DE102018203050A1 - Compensation element for a battery cell and a battery module - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Batteriezelle, umfassend zumindest einen Elektrodenstapel (12a, 12b, 12c, 12d) und zumindest ein Ausgleichselement (14a, 14b, 14c, 14d, 14e, 14f), wobei das Ausgleichselement (14a, 14b, 14c, 14d, 14e, 14f) zwischen dem zumindest einen Elektrodenstapel (12a, 12b, 12c, 12d) und einem Gehäuse (16) der Batteriezelle (10) oder einem zweiten Elektrodenstapel (12a, 12b, 12c, 12d) eingebracht ist, wobei das Ausgleichselement (14a, 14b, 14c, 14d, 14e, 14f) derart ausgestaltet ist, dass eine Dicke des Ausgleichselements (14a, 14b, 14c, 14d, 14e, 14f) abhängig von einem Ladezustand der Batteriezelle (10) und/oder von einem Alterungszustand der Batteriezelle (10) eingestellt wird.

Figure DE102018203050A1_0000
The invention relates to a battery cell comprising at least one electrode stack (12a, 12b, 12c, 12d) and at least one compensation element (14a, 14b, 14c, 14d, 14e, 14f), wherein the compensation element (14a, 14b, 14c, 14d, 14e , 14f) between the at least one electrode stack (12a, 12b, 12c, 12d) and a housing (16) of the battery cell (10) or a second electrode stack (12a, 12b, 12c, 12d) is introduced, wherein the compensation element (14a, 14b, 14c, 14d, 14e, 14f) is configured such that a thickness of the compensating element (14a, 14b, 14c, 14d, 14e, 14f) depends on a state of charge of the battery cell (10) and / or an aging state of the battery cell ( 10) is set.
Figure DE102018203050A1_0000

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Batteriezelle, ein Batteriemodul, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betrieb derselben nach dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche.The present invention relates to a battery cell, a battery module, a method and an apparatus for operating the same according to the preamble of the independent claims.

Stand der TechnikState of the art

DE 10200902508 A1 zeigt eine Batterie, die aus mindestens zwei nebeneinander positionierten Batteriezellen besteht, die einen Zwischenraum zwischen sich ausbilden. Der Zwischenraum ist mit einem porösen und deformierbaren Ausgleichselement zur Temperierung der Batteriezellen ausgefüllt. Das Ausgleichselement weist einen Schaumstoff auf. DE 10200902508 A1 shows a battery consisting of at least two juxtaposed battery cells forming a space between them. The intermediate space is filled with a porous and deformable compensating element for tempering the battery cells. The compensation element has a foam.

Es ist bekannt, dass der Schaumstoff unter gewissen Umständen die Batteriezellen an ihrem Bauort im Betriebszustand hält. Eine zunehmende Dimensionierung des Schaumstoffes führt zu einer abnehmenden Volumeneffizienz.It is known that under certain circumstances the foam keeps the battery cells in operation at their place of construction. An increasing dimensioning of the foam leads to a decreasing volume efficiency.

DE 102012223562 A1 zeigt eine Batterie mit einem Gehäuse und mit wenigstens zwei im Gehäuse entlang einer Längsrichtung der Batterie hintereinander angeordneten Batteriezellen. Ein elastisch verformbares Ausgleichselement ist zwischen den Zellen verpresst. DE 102012223562 A1 shows a battery with a housing and with at least two in the housing along a longitudinal direction of the battery successively arranged battery cells. An elastically deformable compensating element is pressed between the cells.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die Erfindung geht aus von einer Batteriezelle mit zumindest einem Elektrodenstapel und zumindest einem Ausgleichselement. Die Batteriezelle kann beispielsweise eine Lithium-Ionen-Batteriezelle sein. Die Batteriezelle ist von einem Gehäuse umschlossen, welches als Hart- oder Weichschale ausgebildet sein kann.The invention is based on a battery cell with at least one electrode stack and at least one compensation element. The battery cell may be, for example, a lithium-ion battery cell. The battery cell is enclosed by a housing, which may be formed as a hard or soft shell.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Ausgleichselement zwischen dem zumindest einen Elektrodenstapel und einem Gehäuse oder einem zweiten Elektrodenstapel eingebracht ist, wobei eine Dicke des Ausgleichselements von einem Ladezustand der Batteriezelle abhängig ist. Der Ladezustand kann durch einen englischen Begriff „State of Charge (SOC)“ quantitativ gekennzeichnet sein. Der SOC- Wert umfasst einen Wertebereich von 0% bis 100%. Die Dicke des Ausgleichselements ist beispielsweise maximal wenn der SOC- Wert 0% beträgt. Weiter ist es von Vorteil, wenn die Dicke des Ausgleichselements von einem Alterungszustand der Elektrodenstapel abhängig ist. Der maximale Alterungszustand wird auch als „End of Life (EOL)“ bezeichnet. Die Dicke des Ausgleichselement ist beispielsweise minimal wenn die Batteriezelle den Zustand von „EoL“ erreicht. Vorzugsweise ist die während des Alterungsvorgangs verursachte Ausdehnung einer Batteriezelle durch das Ausgleichselement ausgeglichen. Unter einer Dicke des Ausgleichselements ist eine Erstreckung des Ausgleichselements in einer Stapelrichtung eines Elektrodenstapels zu verstehen. Der Vorteil der Erfindung ist es, ein funktionelles und zuverlässiges Ausgleichselement gegenüber Schwellvorgängen von Batteriezellen in Abhängigkeit von deren Betriebszustand oder Alterungszustande für eine Batteriezelle vorzusehen.According to the invention, it is provided that the compensation element is introduced between the at least one electrode stack and a housing or a second electrode stack, wherein a thickness of the compensation element is dependent on a state of charge of the battery cell. The state of charge can be quantitatively characterized by an English term "State of charge (SOC)". The SOC value covers a value range of 0% to 100%. For example, the thickness of the compensating element is maximum when the SOC value is 0%. Furthermore, it is advantageous if the thickness of the compensating element is dependent on an aging state of the electrode stacks. The maximum state of aging is also referred to as "End of Life (EOL)". The thickness of the compensating element is, for example, minimal when the battery cell reaches the state of "EoL". Preferably, the expansion of a battery cell caused by the aging process is compensated by the compensation element. A thickness of the compensating element is understood to mean an extent of the compensating element in a stacking direction of an electrode stack. The advantage of the invention is to provide a functional and reliable compensation element against swelling processes of battery cells as a function of their operating state or aging state for a battery cell.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Further advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.

Weist das Ausgleichselement ein elastisches Material auf, kann das Ausgleichselement beliebig verformt werden. Das elastische Material kann, z.B. ein Elastomer, insbesondere Gummi sein. Die Ausdehnung, die periodisch während eines Ladevorgangs und mit zunehmender Alterung einer Batteriezelle auftritt, kann durch ein solches Ausgleichselement effektiv ausgeglichen werden. Dadurch ist ein Verschleiß oder Beschädigung des Elektrodenstapels während eines Transports oder im Betrieb vermeidbar. Weiterhin kann das Alterungsverhalten der Zelle durch einen optimierten Druck günstig beeinflusst werden.If the compensating element has an elastic material, the compensating element can be deformed as desired. The elastic material may be, e.g. an elastomer, in particular rubber. The expansion, which occurs periodically during a charging process and with increasing aging of a battery cell, can be effectively compensated by such a compensation element. This prevents wear or damage to the electrode stack during transport or during operation. Furthermore, the aging behavior of the cell can be favorably influenced by an optimized pressure.

Es ist beispielsweise vorgesehen, dass das Ausgleichselement in Form eines Hohlkörpers mit einem Kühlmedium beaufschlagt ist. Das Kühlmedium kann z.B. in Form einer Flüssigkeit oder eines Gases, vorzugsweise einer Flüssigkeit, vorgesehen sein. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise eine effektive und sehr schnelle Kühlung der Batteriezelle ermöglicht. Somit ist die Batteriezelle effektiv gegen eine Überhitzung der Elektrodenstapel im Betriebszustand geschützt.It is for example provided that the compensation element is acted upon in the form of a hollow body with a cooling medium. The cooling medium may e.g. in the form of a liquid or a gas, preferably a liquid. As a result, an effective and very fast cooling of the battery cell is made possible in an advantageous manner. Thus, the battery cell is effectively protected against overheating of the electrode stack in the operating state.

Es ist gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung vorgesehen, dass ein Batteriemodul aus zumindest zwei Batteriezellen und zumindest einem Ausgleichselement gebildet ist, welches zwischen der zumindest einen Batteriezelle und einem Gehäuse des Batteriemoduls oder der zweiten Batteriezelle eingebracht ist. Das Ausgleichselement ist derart ausgestaltet, dass eine Dicke des Ausgleichselements von einem Ladezustand der Batteriezellen abhängig ist. Weiter ist es von Vorteil, wenn die Dicke des Ausgleichselements von einem Alterungszustand der Batteriezellen abhängig ist. Das Ausgleichselement kann vorzugsweise die Batteriezellen an ihren Bauorten während eines Transports oder eines Betriebszustandes fixieren. Es ist denkbar, dass das in einem Batteriemodul vorgesehene Ausgleichselement analog dem oben beschriebenen Ausgleichselement in mindestens einer Batteriezelle ausgeführt ist. Die Batteriezellen im Batteriemodul können demgemäß mit oder ohne Ausgleichselement ausgestaltet sein.It is provided according to a further aspect of the invention that a battery module is formed from at least two battery cells and at least one compensation element, which is introduced between the at least one battery cell and a housing of the battery module or the second battery cell. The compensating element is designed such that a thickness of the compensating element is dependent on a state of charge of the battery cells. Further, it is advantageous if the thickness of the compensation element is dependent on an aging state of the battery cells. The compensating element may preferably fix the battery cells at their places of construction during a transport or an operating state. It is conceivable that the compensating element provided in a battery module is designed analogously to the compensating element described above in at least one battery cell. The battery cells in the battery module can accordingly be designed with or without compensation element.

Die vorliegende Erfindung betriff auch ein Verfahren, das zum Betrieb der erfindungsgemäßen Batteriezelle dient. Während des Verfahrens wird ein Ladezustand der Batteriezelle ermittelt und eine Dicke des Ausgleichselements wird von dem ermittelten Ladezustand eingestellt. Denkbar ist es jedoch auch, dass ein Alterungszustand der Batteriezelle ermittelt wird und die Dicke des Ausgleichselements abhängig von dem ermittelten Alterungszustand eingestellt wird. Der Ladezustand kann beispielsweise durch eine Mehrzahl von Drucksensoren, die vorzugsweise zwischen dem zumindest einen Elektrodenstapel und dem Ausgleichselement oder einem Gehäuse eingebracht sind, ermittelt werden. Weist die erfindungsgemäße Batterie einen SOC-Wert vor dem Beginn eines Ladevorgangs von 0% auf, kann das Ausgleichselement beispielsweise mit einer Kühlflüssigkeit voll befüllt sein. Dadurch kann die Dicke des Ausgleichselements in der Stapelrichtung der Elektrodenstapel maximal sein. Dehnen sich der oder die Elektrodenstapel während des Ladevorgangs aus, wird eine durch die Ausdehnung erzeugte Druckkraft auf die Drucksensoren ausgeübt. Dadurch werden die Drucksensoren beispielsweise aktiviert. Vorzugsweise können die Drucksensoren mit einer extern angeschlossenen Vorrichtung, insbesondere einem elektronischen Steuergerät, das ferner mit einer Pumpe in Kontakt steht, elektrisch verbunden sein. Vorteilhaft kann eine Befüllung oder ein Absaugen der Kühlflüssigkeit im Ausgleichselement durch die Pumpe angesteuert werden, sodass die Dicke des Ausgleichselements durch die Pumpe variiert werden kann. Darüber hinaus ist es vorgesehen, dass die Dicke des Ausgleichselements von einem Alterungszustand des Ausgleichselements abhängig ist. Die Ausdehnung der Elektrodenstapel in einem Alterungsvorgang kann demgemäß durch das Absaugen der Kühlflüssigkeit im Ausgleichselement effektiv ausgeglichen werden. The present invention also relates to a method which serves to operate the battery cell according to the invention. During the method, a state of charge of the battery cell is determined and a thickness of the compensation element is set by the determined state of charge. However, it is also conceivable that an aging state of the battery cell is determined and the thickness of the compensating element is adjusted depending on the determined aging state. The state of charge can be determined, for example, by a plurality of pressure sensors, which are preferably introduced between the at least one electrode stack and the compensation element or a housing. If the battery according to the invention has an SOC value before the start of a charging process of 0%, the compensating element can be filled with a cooling fluid, for example. As a result, the thickness of the compensating element in the stacking direction of the electrode stacks can be maximum. When the electrode stack (s) expand during charging, a compressive force generated by the expansion is applied to the pressure sensors. As a result, the pressure sensors are activated, for example. Preferably, the pressure sensors may be electrically connected to an externally connected device, in particular an electronic control device, which is further in contact with a pump. Advantageously, a filling or a suction of the cooling liquid in the compensating element can be controlled by the pump, so that the thickness of the compensating element can be varied by the pump. In addition, it is provided that the thickness of the compensating element is dependent on an aging state of the compensating element. The expansion of the electrode stacks in an aging process can thus be effectively compensated by the suction of the cooling liquid in the compensation element.

Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung eine Verwendung der erfindungsgemäßen Batteriezelle beziehungsweise des erfindungsgemäßen Batteriemoduls in einem Elektrofahrzeug, in einem Hybridfahrzeug oder in einem Plug-In-Hybridfahrzeug.Furthermore, the present invention relates to a use of the battery cell according to the invention or of the battery module according to the invention in an electric vehicle, in a hybrid vehicle or in a plug-in hybrid vehicle.

Figurenlistelist of figures

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beispielhaft dargestellt und werden anhand der nachfolgenden Figurenbeschreibung näher erläutert.

  • 1a, 1b zeigen schematische Darstellungen einer Batteriezelle (1a) und der Ausgleichselemente (1b) gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform;
  • 2a, 2c zeigen schematische Darstellungen der beispielhaften Batteriezellen gemäß 1a in einem maximalen Ladezustand (2a) und in einem minimalen Ladezustand (2c);
  • 2b, 2d zeigen schematische Darstellungen der beispielhaften Ausgleichselemente mit einer minimalen Dicke (2b) und einer maximalen Dicke (2d);
  • 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Batteriemoduls gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform; und
  • 4 zeigt ein beispielhaftes Prozessschema eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betrieb der erfindungsgemäßen Batteriezelle bzw. des erfindungsgemäßen Batteriemoduls.
In the drawing, embodiments of the present invention are shown by way of example and will be explained in more detail with reference to the following description of the figures.
  • 1a . 1b show schematic representations of a battery cell ( 1a) and the compensation elements ( 1b) according to an embodiment of the invention;
  • 2a . 2c show schematic representations of the exemplary battery cells according to 1a in a maximum state of charge ( 2a) and in a minimal state of charge ( 2c );
  • 2 B . 2d show schematic representations of the exemplary compensation elements with a minimum thickness ( 2 B) and a maximum thickness ( 2d );
  • 3 shows a schematic representation of a battery module according to an embodiment of the invention; and
  • 4 shows an exemplary process diagram of a method according to the invention for operating the battery cell according to the invention or the battery module according to the invention.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

In den Figuren sind gleiche oder gleichartige Komponenten mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.In the figures, identical or similar components are designated by the same reference numerals.

Die in 1a dargestellte Batteriezelle 10 weist einen ersten Elektrodenstapel 12a, einen zweiten Elektrodenstapel 12b, in 1b dargestellte Ausgleichselemente 14a, 14b, 14c mit Aufnahmeöffnungen 20a, 20b, 20c und ein Gehäuse 16 auf. Bevorzugt weist die Batteriezelle 10 eine prismatische Form auf, wobei ein Fachmann selbstverständlich auch andere sinnvolle Gehäuseformen vorsehen kann. Die Ausgleichselemente 14a, 14b, 14c sind beispielhaft zwischen dem Gehäuse 16 und dem ersten Elektrodenstapel 12a, zwischen dem ersten Elektrodenstapel 12a und dem zweiten Elektrodenstapel 12b, und zwischen dem zweiten Elektrodenstapel 12b und dem Gehäuse 16 eingebracht. Dabei ist die Anzahl an Elektrodenstapeln und Ausgleichselementen variabel. Die Ausgleichselemente 14a, 14b, 14c weisen beispielhaft ein Gummimaterial und eine verformbare Form auf. Um eine effektive und möglichst schnelle Kühlung während eines Ladevorgangs oder in einem Betriebszustand zu erhalten, werden die Ausgleichselemente 14a, 14b, 14c bevorzugt mit einem Kühlmedium beaufschlagt. Dieses wird beispielhaft durch eine außerhalb des Gehäuses 16 angeschlossene Pumpe 15 ermöglicht. Die Pumpe 15 wird beispielhaft durch die Anschlussöffnung 18 mittels eines jeweiligen Schlauchs 19a, 19b, 19c mit den Aufnahmeöffnungen 20a, 20b, 20c verbunden. Dadurch kann das Kühlmedium durch den Schlauch in die Ausgleichselemente 14a, 14b, 14c eingeführt oder aus den Ausgleichselementen 20a, 20b, 20c abgeführt werden. Weiterhin kann eine Vorrichtung 17 mit der Pumpe 15 elektrisch verbunden werden.In the 1a illustrated battery cell 10 has a first electrode stack 12a , a second electrode stack 12b , in 1b illustrated balancing elements 14a . 14b . 14c with receiving openings 20a . 20b . 20c and a housing 16 on. Preferably, the battery cell 10 a prismatic shape, with a person skilled in the art can of course provide other useful housing forms. The compensation elements 14a . 14b . 14c are exemplary between the housing 16 and the first electrode stack 12a , between the first electrode stack 12a and the second electrode stack 12b , and between the second electrode stack 12b and the housing 16 brought in. The number of electrode stacks and compensating elements is variable. The compensation elements 14a . 14b . 14c exemplify a rubber material and a deformable shape. To obtain an effective and quick as possible cooling during a charging process or in an operating state, the compensation elements 14a . 14b . 14c preferably acted upon by a cooling medium. This is exemplified by an outside of the housing 16 connected pump 15 allows. The pump 15 is exemplified by the connection opening eighteen by means of a respective hose 19a . 19b . 19c with the receiving openings 20a . 20b . 20c connected. This allows the cooling medium through the hose in the compensation elements 14a . 14b . 14c introduced or from the balancing elements 20a . 20b . 20c be dissipated. Furthermore, a device 17 with the pump 15 be electrically connected.

Die Funktionsweise der Batteriezelle 10 gemäß 1 ist in 2a und 2c beispielhaft dargestellt. Die in 2a schematisch dargestellte Batteriezelle 10 weist zwei Elektrodenstapel 12c, 12d, in 2b dargestellte Ausgleichselemente 14d, 14e, 14f mit Aufnahmeöffnungen 20d, 20e, 20f und ein Gehäuse 16 mit einer Anschlussöffnung 18 auf. Die in 2a beispielhaft dargestellten Elektrodenstapel 12c, 12d weisen einen maximalen Ladezustand auf. Die Dicke der Elektrodenstapel 12c, 12d ist dabei entsprechend in Stapelrichtung maximal. Dementsprechend weisen die in 2b dargestellten Ausgleichselemente 14d, 14e, 14f in Stapelrichtung eine minimale Dicke auf. Eine in 2c schematisch dargestellte Batteriezelle 10 weist zwei Elektrodenstapel 12c, 12d, in 2d dargestellte Ausgleichselemente 14d, 14e, 14f mit Aufnahmeöffnungen 20d, 20e, 20f und ein Gehäuse 16 mit einer Anschlussöffnung 18 auf. Während eines Entladevorgangs verringert sich die Dicke der in 2a dargestellten Elektrodenstapel 12c, 12d. Die voll entladenen Elektrodenstapel 12c, 12d weisen in Stapelrichtung eine minimale Dicke auf. Der dabei freiwerdende Bauraum in der Batteriezelle 10 wird durch eine Ausdehnung der Ausgleichselemente 14d, 14e, 14f ausgeglichen. Ansonsten könnten die Elektrodenstapel 12c, 12d im freiwerdenden Bauraum in der Batteriezelle 10 beispielsweise während eines Transports verschoben oder durch einen Stoß gegen das Gehäuse 16 oder gegeneinander beschädigt werden. Die Ausdehnung der Ausgleichselemente 14d, 14e, 14f kann beispielhaft durch eine Befüllung der Ausgleichselemente 14d, 14e, 14f mit einer Kühlflüssigkeit erzielt werden. Die Befüllung kann vorzugsweise durch Schläuche 22a, 22b. 22c mit einer extern angeschlossenen Pumpe 15 durchgeführt werden. Die Pumpe 15 kann vorzugsweise durch eine Vorrichtung 17 elektrisch angesteuert werden. Die Ausgleichselemente 14d, 14e, 14f, können vorzugsweise mittels den Schläuchen 22a, 22b, 22c durch die Aufnahmeöffnungen 20d, 20e, 20f und die Anschlussöffnung 18 mit einer extern angeschlossenen Pumpe 15 verbunden werden. Die Kühlflüssigkeit kann beispielsweise durch die Schläuche 22a, 22b, 22c in die Ausgleichselemente 14d, 14e, 14f eingepumpt werden.The operation of the battery cell 10 according to 1 is in 2a and 2c exemplified. In the 2a schematically illustrated battery cell 10 has two electrode stacks 12c . 12d , in 2 B illustrated balancing elements 14d . 14e . 14f with receiving openings 20d . 20e . 20f and a housing 16 with a connection opening eighteen on. In the 2a exemplified electrode stacks 12c . 12d have a maximum charge state. The thickness of the electrode stacks 12c . 12d is correspondingly maximum in the stacking direction. Accordingly, the in 2 B illustrated balancing elements 14d . 14e . 14f in the stacking direction to a minimum thickness. An in 2c schematically illustrated battery cell 10 has two electrode stacks 12c . 12d , in 2d illustrated balancing elements 14d . 14e . 14f with receiving openings 20d . 20e . 20f and a housing 16 with a connection opening eighteen on. During a discharge, the thickness of the in 2a illustrated electrode stacks 12c . 12d , The fully discharged electrode stacks 12c . 12d have a minimum thickness in the stacking direction. The thereby released space in the battery cell 10 is due to an expansion of the compensation elements 14d . 14e . 14f balanced. Otherwise, the electrode stacks could 12c . 12d in the released space in the battery cell 10 for example, moved during transport or by a shock against the housing 16 or damaged against each other. The extent of the compensation elements 14d . 14e . 14f can be exemplified by a filling of the compensation elements 14d . 14e . 14f be achieved with a cooling liquid. The filling may preferably be through hoses 22a . 22b , 22c with an externally connected pump 15 be performed. The pump 15 can preferably by a device 17 be controlled electrically. The compensation elements 14d . 14e . 14f , preferably by means of the hoses 22a . 22b . 22c through the receiving openings 20d . 20e . 20f and the connection opening eighteen with an externally connected pump 15 get connected. The cooling fluid can, for example, through the hoses 22a . 22b . 22c in the compensation elements 14d . 14e . 14f be pumped.

Gemäß 3 weist ein Batteriemodul 30 zumindest zwei Batteriezellen 32a, 32b, Ausgleichselemente 34a, 34b, 34c mit Aufnahmeöffnungen 40a, 40b, 40c und ein Gehäuse 36 mit einer Anschlussöffnung 38 auf. Die Ausgleichselemente 34a, 34b, 34c sind zwischen den Batteriezellen 32a, 32b oder zwischen jeweils einem der Batteriezellen 32a, 32b und dem Gehäuse 36 eingebracht. Die Dicke der Ausgleichselemente 34a, 34b, 34c in Stapelrichtung ist beispielsweise durch eine vollständige Befüllung mit einer Kühlflüssigkeit maximal, wenn die Batteriezellen 32a, 32b nicht aufgeladen sind. Während eines Ladevorgangs beginnen die Batteriezellen 32a, 32b in einer Querrichtung sich auszudehnen. Die Dicke der Ausgleichelemente 34a, 34b, 34c kann beispielhaft durch ein Absaugen der Kühlflüssigkeit verringert werden. Die Dicke der Ausgleichselemente 34a, 34b, 34c ist beispielsweise minimal wenn die Batteriezellen 32a, 32b voll aufgeladen sind.According to 3 has a battery module 30 at least two battery cells 32a . 32b , Compensating elements 34a . 34b . 34c with receiving openings 40a . 40b . 40c and a housing 36 with a connection opening 38 on. The compensation elements 34a . 34b . 34c are between the battery cells 32a . 32b or between each one of the battery cells 32a . 32b and the housing 36 brought in. The thickness of the compensation elements 34a . 34b . 34c in the stacking direction is maximum, for example, by a complete filling with a cooling liquid when the battery cells 32a . 32b are not charged. During a charging process, the battery cells begin 32a . 32b to expand in a transverse direction. The thickness of the compensating elements 34a . 34b . 34c can be reduced by sucking off the cooling liquid, for example. The thickness of the compensation elements 34a . 34b . 34c For example, it is minimal if the battery cells 32a . 32b are fully charged.

4 zeigt ein Verfahren mit Schritten A und B für einen Betrieb der erfindungsgemäßen Batteriezelle 10 oder des erfindungsgemäßen Batteriemoduls 30. Der Verfahrensschritt A beschreibt ein Verfahren, in dem ein Ladezustand der Batteriezelle 10 oder des Batteriemoduls 30 ermittelt wird. Dann wird die Dicke der Ausgleichselemente 14a, 14b, 14c in der Batteriezelle 10 beziehungsweise der Ausgleichselemente 34a, 34b, 34c im Batteriemodul 30 anhand des ermittelten Ladezustandes der Batteriezelle 10 oder des Batteriemoduls 30 in Schritt B eingestellt. Im Verfahrensschritt A kann alternativ oder zusätzlich ein Alterungszustand der Batteriezelle 10 oder des Batteriemoduls 30 ermittelt werden. Dann wird die Dicke der Ausgleichselemente 14a, 14b, 14c in der Batteriezelle 10 beziehungsweise der Ausgleichselemente 34a, 34b, 34c im Batteriemodul 30 anhand des ermittelten Alterungszustandes der Batteriezelle 10 oder des Batteriemoduls 30 in Schritt B eingestellt. Der Alterungszustand wird beispielsweise durch ein Verhältnis von gemessener Kapazität zur Nennkapazität definiert. Dieses Verhältnis kann für die Batteriezelle 10 oder das Batteriemodul 30 vor einer Alterung der Batteriezelle 10 oder des Batteriemoduls bis 1 oder 100% liegen. Die Nennkapazität kann vorzugsweise zu Beginn einer Inbetriebnahme der Batteriezelle 10 oder Batteriemoduls 30 gemessen werden. 4 shows a method with steps A and B for operation of the battery cell according to the invention 10 or the battery module according to the invention 30 , The process step A describes a method in which a state of charge of the battery cell 10 or the battery module 30 is determined. Then the thickness of the compensating elements 14a . 14b . 14c in the battery cell 10 or the compensation elements 34a . 34b . 34c in the battery module 30 based on the determined state of charge of the battery cell 10 or the battery module 30 in step B set. In the process step A may alternatively or additionally an aging state of the battery cell 10 or the battery module 30 be determined. Then the thickness of the compensating elements 14a . 14b . 14c in the battery cell 10 or the compensation elements 34a . 34b . 34c in the battery module 30 based on the determined aging state of the battery cell 10 or the battery module 30 in step B set. The state of aging is defined, for example, by a ratio of measured capacity to rated capacity. This ratio can be for the battery cell 10 or the battery module 30 before aging the battery cell 10 or the battery module to 1 or 100%. The rated capacity may preferably be at the beginning of a commissioning of the battery cell 10 or battery module 30 be measured.

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Claims (13)

Batteriezelle, umfassend zumindest einen Elektrodenstapel (12a, 12b, 12c, 12d) und zumindest ein Ausgleichselement (14a, 14b, 14c, 14d, 14e, 14f), dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgleichselement (14a, 14b, 14c, 14d, 14d, 14e, 14f) zwischen dem zumindest einen Elektrodenstapel (12a, 12b, 12c, 12d) und einem Gehäuse (16) der Batteriezelle (10) oder einem zweiten Elektrodenstapel (12a, 12b, 12c, 12d) eingebracht ist, wobei das Ausgleichselement (14a, 14b, 14c, 14d, 14e, 14f) derart ausgestaltet ist, dass eine Dicke des Ausgleichselements (14a, 14b, 14c, 14d, 14e, 14f) abhängig von einem Ladezustand der Batteriezelle (10) und/oder von einem Alterungszustand der Batteriezelle (10) eingestellt wird.Battery cell, comprising at least one electrode stack (12a, 12b, 12c, 12d) and at least one compensating element (14a, 14b, 14c, 14d, 14e, 14f), characterized in that the compensating element (14a, 14b, 14c, 14d, 14d, 14e, 14f) between the at least one electrode stack (12a, 12b, 12c, 12d) and a housing (16) of the battery cell (10) or a second electrode stack (12a, 12b, 12c, 12d) is introduced, wherein the compensation element (14a , 14b, 14c, 14d, 14e, 14f) such that a thickness of the compensating element (14a, 14b, 14c, 14d, 14e, 14f) depends on a state of charge of the battery cell (10) and / or a state of aging of the battery cell (10) is set. Batteriezelle gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgleichselement (14a, 14b, 14c, 14d, 14e, 14f) ein elastisches Material aufweist.Battery cell according to Claim 1 , characterized in that the compensating element (14a, 14b, 14c, 14d, 14e, 14f) comprises an elastic material. Batteriezelle gemäß einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke des Ausgleichselements (14a, 14b, 14c, 14d, 14e, 14f) minimal ist, wenn der Ladezustand maximal ist.Battery cell according to one of Claims 1 to 2 , characterized in that the thickness of the compensating element (14a, 14b, 14c, 14d, 14e, 14f) is minimal when the state of charge is maximum. Batteriezelle gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke des Ausgleichelements (14a, 14b, 14c, 14d, 14e, 14f) maximal ist, wenn der Ladezustand minimal ist.Battery cell according to one of Claims 1 to 3 , characterized in that the thickness of the compensating element (14a, 14b, 14c, 14d, 14e, 14f) is maximum when the state of charge is minimal. Batteriezelle gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgleichselement (14a, 14b, 14c, 14d, 14e, 14f) mit einem Kühlmedium, in Form einer Flüssigkeit oder eines Gases, beaufschlagt ist.Battery cell according to one of Claims 1 to 4 , characterized in that the compensation element (14a, 14b, 14c, 14d, 14e, 14f) with a cooling medium, in the form of a liquid or a gas, is acted upon. Batteriezelle gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgleichselement (14a, 14b, 14c, 14d, 14e, 14f) eine Längsrichtung und eine Querrichtung aufweist, wobei das Ausgleichselement (14a, 14b, 14c, 14d, 14e, 14f) derart ausgestaltet ist, dass die Dicke des Ausgleichselements (14a, 14b, 14c, 14d, 14e, 14f) ausschließlich in der Querrichtung eingestellt wird.Battery cell according to one of Claims 1 to 5 , characterized in that the compensating element (14a, 14b, 14c, 14d, 14e, 14f) has a longitudinal direction and a transverse direction, wherein the compensating element (14a, 14b, 14c, 14d, 14e, 14f) is designed such that the thickness of the compensating element (14a, 14b, 14c, 14d, 14e, 14f) is set exclusively in the transverse direction. Batteriemodul, umfassend zumindest zwei Batteriezellen (32a, 32b) und zumindest ein Ausgleichselement (34a, 34b, 34c), wobei das Ausgleichselement (34a, 34b, 34c) in zwischen der zumindest einen Batteriezelle (32a, 32b) und einem Gehäuse (36) des Batteriemoduls (30) oder einer zweiten Batteriezelle (32a, 32b) eingebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgleichselement (34a, 34b, 34c) derart ausgestaltet ist, dass eine Dicke des Ausgleichselements (34a, 34b, 34c) abhängig von einem Ladezustand der Batteriezellen (32a, 32b) und/oder von einem Alterungszustand der Batteriezellen (32a, 32b) eingestellt wird.Battery module, comprising at least two battery cells (32a, 32b) and at least one compensation element (34a, 34b, 34c), wherein the compensation element (34a, 34b, 34c) in between the at least one battery cell (32a, 32b) and a housing (36) the battery module (30) or a second battery cell (32a, 32b) is introduced, characterized in that the compensating element (34a, 34b, 34c) is configured such that a thickness of the compensating element (34a, 34b, 34c) depending on a state of charge the battery cells (32a, 32b) and / or an aging state of the battery cells (32a, 32b) is adjusted. Verfahren zum Betrieb einer Batteriezelle, umfassend zumindest einen Elektrodenstapel (12a, 12b, 12c, 14d) und zumindest ein Ausgleichselement (14a, 14b, 14c, 14d, 14e, 14f), wobei das Ausgleichselement (14a, 14b, 14c, 14d, 14e, 14f) zwischen dem zumindest einen Elektrodenstapel (12a, 12b, 12c, 12d) und einem Gehäuse (16) oder einem zweiten Elektrodenstapel (12a, 12b, 12c, 12d) eingebracht ist, umfassend folgende Schritte: A) Ermitteln eines Ladezustandes und/oder eines Alterungszustandes der Batteriezelle (10) B) Einstellen einer Dicke des Ausgleichselements (14a, 14b, 14c, 14d, 14e, 14f) abhängig vom Ladezustand und/oder vom Alterungszustand der Batteriezelle (10).Method for operating a battery cell, comprising at least one electrode stack (12a, 12b, 12c, 14d) and at least one compensation element (14a, 14b, 14c, 14d, 14e, 14f), wherein the compensation element (14a, 14b, 14c, 14d, 14e , 14f) is inserted between the at least one electrode stack (12a, 12b, 12c, 12d) and a housing (16) or a second electrode stack (12a, 12b, 12c, 12d), comprising the following steps: A) Determining a state of charge and / or an aging state of the battery cell (10) B) setting a thickness of the compensating element (14a, 14b, 14c, 14d, 14e, 14f) depending on the state of charge and / or the state of aging of the battery cell (10). Verfahren zum Betrieb eines Batteriemoduls, umfassend zumindest zwei Batteriezellen (32a, 32b) und zumindest ein Ausgleichselement (34a, 34b, 34c), in zwischen der zumindest einen Batteriezelle (32a, 32b) und einem Gehäuse (36) des Batteriemoduls (30) oder einer zweiten Batteriezelle (32a, 32b) eingebracht ist, umfassend folgende Schritte: A) Ermitteln eines Ladezustandes und/oder eines Alterungszustandes der Batteriezelle (32a, 32b) B) Einstellen einer Dicke des Ausgleichselements (34a, 34b, 34c) abhängig vom Ladezustand und/oder vom Alterungszustand der Batteriezelle (32a, 32b).Method for operating a battery module, comprising at least two battery cells (32a, 32b) and at least one compensation element (34a, 34b, 34c) in between the at least one battery cell (32a, 32b) and a housing (36) of the battery module (30) or a second battery cell (32a, 32b) is introduced, comprising the following steps: A) Determining a state of charge and / or an aging state of the battery cell (32a, 32b) B) setting a thickness of the compensating element (34a, 34b, 34c) depending on the state of charge and / or the state of aging of the battery cell (32a, 32b). Vorrichtung zum Betrieb einer Batteriezelle, umfassend mindestens ein Mittel, insbesondere ein elektronisches Steuergerät, das eingerichtet ist, die Schritte eines Verfahrens gemäß Anspruch 8, durchzuführen.Apparatus for operating a battery cell, comprising at least one means, in particular an electronic control unit, which is set up, the steps of a method according to Claim 8 to perform. Vorrichtung zum Betrieb eines Batteriemoduls, umfassend mindestens ein Mittel, insbesondere ein elektronisches Steuergerät, das eingerichtet ist, die Schritte eines Verfahrens gemäß Anspruch 9, durchzuführen.Apparatus for operating a battery module, comprising at least one means, in particular an electronic control unit, which is set up, the steps of a method according to Claim 9 to perform. Verwendung einer Batteriezelle gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 in einem Elektrofahrzeug, in einem Hybridfahrzeug oder in einem Plug-In-Hybridfahrzeug.Use of a battery cell according to one of Claims 1 to 6 in an electric vehicle, in a hybrid vehicle or in a plug-in hybrid vehicle. Verwendung eines Batteriemoduls gemäß Anspruch 7 in einem Elektrofahrzeug, in einem Hybridfahrzeug oder in einem Plug-In-Hybridfahrzeug.Using a battery module according to Claim 7 in an electric vehicle, in a hybrid vehicle or in a plug-in hybrid vehicle.
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