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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einer Batteriezelle nach Gattung des unabhängigen Anspruchs. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein Batteriemodul mit solchen Batteriezellen.
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Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, dass Batteriemodule aus einer Mehrzahl an einzelnen Batteriezellen bestehen können, welche seriell und/oder parallel elektrisch leitend miteinander verschaltet sein können, so dass die einzelnen Batteriezellen zu dem Batteriemodul zusammengeschaltet sind.
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Weiterhin werden solche Batteriemodule zu Batterien bzw. Batteriesystemen zusammengeschaltet.
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Weiterhin wird die Mehrzahl an Batteriezellen des Batteriemoduls üblicherweise miteinander mechanisch verspannt bzw. verpresst. Dadurch soll einer Verformung der Mehrzahl an Batteriezellen entgegengewirkt werden. Beispielsweise ist es hierbei bekannt, dass eine Mehrzahl an Batteriezellen zwischen zwei Endplatten angeordnet ist und die Endplatten mittels Seitenplatten miteinander verbunden sind. Eine solche Verbindung kann beispielsweise stoffschlüssig durch Schweißen oder form- und/oder kraftschlüssig durch Schrauben ausgebildet werden.
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Aus dem Stand der Technik sind allgemein Batteriezellen mit prismatisch ausgebildeten Gehäuse bekannt, welche an einer Deckelfläche der jeweiligen Gehäuse Spannungsabgriffe umfassen, die eine rechteckige Grundfläche aufweisen.
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Offenbarung der Erfindung
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Eine Batteriezelle mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs bietet den Vorteil, dass die Batteriezelle auf einfache Weise einer Verspannung in allen drei Raumrichtungen zugänglich ist. Durch erfindungsgemäße Ausbildung eines Spannungsabgriffs der Batteriezelle kann eine Fixierung der solchen Batteriezelle unterstützt werden, insbesondere kann eine Fixierung in der Höhenrichtung unterstützt werden.
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Dazu wird eine Batteriezelle, welche insbesondere als Lithium-Ionen-Batteriezelle ausgebildet ist, zur Verfügung gestellt.
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Die Batteriezelle umfasst ein prismatisches Gehäuse, in welchem elektrochemische Komponenten der Batteriezelle aufgenommen sind.
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Des Weiteren umfasst die Batteriezelle zumindest einen Spannungsabgriff, welcher an einer Seitenfläche des prismatischen Gehäuses angeordnet ist.
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Dieser zumindest eine Spannungsabgriff verjüngt sich in einer parallel zu einer größten Seitenfläche des Gehäuses angeordneten Längsrichtung.
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Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich.
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Prismatisch ausgebildete Gehäuse einer Batteriezelle umfassen bevorzugt insgesamt sechs Seitenflächen, von denen gegenüberliegend angeordnete Seitenflächen parallel zueinander angeordnet sind und gleich groß ausgebildet sind. Weiterhin sind benachbart zueinander angeordnete Seitenflächen jeweils senkrecht zueinander angeordnet.
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Batteriemodule mit einer Mehrzahl an Batteriezellen mit solchen prismatischen Gehäusen sind bevorzugt in der Art ausgebildet, dass die Batteriezellen in einer Längsrichtung des Batteriemoduls mit ihren größten Seitenflächen benachbart zueinander angeordnet sind.
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Es ist zweckmäßig, wenn der Spannungsabgriff symmetrisch zu einer parallel zu einer größten Seitenfläche angeordneten Ebene ausgebildet ist. Dies bietet den besonderen Vorteil, dass eine zuverlässige Verspannung insbesondere in der Höhenrichtung der Batteriezelle möglich ist, da ein Verspannelement auf einfache Weise und zuverlässig angeordnet werden kann.
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Besonders bevorzugt ist der zumindest eine Spannungsabgriff an einer Deckelfläche des Gehäuses angeordnet. An dieser Stelle sei angemerkt, dass Deckelflächen üblicherweise die Oberseite eines Batteriemoduls ausbilden. Eine derartige Ausbildung bietet den Vorteil, dass eine elektrische Verschaltung besonders einer Mehrzahl an solchen Batteriezellen einfach auszubilden ist.
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Es ist besonders zweckmäßig, wenn das Batteriemodul zwei Spannungsabgriffe aufweist, wobei ein erster Spannungsabgriff als positiver Spannungsabgriff ausgebildet ist und ein zweiter Spannungsabgriff als negativer Spannungsabgriff ausgebildet. Derartige Batteriezellen können mittels Zellverbindern besonders einfach elektrisch leitend seriell und/oder parallel miteinander verschaltet werden. An dieser Stelle sei weiterhin angemerkt, dass die Spannungsabgriffe bevorzugt beide jeweils an der Deckelfläche des Gehäuses angeordnet sind, sodass eine besonders einfache Verschaltung möglich ist. Insbesondere ist der Spannungsabgriff dabei von dem Gehäuse der Batteriezelle elektrisch isoliert.
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Zwischen den zwei Spannungsabgriffen kann weiterhin eine Entgasungsöffnung angeordnet sein. Eine solche Entgasungsöffnung ist dazu ausgebildet, Gas aus einem Inneren des Gehäuses der Batteriezelle abzulassen. Insbesondere umfasst die Entgasungsöffnung dabei ein Sicherheitsventil, welches die Entgasungsöffnung verschließt und nur bei Überschreiten eines bestimmten, sicherheitskritischen Drucks im Inneren des Gehäuses der Batteriezelle öffnet. Daher dient eine solche Entgasungsöffnung insbesondere einer Entgasung in einem sicherheitskritischen Fall.
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Weiterhin kann es auch zweckmäßig sein, wenn das Gehäuse der Batteriezelle als weiterer Spannungsabgriff ausgebildet ist und der Spannungsabgriff von dem Gehäuse elektrisch isoliert ist.
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Dies bietet den Vorteil, dass bei einer Anordnung einer Mehrzahl an Batteriezellen zu einem Batteriemodul durch Kontaktierung der einzelnen Gehäuse der Batteriezellen, insbesondere der jeweils größten Seitenflächen der Batteriezellen, die weiteren Spannungsabgriff elektrisch leitend miteinander verschaltet sind. Die Spannungsabgriffe der einzelnen Batteriezellen können dabei mittels Zellverbindern elektrisch leitend verschaltet werden. Eine solche Ausbildung kann demnach insbesondere bei einer parallelen Verschaltung bevorzugt sein.
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Es ist zweckmäßig, wenn die Verjüngung als Abschrägung ausgebildet ist. Insbesondere ist dabei ein Winkel von 30 Grad bis 60 Grad und besonders bevorzugt 45 Grad zwischen der Abschrägung und der Längsrichtung ausgebildet. An dieser Stelle sei hierzu bemerkt, dass derjenige Winkel verstanden sein soll, welcher dem Spannungsabgriff zugewandt ist.
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Besonders bevorzugt ist die Verjüngung an einem unmittelbar benachbart zu einer kleinsten Seitenfläche des Gehäuses angeordneten Ende des Spannungsabgriffs angeordnet. An dieser Stelle sei hierzu bemerkt, dass die kleinste Seitenfläche des Gehäuses insbesondere auch als Stirnseite bezeichnet sein kann. Üblicherweise bilden bei einem Batteriemodul mit einer Mehrzahl an Batteriezellen solche kleinsten Seitenflächen bzw. Stirnseiten eine senkrecht angeordnete Außenfläche des Batteriemoduls aus. Eine solche Ausbildung bietet den besonderen Vorteil, dass das Batteriemodul auch in der Höhenrichtung durch ein Verspannelement verspannt oder fixiert werden kann, da dieses in durch die Verjüngung freigelassene Stellen der Oberseite bzw. Deckelfläche der Batteriezelle eingreifen kann.
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An dieser Stelle angemerkt, dass der zumindest eine Spannungsabgriff der Batteriezellen möglichst nahe an der kleinsten Seitenfläche des prismatischen Gehäuses angeordnet sein sollte, da der zumindest eine Spannungsabgriff weiterhin elektrisch leitend mit einer Anode oder einer Kathode, welche jeweils Teil der im Inneren des Gehäuse angeordneten elektrochemischen Komponenten sind, verbunden ist. Somit kann den elektrochemischen Komponenten wie bspw. einer sogenannten Jelly Roll möglichst viel Raum gelassen werden. Bevorzugt beträgt der unmittelbare Abstand zwischen der kleinsten Seitenfläche und dem zumindest einen Spannungsabgriff weniger als zehn Prozent und bevorzugt weniger als fünf Prozent der gesamten Länge der Deckelfläche.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein Batteriemodul mit einer Mehrzahl an eben beschriebenen Batteriezellen. Die Batteriezellen sind dabei durch Zellverbinder elektrisch leitend miteinander verbunden, wobei die Zellverbinder jeweils elektrisch leitend mit den zumindest einen Spannungsabgriffen der jeweiligen Batteriezelle verbunden sind.
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Besonders zweckmäßig ist es, wenn das Batteriemodul ein Verspannelement umfasst, welches in die Verjüngung eingreift. Dadurch können die Batteriezellen in einer Höhenrichtung fixiert werden.
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Figurenliste
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Es zeigt:
- 1 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Batteriezelle in einer Draufsicht und
- 2 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Batteriemoduls in einer perspektivischen Ansicht.
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1 zeigt in einer Draufsicht eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Batteriezelle 1.
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Die Batteriezelle 1 ist dabei insbesondere als Lithium-Ionen-Batteriezelle 100 ausgebildet.
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Die Batteriezelle 1 umfasst ein prismatisches Gehäuse 2. Von den eingangs angesprochenen sechs Seitenflächen des Gehäuses 2 ist in der 1 nur eine Deckelfläche 3 zu erkennen, welche auch als Oberseite bezeichnet sein kann. In diesem prismatischen Gehäuse 2 sind elektrochemische Komponenten der Batteriezelle 1 aufgenommen. Insbesondere ist darin eine Anode und eine Kathode aufgenommen, welche durch einen Separator voneinander getrennt sind. Bevorzugt können die elektrochemischen Komponenten gewickelt miteinander ausgebildet vorliegen und eine sogenannte Jelly Roll bilden.
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Weiterhin umfasst die Batteriezelle 1 zumindest einen Spannungsabgriff 4. Der zumindest eine Spannungsabgriff 4 ist dabei an einer Seitenfläche des prismatischen Gehäuses 2 angeordnet.
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Gemäß 1 ist diese Seitenfläche dabei die Deckelfläche 3.
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Aus der 1 ist dabei zu erkennen, dass sich der zumindest eine Spannungsabgriff 4 in einer parallel zu einer größten Seitenfläche 5 des Gehäuses 2, welche in der 1 nicht zu erkennen ist, angeordneten Längsrichtung 6 verjüngt. Durch eine solche Verjüngung ergeben sich durch Bezugszeichen 9 verdeutlichte Bereiche der Deckelfläche 3, welche nicht durch den zumindest einen Spannungsabgriff 4 bedeckt sind und daher gute Angriffsmöglichkeiten für später noch beschriebene Verspannelemente 11 bieten.
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Durch diese Bereiche 9 wird eine Möglichkeit für eine Fixierung der Batteriezelle 1 in einer Höhenrichtung der Batteriezelle 1 geschaffen. Diese Höhenrichtung steht dabei senkrecht auf der Zeichenebene der 1.
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Gemäß einer in der 1 dargestellten Ausführungsform sind die Verjüngungen jeweils als Abschrägung 90 ausgebildet. Zwischen der Abschrägung 90 und der Längsrichtung 6 ist dabei ein Winkel 91 ausgebildet. Dieser Winkel hat bevorzugt einen Wert zwischen 30° und 60° und insbesondere einen Wert von 45°.
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Aus der 1 ist zu erkennen, dass die Verjüngung unmittelbar benachbart an einem zu einer kleinsten Seitenfläche 51 des prismatischen Gehäuse 2 angeordneten Ende 43 des zumindest einen Spannungsabgriffs 4 angeordnet ist. Insbesondere soll darunter auch verstanden sein, dass sich der zumindest eine Spannungsabgriff 4 in Richtung des Ende 43 verjüngt bzw., dass die Verjüngung unmittelbar benachbart zu dem Ende 43 angeordnet sein kann.
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Der zumindest eine Spannungsabgriff 4 ist dabei symmetrisch zu einer parallel zu einer größten Seitenfläche 5 angeordneten Ebene 7 ausgebildet. Diese Ebene 7 ist dabei in 1 in dem relevanten Bereich dargestellt. Zu beachten ist, dass die Ebene 7 senkrecht auf der Zeichenebene steht und daher als Linie dargestellt ist. Mit anderen Worten ausgedrückt bedeutet dies, dass der Normalenvektor der Ebene 7 senkrecht zu der größten Seitenfläche 5 des Gehäuses 2 des Batteriemoduls 1 angeordnet ist.
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Gemäß der in 1 gezeigten Ausführungsform weist das Batteriemodul 1 insgesamt zwei Spannungsabgriffe 4 auf. Insbesondere weist das Batteriemodul 1 einen ersten Spannungsabgriff 41 auf, welcher als positiver Spannungsabgriff 410 ausgebildet ist, und einen zweiten Spannungsabgriff 42, welcher als negativer Spannungsabgriff 420 ausgebildet ist, auf.
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Zudem ist zwischen den beiden Spannungsabgriffen 41, 42 eine Entgasungsöffnung 8 angeordnet.
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An dieser Stelle sei bemerkt, dass auch das Gehäuse 2 der Batteriezelle 1 als weiterer Spannungsabgriff ausgebildet sein kann und der Spannungsabgriff 4 von dem Gehäuse elektrisch isoliert ist.
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2 zeigt in einer perspektivischen Ansicht ein Batteriemodul 10 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Das Batteriemodul 10 umfasst eine Mehrzahl an Batteriezellen 1 gemäß 1. Die Spannungsabgriffe 4 der Batteriezellen 1 können dabei durch in der 2 nicht zu erkennende Zellverbinder elektrisch leitend parallel und/oder seriellen miteinander verschaltet werden.
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Insbesondere zeigt die 2, dass die Batteriezellen 1 mit ihren jeweils größten Seitenflächen 5 unmittelbar benachbart zueinander angeordnet sind. Ferner sind auch die kleinsten Seitenflächen 51 zu erkennen, welche eine gemeinsame Außenfläche 13 des Batteriemoduls 10 ausbilden.
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Weiterhin umfasst das Batteriemodul 1 ein Verspannelement 11, welches in die Verjüngungen eingreifen kann. Insbesondere bedeckt das Verspannelement 11 dabei eine Kante, welche zwischen einer Batteriemoduloberseite 12, die durch die jeweiligen Deckelflächen 3 der Batteriezellen 2 gemeinsam ausgebildet ist, und der Außenfläche 13, die durch die jeweiligen kleinsten Seitenflächen 51 der Batteriezellen 2 gemeinsam ausgebildet ist.
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Das Verspannelement 11 weist Aussparungen 14 auf, welche in der Art jeweils korrespondierend zu einem der zumindest einen Spannungsabgriffe 4 ausgebildet sind, dass der Bereich, in welchem die Verjüngungen ausgebildet ist, in die Aussparung 14 eingreift. Mit anderen Worten ausgedrückt bildet die Aussparungen 14 die Verjüngung negativ ab.
