WO2020001861A1 - Battery cell that comprises an integrated heating element - Google Patents

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WO2020001861A1
WO2020001861A1 PCT/EP2019/062990 EP2019062990W WO2020001861A1 WO 2020001861 A1 WO2020001861 A1 WO 2020001861A1 EP 2019062990 W EP2019062990 W EP 2019062990W WO 2020001861 A1 WO2020001861 A1 WO 2020001861A1
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electrically conductive
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battery cell
battery
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Simon Nuernberger
Christoph Bauer
Simon LUX
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Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
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Definitions

  • the present invention relates to a battery cell, in particular a lithium-ion cell with an integrated heating element.
  • a heating layer can be introduced into the electrode stack in battery cells, the electrodes of which are stacked to form a stack.
  • the previously known electrode stack arrangements with an integrated heating layer are only suitable for one-off production and prototype structures.
  • the present invention is therefore based on the object to further improve the heating of a battery cell, in particular with a view to increasing the homogeneity of the heating of the battery cell during the heating process.
  • a first aspect of the invention relates to a battery cell comprising: (i) a first electrode structure for forming a first electrical pole; (ii) a second electrode structure for forming a second electrical pole having a second polarity opposite to the first pole; (iii) a separator for the spatial and electrical separation of the two electrode structures; and (iv) at least one electrically heated heating element which is at least partially incorporated into one of the electrode structures.
  • the first electrode structure can be an anode and the second electrode structure can be a cathode of the battery cell, or vice versa.
  • the heating element can in particular be heated via its electrical resistance, which in particular can be significantly greater than the electrical resistance of the first or the second electrode structure.
  • the separator is electrically non-conductive.
  • electrical conductivity is to be understood as a physical quantity which indicates how strong the ability of a substance is to conduct the electrical current.
  • Electrical conductivity in the sense of the invention is therefore to be understood as an electrical conductivity which (at 25 ° C.) is at least 10 6 S / m (Siemens / meter), ie at least corresponds to the conductivity of metals. Accordingly, a substance is not conductive in the sense of the invention if its electrical conductivity is less than 10 6 S / m. Two objects are therefore “electrically connected” when between them there is an electrically conductive connection. If, on the other hand, there is no or only an electrically non-conductive connection between them, they are "insulated” from one another.
  • the battery cell according to the invention enables, due to the integration of the at least one heating element in an electrode structure of the battery cell, a more efficient and homogeneous heating of the battery cell, as well as faster start-up and a higher efficiency of the battery cell or the battery it contains.
  • the first electrode structure has a first electrically conductive carrier layer, to which the heating element in the form of a heating layer and a first electrically conductive layer are applied.
  • the second electrode structure has a second electrically conductive carrier layer, to which a second electrically conductive layer is applied.
  • the first electrode structure, the separator and the second electrode structure form a set of layers with a longitudinal and a transverse direction, and the thickness of this set is substantially constant along the longitudinal and transverse directions.
  • the electrical resistance of the heating layer is greater than the resistance of one of the two carrier layers and greater than the electrical resistance of one of the electrically conductive layers.
  • the heating layer can be applied or integrated into the set of layers in a series production process, in particular by known methods (for example gluing, laminating or knife coating), in such a way that the battery cell is mass-produced by simple winding (for example using a winding mandrel) can be.
  • the heating layer and the first electrically conductive layer are applied to the surface of the first carrier layer facing the separator.
  • the first electrically conductive layer at least partially surrounds the heating layer laterally and the second electrically conductive layer is brought up on the surface of the second carrier layer facing the separator.
  • the interior of the battery cell can be heated more efficiently, in particular when the battery cell is designed as a jelly roll, because radiation of the heat generated by the outermost heating layer to the outside is reduced by the first carrier layer.
  • the side of the first carrier layer facing away from the separator preferably has a third electrically conductive layer and / or the side of the second carrier layer facing away from the separator has a fourth electrically conductive layer.
  • the performance of the battery storage cell can be increased by attaching the third and / or fourth electrically conductive layer on the side of the first or second carrier layer facing away from the separator.
  • the heating layer and the first electrically conductive layer have, at least substantially, the same thickness in the longitudinal and transverse directions. This simplifies the manufacturing process for the battery cell and achieves a cylindrical, undeveloped outer surface of the jelly roll.
  • the heating layer is at least in places thicker than the first electrically conductive layer, and the second electrically conductive layer has one or more recesses that accommodate the part of the heating layer that projects beyond the first electrically conductive layer.
  • the first electrode structure has at least one first contact point, at least one second contact point and at least one ne third contact point.
  • the first contact point and the second contact point are electrically, ie by means of an electrically conductive connection, connected to the heating layer and the third contact point is electrically connected to the first carrier layer.
  • the second electrode structure has at least one fourth contact point electrically connected to the second carrier layer, and the first contact point is connected to the fourth contact point. This simplifies the connection of the heating layer to a switching device which is suitable for connecting the two contact points of the heating layer to the poles of the battery cell.
  • the first and fourth pads are on a first side of the set of layers and the second and third pads are on a second side of the set of layers opposite the first side in the transverse direction.
  • the arrangement of the first and fourth contact points on one side of the battery cell and the second and third contact points on a side opposite this is particularly advantageous when space is limited (on one side).
  • the set of layers containing the first electrode structure, the separator and the second electrode structure is rolled along its longitudinal direction via a winding mandrel to form a jelly roll.
  • This provides a battery cell in the form of a jelly roll, the center of which is mechanically supported by a winding mandrel.
  • the winding mandrel is heatable and / or the outside of the jelly roll is in thermal contact with the inside of a U- or O-shaped heating layer, but is electrically insulated from it.
  • the heated winding mandrel and the U- or O-shaped heating layer represent additional heaters that additionally support the heating of the battery cell.
  • the U- or O-shaped heating layer has the advantage that it can be easily made from a flat layer by bending / shaping around the Jolly Roll.
  • the first electrode structure has a first electrically conductive carrier layer and a second electrically conductive carrier layer running at least in sections parallel to the first electrically conductive carrier layer.
  • the mutually facing sides of the first electrically conductive carrier layer and the second electrically conductive carrier layer are coated with a first electrically conductive layer and with a second electrically conductive layer.
  • the heating element between the first and two th electrically conductive layer is arranged in the form of a heating layer lying parallel to the first and two th electrically conductive layers.
  • the electrical resistance of the heating layer over its layer thickness is greater than the corresponding electrical resistance of one of the two electrically conductive layers.
  • the first electrode structure, the second electrode structure and the separator in between each have a flat shape and are stacked on top of one another. As a result, the positioning of the heating layer inside the battery cell can be easily integrated into the series production process of the battery cell.
  • the heating layer can in particular be introduced into one of the two electrode structures in a series production process using known methods (for example gluing, laminating, knife coating) in such a way that the battery cell can be mass-produced by stacking electrode structures.
  • the battery cell further includes: (i) further planar electrode structures separated from each other by separators, each stacked on the first or second electrode structure and separated from them by separators; (ii) a third electrode structure, which is arranged at a first distance from the first electrode structure, and (iii) a fourth electrode structure, which is arranged at a second distance from the third electrode structure, each have a heating element integrated.
  • the first and the second distance are selected such that the thermal mass of those electrode structures which are arranged between the first and third electrode structures corresponds at least substantially to the thermal mass of the electrode structures which are arranged between the third and fourth electrode structures.
  • the homogeneity of the heating of the electrode structures which are arranged between the first and the fourth electrode structure can be increased.
  • the third and fourth electrode structures preferably have the same structure as the first electrode structure.
  • the first distance or the second distance is included in a range from 2 mm to 20 mm. This improves the homogeneity of the heating throughout the stack.
  • the first distance or the second distance is preferably in a range from 6 mm to 7 mm. This can result in a particularly homogeneous heating of the entire stack.
  • a second aspect of the invention relates to a battery which has two battery cells according to the first aspect of the invention and a cell housing with a cell cover.
  • the cell housing surrounds the battery cells at least partially.
  • a first, a second, a third and a fourth connection point are provided on the cell cover, each of which is electrically insulated, ie not electrically conductively connected, from the cell cover.
  • Each of the two battery cells has a first, a second, a third and a fourth conductor tab on one of their outer surfaces.
  • the first conductor lug of each battery cell is electrically connected to the respective first electrode structure
  • the second conductor lug and the third conductor lug of each battery cell is electrically connected to the respective heating layer
  • the fourth conductor lug of each battery cell is electrically connected to the respective second electrode structure.
  • the first conductor lugs of both battery cells are electrically connected to the first connection point
  • the second conductor lugs of both battery cells are electrically connected to the second connection point
  • the third conductor lugs of the battery cells are electrically connected to the third connection point
  • the fourth conductor lugs of both battery cells are connected to the fourth Connection point electrically connected.
  • a third aspect of the invention also relates to a battery which has two battery cells according to the first aspect of the invention and a cell housing with a cell cover. The cell housing at least partially surrounds the battery cells. A first, a second and a third connection point are provided on the cell cover, each of which is electrically insulated from the cell cover. Each of the two battery cells has a first, a second, a third and a fourth conductor tab on one of their outer surfaces.
  • the first conductor tab of each battery cell is electrically connected to the respective first electrode structure
  • the second and third conductor tabs of each battery cell are electrically connected to the respective heating layer
  • the fourth conductor tab of each battery cell is electrically connected to the respective second electrode structure.
  • the first conductor lugs and the second conductor lugs of both battery cells are electrically connected to one another and to the first connection point
  • the third conductor lugs of both battery cells are electrically connected to the second connection point
  • the fourth conductor lugs of both battery cells are electrically connected to the third connection point.
  • connection of the heating layers to a switching device is particularly simplified in that only one additional connection (for example a welded connection) is required for each battery cell.
  • the connection of the first arrester lugs to the second arrester lugs inside the battery cell is an advantage in tight spaces on the cell cover.
  • 1A is a top view of a set of layers of a battery cell suitable for winding into a jelly roll;
  • Fig. 1B is a jelly roll made by winding up the set of layers
  • FIG. 1A shows the cross section of an embodiment of the set of layers shown in FIG. 1A along the point A - A;
  • FIG. 2B shows the cross section of another embodiment of the set of layers shown in FIG. 1A along the point AA;
  • Figure 3 shows at least part of a stack of layers of another battery cell
  • FIG. 4A shows an embodiment of a battery cell which contains two battery cells, the electrode structures of which are arranged either in a jelly roll or in a stack; and FIG. 4B shows a further embodiment of a battery cell which contains two battery cells, the electrode structures of which are arranged either in a jelly roll or in a stack.
  • FIG. 1A shows the top view of a set of layers 2 of a battery cell 1.
  • This set of layers which is not shown in the form of a roll, has a longitudinal direction 5 and a transverse direction perpendicular to this.
  • contact points K1, K2, K3 and K4 are arranged on one or both transverse sides of the set of layers 2, contact points K1, K2, K3 and K4 are arranged.
  • the set of layers 2 shown in FIG. 1A is shown as a jelly roll, which was created by winding the set of layers 2 over a mandrel 6.
  • 1B shows that the contact points K2 and K3 are arranged on the sides of the set of layers 2 in such a way that there is sufficient space between them for external connections even when the set of layers 2 is a jelly Roll is wound up.
  • the contact points K2 and K3 are preferably arranged on a base surface of the jelly roll in such a way that the winding mandrel 6 stands between them.
  • FIGS. 2A and 2B show the cross section of two embodiments of the set of layers 2 shown in FIG. 1A along the point A - A.
  • Each of these embodiments 2 ', 2 has a first electrode structure, 10 or 10', an opposing second electrode structure, 20 or 20 ', and an electrically non-conductive separator, 15 or 15', separating the two electrode structures the first electrode structure, the separator and the second electrode structure are arranged one on top of the other, and at least one heating element, 12 or 12 ', is at least partially incorporated into the first electrode structure 10 or 10'.
  • the heating element is electrically heatable.
  • each of the first electrode structures 10, 10 ' has a first electrically conductive carrier layer 11 and each of the second electrode structures 20, 20' has a second electrically conductive carrier layer 21.
  • the thickness of the set of layers, 2 'or 2 " is substantially constant along the longitudinal and transverse directions, which on the one hand facilitates the production of the jelly roll and on the other hand an undeveloped lateral surface of the jelly roll guarantees.
  • a first electrically conductive layer 13 and the heating element in the form of a heating layer 12 are applied to the surface of the first carrier layer 11 facing the separator 15, the first electrically conductive layer 13 at least partially forming the heating layer 12 wisely surrounds laterally. Furthermore, on the surface of the second carrier layer 21 facing the separator 15, a second electrically conductive layer 13 is brought up, which extends in a flat shape over the surface of the second carrier layer 21 facing the separator 15. Also in this embodiment, the heating layer 12 and the first electrically conductive layer 13 have essentially the same height. This allows a flat separator 15 to be used between the two electrode structures 10 and 20 in this embodiment, which simplifies the manufacture of the separator and the set of layers 2 '.
  • the embodiment shown in FIG. 2B differs from the embodiment shown in FIG. 2A in that the heating layer 12 'is at least locally higher than the first electrically conductive layer 13, the second electrically conductive layer 23' has one or more cutouts 16 ' having, so as to accommodate the part of the heating layer 12 'which protrudes beyond the first electrically conductive layer 13 and the separator 15' where the heating layer 12 'is higher than that of the first electrically conductive layer 13, so deformed / bent is that it is received together with the raised part of the heating layer 12 'by the recesses 16'. Because the height of the heating layer 12 'can be varied in this exemplary embodiment, its resistance and thus its heating output can also be better adjusted or optimized.
  • the side of the first carrier layer 11 facing away from the separator preferably has a third electrically conductive layer 14 and / or the side of the second carrier layer 21 facing away from the separator has a fourth electrically conductive layer 24 electrical power of the battery cell increased.
  • the heating layers 12 and 12 ′ have an electrical resistance that is greater than the resistance of one of the two carrier layers and greater than the electrical resistance of one of the electrically conductive layers.
  • the present invention is not restricted to embodiments in which the heating layer and the first electrically conductive layer are applied to the surface of the first carrier layer facing the separator. Rather, it also includes the embodiments in which the heating layer and the first electrically conductive layer are applied to the surface of the first carrier layer facing away from the separator.
  • both embodiments 2 'and 2 "of the set of layers 2 have at least a first contact point K1, at least a second contact point K2, at least a third contact point K3 and at least a fourth contact point K4, the first contact point K1 can be connected to one another with the fourth contact point K4 (for example by soldering or welding).
  • first contact point K1 and the second contact point K2 are electrically connected to the heating layer 12 or 12 'are connected
  • the third contact point K3 is electrically connected to the first carrier layer 11 or one of the two electrically conductive layers 13 and 14;
  • the fourth contact point K4 is electrically connected to the second carrier layer 21 or one of the two electrically conductive layers 23 (or 23 ') and 24.
  • the first and fourth contact points lie on a first side of the set of layers 2 and the second and third contact points lie on a side opposite this, as shown in FIGS. 1A and 1B, which is particularly advantageous when space is limited.
  • FIG. 1B shows a battery cell 1, the electrode structures of which are arranged in a jelly roll.
  • This battery cell contains the set of layers 2, which is wound / rolled up along its longitudinal direction 5 via a winding mandrel 6 to form a jelly roll.
  • the first electrode structure and the second electrode structure of the set of layers 2 can be regarded as the cathode or the anode of the battery cell 1.
  • the winding mandrel 6 can be heated, and / or the outside of the jelly roll can be in thermal contact with the inside of a U-shaped or O-shaped heating layer. This is not shown in the figures.
  • FIG. 3 shows part of a battery cell 3, the electrode structures of which are arranged in a stack 3 as layers lying next to one another (or stacked one on top of the other).
  • the battery cell 3 has a first electrode structure 30, a second electrode structure 29 opposite this and an electrically non-conductive separator 36 which separates the electrode structures, the first electrode structure 30, the separator 36 and the second electrode structure 29 being arranged one above the other / side by side, at least one heating element 35 is at least partially incorporated into the first electrode structure, and the heating element is electrically heatable.
  • the first electrode structure 30 has a first electrically conductive carrier layer 31 and a second electrically conductive carrier layer 32 parallel to the first electrically conductive carrier layer.
  • first electrically conductive support layer 31 and the second electrically conductive support layer 32 are coated with a first electrically conductive layer 33 and with a second electrically conductive layer 34, respectively, and the heating element is in the form of a between the first and second electrically conductive layers Heating layer 35, arranged parallel to the first and second electrically conductive layers.
  • the heating layer 35 has an electrical resistance which is greater than the electrical resistance of one of the two electrically conductive layers.
  • the embodiment shown in FIG. 3 has further electrode structures, for example electrode structures 28 and 29, which are separated from one another by separators 36. All of the electrode structures contained in this embodiment and the separators between them have a flat shape and are arranged in a stack.
  • the structure of the electrode structures 28 and 29 is essentially known. For example, both each have two carrier layers 31 '(or 37) with the current conductor 39 (or 38) in between.
  • the first electrode structure can be regarded as the anode and the second electrode structure as the cathode of the battery cell.
  • the present invention is not limited to this, but rather also includes an embodiment in which the first electrode structure can be regarded as a cathode and the second electrode structure as an anode.
  • a battery cell the electrode structures of which are arranged in a stack, as shown, for example, in FIG. 3, contains a multiplicity of heatable electrode structures, which have a structure corresponding to the first electrode structure 30, and a multiplicity of electrode structures, which cannot be heated (e.g. the electrode structures 28 and 29).
  • the heated electrode structures 30 are distributed in the stack so that the non-heated electrode Structures, which are arranged between two successive heatable electrode structures, form a group with a thermal mass (heat capacity), and the thermal masses of the groups thus formed are essentially the same.
  • the embodiment shown in FIG. 3 can have further flat electrode structures separated from one another by separators 36, including a third and a fourth heatable electrode structure, the first, third and fourth heatable electrode structures in this order, successively in the order Arranged stack, the third electrode structure is arranged at a first distance from the first electrode structure 30, the fourth electrode structure is arranged at a second distance from the third electrode structure, and the first and second distance are selected so that the thermal mass of the electrode structures, which are arranged between the first and third electrode structures is substantially the same as the thermal mass of the electrode structures which are arranged between the third and fourth electrode structures. This is the case if the first distance and the second distance are in a range from 2 mm to 20 mm.
  • the heating of the stack is homogeneous when the first distance and the second distance are in a range from 6 mm to 7 mm.
  • the third and fourth electrode structure which preferably have a structure corresponding to the first electrode structure, are not shown in FIG. 3.
  • FIG. 4A shows a battery which contains two battery cells 40 and 50 according to the invention, the electrode structures of which are arranged either in a jelly roll or in a stack. Furthermore, the figure shows a cell cover 60 that fits into a cell housing that is to accommodate the two battery cells 40 and 50.
  • the cell cover 60 not only has two connection points for the battery poles, but four, namely a first connection point 61, a second connection point 62, a third connection point 63 and a fourth connection point 64, all of which are electrically insulated from the cell cover.
  • each of the two battery cells 40 and 50 has on one of its bases a first conductor tab 41 and 51, a second conductor tab 42 and 52, a third conductor tab 43 and 53, and one fourth arrester lug 44 or 54. If, however, the electrode structures of the two battery cells 40 and 50 according to the invention are arranged in a stack, each of the two battery cells has the conductor tabs on one of their side surfaces.
  • the first conductor tab of each battery cell is electrically connected to the respective first electrode structure (e.g. anode), the second and third conductor tab of each battery cell with the respective heating layer and the fourth conductor tab of each battery cell is connected to the respective second electrode structure (e.g. cathode).
  • the first conductor tabs of both battery cells are electrically connected to the first connection point 61 and the fourth conductor tabs of both battery cells are connected to the fourth connection point 64.
  • the second conductor lugs of both battery cells are electrically connected to the second connection point 62 and the third conductor lugs of both battery cells are connected to the third connection point 63.
  • Each arrester lug is directly / directly electrically connected to its respective connection point, for example by welding or soldering the arrester lugs to the respective connection point.
  • FIG. 4B shows a battery which contains two battery cells 70 and 80 according to the invention, the electrode structures of which are arranged either in a jelly roll or in a stack. Furthermore, the figure shows a cell cover 90 that fits into a cell housing that is to accommodate the two battery cells 70 and 80.
  • the cell cover 90 has three connection points, namely a first connection point 91, a second connection point 92 and a third connection point 93, all of which are electrically insulated from the cell cover.
  • each of the two battery cells 70 and 80 has a first conductor tab 71 or 81, a second conductor tab 72 or 82, a third conductor tab 73 or 83, and a fourth arrester lug 74 or 84. If, however, the electrode structures of the two battery cells 70 and 80 according to the invention are arranged in a stack, each of the two battery cells has the conductor tabs on one of its side faces.
  • the first arrester flag each battery cell is electrically connected to the respective first electrode structure (for example anode), the second and third conductor lugs of each battery cell with the respective heating layer and the fourth conductor lug of each battery cell with the respective second electrode structure (for example cathode).
  • the first conductor tabs of both battery cells are electrically connected to the first connection point 91 and the fourth conductor tabs of both battery cells are electrically connected to the third connection point 93.
  • the second conductor tabs of both battery cells 70 and 80 are electrically connected to the first connection point 91 and the third conductor tabs of both battery cells 70 and 80 are connected to the third connection point 92.
  • the first, third and fourth conductor lugs of both battery cells 70 and 80 are directly / directly electrically connected to the respective connection point, for example by laser welding or soldering the conductor lugs to the respective connection point.
  • the second conductor tabs of the battery cells 70 and 80 can be electrically connected directly to the first connection point of the cell cover.
  • the first conductor tabs and the second conductor tabs are preferably connected to one another in the interior of the battery cell, and thus the second conductor tabs are only electrically connected to the first connection point 91, but not directly (for example by soldering or welding). Therefore, the second arrester tabs 72 and 82 are only drawn in broken lines in FIG.
  • the conductor tabs of the two battery cells 40 and 50 essentially form a right angle with the base surface (or side surface) from which they protrude; and the two battery cells 40 and 50 (or 70 and 80) are arranged with respect to the cell cover 60 (or 90) in such a way that their laterally protruding conductor tabs are essentially parallel to the cell cover 60 (or 90) and stand above the respective connection points of the cell cover.
  • the conductor tabs are connected to the respective connection points of the cell cover (e.g. by soldering or welding), the conductor tabs are bent / deformed so that the two battery cells 40 and 50 (or 70 and 80) next to each other one side of the cell cover 60 (or 90).
  • the two battery cells standing next to each other are inserted into a suitable cell housing, and the cell cover is welded to the cell housing.
  • the walls of the cell housing can be heated and can be in thermal contact with the two battery cells 40 and 50 (or 70 and 80). This additionally supports the heating of the battery cells.
  • Electrically conductive carrier layer for example the anode
  • Known electrode structure in a stack for example anode
  • Known electrode structure in a stack for example cathode
  • 31, 31 'Electrically conductive carrier layer for example anode layer
  • Second battery storage unit (jelly roll or stack arrangement)

Abstract

The invention relates to a battery cell comprising a first electrode structure, a second electrode structure opposite the first electrode structure and an electrically non-conductive separator separating the two electrode structures. The first electrode structure, the separator and the second electrode structure are arranged lying on top of one another, and at least one heating element is at least partly integrated into at least the first electrode structure and can be electrically heated.

Description

BATTERIEZELLE MIT INTEGRIERTEM HEIZELEMENT  BATTERY CELL WITH INTEGRATED HEATING ELEMENT
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Batteriezelle, insbesondere eine Lithium- lonen-Zelle mit integriertem Heizelement. The present invention relates to a battery cell, in particular a lithium-ion cell with an integrated heating element.
Viele herkömmliche Batterietypen weisen Temperaturabhängigkeiten auf. So reduzieren beispielsweise Umgebungstemperaturen unterhalb von 0°C die Bat teriekapazität von Bleibatterien, von NiMH-Batterien und von Lithium-Ionen- Batterien. Bei Lithium-Ionen-Batterien wird dieser Effekt beispielsweise durch die temperaturabhängige Leitfähigkeit des Elektrolyten und des Innenwider stands hervorgerufen. Um solche Batteriezellen trotzdem effizient betreiben zu können, werden deren Gehäuse üblicherweise beheizt. Dazu ist eine erhebliche Energiemenge nötig, um die Temperatur im Batterieinneren anzuheben, da da bei nur das Gehäuse der Batteriezelle direkt und das Batterieinnere nur indirekt beheizt werden. Die Anwendung dieser bekannten indirekten Batterieheizungen verursacht eine verzögerte Inbetriebnahme der Batterien und einen schlechten Wirkungsgrad, da die indirekte Batterieheizung sowohl das Gehäuse als auch die Umgebung der Batterie in maßgeblichem Umfang mitheizt. Many conventional types of batteries have temperature dependencies. For example, ambient temperatures below 0 ° C reduce the battery capacity of lead batteries, NiMH batteries and lithium-ion batteries. In lithium-ion batteries, this effect is caused, for example, by the temperature-dependent conductivity of the electrolyte and the internal resistance. In order to still be able to operate such battery cells efficiently, their housings are usually heated. This requires a considerable amount of energy to raise the temperature inside the battery, since only the housing of the battery cell is heated directly and the interior of the battery only indirectly. The use of these known indirect battery heaters causes a delayed start-up of the batteries and a poor efficiency, since the indirect battery heater significantly heats both the housing and the surroundings of the battery.
Um das Heizen der Umgebung der Batterie durch die indirekte Batterieheizung zu eliminieren, kann bei Batteriezellen, deren Elektroden zu einem Stapel ge stapelt sind, eine Heizschicht in den Elektrodenstapel eingebracht sein. Jedoch sind die bisher bekannten Elektrodenstapelanordnungen mit integrierter Heiz schicht nur für Einzelfertigung und Prototypenaufbauten geeignet. In order to eliminate the heating of the surroundings of the battery by the indirect battery heating, a heating layer can be introduced into the electrode stack in battery cells, the electrodes of which are stacked to form a stack. However, the previously known electrode stack arrangements with an integrated heating layer are only suitable for one-off production and prototype structures.
Bei Batteriezellen, bei denen die Elektroden zu einem Elektrodenwickel ("Jelly Roll") aufgewickelt sind, sind bisher keine Elektrodenstrukturen bekannt, die das Einbringen einer Heizschicht innerhalb der Jelly Roll möglich macht. Dabei ist es gerade bei diesen Batteriezellen von Vorteil, eine Heizschicht zwischen die ein zelnen Wickellagen der Jelly Roll einzubringen, denn eine Heizschicht, die nur außerhalb der Jelly Roll angebracht ist, führt zu ungleich verteilten thermischen Massen und somit zu einer ungleichförmigen Erwärmung des Inneren der Jelly Roll. Insbesondere bei Batteriezellen mit nur einer und dafür relativ großen Jelly Roll sind die Wege zwischen Heizschicht und der Mitte der Jelly Roll groß, was dazu führt, dass die von der Heizschicht erzeugte Wärme die Mitte der Jelly Roll nur mit Verzögerung erreicht. In battery cells in which the electrodes are wound into an electrode roll ("jelly roll"), no electrode structures are known to date which make it possible to introduce a heating layer within the jelly roll. It is particularly advantageous with these battery cells to insert a heating layer between the individual layers of the jelly roll, because a heating layer that is only applied outside the jelly roll leads to unevenly distributed thermal masses and thus to uneven heating of the interior of the Jelly roll. Especially with battery cells with only one and relatively large jelly roll, the distances between the heating layer and the center of the jelly roll are large, what causes the heat generated by the heating layer to reach the center of the jelly roll with a delay.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das Beheizen einer Batteriezelle weiter zu verbessern, insbesondere im Hinblick auf eine Stei gerung der Homogenität der Erwärmung der Batteriezelle beim Heizvorgang. The present invention is therefore based on the object to further improve the heating of a battery cell, in particular with a view to increasing the homogeneity of the heating of the battery cell during the heating process.
Die Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Lehre des Anspruches 1 erreicht. Verschiedene Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind Ge genstand der Unteransprüche. This object is achieved in accordance with the teaching of claim 1. Various embodiments and developments of the invention are the subject of the dependent claims.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Batteriezelle aufweisend: (i) eine erste Elektrodenstruktur zur Ausbildung eines ersten elektrischen Pols; (ii) eine zweite Elektrodenstruktur zur Ausbildung eines zweiten elektrischen Pols mit einer der des ersten Pols entgegengesetzten zweiten Polarität; (iii) einen Sepa rator zur räumlichen und elektrischen Trennung der beiden Elektrodenstruktu ren; und (iv) zumindest ein elektrisch beheizbares Heizelement, welches in eine der Elektrodenstrukturen zumindest teilweise eingearbeitet ist. A first aspect of the invention relates to a battery cell comprising: (i) a first electrode structure for forming a first electrical pole; (ii) a second electrode structure for forming a second electrical pole having a second polarity opposite to the first pole; (iii) a separator for the spatial and electrical separation of the two electrode structures; and (iv) at least one electrically heated heating element which is at least partially incorporated into one of the electrode structures.
Insbesondere kann die erste Elektrodenstruktur eine Anode und die zweite Elektrodenstruktur eine Kathode der Batteriezelle darstellen, oder umgekehrt. Das Heizelement kann insbesondere über seinen elektrischen Widerstand be heizbar sein, der insbesondere wesentlich größer sein kann, als der elektrische Widerstand der ersten bzw. der zweiten Elektrodenstruktur. Der Separator ist elektrisch nichtleitend. In particular, the first electrode structure can be an anode and the second electrode structure can be a cathode of the battery cell, or vice versa. The heating element can in particular be heated via its electrical resistance, which in particular can be significantly greater than the electrical resistance of the first or the second electrode structure. The separator is electrically non-conductive.
Unter "elektrischer Leitfähigkeit" ist im Sinne der Erfindung eine physikalische Größe zu verstehen, die angibt, wie stark die Fähigkeit eines Stoffes ist, den elektrischen Strom zu leiten. Unter "elektrisch leitfähig" im Sinne der Erfindung ist demnach eine elektrische Leitfähigkeit zu verstehen, die (bei 25 °C) mindes tens 106 S/m (Siemens/Meter) beträgt, also zumindest der Leitfähigkeit von Me tallen entspricht. Nicht leitfähig im Sinne der Erfindung ist dementsprechend ein Stoff dann, wenn seine elektrische Leitfähigkeit weniger als 106 S/m beträgt. Zwei Gegenstände sind demnach "elektrisch verbunden", wenn zwischen ihnen eine elektrisch leitfähige Verbindung besteht. Besteht zwischen ihnen dagegen keiner oder nur eine elektrisch nicht leitfähige Verbindung, so sind sie voneinan der "isoliert". In the context of the invention, “electrical conductivity” is to be understood as a physical quantity which indicates how strong the ability of a substance is to conduct the electrical current. "Electrically conductive" in the sense of the invention is therefore to be understood as an electrical conductivity which (at 25 ° C.) is at least 10 6 S / m (Siemens / meter), ie at least corresponds to the conductivity of metals. Accordingly, a substance is not conductive in the sense of the invention if its electrical conductivity is less than 10 6 S / m. Two objects are therefore "electrically connected" when between them there is an electrically conductive connection. If, on the other hand, there is no or only an electrically non-conductive connection between them, they are "insulated" from one another.
Die erfindungsgemäße Batteriezelle ermöglicht aufgrund der Integration des zumindest einen Heizelements in eine Elektrodenstruktur der Batteriezelle ein effizienteres und homogeneres Beheizen der Batteriezelle sowie eine schnellere Inbetriebnahme und einen höheren Wirkungsgrad der Batteriezelle bzw. der Bat terie, die sie enthält. The battery cell according to the invention enables, due to the integration of the at least one heating element in an electrode structure of the battery cell, a more efficient and homogeneous heating of the battery cell, as well as faster start-up and a higher efficiency of the battery cell or the battery it contains.
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der Batteriezelle beschrieben, die jeweils, soweit dies nicht ausdrücklich ausgeschlossen wird oder technisch un möglich ist, beliebig miteinander sowie mit den im Weiteren beschriebenen anderen Aspekten der Erfindung kombiniert werden können. Preferred embodiments of the battery cell are described below, each of which, as far as this is not expressly excluded or is technically impossible, can be combined with one another as desired and with the other aspects of the invention described below.
Bei einigen Ausführungsformen weist die erste Elektrodenstruktur eine erste elektrisch leitende Trägerschicht auf, auf die nebeneinander angeordnet das Heizelement in Form einer Heizschicht sowie eine erste elektrisch leitende Schicht aufgebracht sind. Zudem weist die zweite Elektrodenstruktur eine zweite elektrisch leitende Trägerschicht auf, auf die eine zweite elektrisch leitende Schicht aufgebracht ist. Die erste Elektrodenstruktur, der Separator und die zweite Elektrodenstruktur bilden einen Satz von Schichten mit einer Längs- und einer Querrichtung und die Dicke dieses Satzes ist entlang der Längs- und der Querrichtung im Wesentlichen konstant. Dabei ist der elektrische Widerstand der Heizschicht größer als der Widerstand einer der beiden Trägerschichten und größer als der elektrische Widerstand einer der elektrisch leitenden Schichten. Dadurch kann das Positionieren der Heizschicht im Inneren der Batteriezelle in den Serienfertigungsprozess der Batteriezelle integriert werden. Die Heizschicht kann insbesondere nach bekannten Verfahren (z. B. Kleben, Laminieren oder Rakeln) in einem Serienfertigungsprozess so auf den Satz von Schichten aufge bracht bzw. in diesen integriert werden, dass die Batteriezelle durch einfaches Aufwickeln (beispielsweise über einen Wickeldorn) serienmäßig hergestellt wer den kann. Bei einigen Ausführungsformen sind die Heizschicht und die erste elektrisch leitende Schicht auf der dem Separator zugewandten Fläche der ersten Träger schicht aufgebracht. Die erste elektrisch leitende Schicht umgibt die Heizschicht zumindest teilweise auch seitlich und die zweite elektrisch leitende Schicht ist auf der dem Separator zugewandten Fläche der zweiten Trägerschicht aufge bracht. In some embodiments, the first electrode structure has a first electrically conductive carrier layer, to which the heating element in the form of a heating layer and a first electrically conductive layer are applied. In addition, the second electrode structure has a second electrically conductive carrier layer, to which a second electrically conductive layer is applied. The first electrode structure, the separator and the second electrode structure form a set of layers with a longitudinal and a transverse direction, and the thickness of this set is substantially constant along the longitudinal and transverse directions. The electrical resistance of the heating layer is greater than the resistance of one of the two carrier layers and greater than the electrical resistance of one of the electrically conductive layers. As a result, the positioning of the heating layer inside the battery cell can be integrated into the series production process of the battery cell. The heating layer can be applied or integrated into the set of layers in a series production process, in particular by known methods (for example gluing, laminating or knife coating), in such a way that the battery cell is mass-produced by simple winding (for example using a winding mandrel) can be. In some embodiments, the heating layer and the first electrically conductive layer are applied to the surface of the first carrier layer facing the separator. The first electrically conductive layer at least partially surrounds the heating layer laterally and the second electrically conductive layer is brought up on the surface of the second carrier layer facing the separator.
Dadurch kann das Innere der Batteriezelle effizienter geheizt werden, inbeson dere bei einer Ausbildung der Batteriezelle als Jelly Roll, weil ein Abstrahlen der von der äußersten Heizschicht erzeugten Wärme nach außen durch die erste Trägerschicht reduziert wird. As a result, the interior of the battery cell can be heated more efficiently, in particular when the battery cell is designed as a jelly roll, because radiation of the heat generated by the outermost heating layer to the outside is reduced by the first carrier layer.
Vorzugsweise weist die dem Separator abgewandte Seite der ersten Träger schicht eine dritte elektrisch leitende Schicht und/oder die dem Separator abge wandte Seite der zweiten Trägerschicht eine vierte elektrisch leitende Schicht auf. Durch das Anbringen der dritten und/oder vierten elektrisch leitenden Schicht an der dem Separator abgewandten Seite der ersten bzw. zweiten Trä gerschicht kann die Leistung der Batterie Speicherzelle erhöht werden. The side of the first carrier layer facing away from the separator preferably has a third electrically conductive layer and / or the side of the second carrier layer facing away from the separator has a fourth electrically conductive layer. The performance of the battery storage cell can be increased by attaching the third and / or fourth electrically conductive layer on the side of the first or second carrier layer facing away from the separator.
Bei einigen Ausführungsformen weisen die Heizschicht und die erste elektrisch leitende Schicht, zumindest im Wesentlichen, die gleiche Dicke in Längs- und Querrichtung auf. Dadurch können der Herstellungsprozess der Batteriezelle vereinfacht und eine zylinderförmige, unverwölbte Mantelfläche der Jelly Roll erreicht werden. In some embodiments, the heating layer and the first electrically conductive layer have, at least substantially, the same thickness in the longitudinal and transverse directions. This simplifies the manufacturing process for the battery cell and achieves a cylindrical, undeveloped outer surface of the jelly roll.
Bei einigen Ausführungsformen ist die Heizschicht zumindest stellenweise di cker als die erste elektrisch leitende Schicht, und die zweite elektrisch leitende Schicht weist eine oder mehrere Aussparungen auf, die den Teil der Heizschicht aufnehmen, der über die erste elektrisch leitende Schicht hinausragt. Dadurch kann auf einfache Weise der Widerstand der Heizschicht eingestellt und damit die Heizleistung der Heizschicht adaptiert werden. In some embodiments, the heating layer is at least in places thicker than the first electrically conductive layer, and the second electrically conductive layer has one or more recesses that accommodate the part of the heating layer that projects beyond the first electrically conductive layer. As a result, the resistance of the heating layer can be set in a simple manner and the heating power of the heating layer can thus be adapted.
Bei einigen Ausführungsformen weist die erste Elektrodenstruktur zumindest eine erste Kontaktstelle, zumindest eine zweite Kontaktstelle und zumindest ei- ne dritte Kontaktstelle auf. Die erste Kontaktstelle und die zweite Kontaktstelle sind elektrisch, d.h. mittels einer elektrisch leitfähigen Verbindung, mit der Heiz schicht verbunden und die dritte Kontaktstelle ist mit der ersten Trägerschicht elektrisch verbunden. Die zweite Elektrodenstruktur weist zumindest eine mit der zweiten Trägerschicht elektrisch verbundene vierte Kontaktstelle auf, und die erste Kontaktstelle ist mit der vierten Kontaktstelle verbunden. Dadurch wird das Anbinden der Heizschicht an eine Schaltvorrichtung vereinfacht, die geeignet ist, die beiden Kontaktstellen der Heizschicht mit den Polen der Batteriezelle zu verbinden. In some embodiments, the first electrode structure has at least one first contact point, at least one second contact point and at least one ne third contact point. The first contact point and the second contact point are electrically, ie by means of an electrically conductive connection, connected to the heating layer and the third contact point is electrically connected to the first carrier layer. The second electrode structure has at least one fourth contact point electrically connected to the second carrier layer, and the first contact point is connected to the fourth contact point. This simplifies the connection of the heating layer to a switching device which is suitable for connecting the two contact points of the heating layer to the poles of the battery cell.
Vorzugsweise liegen die erste und vierte Kontaktstelle auf einer ersten Seite des Satzes von Schichten und die zweite und dritte Kontaktstelle auf einer zweiten Seite des Satzes von Schichten, die der ersten Seite in Querrichtung gegen überliegt. Das Anordnen der ersten und vierten Kontaktstelle auf einer Seite der Batteriezelle und der zweiten und dritten Kontaktstelle an einer dieser gegen überliegenden Seite ist insbesondere bei beengten Platzverhältnissen (auf einer der Seiten) von Vorteil. Preferably, the first and fourth pads are on a first side of the set of layers and the second and third pads are on a second side of the set of layers opposite the first side in the transverse direction. The arrangement of the first and fourth contact points on one side of the battery cell and the second and third contact points on a side opposite this is particularly advantageous when space is limited (on one side).
Bei einigen Ausführungsformen ist der die erste Elektrodenstruktur, den Separa tor und die zweite Elektrodenstruktur enthaltende Satz von Schichten entlang seiner Längsrichtung über einen Wickeldorn zu einer Jelly Roll zusammenge rollt. Dadurch wird eine Batteriezelle in Form einer Jelly Roll bereitgestellt, deren Mitte durch einen Wickeldorn mechanisch gestützt wird. In some embodiments, the set of layers containing the first electrode structure, the separator and the second electrode structure is rolled along its longitudinal direction via a winding mandrel to form a jelly roll. This provides a battery cell in the form of a jelly roll, the center of which is mechanically supported by a winding mandrel.
Bei einigen Ausführungsformen ist der Wickeldorn beheizbar ausgebildet, und/oder die Außenseite des Jelly Rolls ist mit der Innenseite einer U- oder O- förmigen Heizschicht in Wärmekontakt, von dieser aber elektrisch isoliert. Der beheizbare Wickeldorn und die U- oder O-förmige Heizschicht stellen Zusatz heizungen dar, die das Beheizen der Batteriezelle zusätzlich unterstützen. Die U- oder O-förmige Heizschicht hat den Vorteil, dass sie einfach aus einer ebe nen Schicht durch Biegen/Formen um die Jolly Roll herum hergestellt werden kann. Bei einigen Ausführungsformen weist die erste Elektrodenstruktur eine erste elektrisch leitende Trägerschicht und eine zur ersten elektrisch leitenden Trä gerschicht zumindest abschnittsweise parallel verlaufende zweite elektrisch lei tende Trägerschicht auf. Die einander zugewandten Seiten der ersten elektrisch leitenden Trägerschicht und der zweiten elektrisch leitenden Trägerschicht sind mit einer ersten elektrisch leitenden Schicht bzw. mit einer zweiten elektrisch leitenden Schicht beschichtet. Das Heizelement zwischen der ersten und zwei ten elektrisch leitenden Schicht ist in Form einer parallel zur ersten und zur zwei ten elektrisch leitenden Schicht liegenden Heizschicht angeordnet. Der elektri sche Widerstand der Heizschicht über ihre Schichtdicke ist größer, als der ent sprechende elektrische Widerstand einer der beiden elektrisch leitenden Schich ten. Zudem weisen die erste Elektrodenstruktur, die zweite Elektrodenstruktur und der dazwischenliegende Separator jeweils eine ebene Form auf und sind aufeinandergestapelt. Dadurch kann das Positionieren der Heizschicht im Inne ren der Batteriezelle einfach in den Serienfertigungsprozess der Batteriezelle integriert werden. Die Heizschicht kann insbesondere nach bekannten Verfahren (z.B. Kleben, Laminieren, Rakeln), in einem Serienfertigungsprozess so in eine der beiden Elektrodenstrukturen eingebracht werden, dass die Batteriezelle durch Stapeln von Elektrodenstrukturen serienmäßig hergestellt werden kann. In some embodiments, the winding mandrel is heatable and / or the outside of the jelly roll is in thermal contact with the inside of a U- or O-shaped heating layer, but is electrically insulated from it. The heated winding mandrel and the U- or O-shaped heating layer represent additional heaters that additionally support the heating of the battery cell. The U- or O-shaped heating layer has the advantage that it can be easily made from a flat layer by bending / shaping around the Jolly Roll. In some embodiments, the first electrode structure has a first electrically conductive carrier layer and a second electrically conductive carrier layer running at least in sections parallel to the first electrically conductive carrier layer. The mutually facing sides of the first electrically conductive carrier layer and the second electrically conductive carrier layer are coated with a first electrically conductive layer and with a second electrically conductive layer. The heating element between the first and two th electrically conductive layer is arranged in the form of a heating layer lying parallel to the first and two th electrically conductive layers. The electrical resistance of the heating layer over its layer thickness is greater than the corresponding electrical resistance of one of the two electrically conductive layers. In addition, the first electrode structure, the second electrode structure and the separator in between each have a flat shape and are stacked on top of one another. As a result, the positioning of the heating layer inside the battery cell can be easily integrated into the series production process of the battery cell. The heating layer can in particular be introduced into one of the two electrode structures in a series production process using known methods (for example gluing, laminating, knife coating) in such a way that the battery cell can be mass-produced by stacking electrode structures.
Bei einigen Ausführungsformen weist die Batteriezelle des Weiteren auf: (i) wei tere ebenenförmige und voneinander durch Separatoren getrennte Elektroden strukturen auf, die jeweils auf die erste oder die zweite Elektrodenstruktur ge stapelt sind, und von diesen durch Separatoren getrennt sind; (ii) eine dritte Elektrodenstruktur, die in einem ersten Abstand von der ersten Elektrodenstruk tur angeordnet ist, und (iii) eine vierte Elektrodenstruktur, die in einem zweiten Abstand von der dritten Elektrodenstruktur angeordnet ist, jeweils ein Heizele ment integriert haben. Der erste und der zweite Abstand sind so gewählt, dass die thermische Masse derjenigen Elektrodenstrukturen, die zwischen der ersten und dritten Elektrodenstruktur angeordnet sind, zumindest im Wesentlichen, mit der thermischen Masse der Elektrodenstrukturen übereinstimmt, die zwischen der dritten und vierten Elektrodenstruktur angeordnet sind. Dadurch kann die Homogenität der Erwärmung der Elektrodenstrukturen, die zwischen der ersten und der vierten Elektrodenstruktur angeordnet sind, gesteigert werden. Vor- zugsweise weisen die dritte und vierte Elektrodenstruktur die gleich Struktur wie die erste Elektrodenstruktur auf. In some embodiments, the battery cell further includes: (i) further planar electrode structures separated from each other by separators, each stacked on the first or second electrode structure and separated from them by separators; (ii) a third electrode structure, which is arranged at a first distance from the first electrode structure, and (iii) a fourth electrode structure, which is arranged at a second distance from the third electrode structure, each have a heating element integrated. The first and the second distance are selected such that the thermal mass of those electrode structures which are arranged between the first and third electrode structures corresponds at least substantially to the thermal mass of the electrode structures which are arranged between the third and fourth electrode structures. As a result, the homogeneity of the heating of the electrode structures which are arranged between the first and the fourth electrode structure can be increased. In front- the third and fourth electrode structures preferably have the same structure as the first electrode structure.
Bei einigen Ausführungsformen ist der erste Abstand bzw. der zweite Abstand in einem Bereich von 2 mm bis 20 mm enthalten. Dadurch wird die Homogenität der Erwärmung im ganzen Stapel verbessert. Vorzugsweise liegt der erste Ab stand bzw. der zweite Abstand in einem Bereich von 6 mm bis 7 mm. Dadurch kann eine besonders homogene Erwärmung des ganzen Stapels bewirkt wer den. In some embodiments, the first distance or the second distance is included in a range from 2 mm to 20 mm. This improves the homogeneity of the heating throughout the stack. The first distance or the second distance is preferably in a range from 6 mm to 7 mm. This can result in a particularly homogeneous heating of the entire stack.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Batterie, die zwei Batteriezellen nach dem ersten Aspekt der Erfindung und ein Zellengehäuse mit einem Zellen deckel aufweist. Das Zellengehäuse umgibt die Batteriezellen zumindest teilwei se. An dem Zellendeckel sind eine erste, eine zweite, eine dritte und eine vierte Anschlussstelle vorgesehen, die jeweils von dem Zellendeckel elektrisch isoliert, d.h. nicht elektrisch leitend verbunden, sind. Jede der zwei Batteriezellen weist an einer ihrer Außenflächen eine erste, eine zweite, eine dritte und eine vierte Ableiterfahne auf. Die erste Ableiterfahne jeder Batteriezelle ist mit der jeweili gen ersten Elektrodenstruktur elektrisch verbunden, die zweite Ableiterfahne sowie die dritte Ableiterfahne jeder Batteriezelle ist mit der jeweiligen Heiz schicht elektrisch verbunden, und die vierte Ableiterfahne jeder Batteriezelle ist mit der jeweiligen zweiten Elektrodenstruktur elektrisch verbunden. Die ersten Ableiterfahnen beider Batteriezellen sind mit der ersten Anschlussstelle elektrisch verbunden, die zweiten Ableiterfahnen beider Batteriezellen sind mit der zweiten Anschlussstelle elektrisch verbunden, die dritten Ableiterfahnen bei der Batteriezellen sind mit der dritten Anschlussstelle elektrisch verbunden, und die vierten Ableiterfahnen beider Batteriezellen sind mit der vierten Anschluss stelle elektrisch verbunden. Dadurch wird der Herstellungsprozess von Batterien vereinfacht, die zwei erfindungsgemäße Batteriezellen enthalten, insbesondere solche Batteriezellen deren Elektrodenstrukturen insbesondere entweder in ei ner Jelly Roll oder in einem Stapel angeordnet sind. Der Herstellungsprozess wird insbesondere dahingehend vereinfacht, dass zum Bereitstellen der exter nen Anschlussstellen für die Heizschichten nur zwei zusätzliche Verbindungen (bspw. Laserschweißverbindungen) je Batterie erforderlich sind. Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ebenso eine Batterie, die zwei Batterie zellen nach dem ersten Aspekt der Erfindung und ein Zellengehäuse mit einem Zellendeckel aufweist. Das Zellengehäuse umgibt die Batteriezellen zumindest teilweise. An dem Zellendeckel sind eine erste, eine zweite und eine dritte An schlussstelle vorgesehen, die jeweils von dem Zellendeckel elektrisch isoliert sind. Jede der zwei Batteriezellen weist an einer ihrer Außenflächen eine erste, eine zweite, eine dritte und eine vierte Ableiterfahne auf. Die erste Ableiterfahne jeder Batteriezelle ist mit der jeweiligen ersten Elektrodenstruktur elektrisch ver bunden, die zweite und die dritte Ableiterfahne jeder Batteriezelle sind mit der jeweiligen Heizschicht elektrisch verbunden und die vierte Ableiterfahne jeder Batteriezelle ist mit der jeweiligen zweiten Elektrodenstruktur elektrisch verbun den. Die ersten Ableiterfahnen und die zweiten Ableiterfahnen beider Batterie zellen sind miteinander und mit der ersten Anschlussstelle elektrisch verbunden, die dritten Ableiterfahnen beider Batteriezellen sind mit der zweiten Anschluss stelle elektrisch verbunden, und die vierten Ableiterfahnen beider Batteriezellen sind mit der dritten Anschlussstelle elektrisch verbunden. Dadurch wird das An binden der Heizschichten an eine Schaltvorrichtung vereinfacht, die geeignet ist, die Heizschicht mit den Polen der Batteriezelle zu verbinden. Das Anbinden der Heizschichten an eine Schaltvorrichtung wird insbesondere dahingehend verein facht, dass dafür nur eine zusätzliche Verbindung (bspw. Schweißverbindung) je Batteriezelle erforderlich ist. Das Verbinden der ersten Ableiterfahnen mit den zweiten Ableiterfahnen im Inneren der Batteriezelle ist bei beengten Raumver hältnissen auf dem Zellendeckel von Vorteil. A second aspect of the invention relates to a battery which has two battery cells according to the first aspect of the invention and a cell housing with a cell cover. The cell housing surrounds the battery cells at least partially. A first, a second, a third and a fourth connection point are provided on the cell cover, each of which is electrically insulated, ie not electrically conductively connected, from the cell cover. Each of the two battery cells has a first, a second, a third and a fourth conductor tab on one of their outer surfaces. The first conductor lug of each battery cell is electrically connected to the respective first electrode structure, the second conductor lug and the third conductor lug of each battery cell is electrically connected to the respective heating layer, and the fourth conductor lug of each battery cell is electrically connected to the respective second electrode structure. The first conductor lugs of both battery cells are electrically connected to the first connection point, the second conductor lugs of both battery cells are electrically connected to the second connection point, the third conductor lugs of the battery cells are electrically connected to the third connection point, and the fourth conductor lugs of both battery cells are connected to the fourth Connection point electrically connected. This simplifies the manufacturing process for batteries which contain two battery cells according to the invention, in particular those battery cells whose electrode structures are in particular arranged either in a jelly roll or in a stack. The manufacturing process is particularly simplified in that only two additional connections (for example laser welding connections) per battery are required to provide the external connection points for the heating layers. A third aspect of the invention also relates to a battery which has two battery cells according to the first aspect of the invention and a cell housing with a cell cover. The cell housing at least partially surrounds the battery cells. A first, a second and a third connection point are provided on the cell cover, each of which is electrically insulated from the cell cover. Each of the two battery cells has a first, a second, a third and a fourth conductor tab on one of their outer surfaces. The first conductor tab of each battery cell is electrically connected to the respective first electrode structure, the second and third conductor tabs of each battery cell are electrically connected to the respective heating layer, and the fourth conductor tab of each battery cell is electrically connected to the respective second electrode structure. The first conductor lugs and the second conductor lugs of both battery cells are electrically connected to one another and to the first connection point, the third conductor lugs of both battery cells are electrically connected to the second connection point, and the fourth conductor lugs of both battery cells are electrically connected to the third connection point. This makes it easier to bind the heating layers to a switching device which is suitable for connecting the heating layer to the poles of the battery cell. The connection of the heating layers to a switching device is particularly simplified in that only one additional connection (for example a welded connection) is required for each battery cell. The connection of the first arrester lugs to the second arrester lugs inside the battery cell is an advantage in tight spaces on the cell cover.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung im Zusammenhang mit den Figuren. Es zeigen wenigstens teilweise schematisch: Further advantages, features and possible uses of the present invention result from the following detailed description in connection with the figures. At least partially, they show schematically:
Fig. 1A eine Draufsicht auf einen Satz von Schichten einer Batteriezelle, der zum Aufwickeln zu einer Jelly Roll geeignet ist; 1A is a top view of a set of layers of a battery cell suitable for winding into a jelly roll;
Fig. 1 B eine Jelly Roll, die durch Aufwickeln des Satzes von Schichten aus Fig. 1B is a jelly roll made by winding up the set of layers
Figur 1A entstanden ist; Fig. 2A den Querschnitt einer Ausführungsform des in der Figur 1 A gezeig ten Satzes von Schichten entlang der Stelle A - A; Fig. 2B den Querschnitt einer anderen Ausführungsform des in der Figur 1A gezeigten Satzes von Schichten entlang der Stelle A - A; Figure 1A has arisen; 2A shows the cross section of an embodiment of the set of layers shown in FIG. 1A along the point A - A; FIG. 2B shows the cross section of another embodiment of the set of layers shown in FIG. 1A along the point AA;
Fig. 3 zumindest einen Teil eines Stapels von Schichten einer weiteren Bat teriezelle; Figure 3 shows at least part of a stack of layers of another battery cell;
Fig. 4A eine Ausführungsform einer Batteriezelle, die zwei Batteriezellen enthält, deren Elektrodenstrukturen entweder in einer Jelly Roll oder einem Stapel angeordnet sind; und Fig. 4B eine weitere Ausführungsform einer Batteriezelle, die zwei Batterie zellen enthält, deren Elektrodenstrukturen entweder in einer Jelly Roll oder einem Stapel angeordnet sind. 4A shows an embodiment of a battery cell which contains two battery cells, the electrode structures of which are arranged either in a jelly roll or in a stack; and FIG. 4B shows a further embodiment of a battery cell which contains two battery cells, the electrode structures of which are arranged either in a jelly roll or in a stack.
Die Figur 1A zeigt die Draufsicht auf einen Satz von Schichten 2 einer Batterie- zelle 1 . Dieser in nicht aufgewickelter Form gezeigte Satz von Schichten (sheets) weist eine Längsrichtung 5 und eine senkrecht zu dieser stehenden Querrichtung auf. Auf einer oder beiden in Querrichtung gegenüberliegenden Seiten des Satzes von Schichten 2 sind Kontaktstellen K1 , K2, K3 und K4 ange ordnet. In Figur 1 B ist der in der Figur 1A gezeigte Satz von Schichten 2 als Jelly Roll dargestellt, die durch Aufwickeln des Satzes von Schichten 2 über ei nen Wickeldorn 6 entstanden ist. Des Weiteren zeigt die Figur 1 B, dass die Kon taktstellen K2 und K3 so auf den Seiten des Satzes von Schichten 2 angeordnet sind, dass zwischen ihnen auch dann hinreichend Platz für externe Anschlüsse zur Verfügung steht, wenn der Satz von Schichten 2 zu einer Jelly Roll aufgewi- ekelt ist. Vorzugsweise sind die Kontaktstellen K2 und K3 auf einer Grundfläche der Jelly Roll so angeordnet, dass der Wickeldorn 6 zwischen ihnen steht. FIG. 1A shows the top view of a set of layers 2 of a battery cell 1. This set of layers, which is not shown in the form of a roll, has a longitudinal direction 5 and a transverse direction perpendicular to this. On one or both transverse sides of the set of layers 2, contact points K1, K2, K3 and K4 are arranged. In FIG. 1B, the set of layers 2 shown in FIG. 1A is shown as a jelly roll, which was created by winding the set of layers 2 over a mandrel 6. 1B shows that the contact points K2 and K3 are arranged on the sides of the set of layers 2 in such a way that there is sufficient space between them for external connections even when the set of layers 2 is a jelly Roll is wound up. The contact points K2 and K3 are preferably arranged on a base surface of the jelly roll in such a way that the winding mandrel 6 stands between them.
Die Figuren 2A und 2B zeigen den Querschnitt zweier Ausführungsformen des in der Figur 1 A gezeigten Satzes von Schichten 2 entlang der Stelle A - A. Jede dieser Ausführungsformen 2', 2" weist eine erste Elektrodenstruktur, 10 bzw. 10', eine dieser gegenüberliegenden zweite Elektrodenstruktur, 20 bzw. 20', und einen die beiden Elektrodenstrukturen trennenden elektrisch nichtleitenden Se parator, 15 bzw. 15', auf. Dabei sind die erste Elektrodenstruktur, der Separator und die zweite Elektrodenstruktur aufeinander liegend angeordnet, und zumin dest in die erste Elektrodenstruktur, 10 bzw. 10', ist zumindest ein Heizelement, 12 bzw. 12', teilweise eingearbeitet. Das Heizelement ist elektrisch beheizbar.FIGS. 2A and 2B show the cross section of two embodiments of the set of layers 2 shown in FIG. 1A along the point A - A. Each of these embodiments 2 ', 2 "has a first electrode structure, 10 or 10', an opposing second electrode structure, 20 or 20 ', and an electrically non-conductive separator, 15 or 15', separating the two electrode structures the first electrode structure, the separator and the second electrode structure are arranged one on top of the other, and at least one heating element, 12 or 12 ', is at least partially incorporated into the first electrode structure 10 or 10'. The heating element is electrically heatable.
In beiden Ausführungsformen weist jede der ersten Elektrodenstrukturen, 10 bzw. 10', eine erste elektrisch leitende Trägerschicht 1 1 auf und jede der zwei ten Elektrodenstrukturen, 20 bzw. 20', weist eine zweite elektrisch leitende Trä gerschicht 21 auf. Des Weiteren ist in jeder der Ausführungsformen die Dicke des Satzes von Schichten, 2' bzw. 2", entlang der Längs- und der Querrichtung im Wesentlichen konstant ist, was einerseits das Herstellen der Jelly Roll er leichtert und andererseits eine unverwölbte Mantelfläche der Jelly Roll gewähr leistet. In both embodiments, each of the first electrode structures 10, 10 'has a first electrically conductive carrier layer 11 and each of the second electrode structures 20, 20' has a second electrically conductive carrier layer 21. Furthermore, in each of the embodiments, the thickness of the set of layers, 2 'or 2 ", is substantially constant along the longitudinal and transverse directions, which on the one hand facilitates the production of the jelly roll and on the other hand an undeveloped lateral surface of the jelly roll guarantees.
In der in der Figur 2A gezeigten Ausführungsform sind auf der dem Separator 15 zugewandten Fläche der ersten Trägerschicht 1 1 eine erste elektrisch leiten de Schicht 13 und das Heizelement in Form einer Heizschicht 12 aufgebracht, wobei die erste elektrisch leitende Schicht 13 die Heizschicht 12 zumindest teil weise seitlich umgibt. Ferner ist auf der dem Separator 15 zugewandten Fläche der zweiten Trägerschicht 21 eine zweite elektrisch leitende Schicht 13 aufge bracht, die sich in ebener Form über die dem Separator 15 zugewandten Fläche der zweiten Trägerschicht 21 erstreckt. Auch haben in dieser Ausführungsform die Heizschicht 12 und die erste elektrisch leitende Schicht 13 im Wesentlichen die gleiche Höhe. Dadurch kann in dieser Ausführungsform ein ebener Separa tor 15 zwischen den beiden Elektrodenstrukturen 10 und 20 eingesetzt werden, was die Herstellung des Separators sowie des Satzes von Schichten 2' verein facht. In the embodiment shown in FIG. 2A, a first electrically conductive layer 13 and the heating element in the form of a heating layer 12 are applied to the surface of the first carrier layer 11 facing the separator 15, the first electrically conductive layer 13 at least partially forming the heating layer 12 wisely surrounds laterally. Furthermore, on the surface of the second carrier layer 21 facing the separator 15, a second electrically conductive layer 13 is brought up, which extends in a flat shape over the surface of the second carrier layer 21 facing the separator 15. Also in this embodiment, the heating layer 12 and the first electrically conductive layer 13 have essentially the same height. This allows a flat separator 15 to be used between the two electrode structures 10 and 20 in this embodiment, which simplifies the manufacture of the separator and the set of layers 2 '.
Die in der Figur 2B gezeigte Ausführungsform unterscheidet sich von der in der Figur 2A gezeigten Ausführungsform dadurch, dass die Heizschicht 12' zumin dest stellenweise höher als die erste elektrisch leitende Schicht 13 ist, die zweite elektrisch leitende Schicht 23' eine oder mehrere Aussparungen 16' aufweist, um den Teil der Heizschicht 12' passend aufzunehmen, der über die erste elektrisch leitende Schicht 13 hinausragt, und der Separator 15' an den Stellen, an denen die Heizschicht 12' höher als die die erste elektrisch leitende Schicht 13 ist, so verformt/gebogen ist, dass er samt dem erhöhten Teil der Heizschicht 12' von der/den Aussparungen 16' aufgenommen wird. Dadurch, dass in diesem Ausführungsbeispiel die Höhe der Heizschicht 12' variiert werden kann, lässt sich auch ihr Widerstand und damit ihre Heizleistung besser einstellen bzw. op timieren. The embodiment shown in FIG. 2B differs from the embodiment shown in FIG. 2A in that the heating layer 12 'is at least locally higher than the first electrically conductive layer 13, the second electrically conductive layer 23' has one or more cutouts 16 ' having, so as to accommodate the part of the heating layer 12 'which protrudes beyond the first electrically conductive layer 13 and the separator 15' where the heating layer 12 'is higher than that of the first electrically conductive layer 13, so deformed / bent is that it is received together with the raised part of the heating layer 12 'by the recesses 16'. Because the height of the heating layer 12 'can be varied in this exemplary embodiment, its resistance and thus its heating output can also be better adjusted or optimized.
Vorzugsweise weist in beiden Ausführungsformen 2' und 2" die dem Separator abgewandte Seite der ersten Trägerschicht 1 1 eine dritte elektrisch leitende Schicht 14 und/oder die dem Separator abgewandte Seite der zweiten Träger schicht 21 eine vierte elektrisch leitende Schicht 24 auf. Dadurch wird die elekt rische Leistung der Batteriezelle erhöht. In both embodiments 2 'and 2 "the side of the first carrier layer 11 facing away from the separator preferably has a third electrically conductive layer 14 and / or the side of the second carrier layer 21 facing away from the separator has a fourth electrically conductive layer 24 electrical power of the battery cell increased.
Um ihre Heizfunktion erfüllen zu können, weisen die Heizschichten 12 und 12' einen elektrischen Widerstand auf, der größer ist als der Widerstand einer der beiden Trägerschichten und größer als der elektrische Widerstand einer der elektrisch leitenden Schichten ist. In order to be able to fulfill their heating function, the heating layers 12 and 12 ′ have an electrical resistance that is greater than the resistance of one of the two carrier layers and greater than the electrical resistance of one of the electrically conductive layers.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf Ausführungsformen beschränkt, bei de nen die Heizschicht und die erste elektrisch leitende Schicht auf der dem Sepa rator zugewandten Fläche der ersten Trägerschicht aufgebracht ist. Sie umfasst vielmehr auch die Ausführungsformen, bei denen die Heizschicht und die erste elektrisch leitende Schicht auf der dem Separator abgewandten Fläche der ers ten Trägerschicht aufgebracht ist. The present invention is not restricted to embodiments in which the heating layer and the first electrically conductive layer are applied to the surface of the first carrier layer facing the separator. Rather, it also includes the embodiments in which the heating layer and the first electrically conductive layer are applied to the surface of the first carrier layer facing away from the separator.
Wie in der Figur 1 A dargestellt, weisen beide Ausführungsformen 2' und 2" des Satzes von Schichten 2 zumindest eine erste Kontaktstelle K1 , zumindest eine zweite Kontaktstelle K2, zumindest eine dritte Kontaktstelle K3 und zumindest eine vierte Kontaktstelle K4 auf, wobei die erste Kontaktstelle K1 mit der vierten Kontaktstelle K4 miteinander verbunden sein können (beispielsweise durch Lö ten oder Verschweißen). Nicht dargestellt ist in den Figuren, dass die erste Kon taktstelle K1 und die zweite Kontaktstelle K2 elektrisch mit der Heizschicht 12 bzw. 12' verbunden sind, die dritte Kontaktstelle K3 mit der ersten Trägerschicht 1 1 oder einer der beiden elektrisch leitenden Schichten 13 und 14 elektrisch verbunden ist; und die vierte Kontaktstelle K4 mit der zweiten Trägerschicht 21 oder einer der beiden elektrisch leitenden Schichten 23 (bzw. 23') und 24 elektrisch verbunden ist. Dadurch werden einerseits die Pole der Batteriezelle nach außen geführt, und andererseits das Anbinden der Heizschicht an die Pole der Batteriezelle, bspw. über eine Schaltvorrichtung, ermöglicht. As shown in FIG. 1A, both embodiments 2 'and 2 "of the set of layers 2 have at least a first contact point K1, at least a second contact point K2, at least a third contact point K3 and at least a fourth contact point K4, the first contact point K1 can be connected to one another with the fourth contact point K4 (for example by soldering or welding). It is not shown in the figures that the first contact point K1 and the second contact point K2 are electrically connected to the heating layer 12 or 12 'are connected, the third contact point K3 is electrically connected to the first carrier layer 11 or one of the two electrically conductive layers 13 and 14; and the fourth contact point K4 is electrically connected to the second carrier layer 21 or one of the two electrically conductive layers 23 (or 23 ') and 24. As a result, the poles of the battery cell are guided to the outside on the one hand, and on the other hand the heating layer can be connected to the poles of the battery cell, for example via a switching device.
Die erste und vierte Kontaktstelle liegen auf einer ersten Seite des Satzes von Schichten 2 und die zweite und dritte Kontaktstelle auf einer dieser gegenüber liegenden Seite, wie in den Figuren 1A und 1 B gezeigt, was insbesondere bei beengten Platzverhältnissen von Vorteil ist. The first and fourth contact points lie on a first side of the set of layers 2 and the second and third contact points lie on a side opposite this, as shown in FIGS. 1A and 1B, which is particularly advantageous when space is limited.
Die Figur 1 B zeigt eine Batteriezelle 1 , deren Elektrodenstrukturen in einer Jelly Roll angeordnet sind. Diese Batteriezelle enthält den Satz von Schichten 2, der entlang seiner Längsrichtung 5 über einen Wickeldorn 6 zu einer Jelly Roll auf gewickelt/zusammengerollt ist. Dabei kann die erste Elektrodenstruktur und die zweite Elektrodenstruktur des Satzes von Schichten 2 als Kathode bzw. als Anode der Batteriezelle 1 angesehen werden. Der Wickeldorn 6 kann beheizbar sein, und/oder die Außenseite des Jelly Rolls kann mit der Innenseite einer U- oder O-förmigen Heizschicht in Wärmekontakt sein. Das ist in den Figuren nicht dargestellt. FIG. 1B shows a battery cell 1, the electrode structures of which are arranged in a jelly roll. This battery cell contains the set of layers 2, which is wound / rolled up along its longitudinal direction 5 via a winding mandrel 6 to form a jelly roll. The first electrode structure and the second electrode structure of the set of layers 2 can be regarded as the cathode or the anode of the battery cell 1. The winding mandrel 6 can be heated, and / or the outside of the jelly roll can be in thermal contact with the inside of a U-shaped or O-shaped heating layer. This is not shown in the figures.
Die Figur 3 zeigt einen Teil einer Batteriezelle 3, deren Elektrodenstrukturen als nebeneinanderliegende (oder aufeinandergestapelte) Schichten in einem Stapel 3 angeordnet sind. Die Batteriezelle 3 weist eine erste Elektrodenstruktur 30, eine dieser gegenüberliegenden zweite Elektrodenstruktur 29 und einen die bei den Elektrodenstrukturen trennenden elektrisch nichtleitenden Separator 36 auf, wobei die erste Elektrodenstruktur 30, der Separator 36 und die zweite Elektro denstruktur 29 aufeinander/nebeneinander liegend angeordnet sind, zumindest in die erste Elektrodenstruktur zumindest ein Heizelement 35 zumindest teilwei se eingearbeitet ist, und das Heizelement elektrisch beheizbar ist. In der in der Figur 3 dargestellten Ausführungsform weist die erste Elektroden struktur 30 eine erste elektrisch leitende Trägerschicht 31 und eine der ersten elektrisch leitenden Trägerschicht parallele zweite elektrisch leitende Träger schicht 32 auf. Die gegenüberliegenden Seiten der ersten elektrisch leitenden Trägerschicht 31 und der zweiten elektrisch leitenden Trägerschicht 32 sind mit einer ersten elektrisch leitenden Schicht 33 bzw. mit einer zweiten elektrisch leitenden Schicht 34 beschichtet, und das Heizelement ist zwischen der ersten und zweiten elektrisch leitenden Schicht in Form einer Heizschicht 35, parallel zu der ersten und zweiten elektrisch leitenden Schicht angeordnet. Um ihren Heizeffekt zu erfüllen weist die Heizschicht 35 einen elektrischen Widerstand auf, der größer als der elektrische Widerstand einer der beiden elektrisch leiten den Schichten ist. FIG. 3 shows part of a battery cell 3, the electrode structures of which are arranged in a stack 3 as layers lying next to one another (or stacked one on top of the other). The battery cell 3 has a first electrode structure 30, a second electrode structure 29 opposite this and an electrically non-conductive separator 36 which separates the electrode structures, the first electrode structure 30, the separator 36 and the second electrode structure 29 being arranged one above the other / side by side, at least one heating element 35 is at least partially incorporated into the first electrode structure, and the heating element is electrically heatable. In the embodiment shown in FIG. 3, the first electrode structure 30 has a first electrically conductive carrier layer 31 and a second electrically conductive carrier layer 32 parallel to the first electrically conductive carrier layer. The opposite sides of the first electrically conductive support layer 31 and the second electrically conductive support layer 32 are coated with a first electrically conductive layer 33 and with a second electrically conductive layer 34, respectively, and the heating element is in the form of a between the first and second electrically conductive layers Heating layer 35, arranged parallel to the first and second electrically conductive layers. In order to fulfill its heating effect, the heating layer 35 has an electrical resistance which is greater than the electrical resistance of one of the two electrically conductive layers.
Ferner weist die in der Figur 3 dargestellte Ausführungsform weitere Elektroden strukturen, bspw. die Elektrodenstrukturen 28 und 29, auf, die über Separatoren 36 voneinander getrennt sind. Alle in dieser Ausführungsform enthaltenen Elekt rodenstrukturen und die zwischen ihnen liegenden Separatoren haben eine ebene Form haben und sind in einem Stapel angeordnet. Der Aufbau der Elekt rodenstrukturen 28 und 29 ist im Wesentlichen bekannt. Beispielsweise weisen beide jeweils zwei Trägerschichten 31 ' (bzw. 37) mit einem dazwischenliegen den Stromableiter 39 (bzw. 38) auf.  Furthermore, the embodiment shown in FIG. 3 has further electrode structures, for example electrode structures 28 and 29, which are separated from one another by separators 36. All of the electrode structures contained in this embodiment and the separators between them have a flat shape and are arranged in a stack. The structure of the electrode structures 28 and 29 is essentially known. For example, both each have two carrier layers 31 '(or 37) with the current conductor 39 (or 38) in between.
In der in der Figur 3 gezeigten Ausführungsform kann die erste Elektrodenstruk tur als Anode und die zweite Elektrodenstruktur als Kathode der Batteriezelle betrachtet werden. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt, sondern umfasst vielmehr auch eine Ausführungsform, in der die erste Elektro denstruktur als Kathode und die zweite Elektrodenstruktur als Anode betrachtet werden kann. In the embodiment shown in FIG. 3, the first electrode structure can be regarded as the anode and the second electrode structure as the cathode of the battery cell. However, the present invention is not limited to this, but rather also includes an embodiment in which the first electrode structure can be regarded as a cathode and the second electrode structure as an anode.
Eine Batteriezelle, deren Elektrodenstrukturen in einem Stapel angeordnet sind, wie bspw. in Figur 3 gezeigt, enthält eine Vielzahl von beheizbaren Elektroden strukturen, die einen der ersten Elektrodenstruktur 30 entsprechenden Aufbau aufweisen, und eine Vielzahl von Elektrodenstrukturen, die nicht beheizbar sind (bspw. die Elektrodenstrukturen 28 und 29). Dabei sind die beheizbaren Elekt rodenstrukturen 30 im Stapel so verteilt, dass die nicht beheizbaren Elektroden- Strukturen, die zwischen zwei aufeinanderfolgenden beheizbaren Elektroden strukturen angeordnet sind, eine Gruppe mit einer thermischen Masse (Wärme kapazität) bilden, und die thermischen Massen der so gebildeten Gruppen im Wesentlichen gleich sind. A battery cell, the electrode structures of which are arranged in a stack, as shown, for example, in FIG. 3, contains a multiplicity of heatable electrode structures, which have a structure corresponding to the first electrode structure 30, and a multiplicity of electrode structures, which cannot be heated (e.g. the electrode structures 28 and 29). The heated electrode structures 30 are distributed in the stack so that the non-heated electrode Structures, which are arranged between two successive heatable electrode structures, form a group with a thermal mass (heat capacity), and the thermal masses of the groups thus formed are essentially the same.
So kann beispielsweise die in der Figur 3 gezeigte Ausführungsform weitere ebene, voneinander durch Separatoren 36 getrennte Elektrodenstrukturen auf weisen, unter anderen auch eine dritte und eine vierte beheizbare Elektroden struktur, wobei die erste, die dritte und vierte beheizbare Elektrodenstruktur in dieser Reihenfolge, aufeinanderfolgend im Stapel angeordnet sind, die dritte Elektrodenstruktur in einem ersten Abstand von der ersten Elektrodenstruktur 30 angeordnet ist, die vierte Elektrodenstruktur in einem zweiten Abstand von der dritten Elektrodenstruktur angeordnet ist, und der erste und zweite Abstand so gewählt sind, dass die thermische Masse der Elektrodenstrukturen, die zwi schen der ersten und dritten Elektrodenstruktur angeordnet sind, im Wesentli chen gleich ist mit der thermischen Masse der Elektrodenstrukturen, die zwi schen der dritten und vierten Elektrodenstruktur angeordnet sind. Das ist der Fall, wenn der erste Abstand und der zweite Abstand in einem Bereich von 2 mm bis 20 mm enthalten sind. Durch eine derartige Verteilung der mit einer Heizschicht versehenen Elektrodenstrukturen im Stapel kann eine homogenere Erwärmung des Stapels erreicht werden. Die Erwärmung des Stapels ist homo gen wenn der erste Abstand und der zweite Abstand in einem Bereich von 6 mm bis 7 mm enthalten sind. Die dritte und vierte Elektrodenstruktur, welche vor zugsweise eine der ersten Elektrodenstruktur entsprechenden Aufbau aufwei sen, sind in der Figur 3 nicht gezeigt. For example, the embodiment shown in FIG. 3 can have further flat electrode structures separated from one another by separators 36, including a third and a fourth heatable electrode structure, the first, third and fourth heatable electrode structures in this order, successively in the order Arranged stack, the third electrode structure is arranged at a first distance from the first electrode structure 30, the fourth electrode structure is arranged at a second distance from the third electrode structure, and the first and second distance are selected so that the thermal mass of the electrode structures, which are arranged between the first and third electrode structures is substantially the same as the thermal mass of the electrode structures which are arranged between the third and fourth electrode structures. This is the case if the first distance and the second distance are in a range from 2 mm to 20 mm. With such a distribution of the electrode structures provided with a heating layer in the stack, a more homogeneous heating of the stack can be achieved. The heating of the stack is homogeneous when the first distance and the second distance are in a range from 6 mm to 7 mm. The third and fourth electrode structure, which preferably have a structure corresponding to the first electrode structure, are not shown in FIG. 3.
Die Figur 4A zeigt eine Batterie, die zwei erfindungsgemäße Batteriezellen 40 und 50 enthält, deren Elektrodenstrukturen entweder in einer Jelly Roll oder in einem Stapel angeordnet sind. Des Weiteren zeigt die Figur einen Zellendeckel 60, der zu einem Zellengehäuse passt, das die beiden Batteriezellen 40 und 50 aufnehmen soll. Der Zellendeckel 60 weist nicht nur zwei Anschlussstellen für die Batteriepole auf, sondern vier, nämlich eine erste Anschlussstelle 61 , eine zweite Anschlussstelle 62, eine dritte Anschlussstelle 63 und eine vierte An schlussstelle 64, die alle von dem Zellendeckel elektrisch isoliert sind. Sind die Elektrodenstrukturen der zwei Batteriezellen 40 und 50 in einer Jelly Roll ange ordnet, so weist jede der zwei Batteriezellen auf einer ihrer Grundflächen eine erste Ableiterfahne 41 bzw. 51 , eine zweite Ableiterfahne 42 bzw. 52, eine dritte Ableiterfahne 43 bzw. 53, und eine vierte Ableiterfahne 44 bzw. 54 auf. Sind hingegen die Elektrodenstrukturen der zwei erfindungsgemäßen Batteriezellen 40 und 50 in einem Stapel angeordnet, so weist jede der zwei Batteriezellen die Ableiterfahnen auf einer ihrer Seitenflächen auf. Die erste Ableiterfahne jeder Batteriezelle ist mit der jeweiligen ersten Elektrodenstruktur (bspw. Anode), die zweite und dritte Ableiterfahne jeder Batteriezelle mit der jeweiligen Heizschicht und die vierte Ableiterfahne jeder Batteriezelle mit der jeweiligen zweiten Elekt rodenstruktur (bspw. Kathode) elektrisch verbunden. Die ersten Ableiterfahnen beider Batteriezellen sind mit der ersten Anschlussstelle 61 und die vierten Ab leiterfahnen beider Batteriezellen sind mit der vierten Anschlussstelle 64 elektrisch verbunden. Zudem sind die zweiten Ableiterfahnen beider Batteriezel len mit der zweiten Anschlussstelle 62 und die dritten Ableiterfahnen beider Bat teriezellen mit der dritten Anschlussstelle 63 elektrisch verbunden. Dabei ist jede Ableiterfahne mit ihrer jeweiligen Anschlussstelle unmittelbar/direkt elektrisch verbunden, beispielsweise durch Verschweißen oder Verlöten der Ableiterfah nen mit der jeweiligen Anschlussstelle. FIG. 4A shows a battery which contains two battery cells 40 and 50 according to the invention, the electrode structures of which are arranged either in a jelly roll or in a stack. Furthermore, the figure shows a cell cover 60 that fits into a cell housing that is to accommodate the two battery cells 40 and 50. The cell cover 60 not only has two connection points for the battery poles, but four, namely a first connection point 61, a second connection point 62, a third connection point 63 and a fourth connection point 64, all of which are electrically insulated from the cell cover. Are the Electrode structures of the two battery cells 40 and 50 arranged in a jelly roll, each of the two battery cells has on one of its bases a first conductor tab 41 and 51, a second conductor tab 42 and 52, a third conductor tab 43 and 53, and one fourth arrester lug 44 or 54. If, however, the electrode structures of the two battery cells 40 and 50 according to the invention are arranged in a stack, each of the two battery cells has the conductor tabs on one of their side surfaces. The first conductor tab of each battery cell is electrically connected to the respective first electrode structure (e.g. anode), the second and third conductor tab of each battery cell with the respective heating layer and the fourth conductor tab of each battery cell is connected to the respective second electrode structure (e.g. cathode). The first conductor tabs of both battery cells are electrically connected to the first connection point 61 and the fourth conductor tabs of both battery cells are connected to the fourth connection point 64. In addition, the second conductor lugs of both battery cells are electrically connected to the second connection point 62 and the third conductor lugs of both battery cells are connected to the third connection point 63. Each arrester lug is directly / directly electrically connected to its respective connection point, for example by welding or soldering the arrester lugs to the respective connection point.
Die Figur 4B zeigt eine Batterie, die zwei erfindungsgemäße Batteriezellen 70 und 80 enthält, deren Elektrodenstrukturen entweder in einer Jelly Roll oder in einem Stapel angeordnet sind. Des Weiteren zeigt die Figur einen Zellendeckel 90, der zu einem Zellengehäuse passt, das die beiden Batteriezellen 70 und 80 aufnehmen soll. Der Zellendeckel 90 weist drei Anschlussstellen auf, nämlich eine erste Anschlussstelle 91 , eine zweite Anschlussstelle 92 und eine dritte Anschlussstelle 93, die alle von dem Zellendeckel elektrisch isoliert sind. Sind die Elektrodenstrukturen der zwei Batteriezellen 70 und 80 in einer Jelly Roll angeordnet, so weist jede der zwei Batteriezellen auf einer ihrer Grundflächen eine erste Ableiterfahne 71 bzw. 81 , eine zweite Ableiterfahne 72 bzw. 82, eine dritte Ableiterfahne 73 bzw. 83, und eine vierte Ableiterfahne 74 bzw. 84 auf. Sind hingegen die Elektrodenstrukturen der zwei erfindungsgemäßen Batterie zellen 70 und 80 in einem Stapel angeordnet, so weist jede der zwei Batteriezel len die Ableiterfahnen auf einer ihrer Seitenflächen auf. Die erste Ableiterfahne jeder Batteriezelle ist mit der jeweiligen ersten Elektrodenstruktur (bspw. Ano de), die zweite und dritte Ableiterfahne jeder Batteriezelle mit der jeweiligen Heizschicht und die vierte Ableiterfahne jeder Batteriezelle mit der jeweiligen zweiten Elektrodenstruktur (bspw. Kathode) elektrisch verbunden. Zum einen sind die ersten Ableiterfahnen beider Batteriezellen mit der ersten Anschluss stelle 91 und die vierten Ableiterfahnen beider Batteriezellen mit der dritten An schlussstelle 93 elektrisch verbunden. Zum anderen sind auch die zweiten Ab leiterfahnen beider Batteriezellen 70 und 80 mit der ersten Anschlussstelle 91 und die dritten Ableiterfahnen beider Batteriezellen 70 und 80 mit der dritten An schlussstelle 92 elektrisch verbunden. FIG. 4B shows a battery which contains two battery cells 70 and 80 according to the invention, the electrode structures of which are arranged either in a jelly roll or in a stack. Furthermore, the figure shows a cell cover 90 that fits into a cell housing that is to accommodate the two battery cells 70 and 80. The cell cover 90 has three connection points, namely a first connection point 91, a second connection point 92 and a third connection point 93, all of which are electrically insulated from the cell cover. If the electrode structures of the two battery cells 70 and 80 are arranged in a jelly roll, then each of the two battery cells has a first conductor tab 71 or 81, a second conductor tab 72 or 82, a third conductor tab 73 or 83, and a fourth arrester lug 74 or 84. If, however, the electrode structures of the two battery cells 70 and 80 according to the invention are arranged in a stack, each of the two battery cells has the conductor tabs on one of its side faces. The first arrester flag each battery cell is electrically connected to the respective first electrode structure (for example anode), the second and third conductor lugs of each battery cell with the respective heating layer and the fourth conductor lug of each battery cell with the respective second electrode structure (for example cathode). On the one hand, the first conductor tabs of both battery cells are electrically connected to the first connection point 91 and the fourth conductor tabs of both battery cells are electrically connected to the third connection point 93. On the other hand, the second conductor tabs of both battery cells 70 and 80 are electrically connected to the first connection point 91 and the third conductor tabs of both battery cells 70 and 80 are connected to the third connection point 92.
In der in der Figur 4B gezeigten Batteriezelle sind die ersten, dritten und vierten Ableiterfahnen beider Batteriezellen 70 und 80 unmittelbar/direkt mit der jeweili gen Anschlussstelle elektrisch verbunden, beispielsweise durch Laserver schweißen oder Verlöten der Ableiterfahnen mit der jeweiligen Anschlussstelle. In the battery cell shown in FIG. 4B, the first, third and fourth conductor lugs of both battery cells 70 and 80 are directly / directly electrically connected to the respective connection point, for example by laser welding or soldering the conductor lugs to the respective connection point.
Die zweiten Ableiterfahnen der Batteriezellen 70 und 80 können unmittelbar mit der ersten Anschlussstelle des Zelldeckels elektrisch verbunden sein. Vorzugs weise sind jedoch die ersten Ableiterfahnen und die zweiten Ableiterfahnen im Inneren der Batteriezelle miteinander verbunden, und somit die zweiten Ableiter fahnen nur elektrisch mit der ersten Anschlussstelle 91 verbunden, nicht aber unmittelbar (bspw. durch Verlöten oder Verschweißen). Daher sind die zweiten Ableiterfahnen 72 und 82 in der Figur 4B nur gestrichelt gezeichnet. The second conductor tabs of the battery cells 70 and 80 can be electrically connected directly to the first connection point of the cell cover. However, the first conductor tabs and the second conductor tabs are preferably connected to one another in the interior of the battery cell, and thus the second conductor tabs are only electrically connected to the first connection point 91, but not directly (for example by soldering or welding). Therefore, the second arrester tabs 72 and 82 are only drawn in broken lines in FIG.
In den Figuren 4A und 4B bilden die Ableiterfahnen der beiden Batteriezellen 40 und 50 (bzw. 70 und 80) im Wesentlichen einen rechten Winkel mit der Grund fläche (bzw. Seitenfläche), von der sie herausstehen; und die beiden Batteriezel len 40 und 50 (bzw. 70 und 80) sind so in Bezug auf den Zellendeckel 60 (bzw. 90) angeordnet, dass ihre seitlich herausstehenden Ableiterfahnen im Wesentli chen parallel zu dem Zellendeckel 60 (bzw. 90) sind und über den jeweiligen Anschlussstellen des Zellendeckels stehen. Nachdem die Ableiterfahnen mit den jeweiligen Anschlussstellen des Zelldeckels verbunden sind (bspw. durch Verlöten oder Verschweißen), werden die Ableiterfahnen so gebogen/verformt, dass die beiden Batteriezellen 40 und 50 (bzw. 70 und 80) nebeneinander, auf einer Seite des Zelldeckels 60 (bzw. 90) stehen. Die beiden nebeneinander ste henden Batteriezellen werden in ein passendes Zellgehäuse eingeführt, und der Zelldeckel mit dem Zellgehäuse verschweißt. Die Wände des Zellgehäuses können beheizbar sein, und können mit den zwei Batteriezellen 40 und 50 (bzw. 70 und 80) in thermischem Kontakt stehen. Dadurch wird die Beheizung der Bat teriezellen zusätzlich unterstützt. In FIGS. 4A and 4B, the conductor tabs of the two battery cells 40 and 50 (or 70 and 80) essentially form a right angle with the base surface (or side surface) from which they protrude; and the two battery cells 40 and 50 (or 70 and 80) are arranged with respect to the cell cover 60 (or 90) in such a way that their laterally protruding conductor tabs are essentially parallel to the cell cover 60 (or 90) and stand above the respective connection points of the cell cover. After the conductor tabs are connected to the respective connection points of the cell cover (e.g. by soldering or welding), the conductor tabs are bent / deformed so that the two battery cells 40 and 50 (or 70 and 80) next to each other one side of the cell cover 60 (or 90). The two battery cells standing next to each other are inserted into a suitable cell housing, and the cell cover is welded to the cell housing. The walls of the cell housing can be heated and can be in thermal contact with the two battery cells 40 and 50 (or 70 and 80). This additionally supports the heating of the battery cells.
Während vorausgehend wenigstens eine beispielhafte Ausführungsform be schrieben wurde, ist zu bemerken, dass eine große Anzahl von Variationen dazu existiert. Es ist dabei auch zu beachten, dass die beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen nur nichtlimitierende Beispiele darstellen, und es nicht be absichtigt ist, dadurch den Umfang, die Anwendbarkeit oder die Konfiguration der hier beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren zu beschränken. Vielmehr wird die vorausgehende Beschreibung dem Fachmann eine Anleitung zur Im- plementierung mindestens einer beispielhaften Ausführungsform liefern, wobei sich versteht, dass verschiedene Änderungen in der Funktionsweise und der Anordnung der in einer beispielhaften Ausführungsform beschriebenen Elemen te vorgenommen werden können, ohne dass dabei von dem in den angehäng ten Ansprüchen jeweils festgelegten Gegenstand sowie seinen rechtlichen Äqui- valenten abgewichen wird. While at least one exemplary embodiment has been described above, it should be noted that a large number of variations exist. It should also be noted here that the exemplary embodiments described are only non-limiting examples, and it is not intended to thereby limit the scope, the applicability or the configuration of the devices and methods described here. Rather, the preceding description will provide the person skilled in the art with instructions for implementing at least one exemplary embodiment, it being understood that various changes in the mode of operation and arrangement of the elements described in an exemplary embodiment can be carried out without the the attached subject matter as well as its legal equivalents are deviated from.
BEZUGSZEICHENLISTE LIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Batteriezelle in Form einer Jelly Roll 1 battery cell in the form of a jelly roll
2, 2', 2 Satz von Schichten zum Aufwickeln zu einer Jelly Roll  2, 2 ', 2 set of layers for winding into a jelly roll
3 Stapel von Schichten 3 stacks of layers
5 Längsrichtung des Satzes von Schichten  5 Longitudinal direction of the set of layers
6 Wickeldorn  6 mandrel
10, 10' Erste Elektrodenstruktur, bspw. Kathode  10, 10 'First electrode structure, for example cathode
1 1 Elektrisch leitende Trägerschicht, bspw. der Kathode 1 1 Electrically conductive carrier layer, for example the cathode
12, 12' Heizschicht 12, 12 'heating layer
13 Elektrisch leitende Schicht  13 Electrically conductive layer
14 Elektrisch leitende Schicht  14 Electrically conductive layer
15, 15' Separator  15, 15 'separator
16' Aussparung in einer elektrisch leitenden Schicht 16 'recess in an electrically conductive layer
20, 20' Zweite Elektrodenstruktur, bspw. Anode 20, 20 'Second electrode structure, for example anode
21 Elektrisch leitende Trägerschicht, bspw. der Anode  21 Electrically conductive carrier layer, for example the anode
23, 23' Elektrisch leitende Schicht  23, 23 'Electrically conductive layer
24 Elektrisch leitende Schicht  24 Electrically conductive layer
28 Bekannte Elektrodenstruktur in einem Stapel, bspw. Anode 29 Bekannte Elektrodenstruktur in einem Stapel, bspw. Kathode 28 Known electrode structure in a stack, for example anode 29 Known electrode structure in a stack, for example cathode
30 Erste Elektrodenstruktur, bspw. Anode 30 First electrode structure, for example anode
31 , 31 ' Elektrisch leitende Trägerschicht, bspw. Anodenschicht  31, 31 'Electrically conductive carrier layer, for example anode layer
32 Elektrisch leitende Trägerschicht, bspw. Anodenschicht  32 Electrically conductive carrier layer, for example anode layer
33 Stromableiter (elektrisch leitende Schicht),  33 current arrester (electrically conductive layer),
34 Stromableiter (elektrisch leitende Schicht) 34 current arrester (electrically conductive layer)
35 Heizschicht  35 heating layer
36 Separator  36 separator
37 Elektrisch leitende Trägerschicht, bspw. Kathodenschicht 37 Electrically conductive carrier layer, for example cathode layer
38 Stromableiter (elektrisch leitende Schicht) 38 current arrester (electrically conductive layer)
39 Stromableiter (elektrisch leitende Schicht) 39 current arrester (electrically conductive layer)
40 Erste Batteriespeichereinheit (Jelly Roll- oder Stapelanordnung) 40 First battery storage unit (jelly roll or stack arrangement)
41 - 44 Ableiterfahnen der ersten Batteriespeichereinheit 41 - 44 arrester tabs of the first battery storage unit
50 Zweite Batteriespeichereinheit (Jelly Roll- bzw. Stapelanordnung) 50 second battery storage unit (jelly roll or stack arrangement)
51 - 54 Ableiterfahnen der zweiten Batteriespeichereinheit 60 Zellendeckel mit vier Anschlussstellen 51 - 54 arrester lugs of the second battery storage unit 60 cell covers with four connection points
61 - 64 Anschlussstellen des Zellendeckels  61 - 64 connection points of the cell cover
70 Erste Batteriespeichereinheit (Jelly Roll- oder Stapelanordnung) 70 First battery storage unit (jelly roll or stack arrangement)
71 - 74 Ableiterfahnen der ersten Batteriespeichereinheit 71 - 74 arrester tabs of the first battery storage unit
80 Zweite Batteriespeichereinheit (Jelly Roll- bzw. Stapelanordnung)80 Second battery storage unit (jelly roll or stack arrangement)
81 - 84 Ableiterfahnen der zweiten Batteriespeichereinheit 81 - 84 arrester tabs of the second battery storage unit
90 Zellendeckel mit drei Anschlussstellen  90 cell covers with three connection points
91 - 93 Anschlussstellen des Zellendeckels  91 - 93 Connection points of the cell cover

Claims

ANSPRÜCHE EXPECTATIONS
1 Batteriezelle aufweisend: 1 battery cell:
eine erste Elektrodenstruktur (10, 10',30) zur Ausbildung eines ersten elektrischen Pols;  a first electrode structure (10, 10 ', 30) for forming a first electrical pole;
eine zweite Elektrodenstruktur (20,20') zur Ausbildung eines zweiten elektrischen Pols mit einer der des ersten Pols entgegengesetzten zwei ten Polarität;  a second electrode structure (20, 20 ') for forming a second electrical pole with a polarity opposite to that of the first pole;
einen Separator (15,15') zur räumlichen und elektrischen Trennung der beiden Elektrodenstrukturen; und  a separator (15, 15 ') for the spatial and electrical separation of the two electrode structures; and
zumindest ein elektrisch beheizbares Heizelement (12,12', 35), welches in eine der Elektrodenstrukturen zumindest teilweise eingearbeitet ist.  at least one electrically heated heating element (12, 12 ', 35) which is at least partially incorporated into one of the electrode structures.
2 Batteriezelle nach Anspruch 1 , wobei: 2. The battery cell of claim 1, wherein:
die erste Elektrodenstruktur (10, the first electrode structure (10,
10') eine erste elektrisch leitende Träger schicht (1 1 ) aufweist, auf die nebeneinander angeordnet das Heizele ment in Form einer Heizschicht (12,12') sowie eine erste elektrisch lei tende Schicht (13) aufgebracht sind; 10 ') has a first electrically conductive carrier layer (11), to which the heating element in the form of a heating layer (12, 12') and a first electrically conductive layer (13) are arranged next to one another;
die zweite Elektrodenstruktur (20,20') eine zweite elektrisch leitende Trä gerschicht (21 ) aufweist, auf die eine zweite elektrisch leitende Schicht (23,23') aufgebracht ist;  the second electrode structure (20, 20 ') has a second electrically conductive carrier layer (21) to which a second electrically conductive layer (23, 23') is applied;
die erste Elektrodenstruktur, der Separator und die zweite Elektroden struktur einen Satz von Schichten (2) mit einer Längs- und einer Quer richtung bilden und die Dicke dieses Satzes entlang der Längs- und der Querrichtung im Wesentlichen konstant ist; und  the first electrode structure, the separator and the second electrode structure form a set of layers (2) with a longitudinal and a transverse direction and the thickness of this set along the longitudinal and transverse directions is substantially constant; and
der elektrische Widerstand der Heizschicht größer als der Widerstand ei ner der beiden Trägerschichten und größer als der elektrische Wider stand einer der elektrisch leitenden Schichten ist. 3. Batteriezelle nach Anspruch 2, wobei:  the electrical resistance of the heating layer is greater than the resistance of one of the two carrier layers and greater than the electrical resistance of one of the electrically conductive layers. 3. The battery cell of claim 2, wherein:
die Heizschicht (12,12') und die erste elektrisch leitende Schicht (13) auf der dem Separator (15,15') zugewandten Fläche der ersten Trägerschicht  the heating layer (12, 12 ') and the first electrically conductive layer (13) on the surface of the first carrier layer facing the separator (15, 15')
(1 1 ) aufgebracht sind; die erste elektrisch leitende Schicht die Heizschicht zumindest teilweise auch seitlich umgibt; und (1 1) are applied; the first electrically conductive layer also at least partially surrounds the heating layer laterally; and
die zweite elektrisch leitende Schicht (23,23') auf der dem Separator (15,15') zugewandten Fläche der zweiten Trägerschicht (21 ) aufgebracht ist. the second electrically conductive layer (23, 23 ') is applied to the surface of the second carrier layer (21) facing the separator (15, 15').
Batteriezelle nach Anspruch 3, wobei die Heizschicht (12) und die erste elektrisch leitende Schicht (13), zumindest im Wesentlichen, die gleiche Dicke in Längs- und Querrichtung aufweisen. Battery cell according to claim 3, wherein the heating layer (12) and the first electrically conductive layer (13), at least substantially, have the same thickness in the longitudinal and transverse directions.
Batteriezelle nach Anspruch 3, wobei die Heizschicht (12') zumindest stellenweise dicker ist als die erste elektrisch leitende Schicht (13), und die zweite elektrisch leitende Schicht (23') eine oder mehrere Aussparun gen (16') aufweist, die den Teil der Heizschicht aufnehmen, der über die erste elektrisch leitende Schicht hinausragt. The battery cell according to claim 3, wherein the heating layer (12 ') is at least in places thicker than the first electrically conductive layer (13), and the second electrically conductive layer (23') has one or more recesses (16 ') which form the part the heating layer that protrudes beyond the first electrically conductive layer.
Batteriezelle nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei: A battery cell according to any one of claims 2 to 5, wherein:
die erste Elektrodenstruktur (10,10') zumindest eine erste Kontaktstelle (K1 ), zumindest eine zweite Kontaktstelle (K2) und zumindest eine dritte Kontaktstelle (K3) aufweist, wobei die erste Kontaktstelle und die zweite Kontaktstelle elektrisch mit der Heizschicht (12,the first electrode structure (10, 10 ') has at least one first contact point (K1), at least one second contact point (K2) and at least one third contact point (K3), the first contact point and the second contact point being electrically connected to the heating layer (12,
12') verbunden sind, und die dritte Kontaktstelle (K3) mit der ersten Trägerschicht (1 1 ) elektrisch verbunden ist; und 12 ') are connected, and the third contact point (K3) is electrically connected to the first carrier layer (11); and
die zweite Elektrodenstruktur (20,20') zumindest eine mit der zweiten Trägerschicht (21 ) elektrisch verbundene vierte Kontaktstelle (K4) auf weist, und die erste Kontaktstelle (K1 ) mit der vierten Kontaktstelle (K4) verbunden ist. the second electrode structure (20, 20 ') has at least one fourth contact point (K4) electrically connected to the second carrier layer (21), and the first contact point (K1) is connected to the fourth contact point (K4).
Batteriezelle nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei der die erste Elektrodenstruktur (10,10'), den Separator (15,15') und die zweite Elekt rodenstruktur (20,20') enthaltende Satz (2) von Schichten entlang seiner Längsrichtung (5) über einen Wickeldorn (6) zu einer Jelly Roll zusam mengerollt ist. Batteriezelle nach Anspruch 7, wobei der Wickeldorn elektrisch beheizbar ausgebildet ist; und/oder The battery cell according to one of claims 2 to 5, wherein the set (2) of layers comprising the first electrode structure (10, 10 '), the separator (15, 15') and the second electrode structure (20, 20 ') along its longitudinal direction (5) rolled up into a jelly roll via a mandrel (6). Battery cell according to claim 7, wherein the winding mandrel is electrically heatable; and or
die Außenseite des Jelly Rolls mit der Innenseite einer U- oder O- förmigen Heizstruktur in Wärmekontakt steht, von dieser aber elektrisch isoliert ist. the outside of the jelly roll is in thermal contact with the inside of a U- or O-shaped heating structure, but is electrically insulated from it.
Batteriezelle nach Anspruch 1 , wobei: The battery cell of claim 1, wherein:
die erste Elektrodenstruktur (30) eine erste elektrisch leitende Träger schicht (31 ) und eine zur ersten elektrisch leitenden Trägerschicht zu mindest abschnittsweise parallel verlaufende zweite elektrisch leitende Trägerschicht (32) aufweist; the first electrode structure (30) has a first electrically conductive carrier layer (31) and a second electrically conductive carrier layer (32) running at least in sections parallel to the first electrically conductive carrier layer;
die einander zugewandten Seiten der ersten elektrisch leitenden Träger schicht (31 ) und der zweiten elektrisch leitenden Trägerschicht (32) mit einer ersten elektrisch leitenden Schicht (33) bzw. mit einer zweiten elektrisch leitenden Schicht (34) beschichtet sind; the mutually facing sides of the first electrically conductive carrier layer (31) and the second electrically conductive carrier layer (32) are coated with a first electrically conductive layer (33) and with a second electrically conductive layer (34);
das Heizelement zwischen der ersten und zweiten elektrisch leitenden Schicht in Form einer parallel zur ersten und zur zweiten elektrisch lei tenden Schicht liegenden Heizschicht (35) angeordnet ist; the heating element is arranged between the first and second electrically conductive layers in the form of a heating layer (35) lying parallel to the first and second electrically conductive layers;
der elektrische Widerstand der Heizschicht über ihre Schichtdicke größer ist, als der entsprechende elektrische Widerstand einer der beiden elektrisch leitenden Schichten; und the electrical resistance of the heating layer over its layer thickness is greater than the corresponding electrical resistance of one of the two electrically conductive layers; and
die erste Elektrodenstruktur (30), die zweite Elektrodenstruktur (29) und der dazwischenliegende Separator (36) jeweils eine ebene Form aufwei sen und aufeinandergestapelt sind. the first electrode structure (30), the second electrode structure (29) and the intermediate separator (36) each have a flat shape and are stacked on top of one another.
Batteriezelle nach Anspruch 9, des Weiteren aufweisend weitere ebenen förmige und voneinander durch Separatoren (36) getrennte Elektroden strukturen, die jeweils auf die erste Elektrodenstruktur (30) oder die zwei te Elektrodenstruktur (29) gestapelt sind, und von diesen durch Separato ren (36) getrennt sind; The battery cell according to claim 9, further comprising further plane-shaped electrode structures separated from one another by separators (36), each of which is stacked on the first electrode structure (30) or the second electrode structure (29), and by these by separators (36 ) are separated;
wobei eine dritte Elektrodenstruktur, die in einem ersten Abstand von der ersten Elektrodenstruktur (30) angeordnet ist, und eine vierte Elektroden struktur, die in einem zweiten Abstand von der dritten Elektrodenstruktur angeordnet ist, jeweils ein Heizelement integriert haben; und der erste und zweite Abstand so gewählt sind, dass die thermische Mas se derjenigen Elektrodenstrukturen, die zwischen der ersten und dritten Elektrodenstruktur angeordnet sind, zumindest im Wesentlichen, mit der thermischen Masse der Elektrodenstrukturen übereinstimmt, die zwi schen der dritten und vierten Elektrodenstruktur angeordnet sind. wherein a third electrode structure, which is arranged at a first distance from the first electrode structure (30), and a fourth electrode structure, which is arranged at a second distance from the third electrode structure, each have a heating element integrated; and the first and second distances are selected such that the thermal mass of those electrode structures which are arranged between the first and third electrode structures corresponds at least substantially to the thermal mass of the electrode structures which are arranged between the third and fourth electrode structures.
Batteriezelle nach Anspruch 10, wobei der erste Abstand oder der zweite Abstand oder beide jeweils in einem Bereich von 2 mm bis 20 mm liegen, bevorzugt der erste und der zweite Abstand jeweils in einem Bereich von 6 mm bis 7 mm liegen. The battery cell according to claim 10, wherein the first distance or the second distance or both are each in a range from 2 mm to 20 mm, preferably the first and the second distance are each in a range from 6 mm to 7 mm.
Batterie, aufweisend: Battery, comprising:
zwei Batteriezellen (40,50), jeweils nach einem der vorausgehenden An sprüche 7 bis 1 1 ; und two battery cells (40.50), each according to one of the preceding claims 7 to 1 1; and
ein Zellengehäuse mit einem Zellendeckel (60); a cell housing with a cell cover (60);
wobei: in which:
das Zellengehäuse die Batteriezellen (40,50) zumindest teilweise umgibt; an dem Zellendeckel (60) eine erste, eine zweite, eine dritte und eine vierte Anschlussstelle (61 , ..., 64) vorgesehen sind, die jeweils von dem Zellendeckel elektrisch isoliert sind; the cell housing at least partially surrounds the battery cells (40, 50); a first, a second, a third and a fourth connection point (61, ..., 64) are provided on the cell cover (60), each of which is electrically insulated from the cell cover;
jede der zwei Batteriezellen (40, 50) an einer ihrer Außenflächen eine erste, eine zweite, eine dritte und eine vierte Ableiterfahne (41 ,..., 44; 51 ,...,54) aufweist; each of the two battery cells (40, 50) has a first, a second, a third and a fourth conductor tab (41, ..., 44; 51, ..., 54) on one of their outer surfaces;
die erste Ableiterfahne (41 ,51 ) jeder Batteriezelle mit der jeweiligen ers ten Elektrodenstruktur, die zweite Ableiterfahne (42,52) sowie die dritte Ableiterfahne (43,53) jeder Batteriezelle mit der jeweiligen Heizschicht und die vierte Ableiterfahne (44,54) jeder Batteriezelle mit der jeweiligen zweiten Elektrodenstruktur elektrisch verbunden ist; und the first conductor lug (41, 51) of each battery cell with the respective first electrode structure, the second conductor lug (42,52) and the third conductor lug (43,53) of each battery cell with the respective heating layer and the fourth conductor lug (44,54) each Battery cell is electrically connected to the respective second electrode structure; and
die ersten Ableiterfahnen (41 ,51 ) beider Batteriezellen (40,50) mit der ersten Anschlussstelle (61 ) elektrisch verbunden sind, die zweiten Ab leiterfahnen (42,52) beider Batteriezellen mit der zweiten Anschlussstelle (62) elektrisch verbunden sind, die dritten Ableiterfahnen (43,53) beider Batteriezellen mit der dritten Anschlussstelle (63) elektrisch verbunden sind, und die vierten Ableiterfahnen (44,54) beider Batteriezellen mit der vierten Anschlussstelle (64) elektrisch verbunden sind. the first conductor lugs (41, 51) of both battery cells (40, 50) are electrically connected to the first connection point (61), the second conductor lugs (42, 52) of both battery cells are electrically connected to the second connection point (62), the third Discharge tabs (43, 53) of both battery cells are electrically connected to the third connection point (63) and the fourth conductor tabs (44, 54) of both battery cells are electrically connected to the fourth connection point (64).
13. Batterie aufweisend: 13. Having battery:
zwei Batteriezellen (70,80), jeweils nach einem der Ansprüche 7 bis 1 1 ; und  two battery cells (70, 80), each according to one of claims 7 to 1 1; and
ein Zellengehäuse mit einem Zellendeckel (90);  a cell housing with a cell cover (90);
wobei:  in which:
das Zellengehäuse die Batteriezellen (40,50) zumindest teilweise umgibt; an dem Zellendeckel (90) eine erste, eine zweite und eine dritte An schlussstelle (91 ,..., 93) vorgesehen sind, die jeweils von dem Zellende ckel elektrisch isoliert sind;  the cell housing at least partially surrounds the battery cells (40, 50); on the cell cover (90) a first, a second and a third connection point (91, ..., 93) are provided, each of which is electrically insulated from the cell end;
jede der zwei Batteriezellen (70, 80) an einer ihrer Außenflächen eine erste, eine zweite, eine dritte und eine vierte Ableiterfahne (71 ,..., 44; 81 ,...,84) aufweist;  each of the two battery cells (70, 80) has a first, a second, a third and a fourth conductor tab (71, ..., 44; 81, ..., 84) on one of their outer surfaces;
die erste Ableiterfahne (71 ,81 ) jeder Batteriezelle mit der jeweiligen ers ten Elektrodenstruktur, die zweite (72,82) und dritte Ableiterfahne (73,83) jeder Batteriezelle mit der jeweiligen Heizschicht und die vierte Ableiter fahne (74,84) jeder Batteriezelle mit der jeweiligen zweiten Elektroden- Struktur elektrisch verbunden ist; und  the first conductor tab (71, 81) of each battery cell with the respective first electrode structure, the second (72.82) and third conductor tab (73.83) of each battery cell with the respective heating layer and the fourth conductor tab (74.84) of each battery cell is electrically connected to the respective second electrode structure; and
die ersten Ableiterfahnen (71 ,81 ) und die zweiten Ableiterfahnen (72,82) beider Batteriezellen miteinander und mit der ersten Anschlussstelle (91 ) elektrisch verbunden sind, die dritten Ableiterfahnen (73,83) beider Batte riezellen mit der zweiten Anschlussstelle (92) elektrisch verbunden, und die vierten Ableiterfahnen (74,84) beider Batteriezellen mit der dritten An schlussstelle (93) elektrisch verbunden sind.  the first conductor tabs (71, 81) and the second conductor tabs (72, 82) of both battery cells are electrically connected to one another and to the first connection point (91), the third conductor tabs (73, 83) of both battery cells to the second connection point (92) electrically connected, and the fourth conductor tabs (74, 84) of both battery cells are electrically connected to the third connection point (93).
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