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Die Erfindung betrifft eine Batteriezelle und eine Batterieanordnung mit einer Mehrzahl von solchen Batteriezellen.
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Aus dem Stand der Technik, zum Beispiel aus
DE 10 2010 039 979 A1 ist eine Batteriezelle, insbesondere eine Lithium-Ionen-Batteriezelle, bekannt, welche ein Zellengehäuse mit einer zur Aufstellung der Batteriezelle dienenden Grundfläche und wenigstens einer Seitenfläche und zwei Terminals aufweist, wobei ein erstes Terminal mit der Katode der Batteriezelle und ein zweites Terminal mit der Anode der Batteriezelle elektrisch leitfähig verbunden ist, und wobei die Terminals an wenigstens einer Seitenfläche des Zellengehäuses angeordnet sind. Dabei umfasst das Batteriezellenmodul mehrere der erfindungsgemäßen Batteriezellen, wobei ein Terminal einer ersten Batteriezelle ein Terminal einer zweiten Batteriezelle kontaktiert.
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Die aus dem Stand der Technik bekannten Batteriezellen sind aus vielen Einzelteilen und hochkomplex zusammengebaut und benötigen im Zusammenbau zum Gesamtmodul zusätzliche Bauteile zur strukturellen Stabilität.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Batterieanordnung und eine verbesserte Batteriezelle anzugeben, welche insbesondere eine hohe Festigkeit und Steifigkeit bei gleichzeitigem einfachem Aufbau aufweist.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Batteriezelle mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch eine Batterieanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 9.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die erfindungsgemäße Batteriezelle umfasst zumindest ein Gehäuse mit einer Gehäuseoberseite, einer Gehäuseunterseite und zwei einander gegenüberliegenden Gehäuseseitenflächen, auf welchen Terminals, insbesondere zur elektrischen Verbindung mit einer anderen Batteriezelle, angeordnet sind, wobei die Batteriezelle mindestens zwei Terminals umfasst, wobei ein erstes Terminal durch einen Gehäuseseitenflächenabschnitt einer zugehörigen äußeren Gehäuseseitenfläche gebildet ist und ein zweites Terminal von einer zugehörigen äußeren Gehäuseseitenfläche senkrecht absteht oder die mindestens zwei Terminals von einander gegenüberliegenden Gehäuseseitenflächen senkrecht abstehen oder die mindestens zwei Terminals durch Gehäuseseitenflächenabschnitte von einander gegenüberliegenden Gehäuseseitenflächen gebildet sind.
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Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass gegenüber einer herkömmlichen oberseitigen oder unterseitigen Kontaktierung der Batteriezellen miteinander durch die erfindungsgemäße seitliche Kontaktierung mittels der auf äußeren Gehäuseseitenflächen angeordneten Terminals, auch Polterminals oder Polkontakte genannt, mehr Fläche zur Kontaktierung zur Verfügung steht und damit eine stabile und feste Verbindung sowie verbesserte Kontaktierung aufgrund verringerter elektrischer Widerstände ermöglicht ist. Insbesondere kann ein vorhandener Zwischenraum zwischen zwei benachbarten Batteriezellen einfach genutzt werden, wobei gleichzeitig obenliegende oder unterliegende Terminals entfallen. Somit ist die Batteriezelle bauraumoptimiert ausgebildet. Zudem können benachbarte Batteriezellen mittels der zwischen diesen Batteriezellen vorgesehenen Terminals, die an den einander gegenüberliegenden äußeren Gehäuseseitenflächen von zwei benachbarten Batteriezellen angeordnet sind, direkt miteinander elektrisch verbunden werden. Hierdurch können weitere Einzelbauteile, wie zum Beispiel herkömmliche Zellverbinder, entfallen. Somit können Fertigungsaufwand und Fertigungskosten reduziert werden. Ferner kann durch ein Verlegen von Batteriekontakten von einer Oberseite an eine Seitenfläche mindestens einer Batteriezelle eine Batteriezellengesamthöhe und eine Batterieanordnungsgesamthöhe in eine Z-Richtung verkleinert werden.
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Eine solche Batteriezelle mit seitlichen Terminals ermöglicht zudem eine versetzte Anordnung von benachbarten Batteriezellen zueinander. Die Terminals sind als Polterminals oder Polkontakte mit metallischen Kontaktflächen ausgebildet.
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Unter einer Batteriezelle wird insbesondere eine Einzelzelle oder ein wiederaufladbares galvanisches Element oder ein wiederaufladbarer Akkumulator, insbesondere eine Lithium-Ionen-Zelle oder Festkörperzelle, verstanden. Die Batteriezelle ist insbesondere für eine Antriebsbatterie zur elektrischen Energieversorgung mindestens eines elektrischen Antriebsmotors zum Antrieb eines Fahrzeugs, insbesondere eines Elektrofahrzeugs oder Hybridfahrzeugs, vorgesehen.
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In einer möglichen Ausführungsform sind das erste Terminal und das zweite Terminal auf derselben äußeren Gehäuseseitenfläche vorgesehen. Alternativ können das erste Terminal und das zweite Terminal auf einander gegenüberliegenden äußeren Gehäuseseitenflächen vorgesehen sein. Beispielsweise können das erste Terminal und das zweite Terminal gleichpolig ausgebildet sein. Alternativ können das erste Terminal und das zweite Terminal gegenpolig ausgebildet sein. Insbesondere ermöglicht die Erfindung mittels der variablen Anordnung und Ausgestaltung der seitlichen Terminals verschiedene Verschaltungsmöglichkeiten von benachbarten Batteriezellen mittels der Terminals, zum Beispiel eine Parallelschaltung, einer Reihenschaltung oder eine kombinierte Reihen- und Parallelschaltung.
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Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass das jeweilige Terminal auf der zugehörigen äußeren Gehäuseseitenfläche sich in Hochrichtung, beispielsweise einer Z-Richtung, oder in Längsrichtung, beispielsweise einer X-Richtung, erstreckt. Insbesondere durch Nutzung der äußeren Gehäuseseitenfläche für die Terminals sind größere, insbesondere längere, Kontaktflächen (auch Kontaktierstellen genannt) ermöglicht. Beispielsweise kann sich das jeweilige Terminal entlang nahezu der gesamten Zelllänge oder Zellhöhe erstrecken. Dies ermöglicht eine verbesserte Stromtragfähigkeit über die gesamte Batteriezelle und über die gesamte Batterieanordnung (auch Batteriemodul oder Gesamtmodul genannt).
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Zudem können die Terminals benachbarter Batteriezellen direkt miteinander verbunden, insbesondere stoffschlüssig miteinander gekoppelt, beispielsweise verbunden, zum Beispiel miteinander verschweißt werden. Beispielsweise können die Terminals benachbarter Batteriezellen mittels Laserstrahlschweißens miteinander verbunden werden. Durch die Gestaltung eines solchen Fügestoßes als sogenannte I-Naht am Stumpfstoß werden die Nahtfindung für das Laserstrahlschweißen vereinfacht sowie die Schweißeigenschaften gegenüber dem Ausführen einer konventionellen I-Naht am Überlappstoß verbessert. Zudem weist ein solches Laserschweißverfahren einen geringeren Leistungsaufwand auf.
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Eine Weiterbildung sieht vor, dass zumindest das zweite Terminal, das von der zugehörigen äußeren Gehäuseseitenfläche senkrecht absteht, ein Abstandselement bildet. Beispielsweise können über die Dicke/Höhe des/der abstehenden Terminals die Abstände benachbarter Batteriezellen zueinander definiert eingestellt werden. Hierdurch sind zusätzlich verbesserte Kühl- und/oder Temperiereigenschaften der Batteriezellen in der Batterieanordnung ermöglicht.
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Zusätzlich kann zumindest eine Batteriezelle eine Überdruckschutzeinrichtung auf der Gehäuseoberseite und/oder der Gehäuseunterseite aufweisen. Beispielsweise kann die Überdruckschutzeinrichtung eine Berstmembran auf der Gehäuseoberseite und/oder der Gehäuseunterseite umfassen. Hierdurch sind Ventingeigenschaften der Batteriezelle verbessert. Zudem sind größere und/oder mehrere Berstmembranen, zum Beispiel obenliegend und/oder untenliegend, ermöglicht.
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Die erfindungsgemäße Batterieanordnung umfasst zumindest eine Mehrzahl von Batteriezellen, wie diese zuvor beschrieben wurden, wobei einander benachbarte Batteriezellen (auch einander angrenzende oder einander gegenüberstehende Batteriezellen genannt) mittels der Terminals direkt elektrisch leitend miteinander verbunden sind, insbesondere stoffschlüssig miteinander verbunden sind, zum Beispiel miteinander verschweißt sind.
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Unter einer Batterieanordnung wird insbesondere ein sogenanntes Batteriemodul oder Batteriepack verstanden, welches eine Mehrzahl von den zuvor beschriebenen Batteriezellen umfasst, die nebeneinander angeordnet und elektrisch miteinander verbunden sind, insbesondere in Reihenschaltung oder Parallelschaltung elektrisch miteinander verbunden sind. Die mehreren Batteriezellen können gemeinsame elektrische und/oder mechanische Einheiten umfassen.
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Durch Verwendung der Terminals auf den äußeren Gehäuseseitenflächen, insbesondere von zwei Terminals pro äußerer Gehäuseseitenfläche, und deren Anbindung an Terminals von äußeren Gehäuseseitenflächen benachbarter Batteriezellen kann die Gesamtfestigkeit und Steifigkeit der Batterieanordnung (auch Batteriemodul genannt) erhöht werden, so dass gegebenenfalls weitere Strukturbauteile (wie zum Beispiel ein Rahmen, Versteifungen oder dergleichen) geringer dimensioniert oder gar komplett entfallen können.
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Darüber hinaus ermöglichen derartige flächige Terminals in einfacher Art und Weise eine direkte elektrische Verbindung. Beispielsweise können Terminals benachbarter Batteriezellen direkt miteinander verschweißt, besonders bevorzugt mittels Laserstrahlschweißens, miteinander verbunden werden. Weiterhin bevorzugt können die Terminals über eine oder mehrere I-Schweißnähte miteinander verbunden werden.
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Zusätzlich kann zumindest das zweite Terminal als Abstandselement und/oder als Abstandshalter zwischen zwei benachbarten Batteriezellen ausgebildet sein. Dabei können in einem zwischen den benachbarten Batteriezellen unterhalb oder seitlich oder neben dem/den Abstandselementlen Zwischenraum (auch übrige äußerer Gehäuseseitenfläche genannt) beispielsweise Spannmatten und/oder Kühlelemente und/oder Befestigungselemente sowie optional Verbindungsmaterial, wie zum Beispiel Klebstoff, vorgesehen und gegebenenfalls angebracht sein, sodass kein Leerraum oder Hohlraum im Zwischenraum zwischen zwei benachbarten Batteriezellen entsteht.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Dabei zeigen:
- 1 schematisch in perspektivischer Darstellung eine Batteriezelle mit zwei Terminals,
- 2 schematisch in perspektivischer Darstellung ein erstes Ausführungsbeispiel einer Batterieanordnung mit mehreren Batteriezellen und direkter Kontaktierung über seitliche Terminals,
- 3 schematisch in perspektivischer Darstellung ein zweites Ausführungsbeispiel einer Batterieanordnung mit mehreren Batteriezellen und direkter Kontaktierung über seitliche Terminals,
- 4 schematisch in perspektivischer Darstellung eine Batteriezellen mit mehreren Terminals auf jeder ihrer äußeren Gehäuseseitenflächen,
- 5 schematisch in perspektivischer Darstellung ein drittes Ausführungsbeispiel einer Batterieanordnung mit mehreren direkt elektrisch verbundenen Batteriezellen,
- 6 schematisch in perspektivischer Darstellung ein viertes Ausführungsbeispiel einer Batteriezelle und einer Batterieanordnung mit mehreren direkt elektrisch verbundenen Batteriezellen.
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Einander korrespondierende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Hierin in Bezug auf eine bestimmte Figur beschriebene Merkmale und Vorteile einer Batteriezelle oder einer Batterieanordnung sind ebenso auf eine weitere hierin beschriebene Ausführungsformen anwendbar.
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1 zeigt schematisch in perspektivischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel einer Batteriezelle 1 mit zwei Terminals 2.
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Unter der Batteriezelle 1 wird insbesondere eine Einzelzelle oder ein wiederaufladbares galvanisches Element oder ein wiederaufladbarer Akkumulator verstanden. Die Batteriezelle 1 kann insbesondere eine Lithium-Ionen-Zelle oder Festkörperzelle sein. Die Batteriezelle 1 umfasst in herkömmlicher Art und Weise ein nicht dargestellter Elektrolyt, das elektrische Energie auf elektrochemischer Basis speichert, und zwei unterschiedliche nicht dargestellte Elektroden (Kathode und Anode), die mit den Terminals 2 (auch Polterminals oder Polkontakte genannt) elektrisch verbunden sind. Der Elektrolyt und die Elektroden sind in einem Gehäuse 4 der Batteriezelle 1 angeordnet.
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Die Batteriezelle 1 ist insbesondere für eine Antriebsbatterie zur elektrischen Energieversorgung mindestens eines elektrischen Antriebsmotors zum Antrieb eines Fahrzeugs, insbesondere eines Elektrofahrzeugs oder Hybridfahrzeugs, vorgesehen.
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Das Gehäuse 4 der Batteriezelle 1 umfasst eine Gehäuseoberseite 4.1, eine Gehäuseunterseite 4.2 und zwei einander gegenüberliegende Gehäuseseitenflächen 4.3, 4.4.
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Auf den beiden Gehäuseseitenflächen 4.3, 4.4 ist jeweils als Polkontakt ein Terminal 2 mit einer zugehörigen Kontaktfläche 2.1 vorgesehen. Die Terminals 2 dienen der elektrischen Verbindung mit zumindest einer anderen benachbarten Batteriezelle 1.n (dargestellt in 2).
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Die Batteriezelle 1 gemäß 1 umfasst beispielsweise zwei Terminals 2.
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Ein erstes Terminal 2.2 und ein zweites Terminal 2.3 stehen jeweils von einer zugehörigen äußeren Gehäuseseitenfläche 4.4 beziehungsweise 4.3 senkrecht ab. Mit anderen Worten: Das erste Terminal 2.2 und das zweite Terminal 2.3 kann jeweils als ein separates Kontaktterminal, zum Beispiel ein Kontaktpad oder eine Kontaktplatte, ausgebildet sein, das/die auf der zugehörigen äußeren Gehäuseseitenfläche 4.4, 4.3 isoliert zu ihr herausgeführt oder herausgeformt ist/wird. Alternativ können das erste Terminal 2.2 und das zweite Terminal 2.3 einstückig mit der zugehörigen äußeren Gehäuseseitenfläche 4.4 beziehungsweise 4.3 ausgebildet sein, beispielsweise als eine Erhebung ausgeformt sein.
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Das erste Terminal 2.2 kann beispielsweise mit der Anode der Batteriezelle 1 verbunden sein und einen Anodenpolkontakt bilden. Das zweite Terminal 2.3 kann beispielsweise mit der Kathode der Batteriezelle 1 verbunden sein und einen Kathodenpolkontakt bilden. Hierzu sind die Terminals 2.2, 2.3 als Polterminals oder Polkontakte mit metallischen Kontaktflächen 2.1 ausgebildet. Die beiden Terminals 2.2 und 2.3 sind somit gegenpolig ausgebildet.
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Das erste Terminal 2.2 und das zweite Terminal 2.3 sind auf einander gegenüberliegenden äußeren Gehäuseseitenflächen 4.3, 4.4 vorgesehen. Insbesondere ermöglicht die Erfindung mittels einer variablen Anordnung und Ausgestaltung der seitlichen Terminals 2, 2.2, 2.3 verschiedene Verschaltungsmöglichkeiten von benachbarten Batteriezellen 1.n (dargestellt in 2 beispielhaft) mittels der seitlichen Terminals 2, 2.2, 2.3, zum Beispiel eine Parallelschaltung, einer Reihenschaltung oder eine kombinierte Reihen- und Parallelschaltung.
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Beispielsweise können mehrere Terminals 2.2 und/oder Terminals 2.3 alternativ gleichpolig ausgebildet sein, dargestellt in 4. Diese können in einer möglichen Ausführungsform auf derselben äußeren Gehäuseseitenfläche 4.3 oder 4.4 vorgesehen sein, dargestellt in 4.
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Im Beispiel nach 1 erstreckt sich das jeweilige Terminal 2.2, 2.3 auf der zugehörigen äußeren Gehäuseseitenfläche 4.3, 4.4 in Längsrichtung x. Insbesondere durch Nutzung der äußeren Gehäuseseitenflächen 4.3, 4.4 für die Terminals 2.2, 2.3 sind größere, insbesondere längere, Kontaktflächen 2.1 (auch Kontaktierstellen genannt) ermöglicht. Beispielsweise kann sich das jeweilige Terminal 2.2, 2.3 entlang nahezu der gesamten Zelllänge in Längsrichtung x der Batteriezelle 1 erstrecken.
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Zusätzlich kann die Batteriezelle 1 eine Überdruckschutzeinrichtung 6 zum Beispiel auf der Gehäuseoberseite 4.1 aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann die Batteriezelle 1 die Überdruckschutzeinrichtung 6 auf der Gehäuseunterseite 4.2 aufweisen (nicht näher dargestellt).
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Beispielsweise kann die Überdruckschutzeinrichtung 6 als eine Berstmembran oder ein Überdruckventil ausgebildet sein. Hierdurch sind Ventingeigenschaften der Batteriezelle 1 verbessert.
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2 zeigt schematisch in Explosionsdarstellung ein erstes Ausführungsbeispiel einer Batterieanordnung 20 (auch Batteriemodul oder Batteriepack genannt) mit mehreren Batteriezellen 1, 1.1 bis 1.n und direkter Kontaktierung über seitliche Terminals 2, 2.2, 2.3. Einander benachbarte Batteriezellen 1.1 bis 1.n (auch einander angrenzende oder einander gegenüberstehende Batteriezellen genannt) sind mittels der seitlichen Terminals 2 direkt elektrisch leitend miteinander verbunden.
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Die Batterieanordnung 20 kann Batteriezellen 1.1 bis 1.n mit verschiedenartigen Terminals 2, 2.2, 2.3 umfassen.
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Beispielsweise kann die mittlere Batteriezelle 1.2 als elektrische Kontaktflächen oder Polkontakte erste Terminals 2.2 umfassen, die durch einander gegenüberliegende Gehäuseseitenflächenabschnitte 4.3.1, 4.4.1 gebildet sind. Beispielsweise können die zugehörigen Gehäuseseitenflächen 4.3 und 4.4 der mittleren Batteriezelle 1.2 elektrisch isoliert voneinander und nur die Gehäuseseitenflächenabschnitte 4.3.1 und 4.4.1 der mittleren Batteriezelle 1.2 elektrisch leitfähig und zusätzlich voneinander elektrisch isoliert ausgebildet sein.
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Die jeweils äußere Batteriezelle 1.1 oder 1.n kann als elektrische Kontaktflächen zweite Terminals 2.3 umfassen, die jeweils von den einander gegenüberliegenden Gehäuseseitenflächen 4.3, 4.4 abstehen, die elektrisch isoliert voneinander ausgebildet sind.
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Insbesondere kann das jeweils erste Terminal 2.2 der mittleren Batteriezelle 1.2 durch die Gehäuseseitenflächenabschnitte 4.3.1 und 4.4.1 der zugehörigen äußeren Gehäuseseitenfläche 4.3 und 4.4 gebildet sein. Mit anderen Worten: Das erste Terminal 2.2 ist durch einen Abschnitt (= Gehäuseseitenflächenabschnitt 4.3.1, 4.4.1) der betreffenden äußeren Gehäuseseitenfläche 4.3, 4.4 selbst gebildet.
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Die beiden äußeren Batteriezellen 1.1 und 1.n weisen jeweils auf ihren zugehörigen äußeren Gehäuseseitenflächen 4.3, 4.4 zweite Terminals 2.3 auf, die von den äußeren Gehäuseseitenflächen 4.3, 4.4 jeweils in Richtung der mittleren Batteriezelle 1.2 abstehen.
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Die aneinander angrenzenden Terminals 2.2, 2.3 der benachbarten Batteriezellen 1.1 und 1.2 sowie der benachbarten Batteriezellen 1.2 und 1.n werden direkt miteinander verbunden, insbesondere geschweißt.
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In der Vergrößerung ist der Kontaktbereich zwischen der äußeren Gehäuseseitenfläche 4.4 der mittleren Batteriezelle 1.2 und der äußeren Gehäuseseitenfläche 4.3 der äußeren Batteriezelle 1.n im Detail in der 2 schematisch dargestellt. Das erste, als Gehäuseseitenflächenabschnitt 4.4.1 ausgebildete Terminal 2.2 der mittleren Batteriezelle 1.2 und das zweite, von der Gehäuseseitenfläche 4.3 abstehende Terminal 2.3 der benachbarten Batteriezelle 1.n sind direkt miteinander elektrisch verbunden. Beispielsweise sind die Terminals 2.2, 2.3 mittels einer Schweißnaht 8 miteinander verbunden, besonders bevorzugt mittels Laserstrahlschweißens, miteinander verbunden. Hierdurch sind die benachbarten Batteriezellen 1.1 bis 1.n in Reihenschaltung elektrisch miteinander verbunden.
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Durch Verwendung der Terminals 2.2, 2.3 auf den äußeren Gehäuseseitenflächen 4.3, 4.4 und deren direkten Verbindung miteinander von benachbarten Batteriezellen 1.1 und 1.2, 1.2 und 1.n, können die Gesamtfestigkeit und Steifigkeit der Batterieanordnung 20 erhöht werden.
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Zusätzlich bildet zumindest das abstehende zweite Terminal 2.3 der jeweiligen Batteriezelle 1.1 bis 1.n ein Abstandselement 9 zwischen zwei benachbarten Batteriezellen 1.1 bis 1.n. Die Dicke des Abstandselements 9 in Querrichtung y bestimmt dabei die Größe des Abstands zwischen den benachbarten Batteriezellen 1.1 bis 1.n. Der Abstand kann beispielsweise in einem Bereich von 0,1 mm bis 10 mm liegen. Mit anderen Worten: Das Abstandselement 9 kann eine Dicke von 0,1 mm bis 10 mm aufweisen.
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Alternativ können alle Batteriezellen 1.1 bis 1.n identisch aufgebaut sein und beispielsweise auf der einen Gehäuseseitenfläche 4.3 erste Terminals 2.2, die jeweils durch den zugehörigen Gehäuseseitenflächenabschnitt 4.3.1 gebildet sind, und auf der anderen gegenüberliegenden Gehäuseseitenfläche 4.4 zweite Terminals 2.3 umfassen, die jeweils von dieser Gehäuseseitenfläche 4.4 abstehen. Die Gehäuseseitenflächen 4.3 und 4.4 einer jeden Batteriezelle 1.1 bis 1.n sind elektrisch isoliert voneinander ausgeführt. Die Terminals 2.2, 2.3 einer jeweiligen Batteriezelle 1.1 bis 1.n dienen als elektrische Kontaktflächen oder Polkontakte der jeweiligen Zelle und sind zueinander elektrisch isoliert ausgebildet und mit Terminals 2.2, 2.3 benachbarter Batteriezellen 1.1 bis 1.n elektrisch leitend verbunden.
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Beispielsweise können die Batteriezellen 1.n in Reihenschaltung oder Parallelschaltung elektrisch leitend miteinander verbunden sein. Die mehreren Batteriezellen 1.n können gemeinsame elektrische und/oder mechanische Einheiten, zum Beispiel Batterieüberwachungseinheiten, Batteriesteuerungseinheiten, umfassen.
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3 zeigt schematisch in Explosionsdarstellung ein zweites Ausführungsbeispiel einer Batterieanordnung 200 mit mehreren Batteriezellen 1.1 bis 1.n und direkter Kontaktierung über seitliche Terminals 2, 2.2, 2.3.
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Die Batterieanordnung 200 unterscheidet sich von der Batterieanordnung 20 einerseits darin, dass zwischen den benachbarten Batteriezellen 1.1 und 1.2 ein Füllelement 11 angeordnet ist. Das Füllelement 11 dient insbesondere dem Füllen eines Leerraums oder Hohlraums im Zwischenraum 12 zwischen den zwei benachbarten Batteriezellen 1.1 und 1.2. Bevorzugt ist das Füllelement 11 unterhalb des als Abstandselement 9 ausgebildeten Terminals 2.3 angeordnet.
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Das Füllelement 11 kann beispielsweise eine Spannmatte, eine Ausgleichsmatte und/oder ein Kühlelement, wie zum Beispiel eine Kühlplatte, und/oder ein Befestigungselement, wie zum Beispiel eine Befestigungsmatte, sein. Insbesondere kann das Füllelement 11 aus einem Isolationsmaterial, insbesondere einem nicht elektrisch leitfähigen Material, zum Beispiel Kunststoff, Schaumstoff, gebildet sein. Das Kühlelement kann passiv aus einem Kühlmaterial, insbesondere einem wärmeleitenden Material, gebildet sein. Alternativ oder zusätzlich kann das Kühlelement aktiv ausgebildet sein und zum Beispiel mit Kühlkanälen versehen sein, welche schlangenförmig um das Gehäuse 4 angeordnet und von einem Kühlmedium durchflossen sein können.
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Zusätzlich oder alternativ kann als Füllelement 11 ein Verbindungsmaterial, wie zum Beispiel ein Klebstoff, vorgesehen sein.
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Die Batterieanordnung 200 unterscheidet sich von der Batterieanordnung 20 andererseits darin, dass auf beiden Gehäuseseitenflächen 4.3, 4.4 jeweils das zweite abstehende Terminal 2.3 angeordnet ist, so dass der Abstand zwischen zwei Batteriezellen 1.1 und 1.2 sowie 1.2 und 1.n doppelt so groß ist, wie der Abstand bei der Batterieanordnung 20 gemäß 2.
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Zum Verbinden der abstehenden Terminals 2.3 kann ein Schweißgerät in Hochrichtung z von oben an die Terminals 2.3 (auch Kontakte, insbesondere Polkontakte, genannt) herangeführt werden und diese Terminals 2.3 miteinander verschweißen. Dies hat den Vorteil, dass sich beide Terminals 2.2 und 2.3 gleich stark erwärmen. Dies ist im Stand der Technik (bei Anschlüssen auf der Gehäuseoberseite 4.1) nicht gegeben, denn es wird von oben ein herkömmlicher, zusätzlicher Zellverbinder erhitzt und die darunterliegenden Zellkontakte werden nicht gleich stark erhitzt. Zusätzlich kann beim Laserstrahlschweißen gemäß der Erfindung eine vereinfachte Nahtfindung durch den Fügestoß sowie verbesserte Schweißeigenschaften mit gegenüber dem Ausführen einer konventionellen I-Naht am Überlappstoß geringerem Leistungsaufwand realisiert werden.
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Zusätzlich können die Terminals 2.3 (auch Kontaktelektroden der Kathode und Anode genannt) zum Beispiel in Hochrichtung z leicht angeschrägt ausgebildet sein, so dass eine noch bessere Schweißnaht 8 erreicht werden kann. Zusätzlich kann das als Spannmatte ausgebildete Füllelement 11 Kräfte in Querrichtung y aufnehmen.
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4 zeigt schematisch in perspektivischer Darstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Batteriezelle 10.n mit mehreren Terminals 2 auf jeder ihrer äußeren Gehäuseseitenflächen 4.3, 4.4.
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Die Batteriezelle 10.n unterscheidet sich von der Batteriezelle 1 gemäß 1 darin, dass auf jeder der äußeren Gehäuseseitenflächen 4.3 und 4.4 zwei Terminals 2, beispielsweise in Richtung z untereinander, angeordnet sind. Die Terminals 2 einer jeden Gehäuseseitenfläche 4.3, 4.4 sind bevorzugt gegenpolig ausgebildet. Alternativ können die Terminals 2 einer jeden Gehäuseseitenfläche 4.3, 4.4 gleichpolig und die Terminals 2 der einander gegenüberliegenden Gehäuseseitenflächen 4.3, 4.4 gegenpolig ausgebildet sein.
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Die Terminals 2 können von der jeweiligen Gehäuseseitenfläche 4.3, 4.4 senkrecht abstehen und/oder als Abschnitt dieser ausgebildet sein.
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5 zeigt schematisch in perspektivischer Darstellung ein drittes Ausführungsbeispiel einer Batterieanordnung 2000 mit mehreren direkt elektrisch verbundenen Batteriezellen 1.1 bis 1.n, die parallel zueinander und versetzt zueinander angeordnet und elektrisch miteinander verbunden sind.
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Die Batteriezellen 1.1 und 1.2 sind an ihren schmalen Stirnseiten angrenzend und hintereinander angeordnet.
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Die Batteriezellen 1.3 und 1.n sind an ihren schmalen Stirnseiten angrenzend und hintereinander angeordnet.
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Die hintereinander angeordneten Batteriezellen 1.1 und 1.2 sind dabei benachbart und in Längsrichtung x versetzt zu den hintereinander angeordneten Batteriezellen 1.3 und 1.n angeordnet, so wie es beispielhaft in der 5 veranschaulicht ist.
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Über die Terminals 2 von aneinander angrenzenden Batteriezellen 1.1 mit 1.3 und 1.n sowie 1.2 mit 1.n sind diese miteinander elektrisch verbunden, zum Beispiel in Reihenschaltung.
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Die Batteriezellen 1.1 bis 1.n gemäß 5 können dabei beispielsweise in Parallelschaltung und/oder Reihenschaltung direkt mittels der Terminals 2 elektrisch miteinander verbunden werden.
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6 zeigt schematisch in Explosionsdarstellung ein viertes Ausführungsbeispiel einer Batterieanordnung 20000 mit mehreren Batteriezellen 100.1 bis 100.n und direkter Kontaktierung über seitliche Terminals 2.
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Die Batteriezellen 100, 100.1 bis 100.n unterscheiden sich von der Batteriezelle 1 nach 1 oder Batteriezelle 10 nach 4 darin, dass die Terminals 2 sich statt in Längsrichtung x in Hochrichtung z auf den äußeren Gehäuseseitenflächen 4.3, 4.4 erstrecken.
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Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere in einem Bauraumvorteil durch Entfall von obenliegenden Zellverbindern und Zellanschlusskontakten und Ausnutzen des vorhandenen Zwischenraumes 12 zwischen zwei seitlich benachbarten Batteriezellen 1.n, 10.n, 100.n, wobei der Zwischenraum 12 aufgrund des Zelldickenwachstums generell vorgesehen wird oder ist.
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Zusätzlich können weitere Einzelbauteilen, insbesondere Zellverbinder, entfallen. Somit können ein Fertigungsaufwand und Fertigungskosten reduziert werden. Des Weiteren sind verschiedene Verschaltungsmöglichkeiten, zum Beispiel parallel, seriell und Mischarten gegeben. Die benachbarten Batteriezellen 1.n, 10.n und 100.n können mit einem Versatz zueinander angeordnet sein. Ferner können bei Verwendung von zwei Terminals 2 (pro Gehäuseseitenfläche 4.3, 4.4) und deren Anbindung die Gesamtfestigkeit und Steifigkeit der jeweiligen Batterieanordnung 20, 200, 2000, 20000 erhöht werden, sodass zum Beispiel weitere Strukturbauteile (Rahmen, etc.) geringer dimensioniert werden können oder gar komplett entfallen können. Auch weist die jeweilige Batteriezelle 1.n, 10.n, 100.n verbesserte Ventingeigenschaften durch größere oder mehrere Berstmembranen obenliegend und/ oder untenliegend am Gehäuse 4 auf.
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Durch längere Kontaktierstellen, insbesondere längere Terminals 2 (zum Beispiel entlang nahezu der gesamten Zelllänge bzw. -höhe) kann die Stromtragfähigkeit über das Gesamtmodul (= Batterieanordnung 20, 200, 2000, 20000) verbessert werden.
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Die hierin beschriebenen Vorteile können sich auf mindestens eine hierin beschriebene Batteriezelle oder eine hierin beschriebene Batterieanordnung beziehen.
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Bezugszeichenliste
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- 1, 1.1 bis 1.n, 10.n, 100, 100.1 bis 100.n
- Batteriezelle
- 2
- Terminal
- 2.1
- Kontaktfläche
- 2.2
- erstes Terminal
- 2.3
- zweites Terminal
- 4
- Gehäuse
- 4.1
- Gehäuseoberseite
- 4.2
- Gehäuseunterseite
- 4.3
- Gehäuseseitenfläche
- 4.3.1
- Gehäuseseitenflächenabschnitt
- 4.4
- Gehäuseseitenfläche
- 4.4.1
- Gehäuseseitenflächenabschnitt
- 6
- Überdruckschutzeinrichtung
- 8
- Schweißnaht
- 9
- Abstandselement
- 11
- Füllelement
- 12
- Zwischenraum
- 20, 200, 2000, 20000
- Batterieanordnung
- x
- Längsrichtung
- y
- Querrichtung
- z
- Hochrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010039979 A1 [0002]