DE102013016617A1

DE102013016617A1 - Battery with a large number of individual battery cells

Info

Publication number: DE102013016617A1
Application number: DE201310016617
Authority: DE
Inventors: Jens Meintschel; Dirk Schröter; Knut Welke
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2013-10-08
Filing date: 2013-10-08
Publication date: 2015-04-09

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Batterie, umfassend wenigstens eine Stapel (1) aus einer Vielzahl von aufeinander geschichteten Batterieeinzelzelle (2), die elektrisch miteinander verschaltet sind, indem jede Batterieeinzelzelle (2) wenigstens zwei Zellpole (3) aufweist und die Zellpole (3) verschiedener Batterieeinzelzellen (2) elektrisch miteinander kontaktiert sind, wobei die Zellpole (3) in Form von seitlich aus den Batterieeinzelzellen herausragenden und derart abgekanteten Fahnen ausgeführt sind, dass jeweils der Zellpol (3) einer ersten Batterieeinzelzelle (2) an dem Zellpol (3) einer benachbart zur ersten Batterieeinzelzelle (2) positionierten zweiten Batterieeinzelzelle (2) anliegt und mit diesem direkt elektrisch kontaktiert ist. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Zellpol (3) einer Batterieeinzelzelle (2) in Form einer abgekanteten Fahne an den Zellpolen (3) in Form jeweils einer Fahne von zwei verschiedenen Batterieeinzelzellen (2) anliegt und mit diesen elektrisch kontaktiert ist.The invention relates to a battery, comprising at least one stack (1) of a plurality of stacked single cell cells (2), which are electrically interconnected by each battery cell (2) at least two cell poles (3) and the cell poles (3) of different Battery individual cells (2) are electrically contacted with each other, wherein the cell poles (3) in the form of laterally protruding from the battery cells and individual bevelled flags are designed such that in each case the cell pole (3) of a first single battery cell (2) at the cell pole (3) adjacent to the first single battery cell (2) positioned second battery single cell (2) and is contacted with this directly electrically. The invention is characterized in that at least one cell pole (3) of a single battery cell (2) in the form of a folded flag rests against the cell poles (3) in the form of a respective lug of two different battery cells (2) and is electrically contacted with them.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Batterie, umfassend einen Stapel aus einer Vielzahl von aufeinander geschichteten Batterieeinzelzellen nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.The present invention relates to a battery comprising a stack of a plurality of stacked battery individual cells according to the closer defined in the preamble of claim 1. Art.

Hochvolt-Batterien (HV-Batterien), zum Beispiel für Fahrzeuganwendungen wie Hybrid-, Plugin-Hybrid- oder Elektrofahrzeuge oder für stationäre Anwendungen wie zum Beispiel Stromversorger und Stromspeicher, wie sie die vorliegende Anmeldung unter anderem betrifft, umfassen wenigstens einen oder mehrere Stapel aus einer Vielzahl von aufeinander geschichteten Batterieeinzelzellen, die elektrisch in Reihe oder parallel zueinander geschaltet sind. In den Stapeln, auch Zellblöcke genannt, sind in der Regel eine bestimmte Anzahl von Batterieeinzelzellen inklusive einer Einrichtung zu deren mechanischen Fixierung, zur Kontaktierung und gegebenenfalls zur Temperierung (Kühlung, Heizung) vorgesehen. Der oder die Stapel bzw. Zellblöcke sind wiederum in einem stabilen Batteriegehäuse untergebracht, welches zusätzlich die nötigen Einrichtungen zur elektrischen Steuerung und Absicherung der Batterie (BMS: Battery Management System, ein Schutz zur Zu- und Abschaltung des Stromes, Sicherungen, Strommesser, etc.) sowie die Anschlüsse nach außen (Stromzufuhr und Stromableitung, Kühlmittelzufuhr und Kühlmittelableitung, Anschluss der Batteriesteuerung, etc.) umfasst.High-voltage batteries (HV batteries), for example for vehicle applications such as hybrid, plug-in hybrid or electric vehicles or for stationary applications such as electricity supplier and power storage, as the present application, inter alia, comprise at least one or more stacks a plurality of stacked battery cells, which are electrically connected in series or in parallel with each other. In the stacks, also called cell blocks, a certain number of individual battery cells including a device for their mechanical fixation, for contacting and optionally for temperature control (cooling, heating) are usually provided. The stack or cell blocks are in turn housed in a stable battery housing, which additionally the necessary facilities for electrical control and protection of the battery (BMS: Battery Management System, a protection for switching on and off of electricity, fuses, ammeters, etc. ) as well as the connections to the outside (power supply and power drain, coolant supply and coolant drain, connection of the battery control, etc.).

Zur elektrischen Reihen- oder Parallelschaltung der Batterieeinzelzellen werden deren Zellpole in der Regel über einen elektrisch leitfähigen Zellverbinder verbunden, auch als HV-Kontaktierung bezeichnet (HV: High Voltage). Vorzugsweise kommen zur HV-Kontaktierung stoffschlüssige Verfahren wie Laserschweißung, Widerstandspressschweißung, Ultraschallschweißung oder formschlüssige Verfahren wie Toxen/Clinchen, Crimpen, Nieten zum Einsatz, welche auch bei hoher mechanischer, korrosiver oder thermischer Belastung die Funktion der Batterie über deren Lebensdauer sichern. Bei geringeren Anforderungen an die Lebensdauer bzw. bei geringerer korrosiver Belastung ist auch der Einsatz von Pressverbindungen, beispielweise mittels Schrauben oder Klemmen, denkbar.For electrical series or parallel connection of the battery individual cells whose cell poles are usually connected via an electrically conductive cell connector, also referred to as HV contacting (HV: High Voltage). Bonding processes such as laser welding, resistance pressure welding, ultrasonic welding or form-locking methods such as toxing / clinching, crimping, riveting are preferably used for HV contacting, which ensure the function of the battery over its service life even under high mechanical, corrosive or thermal stress. With lower demands on the service life or with less corrosive load and the use of press connections, for example by means of screws or clamps, conceivable.

Aus dem allgemeinen Stand der Technik ist bekannt, dass bei sogenannten Pouch-Zellen, auch Coffeebag-Zellen genannt, eine elektrische Reihenschaltung der Batterieeinzelzellen dadurch erreicht werden kann, dass die Zellpole zweier im Stapel benachbart zueinander positionierter Einzelzellen direkt elektrisch kontaktiert werden, somit ein zwischengeschalteter separater Zellverbinder entfallen kann. Bei solchen Pouch-Zellen, wie sie die vorliegende Erfindung gemäß einer Ausführungsform betrifft, sind die Batterieeinzelzellen häufig prismatisch, insbesondere flach und rechteckig ausgebildet, wobei der elektrochemisch wirksame Inhalt der Einzelzelle von einer folienartigen Verpackung umgeben ist, durch die elektrische Anschlüsse, also die Zellpole geführt sind, bei Pouch-Zellen auch Ableiter genannt, die häufig aus Blech hergestellt sind. Die Ableiter können zugleich zur Temperierung der Einzelzellen verwendet werden, indem sie wärmeleitend an einer Kühlplatte oder sonstigem Wärmetauscher angeschlossen werden. Die mechanische Fixierung der empfindlichen und wenig formstabilen Zellen zur Bildung eines Zellblocks oder Stapels erfolgt dann im Allgemeinen besonders bauraumsparend durch Rahmen, die entweder zwischen den Zellen angeordnet sind oder diese jeweils umschließen, wobei im letzteren Fall die Rahmen auch als Halbrahmen bezeichnet werden. Rahmen und Zellen können dann anschließend über durchgehende Spannmittel (Zuganker, Gewindestangen, Spannbänder, etc.), die am Rand der Zellen verlaufen, gegeneinander verpresst werden. Die Einleitung der Spannkräfte in den Zellstapel erfolgt im Allgemeinen durch an den Enden derselben befindlichen Druckbrillen. Die Rahmen bzw. Halbrahmen drücken dabei auf den umlaufenden Siegelrand der Zellverpackung, wobei im Pressbereich eine elastische Auflage aus Gummi bzw. Elastomer angeordnet werden kann. Die mechanische Fixierung der Zellen erfolgt also im Wesentlichen kraftschlüssig durch Reibung zwischen Rahmen/Elastomeren und Zellen.It is known from the general state of the art that in so-called pouch cells, also called coffeebag cells, an electrical series connection of the battery individual cells can be achieved in that the cell poles of two individual cells positioned adjacent to one another in the stack are directly electrically contacted, thus an intermediate one separate cell connector can be omitted. In such pouch cells, such as the present invention according to one embodiment, the battery cells are often prismatic, in particular flat and rectangular, wherein the electrochemically active content of the single cell is surrounded by a foil-like packaging, through the electrical connections, so the cell poles are led, also called arresters in pouch cells, which are often made of sheet metal. The arresters can also be used for temperature control of the individual cells by being connected to a cooling plate or other heat exchanger heat-conducting. The mechanical fixation of the sensitive and less dimensionally stable cells to form a cell block or stack is then carried out in a particularly space-saving manner by frames which are either arranged between the cells or enclose these in each case, in the latter case, the frames are also referred to as half frame. Frames and cells can then be pressed against each other via continuous clamping means (tie rods, threaded rods, straps, etc.), which run at the edge of the cells. The introduction of the tension forces in the cell stack is generally carried out by pressure gauges located at the ends thereof. The frame or half frame press on the peripheral sealing edge of the cell packaging, wherein in the pressing area an elastic support made of rubber or elastomer can be arranged. The mechanical fixation of the cells is thus essentially non-positively by friction between frame / elastomers and cells.

Bei einer weiteren Bauform der Batterieeinzelzellen, wie sie die vorliegende Erfindung ebenfalls betrifft, der sogenannten bipolaren Rahmenflachzelle, wird der elektrochemisch wirksame Inhalt von zwei metallischen Gehäusehälften, bei einer Doppelschalenzelle zum Beispiel durch zwei Schalen umhüllt, die durch einen elektrisch isolierenden Rahmen voneinander getrennt sind und gleichzeitig als Zellpole zum Einleiten bzw. Entnahme der elektrischen Leistung dienen. Die Verlustwärme der Einzelzellen wird über die entsprechend aufgedickten Gehäusehälften bzw. die Schalen an eine Schmalseite der Einzelzelle geleitet und an eine Kühlplatte abgegeben. Zum Verschluss der Zelle wird diese verklebt oder aus Prozesszeit- und Festigkeitsgründen vorzugsweise ein Heißpressverfahren (Siegelung) verwendet. Dafür sind Rahmen oder Teile derselben wenigstens im Bereich der Siegelnaht aus einem thermoplastischen Werkstoff ausgeführt, der nach dem Abkühlen unter Druck eine stoffschlüssige Verbindung mit den beiden metallischen Gehäusehälften eingeht. Die elektrische Reihenschaltung von mehreren bipolaren Rahmenflachzellen in Doppelschalenbauweise erfolgt ebenfalls ohne zusätzliche Zellverbinder durch Verpressen oder Verschweißen der hinter dem Siegelflansch um insbesondere jeweils 90° abgekanteten Schalenränder, die sogenannten Kontaktfahnen, die sich im Stapel aus Batterieeinzelzellen jeweils überlappen.In a further design of the individual battery cells, as also relates to the present invention, the so-called bipolar Rahmenflachzelle, the electrochemically active content of two metallic housing halves, in a double shell cell, for example, enclosed by two shells, which are separated by an electrically insulating frame and at the same time serve as cell poles for introducing or removing the electrical power. The heat loss of the individual cells is passed through the corresponding thickened housing halves or the shells to a narrow side of the single cell and delivered to a cooling plate. To seal the cell, this is glued or preferably used for Prozesszeit- and strength reasons, a hot pressing process (seal). For this purpose, frames or parts thereof are at least in the region of the sealed seam made of a thermoplastic material, which after cooling under pressure enters into a cohesive connection with the two metallic housing halves. The electrical series connection of a plurality of bipolar Rahmenflachzellen double-shell construction also takes place without additional cell connectors by pressing or welding behind the sealing flange in particular each 90 ° folded shell edges, the so-called tabs that overlap in the stack of battery cells each.

Bei beiden zuvor genannten Bauarten von Batterieeinzelzellen bzw. Stapeln aus Batterieeinzelzellen erfolgt jede weitere elektrische Verbindung der in Reihe geschalteten Batterieeinzelzellen über zusätzliche elektrisch leitende Bauteile wie Kabel, Stromschienen, Zellverbinder oder dergleichen. In both of the aforementioned types of single battery cells or stacks of individual battery cells, each additional electrical connection of the series-connected individual battery cells takes place via additional electrically conductive components such as cables, busbars, cell connectors or the like.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Batterie der Eingangs dargestellten Art derart weiter zu entwickeln, dass eine zuverlässige Kontaktierung oder elektrische Verschaltung von aufeinander geschichteten Batterieeinzelzellen mit möglichst geringem konstruktiven Aufwand und geringen Kosten erreicht werden kann.The present invention has for its object to further develop a battery of the type shown input, that a reliable contact or electrical interconnection of stacked battery cells with the least possible design effort and low cost can be achieved.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch eine Batterie mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte und besonders zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung angegeben.The object of the invention is achieved by a battery having the features of claim 1. In the dependent claims advantageous and particularly expedient embodiments of the invention are given.

Eine erfindungsgemäße Batterie umfasst wenigstens einen Stapel aus einer Vielzahl von aufeinander geschichteten Batterieeinzelzellen, die elektrisch miteinander verschaltet sind, indem jede Batterieeinzelzelle wenigstens zwei Zellpole aufweist und die Zellpole verschiedener Batterieeinzelzellen elektrisch miteinander kontaktiert sind. Die Zellpole sind in Form von seitlich aus den Batterieeinzelzellen herausragenden und dort abgekanteten Fahnen ausgeführt, derart, dass jeweils der Zellpol einer ersten Batterieeinzelzelle an dem Zellpol einer benachbart zur ersten Batterieeinzelzelle positionierten zweiten Batterieeinzelzelle anliegt und mit diesem direkt elektrisch kontaktiert ist. Die Anlage ist dabei vorteilhaft eine flächige Anlage in dem Sinne, dass einer der beiden Zellpole sich mit dem anderen der beiden Zellpole überlappt.A battery according to the invention comprises at least one stack of a plurality of stacked battery individual cells, which are electrically interconnected, in that each individual battery cell has at least two cell poles and the cell poles of different battery individual cells are electrically contacted with one another. The cell poles are embodied in the form of lugs projecting laterally from the battery individual cells and folded there, such that in each case the cell pole of a first battery single cell rests against the cell pole of a second battery single cell positioned adjacent to the first battery single cell and is in direct electrical contact therewith. The system is advantageous a flat system in the sense that one of the two cell poles overlaps with the other of the two cell poles.

Erfindungsgemäß liegt nun wenigstens ein Zellpol einer Batterieeinzelzelle, der in Form einer abgekanteten Fahne ausgeführt ist, gleichzeitig an den Zellpolen, die jeweils in Form einer Fahne ausgeführt sind, von zwei verschiedenen Batterieeinzelzellen an und ist mit diesen elektrisch kontaktiert. Somit ist die Batterieeinzelzelle über einen ihrer Zellpole mit wenigstens zwei weiteren Batterieeinzelzellen direkt elektronisch kontaktiert.According to the present invention, at least one cell pole of a single battery cell, which is embodied in the form of a folded-off lug, is simultaneously applied to the cell poles, which are each in the form of a lug, from two different individual battery cells and is electrically contacted therewith. Thus, the single cell battery is contacted electronically via one of its cell poles with at least two further battery cells.

Vorteilhaft sind mehrere Gruppen von Batterieeinzelzellen vorgesehen, wobei die Batterieeinzelzellen in jeweils einer Gruppe mittels direkter Kontaktierung ihrer Zellpole elektrisch parallel zueinander geschaltet sind und die verschiedenen Gruppen von Batterieeinzelzellen durch direkte Kontaktierung von wenigstens einem Zellpol einer Batterieeinzelzelle aus einer ersten Gruppe mit wenigsten einem Zellpol einer Batterieeinzelzelle aus einer zweiten Gruppe elektrisch in Reihe zueinander geschaltet sind.Advantageously, a plurality of groups of battery cells are provided, wherein the battery cells are each connected in a group by direct contacting their cell poles electrically parallel to each other and the different groups of battery cells by direct contacting of at least one Zellpol a single battery cell from a first group with at least one cell pole of a single battery cell from a second group are electrically connected in series with each other.

Eine alternative Ausführungsform sieht vor, dass mehrere Gruppen von Batterieeinzelzellen vorgesehen sind, wobei die Batterieeinzelzellen in jeweils einer Gruppe mittels direkter Kontaktierung ihrer Zellpole elektrisch in Reihe zueinander geschaltet sind und die verschiedenen Gruppen durch direkte Kontaktierung von jeweils zwei Zellpolen aus wenigstens zwei Gruppen elektrisch parallel zueinander geschaltet sind.An alternative embodiment provides that a plurality of groups of individual battery cells are provided, wherein the battery individual cells in each group are electrically connected in series by means of direct contacting of their cell poles and the different groups are electrically parallel to each other by direct contact of at least two cell poles of at least two groups are switched.

Gemäß einer günstigen Ausführungsform der Erfindung sind die Batterieeinzelzellen in einer gemeinsamen Gruppe von Batterieeinzelzellen sequentiell in einem Stapel aneinander anliegend oder unmittelbar nebeneinander gestellt positioniert, sodass also bis auf die Randbatterieeinzelzellen eines Stapels jede Batterieeinzelzelle unmittelbar durch zwei Nachbarzellen in Stapelrichtung eingeschlossen wird.According to a favorable embodiment of the invention, the battery individual cells in a common group of battery individual cells are sequentially positioned in a stack adjacent to each other or juxtaposed, so that except for the marginal battery cells of a stack each battery cell is immediately enclosed by two neighboring cells in the stacking direction.

Gemäß einer Alternative der vorliegenden Erfindung weisen alle Fahnen in einem Stapel oder einer Gruppe von Batterieeinzelzellen oder in der gesamten Batterie dieselbe Länge oder im Wesentlichen dieselbe Länge auf.According to an alternative of the present invention, all lugs in a stack or group of individual battery cells or in the entire battery have the same length or substantially the same length.

Eine andere Ausführungsform sieht vor, dass wenigstens eine Fahne zur Ausbildung des Zellpols, der an jeweils einem Zellpol von zwei verschiedenen Batterieeinzelzellen anliegt, länger als wenigstens eine Fahne zur Ausbildung eines Zellpols ist, der jeweils nur an einem Zellpol einer anderen Batterieeinzelzelle anliegt.Another embodiment provides that at least one lug for forming the cell pole, which bears against a respective cell pole of two different battery individual cells, is longer than at least one lug for forming a cell pole which in each case bears against only one cell pole of another battery cell.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform sind die Zellpole der verschiedenen Batterieeinzelzellen an jeweils einer oder mehreren Fügestellen stoffschlüssig oder formschlüssig miteinander kontaktiert. Eine solche Fügestelle kann beispielsweise durch die eingangs genannten Schweißarten oder formschlüssige Verfahren hergestellt werden. Gemäß einer ersten vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist je Parallelschaltung und je Reihenschaltung jeweils eine entsprechende Fügestelle vorgesehen, über welche jeweils zwei Fahnen verschiedener Batterieeinzelzellen miteinander kontaktiert sind. Eine zweite erfindungsgemäße Ausführungsform sieht hingegen vor, dass mittels einer gemeinsamen Fügestelle drei, vier oder mehr Fahnen verschiedener Batterieeinzelzellen miteinander kontaktiert sind. Beispielweise können alle Fahnen von Batterieeinzelzellen, die in einer Gruppe untereinander parallel oder in Reihe kontaktiert sind, wobei dann zwei oder mehr Gruppen in Reihe oder parallel zueinander kontaktiert sind, durch eine gemeinsame Fügestelle miteinander kontaktiert sein. Letzteres kann besonders dann sinnvoll sein, wenn jede Gruppe aus nur zwei Batterieeinzelzellen besteht und insbesondere nur jeweils zwei Gruppen direkt über die Zellpole der Batterieeinzelzellen elektrisch miteinander kontaktiert werden.According to a particularly advantageous embodiment, the cell poles of the various individual battery cells are contacted with one another in a material-locking or form-fitting manner at one or more joints. Such a joint can be produced, for example, by the aforementioned types of welding or positive-locking processes. According to a first advantageous embodiment of the invention, a respective joint is provided per parallel circuit and each series circuit, via which two flags of different battery individual cells are contacted with each other. A second embodiment of the invention, however, provides that by means of a common joint, three, four or more flags of different battery cells are contacted with each other. For example, all lugs of single battery cells, which are contacted in a group in parallel or in series, in which case two or more groups are contacted in series or parallel to each other, be contacted by a common joint. The latter may be particularly useful if each group consists of only two battery cells and in particular only two groups directly across the cell poles the battery individual cells are electrically contacted with each other.

Neben dem genannten Aneinanderfügen der Zellpole der Batterieeinzelzellen durch die genannten stoffschlüssigen oder formschlüssigen Verfahren kommt auch der Einsatz von Pressverbindungen, beispielsweise durch Schrauben oder Klemmen, in Betracht. Andere Fügeverfahren sind möglich.In addition to the said joining together of the cell poles of the battery individual cells by the material-locking or positive-locking methods, the use of press-fit connections, for example by means of screws or clamps, also comes into consideration. Other joining methods are possible.

Eine erfindungsgemäße Batterie kann insbesondere die eingangs beschriebene Form mit einem oder mehreren Stapel von Pouch-Zellen oder bipolaren Rahmenflachzellen, insbesondere Doppelschalenzellen, aufweisen. Jedoch sind auch andere Gestaltungen möglich. Je Batterie kann nur ein einziger Stapel vorgesehen sein oder auch mehrere Stapel. Die Stapel können in Stapelrichtung hintereinander oder nebeneinander positioniert sein.A battery according to the invention may in particular have the form described above with one or more stacks of pouch cells or bipolar frame flat cells, in particular double shell cells. However, other designs are possible. Depending on the battery, only a single stack may be provided or several stacks. The stacks can be positioned one behind the other or next to one another in the stacking direction.

Die Batterieeinzelzellen können vorteilhaft eine prismatische Form aufweisen, das heißt einen prismatischen Grundkörper, aus welchem die Zellpole seitlich herausragen und in ihrem weiteren herausragenden Verlauf abgekantet sind. Die Zellpole können dabei auf einer gemeinsamen Seite des Grundkörpers positioniert sein oder auf entgegengesetzten voneinander abgewandten Seiten, wobei die Seiten insbesondere parallel zueinander sind. Selbstverständlich sind auch andere Ausgestaltungen möglich, beispielweise mit Zellpolen auf Seiten, die winklig zueinander stehen.The individual battery cells can advantageously have a prismatic shape, that is to say a prismatic base body, from which the cell poles protrude laterally and are folded in their further outstanding course. The cell poles can be positioned on a common side of the main body or on opposite sides facing away from each other, wherein the sides are in particular parallel to each other. Of course, other embodiments are possible, for example, with cell poles on sides that are at an angle to each other.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann eine Verschaltung der Batterieeinzelzellen einer Batterie sowohl in Reihe als auch parallel zueinander erfolgen, ohne dass zusätzliche elektrisch leitende Bauteile zur Kontaktierung der Batterieeinzelzellen untereinander notwendig sind. Vielmehr wird die Kontaktierung allein durch die Zellpole, insbesondere Ableiter oder Kontaktfahnen, erreicht, sodass Kosten, Gewicht und Bauraum eingespart werden kann. Dies schließt jedoch nicht aus, dass in besonderen Ausführungsformen zusätzlich zu der erfindungsgemäßen Kontaktierung elektrische Verbindungselemente vorgesehen werden, beispielsweise um verschiedene Stapel von Batterieeinzelzellen zu kontaktieren oder eine Batteriesteuerung oder Batterieelektronik anzuschließen. Auch kann es vorteilhaft sein, die elektrischen Batterieanschlüsse, über welche die Stromentnahme aus der Batterie erfolgt oder die Stromzufuhr in die Batterie erfolgt, durch geeignete zusätzliche elektrische Verbindungselemente mit den Batterieeinzelzellen zu kontaktieren.Due to the configuration according to the invention, an interconnection of the battery individual cells of a battery can take place both in series and parallel to one another, without the need for additional electrically conductive components for contacting the battery individual cells with one another. Rather, the contacting is achieved solely by the cell poles, in particular arresters or contact lugs, so that costs, weight and space can be saved. However, this does not exclude that in particular embodiments, in addition to the contact according to the invention electrical connecting elements are provided, for example, to contact different stacks of battery cells or to connect a battery controller or battery electronics. It may also be advantageous for the electrical battery terminals, via which the current is taken from the battery or the power is supplied to the battery, to be contacted by suitable additional electrical connecting elements with the battery individual cells.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und den Figuren exemplarisch beschrieben werden.The invention will be described by way of example with reference to exemplary embodiments and the figures.

Dabei zeigen:Showing:

1 ein erstes Ausführungsbeispiel zur erfindungsgemäßen Reihenschaltung von in Zweiergruppen parallel geschalteten Batterieeinzelzellen; 1 a first embodiment of the inventive series connection of parallel-connected in pairs battery single cells;

2 die Kontaktierung der Zellpole aus der 1 in vergrößerter Darstellung; 2 the contacting of the cell poles from the 1 in an enlarged view;

3 ein Ausführungsbeispiel mit einer erfindungsgemäßen Reihenschaltung von in Zweiergruppen parallel geschalteten Zellen abweichend von dem ersten Ausführungsbeispiel; 3 an embodiment with a series circuit according to the invention of parallel-connected in two groups cells differently from the first embodiment;

4 eine vergrößerte Darstellung der Kontaktierung aus der 3; 4 an enlarged view of the contact from the 3 ;

5 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Reihenschaltung von in Zweiergruppen parallel geschalteten Zellen; 5 a further embodiment of a series circuit according to the invention of parallel-connected in pairs of cells;

6 die Kontaktierung der Zellpole aus der 5; 6 the contacting of the cell poles from the 5 ;

7 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Reihenschaltung von in Dreiergruppen parallel geschalteten Einzelzellen; 7 An embodiment of a series circuit according to the invention of parallel in triplets single cells;

8 die Kontaktierung aus der 7 in größerem Detail; 8th contacting from the 7 in greater detail;

9 bis 13 ein konstruktives Ausführungsbeispiel gemäß der 5 mit Pouch-Zellen vor und nach dem Zusammenfügen in Gruppen und der Gruppen; 9 to 13 a constructive embodiment according to the 5 with pouch cells before and after assembly into groups and groups;

14 bis 20 ein Ausführungsbeispiel mit Zweiergruppen aus Batterieeinzelzellen, die als bipolare Rahmenflachzellen in Doppelschalenbauweise ausgeführt sind. 14 to 20 an embodiment with groups of two battery single cells, which are designed as bipolar Rahmenflachzellen in double shell construction.

In der 1 ist ein Stapel 1 aus einer Vielzahl von Batterieeinzelzellen 2 gezeigt, wobei jeweils zwei Batterieeinzelzellen 2 in jeweils einer Gruppe elektrisch parallel geschaltet sind. Insgesamt sind vier Gruppen von Batterieeinzelzellen 2 dargestellt, die gruppenweise elektrisch in Reihe geschaltet sind.In the 1 is a stack 1 from a large number of individual battery cells 2 shown, with two battery cells each 2 are electrically connected in parallel in each case one group. In total there are four groups of single battery cells 2 shown, the groups are electrically connected in series.

Jede Batterieeinzelzelle 2 weist zwei Zellpole 3 auf, nämlich einen Pluspol 3.1 und einen Minuspol 3.2. Alle Pole 3 ragen seitlich aus den Batterieeinzelzellen 2 heraus und sind umgekantet. Jeweils ein Pluspol 3.1 einer ersten Batterieeinzelzelle 2 in einer Gruppe liegt auf einem zweiten Pluspol 3.1 einer zweiten Batterieeinzelzelle 2 derselben Gruppe auf. Entsprechendes gilt für die Minuspole 3.2. Ferner liegt ein Pluspol 3.1 einer ersten Gruppe von Batterieeinzelzelle 2 an einem Minuspol 3.2 einer zweiten Gruppe von Batterieeinzelzellen 2 zur elektrischen Kontaktierung an.Each single battery cell 2 has two cell poles 3 on, namely a positive pole 3.1 and a negative pole 3.2 , All poles 3 protrude laterally from the battery cells 2 out and are folded over. Each plus pole 3.1 a first single battery cell 2 in a group lies on a second positive pole 3.1 a second single battery cell 2 same group. The same applies to the minus poles 3.2 , Furthermore, there is a positive pole 3.1 a first group of single battery cells 2 at a negative pole 3.2 a second group of battery cells 2 for electrical contact.

Aus der 2 erkennt man, dass bei der Kontaktierung von zwei Gruppen von Batterieeinzelzellen 2 der jeweils eine Zellpol 3 einer Gruppe mit einem zugeordneten Zellpol 3 der anderen Gruppe kontaktiert ist bzw. diesen berührt. Somit ist pro Gruppe nur ein Zellpol 3 vorgesehen, der an zwei anderen Zellpolen 3 anliegt. Es sind drei Fügestellen 4 vorgesehen, nämlich jeweils eine Fügestelle 4 je elektrischer Parallelschaltung und eine Fügestelle 4 zur elektrischen Reihenschaltung. Alle Zellpole 3 können dieselbe Länge und Geometrie aufweisen.From the 2 one recognizes that when contacting two groups of battery cells 2 each one cell pole 3 a group with an associated cell pole 3 the other group is contacted or touched. Thus, there is only one cell pole per group 3 provided at two other cell poles 3 is applied. There are three joints 4 provided, namely in each case a joint 4 each electrical parallel connection and a joint 4 for electrical series connection. All cell poles 3 can have the same length and geometry.

Die Ausführungsform gemäß der 3 und 4 entspricht weitgehend jener der 1 und 2, wobei sich entsprechende Bauteile mit sich entsprechenden Bezugszeichen versehen sind. Auch die Anzahl von Fügestellen 4 ist identisch. Abweichend ist jedoch, dass die Zellpole 3 verschiedene Längen aufweisen, wobei je Gruppe von Batterieeinzelzellen 2 ein vergleichsweise kürzerer und ein vergleichsweise längerer Zellpol 3 vorgesehen ist, die aufeinander zu abgekantet sind. Die beiden längeren Zellpole 3 der verschiedenen Gruppen sind zur Reihenschaltung der beiden Gruppen miteinander kontaktiert.The embodiment according to the 3 and 4 corresponds largely to that of 1 and 2 , wherein corresponding components are provided with corresponding reference numerals. Also the number of joints 4 is equal. Deviating, however, is that the cell poles 3 have different lengths, with each group of battery cells 2 a comparatively shorter and a comparatively longer cell pole 3 is provided, which are bent towards each other. The two longer cell poles 3 The different groups are contacted to connect the two groups in series.

Bei der Ausgestaltung gemäß der 5 und 6 kommen wiederum verschieden lange Zellpole 3 in den verschiedenen Gruppen von Batterieeinzelzellen 2 zur Anwendung. Abweichend von den vorgehenden Ausführungsformen ist nur eine gemeinsame Fügestelle 4 zur elektrischen Kontaktierung in der Parallelschaltung und Reihenschaltung vorgesehen, wodurch besonders hohe Ströme fließen können. Demgemäß können alle Kontaktierungen zwischen zwei Gruppen von Batterieeinzelzellen 2 mit einer einzigen Fügestelle 4 erreicht werden.In the embodiment according to the 5 and 6 turn come different lengths of cell poles 3 in different groups of battery cells 2 for use. Notwithstanding the preceding embodiments is only a common joint 4 provided for electrical contacting in the parallel circuit and series connection, whereby particularly high currents can flow. Accordingly, all contacts between two groups of individual battery cells 2 with a single joint 4 be achieved.

Bei der Ausgestaltung gemäß den 7 und 8 sind je Gruppe drei Batterieeinzelzellen 2 vorgesehen. Das Prinzip der Kontaktierung entspricht dem Ausführungsbeispiel gemäß den 1 und 2. Die Zellpole 3 weisen dieselbe Länge und dieselbe Geometrie auf. Je Parallelschaltung und je Reihenschaltung ist eine Fügestelle 4 vorgesehen, somit zwei Fügestellen 4 pro Gruppe und eine Fügestelle 4 zur Kontaktierung verschiedener Gruppen.In the embodiment according to the 7 and 8th Each group has three individual battery cells 2 intended. The principle of contacting corresponds to the embodiment according to the 1 and 2 , The cell poles 3 have the same length and geometry. Each parallel connection and each series connection is a joint 4 provided, thus two joints 4 per group and one joint 4 for contacting different groups.

Bei der 9 erkennt man den konstruktiven Aufbau von zwei Batterieeinzelzellen 2, die als Pouch-Zellen ausgeführt sind, wobei jede Batterieeinzelzelle 2 zwei Zellpole 3 mit verschiedenen Längen aufweist. In der 9 sind die beiden Batterieeinzelzellen 2 noch nicht zur elektrischen Parallelschaltung aneinander positioniert.In the 9 you can see the structural design of two battery cells 2 which are designed as pouch cells, with each battery cell 2 two cell poles 3 having different lengths. In the 9 are the two battery cells 2 not yet positioned for electrical parallel connection to each other.

Die 10 zeigt entsprechend die beiden Batterieeinzelzellen 2 aus der 9 zusammengefügt zu einer Zweiergruppe nach der Positionierung zur elektrischen Parallelschaltung.The 10 shows accordingly the two battery cells 2 from the 9 assembled into a group of two after positioning for electrical parallel connection.

In der 11 sind zwei Gruppen gemäß der 10 vor deren Positionierung zur elektrischen Reihenschaltung dargestellt.In the 11 are two groups according to the 10 before being positioned for electrical series connection.

In der 12 sind die beiden Gruppen aus je zwei Batterieeinzelzellen 2 gemäß der 11 nach der Positionierung zur Parallelschaltung innerhalb der Gruppen und Reihenschaltung der Gruppen untereinander dargestellt.In the 12 are the two groups of two individual battery cells 2 according to the 11 shown after the positioning for parallel connection within the groups and series connection of the groups with each other.

In der 13 sind entsprechend vier Gruppen aus jeweils zwei Batterieeinzelzellen 2 nach der Positionierung zur Parallel- und Reihenschaltung dargestellt, wobei die Kontaktierung beispielsweise über eine gemeinsame Fügestelle (nicht dargestellt), wie in der 6 dargestellt wurde, erfolgen kann.In the 13 are four groups of two battery cells 2 shown after the positioning for parallel and series connection, wherein the contacting, for example, via a common joint (not shown), as in the 6 has been shown can take place.

Beim Ausführungsbeispiel der 14 sind die Batterieeinzelzellen 2 als Rahmenflachzellen in Doppelschalenbauweise ausgeführt. Demgemäß dienen abgekantete Schalenränder als Zellpole 3.1, 3.2. Auch hier sind zwei Batterieeinzelzellen 2 vor ihrer Positionierung zur Bildung einer Gruppe mit elektrischer Parallelschaltung gezeigt.In the embodiment of 14 are the battery cells 2 designed as Rahmenflachzellen in double shell construction. Accordingly, beveled shell edges serve as cell poles 3.1 . 3.2 , Again, there are two battery cells 2 prior to their positioning to form a group with electrical parallel connection.

In der 15 wurden die Batterieeinzelzellen 2 aus der 14 zur elektrischen Parallelschaltung nebeneinander positioniert, in der 16 sind entsprechend zwei Gruppen mit jeweils zwei Batterieeinzelzellen 2 vor der Positionierung zur elektrischen Reihenschaltung dargestellt.In the 15 became the battery single cells 2 from the 14 positioned parallel to the electrical parallel circuit, in the 16 are accordingly two groups, each with two battery cells 2 shown before the positioning for electrical series connection.

Gemäß der 17 wurden die beiden Gruppen aus je zwei Batterieeinzelzellen 2 aus der 16 zur elektrischen Reihenschaltung positioniert und in der 18 wurden bereits vier Gruppen aus jeweils zwei Batterieeinzelzellen 2 entsprechend positioniert.According to the 17 The two groups were each made up of two separate battery cells 2 from the 16 positioned for electrical series connection and in the 18 already four groups of two battery cells 2 positioned accordingly.

Aus den 19 und 20 ist nochmals die Kontaktierung der Zellpole 3.1, 3.2 ersichtlich, wobei zur Kontaktierung je Parallelschaltung und je Reihenschaltung eine Fügestelle 4 vorgesehen ist, über welche jeweils zwei Zellpole 3.1, 3.2 miteinander verbunden sind.From the 19 and 20 is again the contacting of the cell poles 3.1 . 3.2 can be seen, wherein for contacting each parallel connection and each series connection a joint 4 is provided, over each of which two cell poles 3.1 . 3.2 connected to each other.

Claims

Batterie, umfassend wenigstens eine Stapel (1) aus einer Vielzahl von aufeinander geschichteten Batterieeinzelzelle (2), die elektrisch miteinander verschaltet sind, indem jede Batterieeinzelzelle (2) wenigstens zwei Zellpole (3) aufweist und die Zellpole (3) verschiedener Batterieeinzelzellen (2) elektrisch miteinander kontaktiert sind, wobei die Zellpole (3) in Form von seitlich aus den Batterieeinzelzellen (2) herausragenden und derart abgekanteten Fahnen ausgeführt sind, dass jeweils der Zellpol (3) einer ersten Batterieeinzelzelle (2) an dem Zellpol (3) einer benachbart zur ersten Batterieeinzelzelle (2) positionierten zweiten Batterieeinzelzelle (2) anliegt und mit diesem direkt elektrisch kontaktiert ist; dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Zellpol (3) einer Batterieeinzelzelle (2) in Form einer abgekanteten Fahne an den Zellpolen (3) in Form jeweils einer Fahne von zwei verschiedenen Batterieeinzelzellen (2) anliegt und mit diesen elektrisch kontaktiert ist.Battery comprising at least one stack ( 1 ) of a plurality of stacked battery single cell ( 2 ), which are electrically interconnected by each battery cell ( 2 ) at least two cell poles ( 3 ) and the cell poles ( 3 ) of different battery cells ( 2 ) are electrically contacted with each other, the cell poles ( 3 ) in the form of laterally from the battery individual cells ( 2 ) outstanding and so folded flags are executed, that in each case the cell pole ( 3 ) of a first battery single cell ( 2 ) at the cell pole ( 3 ) one adjacent to the first Single battery cell ( 2 ) second battery single cell ( 2 ) and is contacted with this directly electrically; characterized in that at least one cell pole ( 3 ) of a single battery cell ( 2 ) in the form of a folded flag at the cell poles ( 3 ) in the form of a respective flag of two different battery cells ( 2 ) and is contacted with these electrically.

Batterie gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Gruppen von Batterieeinzelzellen (2) vorgesehen sind, wobei die Batterieeinzelzellen (2) jeweils einer Gruppe mittels direkter Kontaktierung ihrer Zellpole (3) elektrisch parallel zueinander geschaltet sind und die verschiedenen Gruppen von Batterieeinzelzellen (2) durch direkte Kontaktierung von wenigstens einem Zellpol (3) einer Batterieeinzelzelle (2) aus einer ersten Gruppe mit wenigstens einem Zellpol (3) einer Batterieeinzelzelle (2) aus einer zweiten Gruppe elektrisch in Reihe zueinander geschaltet sind.Battery according to claim 1, characterized in that a plurality of groups of battery cells ( 2 ), wherein the battery cells ( 2 ) of each group by direct contacting of their cell poles ( 3 ) are electrically connected in parallel with each other and the different groups of battery cells ( 2 ) by direct contacting of at least one cell pole ( 3 ) of a single battery cell ( 2 ) from a first group having at least one cell pole ( 3 ) of a single battery cell ( 2 ) are electrically connected in series with each other from a second group.

Batterie gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Gruppen von Batterieeinzelzellen (2) vorgesehen sind, wobei die Batterieeinzelzellen (2) in jeweils einer Gruppe mittels direkter Kontaktierung ihrer Zellpole (3) elektrisch in Reihe zueinander geschaltet sind und die verschiedenen Gruppen durch direkte Kontaktierung von jeweils zwei Zellpolen (3) aus wenigstens zwei Gruppen elektrisch parallel zueinander geschaltet sind.Battery according to claim 1, characterized in that a plurality of groups of battery cells ( 2 ), wherein the battery cells ( 2 ) in each case by direct contacting of their cell poles ( 3 ) are electrically connected in series with each other and the different groups by direct contacting of two cell poles ( 3 ) are connected electrically in parallel to each other from at least two groups.

Batterie gemäß einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterieeinzelzellen (2) in einer gemeinsamen Gruppe von Batterieeinzelzellen (2) sequentiell in einem Stapel (1) aneinander anliegend oder unmittelbar nebeneinander gestellt positioniert sind.Battery according to one of claims 2 or 3, characterized in that the battery cells ( 2 ) in a common group of battery cells ( 2 ) sequentially in a stack ( 1 ) are positioned adjacent to each other or directly next to each other.

Batterie gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass alle Fahnen zumindest im Wesentlichen dieselbe Länge aufweisen.Battery according to one of claims 1 to 4, characterized in that all lugs have at least substantially the same length.

Batterie gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Fahne zur Ausbildung des Zellpols (3), der an jeweils einem Zellpol (3) von zwei verschiedenen Batterieeinzelzellen (2) anliegt, länger als wenigstens eine Fahne zur Ausbildung eines Zellpols (3) ist, der jeweils nur an einem Zellpol (3) einer anderen Batterieeinzelzelle (2) anliegt.Battery according to one of claims 1 to 4, characterized in that at least one flag for forming the cell pole ( 3 ), which in each case at a cell pole ( 3 ) of two different battery cells ( 2 ) is present, longer than at least one flag for forming a cell pole ( 3 ), which in each case only at one cell pole ( 3 ) of another single battery cell ( 2 ) is present.

Batterie gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zellpole (3) der verschiedenen Batterieeinzelzellen (2) an jeweils einer oder mehreren Fügestellen (4) stoffschlüssig oder formschlüssig miteinander kontaktiert sind.Battery according to one of claims 1 to 6, characterized in that the cell poles ( 3 ) of the different battery cells ( 2 ) at one or more joints ( 4 ) are materially or positively contacted with each other.

Batterie gemäß einem der Ansprüche 2 oder 3 und Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass je Parallelschaltung und je Reihenschaltung jeweils eine Fügestelle (4) vorgesehen ist, über welche jeweils zwei Fahnen verschiedener Batterieeinzelzellen (2) miteinander kontaktiert sind.Battery according to one of claims 2 or 3 and claim 7, characterized in that each parallel connection and each series circuit each have a joint ( 4 ), over each of which two flags of different battery cells ( 2 ) are contacted with each other.

Batterie gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer gemeinsamen Fügestelle (4) drei, vier oder mehr Fahnen verschiedener Batterieeinzelzellen (2) miteinander kontaktiert sind.Battery according to claim 7, characterized in that by means of a common joint ( 4 ) three, four or more flags of different battery cells ( 2 ) are contacted with each other.

Batterie gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterieeinzelzellen (2) einen prismatischen Grundkörper aufweisen und die Zellpole (3) einer Batterieeinzelzelle (2) auf einander entgegengesetzten oder auf derselben Seite der Batterieeinzelzelle (2) aus dem Grundkörper herausstehen und abgekantet sind.Battery according to one of claims 1 to 9, characterized in that the battery cells ( 2 ) have a prismatic body and the cell poles ( 3 ) of a single battery cell ( 2 ) on opposite or on the same side of the battery cell ( 2 ) stand out from the body and folded.