DE102019102032A1

DE102019102032A1 - Energiespeicherzelle, Batteriemodul und Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE102019102032A1
Application number: DE102019102032.8A
Authority: DE
Inventors: Frederik Morgenstern; Seokyoon Yoo; Franz Fuchs; Kevin Gallagher
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2019-01-28
Filing date: 2019-01-28
Publication date: 2020-07-30
Also published as: US20220089038A1; WO2020156951A1; CN113228393A

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrochemische Energiespeicherzelle, ein Energiespeichermodul aus mehreren solchen Energiespeicherzellen, ein Fahrzeug mit einem solchen Energiespeichermodul und ein Verfahren zur Herstellung einer Energiespeicherzelle. Dabei sind mehrere Elektroden einer ersten Polarität und mehrere Elektroden einer der ersten Polarität entgegengesetzten zweiten Polarität in einem Elektrodenstapel angeordnet, wobei die Elektroden der ersten Polarität jeweils eine erste Ableiterfahne aufweisen, die auf einer ersten Seite des Elektrodenstapels aus dem Elektrodenstapel herausragt, und die Elektroden der zweiten Polarität jeweils eine zweite Ableiterfahne aufweisen, die auf einer der ersten gegenüberliegenden zweiten Seite des Elektrodenstapels aus dem Elektrodenstapel herausragt. Der Elektrodenstapel ist in einem Gehäuse, das mit den ersten Ableiterfahnen elektrisch leitend verbunden ist, angeordnet. Ein in einer Gehäusewand des Gehäuses angeordnetes und mit den zweiten Ableiterfahnen elektrisch verbundenes Anschlusselement ist gegenüber dem Gehäuse elektrisch isoliert und dazu eingerichtet, eine Außenseite des Gehäuses und die zweiten Ableiterfahnen elektrisch zu verbinden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrochemische Energiespeicherzelle, insbesondere für ein Fahrzeug, ein Energiespeichermodul aus mehreren solchen Energiespeicherzellen, ein Fahrzeug mit einem solchen Energiespeichermodul und ein Verfahren zur Herstellung einer Energiespeicherzelle.
Um zumindest teilweise elektromotorisch betriebene Fahrzeuge mit ausreichenden Reichweiten zu ermöglichen, werden im Hinblick auf die geringere Energiedichte von Energiespeicherzellen, beispielsweise Lithium-Ionen-Zellen, gegenüber Kraftstoffen wie Benzin oder Diesel in der Regel großvolumige Energiespeicher mit einer Vielzahl von Energiespeicherzellen verbaut. Dies stellt im Hinblick auf den in solchen Fahrzeugen verfügbaren Bauraum eine Herausforderung dar, zumal auch das mit der großvolumigen Ausführung der Energiespeicher verbundene hohe Gewicht berücksichtigt werden muss.
Üblicherweise werden deshalb sog. prismatische Energiespeicherzellen im Fahrzeugboden, d.h. unterhalb der Fahrgastzelle, angeordnet. Die Zellhöhe, d.h. die Abmessung der verbauten Zelle in vertikaler Richtung, wird dabei im Allgemeinen von der gewünschten Fahrzeughöhe bestimmt, so dass die Zellen bei flachen Fahrzeugen, wie z.B. Sportwägen, flacher ausgeführt sind als bei höheren Fahrzeugen, wie z.B. Transportern oder SUVs. In nahezu allen Fällen weisen die verbauten Zellen jedoch eine höhere Zellbreite, d.h. die Abmessung in horizontaler Richtung entlang der Fahrzeugbreite, auf als die Zellenhöhe. Die Zellendicke, d.h. die Abmessung in horizontaler Richtung entlang der Fahrzeuglängsachse, ist dabei üblicherweise durch Kühlbarkeit und das Sicherheitsverhalten der einzelnen Zellen bestimmt.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, elektrochemische Energiespeicherzellen, insbesondere bezüglich des Raumbedarfs in Fahrzeugen, zu verbessern. Es ist insbesondere eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektrochemische Energiespeicherzelle anzugeben, die besonders raumsparend kontaktiert werden kann.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine elektrochemische Energiespeicherzelle, insbesondere für ein Fahrzeug, ein Batteriemodul mit solchen elektrochemischen Energiespeicherzellen, ein Fahrzeug mit einem solchen Energiespeichermodul und ein Verfahren zur Herstellung einer elektrochemischen Energiespeicherzelle gemäß den unabhängigen Ansprüchen.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine elektrochemische Energiespeicherzelle, insbesondere für ein Fahrzeug, aufweisend: (i) einen Elektrodenstapel, der mehrere Elektroden einer ersten Polarität und mehrere Elektroden einer der ersten Polarität entgegengesetzten zweiten Polarität enthält, wobei die Elektroden der ersten Polarität jeweils eine erste Ableiterfahne aufweisen, die auf einer ersten Seite des Elektrodenstapels aus dem Elektrodenstapel herausragt, und die Elektroden der zweiten Polarität jeweils eine zweite Ableiterfahne aufweisen, die auf einer der ersten gegenüberliegenden zweiten Seite des Elektrodenstapels aus dem Elektrodenstapel herausragt; (ii) ein Gehäuse, in dem der Elektrodenstapel angeordnet ist und das mit den ersten Ableiterfahnen elektrisch leitend verbunden ist; und (iii) ein in einer Gehäusewand des Gehäuses angeordnetes und mit den zweiten Ableiterfahnen elektrisch verbundenes Anschlusselement, das gegenüber dem Gehäuse elektrisch isoliert und dazu eingerichtet ist, eine Außenseite des Gehäuses und die zweiten Ableiterfahnen elektrisch zu verbinden.
Die Erfindung basiert insbesondere auf dem Ansatz, das Gehäuse einer Energiespeicherzelle auf das Potenzial von Elektroden der Energiespeicherzelle, die eine erste Polarität, z.B. positiv, aufweisen, zu legen. Zu diesem Zweck werden die Elektroden der ersten Polarität, z.B. positive Elektroden, und Elektroden einer der ersten entgegengesetzten zweiten Polarität, z.B. negative Elektroden, in der Weise ausgebildet und/oder angeordnet, dass erste Ableiterfahnen der Elektroden der ersten Polarität und zweite Ableiterfahnen der Elektroden der zweiten Polarität jeweils auf einander gegenüberliegenden Seiten eines Elektrodenstapels liegen, so dass die ersten Ableiterfahnen besonders leicht mit dem Gehäuse elektrisch verbunden werden können. Insbesondere können die ersten Ableiterfahnen im Wesentlichen direkt an einer Gehäusewand des Gehäuses anliegen. Der Elektrodenstapel kann daher einen höheren Anteil des Gehäusevolumens belegen als bei konventionellen Zelldesigns.. Des Weiteren können Komponenten eingespart und eine bessere Wärmeabfuhr vom Elektrodenstapel zum Gehäuse hin ermöglicht werden. Beispielsweise kann auf Komponenten, welche die ersten Ableiterfahnen und eine Außenseite des Gehäuses elektrisch verbinden, verzichtet werden, so dass Bauraum eingespart wird. Dadurch kann auch die Energiedichte der Energiespeicherzelle gegenüber konventionellen Zellen erhöht werden.
Vorzugsweise kann die Energiespeicherzelle somit über das Gehäuse in einen Stromkreis integriert werden, wobei das Gehäuse einen Pol der ersten Polarität bildet. Ein Pol der zweiten Polarität wird dabei in bevorzugter Weise von einem Anschlusselement gebildet, das in einer Gehäusewand des Gehäuses angeordnet und mit den zweiten Ableiterfahnen elektrisch verbunden ist. Das Anschlusselement kann zu diesem Zweck beispielsweise in die Gehäusewand eingelassen sein. Es ist auch denkbar, dass das Anschlusselement durch einen Teil des Gehäuses bzw. der Gehäusewand gebildet wird. Insbesondere kann das Anschlusselement ein Abschnitt der Gehäusewand sein, der vom restlichen Gehäuse bzw. Teil der Gehäusewand elektrisch isoliert ist. Die Anordnung bzw. Ausbildung der ersten und zweiten Ableiterfahnen auf einander gegenüberliegenden Seiten des Elektrodenstapels ermöglicht dabei eine besonders zuverlässige elektrische Isolation des Anschlusselements. Ausführungen, bei denen die Ableiterfahnen auf gegenüberliegenden Seiten liegen, führen zu einer homogeneren Stromverteilung innerhalb des Stapels, was sich positiv auf Leistungsfähigkeit und Lebensdauer auswirkt. Zudem kann das Anschlusselement in diesem Fall auch größer ausgeführt werden, um höhere Ströme zuverlässig, z.B. ohne sich signifikant zu erwärmen, führen zu können, da an der Gehäusewand kein zusätzlicher Bauraum für ein weiteres, mit der ersten Polarität korrespondierendes Anschlusselement benötigt wird.
Dadurch, dass das Gehäuse der Energiespeicherzelle auf dem Potenzial der Elektroden der ersten Polarität liegt, können auch beim Einbinden der Energiespeicherzelle in einen Stromkreis weitere Bauteile eingespart werden, wodurch neben Bauraum auch Kosten eingespart werden. Zudem erlaubt der direkte Kontakt der ersten Ableiterfahnen zum Gehäuse eine verbesserte thermische Anbindung des Elektrodenstapels, insbesondere der Elektroden der ersten Polarität, und liefert somit verbesserte Kühleigenschaften der Energiespeicherzelle.
Das neue Zelldesign erlaubt somit eine hoher Energiedichte bei mindestens gleichbleibender Sicherheit und Reduktion der Zahl der mechanischen Bauteile. Darüber hinaus ermöglicht das neue Zelldesign neue Kontaktierungsvarianten der Zellen untereinander.
Insgesamt ermöglicht die Erfindung verbesserte Energiespeicherzellen, insbesondere bezüglich ihres Raumbedarfs in Fahrzeugen.
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung und deren Weiterbildungen beschrieben, die jeweils, soweit dies nicht ausdrücklich ausgeschlossen wird, beliebig miteinander sowie mit den im Weiteren beschriebenen Aspekten der Erfindung kombiniert werden können.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Gehäuse als prismatisches Gehäuse ausgebildet, das zwei einander gegenüberliegende Querseiten mit jeweils einem ersten Flächeninhalt, zwei einander gegenüberliegenden Längsseiten mit jeweils einem zweiten Flächeninhalt und zwei einander gegenüberliegenden Hauptseiten mit jeweils einem dritten Flächeninhalt aufweist, und wobei das Anschlusselement in einer der Querseiten angeordnet ist und der erste Flächeninhalt kleiner sowohl als der zweite als auch der dritte Flächeninhalt ist. Vorzugsweise kontaktieren die zweiten Ableiterfahnen das Gehäuse dabei auf der anderen der zwei Querseiten. Dadurch kann das Volumen im Gehäuse effizienter genutzt werden, da z.B. ein Spalt zwischen dem Elektrodenstapel und dem Gehäuse, in dem die Ableiterfahnen zur elektrischen Verbindung mit dem Gehäuse bzw. dem Anschlusselement angeordnet sind, auf einer der Querseiten weniger Raum einnimmt als auf einer der Längs- oder gar Hauptseiten.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die elektrochemische Energiespeicherzelle des Weiteren wenigstens ein Entlastungselement auf, welches auf einer der Längsseiten angeordnet und dazu eingerichtet ist, einen Gasdruck im Gehäuseinneren zu reduzieren. Das wenigstens Entlastungselement ist dabei vorzugsweise als Berstmembran ausgebildet und beispielsweise durch mechanisches Prägen einer der Längsseiten und/oder Laserablation gefertigt. Das Entlastungselement kann sich dabei zumindest teilweise, vorzugsweise im Wesentlichen vollständig, entlang einer der Längsseiten erstrecken. Dadurch kann ein im Gehäuseinneren entstehendes Gas, beispielsweise durch eine Fehlfunktion der Energiespeicherzelle, sicher und zuverlässig, insbesondere kontrolliert, auf einer der Längsseiten des Gehäuses abgelassen werden, und zwar vorzugsweise, wenn der Gasdruck im Gehäuseinneren einen vorgegebenen Druckschwellenwert erreicht oder überschreitet.
Das Gehäuse der elektrochemischen Energiespeicherzelle kann beispielsweise im Boden einer Fahrgastzelle eines Fahrzeugs, d.h. unterhalb der Fahrgastzelle, angeordnet sein. Vorzugsweise verlaufen dabei die Längsseiten des Gehäuses im Wesentlichen parallel zum Boden der Fahrgastzelle, wodurch der Raum unterhalb der Fahrgastzelle besonders effizient genutzt werden kann. Vorzugsweise befindet sich das wenigstens eine Entlastungselement dabei auf einer dem Boden der Fahrgastzelle abgewandten Längsseiten des Gehäuses, so dass bei Austritt von Gas aus dem Gehäuseinneren durch das wenigstens eine Entlastungselement sich in der Fahrgastzelle befindliche Personen nicht gefährdet werden. In einer weiteren Ausführung weist das wenigstens eine Entlastungselement eine, zwei oder mehrere Auslassöffnungen auf, welche auf einer bzw. den beiden den Ableiterfahnen gegenüberliegenden Seiten des Gehäuses angeordnet sind.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das Gehäuse einen Gaskanal auf, der am Entlastungselement mündet. Dadurch kann im Gehäuseinneren entstehendes Gas, etwa durch eine Fehlfunktion der Energiespeicherzelle, besonders zuverlässig über das Entlastungselement abgeführt werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Gehäuse aus wenigstens einem ersten Gehäuseteil, der mit den ersten Ableiterfahnen elektrisch verbunden ist, und einen zweiten Gehäuseteil, in dem das Anschlusselement angeordnet ist, zusammengesetzt. Dadurch können die elektrischen Verbindungen zwischen den ersten Ableiterfahnen und dem Gehäuse bzw. zwischen den zweiten Ableiterfahnen und dem Anschlusselement besonders robust ausgeführt sein, da bei der Herstellung der Energiespeicherzelle somit jede der elektrischen Verbindungen separat und damit besonders sorgfältig und präzise gefertigt werden kann.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Energiespeichermodul, das wenigstens zwei Energiespeicherzellen nach dem ersten Aspekt der Erfindung aufweist.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die wenigstens zwei Energiespeicherzellen in zwei einander gegenüberliegenden Zellstapeln angeordnet, wobei die Energiespeicherzellen in den zwei Zellstapeln dabei vorzugsweise derart orientiert sind, dass sich die Anschlusselemente, insbesondere die Querseiten, von jeweils zwei Energiespeicherzellen einander gegenüberliegen. Dadurch können die Energiespeicherzellen in den zwei Zellstapeln in besonders einfacher Weise, z.B. mittels einer zwischen den Zellstapel verlaufenden Kontaktelektronik, miteinander verschalteten und beispielsweise in einen Stromkreis integriert werden.
Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, mit einem Energiespeichermodul nach dem zweiten Aspekt der Erfindung.
Ein vierter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Energiespeicherzelle, insbesondere nach dem ersten Aspekt der Erfindung, aufweisend die folgenden Arbeitsschritte: (i) Anordnen von mehreren Elektroden einer ersten Polarität und mehreren Elektroden einer der ersten Polarität entgegengesetzten zweiten Polarität in einem Elektrodenstapel in der Weise, dass erste Ableiterfahnen der Elektroden der ersten Polarität jeweils auf einer ersten Seite des Elektrodenstapels aus dem Elektrodenstapel herausragen und zweite Ableiterfahnen der Elektroden der zweiten Polarität jeweils auf einer der ersten gegenüberliegenden zweiten Seite des Elektrodenstapels aus dem Elektrodenstapel herausragen; (ii) Herstellen einer ersten elektrischen Verbindung zwischen den ersten Ableiterfahnen und einem Gehäuse; (iii) Herstellen einer zweiten elektrischen Verbindung zwischen den zweiten Ableiterfahnen und einem in einer Gehäusewand des Gehäuses angeordneten Anschlusselement, das gegenüber dem Gehäuse elektrisch isoliert und dazu eingerichtet ist, eine Außenseite des Gehäuses und die zweiten Ableiterfahnen elektrisch zu verbinden; und Versiegeln des Gehäuses.
Dabei kann das Gehäuse aus mehreren Gehäuseteilen, insbesondere einem ersten Gehäuseteil und einem zweiten Gehäuseteil, zusammengesetzt werden. Zusätzlich kann das Gehäuse auch aus einem dritten Gehäuseteil, gegebenenfalls auch Weiteren Gehäuseteilen, zusammengesetzt werden. Dabei werden die Gehäuseteile, insbesondere der erste und zweite Gehäuseteil, vor dem Versiegeln, in bevorzugter Weise zum Gehäuse zusammengefügt. Anhand des Versiegelns, z.B. mittels Laserschweißen, kann dann eine stabile mechanische Verbindung zwischen den Gehäuseteilen hergestellt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die elektrische Verbindung zwischen den ersten Ableiterfahnen und einem ersten Gehäuseteil hergestellt. Die zweite elektrische Verbindung wird vorzugsweise zwischen den zweiten Ableiterfahnen und einem Anschlusselement hergestellt, das in einer Gehäusewand eines vom ersten Gehäuseteil separat bereitgestellten zweiten Gehäuseteils angeordnet ist. In bevorzugter Weise werden der erste Gehäuseteil und der zweite Gehäuseteil zusammengefügt. Dadurch kann der Herstellungsprozess signifikant vereinfacht werden.
Die Gehäuseteile werden in bevorzugter Weise vor dem Herstellen einer oder beider elektrischer Verbindungen zwischen den ersten Ableiterfahnen und dem Gehäuse bzw. den zweiten Ableiterfahnen und dem Anschlusselement zusammengefügt. Dadurch kann sichergestellt werden, dass die ersten und/oder zweiten Ableiterfahnen präzise relativ zum Gehäuse bzw. zum Anschlusselement angeordnet, insbesondere ausgerichtet, sind, bevor die eine oder beide der elektrischen Verbindungen hergestellt wird bzw. werden.
Alternativ können die Gehäuseteile auch nach dem Herstellen einer oder beider elektrischer Verbindungen zwischen den ersten Ableiterfahnen und dem Gehäuse bzw. den zweiten Ableiterfahnen und dem Anschlusselement zusammengefügt werden. Dadurch können die Ableiterfahnen besonders zuverlässig und sorgfältig mit dem Gehäuse bzw. dem Anschlusselement elektrisch verbunden werden.
Beispielsweise kann der erste Gehäuseteil als prismatisches Gehäuse ausgebildet sein, das auf einer seiner Hauptseiten geöffnet ist. Durch die geöffnete Hauptseite kann der Elektrodenstapel eingeführt werden. Dabei treten in bevorzugter Weise die ersten Ableiterfahnen mit dem Gehäuse und die zweiten Ableiterfahne mit dem Anschlusselement in Kontakt und können, z.B. mittels Laserschweißen, Ultraschallschweißen oder Punktschweißen durch hohen Strom, dauerhaft und elektrisch leitend mit dem Gehäuse bzw. dem Anschlusselement verbunden werden. Nachdem die elektrischen Verbindungen derart hergestellt wurden, kann die geöffnete Hauptseite mit einem zweiten, als Deckel dienenden Gehäuseteil verschlossen werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden der erste und zweite Gehäuseteil nach dem Herstellen der elektrischen Verbindungen zusammengefügt, indem wenigstens der erste Gehäuseteil oder der zweite Gehäuseteil relativ zum Elektrodenstapel, insbesondere um im Wesentlichen 90°, verkippt wird. Insbesondere können sowohl erster als auch zweiter Gehäuseteil verkippt werden. Dabei bilden die elektrischen Verbindungen zwischen den ersten Ableiterfahnen dem Gehäuse bzw. den zweiten Ableiterfahnen und dem Anschlusselement vorzugsweise Kippachsen, um die der erste und/oder zweite Gehäuseteil relativ zum Elektrodenstapel verkippt werden. Auf diese Weise steht beim Herstellen der Energiespeicherzelle besonders viel Raum zur Verfügung, um wenigstens eine der elektrischen Verbindungen, z.B. mittels Laserschweißen, herzustellen.
Es ist beispielsweise denkbar, den Elektrodenstapel zwischen dem ersten und zweiten Gehäuseteil derart anzuordnen, dass eine Gehäusewand, über welche die ersten Ableiterfahnen elektrisch leitend mit dem Gehäuse verbunden werden sollen, und das Anschlusselement jeweils senkrecht zum Elektrodenstapel ausgerichtet sind. Nach dem Herstellen der elektrischen Verbindungen können der erste und zweite Gehäuseteil dann z.B. gleichsinnig, d.h. mit oder gegen den Uhrzeigersinn, verkippt werden, um das Gehäuse zu schließen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden der erste und zweite Gehäuseteil zusammengefügt, indem wenigstens der erste Gehäuseteil und der Elektrodenstapel oder der zweite Gehäuseteil und der Elektrodenstapel gemeinsam relativ zu einem dritten Gehäuseteil verschoben, insbesondere in den dritten Gehäuseteil eingeschoben, werden. Insbesondere können erster Gehäuseteil, zweiter Gehäuseteil und Elektrodenstapel gemeinsam verschoben werden, etwa entlang einer Montagerichtung. Dies ermöglicht eine präzise Ausrichtung der drei Gehäuseteile relativ zueinander.
Beispielsweise können die ersten Ableiterfahnen mit dem ersten Gehäuseteil, der nach dem Zusammenfügen eine der zwei Querseiten des Gehäuses bildet, elektrisch verbunden und die zweiten Ableiterfahnen mit dem im zweiten Gehäuseteil, der nach dem Zusammenfügen die andere der zwei Querseiten des Gehäuses bildet, angeordneten Anschlusselement elektrisch verbunden werden. Der Verbund aus erstem Gehäuseteil, Elektrodenstapel und zweitem Gehäuseteil kann dann, ähnlich einer Schublade, in den dritten Gehäuseteil, der nach dem Zusammenfügen die zwei Längsseite und die zwei Hauptseiten des Gehäuses bildet, eingeschoben werden.
Um das Einschieben des Verbunds zu erleichtern, kann der dritte Gehäuseteil dabei auch einen Anschlag, beispielsweise einen abgesetzten oder gestuften Bereich, aufweisen, an dem z.B. der erste Gehäuseteil oder der zweite Gehäuseteil zum Anliegen kommt. Dadurch kann eine besonders präzise Ausrichtung der drei Gehäuseteile relativ zueinander erreicht werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden die ersten Ableiterfahnen beim Herstellen der elektrischen Verbindung mit dem ersten Gehäuseteil zumindest abschnittsweise von einem Halteelement gegen den ersten Gehäuseteil gedrückt. Dabei ist das Halteelement vorzugsweise dazu eingerichtet, einen Spalt zwischen dem Elektrodenstapel und dem ersten Gehäuseteil, insbesondere einer Gehäusewand des ersten Gehäuseteils, die nach dem Zusammenfügen des Gehäuses eine der zwei Querseiten bildet, auszufüllen bzw. in diesen Spalt eingebracht zu werden. Dadurch kann sichergestellt werden, dass die ersten Ableiterfahnen beim Herstellen der elektrischen Verbindung flächig am ersten Gehäuseteil anliegt.
Durch das Andrücken der ersten Ableiterfahnen an den ersten Gehäuseteil können die ersten Ableiterfahnen von einer gegenüberliegenden Gehäuseseite aus mit dem ersten Gehäuseteil verschweißt werden. Insbesondere können auf diese Weise im Inneren des zusammengefügten Gehäuses gegen den ersten Gehäuseteil gedrückte erste Ableiterfahnen von außerhalb des Gehäuses, insbesondere durch Laserschweißen, mit dem Gehäuse elektrisch verbunden werden, etwa indem das Gehäuse auf einer Gehäuseaußenseite, etwa einer der beiden Querseiten, hinter der die ersten Ableiterfahnen an das Gehäuse gedrückt werden, zumindest abschnittsweise erhitzt wird, so dass sich die ersten Ableiterfahnen mit der korrespondierenden Gehäuseinnenseite verbinden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die elektrische Verbindung der ersten Ableiterfahnen mit dem ersten Gehäuseteil und/oder die elektrische Verbindung der zweiten Ableiterfahnen mit dem zweiten Gehäuseteil und/oder das zusammengesetzte Gehäuse durch Laserschweißen hergestellt bzw. versiegelt. Dadurch kann eine hohe Verbindungs- bzw. Versiegelungsgeschwindigkeit erreicht werden.
Zusätzlich ist es Laserschweißen vorteilhaft bezüglich der erreichbaren Energiedichte der hergestellten Energiespeicherzelle, da hierbei schmale und schlanke Schweißnähte erzeugt werden, die wenig Bauraum im Gehäuse benötigen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird das, vorzugsweise stabförmige, Halteelement zumindest teilweise durch eine Befüllungsöffnung oder ein Entlastungselement, insbesondere eine Auslassöffnung, des bereits zusammengesetzten Gehäuses in das Innere des bereits zusammengesetzten Gehäuses geführt, insbesondere so dass gegen den ersten Gehäuseteil gedrückte erste Ableiterfahnen von außerhalb des Gehäuses, insbesondere durch Laserschweißen, mit dem Gehäuse elektrisch verbunden werden können. Anschließend kann das Halteelement durch die Befüllungsöffnung oder das Entlastungselement wieder aus dem Gehäuse entfernt werden. Dies ermöglicht es, den Bauraum im Inneren des Gehäuses besonders effizient zu nutzen.
Die in Bezug auf den ersten Aspekt der Erfindung und dessen vorteilhafte Ausgestaltung beschriebenen Merkmale und Vorteile gelten, zumindest wo technisch sinnvoll, auch für den zweiten, dritten und vierten Aspekt der Erfindung und dessen vorteilhafte Ausgestaltung sowie umgekehrt.
Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Figuren, in denen durchgängig dieselben Bezugszeichen für dieselben oder einander entsprechende Elemente der Erfindung verwendet werden. Es zeigen wenigstens teilweise schematisch:

1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Energiespeicherzelle;
2 ein erstes Beispiel für Montagezustände der elektrochemischen Energiespeicherzelle aus 1;
3 ein zweites Beispiel für einen Montagezustand der elektrochemischen Energiespeicherzelle aus 1;
4 ein drittes Beispiel für einen Montagezustand der elektrochemischen Energiespeicherzelle aus 1;
5 ein viertes Beispiel für einen Montagezustand der elektrochemischen Energiespeicherzelle aus 1;
6 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Energiespeichermoduls; und
7 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens.

1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Energiespeicherzelle 1, die ein Gehäuse 2 und einen darin angeordneten Elektrodenstapel 3 aufweist, in einer Seitenansicht. Der Elektrodenstapel 3 enthält Elektroden einer ersten Polarität, die jeweils eine auf einer ersten Seite 3a des Elektrodenstapels 3 aus dem Elektrodenstapel 3 herausragende erste Ableiterfahne 4a aufweisen, und Elektroden einer der ersten entgegengesetzten zweiten Polarität, die jeweils eine auf einer zweiten Seite 3b des Elektrodenstapels 3 aus dem Elektrodenstapel 3 herausragende zweite Ableiterfahne 4b aufweisen. Die Elektroden unterschiedlicher Polarität sind dabei in bevorzugter Weise jeweils durch einen Separator elektrisch voneinander getrennt. Bei den Elektroden der ersten Polarität kann es sich beispielsweise um positive Elektroden und bei den Elektroden der zweiten Polarität um negative Elektroden handeln, die, wie beispielhaft in 1 für ein Paar gezeigt, jeweils benachbart im Elektrodenstapel 3 angeordnet sind.
Zwischen den ersten Ableiterfahnen 4a und dem Gehäuse 2 besteht eine erste elektrisch leitende Verbindung 8a, die vorzugsweise durch ein stoffschlüssiges Verbindungsverfahren wie etwa Löten oder Schweißen, insbesondere Ultraschall- oder Laserschweißen, hergestellt wird bzw. ist. Dadurch wird das Gehäuse 2 auf das elektrische Potenzial der Elektroden der ersten Polarität gesetzt und dient in bevorzugter Weise entsprechend als ein elektrischer Pol der Energiespeicherzelle 1.
Ein zweiter elektrischer Pol der Energiespeicherzelle 1 wird vorzugsweise durch ein Anschlusselement 5 gebildet, das in einer Gehäusewand 6 des Gehäuses 2 angeordnet ist. Das Anschlusselement 5 kann dabei beispielsweise über eine zweite elektrische leitende Verbindung 8b, die in bevorzugter Weise analog zur ersten elektrisch leitenden Verbindung 8a hergestellt wird bzw. ist, mit den zweiten Ableiterfahnen 4b verbunden sein. Das Anschlusselement 5 kann dabei beispielsweise durch die Gehäusewand 6 hindurchgeführt sein, so dass eine Außenseite 7 des Gehäuses 2 und die zweiten Ableiterfahnen 4b, insbesondere die Elektroden der zweiten Polarität, elektrisch verbunden sind bzw. werden. Das Anschlusselement 5 ist gegenüber dem Gehäuse 2 in bevorzugter Weise elektrisch isoliert und abgedichtet, beispielsweise in ein elektrisch isolierendes Material 9 eingelassen, so dass eine elektrolytdichte elektrisch leitende Verbindung entsteht.
Auf diese Weise kann die elektrochemische Energiespeicherzelle 1 sowohl am Gehäuse 2 als auch am Anschlusselement 5 elektrisch kontaktiert und in einen elektrischen Stromkreis integriert werden. Die Leitungsführung wird dabei durch die Möglichkeit, das Gehäuse 2 zur Verbindung mit den Elektroden der ersten Polarität an nahezu jedem beliebigen Punkt kontaktieren zu können, vereinfacht, was in Folge den Raumbedarf beispielsweise in einem Fahrzeug vorteilhaft reduziert.
Die Ableiterfahnen 4a, 4b sind in bevorzugter Weise flexibel ausgebildet. Die Ableiterfahnen 4a, 4b können beispielsweise aus Kollektorfolien der Elektroden gebildet sein. Dadurch können die Ableiterfahnen 4a, 4b leicht gebogen bzw. gekrümmt, insbesondere gefaltet, und dadurch zum Verbinden mit dem Gehäuse 2 bzw. mit dem Anschlusselement 5 positioniert bzw. ausgerichtet werden.
Bei der in 1 gezeigten Energiespeicherzelle 1 handelt es sich vorzugsweise um eine Zelle mit einem prismatischen Gehäuse 2, das zwei einander gegenüberliegende (parallel zur Zeichenebene liegende) Hauptseiten, zwei einander gegenüberliegenden Längsseiten 2b und zwei einander gegenüberliegende Querseiten 2a aufweist. Die Gehäusewand 6, in der das Anschlusselement 5 angeordnet ist, bildet dabei in bevorzugter Weise eine der Querseiten 2a.
In der Gehäusewand 6, d.h. auf einer der beiden Querseiten 2a ist im gezeigten Beispiel ebenfalls eine Befüllungsöffnung 10 angeordnet, die dazu eingerichtet ist, das Gehäuse 2 von der Außenseite 7 aus mit einem Elektrolyten zu befüllen. Die Befüllungsöffnung 10 kann beispielsweise ein Ventil aufweisen oder als ein solches ausgebildet sein.
Auf einer der Längsseiten 2b ist im gezeigten Beispiel ein Entlastungselement 11 angeordnet, das dazu eingerichtet ist, einen Gasdruck im Inneren des Gehäuses zu reduzieren. Das Entlastungselement 11 kann etwa als Ventil ausgebildet sein oder ein solches aufweisen. Das Entlastungselement wird vorzugsweise durch einen Abschnitt einer der Längsseiten 2b gebildet, der bei Überschreiten eines Gasdruckschwellenwerts ein Austreten von Gas aus dem Gehäuse 2 ermöglicht. Das Entlastungselement kann z.B. als Sollbruchstelle ausgebildet sein.
2 zeigt ein erstes Beispiel für Montagezustände der elektrochemischen Energiespeicherzelle 1 aus 1, die im in 1 eingezeichneten Querschnitt II dargestellt ist. In 2A wurden die ersten Ableiterfahnen 4a dabei bereits mit dem ersten Gehäuseteil A elektrisch leitend verbunden (z.B. über Laserschweißen oder Ultraschallschweißen). Ebenso sind die zweiten Ableiterfahnen 4b bereits mit dem Anschlusselement 5 elektrisch leitend verbunden, wobei das Anschlusselement 5 in einer Gehäusewand 6 des vom ersten Gehäuseteil A separaten zweiten Gehäuseteils B angeordnet ist.
Dabei sind die ersten Ableiterfahnen 4a vorzugsweise mit einer der Querseiten 2a elektrisch leitend verbunden, während das Anschlusselement 5 vorzugsweise in der anderen der Querseiten 2a angeordnet ist. Die elektrisch leitenden Verbindungen 8a, 8b zwischen den ersten bzw. zweiten Ableiterfahnen 4a, 4b und dem ersten Gehäuseteil A bzw. dem Anschlusselement 5 bilden dabei in bevorzugter Weise (senkrecht zur Zeichenebene stehende) Drehachsen, um die der ersten Gehäuseteil A bzw. der zweite Gehäuseteil B relativ zum Elektrodenstapel 3 verkippt sind.
Zum Zusammenfügen des Gehäuses können der erste Gehäuseteil A und der zweite Gehäuseteil B im Folgenden relativ zum Elektrodenstapel 3, insbesondere um jeweils 90°, verkippt werden, so dass beispielsweise die beiden Hauptseiten 2c einander gegenüberliegen.
2B zeigt die elektrochemische Energiespeicherzelle 1 nach dem „Zuklappen“ der beiden Gehäuseteile A, B, so dass der Elektrodenstapel 3 mit den herausragenden ersten Ableiterfahnen 4a der Elektroden der ersten Polarität und den herausragenden zweiten Ableiterfahnen 4b der Elektroden der zweiten Polarität innerhalb des Gehäuse angeordnet sind. sind dabei bereits mit einem ersten Gehäuseteil A elektrisch leitend verbunden. Die Hauptseiten 2c erstrecken sich dabei im Wesentlichen parallel zu den Elektroden im Elektrodenstapel.
Der erste Gehäuseteil A und der zweite Gehäuseteil B können in Folge miteinander verbunden werden, z.B. miteinander verschweißt, beispielsweise mittels Laserschweißen, um das Gehäuse zu versiegeln.
3 zeigt ein zweites Beispiel für einen Montagezustand der elektrochemischen Energiespeicherzelle 1 aus 1, die im in 1 eingezeichneten Querschnitt II dargestellt ist. Die ersten Ableiterfahnen 4a wurden dabei bereits in einem vorgelagerten Prozessschritt mit dem ersten Gehäuseteil A elektrisch leitend verbunden (z.B. über Laserschweißen oder Ultraschallschweißen). Die zweiten Ableiterfahnen 4b wurden ebenfalls analog zu den ersten Ableiterfahnen 4a bereits in einem vorgelagerten Prozessschritt mit dem in einer Gehäusewand 6 des vom ersten Gehäuseteil A separaten zweiten Gehäuseteils B angeordneten Anschlusselement 5 elektrisch leitend verbunden.
Der erste Gehäuseteil A, der vorzugsweise von einer der Querseiten 2a gebildet wird, und zumindest ein Teil des Elektrodenstapels 3 sind in einen dritten Gehäuseteil C eingeführt. Der dritte Gehäuseteil C weist dabei in bevorzugter Weise die zwei einander gegenüberliegenden Hauptseiten 2c und die zwei einander gegenüberliegenden (parallel zur Zeichenebene verlaufenden) Längsseiten auf.
Das Gehäuse kann zusammengefügt werden, indem der erste Gehäuseteil A und der zweite Gehäuseteil B zusammen mit dem Elektrodenstapel 3 weiter relativ zum dritten Gehäuseteil C, beispielsweise in einer Einschubrichtung R, verschoben werden bzw. der Elektrodenstapel 3 weiter in den dritten Gehäuseteil C eingeschoben wird. Der dritte Gehäuseteil C weist dabei in bevorzugter Weise einen Anschlag 12 auf, an dem der erste und zweite Gehäuseteil A, B und der Elektrodenstapel 3 ausgerichtet werden können. Beispielsweise kann der dritte Gehäuseteil C präzise mit dem ersten Gehäuseteil A und dem zweiten Gehäuseteil B verschweißt werden, wenn der erste Gehäuseteil A am Anschlag 12 anschlägt.
In einer alternativen Ausführung weist der Gehäuseteil C keinen Anschlag 12 auf, insbesondere wenn die drei Gehäuseteile A, B, C derart präzise gefertigt sind, dass der erste und/oder der zweite Gehäuseteil A, B kein oder nur kaum Spiel im dritten Gehäuseteil C haben. In diesem Fall kann zum zuverlässigen Verschweißen der drei Gehäuseteile A, B, C auch auf den Anschlag 12 verzichtet werden.
4 zeigt ein drittes Beispiel für einen Montagezustand der elektrochemischen Energiespeicherzelle 1 aus 1, die im in 1 eingezeichneten Querschnitt II dargestellt ist. Die zweiten Ableiterfahnen 4b sind bereits mit dem in einer Gehäusewand 6 des vom ersten Gehäuseteil A separaten zweiten Gehäuseteils B angeordneten Anschlusselement 5 elektrisch leitend verbunden.
Die ersten Ableiterfahnen 4a ragen dabei vorzugsweise aus dem zweiten Gehäuseteil B heraus, insbesondere auf einer der Gehäusewand 6, in der das Anschlusselement 5 angeordnet ist, gegenüberliegenden Seite des zweiten Gehäuseteils B. Die ersten Ableiterfahnen 4 können zu diesem Zweck beispielsweise durch eine Aussparung im zweiten Gehäuseteil B hindurch gesteckt werden, insbesondere derart, dass die erste elektrisch leitende Verbindung 8a zwischen den ersten Ableiterfahnen 4a und dem ersten Gehäuseteil A außerhalb des zweiten Gehäuseteils B hergestellt werden kann. Der zweite Gehäuseteil B kann, insbesondere im Bereich der ersten Ableiterfahnen 4a, beispielsweise eine Gehäusewand aufweisen, die zumindest einen Abschnitt einer der zwei Querseiten 2a bildet. Diese Gehäusewand weist in bevorzugter Weise die Aussparung auf, durch welche die ersten Ableiterfahnen 4a aus dem zweiten Gehäuseteil B hinausragen.
Dabei ist der erste Gehäuseteil A, der vorzugsweise von zumindest einem weiteren Abschnitt einer der zwei Querseiten 2a gebildet wird, im gezeigten Beispiel gegenüber dem Elektrodenstapel 3 bzw. dem zweiten Gehäuseteil B verkippt. Zum Zusammenfügen des Gehäuses kann der erste Gehäuseteil A, nachdem er mit den ersten Ableiterfahnen 4a verbunden, z.B. verschweißt, wurde, im Folgenden daher relativ zum Elektrodenstapel 3 bzw. dem zweiten Gehäuseteil B, insbesondere um 90°, verkippt und an den zweiten Gehäuseteil B geschweißt werden. Vorzugsweise sind die ersten Ableiterfahnen 4a flexibel ausgebildet, so dass sie beim Verkippen des ersten Gehäuseteils A in das zusammengefügt Gehäuse gefaltet werden.
Der erste Gehäuseteil A kann dabei einen Gehäuserand 13 aufweisen, der dazu eingerichtet ist, den zweiten Gehäuseteil B zu kontaktieren. Dadurch bildet der erste Gehäuseteil A auf der Querseite 2a, welche der Gehäusewand 6, in der das Anschlusselement 5 angeordnet ist, gegenüberliegt, eine Stufe, die zusätzlichen Raum für die zweiten Ableiterfahnen 4a bietet. Alternativ kann der erste Gehäuseteil A aber auch ohne den Gehäuserand 13 ausgebildet sein, so dass die Querseite 2a, welche der Gehäusewand 6, in der das Anschlusselement 5 angeordnet ist, gegenüberliegt, im Wesentlichen eben ausgebildet ist.
5 zeigt ein viertes Beispiel für einen Montagezustand der elektrochemischen Energiespeicherzelle 1 aus 1, die im in 1 eingezeichneten Querschnitt II dargestellt ist. Das Gehäuse 2 ist dabei bereits zusammengefügt, und die zweiten Ableiterfahnen 4b sind bereits mit dem in einer Gehäusewand 6 des vom ersten Gehäuseteil A separaten zweiten Gehäuseteils B angeordneten Anschlusselement 5 elektrisch leitend verbunden.
Die ersten Ableiterfahnen 4a sind dagegen vorzugsweise noch nicht mit dem Gehäuse 2 verbunden, sondern werden von wenigstens einem Halteelement 14 zumindest abschnittsweise gegen das Gehäuse 2, insbesondere gegen den ersten Gehäuseteil A, gedrückt. Das wenigstens eine Halteelement 14 positioniert somit die ersten Ableiterfahnen 4a zum Herstellen der elektrisch leitenden Verbindung zwischen den ersten Ableiterfahnen 4a und dem Gehäuse 2, insbesondere dem ersten Gehäuseteil A.
Die elektrisch leitende Verbindung zwischen den ersten Ableiterfahnen 4a und dem Gehäuse 2 kann beispielsweise hergestellt werden, indem ein Laserstrahl von einer Außenseite 7 des Gehäuses 2 aus auf diejenige Gehäusewand gerichtet wird, hinter der die ersten Ableiterfahnen 4a durch das wenigstens eine Halteelement 14 gegen die Gehäusewand 2 gedrückt werden. Die durch den Laserstrahl verursachte lokale Erhitzung der Gehäusewand bewirkt ein Verschweißen der Gehäusewand mit den dahinter angeordneten ersten Ableiterfahnen 4a.
Alternativ können die ersten Ableiterfahnen 4b auch durch einen Laserstrahl mit dem Gehäuse 2 verschweißt werden, indem der Laserstrahl durch eine Öffnung in das Innere des bereits zusammengesetzten Gehäuses 2 geführt wird. Der Laserstrahl kann dabei beispielsweise durch die in 1 gezeigte Befüllungsöffnung oder durch das in 1 gezeigte Entlastungselement in das Innere des bereits zusammengesetzten Gehäuses 2 geführt werden. Alternativ kann auch eine stabförmige Probe durch das Entlastungselement oder die Befüllungsöffnung eingeführt werden, mittels der die Ableiterfahnen zumindest abschnittsweise und/oder temporär fixiert, damit sie von außen z.B. mittels eines Lasers verschweißt werden können. In einer weiteren Ausführungsform weist die stabförmige Probe an der Spitze ein, z.B. lötkolbenartiges, Heizelement auf, durch das die Ableiterfahne direkt im Inneren des Gehäuses 2 mit der Gehäusewand verschweißt werden kann.
6 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Energiespeichermoduls 50, dass mehrere elektrochemische Energiespeicherzellen 1 aufweist. Die Energiespeicherzellen 1 sind, insbesondere paarweise, entlang einer Stapelrichtung S gestapelt und bilden zwei nebeneinander angeordnete Zellstapel 15a, 15b. Vorzugsweise bilden somit jeweils zwei Energiespeicherzellen 1 jeweils eine Lage des Moduls 50.
Die Energiespeicherzellen 1 können über eine Kontaktelektronik 16, welche die Energiespeicherzellen 1 vorzugsweise miteinander verschaltet, in einen Stromkreis, beispielsweise in ein Bordnetz eines Fahrzeugs, integriert werden. Die Kontaktelektronik 16 ist dabei in bevorzugter Weise dazu eingerichtet, die Anschlusselemente 5 der Energiespeicherzellen 1 und die Gehäuse der Energiespeicherzelle 1 elektrisch zu kontaktieren. Aus Übersichtlichkeitsgründen sind in 7 nur die Anschlusselemente 5 und die Gehäusekontaktierungen 17 in einer ersten Lage der Zellstapel 15a, 15b gezeigt. Um Bauraum einzusparen, sind die Energiespeicherzellen 1 dabei an einer ihrer (kurzen) Querseiten 2a kontaktiert.
Alternativ zu der in 7 gezeigten Anordnung, in der die Kontaktelektronik 16 jeweils zwischen zwei Energiespeicherzellen 1 in einer Lage des Energiespeichermoduls 50 angeordnet ist, kann die Kontaktelektronik 16 auch in der Weise auf zwei einander gegenüberliegenden Seiten des Energiespeichermoduls 50 angeordnet sein, dass die Energiespeicherzellen 1, vorzugsweise paarweise, zwischen der Kontaktelektronik 16 liegen. Mit anderen Worten befinden sich in diesem Fall die Anschlusselemente 5 und die Gehäusekontaktierungen 17 an den außenliegenden Querseiten der Energiespeicherzellen 1.
7 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens 100 zur Herstellung einer Energiespeicherzelle.
In einem Verfahrensschritt S1 werden mehrere Elektroden einer ersten Polarität und mehrere Elektroden einer der ersten Polarität entgegengesetzten zweiten Polarität in einem Elektrodenstapel angeordnet. Dabei werden vorzugsweise abwechselnd eine Elektrode der ersten Polarität eine Elektrode der zweiten Polarität aufeinandergestapelt, z.B. entlang einer Stapelrichtung. Zwischen jedem Elektrodenpaar der ersten und zweiten Polarität wird in bevorzugter Weise ein Separator, z.B. eine poröse Polymermembran, angeordnet, welcher die Elektroden voneinander elektrisch isoliert, Li-Ionen jedoch, z.B. durch Poren in der Polymermembran, passieren lässt.
Die Elektroden der ersten und zweiten Polarität weisen dabei jeweils Ableiterfahnen auf. Beim Stapeln werden die Elektroden vorzugsweise derart angeordnet, dass erste Ableiterfahnen der Elektroden der ersten Polarität auf einer ersten Seite des gebildeten Elektrodenstapels und zweite Ableiterfahnen der Elektroden der zweiten Polarität einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite des Elektrodenstapels aus dem Elektrodenstapel herausragen.
In einem weiteren Verfahrensschritt S2 wird vorzugsweise eine elektrische Verbindung zwischen den ersten Ableiterfahnen und einem ersten Gehäuseteil hergestellt, und in einem weiteren Verfahrensschritt S3 wird vorzugsweise eine elektrische Verbindung zwischen den zweiten Ableiterfahnen und einem Anschlusselement, das in einer Gehäusewand eines zweiten Gehäuseteils angeordnet ist, hergestellt. Die elektrische Verbindung kann beispielsweise durch stoffschlüssige Verbindung der ersten und zweiten Ableiterfahnen mit dem ersten Gehäuseteil bzw. dem Anschlusselement hergestellt werden, etwa durch Ultraschallschweißen oder vorzugsweise durch Laserschweißen.
In einem weiteren Verfahrensschritt S4 werden der erste Gehäuseteil und der zweite Gehäuseteil miteinander verbunden, beispielsweise indem der erste und zweite Gehäuseteil durch Verkippen relativ zum Elektrodenstapel zusammengefügt werden. In einem weiteren Verfahrensschritt S5 kann das derart zusammengefügt Gehäuse versiegelt werden. Das Versiegeln wird in bevorzugter Weise ebenfalls durch eine stoffschlüssige Verbindung zwischen den Gehäuseteilen erreicht, insbesondere durch Verschweißen der Gehäuseteile durch einen Laserstrahl.
Alternativ zum in 8 gezeigten Verfahrensablauf sind auch andere Ausführungen des Verfahrens 100 denkbar. Beispielsweise kann das Gehäuse aus dem ersten und zweiten Gehäuseteil zumindest teilweise zusammengesetzt werden, bevor die elektrischen Verbindungen in den Verfahrensschritten S2, S3 hergestellt werden. Ebenso ist es möglich, zunächst die ersten Ableiterfahnen mit dem ersten Gehäuseteil zu verbinden und dann das Gehäuse zumindest teilweise zusammenzufügen, bevor dann die zweiten Ableiterfahnen mit dem Anschlusselement verbunden werden, oder umgekehrt.
Bezugszeichenliste

1: elektrochemische Energiespeicherzelle
2: Gehäuse
2a, 2b, 2c: Querseite, Längsseite, Hauptseite
3: Elektrodenstapel
3a, 3b, 3c: erste, zweite, dritte Seite
4a, 4b: erste, zweite Ableiterfahnen
5: Anschlusselement
6: Gehäusewand
7: Außenseite
8a, 8b: erste, zweite elektrisch leitende Verbindung
9: Isolationsmaterial
10: Befüllungsöffnung
11: Entlastungselement
12: Anschlag
13: Gehäuserand
14: Halteelement
15a, 15b: Zellstapel
16: Kontaktelektronik
17: Gehäusekontaktierung
50: Energiespeichermodul
100: Verfahren
S1-S5: Verfahrensschritte
A, B, C: erster, zweiter, dritter Gehäuseteil
S: Stapelrichtung
R: Einschubrichtung

Claims

Elektrochemische Energiespeicherzelle (1), insbesondere für ein Fahrzeug, aufweisend: -einen Elektrodenstapel (3), der mehrere Elektroden einer ersten Polarität und mehrere Elektroden einer der ersten Polarität entgegengesetzten zweiten Polarität enthält, wobei die Elektroden der ersten Polarität jeweils eine erste Ableiterfahne (4a) aufweisen, die auf einer ersten Seite (3a) des Elektrodenstapels (3) aus dem Elektrodenstapel (3) herausragt, und die Elektroden der zweiten Polarität jeweils eine zweite Ableiterfahne (4b) aufweisen, die auf einer der ersten gegenüberliegenden zweiten Seite (3b) des Elektrodenstapels (3) aus dem Elektrodenstapel (3) herausragt; -ein Gehäuse (2), in dem der Elektrodenstapel (3) angeordnet ist und das mit den ersten Ableiterfahnen (4a) elektrisch leitend verbunden ist; und -ein in einer Gehäusewand (6) des Gehäuses (2) angeordnetes und mit den zweiten Ableiterfahnen (4b) elektrisch verbundenes Anschlusselement (5), das gegenüber dem Gehäuse (2) elektrisch isoliert und dazu eingerichtet ist, eine Außenseite (7) des Gehäuses (3) und die zweiten Ableiterfahnen (4b) elektrisch zu verbinden.
Energiespeicherzelle (1) nach Anspruch 1, wobei das Gehäuse (2) als prismatisches Gehäuse ausgebildet ist, das zwei einander gegenüberliegende Querseiten (2a) mit jeweils einem ersten Flächeninhalt, zwei einander gegenüberliegenden Längsseiten (2b) mit jeweils einem zweiten Flächeninhalt und zwei einander gegenüberliegenden Hauptseiten (2c) mit jeweils einem dritten Flächeninhalt aufweist, und wobei das Anschlusselement (5) in einer der Querseiten (2a) angeordnet ist und der erste Flächeninhalt kleiner sowohl als der zweite als auch der dritte Flächeninhalt ist.
Energiespeicherzelle (1) nach Anspruch 2, des Weiteren aufweisend wenigstens ein Entlastungselement (11), welches auf einer der Längsseiten (2b) angeordnet und dazu eingerichtet ist, einen Gasdruck im Gehäuseinneren zu reduzieren.
Energiespeicherzelle (1) nach Anspruch 3, wobei das Gehäuse (2) einen Gaskanal aufweist, der am Entlastungselement (11) mündet.
Energiespeicherzelle (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Gehäuse (2) aus wenigstens einem ersten Gehäuseteil (A), der mit den ersten Ableiterfahnen (4a) elektrisch verbunden ist, und einem zweiten Gehäuseteil (B), in dem das Anschlusselement (5) angeordnet ist, zusammengesetzt ist.
Energiespeichermodul (50), das wenigstens zwei Energiespeicherzellen (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche aufweist.
Energiespeichermodul (50) nach Anspruch 6, wobei die wenigstens zwei Energiespeicherzellen (1) in zwei einander gegenüberliegenden Zellstapeln (15a, 15b) angeordnet sind.
Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, mit einem Energiespeichermodul (50) nach Anspruch 6 oder 7.
Verfahren (100) zur Herstellung einer Energiespeicherzelle (1), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 5, aufweisend die folgenden Arbeitsschritte: - Anordnen (S1) von mehreren Elektroden einer ersten Polarität und mehreren Elektroden einer der ersten Polarität entgegengesetzten zweiten Polarität in einem Elektrodenstapel (3) in der Weise, dass erste Ableiterfahnen (4a) der Elektroden der ersten Polarität jeweils auf einer ersten Seite (3a) des Elektrodenstapels (3) aus dem Elektrodenstapel (3) herausragen und zweite Ableiterfahnen (4b) der Elektroden der zweiten Polarität jeweils auf einer der ersten gegenüberliegenden zweiten Seite (3b) des Elektrodenstapels (3) aus dem Elektrodenstapel (3) herausragen; - Herstellen (S2) einer ersten elektrischen Verbindung (8a) zwischen den ersten Ableiterfahnen (4a) und einem Gehäuse (2); - Herstellen (S3) einer zweiten elektrischen Verbindung (8b) zwischen den zweiten Ableiterfahnen (4b) und einem in einer Gehäusewand (6) des Gehäuses (2) angeordneten Anschlusselement (5), das gegenüber dem Gehäuse (2) elektrisch isoliert und dazu eingerichtet ist, eine Außenseite (7) des Gehäuses (2) und die zweiten Ableiterfahnen (4b) elektrisch zu verbinden; und - Versiegeln (S5) des Gehäuses (2).
Verfahren (100) nach Anspruch 9, wobei die erste elektrische Verbindung (8a) zwischen den ersten Ableiterfahnen (4a) und einem ersten Gehäuseteil (A) hergestellt wird und die zweite elektrische Verbindung (B) zwischen den zweiten Ableiterfahnen (4b) und einem Anschlusselement (5) hergestellt wird, das in einer Gehäusewand (6) eines vom ersten Gehäuseteil (A) separat bereitgestellten zweiten Gehäuseteils (B) angeordnet ist, des Weiteren aufweisend den folgenden Arbeitsschritt: -Zusammenfügen (S4) des ersten und zweiten Gehäuseteils (A, B).
Verfahren (100) nach Anspruch 10, wobei der erste und zweite Gehäuseteil (A, B) nach dem Herstellen der elektrischen Verbindungen (8a, 8b) zusammengefügt werden, indem wenigstens der erste Gehäuseteil (A) oder der zweite Gehäuseteil (B) relativ zum Elektrodenstapel (3) verkippt wird.
Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 10 oder 11, wobei der erste und zweite Gehäuseteil (A, B) zusammengefügt werden, indem wenigstens der erste Gehäuseteil (A) und der Elektrodenstapel (3) oder der zweite Gehäuseteil (B) und der Elektrodenstapel (3) gemeinsam relativ zu einem dritten Gehäuseteil (C) verschoben werden.
Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei die ersten Ableiterfahnen (4a) beim Herstellen der ersten elektrischen Verbindung (8a) mit dem ersten Gehäuseteil (A) zumindest abschnittsweise von einem Halteelement (14) gegen den ersten Gehäuseteil (A) gedrückt werden.
Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 9 bis 13, wobei die erste elektrische Verbindung (8a) der ersten Ableiterfahnen (4a) mit dem ersten Gehäuseteil (A) und/oder die zweite elektrische Verbindung (8b) der zweiten Ableiterfahnen (4b) mit dem zweiten Gehäuseteil (B) und/oder das zusammengesetzte Gehäuse (2) durch Laserschweißen hergestellt bzw. versiegelt wird.
Verfahren (100) nach Anspruch 13, wobei das Halteelement zumindest teilweise durch eine Befüllungsöffnung (10) oder ein Entlastungselement (11) des bereits zusammengesetzten Gehäuses (2) in das Innere des bereits zusammengesetzten Gehäuses (2) geführt wird.