweite Halbschale 29 die zweite Elektrode einer Batteriezelle 2.
Zwischen den benachbarten Batteriezellen 2 ist bei den in Fig. 8 und Fig. 9 dargestellten Ausführungsbeispielen eine Sicherheitsbarriere 35 angeordnet, welche vorteilhafterweise eine thermische Kettenreaktion zwischen den Batteriezellen 2 verhindert und zudem vorteilhafterweise als mechanische Barriere Beschädigungen von weiteren Batteriezellen beim thermischen
Durchgehen einer Batteriezelle verhindert. Diese Sicherheitsbarriere 35 umfasst insbesondere ein thermisch schlecht leitendes Füllmaterial 36, welches einen Wärmeaustausch zwischen den Batteriezellen 2 weitestgehend reduziert. Das Füllmaterial 36 kann auch als Temperaturabsorber fungieren, vorzugsweise über phase change materials (pcm). Darüber hinaus stellt die Sicherheitsbarriere 35 eine elektrisch leitfähige Verbindung 37 bereit, über welche die Batteriezellen 2 elektrisch leitfähig miteinander kontaktiert sind. Die Verbindung 37 muss dabei nicht, wie in Fig. 8 und Fig. 9 dargestellt, durch die Sicherheitsbarriere 35 gehen, sondern kann auch die Sicherheitsbarriere 35 an deren Außenseite umlaufen. Vorzugsweise erfolgt die elektrisch leitfähige Verbindung 37 über eine
Schmelzdrahtsicherung. Die Batteriezellen 2 sind über die elektrisch leitfähige Verbindung 37 elektrisch in Reihe geschaltet, was durch das Schaltbild 34 veranschaulicht ist. Bei dem in Fig. 9 dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst die
Sicherheitsbarriere 35 ferner einen Kühlkanal 16 und ist somit ferner als Kühlvorrichtung zur Temperierung der Batteriezellen 2 ausgebildet.
Insbesondere ist vorgesehen, dass ein drittes Rahmenelement einer erfindungsgemäßen Energiespeichereinheit, wie beispielsweise im Zusammenhang mit Fig. 1 erläutert, die Sicherheitsbarriere 35 in den in Fig. 8 und Fig. 9 dargestellten Ausführungsbeispielen ausbildet, wobei die Sicherheitsbarriere 35 dabei vorteilhafterweise zentriert in dem Rahmenelement angeordnet ist.
In Fig. 10 ist eine weitere zur Verwendung mit einer erfindungsgemäßen Energiespeichereinheit ausgebildete Batteriezelle 2 dargestellt. Die Batteriezelle 2 ist dabei als prismatische Batteriezelle ausgebildet. Die in Fig. 10 dargestellte Batteriezelle 2 umfasst dabei eine Elektrodenanordnung 27 mit einer Kathode 32 und einer Anode 33. Die Elektrodenanordnung 27 ist dabei von einem metallischen Gehäuse 47 umgeben. Die Batteriezelle 2 weist an einer Außenseite 3 eine Metallfolie 38 auf, wobei die Kathode 32 über ein erstes Zellterminal 49 mit der Metallfolie 38 elektrisch leitfähig kontaktiert ist. Die Metallfolie 38 ist mittels eines Isolatorelementes 48 gegen das metallische Zellgehäuse 47 der Batteriezelle 2 elektrisch isoliert. Die Anode 33 ist über ein zweites Zellterminal 50 mit einer Metallfolie 39 verbunden, welche an der zweiten Außenseite 4 der Batteriezelle 2 angeordnet ist. Mit einem Isolatorelement 48 ist die Metallfolie 39 gegen das Zellgehäuse 47 elektrisch isoliert. Fig. 11 zeigt eine Ausgestaltungsvariante der in Fig. 10 dargestellten
Batteriezelle 2, wobei die Kathode 32, wie im Zusammenhang mit Fig. 10 erläutert, mit einer Metallfolie 38 kontaktiert ist. Die Anode 33 ist über das zweite Zellterminal 50 direkt mit dem metallischen Zellgehäuse 47 elektrisch leitfähig verbunden. Das heißt das metallische Zellgehäuse 47 der prismatischen Batteriezelle 2 bildet die zweite Elektrode der Batteriezelle 2. Durch die
Metallfolie 38 und das Zellgehäuse 47 ist somit eine elektrische Verschaltung solcher Batteriezellen 2 über deren Außenseiten 3, 4 durch Aneinanderreihung solcher Batteriezellen 2 ermöglicht. Fig. 12 zeigt weiteres Ausführungsbeispiel einer zur Verwendung mit einer erfindungsgemäßen Energiespeichereinheit ausgebildete Batteriezelle 2. Dieses Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Batteriezelle 2 umfasst eine Elektrodenanordnung 27 mit einer Kathode 32 und einer Anode 33. Die Kathode 32 und die Anode 33 sind dabei nach Art einer Pouchzelle von einer Gehäusefolie umgeben, welche eine Innenschicht 43 der Batteriezelle 2 bildet. Darüber hinaus umfasst die Batteriezelle 2 eine erste Halbschale 28 und eine zweite Halbschale 29. Die erste Halbschale 28 ist dabei mittels eines Tiefziehverfahrens aus einer ersten metallischen Folie 38 gebildet Die zweite Halbschale 29 ist mittels eines Tiefziehverfahrens aus einer zweiten metallischen Folie 39 gebildet.
Aus der Innenschicht 43 und den Halbschalen 28, 29 der Batteriezelle 2 sind dabei elektrisch leitfähige Verbindungselemente 31 und 31' herausgeführt, wobei das erste Verbindungselement 31 die Kathode 32 mit der metallischen Folie 38 elektrisch leitfähig kontaktiert und das zweite Verbindungselement 31' die Anode
33 mit der metallischen Folie 39 elektrisch leitfähig kontaktiert. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass die erste metallische Folie 38 aus Edelstahl ist und die zweite metallische Folie 39 aus Aluminium. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsvariante der Batteriezelle 2 ist vorgesehen, dass die erste Halbschale 28 nicht durch eine metallische Folie sondern durch eine metallisierte Gehäusefolie gebildet ist. Bei dieser Ausgestaltungsvariante ist ebenfalls vorgesehen, dass die zweite Halbschale 29 durch eine metallisierte zweite Gehäusefolie gebildet ist.
In Fig. 13 ist eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Batteriezelle 2 dargestellt. Hierbei ist die Batteriezelle 2 nach Art einer Pouchzelle ausgebildet, wobei die innere Gehäusefolie einer Pouchzelle durch eine erste Metallfolie 38 und eine zweite Metallfolie 39 ersetzt ist, welche mittels eines Tiefziehverfahrens jeweils zu einer Gehäusehalbschale 28, 29 geformt ist.
Die Metallfolie 38 und die Metallfolie 39 sind dabei durch Isolatorelemente 30 elektrisch voneinander isoliert. Über eine mittels eines ersten Verbindungselementes 31 realisierte Innenkontaktierung ist die Kathode 32 mit der ersten Metallfolie 38 verbunden. Über eine mittels eines zweiten Verbindungselementes 31' realisierten Innenkontaktierung ist die Anode 33 mit der zweiten Metallfolie 39 elektrisch leitfähig kontaktiert.
Insbesondere zeigt Fig. 13 eine Batteriezelle 2 zur Verwendung mit einer erfindungsgemäßen Energiespeichereinheit, wobei die Batteriezelle 2 eine von einer ersten Halbschale 28 und von einer zweiten Halbschale 29 umgebene Elektrodenanordnung 27 mit einer Kathode 32 und einer Anode 33 aufweist. Die erste Halbschale 28 und die zweite Halbschale 29 sind dabei über einen Anbindungsbereich, in den ein Isolatorelement 30, welches die erste Halbschale
28 gegen die zweite Halbschale 29 elektrisch isoliert, eingebracht ist, verbunden. Die erste Halbschale 28 umfasst dabei die erste Elektrode 5 der Batteriezelle 2 und die zweite Halbschale 29 die zweite Elektrode 6 der Batteriezelle 2. Die erste Halbschale 28 umfasst eine erste metallische Folie 38 und die zweite Halbschale
29 eine zweite metallische Folie 39. Die Batteriezelle 2 ist nach Art einer Pouchzelle ausgebildet, wobei die erste metallische Folie 38 mittels eines Tiefziehverfahrens zu der ersten Halbschale 28 geformt ist, und die zweite metallische Folie 39 mittels eines Tiefziehverfahrens zu der zweiten Halbschale 29 geformt ist. Die Kathode 32 der Elektrodenanordnung 27 ist mit der ersten Halbschale 28 elektrisch leitfähig verbunden und die Anode 33 der Elektrodenanordnung 27 mit der zweiten Halbschale 29 elektrisch leitfähig verbunden.
Die Ausgestaltung der Batteriezelle 2 ermöglicht dabei eine Verschaltung mehrerer solcher Batteriezellen 2 durch ein Aneinanderreihen mit deren Außenseiten 3, 4, was beispielhaft in Fig. 16, Fig. 17 und Fig. 18 dargestellt ist.
In Fig. 16 sind die Batteriezellen 2 dabei durch Aneinanderreihung elektrisch in Reihe geschaltet, was durch das Schaltbild 34 verdeutlicht ist. Vorteilhafterweise sind für das Verschalten der Batteriezellen 2 dabei keine Zellverbinder erforderlich, was vorteilhafterweise zu einer Gewichtsreduzierung beiträgt.
In Fig. 17 sind zwei Batteriezellen 2 durch Kontaktierung der mit der Anode 33 verbundenen Halbschalen 29 elektrisch parallel geschaltet, was durch das Schaltbild 34 verdeutlicht ist. Dabei sind die Kathoden 32 der Batteriezellen 2 mittels eines elektrisch leitfähigen Kontaktierungselementes 52, insbesondere einem als Metallfolie oder als Metallbügel ausgebildeten Kontaktierungselement 52, elektrisch leitfähig miteinander verbunden. Gemäß einer vorteilhaften nicht dargestellten Ausgestaltungsvariante erfolgt die Kontaktierung der Kathoden 32 über eine Hochstromleiterplatte, durch welche das Kontaktierungselement 52 bereitgestellt ist. Ebenfalls durch einfaches Aneinanderreihen von Batteriezellen 2 und unter Nutzung eines Kontaktierungselementes 52 ist bei dem in Fig. 18 dargestellten Ausführungsbeispiel mit vier Batteriezellen 2 eine Reihenschaltung von zwei parallel geschalteten Batteriezellen 2 realisiert, was durch das Schaltbild 34 verdeutlicht ist.
Solche vorteilhaften Verschaltungen sind auch beispielsweise mit Batteriezellen 2 realisierbar, die wie in Fig. 14 dargestellt ausgebildet sind. In dem in Fig. 14 gezeigten Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Batteriezelle sind im Unterschied zu dem in Fig. 13 gezeigten Ausführungsbeispiel die
Verbindungselemente 31 und 31' aus den Halbschalen 28, 29 und somit quasi aus der Batteriezelle 2 herausgeführt, sodass eine Außenkontaktierung der ersten Metallfolie 38 und der zweiten Metallfolie 39 erfolgt. In Fig. 15 ist ein Ausführungsbeispiel für eine in den gezeigten Batteriezellen 2 vorzusehende Elektrodenanordnung 27 mit einer Kathode 32 und einer Anode 33 dargestellt. Die Kathode 32 wird dabei über ein als Kontaktfähnchen ausgebildetes erstes Verbindungselement 31 kontaktiert. Die Anode 33 wird über ein als Kontaktfähnchen ausgebildetes zweites Verbindungselement 31' kontaktiert. Zwischen der Anode 33 und der Kathode 32 ist dabei ein Separator
51, der in den anderen Figuren aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit nicht explizit dargestellt ist, angeordnet. Wie bereits ausgeführt sind aber insbesondere auch Elektrodenwickel G,Jelly Roll") als Elektrodenanordnung einer erfindungsgemäßen Batteriezelle vorgesehen.
Fig. 19, Fig. 20 und Fig. 21 zeigen vorteilhafte Ausführungsbeispiele für erfindungsgemäße Batteriezellen 2. Die Batteriezellen 2 können insbesondere Lithium-Ionen-Zellen sein. Insbesondere sind die Batteriezellen 2 zur Verwendung mit einer erfindungsgemäßen Energiespeichereinheit ausgebildet.
Eine in Fig. 19, Fig. 20 und Fig. 21 jeweils gezeigte Batteriezellen 2 umfasst jeweils wenigstens eine erste Elektrodenanordnung 27 mit einer Kathode 32 und einer Anode 33 und wenigstens eine zweite Elektrodenanordnung 27' mit einer Kathode 32 und einer Anode 33. Die wenigstens eine erste Elektrodenanordnung 27 und die wenigstens eine zweite Elektrodenanordnung 27' sind dabei von einer ersten Halbschale 28 der Batteriezelle 2 und von einer zweiten Halbschale 29 der Batteriezelle 2 umschlossen. Die erste Halbschale 28 und die zweite Halbschale 29 sind dabei über einen Anbindungsbereich elektrisch nichtleitfähig verbunden. In dem Anbindungsbereich ist dabei wenigstens ein Isolatorelement 30 angeordnet, derart, dass die erste Halbschale 28 gegen die zweite Halbschale 29 elektrisch isoliert ist.
Die erste Halbschale 28 bildet dabei jeweils die erste Elektrode der Batteriezelle 2 und die zweite Halbschale 29 die zweite Elektrode der Batteriezelle 2. Aus einer ersten metallischen Folie 38 ist dabei die erste Halbschale 28 geformt. Aus einer zweiten metallischen Folie 39 ist die zweite Halbschale 29 geformt.
Die wenigstens eine erste Elektrodenanordnung 27 und die wenigstens eine zweite Elektrodenanordnung 27' ist dabei jeweils von einer elektrisch nichtleitfähigen Innenschicht 43 umgeben, an welche sich die erste Halbschale 28 und die zweite Halbschale 29 nach außen anschließen.
Die Kathode 32 der ersten Elektrodenanordnung 27 kontaktiert dabei die erste Halbschale 28 der Batteriezelle 2 elektrisch leitfähig. Die Anode 33 der zweiten Elektrodenanordnung 27' kontaktiert die zweite Halbschale 29 der Batteriezelle 2 elektrisch leitfähig.
Die Batteriezelle 2 umfasst ferner wenigstens ein als ionische Barriere ausgebildetes Trennelement 41, welches jeweils zwischen der ersten Elektrodenanordnung 27 und der zweiten Elektrodenanordnung 27' angeordnet ist und die erste Elektrodenanordnung 27 von der zweiten Elektrodenanordnung 27' räumlich trennt, dabei aber einen Lösungsmittelaustausch ermöglicht. Das wenigstens eine Trennelement 41 ist dabei von der Anode 33 der ersten Elektrodenanordnung 27 und der Kathode 32 der zweiten Elektrodenanordnung 27' elektrisch leitfähig kontaktiert, das heißt, dass die Elektrodenanordnungen elektrisch in Reihe geschaltet sind, was durch die jeweiligen Schaltbilder 34 veranschaulicht ist. Insbesondere kann das Trennelement 41 als Bi-Metall, insbesondere aus Nickel-Aluminium, ausgeführt sein, wobei die Anode 33 und die Kathode 33 unmittelbar elektrisch angebunden sind. Alternativ kann das Trennelement 41 insbesondere auch aus Polyethylen (PE) und/oder Polypropylen (PP) und/oder Polyetheretherketon (PEEK) sein, wobei der elektrische Kontakt über Kontaktfahnen hergestellt wird (in Fig. 19 bis Fig. 21 nicht dargestellt). Bei dem in Fig. 19 dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst die Batteriezelle 2 dabei eine erste Elektrodenanordnung 27 und eine zweite Elektrodenanordnung 27'.
Bei dem in Fig. 20 dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst die Batteriezelle 2 eine erste Elektrodenanordnung 27, eine zweite Elektrodenanordnung 27', eine dritte Elektrodenanordnung 27" und eine vierte Elektrodenanordnung 27"', wobei jeweils zwischen den Elektrodenanordnungen ein Trennelement 41 eingefügt ist. Die Trennelemente 41 werden dabei vorteilhafterweise durch die Zellrahmen 53 fixiert.
Bei dem in Fig. 21 dargestellten Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Batteriezelle 2, welche ebenfalls vier miteinander verschaltete Elektrodenanordnungen 27, 27', 27", 27"' umfasst, ist zwischen der ersten Halbschale 28 und der zweiten Halbschale 29 in dem Anbindungsbereich 42 eine Kühlvorrichtung mit Kühlkanälen 16 zur Temperierung der Batteriezelle 2 angeordnet. Beim Betrieb der Batteriezelle 2 werden die Kühlkanäle 16 dabei vorteilhafterweise von einem Kühlmittel durchströmt. Vorteilhafterweise sind die Kühlkanäle 16 mit den Kühlkanälen von anderen Batteriezellen 2 verbindbar ausgebildet. Die Halbschalen 28, 29 können insbesondere auch als Kunststoffrahmen oder Kühlrahmen mit seitlichen Trennelementen ausgebildet sein.
Fig. 22 zeigt ein weiteres vorteilhaftes Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäß ausgestaltete Batteriezelle 2 mit einer ersten Halbschale 28 aus einer ersten Metallfolie 38 und einer zweiten Halbschale 29 aus einer zweiten Metallfolie 39. Die erste Halbschale 28 und die zweite Halbschale 29 sind dabei über einen Anbindungsbereich 42 verbunden. In dem Anbindungsbereich 42 weisen die erste Halbschale 28 und die zweite Halbschale 29 jeweils eine flach auslaufende Umrandung 25 auf, wobei die Umrandung 25 der ersten Halbschale 28 mit der Umrandung 25 der zweiten Halbschale 29 miteinander elektrisch nichtleitfähig verbunden ist. Hierzu ist zwischen die Umrandung 25 der ersten Halbschale 28 und die Umrandung 25 der zweiten Halbschale 29 ein elektrisch isolierendes Isolatorelement 30 eingebracht, vorzugsweise ein elektrisch nichtleitfähiger Kleber.
Bei dem in Fig. 23 dargestellten Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Batteriezelle 2 ist die Anbindung der Halbschalen 28, 29 anders gelöst. Dies ist schematisch in dem in Fig. 23 gezeigten vergrößerten Abschnitt dargestellt. Ein Retainer- Rahmen 56, welcher vorzugsweise aus Polyetheretherketon ist, bildet zusammen mit der die Anode bildenden zweiten Halbschale 28 der Batteriezelle 2 eine Nut 54 aus, in welche die die Kathode bildende erste Halbschale 29 der Batteriezelle 2 eingreift. Eine stabile Verbindung der Halbschalen 28, 29 ist dabei mittels eines in die Nut 54 eingebrachten Verbindungsmaterials 55 hergestellt, wobei das Verbindungsmittel 55 vorteilhafterweise durch ein angepasstes E- Modul beim Betrieb der Batteriezelle 2 als Ausgleichselement fungiert. Ferner ist das Verbindungsmaterial 55 sowie der Retainer- Rahmen 56 vorzugsweise Elektrolyt-stabil und stellt eine Diffusionsbarriere für Feuchtigkeit (H20) und Lösungsmittel dar. Zudem wirkt das Verbindungsmaterial 55 als elektrisches Isolatorelement. Insbesondere wird 2K-Epoxy als Verbindungsmaterial 55 vorgeschlagen. Vorteilhafterweise lässt sich auf diese Art und Weise eine Klebe- Steckverbindung realisieren.
Als weitere vorteilhafte (nicht dargestellte) Verbindungsalternative ist vorgesehen, dass die erste Halbschale 28 und die zweite Halbschale 29 einer erfindungsgemäß ausgestalteten Batteriezelle 2 mittels einer Bördel- Klebeverbindung miteinander verbunden sind.
Unter Bezugnahme auf Fig. 24 a, Fig. 24 b und Fig. 24 c wird ein Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Batteriezelle 2 näher erläutert.
Zunächst wird an einer ersten metallischen Folie 38, vorzugsweise einer Edelstahlfolie, eine elektrisch nichtleitfähige Innenschicht 43, vorzugsweise eine Polypropylenschicht, und eine elektrisch nichtleitfähige Außenschicht 44, vorzugsweise eine Polyester- oder Nylonschicht, angeordnet, wie in Fig. 24 a dargestellt. Die Schichtenanordnung weist dabei vorzugsweise eine Dicke zwischen 50 μηη und 200 μηη auf.
In einem weitern Verfahrensschritt wird aus der ersten mit der Innenschicht 43 und der Außenschicht 44 versehenen metallischen Folie 38 durch ein Tiefziehverfahren eine erste Halbschale 28 geformt, wie in Fig. 24 b dargestellt. Die durch den Pfeil 57 gekennzeichnete Höhe der Halbschale 28 beträgt dabei vorzugsweise zwischen 3,8 mm und 10 mm.
In entsprechender Weise wird vorteilhafterweise eine zweite Halbschale (in Fig. 24 a bis Fig. 24 c nicht dargestellt) hergestellt, wobei als Metallfolie hierfür vorzugsweise eine Aluminiumfolie genutzt wird.
In die erste Halbschale 28 wird dann eine Elektrodenanordnung 27, vorzugsweise eine Zellwickel G.Jelly Roll") eingebracht. Über ein erstes Terminalelement 45 der Elektrodenanordnung 27 wird dabei die Metallfolie 38 der Halbschale 38 elektrisch kontaktiert. Hierzu wird zuvor die Innenschicht 43 mit einer Durchlochung 59 und die Außenschicht 44 mit einer Durchlochung 58 versehen. Durch das Kontaktieren der Elektrodenanordnung 27 mit der Metallfolie 38 ist später vorteilhafterweise eine Kontaktierung über die durch die Halbschale 28 gebildete Außenseite der Batteriezelle ermöglicht.
Als weitere Verfahrensschritte ist vorgesehen, dass ein Elektrolyt in die Halbschalen eingebracht wird und die Halbschalen dicht verschlossen werden, beispielsweise durch ein Verkleben, vorzugsweise ein Verkleben wie im Zusammenhang mit Fig. 22 und Fig. 23 erläutert, oder eine Bördel- Klebeverbindung.
Fig. 25 und Fig. 26 zeigen vorteilhafte Ausführungsbeispiele von mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildeten erfindungsgemäßen Batteriezellen 2. Bei diesen Batteriezellen 2 ist eine erste Elektrode der Elektrodenanordnung 27 mit einem ersten Terminalelement 45 kontaktiert, wobei das erste Terminalelement 45 die erste Metallfolie 38 der ersten Halbschale 28 kontaktiert, wie im Zusammenhang mit Fig. 24 c erläutert. Die zweite Elektrode der Elektrodenanordnung 27 ist mit einem zweiten Terminalelement 46 kontaktiert, wobei das zweite Terminalelement 46 die zweite Halbschale 29 an deren Außenseite durchbricht. Das zweite Terminalelement 46 ist dabei gegen die zweite Halbschale 29, insbesondere gegen die zweite Metallfolie 39, durch das Isolierelement 48 elektrisch isoliert.
Bei dem in Fig. 26 dargestellten Ausführungsbeispiel ist im Vergleich zu dem in Fig. 25 dargestellten Ausführungsbeispiel das zweite Terminalelement 46 versetzt. Durch ein unterschiedliches Positionieren des ersten Terminalelementes 45 an der einen Außenseite der Batteriezelle gegenüber dem zweiten Terminalelement 46 an der anderen Außenseite der Batteriezelle ist vorteilhafterweise ein Schutz bereitgestellt, welcher ein versehentliches „falsches" Kontaktieren von Batteriezellen verhindert.
Eine vorteilhafte Verschaltung in Reihe solcher Batteriezellen 2, wie im Fig. 25 dargestellt, zeigt Fig. 27. Die in Fig. 27 dargestellten Batteriezellen 2 weisen gegenüber der in Fig. 25 dargestellten Batteriezelle 2 zudem eine Kühlvorrichtung auf. Beispielhaft ist die Kühlvorrichtung in Fig. 27 durch Kühlkanäle 16 und eine Luftkühlung 60 realisiert. Die in den Figuren dargestellten und im Zusammenhang mit diesen erläuterten
Ausführungsbeispiele dienen der Erläuterung der Erfindung und sind für diese nicht beschränkend.

Claims

Ansprüche
1. Energiespeichereinheit (1) mit einer Mehrzahl von galvanischen Zellen (2), wobei die galvanischen Zellen (2) jeweils eine erste Außenseite (3) umfassend eine erste Elektrode (5) und eine zweite Außenseite (4) umfassend eine zweite Elektrode (6) aufweisen und die galvanischen Zellen (2) durch Aneinanderreihung (9) der galvanischen Zellen (2) mit den Außenseiten (3, 4) über die Elektroden (5, 6) elektrisch miteinander verschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiespeichereinheit (1) ein erstes Rahmenelement (7) und ein zweites Rahmenelement (8) umfasst, welche direkt oder indirekt miteinander verbunden sind, wobei das erste Rahmenelement (7) an dem einen Ende (10) der Aneinanderreihung (9) der galvanischen Zellen (2) angeordnet ist und das zweite Rahmenelement (8) an dem anderen Ende (11) der Aneinanderreihung (9) der galvanischen Zellen (2) angeordnet ist.
2. Energiespeichereinheit (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten Rahmenelement (7) und dem zweiten Rahmenelement (8) wenigstens ein drittes Rahmenelement (12) angeordnet ist, welches zumindest eine galvanische Zelle (2) der Energiespeichereinheit (1) zumindest teilweise umrahmt, wobei das erste Rahmenelement (7) über das wenigstens eine dritte Rahmenelement (12) mit dem zweiten Rahmenelement (8) verbunden ist.
3. Energiespeichereinheit (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine dritte Rahmenelement (12) jeweils zwischen gleich großen Gruppen von elektrisch miteinander verschalteten galvanischen Zellen (2) der Energiespeichereinheit (1) angeordnet ist.
4. Energiespeichereinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rahmenelemente (7, 8, 12) jeweils wenigstens ein Fixierelement (13, 14, 21) aufweisen, wobei benachbarte Rahmenelemente (7, 8, 12) jeweils über das wenigstens eine Fixierelement (13, 14, 21) miteinander verbunden sind.
Energiespeichereinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Rahmenelement (7) und/oder das zweite Rahmenelement (8) und/oder das wenigstens eine dritte Rahmenelement (12) jeweils wenigstens ein Kontaktierungselement (20) aufweist, wobei das wenigstens eine Kontaktierungselement (20) wenigstens eine galvanische Zelle (2) der Energiespeichereinheit (1) zur Erfassung wenigstens eines Parameters der galvanischen Zelle (2) kontaktiert.
Energiespeichereinheit (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Rahmenelement (7) und/oder das zweite Rahmenelement (8) und/oder das wenigstens eine dritte Rahmenelement (12) jeweils wenigstens ein Anschlusselement (15) aufweist, welches mit dem wenigstens einen Kontaktierungselement (20) elektrisch leitfähig verbunden ist, wobei das wenigstens eine Anschlusselement (15) mit einer Zellüberwachungseinheit (19) verbunden ist und/oder mit einer Zellüberwachungseinheit verbindbar ist.
Energiespeichereinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Rahmenelement (7) und/oder das zweite Rahmenelement (8) und/oder das wenigstens eine dritte Rahmenelement (12) eine Zellüberwachungseinheit (19) umfasst.
Energiespeichereinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Rahmenelement (7) und/oder das zweite Rahmenelement (8) und/oder das wenigstens eine dritte Rahmenelement (12) jeweils als Kühlvorrichtung zur Temperierung zumindest einer galvanischen Zelle (2) der Energiespeichereinheit (1) ausgebildet ist. Energiespeichereinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Rahmenelement (7) und/oder das zweite Rahmenelement (8) und/oder das wenigstens eine dritte Rahmenelement (12) jeweils wenigstens ein in die von dem Rahmenelement (7, 8, 12) aufgespannte Fläche (22) ragendes Auflageelement (23) umfasst, an welchem zumindest eine galvanische Zelle (2) der Energiespeichereinheit (1) mit einem Auflagebereich (24) der galvanischen Zelle (2) anliegt.
Energiespeichereinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiespeichereinheit (1) wenigstens eine Sicherheitsbarriere (35) umfasst, welche zwischen zwei benachbart angeordneten galvanischen Zellen (2) der Energiespeichereinheit (1) angeordnet ist, wobei die Sicherheitsbarriere (35) eine elektrisch leitfähige Verbindung (37) zwischen diesen galvanischen Zellen (2) bereitstellt und ausgebildet ist, eine thermische Kettenreaktion zwischen diesen galvanischen Zellen (2) zu verhindern.
Energiespeichereinheit (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Sicherheitsbarriere (35) ferner als Kühlvorrichtung zur Temperierung der die Sicherheitsbarriere (35) umgebenden galvanischen Zellen (2) ausgebildet ist.
Energiespeichereinheit (1) nach Anspruch 10 oder Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine dritte Rahmenelement (12) als die Sicherheitsbarriere (35) ausgebildet ist.
Energiespeichereinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die galvanischen Zellen (2) der Energiespeichereinheit (1) als Batteriezellen nach einem der Ansprüche 21 bis 24 ausgebildet sind.
14. Batteriezelle (2) zur Verwendung mit einer Energiespeichereinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die Batteriezelle (2) wenigstens eine von einer ersten Halbschale (28) und von einer zweiten Halbschale (29) umgebene Elektrodenanordnung (27) mit wenigstens einer Kathode (32) und wenigstens einer Anode (33) aufweist, wobei die erste Halbschale (28) und die zweite Halbschale (29) über einen Anbindungsbereich (42) verbunden sind und die erste Halbschale (28) die erste Elektrode (5) der Batteriezelle (2) umfasst und die zweite Halbschale (29) die zweite Elektrode (6) der Batteriezelle (2) umfasst.
Batteriezelle (2) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Halbschale (28) eine erste metallische Folie (38) umfasst und die zweite Halbschale (29) eine zweite metallische Folie (39) umfasst.
Batteriezelle (2) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriezelle (2) nach Art einer Pouchzelle ausgebildet ist, wobei die erste metallische Folie (38) mittels eines Tiefziehverfahrens zu der ersten Halbschale (28) geformt ist, und die zweite metallische Folie (39) mittels eines Tiefziehverfahrens zu der zweiten Halbschale (29) geformt ist.
Batteriezelle (2) nach Anspruch 15 oder Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Kathode (32) der wenigstens einen Elektrodenanordnung (27) mit der ersten Halbschale (28) elektrisch leitfähig verbunden ist und die Anode (33) der wenigstens einen Elektrodenanordnung (27) mit der zweiten Halbschale (29) elektrisch leitfähig verbunden ist, wobei zwischen der ersten Halbschale (28) und der zweiten Halbschalte (29) in dem Anbindungsbereich (42) wenigstens ein Isolatorelement (30) angeordnet ist, derart, dass die erste Halbschale (28) gegen die zweite Halbschale (29) elektrisch isoliert ist.
Batteriezelle (2) nach Anspruch 15 oder Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenanordnung (27) von einer elektrisch nichtleitfähigen Innenschicht (43) umgeben ist, an welche sich die erste Halbschale (28) und die zweite Halbschale (29) nach außen anschließen.
Batteriezelle (2) nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Kathode (32) der wenigstens einen Elektrodenanordnung (27) über ein erstes Verbindungselement (31) mit der ersten Halbschale (28) elektrisch leitfähig verbunden ist und die Anode (33) der wenigstens einen Elektrodenanordnung (27) über ein zweites Verbindungselement (31') mit der zweiten Halbschale (29) elektrisch leitfähig verbunden ist, wobei das erste Verbindungselement (31) und das zweite Verbindungselement (31') aus der Innenschicht (43) und den Halbschalen (28, 29) der Batteriezelle (2) herausgeführt sind und das erste Verbindungselement (31) die erste Halbschale (28) an deren Außenseite (3) elektrisch leitfähig kontaktiert und das zweite Verbindungselement (31') die zweite Halbschale (29) an deren Außenseite (4) elektrisch leitfähig kontaktiert.
Batteriezelle (2) nach einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriezelle (2) wenigstens eine erste Elektrodenanord nung (27) mit einer Kathode (32) und einer Anode (33) und wenigstens eine zweite Elektrodenanordnung (27') mit einer Kathode (32) und einer Anode (33) umfasst, wobei die Kathode (32) der ersten Elektrodenanordnung (27) die erste Halbschale (28) der Batteriezelle (2) elektrisch leitfähig kontaktiert, die Anode (33) der zweiten Elektrodenanordnung (27') die zweite Halbschale (29) der Batteriezelle (2) elektrisch leitfähig kontaktiert und die Batteriezelle (2) jeweils zwischen der ersten Elektrodenanordnung (27) und der zweiten Elektrodenanordnung (27') ein elektrisch leitfähiges, die erste Elektrodenanordnung (27) von der zweiten Elektrodenanordnung (27') räumlich trennendes Trennelement (41) umfasst, welches von der Anode (33) der ersten Elektrodenanordnung (27) und der Kathode (32) der zweiten Elektrodenanordnung (27') elektrisch leitfähig kontaktiert ist.
Batteriezellen (2) nach einem der Ansprüche 14 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der ersten Halbschale (28) und der zweiten Halbschale (29) in dem Anbindungsbereich (42) wenigstens eine Kühlvorrichtung zur Temperierung der Batteriezelle (2) angeordnet ist.
Batteriezelle (2) nach einem der Ansprüche 14 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Halbschale (28) und die zweite Halbschale (29) in dem Anbindungsbereich (42) jeweils eine flach auslaufende Umrandung (25) aufweisen, wobei die Umrandung (25) der ersten Halbschale (28) mit der Umrandung (25) der zweiten Halbschale (29) miteinander elektrisch nichtleitfähig verbunden ist.
23. Batteriezelle (2) nach einem der Ansprüche 14 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Halbschale (28) und die zweite Halbschale
(29) mittels einer Bördel- Klebeverbindung und/oder mittels einer Klebe- Steckverbindung miteinander verbunden sind.
24. Batteriezelle (2) nach einem der Ansprüche 14 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Kathode (32) mit einem ersten Terminalelement
(45) kontaktiert ist, wobei das erste Terminalelement (45) die erste Halbschale (28) an deren Außenseite (3) durchbricht, und wobei das erste Terminalelement (45) gegen die erste Halbschale (28) elektrisch isoliert ist, und/oder die Anode (33) mit einem zweiten Terminalelement (46) kontaktiert ist, wobei das zweite Terminalelement (46) die zweite
Halbschale (29) an deren Außenseite (4) durchbricht, und wobei das zweite Terminalelement (46) gegen die zweite Halbschale (29) elektrisch isoliert ist. 25. Verfahren zur Herstellung einer Batteriezelle (2) nach einem der Ansprüche
14 bis 24, wobei
aus einer ersten metallischen Folie (38) eine erste Halbschale (28) mit einer ersten Außenseite (3) geformt wird,
aus einer zweiten metallischen Folie (29) eine korrespondierend zu der ersten Halbschale (28) ausgebildete zweite Halbschale (29) mit einer zweiten Außenseite (4) geformt wird, derart, dass wenigstens eine Elektrodenanordnung (27) mit einer Kathode (32) und einer Anode (33) von der ersten Halbschale (28) und der zweiten Halbschale (29) umschlossen werden kann,
- die Kathode (32) und die Anode (33) einer Elektrodenanordnung derart elektrisch leitfähig kontaktiert werden, dass eine Kontaktierung der Kathode (32) über die erste Außenseite (3) der ersten Halbschale (28) ermöglicht ist und einer Kontaktierung der Anode (33) über die zweite Außenseite (4) der zweiten Halbschale (29) ermöglicht ist, und die erste Halbschale (28) und die zweite Halbschale (29) elektrisch nichtleitfähig miteinander verbunden werden.
Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass an der ersten metallischen Folie (38) eine elektrisch nichtleitfähige Innenschicht
(43) angeordnet wird und/oder eine elektrisch nichtleitfähige Außenschicht
(44) angeordnet wird, derart, dass die Innenschicht (43) zumindest teilweise an der Innenseite der ersten Halbschale (28) angeordnet ist und die Außenschicht (44) zumindest teilweise an der Außenseite (3) der ersten Halbschale (28) angeordnet ist, und/oder an der zweiten metallischen Folie (39) eine elektrisch nichtleitfähige Innenschicht (43) angeordnet wird und/oder eine elektrisch nichtleitfähige Außenschicht (44) angeordnet wird, derart, dass die Innenschicht (43) zumindest teilweise an der Innenseite der zweiten Halbschale (29) angeordnet ist und die Außenschicht (44) zumindest teilweise an der Außenseite (4) der zweiten Halbschale (29) angeordnet ist.
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