WO2020239335A1 - Deckelbaugruppe für ein zellgehäuse einer prismatischen batteriezelle mit anschlusskontakten für eine heizeinrichtung, batteriezelle sowie hochvoltbatterie - Google Patents

Deckelbaugruppe für ein zellgehäuse einer prismatischen batteriezelle mit anschlusskontakten für eine heizeinrichtung, batteriezelle sowie hochvoltbatterie Download PDF

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battery
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Niclas EMRICH
Simon LUX
Ruediger Daub
Seokyoon Yoo
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Definitions

  • Lid assembly for a cell housing of a prismatic battery cell with connection contacts for a heating device, battery cell and high-voltage battery
  • the invention relates to a cover assembly for a cell housing of a prismatic battery cell of a high-voltage battery.
  • the cover assembly comprises two cell terminals for electrical connection with a respective cell-external connection and for electrical connection with one electrode of a galvanic element of the battery cell.
  • the cover assembly includes a cover plate for covering the
  • the invention also relates to a battery cell, a high-voltage battery and a
  • high-voltage batteries or high-voltage accumulators in particular for electrically driven motor vehicles.
  • Such high-voltage batteries have a large number of battery cells, which are usually arranged in a cell network and connected to form a battery module.
  • the battery cells can be prismatic battery cells which have a flat cuboid cell housing, in the interior of which a galvanic element is arranged. Electrodes of the galvanic element are electrically connected to cell terminals of the battery cell, which are passed through a cover plate of the cell housing and via which the
  • Battery cell can be electrically connected to an external cell connection, for example a cell terminal of another battery cell.
  • Battery cell for a high-voltage battery to be able to contact particularly easily.
  • a cover assembly according to the invention for a cell housing of a prismatic battery cell of a high-voltage battery has two cell terminals for electrically connecting each with a cell-external connection and for electrically connecting each with an electrode of a galvanic element of the battery cell.
  • the cover assembly has a cover plate for covering the cell housing, which has two through openings for the cell terminals. At least one of the cell terminals is encapsulated with an electrically insulating plastic to hold the at least one cell terminal on the cover plate.
  • electrical connection contacts for a cell-internal heating device for heating the galvanic element are passed through the through opening for the at least one cell terminal and are encapsulated by the electrically insulating plastic to electrically isolate the cell terminal and the cover plate.
  • the invention also includes a prismatic battery cell for a high-voltage battery, which has a galvanic element and a heating device with connection contacts and at least one heating element for heating the galvanic element.
  • the battery cell comprises a cell housing, in the interior of which the galvanic element and the at least one heating element of the heating device are arranged and which has a cover assembly according to the invention. Guided through the passage opening from the interior of the cell housing
  • the cover assembly and a lower housing part which can consist of a base plate and a housing jacket, form the cell housing for the prismatic battery cell.
  • the cover plate and the lower housing part enclose an interior space for the galvanic element of the battery cell.
  • the cover plate and the base plate are designed in particular as rectangular, plate-shaped elements, so that a flat, cuboid cell housing is formed.
  • the cell housing is formed in particular from a metallic material, for example aluminum.
  • the cover plate has two through openings for the two cell terminals.
  • a first cell terminal can be electrically connected to a first electrode, for example an anode, of the galvanic element and a second cell terminal can be connected to a second electrode
  • Electrode, for example a cathode, of the galvanic element are electrically connected.
  • connection contacts for connecting to the at least one heating element of the heating device are guided through at least one of the through openings, in particular through precisely one of the through openings.
  • the connection contacts are therefore also led out through the cover plate from the interior of the cell housing, in which the at least one heating element is arranged with the formation of a cell-internal heater for the galvanic element.
  • the connection contacts therefore share the through opening of at least one of the cell terminals.
  • the cell terminals for example in one
  • a particularly long-lasting battery cell for a high-voltage battery, in particular for use in a motor vehicle, can thus be provided.
  • the electrically conductive cell housing and the electrically conductive connection contacts of the Heating device are short-circuited, at least that cell terminal is encapsulated with the electrically insulating plastic, the passage opening of which is also used by the connection contacts.
  • the connection contacts, the cover plate and the cell terminal are placed in an injection molding tool in a predetermined position relative to one another, for example to carry out the injection molding process, and the plastic is injected into gaps between the connection contacts, the cover plate and the cell terminal.
  • the connection contacts, the cover plate and the cell terminal remain in the predetermined position relative to one another and are electrically isolated from one another.
  • the plastic used can be a thermoplastic or an elastomer or a thermosetting plastic.
  • a plastic in the form of a thermosetting plastic is preferably used.
  • Duroplasts are plastics that, after hardening, can no longer be deformed through heating or other measures.
  • thermosets are particularly inexpensive and have good temperature resistance.
  • connection contacts By introducing the connection contacts into the injection molding process, contacting for the cell-internal heating can be provided with just a few process steps. In addition, there is no need to provide separate through openings in the cell housing for the connection contacts, which openings also have to be sealed in a complex manner.
  • a first cell terminal is preferably encapsulated with an electrically insulating plastic and a second cell terminal is encapsulated with an electrically conductive plastic.
  • the anode-side cell terminal with the is electrical
  • the insulating plastic is overmolded, while the cell terminal on the cathode side is overmoulded with the electrically conductive plastic.
  • the anode-side cell terminal is electrically isolated from the cell housing, while the cathode-side cell terminal is at the potential of the cell housing.
  • the two cell terminals each have a plate-shaped first section for electrical connection to the cell-external connection and a second section connected to the first section for electrical connection to the electrode of the galvanic element.
  • the cell terminals are so at the
  • Each cell terminal is, for example, monolithic or in one piece and has a substantially T-shaped cross section, the first section being plate-shaped and the second section being web-shaped.
  • the second section is arranged on an underside of the first section. In the arranged state of the cell terminal on the cover plate, the first section extends parallel to the top of the cover plate and is arranged at a distance from the cover plate. The second section protrudes from the first section and protrudes into the interior of the
  • the second section is passed through the through opening and is arranged at a distance from the edge of the through opening.
  • the space between the cover plate and the cell terminal thus has an L-shaped cross section.
  • the connection contacts for connection to the at least one heating element of the heating device are inserted into this space in at least one of the cell terminals.
  • the electrically insulating plastic injected into the space surrounds the connection contacts.
  • the plastic is arranged on the cover assembly in such a way that it also covers an underside of the cover plate.
  • the plastic layer not only forms an L-shaped fold that kinks at the through opening, but is expanded to form a U-shaped fold or envelope, which also adheres at least partially to the underside of the cover plate.
  • the cover plate is therefore coated with the plastic on both sides in areas. In this way, a particularly tight connection between the cover plate and the cell terminal can be established via the plastic.
  • those surface areas of the cell terminal and the cover plate can, for example, have structural elements
  • the structural elements have in particular dimensions in the nanometer or
  • Micrometer range can be used, for example, as pores, capillaries, cuts,
  • Projections and / or undercuts are formed.
  • the structural elements can be produced by means of a laser.
  • the plastic which is still liquid at this point in time, flows into the intermediate space over the structural elements and connects when the solidifies or hardens Plastic with these additionally form-fitting.
  • connection contacts are electrically conductive, flexible connection lugs.
  • the connection lugs can therefore be bent or kinked in an L-shape, for example in order to be inserted into the space with the L-shaped cross section.
  • the connection lugs can be mechanically connected to one another, for example, via an electrically insulating, flexible band.
  • Connection pads which are electrically connected to the connection lugs and can be electrically connected to connections of the at least one heating element can be arranged on this band.
  • the cover plate In a further development of the cover plate, it is rectangular and has two narrow sides and two long sides, with a first connection contact in the form of a lead in the area of a first long side being guided out of the space and a second connection contact in the form of an arrester in the area of a second long side is guided out of the gap.
  • a heating current for example, is fed to the at least one heating element via the supply line and removed again via the arrester.
  • the connection contacts are therefore led out of the space on two opposite sides of the cover plate and are therefore accessible in the area of the long sides. In this way, the connection contacts can be connected particularly easily in the case of prismatic battery cells stacked on top of one another, for example in order to connect the heating devices of the battery cells in series.
  • the heating device has a heating film as the at least one heating element, which is electrically connected to the connection contacts.
  • the galvanic element is formed as an arrangement of electrode foils and separator foils.
  • the at least one heating film is integrated into the arrangement.
  • the arrangement of electrode foils, separator foils and the at least one heating foil can be a foil stack.
  • the heating foils can have a meandering heating wire or heating resistor, which with the Connection contacts is connected and which via the connection contacts
  • Heating current is supplied for heating the galvanic element.
  • the invention also relates to a high-voltage battery with a large number of prismatic battery cells according to the invention, stacked to form a cell stack.
  • the high-voltage battery is preferably designed as a traction battery for an electrically drivable motor vehicle.
  • the heating devices of the battery cells are connected in series by electrically connecting the connection contacts of two adjacent battery cells. By connecting the heating device in series, contacting the heating devices with an energy source providing the heating current is particularly simple and can for example take place via the contact connections of the first and last battery cells in the cell stack.
  • Embodiments and their advantages apply accordingly to the battery cell according to the invention and to the high-voltage battery according to the invention.
  • FIG. 1 shows a schematic exploded view of an embodiment of a battery cell according to the invention
  • FIG. 3 shows a schematic illustration of a cover assembly of the battery cell
  • Fig. 1 shows an exploded view of a prismatic battery cell 1.
  • Battery cell 1 has a cell housing 2 with a lower housing part 3 and a
  • the cell housing 2 is made of metal, for example aluminum.
  • the cell housing 2 encloses an interior space 5 for receiving a galvanic element 6 of the battery cell 1.
  • the galvanic element 6 here has a stacked arrangement of electrode foils and separator foils impregnated with electrolyte. Electrodes E1, E2 of galvanic element 6 are connected to cell terminals 9, 10 of battery cell 1 via arresters 7, 8.
  • a first cell terminal 9 is designed as a cell terminal on the anode side and is connected to a first electrode E1 in the form of an anode of the galvanic element 6 via a first conductor 7.
  • a second cell terminal 10 is designed as a cathode-side cell terminal and is connected to a second electrode E2 in the form of a cathode of the galvanic element 6 via a second conductor 8.
  • the cell terminals 9, 10 are integrated in a cover plate 11 of the cover assembly 4. For this purpose, the cell terminals 9, 10 are passed through the cover plate 11 and encapsulated with a plastic 12a, 12b.
  • the anode-side cell terminal 9 is
  • the cathode-side cell terminal 10 is overmolded with a plastic 12b made of an electrically conductive material.
  • the cell terminal 10 on the cathode side is therefore at a potential of the cell housing 2.
  • the battery cell 1 also has a heating device 13 for heating the galvanic element 6.
  • the heating device 13 has, for example, a heating resistor 14 which is inserted into the electrode foil-separator foil arrangement of the galvanic
  • Element 6 is integrated.
  • the heater 13 has two
  • Connection contacts 15, 16, which are designed as electrically conductive, flexible or bendable connection lugs.
  • the connection lugs are connected here by a flexible band 17 made of electrically insulating material, on which connection pads 18, 19 are arranged.
  • the first connection contact 15 is here via the first
  • Connection pad 18 is connected to a first connection A1 of the heating resistor 14 and the second connection contact 16 is here connected to a second connection pad 19 second connection A2 of the heating resistor 14 connected. Via the connection contacts 15, 16, the heating resistor 14 can receive a heating current for heating the galvanic
  • connection contacts 15, 16 are led out of the cell housing 2 together with at least one of the cell terminals 9, 10, here the cell terminal 9, which is encapsulated by the electrically insulating plastic 12a.
  • the cell terminals 9, 10 have a first, plate-shaped section 20 for connection to a connection external to the cell and a second section 21 for connection to one of the electrodes, here the first electrodes E1, of the galvanic element 6.
  • a through opening 22 is arranged, into which the second
  • Section 21 is inserted.
  • the first section 20 is designed to overlap with an upper side 23 of the cover plate 11.
  • the connection contacts 15, 16 are passed through an intermediate space 24, which is formed between the first section 20 and the top side 23 of the cover plate 11 and between an edge 25 of the through opening 22.
  • the space 24 has an L-shaped cross section.
  • the connection contacts 15, 16 are bent into an L-shape so that they are led out of the interior 5 of the cell housing 2 to the outside.
  • the plastic 12a made of the electrically insulating material is injected into this intermediate space 24.
  • the cell terminal 9 is held on the cover plate 11 by the plastic 12a and, on the other hand, the connection contacts 15, 16 are electrically insulated from the cell terminal 9 and the cover plate 11.
  • the plastic 12a is also arranged here in regions on an underside 26 of the cover plate 11. Based on the representation of the
  • connection contacts 15, 16 are guided out of the intermediate space 24 in the area of two opposite long sides 27 of the cover plate 11.
  • the heating devices 13 of a plurality of battery cells 1 of a high-voltage battery 28, as shown in FIG. 4, stacked one on top of the other can be connected in series in a particularly simple manner.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Deckelbaugruppe (4) für ein Zellgehäuse (2) einer prismatischen Batteriezelle (1) für eine Hochvoltbatterie (28) aufweisend: - zwei Zellterminals (9, 10) zum elektrischen Verbinden mit jeweils einem zellexternen Anschluss und mit jeweils einer Elektrode (E1, E2) eines galvanischen Elements (6) der Batteriezelle (1), - eine Deckelplatte (11) zum Abdecken des Zellgehäuses (2), welche zwei Durchgangsöffnungen (22) für die Zellterminals (9, 10) aufweist, wobei zumindest eines der Zellterminals (9) zum Halten an der Deckelplatte (11) mit einem elektrisch isolierenden Kunststoff (12a) umspritzt ist und wobei durch die Durchgangsöffnung (22) für das zumindest eine Zellterminal (9) zusätzlich elektrische Anschlusskontakte (15, 16) für eine zellinterne Heizeinrichtung (13) zum Heizen des galvanischen Elements (6) hindurchgeführt sind, welche zum elektrischen Isolieren von dem Zellterminal (9) und der Deckelplatte (11) von dem elektrisch isolierenden Kunststoff (12a) umspritzt sind. Die Erfindung betrifft außerdem eine Batteriezelle (1) sowie eine Hochvoltbatterie (28).

Description

Deckelbaugruppe für ein Zellgehäuse einer prismatischen Batteriezelle mit Anschlusskontakten für eine Heizeinrichtung, Batteriezelle sowie Hochvoltbatterie
Die Erfindung betrifft eine Deckelbaugruppe für ein Zellgehäuse einer prismatischen Batteriezelle einer Hochvoltbatterie. Die Deckelbaugruppe umfasst zwei Zellterminals zum elektrischen Verbinden mit jeweils einem zellexternen Anschluss und zum elektrischen Verbinden mit jeweils einer Elektrode eines galvanischen Elements der Batteriezelle. Außerdem umfasst die Deckelbaugruppe eine Deckelplatte zum Abdecken des
Zellgehäuses, welche zwei Durchgangsöffnungen für die Zellterminals aufweist. Die Erfindung betrifft außerdem eine Batteriezelle, eine Hochvoltbatterie sowie ein
Kraftfahrzeug.
Vorliegend richtet sich das Interesse auf Hochvoltbatterien bzw. Hochvoltakkumulatoren, insbesondere für elektrisch antreibbare Kraftfahrzeuge. Solche Hochvoltbatterien weisen eine Vielzahl von Batteriezellen auf, welche in der Regel in einem Zellverbund angeordnet und zu einem Batteriemodul verschaltet sind. Die Batteriezellen können prismatische Batteriezellen sein, welche ein flachquaderförmiges Zellgehäuse aufweisen, in dessen Innenraum ein galvanisches Element angeordnet ist. Elektroden des galvanischen Elementes sind mit Zellterminals der Batteriezelle elektrisch verbunden, welche durch eine Deckelplatte des Zellgehäuses hindurchgeführt sind und über welche die
Batteriezelle mit einem zellexternen Anschluss, beispielsweise einem Zellterminal einer anderen Batteriezelle, elektrisch verbindbar ist.
Dabei sinkt mit sinkender Betriebstemperatur der Batteriezelle in der Regel eine maximale Leistung, die von der Batteriezelle bereitgestellt werden kann. Dies kann bei einem elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeug dazu führen, dass bei niedrigen
Außentemperaturen zu Beginn einer Fahrt nur eine begrenzte Antriebsleistung und eine begrenzte Ladeleistung zur Verfügung stehen. Daher ist es aus dem Stand der Technik bekannt, Batteriezellen mit einer Heizeinrichtung auszustatten, sodass das galvanische Element bei Bedarf geheizt werden kann. Auch ist es bekannt, die Heizeinrichtung als zellinterne Heizung auszubilden, bei welcher zumindest ein Heizelement gemeinsam mit dem galvanischen Element in dem Innenraum des Zellgehäuses angeordnet ist. Problematisch hierbei ist jedoch das Kontaktieren des Heizelementes. Üblicherweise werden dazu Anschlusskontakte der Heizelemente durch separate Durchgangsöffnungen in einer Wand des Zellgehäuses hindurchgeführt. Dies ist jedoch mit erheblichem
Aufwand bei der Herstellung der Batteriezelle verbunden, da die Durchgangsöffnungen zunächst in dem Zellgehäuse bereitgestellt werden müssen und nach Durchführen der Anschlusskontakte abgedichtet werden müssen.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine zellinterne Heizeinrichtung einer
Batteriezelle für eine Hochvoltbatterie besonders einfach kontaktieren zu können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Deckelbaugruppe, eine Batteriezelle sowie eine Hochvoltbatterie mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung sowie der Figuren.
Eine erfindungsgemäße Deckelbaugruppe für ein Zellgehäuse einer prismatischen Batteriezelle einer Hochvoltbatterie weist zwei Zellterminals zum elektrischen Verbinden mit jeweils einem zellexternen Anschluss und zum elektrischen Verbinden mit jeweils einer Elektrode eines galvanischen Elements der Batteriezelle auf. Außerdem weist die Deckelbaugruppe eine Deckelplatte zum Abdecken des Zellgehäuses auf, welche zwei Durchgangsöffnungen für die Zellterminals aufweist. Zumindest eines der Zellterminals ist zum Halten des zumindest einen Zellterminals an der Deckelplatte mit einem elektrisch isolierenden Kunststoff umspritzt. Darüber hinaus sind durch die Durchgangsöffnung für das zumindest eine Zellterminal zusätzlich elektrische Anschlusskontakte für eine zellinterne Heizeinrichtung zum Heizen des galvanischen Elements hindurchgeführt, welche zum elektrischen Isolieren von dem Zellterminal und der Deckelplatte von dem elektrisch isolierenden Kunststoff umspritzt sind.
Zur Erfindung gehört außerdem eine prismatische Batteriezelle für eine Hochvoltbatterie, welche ein galvanisches Element und eine Heizeinrichtung mit Anschlusskontakten und zumindest einem Heizelement zum Heizen des galvanischen Elementes aufweist.
Außerdem umfasst die Batteriezelle ein Zellgehäuse, in dessen Innenraum das galvanische Element und das zumindest eine Heizelement der Heizeinrichtung angeordnet sind und welches eine erfindungsgemäße Deckelbaugruppe aufweist. Über die Durchgangsöffnung aus dem Innenraum des Zellgehäuses geführte
Anschlusskontakte der Heizeinrichtung sind von außen zugänglich. Die Deckelbaugruppe und ein Gehäuseunterteil, welches aus einer Bodenplatte und einem Gehäusemantel bestehen kann, bilden das Zellgehäuse für die prismatische Batteriezelle. Die Deckelplatte und das Gehäuseunterteil umschließen dabei einen Innenraum für das galvanische Element der Batteriezelle. Die Deckelplatte und die Bodenplatte sind insbesondere als rechteckförmige, plattenförmige Elemente ausgebildet, sodass ein flachquaderförmiges Zellgehäuse gebildet wird. Das Zellgehäuse ist dabei insbesondere aus einem metallischen Werkstoff, beispielsweise Aluminium, gebildet. Die Deckelplatte weist zwei Durchgangsöffnungen für die zwei Zellterminals auf. Die
Zellterminals werden also durch die Deckelplatte hindurchgeführt, indem sie
bereichsweise in der Durchgangsöffnung angeordnet werden. Ein erstes Zellterminal kann mit einer ersten Elektrode, beispielsweise einer Anode, des galvanischen Elementes elektrisch verbunden werden und ein zweites Zellterminal kann mit einer zweiten
Elektrode, beispielsweise einer Kathode, des galvanischen Elementes elektrisch verbunden werden.
Außerdem sind durch zumindest eine der Durchgangsöffnungen, insbesondere durch genau eine der Durchgangsöffnungen, die Anschlusskontakte zum Anschließen an das zumindest eine Heizelement der Heizeinrichtung geführt. Die Anschlusskontakte sind also ebenfalls durch die Deckelplatte hindurch aus dem Innenraum des Zellgehäuses herausgeführt, in welcher das zumindest eine Heizelement unter Ausbildung einer zellinternen Heizung für das galvanische Element angeordnet ist. Die Anschlusskontakte verwenden also die Durchgangsöffnung zumindest eines der Zellterminals mit.
Um die Zellterminals an der Deckelplatte zu halten und dabei gleichzeitig die
Durchgangsöffnung abzudichten, sind die Zellterminals, beispielsweise in einem
Spritzgussprozess, mit einem Kunststoff umspritzt. Dieser beim Einspritzen noch flüssige Kunststoff kann dabei in Lücken zwischen einem Rand der Durchgangsöffnungen und dem jeweiligen Zellterminal sowie zwischen das Zellterminal und die Deckelplatte fließen und das Zellterminal und die Deckelplatte stoffschlüssig verbinden. So kann eine besonders dichte Verbindung zwischen der Deckelplatte und dem Zellterminal über den Kunststoff hergestellt werden. Unter einer besonders dichten Verbindung ist
insbesondere eine Verbindung zu verstehen, welche zumindest heliumleckdicht ist. Somit kann eine besonders langlebige Batteriezelle für eine Hochvoltbatterie, insbesondere für die Anwendung in einem Kraftfahrzeug, bereitgestellt werden.
Um dabei zu verhindern, dass das elektrisch leitfähige Zellterminal, das elektrisch leitfähige Zellgehäuse und die elektrisch leitfähigen Anschlusskontakte der Heizeinrichtung kurzgeschlossen werden, wird zumindest dasjenige Zellterminal mit dem elektrisch isolierenden Kunststoff umspritzt, dessen Durchgangsöffnung durch die Anschlusskontakte mitgenutzt wird. Dazu werden die Anschlusskontakte, die Deckelplatte und das Zellterminal beispielsweise zum Durchführen des Spritzgussprozesses in einer vorbestimmten Lage zueinander in ein Spritzgießwerkzeug eingelegt und der Kunststoff wird in Lücken zwischen den Anschlusskontakten, der Deckelplatte und dem Zellterminal eingespritzt. Sobald der Kunststoff ausgehärtet ist, verbleiben die Anschlusskontakte, die Deckelplatte und das Zellterminal in der vorbestimmten Lage zueinander und sind dabei elektrisch voneinander isoliert.
Der verwendete Kunststoff kann dabei ein Thermoplast oder ein Elastomer oder ein Duroplast sein. Vorzugsweise wird ein Kunststoff in Form von einem Duroplasten verwendet. Duroplaste sind Kunststoffe, die nach ihrer Aushärtung durch Erwärmung oder andere Maßnahmen nicht mehr verformt werden können. Duroplaste sind darüber hinaus besonders kostengünstig und weisen eine gute Temperaturbeständigkeit auf.
Durch das Einbringen der Anschlusskontakte in den Spritzgussprozess kann mit wenigen Verfahrensschritten eine Kontaktierung für die zellinterne Heizung bereitgestellt werden. Außerdem müssen keine für die Anschlusskontakte separaten Durchgangsöffnungen in dem Zellgehäuse bereitgestellt werden, welche zudem aufwändig abgedichtet werden müssen.
Vorzugsweise ist ein erstes Zellterminal von einem elektrisch isolierenden Kunststoff umspritzt und ein zweites Zellterminal ist von einem elektrisch leitendenden Kunststoff umspritzt. Beispielsweise ist das anodenseitige Zellterminal mit dem elektrisch
isolierenden Kunststoff umspritzt, während das kathodenseitige Zellterminal mit dem elektrisch leitfähigen Kunststoff umspritzt ist. Dadurch wird das anodenseitige Zellterminal elektrisch von dem Zellgehäuse isoliert, während das kathodenseitige Zellterminal auf dem Potential des Zellgehäuses liegt.
Besonders bevorzugt weisen die zwei Zellterminals jeweils einen plattenförmigen ersten Abschnitt zum elektrischen Verbinden mit dem zellexternen Anschluss und einen mit dem ersten Abschnitt verbundenen zweiten Abschnitt zum elektrischen Verbinden mit der Elektrode des galvanischen Elements auf. Die Zellterminals sind derart an der
Deckelplatte angeordnet, dass der zweite Abschnitt in der jeweiligen Durchgangsöffnung angeordnet ist und der erste Abschnitt und eine Oberseite der Deckelplatte überlappen. Bei zumindest einem der Zellterminals sind in einen Zwischenraum zwischen dem zweiten Abschnitt und der Deckelplatte und zwischen einem Rand der Durchgangsöffnung und dem zweiten Abschnitt die Anschlusskontakte für die Heizeinrichtung eingelegt. In diesen Zwischenraum ist der elektrisch isolierende Kunststoff eingespritzt. Jedes Zellterminal ist beispielsweise monolithisch bzw. einstückig ausgebildet und weist einen im Wesentlichen T-Stück-förmigen Querschnitt auf, wobei der erste Abschnitt plattenförmig ausgebildet ist und der zweite Abschnitt stegförmig ausgebildet ist. Der zweite Abschnitt ist an einer Unterseite des ersten Abschnitts angeordnet. Im angeordneten Zustand des Zellterminals an der Deckelplatte erstreckt sich also der erste Abschnitt parallel zu der Oberseite der Deckelplatte und ist beabstandet zu der Deckelplatte angeordnet. Der zweite Abschnitt ist abstehend von dem ersten Abschnitt ausgebildet und ragt in den Innenraum des
Zellgehäuses hinein. Dabei ist der zweite Abschnitt durch die Durchgangsöffnung hindurchgeführt und beabstandet zu dem Rand der Durchgangsöffnung angeordnet. Der Zwischenraum zwischen der Deckelplatte und dem Zellterminal weist also einen L- förmigen Querschnitt auf. In diesen Zwischenraum bei zumindest einem der Zellterminals sind die Anschlusskontakte zum Anschließen an das zumindest eine Heizelement der Heizeinrichtung eingelegt. Der in den Zwischenraum eingespritzte elektrisch isolierende Kunststoff umgibt die Anschlusskontakte.
Auch kann vorgesehen sein, dass der Kunststoff derart an der Deckelbaugruppe angeordnet wird, dass er darüber hinaus auch eine Unterseite der Deckelplatte bedeckt. Anders ausgedrückt bildet die Kunststoffschicht nach Einspritzen des Kunststoffs nicht nur einen L-förmigen, an der Durchgangsöffnung abknickenden Falz, sondern wird zu einem U-förmigen Falz bzw. Umschlag erweitert, welcher auch zumindest bereichsweise an der Unterseite der Deckelplatte haftet. Die Deckelplatte wird also bereichsweise beidseitig mit dem Kunststoff beschichtet. So kann eine besonders dichte Verbindung zwischen der Deckelplatte und dem Zellterminal über den Kunststoff hergestellt werden.
Um die Haftung zwischen Kunststoff und Zellterminal sowie zwischen Kunststoff und Deckelplatte zu verbessern, können beispielsweise diejenigen Oberflächenbereiche des Zellterminals und der Deckelplatte mit einer Strukturelemente aufweisenden
Oberflächenstruktur versehen werden, welche dem Zwischenraum zugewandt sind. Die Strukturelemente weisen insbesondere Abmessungen im Nanometer- oder
Mikrometerbereich auf und können beispielsweise als Poren, Kapillare, Schnitte,
Vorsprünge und/oder Hinterschneidungen ausgebildet werden. Beispielsweise können die Strukturelemente mittels eines Lasers hergestellt werden. Beim Einspritzen des
Kunststoffs in den Zwischenraum fließt der zu diesem Zeitpunkt noch flüssige Kunststoff über die Strukturelemente und verbindet sich beim Erstarren bzw. Aushärten des Kunststoffs mit diesen zusätzlich formschlüssig. Durch das Strukturieren der betreffenden Oberflächenbereiche des Zellterminals und der Deckelplatte kann insbesondere auf weitere Fügemittel, wie Klebstoff oder dergleichen, verzichtet werden, da der Kunststoff und die betreffenden Oberflächenbereiche eine besonders stabile, effektive und ganzflächige Verbindung ausbilden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die Anschlusskontakte elektrisch leitfähige, flexible Anschlussfahnen. Die Anschlussfahnen können also L-förmig gebogen oder geknickt werden, um beispielsweise in den Zwischenraum mit dem L-förmigen Querschnitt eingelegt zu werden. Die Anschlussfahnen können beispielsweise über ein elektrisch isolierendes, flexibles Band mechanisch miteinander verbunden sein. An diesem Band können Anschlusspads, welche mit den Anschlussfahnen elektrisch verbunden sind und mit Anschlüssen des zumindest einen Heizelementes elektrisch verbunden werden können, angeordnet sein. Durch das Verbinden der Anschlussfahnen über das elektrisch isolierende Band können die Anschlusskontakte besonders einfach in den Spritzgussprozess integriert werden.
In einer Weiterbildung der Deckelplatte ist diese rechteckförmig ausgebildet ist und weist zwei Schmalseiten und zwei Langseiten auf, wobei ein erster Anschlusskontakt in Form von einem Zuleiter im Bereich einer ersten Langseite aus dem Zwischenraum geführt ist und ein zweiter Anschlusskontakt in Form von einem Ableiter im Bereich einer zweiten Langseite aus dem Zwischenraum geführt ist. Über den Zuleiter wird dem zumindest einen Heizelement beispielsweise ein Heizstrom zugeführt und über den Ableiter wieder entnommen. Die Anschlusskontakte sind also an zwei sich gegenüberliegenden Seiten der Deckelplatte aus dem Zwischenraum herausgeführt und sind somit im Bereich der Langseiten zugänglich. So können die Anschlusskontakte bei aneinander gestapelten prismatischen Batteriezellen besonders einfach verbunden werden, um beispielsweise die Heizeinrichtungen der Batteriezellen seriell zu verbinden.
In einer Weiterbildung der Batteriezelle weist die Heizeinrichtung als das zumindest eine Heizelement eine Heizfolie auf, welche mit den Anschlusskontakten elektrisch verbunden ist. Insbesondere ist das galvanische Element als eine Anordnung aus Elektrodenfolien und Separatorfolien gebildet. Die zumindest eine Heizfolie ist in die Anordnung integriert. Beispielsweise kann die Anordnung aus Elektrodenfolien, Separatorfolien und der zumindest einen Heizfolie ein Folienstapel sein. Die Heizfolien können dabei einen mäanderförmig verlaufenden Heizdraht bzw. Heizwiderstand aufweisen, welcher mit den Anschlusskontakten verbunden ist und welchem über die Anschlusskontakte ein
Heizstrom zum Heizen des galvanischen Elementes zugeführt wird.
Die Erfindung betrifft außerdem eine Hochvoltbatterie mit einer Vielzahl von zu einem Zellstapel gestapelten, erfindungsgemäßen prismatischen Batteriezellen. Die
Hochvoltbatterie ist vorzugsweise als eine Traktionsbatterie für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug ausgebildet. Insbesondere sind die Heizeinrichtungen der Batteriezellen durch elektrisches Verbinden der Anschlusskontakte zweier benachbarter Batteriezellen seriell verbunden. Durch das serielle Verbinden der Heizeinrichtung ist eine Kontaktierung der Heizeinrichtungen mit einer den Heizstrom bereitstellenden Energiequelle besonders einfach und kann beispielsweise über die Kontaktanschlüsse der ersten und letzten Batteriezelle in dem Zellstapel erfolgen.
Die mit Bezug auf die erfindungsgemäße Deckelbaugruppe vorgestellten
Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für die erfindungsgemäße Batteriezelle sowie für die erfindungsgemäße Hochvoltbatterie.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen
Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar.
Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Explosionsdarstellung einer Ausführungsform ein erfindungsgemäßen Batteriezelle;
Fig. 2 eine schematische Schnittdarstellung der Deckelbaugruppe
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Deckelbaugruppe der Batteriezelle;
und Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer
erfindungsgemäßen Hochvoltbatterie.
In den Figuren sind gleiche sowie funktionsgleiche Elemente mit den gleichen
Bezugszeichen versehen.
Fig. 1 zeigt eine Explosionsdarstellung einer prismatischen Batteriezelle 1. Die
Batteriezelle 1 weist ein Zellgehäuse 2 mit einem Gehäuseunterteil 3 und einer
Deckelbaugruppe 4 auf. Das Zellgehäuse 2 ist aus Metall, beispielsweise Aluminium, gebildet. Das Zellgehäuse 2 umschließt einen Innenraum 5 zum Aufnehmen eines galvanischen Elementes 6 der Batteriezelle 1. Das galvanische Element 6 weist hier eine Stapelanordnung aus Elektrodenfolien und mit Elektrolyt getränkten Separatorfolien auf. Elektroden E1 , E2 des galvanischen Elementes 6 sind über Ableiter 7, 8 mit Zellterminals 9, 10 der Batteriezelle 1 verbunden. Ein erstes Zellterminal 9 ist als ein anodenseitiges Zellterminal ausgebildet und über einen ersten Ableiter 7 mit einer ersten Elektrode E1 in Form von einer Anode des galvanischen Elementes 6 verbunden. Ein zweites Zellterminal 10 ist als ein kathodenseitiges Zellterminal ausgebildet und über einen zweiten Ableiter 8 mit einer zweiten Elektrode E2 in Form von einer Kathode des galvanischen Elementes 6 verbunden. Die Zellterminals 9, 10 sind in eine Deckelplatte 11 der Deckelbaugruppe 4 integriert. Dazu sind die Zellterminals 9, 10 durch die Deckelplatte 11 hindurchgeführt und mit einem Kunststoff 12a, 12b umspritzt. Das anodenseitige Zellterminal 9 ist
beispielsweise mit einem Kunststoff 12a aus einem elektrisch isolierenden Material umspritzt, während das kathodenseitige Zellterminal 10 mit einem Kunststoff 12b aus einem elektrisch leitfähigen Material umspritzt ist. Das kathodenseitige Zellterminal 10 liegt also auf einem Potential des Zellgehäuses 2.
Die Batteriezelle 1 weist außerdem eine Heizeinrichtung 13 zum Heizen des galvanischen Elementes 6 auf. Die Heizeinrichtung 13 weist beispielsweise einen Heizwiderstand 14 auf, welcher in die Elektrodenfolien-Separatorfolien-Anordnung des galvanischen
Elementes 6 integriert ist. Außerdem weist die Heizeinrichtung 13 zwei
Anschlusskontakte 15, 16 auf, welche als elektrisch leitfähige, flexible bzw. biegbare Anschlussfahnen ausgebildet sind. Die Anschlussfahnen sind hier durch ein flexibles Band 17 aus elektrisch isolierendem Material verbunden, auf welchem Anschlusspads 18, 19 angeordnet sind. Der erste Anschlusskontakt 15 wird hier über das erste
Anschlusspad 18 mit einem ersten Anschluss A1 des Heizwiderstandes 14 verbunden und der zweite Anschlusskontakt 16 wird hier über das zweite Anschlusspad 19 mit einem zweiten Anschluss A2 des Heizwiderstandes 14 verbunden. Über die Anschlusskontakte 15, 16 kann dem Heizwiderstand 14 ein Heizstrom zum Heizen des galvanischen
Elementes 6 zugeführt werden.
Die Anschlusskontakte 15, 16 sind dabei, wie in Fig. 2 gezeigt, gemeinsam mit zumindest einem der Zellterminals 9, 10, hier das Zellterminal 9, welches von dem elektrisch isolierenden Kunststoff 12a umspritzt ist, aus dem Zellgehäuse 2 herausgeführt. Die Zellterminals 9, 10 weisen einen ersten, plattenförmigen Abschnitt 20 zum Verbinden mit einem zellexternen Anschluss und einen zweiten Abschnitt 21 zum Verbinden mit einer der Elektroden, hier der ersten Elektroden E1 , des galvanischen Elementes 6 auf. In der Deckelplatte 11 ist eine Durchgangsöffnung 22 angeordnet, in welche der zweite
Abschnitt 21 eingesteckt ist. Der erste Abschnitt 20 ist überlappend mit einer Oberseite 23 der Deckelplatte 11 ausgebildet. Durch einen Zwischenraum 24, welcher zwischen dem ersten Abschnitt 20 und der Oberseite 23 der Deckelplatte 11 und zwischen einem Rand 25 der Durchgangsöffnung 22 gebildet ist, sind die Anschlusskontakte 15, 16 hindurchgeführt. Der Zwischenraum 24 weist einen L-förmigen Querschnitt auf. Die Anschlusskontakte 15, 16 sind L-förmig gebogen, sodass sie aus dem Innenraum 5 des Zellgehäuses 2 nach außen geführt sind.
In diesen Zwischenraum 24 ist außerdem der Kunststoff 12a aus dem elektrisch isolierenden Material eingespritzt. Durch den Kunststoff 12a ist einerseits das Zellterminal 9 an der Deckelplatte 11 gehalten und andererseits sind die Anschlusskontakte 15, 16 von dem Zellterminal 9 und der Deckelplatte 11 elektrisch isoliert. Der Kunststoff 12a ist zum Abdichten der Durchgangsöffnung 22 hier außerdem bereichsweise an einer Unterseite 26 der Deckelplatte 11 angeordnet. Anhand der Darstellung der
Deckelbaugruppe 4 gemäß Fig. 3 ist ersichtlich, dass die Anschlusskontakte 15, 16 im Bereich von zwei gegenüberliegenden Langseiten 27 der Deckelplatte 11 aus dem Zwischenraum 24 geführt sind. So können die Heizeinrichtungen 13 mehrerer, aneinander gestapelter Batteriezellen 1 einer Hochvoltbatterie 28, wie sie in Fig. 4 gezeigt ist, auf besonders einfache Weise seriell verschaltet werden.

Claims

Patentansprüche
1. Deckelbaugruppe (4) für ein Zellgehäuse (2) einer prismatischen Batteriezelle (1) für eine Hochvoltbatterie (28) aufweisend:
- zwei Zellterminals (9, 10) zum elektrischen Verbinden mit jeweils einem zellexternen Anschluss und zum elektrischen Verbinden mit jeweils einer Elektrode (E1 , E2) eines galvanischen Elements (6) der Batteriezelle (1),
- eine Deckelplatte (11) zum Abdecken des Zellgehäuses (2), welche zwei
Durchgangsöffnungen (22) für die Zellterminals (9, 10) aufweist,
wobei zumindest eines der Zellterminals (9) zum Halten des zumindest einen
Zellterminals (9) an der Deckelplatte (11) mit einem elektrisch isolierenden Kunststoff (12a) umspritzt ist und wobei durch die Durchgangsöffnung (22) für das zumindest eine Zellterminal (9) zusätzlich elektrische Anschlusskontakte (15,16) für eine zellinterne Heizeinrichtung (13) zum Heizen des galvanischen Elements (6) hindurchgeführt sind, welche zum elektrischen Isolieren von dem Zellterminal (9) und der Deckelplatte (11) von dem elektrisch isolierenden Kunststoff (12a) umspritzt sind.
2. Deckelbaugruppe (4) nach Anspruch 1
dadurch gekennzeichnet, dass
die zwei Zellterminals (9, 10) jeweils einen plattenförmigen ersten Abschnitt (20) zum elektrischen Verbinden mit dem zellexternen Anschluss und einen mit dem ersten Abschnitt (20) verbundenen zweiten Abschnitt (21) zum elektrischen Verbinden mit der Elektrode (E1 , E2) des galvanischen Elements (6) aufweisen und derart an der Deckelplatte (11) angeordnet sind, dass der zweite Abschnitt (21) in der jeweiligen Durchgangsöffnung (22) angeordnet ist und der erste Abschnitt (21) und eine Oberseite (23) der Deckelplatte (11) überlappen, wobei bei zumindest einem der Zellterminals (9, 10) in einem Zwischenraum (24) zwischen dem zweiten Abschnitt
(21) und der Deckelplatte (11) und zwischen einem Rand (25) der Durchgangsöffnung
(22) und dem zweiten Abschnitt (21) die Anschlusskontakte (15, 16) für die
Heizeinrichtung (13) eingelegt sind und in diesen Zwischenraum (24) der elektrisch isolierende Kunststoff (12a) eingespritzt ist.
3. Deckelbaugruppe (4) nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein erstes Zellterminal (9) von einem elektrisch isolierenden Kunststoff (12a) umspritzt ist und ein zweites Zellterminal (10) von einem elektrisch leitendenden Kunststoff (12b) umspritzt ist.
4. Deckelbaugruppe (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Deckelplatte (11) rechteckförmig ausgebildet ist und zwei Schmalseiten und zwei Langseiten (27) aufweist, wobei ein erster Anschlusskontakt (15) in Form von einem Zuleiter im Bereich einer ersten der Langseiten (27) aus dem Zwischenraum (24) geführt ist und ein zweiter Anschlusskontakt (16) in Form von einem Ableiter im Bereich einer zweiten der Langseiten (27) aus dem Zwischenraum (24) geführt ist.
5. Deckelbaugruppe (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Anschlusskontakte (15, 16) elektrisch leitfähige, flexible Anschlussfahnen sind.
6. Prismatische Batteriezelle (1) aufweisend
- ein galvanisches Element (6),
- eine Heizeinrichtung (13) mit Anschlusskontakten (15, 16) und zumindest einem Heizelement zum Heizen des galvanischen Elementes (6) und
- ein Zellgehäuse (2), in dessen Innenraum (5) das galvanische Element (6) und das zumindest eine Heizelement der Heizeinrichtung (13) angeordnet sind und welches eine Deckelbaugruppe (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist, wobei die über die Durchgangsöffnung (22) aus dem Innenraum (5) des Zellgehäuses (2) geführten Anschlusskontakte (15, 16) der Heizeinrichtung (13) von außen zugänglich sind.
7. Prismatische Batteriezelle (1) nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Heizeinrichtung (13) als das zumindest eine Heizelement eine Heizfolie aufweist, welche mit den Anschlusskontakten (15, 16) elektrisch verbunden ist.
8. Prismatische Batteriezelle (1) nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
das galvanische Element (6) als eine Anordnung aus Elektrodenfolien und
Separatorfolien gebildet ist und die zumindest eine Heizfolie in die Anordnung integriert ist.
9. Hochvoltbatterie (28) mit einer Vielzahl von zu einem Zellstapel gestapelten
prismatischen Batteriezellen (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 8.
10. Hochvoltbatterie (28) nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Heizeinrichtungen (13) der Batteriezellen (1)durch elektrisches Verbinden der Anschlusskontakte (15, 16) zweier benachbarter Batteriezellen (1) seriell geschaltet sind.
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