DE102007063180A1

DE102007063180A1 - Prismatische galvanische Zelle sowie eine Batterie

Info

Publication number: DE102007063180A1
Application number: DE102007063180A
Authority: DE
Inventors: Jens Dr.-Ing. Meintschel; Dirk Dr. Dipl.-Ing. Schröter
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2007-12-20
Filing date: 2007-12-20
Publication date: 2008-09-11

Abstract

Die Erfindung betrifft eine prismatische galvanische Zelle (1) mit einer zumindest abschnittsweise ebenen Mantelfläche, bei der ein Pluspol (3) mindestens einen ersten ebenen Teil der Mantelfläche und ein Minuspol (2) mindestens einen zweiten ebenen Teil der Mantelfläche umfasst, wobei der Pluspol (3) udn der Minuspol (2) durch einen Isolator (4) getrennt sind und wobei der Pluspol (3) und/oder der Minuspol (2) mittels einer elektrisch leitfähigen Verklebung und/oder mittels mindestens einer Kontaktierungsstruktur (6.1, 6.2) elektrisch zu einem Minuspol (2) und/oder einem Pluspol (3) einer benachbart angeordneten, gleichartig gebildeten galvanischen Zelle (1) verbindbar sind/ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine prismatische galvanische Zelle mit einer zumindest abschnittsweise ebenen Mantelfläche. Solche Zellen kommen beispielsweise im Verbund als Batterien in Hybridfahrzeugen zum Einsatz. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Batterie aus einem solchen Zellenverbund.
Zur Kontaktierung ist eine prismatische Zelle üblicherweise mit einer oder zwei Schweißfahnen versehen, die aus einer Grundfläche oder Deckfläche des die Zelle bildenden Prismas herausgeführt ist bzw. sind. Von der Schweißfahne aus kann ein elektrischer Kontakt zu einer benachbarten Zelle hergestellt werden. Die Schweißfahne muss im Inneren der Zelle mittels einer Zuleitung mit einer Elektrode verbunden werden. Zudem bedingt diese Art der Kontaktierung eine ungünstige Ausnutzung des durch die Batterien beanspruchten Bauraumes.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine prismatische galvanische Zelle mit vereinfachtem Aufbau und vereinfachter Kontaktierungsmöglichkeit zu einer benachbarten Zelle anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine prismatische galvanische Zelle mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Eine erfindungsgemäße prismatische galvanische Zelle mit einer zumindest abschnittsweise ebenen Mantelfläche ist so gestaltet, dass ein Pluspol mindestens einen ersten ebenen Teil der Mantelfläche und ein Minuspol mindestens einen zweiten ebenen Teil der Mantelfläche umfasst, wobei der Pluspol und der Minuspol durch einen Isolator getrennt sind und wobei der Pluspol und/oder der Minuspol mittels einer elektrisch leitfähigen Verklebung und/oder mittels mindestens einer Kontaktierungsstruktur elektrisch zu einem Minuspol und/oder einem Pluspol einer benachbart angeordneten, gleichartig gebildeten galvanischen Zelle verbindbar ist.
Bei einer beispielsweise weitgehend quaderförmigen Zelle können der Pluspol und der Minuspol jeweils eine Gehäusehälfte der Zelle sein, die jeweils eine der beiden größeren Seitenflächen als ebene Teile der Mantelflächen des Quaders umfassen. Die Gehäusehälften können an einem über die kleineren Seitenflächen und die Grund- und Deckfläche umlaufenden Isolator so zusammengesetzt sein, dass kein elektrischer Kontakt zwischen dem Pluspol und dem Minuspol entsteht. Mehrere solcher Zellen können auf einfache Weise durch Stapeln zu einer Batterie angeordnet werden, wobei ein großflächiger elektrischer Kontakt zwischen dem Pluspol jeweils einer der Zellen und dem Minuspol jeweils einer weiteren der Zellen zustande kommt.
Die mindestens an einem der Pole vorgesehene Kontaktierungsstruktur stellt einerseits den elektrischen Kontakt zu einem der Pole der benachbarten Zelle her und sorgt andererseits für einen definierten Zwischenraum zwischen den einander benachbarten Zellen. In diesem Zwischenraum kann dann beispielsweise ein Kühlmedium geführt werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert.
Dabei zeigen:
1 Ansichten einer prismatischen galvanischen Zelle mit Pluspol, Minuspol und jeweiligen Kontaktierungsstrukturen,
2 eine Anordnung mehrerer prismatischer galvanischer Zellen in einer Batterie,
3 eine perspektivische Ansicht einer prismatischen galvanischen Zelle,
4 eine Draufsicht auf die prismatische galvanische Zelle aus 3,
5 eine Schnittansicht der galvanischen prismatischen Zelle aus 3,
6 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform einer Anordnung mehrerer prismatischer galvanischer Zellen in einer Batterie, und
7 eine Schnittansicht der Anordnung aus 6.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
In 1 ist eine prismatische galvanische Zelle 1 in drei Seitenansichten gezeigt. Die Zelle 1 ist im Wesentlichen quaderförmig gestaltet. Eine der beiden größeren Seitenflächen des Quaders, die als Mantelfläche eines Prismas betrachtet werden kann, ist als Minuspol 2 in Form einer Metallfläche ausgebildet. Die andere der beiden größeren Seitenflächen des Quaders ist als Pluspol 3 in Form einer Metallfläche ausgebildet. Pluspol 2 und Minuspol 3 werden durch einen über die beiden kleineren Seitenflächen, die Grundfläche und die Deckfläche umlaufenden Isolator 4 elektrisch voneinander getrennt. Im Inneren der Zelle 1 ist eine aus Platten gebildete Elektrodenpackung 5 angeordnet, die direkt und ohne lange Leitungen mit den Polen 2 und 3 verbunden ist. Auf dem Minuspol sind vier Kontaktierungsstrukturen 6.1, auf dem Pluspol dazu passend vier Kontaktierungsstrukturen 6.2 angeordnet.
Die Kontaktierungsstrukturen 6.1, 6.2 können als Noppen oder Vertiefungen in die Metallflächen des Minuspols 2 und/oder des Pluspols 3 eingeprägt sein. Hierzu kann ein Tiefziehverfahren angewandt werden. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Kontaktierungsstrukturen 6.1 als kurze, runde Stecker und die Kontaktierungsstrukturen 6.2 als dazu passend geformte Buchsen gestaltet.
In 2 ist eine mögliche Ausführungsform einer Anordnung mehrerer der prismatischen galvanischen Zellen 1 aus 1 in einer Batterie 7 gezeigt. Die Kontaktierungsstrukturen 6.1 einer der Zellen 1 stecken dabei in jeweils einer Kontaktierungsstruktur 6.2 einer benachbarten Zelle 1. Hierdurch wird zum einen ein sicherer, großflächiger elektrischer Kontakt hergestellt. Zum anderen wird ein definierter Abstand zwischen den Zellen 1 erreicht und die Lage der Zellen 1 untereinander fixiert. In einem dabei entstehenden Hohlraum 8 kann beispielsweise ein Kühlmedium geführt werden. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Isolator 4 ebenfalls so gestaltet, dass der Abstand zwischen den Zellen 1 vorgegeben ist. Der Abstand kann jedoch auch nur durch die Kontaktierungsstrukturen 6.1, 6.2 oder nur durch den Isolator 4 oder durch geeignete, nicht näher dargestellte Distanzelemente vorgegeben werden.
In 3 ist eine weitere Ausführungsform einer prismatischen galvanischen Zelle 1 gezeigt, bei der die Kontaktierungsstrukturen 6.2 des Pluspols 3 als in die Metallfläche des Pluspols 3 eingeprägte Noppen ausgebildet sind.
4 zeigt eine Draufsicht auf den Pluspol 3 der Zelle 1 aus 3. Die Linie A-A bezeichnet eine Schnittebene für die in 5 gezeigte Schnittansicht der Zelle 1.
5 zeigt eine Schnittansicht der Zelle 1 aus den 3 und 4 in der in 4 eingezeichneten Schnittebene A-A. Der Minuspol 2 und der Pluspol 3 sind als Metallflächen ausgebildet, die jeweils eine der beiden größeren Seitenflächen des Quaders umfassen. Durch Tiefziehen oder Prägen sind sowohl am Minuspol 2 als auch am Pluspol 3 je vier noppenartige Kontaktierungsstrukturen 6.1, 6.2 angeordnet. Der Minuspol 2 und der Pluspol 3 werden durch einen über die beiden kleineren Seitenflächen, die Grundfläche und die Deckfläche umlaufenden Isolator 4 elektrisch voneinander getrennt. Im Inneren der Zelle 1 ist die Elektrodenpackung 5 angeordnet.
6 zeigt eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform einer Anordnung mehrerer prismatischer galvanischer Zellen 1 in einer Batterie 7. Die Zellen 1 sind ähnlich wie in den 3 bis 5 gebildet. Jedoch ist nur der Pluspol 3 mit noppenförmigen Kontaktierungsstrukturen 6.2 versehen, was in der in 7 gezeigten Schnittansicht der Batterie 7 verdeutlicht wird.
Alternativ zu den in den 6 und 7 gezeigten Zellen 1 kann auch nur der Minuspol 2 mit Kontaktierungsstrukturen 6.1 versehen sein.
Es kann eine andere Anzahl Kontaktierungsstrukturen 6.1, 6.2 vorgesehen sein. Eine hohe Anzahl stellt jedoch einen hohen Strom bei geringem Spannungsabfall zwischen den Zellen 1 sicher. Alternativ oder zusätzlich zu den Kontaktierungsstrukturen 6.1, 6.2 kann eine elektrische Verbindung eines Minuspols 2 einer der Zellen 1 mit dem Pluspol 3 einer benachbarten der Zellen 1 mittels elektrisch leitender Verklebung erfolgen. Bei elektrisch leitender Verklebung können in die Metallflächen der Pole 2, 3 eingeformte Kühlmittelkanäle vorgesehen sein. Die Kontaktierungsstrukturen 6.1, 6.2 können auch auf die Pole 2, 3 aufgesetzt und gegebenenfalls angeschweißt sein. Hierzu können die Kontaktierungsstrukturen 6.1, 6.2 insbesondere als Nut/Feder-Elemente ausgebildet sein. Auf diese Weise sind die Zellen 1 in ihrer Lage gegeneinander fixiert.
Die Kontaktierung zwischen benachbarten Zellen 1 kann alternativ oder zusätzlich durch Verschweißen oder Zusammendrücken der Zellen erfolgen.
Der Isolator 4 kann als ein Kunststoff-Spritzgussteil ausgebildet sein, das zusätzlich der Abdichtung der Zelle 1 dient.

1: prismatische galvanische Zelle
2: Minuspol
3: Pluspol
4: Isolator
5: Elektrodenpackung
6: Kontaktierungsstruktur
7: Batterie

Claims

Prismatische galvanische Zelle (1) mit einer zumindest abschnittsweise ebenen Mantelfläche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Pluspol (3) mindestens einen ersten ebenen Teil der Mantelfläche und ein Minuspol (2) mindestens einen zweiten ebenen Teil der Mantelfläche umfasst, wobei der Pluspol (3) und der Minuspol (2) durch einen Isolator (4) getrennt sind.
Prismatische galvanische Zelle (1), dadurch gekennzeichnet, dass der Pluspol (3) und/oder der Minuspol (2) mit einer Kontaktierungsstruktur (6.1, 6.2) versehen sind.
Prismatische galvanische Zelle (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktierungsstruktur (6.1, 6.2) als Noppen und/oder Vertiefung in den Pluspol (3) und/oder Minuspol (2) geprägt ist oder als Nut- und/oder Federelement auf dem Pluspol (3) und/oder Minuspol (2) angeordnet ist.
Prismatische galvanische Zelle (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Kontaktierungsstruktur (6.1, 6.2) und/oder mittels mindestens eines Distanzelements und/oder mittels einer Gestaltung des Isolators (4) ein Abstand zwischen einander benachbarten galvanischen Zellen (1) definierbar ist.
Batterie (7), umfassend mindestens zwei prismatische galvanische Zellen (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Pluspol (3) und/oder der Minuspol (2) einer der galvanischen Zellen (1) mittels einer elektrisch leitfähigen Verklebung und/oder mittels mindestens einer der Kontaktierungsstrukturen (6.1, 6.2) elektrisch zum Minuspol (2) und/oder zum Pluspol (3) einer weiteren der prismatischen galvanischen Zellen (1) verbunden ist/sind.