WO2018082878A1 - Batteriezelle - Google Patents

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WO2018082878A1
WO2018082878A1 PCT/EP2017/075906 EP2017075906W WO2018082878A1 WO 2018082878 A1 WO2018082878 A1 WO 2018082878A1 EP 2017075906 W EP2017075906 W EP 2017075906W WO 2018082878 A1 WO2018082878 A1 WO 2018082878A1
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WO
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connector
positive
negative
battery cell
housing part
Prior art date
Application number
PCT/EP2017/075906
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French (fr)
Inventor
Heiko Klaumuenzer
Holger Reinshagen
Oliver Inkmann
Martin Gerlach
Silvan Poller
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Publication date
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    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/543—Terminals
    • H01M50/545—Terminals formed by the casing of the cells
    • H—ELECTRICITY
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    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/116—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by the material
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    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/102—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by their shape or physical structure
    • H01M50/103—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by their shape or physical structure prismatic or rectangular
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    • H01M50/531—Electrode connections inside a battery casing
    • H01M50/536—Electrode connections inside a battery casing characterised by the method of fixing the leads to the electrodes, e.g. by welding
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    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
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    • H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the invention relates to a battery cell, which comprises a cell housing, in which an electrode unit is arranged, wherein the electrode unit has an anode electrically connected to a negative terminal and a cathode electrically connected to a positive terminal, and wherein the cell housing, a first housing part which forms a negative terminal, and a second housing part, which forms the positive terminal has.
  • Electrical energy can be stored by means of batteries. Batteries convert chemical reaction energy into electrical energy. Here are batteries.
  • Primary batteries and secondary batteries distinguished. Primary batteries are only functional once, while secondary batteries, also referred to as accumulators, are rechargeable. In particular, so-called lithium-ion battery cells are used in an accumulator. These are characterized among other things by high energy densities, thermal stability and extremely low self-discharge.
  • Lithium-ion battery cells have a positive electrode, also referred to as a cathode, and a negative electrode, also referred to as an anode.
  • the cathode and the anode each include one
  • the electrodes of the battery cell are formed like a film and with the interposition of a
  • a battery cell further comprises a cell housing, which consists for example of aluminum. Within the cell housing, the electrode unit is arranged.
  • the cell housing is, for example, prismatic, in particular cuboidal, or circular cylindrical. Other types of cell housing are known.
  • the two electrodes of the electrode unit are electrically connected to poles of the battery cell, which are also referred to as terminals.
  • the terminals of the battery cell can be attached to the cell housing and electrically isolated from the cell housing.
  • the cell housing it is also conceivable for the cell housing to have a first housing part, which forms the negative terminal, and a second housing part, which forms the positive terminal, wherein the two housing parts are electrically insulated from one another.
  • a generic battery cell which has an electrode unit which is arranged in a metallic housing.
  • the housing comprises two housing parts, which are electrically isolated from each other by an insulating element.
  • the anode and the cathode of the electrode stack are electrically connected to one of the housing parts.
  • the housing parts thus form the terminals of the battery cell.
  • a battery cell is proposed, in particular a lithium-ion battery.
  • Battery cell comprising a cell housing in which an electrode unit is arranged.
  • the electrode unit has an anode, which is electrically connected to a negative terminal of the battery cell, and a cathode, which is electrically connected to a positive terminal of the battery cell.
  • the cell housing has a first housing part, which forms the negative terminal, and a second housing part, which forms the positive terminal.
  • a connector unit is provided within the cell housing, which has a negative connector and a positive connector.
  • the negative connector of the connector unit is connected to the anode and electrically connected to the first housing part, and the positive one
  • Connector of the connector unit is electrically connected to the cathode and to the second housing part.
  • the first housing part of the cell housing and the second housing part of the cell housing are made metallic and electrically insulated from each other by a circumferential insulating element.
  • Isolation element may for example be designed in the form of an adhesive which mechanically connects the first housing part and the second housing part.
  • Anode contact lugs and the cathode has cathode contact lugs, wherein the anode contact lugs and the cathode contact lugs protrude on the same side of the arranged in the cell housing electrode unit.
  • anode contact lugs protrude on a side other than the cathode contact lugs from the electrode unit, for example on the opposite side.
  • the anode contact lugs are materially connected to the negative connector of the connector unit. Likewise preferred are the
  • the negative connector of the connector unit is integrally connected to the first housing part of the cell housing.
  • the positive connector of the connector unit is preferably materially connected to the second housing part of the cell housing.
  • Connector unit also has a connecting element which is mechanically connected to the negative connector and the positive connector.
  • the connecting element of the connector unit is preferably centrally between the arranged negative connector and the positive connector.
  • Connecting element is made of an electrically insulating material and thus electrically isolates the negative connector of the connector unit of the positive connector of the connector unit.
  • the positive connector of the connector unit also has exactly one positive connection web, which of the
  • Connecting element of the connector unit projects away.
  • the negative connecting web and the positive connecting web protrude into it
  • the negative connector of the connector unit has at least two negative connecting webs, which protrude away from the connecting element of the connector unit.
  • the positive connector of the connector unit also has at least two positive connecting webs which protrude away from the connecting element of the connector unit.
  • the negative terminal lands project in the same direction away from the connector of the connector unit.
  • the positive connecting webs also protrude in the same direction from the
  • the connector unit also has a second end element, which with the positive connector of
  • Connector unit is mechanically connected.
  • the first end element is off made of an electrically insulating material and electrically isolates the negative connector of the connector unit of the second housing part.
  • the second end element is also made of an electrically insulating material and electrically isolates the positive connector of the connector unit from the first housing part.
  • a battery cell according to the invention advantageously finds use in an electric vehicle (EV), in a hybrid vehicle (H EV), in a plug-in hybrid vehicle (PHEV), in a stationary battery, in particular for
  • Grid stabilization in households in a battery in a marine application, for example in shipbuilding or in jet skis, or in a battery in an aeronautical application, in particular in aircraft construction.
  • Other applications are conceivable.
  • the connector unit By using a suitably designed connector unit, a relatively simple connection of the electrodes to the housing parts designed as terminals of a battery cell according to the invention is made possible.
  • the connectors of the connector unit can be connected in particular by means of welding with the contact lugs of the electrodes and with the housing parts.
  • the connectors of the connector unit can by means of
  • FIG. 1 is a schematic sectional view of a battery cell
  • FIG. 2 shows a first embodiment of a connector unit
  • FIG. 3 shows a second embodiment of a connector unit
  • Figure 4 is a perspective view of an electrode unit at
  • Figure 5 is a perspective view of an electrode unit with
  • Figure 6 is a sectional view through a connector unit in a
  • the battery cell 2 comprises a cell housing 3, which is designed to be electrically conductive.
  • the cell housing 3 has a first housing part 61 and a second housing part 62, which are electrically insulated from one another by a circumferential insulating element 60.
  • the housing parts 61, 62 are made of a metal, for example made of aluminum.
  • the first housing part 61 forms a negative terminal 11, and the second housing part 62 forms a positive terminal 12. Via the terminals 11, 12, a voltage provided by the battery cell 2 available voltage can be tapped. Furthermore, the battery cell 2 can also be charged via the terminals 11, 12.
  • an electrode unit 10 is arranged, which has two electrodes, namely an anode 21 and a cathode 22.
  • the electrode unit 10 is formed as an electrode winding, and the anode 21 and the cathode 22 are each carried out like a film and with the interposition of a separator 18 to the
  • the electrode unit 10 is formed as an electrode stack, wherein layers of the anode 21 and
  • Layers of the cathode 22 with the interposition of one layer of the separator 18 are stacked on top of each other.
  • the anode 21 comprises an anodic active material 41, which is designed like a foil.
  • the anode 21 further comprises a current conductor 31, which is also formed like a foil.
  • the anodic active material 41 and the current conductor 31 of the anode 21 are laid flat against each other and connected to each other. Thus, the anode 21 is formed like a film.
  • the cathode 22 comprises a cathodic active material 42, which is designed like a foil.
  • the cathode 22 further includes a current collector 32, which is also formed like a foil.
  • the cathodic active material 42 and the current collector 32 of the cathode 22 are laid flat against each other and connected to each other. Thus, the cathode 22 is formed like a film.
  • the current conductor 31 of the anode 21 is made electrically conductive and made of a metal, for example copper. From the current conductor 31 of the anode 21 protrude anode contact lugs 35 away. The anode contact lugs 35 of the
  • Stromableiters 31 of the anode 21 are electrically connected to the first housing part 61 of the cell housing 3, and thus to the negative terminal 11 of
  • the current collector 32 of the cathode 22 is made electrically conductive and made of a metal, for example aluminum. From the current collector 32 of the cathode 22 protrude cathode contact lugs 36 away.
  • Cathode contact lugs 36 of the current collector 32 of the cathode 22 are electrically connected to the second housing part 62 of the cell case 3, and thus to the positive terminal 12 of the battery cell 2.
  • a connector unit 50 is further provided, which has a negative connector 51 and a positive connector 52.
  • the negative connector 51 is made electrically conductive and made of a metal, such as copper.
  • the positive connector 52 is also made electrically conductive and made of a metal, such as aluminum.
  • the negative connector 51 of the connector unit 50 is connected to the
  • the positive connector 52 of the connector unit 50 is connected to the
  • the positive terminal 12 of the battery cell 2 is electrically connected to the cathode 22 by means of the positive connector 52.
  • Figure 2 shows a first embodiment of a connector unit 50 for a battery cell 2.
  • the connector unit 50 according to the first embodiment comprises a negative connector 51, a positive connector 52, a connecting member 58, and a first end member 55 and a second one
  • the connector 58 is mechanically connected to the negative connector 51 and to the positive connector 52.
  • the connecting element 58 is centrally between the negative connector 51 and the positive
  • Connector 52 is arranged.
  • the connecting element 58 is made of a plastic and thus electrically insulating.
  • the first end member 55 is mechanically connected to the negative connector 51, and the second end member 56 is mechanically connected to the positive connector 52.
  • the end elements 55, 56 are made of a plastic and thus electrically insulating.
  • the negative connector 51 has a negative terminal web 71, which protrudes from the connecting element 58 on the first end member 55 to.
  • the positive connector 52 has a positive terminal web 72, which projects from the connecting element 58 to the second end element 56.
  • the negative connecting web 71 and the positive connecting web 72 protrude in opposite directions from the centrally arranged
  • FIG. 3 shows a second embodiment of a connector unit 50 for a battery cell 2. Also the connector unit 50 according to the second one
  • Embodiment includes a negative connector 51, a positive connector 52, a connector 58, and a first end member 55 and a second end member 56.
  • the connector 58 is mechanically connected to the negative connector 51 and to the positive connector 52.
  • the connecting element 58 is centrally between the negative connector 51 and the positive
  • Connector 52 is arranged.
  • the connecting element 58 is made of a plastic and thus electrically insulating.
  • the first end member 55 is mechanically connected to the negative connector 51, and the second end member 56 is mechanically connected to the positive connector 52.
  • the end elements 55, 56 are made of a plastic and thus electrically insulating.
  • the negative connector 51 has two negative connecting webs 71, which project away from the connecting element 58 onto the first end element 55.
  • the negative terminal lands 71 of the negative connector 51 are electrically connected to each other.
  • the positive connector 52 has two positive connecting webs 72 which project away from the connecting element 58 onto the second end element 56.
  • the positive terminal lands 72 of the positive connector 52 are electrically connected together.
  • the negative terminal lands 71 protrude approximately parallel to each other in the same direction away from the connecting element 58.
  • the positive connection webs 72 also protrude approximately parallel to one another in the same direction away from the connecting element 58.
  • the negative terminal webs 71 protrude however, in the opposite direction from the centrally located
  • FIG. 4 shows a perspective view of an electrode unit 10 when connecting a connector unit 50 according to the first embodiment.
  • Anode 21 has anode contact lugs 35, which protrude from the electrode unit 10.
  • the cathode 22 has cathode contact lugs 36, which also protrude from the electrode unit 10.
  • the anode contact lugs 35 and the cathode contact lugs 36 project out of the electrode unit 10 on the same side and onto the connector unit 50.
  • the anode contact lugs 35 are pressed together and flush with the negative terminal web 71 of the negative connector 51 of
  • the cathode contact lugs 36 are also compressed and flush to the positive terminal land 72 of the positive connector 52 of
  • Figure 5 shows a perspective view of the electrode unit 10 with connected connector unit 50 according to the first embodiment of Figure 4.
  • the anode contact lugs 35 are materially connected to the negative terminal web 71 of the negative connector 51, and the
  • Cathode contact lugs 36 are cohesively with the positive connection web
  • Anode contact lugs 35 and the cathode contact lugs 36 are removed.
  • the supernatants of the anode contact lugs 35 and the cathode contact lugs 36 are removed.
  • Cathode contact tabs 36 may also be folded over.
  • a cover member 80 made of an electrically insulating material is attached to the connector unit 50 such that electrical contact of the negative connector 51 with the second housing member 62 still to be attached is avoided.
  • Another cover member 80 made of an electrically insulating material is attached to the connector unit 50 such that electrical contact of the positive connector 52 with the first housing part 61 still to be attached is avoided.
  • Figure 6 shows a sectional view through a connector unit 50 according to the second embodiment in a battery cell 2.
  • the electrode unit 10 with
  • Anodentitlefahnen 35 and with the cathode contact lugs 36 is not shown.
  • the electrode unit 10, not shown, is mechanically held in the cell housing 3 of the battery cell 2 by means of a retainer 82 and is electrically insulated from the housing parts 61, 62.
  • the first housing part 61 and the second housing part 62 are by means of the insulating member 60, which in the present case is an adhesive, mechanically connected to each other to the cell housing 3 and electrically isolated from each other.
  • the first housing part 61 represents the negative terminal 11 of the battery cell 2
  • the second housing part 62 represents the positive terminal 12 of the battery cell 2.
  • One of the two negative connecting webs 71 of the negative connector 51 is welded to the anode contact lugs 35, not shown here. Between this negative terminal web 71 and the second housing part 62, the insulating cover 80 is arranged. The other of the two negative connection webs 71 of the negative connector 51 is welded to the first housing part 61 at the negative connection points 75 marked by an arrow.
  • One of the two positive connecting webs 72 of the positive connector 52 is welded to the cathode contact lugs 36, not shown here. Between this positive connection web 72 and the first housing part 61, the insulating cover member 80 is arranged. The other of the two positive connection webs 72 of the positive connector 52 is connected to each by an arrow labeled positive connection points 76 welded to the second housing part 62.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Batteriezelle (2), umfassend ein Zellengehäuse (3), in welchem eine Elektrodeneinheit (10) angeordnet ist, wobei die Elektrodeneinheit (10) eine mit einem negativen Terminal (11) elektrisch verbundene Anode (21) und eine mit einem positiven Terminal (12) elektrisch verbundene Kathode (22) aufweist, wobei das Zellengehäuse (3) ein erstes Gehäuseteil (61), welches das negative Terminal (11) bildet, und ein zweites Gehäuseteil (62), welches das positive Terminal (12) bildet, aufweist. Innerhalb des Zellengehäuses (3) ist eine Konnektoreinheit (50) vorgesehen, welche einen negativen Konnektor (51), der mit der Anode (21) und mit dem ersten Gehäuseteil (61) elektrisch verbunden ist, sowie einen positiven Konnektor (52), der mit der Kathode (22) und mit dem zweiten Gehäuseteil (62) elektrisch verbunden ist, aufweist.

Description

Beschreibung Titel
Batteriezelle
Die Erfindung betrifft eine Batteriezelle, die ein Zellengehäuse umfasst, in welchem eine Elektrodeneinheit angeordnet ist, wobei die Elektrodeneinheit eine mit einem negativen Terminal elektrisch verbundene Anode und eine mit einem positiven Terminal elektrisch verbundene Kathode aufweist, und wobei das Zellengehäuse ein erstes Gehäuseteil, welches das negative Terminal bildet, und ein zweites Gehäuseteil, welches das positive Terminal bildet, aufweist.
Stand der Technik
Elektrische Energie ist mittels Batterien speicherbar. Batterien wandeln chemische Reaktionsenergie in elektrische Energie um. Hierbei werden
Primärbatterien und Sekundärbatterien unterschieden. Primärbatterien sind nur einmal funktionsfähig, während Sekundärbatterien, die auch als Akkumulator bezeichnet werden, wieder aufladbar sind. In einem Akkumulator finden insbesondere sogenannte Lithium-Ionen-Batteriezellen Verwendung. Diese zeichnen sich unter anderem durch hohe Energiedichten, thermische Stabilität und eine äußerst geringe Selbstentladung aus.
Lithium-Ionen-Batteriezellen weisen eine positive Elektrode, die auch als Kathode bezeichnet wird, und eine negative Elektrode, die auch als Anode bezeichnet wird, auf. Die Kathode sowie die Anode umfassen je einen
Stromableiter, auf den ein Aktivmaterial aufgebracht ist. Die Elektroden der Batteriezelle sind folienartig ausgebildet und unter Zwischenlage eines
Separators, welcher die Anode von der Kathode trennt, zu einem
Elektrodenwickel gewunden oder zu einem Elektrodenstapel mit mehreren Elektrodenlagen gestapelt. Die Elektroden und der Separator sind von einem in der Regel flüssigen Elektrolyt umgeben. Eine Batteriezelle weist ferner ein Zellengehäuse auf, welches beispielsweise aus Aluminium besteht. Innerhalb des Zellengehäuses ist die Elektrodeneinheit angeordnet. Das Zellengehäuse ist beispielsweise prismatisch, insbesondere quaderförmig, oder auch kreiszylindrisch ausgestaltet. Auch andere Bauformen für Zellengehäuse sind bekannt.
Die beiden Elektroden der Elektrodeneinheit sind elektrisch mit Polen der Batteriezelle verbunden, welche auch als Terminals bezeichnet werden. Die Terminals der Batteriezelle können dabei an dem Zellengehäuse angebracht und elektrisch von dem Zellengehäuse isoliert sein. Es ist aber auch denkbar, dass das Zellengehäuse ein erstes Gehäuseteil, welches das negative Terminal bildet, und ein zweites Gehäuseteil, welches das positive Terminal bildet, aufweist, wobei die beiden Gehäuseteile elektrisch voneinander isoliert sind. Aus der US 2014/0295239 sowie aus der DE 10 2011 076 919 AI ist eine gattungsgemäße Batteriezelle bekannt, die eine Elektrodeneinheit aufweist, die in einem metallischen Gehäuse angeordnet ist. Das Gehäuse umfasst dabei zwei Gehäuseteile, die durch ein Isolationselement elektrisch voneinander isoliert sind. Die Anode und die Kathode des Elektrodenstapels sind mit je einem der Gehäuseteile elektrisch verbunden. Die Gehäuseteile bilden somit die Terminals der Batteriezelle.
Offenbarung der Erfindung Es wird eine Batteriezelle vorgeschlagen, insbesondere eine Lithium-Ionen-
Batteriezelle, die ein Zellengehäuse umfasst, in welchem eine Elektrodeneinheit angeordnet ist. Die Elektrodeneinheit weist dabei eine Anode, die mit einem negativen Terminal der Batteriezelle elektrisch verbunden ist, und eine Kathode, die mit einem positiven Terminal der Batteriezelle elektrisch verbunden ist, auf. Das Zellengehäuse weist ein erstes Gehäuseteil, welches das negative Terminal bildet, und ein zweites Gehäuseteil, welches das positive Terminal bildet, auf.
Erfindungsgemäß ist innerhalb des Zellengehäuses eine Konnektoreinheit vorgesehen, welche einen negativen Konnektor und einen positiven Konnektor aufweist. Der negative Konnektor der Konnektoreinheit ist dabei mit der Anode und mit dem ersten Gehäuseteil elektrisch verbunden, und der positive
Konnektor der Konnektoreinheit ist mit der Kathode und mit dem zweiten Gehäuseteil elektrisch verbunden.
Vorzugsweise sind das erste Gehäuseteil des Zellengehäuses und das zweite Gehäuseteil des Zellengehäuses metallisch ausgeführt und durch ein umlaufendes Isolationselement elektrisch voneinander isoliert. Das
Isolationselement kann beispielsweise in Form eines Klebstoffs ausgeführt sein, welcher erste Gehäuseteil und das zweite Gehäuseteil mechanisch miteinander verbindet.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Anode
Anodenkontaktfahnen auf, und die Kathode weist Kathodenkontaktfahnen auf, wobei die Anodenkontaktfahnen und die Kathodenkontaktfahnen an der gleichen Seite aus der in dem Zellengehäuse angeordneten Elektrodeneinheit herausragen.
Es ist aber auch denkbar, dass die Anodenkontaktfahnen an einer anderen Seite als die Kathodenkontaktfahnen aus der Elektrodeneinheit herausragen, beispielsweise an der gegenüberliegenden Seite.
Bevorzugt sind die Anodenkontaktfahnen dabei stoffschlüssig mit dem negativen Konnektor der Konnektoreinheit verbunden. Ebenso bevorzugt sind die
Kathodenkontaktfahnen stoffschlüssig mit dem positiven Konnektor der
Konnektoreinheit verbunden.
Vorzugsweise ist der negative Konnektor der Konnektoreinheit stoffschlüssig mit dem ersten Gehäuseteil des Zellengehäuses verbunden. Ebenso ist der positive Konnektor der Konnektoreinheit vorzugsweise stoffschlüssig mit dem zweiten Gehäuseteil des Zellengehäuses verbunden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die
Konnektoreinheit auch ein Verbindungselement auf, welches mit dem negativen Konnektor und mit dem positiven Konnektor mechanisch verbunden ist. Das Verbindungselement der Konnektoreinheit ist bevorzugt zentral zwischen dem negativen Konnektor und dem positiven Konnektor angeordnet. Das
Verbindungselement ist dabei aus einem elektrisch isolierenden Material gefertigt und isoliert somit den negativen Konnektor der Konnektoreinheit elektrisch von dem positiven Konnektor der Konnektoreinheit.
Gemäß einer möglichen Ausgestaltung der Erfindung weist der negative
Konnektor der Konnektoreinheit genau einen negativen Anschlusssteg auf, welcher von dem Verbindungselement der Konnektoreinheit weg ragt. Gemäß einer möglichen Ausgestaltung der Erfindung weist auch der positive Konnektor der Konnektoreinheit genau einen positiven Anschlusssteg auf, welcher von dem
Verbindungselement der Konnektoreinheit weg ragt. Vorzugsweise ragen der negative Anschlusssteg und der positive Anschlusssteg dabei in
entgegengesetzte Richtungen von dem zentral angeordneten
Verbindungselement der Konnektoreinheit weg.
Gemäß einer weiteren möglichen Ausgestaltung der Erfindung weist der negative Konnektor der Konnektoreinheit mindestens zwei negative Anschlussstege auf, welche von dem Verbindungselement der Konnektoreinheit weg ragen. Gemäß einer weiteren möglichen Ausgestaltung der Erfindung weist auch der positive Konnektor der Konnektoreinheit mindestens zwei positive Anschlussstege auf, welche von dem Verbindungselement der Konnektoreinheit weg ragen.
Vorzugsweise ragen die negativen Anschlussstege in die gleiche Richtung von dem Verbindungselement der Konnektoreinheit weg. Vorzugsweise ragen auch die positiven Anschlussstege in die gleiche Richtung von dem
Verbindungselement der Konnektoreinheit weg. Dabei ragen die negativen
Anschlussstege aber in die entgegengesetzte Richtung von dem zentral angeordneten Verbindungselement der Konnektoreinheit weg wie die positiven Anschlussstege. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die
Konnektoreinheit ein erstes Endelement auf, welches mit dem negativen
Konnektor der Konnektoreinheit mechanisch verbunden ist. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die Konnektoreinheit auch ein zweites Endelement auf, welches mit dem positiven Konnektor der
Konnektoreinheit mechanisch verbunden ist. Das erste Endelement ist dabei aus einem elektrisch isolierenden Material gefertigt und isoliert den negativen Konnektor der Konnektoreinheit elektrisch von dem zweiten Gehäuseteil. Auch das zweite Endelement ist dabei aus einem elektrisch isolierenden Material gefertigt und isoliert den positiven Konnektor der Konnektoreinheit elektrisch von dem ersten Gehäuseteil.
Eine erfindungsgemäße Batteriezelle findet vorteilhaft Verwendung in einem Elektrofahrzeug (EV), in einem Hybridfahrzeug (H EV), in einem Plug-In- Hybridfahrzeug (PHEV), in einer stationären Batterie, insbesondere zur
Netzstabilisierung in Haushalten, in einer Batterie in einer marinen Anwendung, beispielsweise beim Schiffsbau oder in Jet-Skis, oder in einer Batterie in einer aeronautischen Anwendung, insbesondere beim Flugzeugbau. Auch weitere Anwendungen sind denkbar.
Vorteile der Erfindung
Durch den Einsatz einer entsprechend ausgestalteten Konnektoreinheit ist eine verhältnismäßig einfache Anbindung der Elektroden an die als Terminals ausgebildeten Gehäuseteile einer erfindungsgemäßen Batteriezelle ermöglicht. Die Konnektoren der Konnektoreinheit sind insbesondere mittels Schweißens mit den Kontaktfahnen der Elektroden und mit den Gehäuseteilen verbindbar.
Insbesondere können die Konnektoren der Konnektoreinheit mittels
Laserschweißens durch die Gehäuseteile hindurch mit diesen verschweißt werden, nachdem die Gehäuseteile bereits zu dem Zellengehäuse geschlossen sind. Somit ist die Fertigung der erfindungsgemäßen Batteriezelle vorteilhaft vereinfacht. Auch ist eine Verbindung mehrerer Batteriezellen miteinander verhältnismäßig einfach möglich.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen: Figur 1 eine schematische Schnittdarstellung einer Batteriezelle,
Figur 2 eine erste Ausführungsform einer Konnektoreinheit,
Figur 3 eine zweite Ausführungsform einer Konnektoreinheit,
Figur 4 eine perspektivische Darstellung einer Elektrodeneinheit beim
Anschluss einer Konnektoreinheit,
Figur 5 eine perspektivische Darstellung einer Elektrodeneinheit mit
angeschlossener Konnektoreinheit und
Figur 6 eine Schnittdarstellung durch eine Konnektoreinheit in einer
Batteriezelle.
Ausführungsformen der Erfindung
In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung werden gleiche oder ähnliche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente in Einzelfällen verzichtet wird. Die Figuren stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar.
Figur 1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer Batteriezelle 2. Die Batteriezelle 2 umfasst ein Zellengehäuse 3, welches elektrisch leitend ausgeführt ist. Das Zellengehäuse 3 weist ein erstes Gehäuseteil 61 und ein zweites Gehäuseteil 62 auf, welche durch ein umlaufendes Isolationselement 60 elektrisch voneinander isoliert sind. Die Gehäuseteile 61, 62 sind aus einem Metall, beispielsweise aus Aluminium, gefertigt. Das erste Gehäuseteil 61 bildet ein negatives Terminal 11, und das zweite Gehäuseteil 62 bildet ein positives Terminal 12. Über die Terminals 11, 12 kann eine von der Batteriezelle 2 zur Verfügung gestellte Spannung abgegriffen werden. Ferner kann die Batteriezelle 2 über die Terminals 11, 12 auch geladen werden. Innerhalb des Zellengehäuses 3 der Batteriezelle 2 ist eine Elektrodeneinheit 10 angeordnet, welche zwei Elektroden, nämlich eine Anode 21 und eine Kathode 22, aufweist. Vorliegend ist die Elektrodeneinheit 10 als Elektrodenwickel ausgebildet, und die Anode 21 und die Kathode 22 sind jeweils folienartig ausgeführt und unter Zwischenlage eines Separators 18 zu dem
Elektrodenwickel gewunden. Es ist auch denkbar, dass die Elektrodeneinheit 10 als Elektrodenstapel ausgebildet ist, wobei Schichten der Anode 21 und
Schichten der Kathode 22 unter Zwischenlage je einer Schicht des Separators 18 übereinander gestapelt sind.
Die Anode 21 umfasst ein anodisches Aktivmaterial 41, welches folienartig ausgeführt ist. Die Anode 21 umfasst ferner einen Stromableiter 31, welcher ebenfalls folienartig ausgebildet ist. Das anodische Aktivmaterial 41 und der Stromableiter 31 der Anode 21 sind flächig aneinander gelegt und miteinander verbunden. Somit ist auch die Anode 21 folienartig ausgebildet.
Die Kathode 22 umfasst ein kathodisches Aktivmaterial 42, welches folienartig ausgeführt ist. Die Kathode 22 umfasst ferner einen Stromableiter 32, welcher ebenfalls folienartig ausgebildet ist. Das kathodische Aktivmaterial 42 und der Stromableiter 32 der Kathode 22 sind flächig aneinander gelegt und miteinander verbunden. Somit ist auch die Kathode 22 folienartig ausgebildet.
Der Stromableiter 31 der Anode 21 ist elektrisch leitfähig ausgeführt und aus einem Metall gefertigt, beispielsweise aus Kupfer. Von dem Stromableiter 31 der Anode 21 ragen Anodenkontaktfahnen 35 weg. Die Anodenkontaktfahnen 35 des
Stromableiters 31 der Anode 21 sind elektrisch mit dem ersten Gehäuseteil 61 des Zellengehäuses 3, und somit mit dem negativen Terminal 11 der
Batteriezelle 2 verbunden. Der Stromableiter 32 der Kathode 22 ist elektrisch leitfähig ausgeführt und aus einem Metall gefertigt, beispielsweise aus Aluminium. Von dem Stromableiter 32 der Kathode 22 ragen Kathodenkontaktfahnen 36 weg. Die
Kathodenkontaktfahnen 36 des Stromableiters 32 der Kathode 22 sind elektrisch mit dem zweiten Gehäuseteil 62 des Zellengehäuses 3, und somit mit dem positiven Terminal 12 der Batteriezelle 2 verbunden. Innerhalb des Zellengehäuses 3 ist ferner eine Konnektoreinheit 50 vorgesehen, welche einen negativen Konnektor 51 und einen positiven Konnektor 52 aufweist. Der negative Konnektor 51 ist elektrisch leitfähig ausgeführt und aus einem Metall gefertigt, beispielsweise aus Kupfer. Der positive Konnektor 52 ist ebenfalls elektrisch leitfähig ausgeführt und aus einem Metall gefertigt, beispielsweise aus Aluminium.
Der negative Konnektor 51 der Konnektoreinheit 50 ist mit den
Anodenkontaktfahnen 35 des Stromableiters 31 der Anode 21 und mit dem ersten Gehäuseteil 61 des Zellengehäuses 3 elektrisch verbunden. Somit ist das negative Terminal 11 der Batteriezelle 2 mittels des negativen Konnektors 51 elektrisch mit der Anode 21 verbunden.
Der positive Konnektor 52 der Konnektoreinheit 50 ist mit den
Kathodenkontaktfahnen 36 des Stromableiters 32 der Kathode 22 und mit dem zweiten Gehäuseteil 62 des Zellengehäuses 3 elektrisch verbunden. Somit ist das positive Terminal 12 der Batteriezelle 2 mittels des positiven Konnektors 52 elektrisch mit der Kathode 22 verbunden.
Figur 2 zeigt eine erste Ausführungsform einer Konnektoreinheit 50 für eine Batteriezelle 2. Die Konnektoreinheit 50 gemäß der ersten Ausführungsform umfasst einen negativen Konnektor 51, einen positiven Konnektor 52, ein Verbindungselement 58 sowie ein erstes Endelement 55 und ein zweites
Endelement 56.
Das Verbindungselement 58 ist mit dem negativen Konnektor 51 und mit dem positiven Konnektor 52 mechanisch verbunden. Das Verbindungselement 58 ist dabei zentral zwischen dem negativen Konnektor 51 und dem positiven
Konnektor 52 angeordnet. Das Verbindungselement 58 ist aus einem Kunststoff gefertigt und somit elektrisch isolierend. Das erste Endelement 55 ist mit dem negativen Konnektor 51 mechanisch verbunden, und das zweite Endelement 56 ist mit dem positiven Konnektor 52 mechanisch verbunden. Die Endelemente 55, 56 sind aus einem Kunststoff gefertigt und somit elektrisch isolierend. Der negative Konnektor 51 weist einen negativen Anschlusssteg 71 auf, welcher von dem Verbindungselement 58 weg auf das erste Endelement 55 zu ragt. Der positive Konnektor 52 weist einen positiven Anschlusssteg 72 auf, welcher von dem Verbindungselement 58 weg auf das zweite Endelement 56 zu ragt. Der negative Anschlusssteg 71 und der positive Anschlusssteg 72 ragen dabei in entgegengesetzte Richtungen von dem zentral angeordneten
Verbindungselement 58 weg.
Figur 3 zeigt eine zweite Ausführungsform einer Konnektoreinheit 50 für eine Batteriezelle 2. Auch die Konnektoreinheit 50 gemäß der zweiten
Ausführungsform umfasst einen negativen Konnektor 51, einen positiven Konnektor 52, ein Verbindungselement 58 sowie ein erstes Endelement 55 und ein zweites Endelement 56. Das Verbindungselement 58 ist mit dem negativen Konnektor 51 und mit dem positiven Konnektor 52 mechanisch verbunden. Das Verbindungselement 58 ist dabei zentral zwischen dem negativen Konnektor 51 und dem positiven
Konnektor 52 angeordnet. Das Verbindungselement 58 ist aus einem Kunststoff gefertigt und somit elektrisch isolierend. Das erste Endelement 55 ist mit dem negativen Konnektor 51 mechanisch verbunden, und das zweite Endelement 56 ist mit dem positiven Konnektor 52 mechanisch verbunden. Die Endelemente 55, 56 sind aus einem Kunststoff gefertigt und somit elektrisch isolierend.
Der negative Konnektor 51 weist vorliegend zwei negative Anschlussstege 71 auf, welche von dem Verbindungselement 58 weg auf das erste Endelement 55 zu ragen. Die negativen Anschlussstege 71 des negativen Konnektors 51 sind elektrisch miteinander verbunden. Der positive Konnektor 52 weist vorliegend zwei positive Anschlussstege 72 auf, welche von dem Verbindungselement 58 weg auf das zweite Endelement 56 zu ragen. Die positiven Anschlussstege 72 des positiven Konnektors 52 sind elektrisch miteinander verbunden.
Die negativen Anschlussstege 71 ragen annähernd parallel zueinander in die gleiche Richtung von dem Verbindungselement 58 weg. Auch die positiven Anschlussstege 72 ragen annähernd parallel zueinander in die gleiche Richtung von dem Verbindungselement 58 weg. Die negativen Anschlussstege 71 ragen jedoch in die entgegengesetzte Richtung von dem zentral angeordneten
Verbindungselement 58 weg wie die positiven Anschlussstege 72.
Figur 4 zeigt eine perspektivische Darstellung einer Elektrodeneinheit 10 beim Anschluss einer Konnektoreinheit 50 gemäß der ersten Ausführungsform. Die
Anode 21 weist Anodenkontaktfahnen 35 auf, welche aus der Elektrodeneinheit 10 herausragen. Die Kathode 22 weist Kathodenkontaktfahnen 36 auf, welche ebenfalls aus der Elektrodeneinheit 10 herausragen. Die Anodenkontaktfahnen 35 und die Kathodenkontaktfahnen 36 ragen dabei an der gleichen Seite aus der Elektrodeneinheit 10 heraus und auf die Konnektoreinheit 50 zu.
Die Anodenkontaktfahnen 35 werden dabei zusammengedrückt und bündig an den negativen Anschlusssteg 71 des negativen Konnektors 51 der
Konnektoreinheit 50 angelegt. Anschließend werden die Anodenkontaktfahnen 35 mittels Schweißens, vorzugsweise mittels Ultraschallschweißens,
stoffschlüssig mit dem negativen Anschlusssteg 71 des negativen Konnektors 51 verbunden.
Die Kathodenkontaktfahnen 36 werden ebenfalls zusammengedrückt und bündig an den positiven Anschlusssteg 72 des positiven Konnektors 52 der
Konnektoreinheit 50 angelegt. Anschließend werden die Kathodenkontaktfahnen 36 mittels Schweißens, vorzugsweise mittels Ultraschallschweißens,
stoffschlüssig mit dem positiven Anschlusssteg 72 des positiven Konnektors 52 verbunden.
Figur 5 zeigt eine perspektivische Darstellung der Elektrodeneinheit 10 mit angeschlossener Konnektoreinheit 50 gemäß der ersten Ausführungsform aus Figur 4. Die Anodenkontaktfahnen 35 sind stoffschlüssig mit dem negativen Anschlusssteg 71 des negativen Konnektors 51 verbunden, und die
Kathodenkontaktfahnen 36 sind stoffschlüssig mit dem positiven Anschlusssteg
72 des positiven Konnektors 52 verbunden. Überstände der
Anodenkontaktfahnen 35 sowie der Kathodenkontaktfahnen 36 sind dabei entfernt. Die Überstände der Anodenkontaktfahnen 35 sowie der
Kathodenkontaktfahnen 36 können auch umgefaltet sein. Ein Abdeckelement 80 aus einem elektrisch isolierenden Material ist derart an der Konnektoreinheit 50 angebracht, dass ein elektrischer Kontakt des negativen Konnektors 51 mit dem noch anzubringenden zweiten Gehäuseteil 62 vermieden ist. Ein weiteres Abdeckelement 80 aus einem elektrisch isolierenden Material ist derart an der Konnektoreinheit 50 angebracht, dass ein elektrischer Kontakt des positiven Konnektors 52 mit dem noch anzubringenden ersten Gehäuseteil 61 vermieden ist.
Figur 6 zeigt eine Schnittdarstellung durch eine Konnektoreinheit 50 gemäß der zweiten Ausführungsform in einer Batteriezelle 2. Die Elektrodeneinheit 10 mit
Anodenkontaktfahnen 35 und mit den Kathodenkontaktfahnen 36 ist dabei nicht dargestellt. Die nicht dargestellte Elektrodeneinheit 10 ist mittels eines Retainers 82 mechanisch in dem Zellengehäuse 3 der Batteriezelle 2 gehalten und elektrisch von den Gehäuseteilen 61, 62 isoliert.
Das erste Gehäuseteil 61 und das zweite Gehäuseteil 62 sind mittels des Isolationselements 60, welches vorliegend ein Klebstoff ist, mechanisch miteinander zu dem Zellengehäuse 3 verbunden und elektrisch voneinander isoliert. Das erste Gehäuseteil 61 stellt dabei das negative Terminal 11 der Batteriezelle 2 dar, und das zweite Gehäuseteil 62 stellt das positive Terminal 12 der Batteriezelle 2 dar.
Einer der beiden negativen Anschlussstege 71 des negativen Konnektors 51 ist mit den hier nicht dargestellten Anodenkontaktfahnen 35 verschweißt. Zwischen diesem negativen Anschlusssteg 71 und dem zweiten Gehäuseteil 62 ist das isolierende Abdeckelement 80 angeordnet. Der andere der beiden negativen Anschlussstege 71 des negativen Konnektors 51 ist an den durch je einen Pfeil gekennzeichneten negativen Anschlussstellen 75 mit dem ersten Gehäuseteil 61 verschweißt.
Einer der beiden positiven Anschlussstege 72 des positiven Konnektors 52 ist mit den hier nicht dargestellten Kathodenkontaktfahnen 36 verschweißt. Zwischen diesem positiven Anschlusssteg 72 und dem ersten Gehäuseteil 61 ist das isolierende Abdeckelement 80 angeordnet. Der andere der beiden positiven Anschlussstege 72 des positiven Konnektors 52 ist an den durch je einen Pfeil gekennzeichneten positiven Anschlussstellen 76 mit dem zweiten Gehäuseteil 62 verschweißt.
Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die
Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.

Claims

Ansprüche
1. Batteriezelle (2), umfassend
ein Zellengehäuse (3), in welchem eine Elektrodeneinheit (10) angeordnet ist, wobei die Elektrodeneinheit (10)
eine mit einem negativen Terminal (11) elektrisch verbundene Anode
(21) und
eine mit einem positiven Terminal (12) elektrisch verbundene Kathode
(22) aufweist, wobei
das Zellengehäuse (3) ein erstes Gehäuseteil (61), welches das negative Terminal (11) bildet, und ein zweites Gehäuseteil (62), welches das positive Terminal (12) bildet, aufweist,
dadurch gekennzeichnet, dass
innerhalb des Zellengehäuses (3) eine Konnektoreinheit (50) vorgesehen ist, welche
einen negativen Konnektor (51), der mit der Anode (21) und mit dem ersten Gehäuseteil (61) elektrisch verbunden ist, sowie
einen positiven Konnektor (52), der mit der Kathode (22) und mit dem zweiten Gehäuseteil (62) elektrisch verbunden ist, aufweist.
2. Batteriezelle (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
das erste Gehäuseteil (61) und das zweite Gehäuseteil (62) metallisch ausgeführt und durch ein umlaufendes Isolationselement (60) elektrisch voneinander isoliert sind.
3. Batteriezelle (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
die Anode (21) Anodenkontaktfahnen (35) aufweist, und dass die Kathode (22) Kathodenkontaktfahnen (36) aufweist, wobei die Anodenkontaktfahnen (35) und die Kathodenkontaktfahnen (36) an der gleichen Seite aus der Elektrodeneinheit (10) herausragen. Batteriezelle (2) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Anodenkontaktfahnen (35) stoffschlüssig mit dem negativen
Konnektor (51) verbunden sind, und/oder dass
die Kathodenkontaktfahnen (36) stoffschlüssig mit dem positiven Konnektor (52) verbunden sind.
Batteriezelle (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
der negative Konnektor (51) stoffschlüssig mit dem ersten Gehäuseteil
(61) verbunden ist, und/oder dass
der positive Konnektor (52) stoffschlüssig mit dem zweiten Gehäuseteil
(62) verbunden ist.
Batteriezelle (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
die Konnektoreinheit (50) ein Verbindungselement (58) aufweist, welches mit dem negativen Konnektor (51) und mit dem positiven Konnektor (52) mechanisch verbunden ist.
Batteriezelle (2) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der negative Konnektor (51) genau einen negativen Anschlusssteg (71) aufweist, welcher von dem Verbindungselement (58) weg ragt, und/oder dass der positive Konnektor (52) genau einen positiven Anschlusssteg (72) aufweist, welcher von dem Verbindungselement (58) weg ragt.
Batteriezelle (2) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der negative Konnektor (51) mindestens zwei negative Anschlussstege (71) aufweist, welche von dem Verbindungselement (58) weg ragen, und/oder dass der positive Konnektor (52) mindestens zwei positive Anschlussstege (72) aufweist, welche von dem Verbindungselement (58) weg ragen.
9. Batteriezelle (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
die Konnektoreinheit (50) ein erstes Endelement (55) aufweist, welches mit dem negativen Konnektor (51) mechanisch verbunden ist, und/oder dass
die Konnektoreinheit (50) ein zweites Endelement (56) aufweist, welches mit dem positiven Konnektor (52) mechanisch verbunden ist.
10. Verwendung einer Batteriezelle (2) nach einem der vorstehenden
Ansprüche in einem Elektrofahrzeug (EV), in einem Hybridfahrzeug (HEV), in einem Plug-In-Hybridfahrzeug (PHEV), in einer stationären Batterie, in einer Batterie in einer marinen Anwendung oder in einer Batterie in einer aeronautischen Anwendung.
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