WO2020156951A1 - Energiespeicherzelle, batteriemodul und herstellungsverfahren - Google Patents

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Seokyoon Yoo
Franz Fuchs
Kevin Gallagher
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Definitions

  • the present invention relates to an electrochemical energy storage cell, in particular for a vehicle, an energy storage module comprising a plurality of such energy storage cells, a vehicle with such an energy storage module and a method for providing an energy storage cell.
  • the cell height ie the dimension of the installed cell in the vertical direction
  • the cell height is generally determined by the desired vehicle height, so that the cells in flat vehicles, such as sports cars, are made flatter than in higher vehicles, such as vans or SUVs .
  • the installed cells have a larger cell width, ie the dimension in the horizontal direction along the vehicle width, than the cell height.
  • the cell thickness ie the dimension in the horizontal direction along the longitudinal axis of the vehicle, is usually determined by coolability and the safety behavior of the individual cells. It is an object of the present invention to improve electrochemical energy storage cells, in particular with regard to the space requirement in vehicles. It is in particular an object of the present invention to provide an electrochemical energy storage cell which can be contacted in a particularly space-saving manner. This object is achieved by an electrochemical energy storage cell, in particular for a vehicle, a battery module with such electrochemical energy storage cells, a vehicle with such an energy storage module and a method for producing an electrochemical energy storage cell according to the independent claims.
  • a first aspect of the invention relates to an electrochemical energy storage cell, in particular for a vehicle, comprising: (i) an electrode stack which contains a plurality of electrodes of a first polarity and a plurality of electrodes of a second polarity opposite to the first polarity, the electrodes of the first polarity each having a first Have conductor tab that protrudes from the electrode stack on a first side of the electrode stack, and the electrodes of the second polarity each have a second conductor tab that protrudes from the electrode stack on one of the first opposite second side of the electrode stack; (ii) a housing in which the electrode stack is arranged and which is electrically conductively connected to the first conductor tabs; and (iii) a connecting element which is arranged in a housing wall of the housing and is electrically connected to the second conductor tabs and is electrically insulated from the housing and is designed to electrically connect an outside of the housing and the second conductor tabs.
  • the invention is based in particular on the approach of placing the housing of an energy storage cell on the potential of electrodes of the energy storage cell which have a first polarity, for example positive.
  • the electrodes of the first polarity for example positive electrodes
  • electrodes of the first opposite second polarity for example negative electrodes
  • first conductor tabs of the electrodes of the first polarity and second conductor tabs of the electrodes of the second polarity are in each case on opposite sides of an electrode stack, so that the first arrester tabs can be connected to the housing particularly easily.
  • the first arrester tabs can rest essentially directly on a housing wall of the housing.
  • the electrode stack can therefore occupy a higher proportion of the housing volume than with conventional cell designs. Furthermore, components can be saved and better heat dissipation from the electrode stack to the housing is made possible. For example components that electrically connect the first conductor tabs and an outside of the housing can be dispensed with, so that installation space is saved. As a result, the energy density of the energy storage cell can also be increased compared to conventional cells.
  • the energy storage cell can thus preferably be integrated into a circuit via the housing, the housing forming a pole of the first polarity.
  • a pole of the second polarity is preferably formed by a connection element which is arranged in a housing wall of the housing and is electrically connected to the second conductor tabs.
  • the connection element can be embedded in the housing wall, for example. It is also conceivable that the connection element is formed by a part of the housing or the housing wall. In particular, the connection element can be a section from the housing wall, which is electrically insulated from the rest of the housing or part of the housing wall.
  • connection element can also be made larger in this case in order to reliably handle higher currents, e.g. without being able to heat up significantly, since no additional installation space is required on the housing wall for a further connection element corresponding to the first polarity.
  • the housing of the energy storage cell lies on the potential of the electrodes of the first polarity, additional components can also be saved when the energy storage cell is integrated into a circuit, which in addition to construction space also saves costs.
  • the direct contact of the first conductor tabs to the housing allows an improved thermal connection of the electrode stack, in particular the electrodes of the first polarity, and thus provides improved cooling properties of the energy storage cell.
  • the new cell design thus enables a high energy density with at least the same level of security and a reduction in the number of mechanical components. About that In addition, the new cell design enables new types of contact between the cells.
  • the invention enables improved energy storage cells, in particular with regard to their space requirement in vehicles.
  • the housing is designed as a prismatic housing, which has two opposite transverse sides, each with a first surface area, two opposite longitudinal sides, each with a second surface area, and two opposite flat sides, each with a third surface area, and wherein the connecting element in one of the transverse sides is arranged and the first area is smaller than both the second and the third area.
  • the second arresters preferably contact the housing on the other of the two transverse sides. This allows the volume in the housing to be used more efficiently, e.g. a gap between the electrode stack and the housing, in which the conductor tabs for the electrical connection to the housing or the connecting element are arranged, takes up less space on one of the transverse sides than on one of the longitudinal or even flat sides.
  • the electrochemical energy storage cell also has at least one relief element which is arranged on one of the long sides and is set up to reduce a gas pressure in the interior of the housing.
  • the at least relief element is preferably designed as a bursting membrane and manufactured, for example, by mechanical stamping of one of the long sides and / or laser ablation.
  • the relief element can extend at least partially, preferably essentially completely, along one of the long sides.
  • the housing of the electrochemical energy storage cell can, for example, in the floor of a passenger compartment of a vehicle, i.e. be arranged below the passenger compartment.
  • the longitudinal sides of the housing preferably run essentially parallel to the floor of the passenger compartment, as a result of which the space below the passenger compartment can be used particularly efficiently.
  • the at least one relief element is located on a longitudinal side of the housing facing away from the bottom of the passenger cell, so that when gas escapes from the interior of the housing through the at least one relief element, people in the passenger cell are not endangered.
  • the at least one relief element has one, two or more outlet openings which are arranged on one or the two sides of the housing opposite the conductor tabs.
  • the housing has a gas channel which opens at the relief element.
  • the housing is composed of at least one first housing part, which is electrically connected to the first conductor tabs, and a second housing part, in which the connecting element is arranged.
  • a second aspect of the invention relates to an energy storage module which has at least two energy storage cells according to the first aspect of the invention.
  • the at least two energy storage cells are arranged in two cell stacks lying opposite one another, the energy storage cells in the two cell stacks preferably being oriented such that the connection elements, in particular the transverse sides, of two energy storage cells in each case lie opposite one another.
  • the energy storage cells in the two cell stacks can be connected to one another in a particularly simple manner, for example by means of contact electronics running between the cell stacks, and integrated in a circuit, for example.
  • a third aspect of the invention relates to a vehicle, in particular a motor vehicle, with an energy storage module according to the second aspect of the invention.
  • a fourth aspect of the invention relates to a method for producing an energy storage cell, in particular according to the first aspect of the invention, comprising the following steps: (i) arranging a plurality of electrodes of a first polarity and a plurality of electrodes of a second polarity opposite to the first polarity in one Electrode stack in such a way that first conductor tabs of the electrodes of the first polarity each protrude from the electrode stack on a first side of the electrode stack and second conductor tabs of the electrodes of the second polarity each protrude from the electrode stack on a first opposite second side of the electrode stack; (ii) establishing a first electrical connection between the first conductor tabs and a housing; (iii) Establishing a second electrical connection between the second conductor lugs and a connecting element arranged in a housing wall of the housing, which is electrically insulated from the housing and configured to electrically connect an outside of the housing and the second conductor lugs; and sealing the housing.
  • the housing can be composed of several housing parts, in particular a first housing part and a second housing part.
  • the housing can also be composed of a third housing part, optionally also wide housing parts.
  • the housing parts, in particular the first and second housing parts, are more preferred before sealing Way assembled to the housing. Using the sealing, for example using laser welding, a stable mechanical connection can then be made between the housings.
  • the electrical connection between the first conductor tabs and a first housing part is established.
  • the second electrical connection is preferably made between the second conductor tabs and a connection element which is arranged in a housing wall of a second housing part provided separately from the first housing.
  • the first housing part and the second housing part are preferably joined together. This can significantly simplify the manufacturing process.
  • the housing parts are preferably assembled before one or both electrical connections are made between the first conductor tabs and the housing or the second conductor tabs and the connecting element. This can ensure that the first and / or second conductor tabs are precisely arranged, in particular aligned, relative to the housing or to the connection element, before one or both of the electrical connections is or are made.
  • the housing parts can also be joined together after the establishment of one or both electrical connections between the first conductor tabs and the housing or the second conductor tabs and the connecting element.
  • the conductor tabs can be electrically and particularly reliably and carefully connected to the housing or the connecting element.
  • the first housing part can be designed as a prismatic housing that is open on one of its main sides.
  • the electrode stack can be inserted through the opened main page.
  • the first arrester tabs come into contact with the housing and the second arrester tab with the connection element and can be connected, for example by means of laser welding, ultrasound welding or spot welding by high current, permanently and in an electrically conductive manner to the housing or the connecting element.
  • the opened main side can be closed with a second housing part serving as a cover.
  • the first and second housings are put together after the electrical connections have been made by at least the first housing part or the second housing part being tilted relative to the electrode stack, in particular by essentially 90 °.
  • both the first and the second housing part can be tilted.
  • the electrical connections between the first conductor tabs form the housing or the second conductor tabs and the connection element, preferably tilting axes, about which the first and / or second housing part are tilted relative to the electrode stack.
  • the electrode stack between the first and two housing parts in such a way that a housing wall, via which the first conductor tabs are to be connected to the housing in an electrically conductive manner, and the connection element are each aligned perpendicular to the electrode stack.
  • the first and second housings can then be e.g. in the same direction, i.e. clockwise or counterclockwise to close the housing.
  • first and second housings are put together by at least the first housing part and the electrodes stacking or the second housing part and the electrode stack being moved together relative to a third housing part, in particular being pushed into the third housing part.
  • first housing part, the second housing part and the electrode stack can be moved together, for example along an assembly direction. This enables the three housing parts to be precisely aligned relative to one another.
  • first conductor tabs can be electrically connected to the first housing part, which forms one of the two transverse sides of the housing after assembly
  • second conductor tabs can be connected to the connecting element arranged in the second housing part, which forms the other of the two transverse sides of the housing after assembly be electrically connected.
  • the combination of the first housing part, electrode stack and second housing part can then, similar to one Drawer, are inserted into the third housing part, which forms the two long sides and the two main sides of the housing after assembly.
  • the third housing part can also have a stop, for example a stepped or stepped area, on which e.g. the first housing part or the second housing part comes to rest. This enables a particularly precise alignment of the three housing parts to be achieved relative to one another.
  • the first conductor tabs are pressed against the first housing part at least in sections by a holding element when the electrical connection is made to the first housing part.
  • the holding element is preferably set up to fill a gap between the electrode stack and the first housing part, in particular a housing wall of the first housing part, which forms one of the two transverse sides after the housing has been assembled, or to be introduced into this gap. This can ensure that the first conductor tabs lie flat against the first housing part when the electrical connection is made.
  • first conductor tabs pressed against the first housing part can be electrically connected from outside the housing, in particular by laser welding, to the housing, for example by placing the housing on an outside of the housing, for example one of the two transverse sides, behind which the first conductor tabs are pressed against the housing, at least sectionally heated, so that the first conductor tabs connect to the corresponding inside of the housing.
  • the electrical connection of the first conductor lugs to the first housing part and / or the electrical connection of the second conductor lugs to the second housing part and / or the composite housing is produced or sealed by laser welding. This allows a high connection or sealing speed to be achieved.
  • laser welding is advantageous with regard to the achievable energy density of the energy storage cell produced, since this produces narrow and slim weld seams which require little space in the housing.
  • the, preferably rod-shaped, pleated element is guided at least partially through a filling opening or a relief element, in particular an outlet opening, of the already assembled housing into the interior of the already assembled housing, in particular so that the first pressed against the first housing part Discharge tabs from outside the housing, in particular by laser welding, can be electrically connected to the housing.
  • the folding element can then be removed from the housing again through the filling opening or the relief element. This makes it possible to use the installation space inside the housing particularly efficiently.
  • FIG. 1 shows an embodiment of an energy storage cell according to the invention
  • FIG. 2 shows a first example of assembly states of the electrochemical energy storage cell from FIG. 1;
  • FIG. 3 shows a second example of an assembled state of the electrochemical energy storage cell from FIG. 1;
  • FIG. 4 shows a third example of an assembled state of the electrochemical energy storage cell from FIG. 1;
  • FIG. 5 shows a fourth example of an assembled state of the electrochemical energy storage cell from FIG. 1;
  • Fig. 6 shows a preferred embodiment of an energy storage module according to the invention.
  • Fig. 7 shows a preferred embodiment of a method according to the invention.
  • Fig. 1 shows an embodiment of an energy storage cell 1 according to the invention, which has a housing 2 and an electrode stack 3 arranged therein, in a side view.
  • the electrode stack 3 contains electrodes of a first polarity, each of which has a first conductor tab 4a protruding from the electrode stack 3 on a first side 3a of the electrode stack 3, and electrodes of one of the first opposite second polarity, each of which is on a second side 3b of the electrode stack 3 have second conductor tabs 4b protruding from the electrode stack 3.
  • the electrodes of different polarity are preferably each electrically separated from one another by a separator.
  • the electrodes of the first polarity can be, for example, positive electrodes and the electrodes of the second polarity can be negative electrodes which, as shown by way of example in FIG. 1 for a pair, are each arranged adjacent in the electrode stack 3.
  • first electrically conductive connection 8a which is or is preferably produced by a material connection method such as soldering or welding, in particular ultrasound or laser welding.
  • the housing 2 is set to the electrical potential of the electrodes of the first polarity and serves in an appropriate manner as an electrical pole of the energy storage cell 1.
  • a second electrical pole of the energy storage cell 1 is preferably formed by a connection element 5 which is arranged in a housing wall 6 of the housing 2.
  • the connection element 5 can for example be a second electrically conductive connection 8b, which is or is preferably produced analogously to the first electrically conductive connection 8a, can be connected to the second conductor tabs 4b.
  • the connection element 5 can be guided through the housing wall 6, for example, so that an outer side 7 of the housing 2 and the second conductor tabs 4b, in particular the electrodes of the second polarity, are or are electrically connected.
  • the connection element 5 is preferably electrically insulated and sealed with respect to the housing 2, for example embedded in an electrically insulating material 9, so that an electrolyte-tight, electrically conductive connection is produced.
  • the electrochemical energy storage cell 1 can be electrically contacted both on the housing 2 and on the connecting element 5 and integrated into an electrical circuit.
  • the cable routing is simplified by the possibility of being able to contact the housing 2 for connection to the electrodes of the first polarity at almost any point, which advantageously reduces the space requirement, for example in a vehicle.
  • the arrester tabs 4a, 4b are preferably designed to be flexible. From the conductor lugs 4a, 4b can be formed, for example, from collector foils of the electrodes. As a result, the conductor tabs 4a, 4b can be slightly bent or curved, in particular folded, and can thus be positioned or aligned for connection to the housing 2 or to the connecting element 5.
  • the energy storage cell 1 shown in FIG. 1 is preferably a cell with a prismatic housing 2, which has two main sides lying opposite one another (lying parallel to the plane of the drawing), two longitudinal sides 2b lying opposite one another and two transverse sides 2a lying opposite one another.
  • a filling opening 10 is also arranged in the example shown, which is set up to fill the housing 2 from the outside 7 with an electrolyte.
  • the filling opening 10 can, for example, have a valve or be formed as such.
  • a relief element 11 is arranged on one of the long sides 2b and is designed to reduce a gas pressure in the interior of the housing.
  • the relief element 1 1 can be designed as a valve or have such a valve.
  • the relief element is preferably formed by a section of one of the long sides 2b, which allows gas to escape from the housing 2 when a gas pressure threshold value is exceeded.
  • the relief element can be designed, for example, as a predetermined breaking point.
  • FIG. 2 shows a first example of mounting states of the electrochemical energy storage cell 1 from FIG. 1, which is shown in cross section II shown in FIG. 1.
  • the first conductor tabs 4a have already been connected in an electrically conductive manner to the first housing part A (e.g. via laser welding or ultrasonic welding).
  • the second conductor tabs 4b are already electrically connected to the connection element 5, the connection element 5 being arranged in a housing wall 6 of the second housing part B separate from the first housing part A.
  • the first conductor tabs 4a are preferably connected in an electrically conductive manner to one of the transverse sides 2a, while the connecting element 5 is preferably arranged in the other of the transverse sides 2a.
  • the electrically conductive connections 8a, 8b between the first or second conductor tabs 4a, 4b and the first housing part A or the connecting element 5 preferably form axes of rotation (perpendicular to the plane of the drawing) about which the first housing part A or the second housing part B is tilted relative to the electrode stack 3.
  • the first housing part A and the second housing part B can subsequently be tilted relative to the electrode stack 3, in particular by 90 ° in each case, so that, for example, the two fluff sides 2c lie opposite one another.
  • FIG. 2B shows the electrochemical energy storage cell 1 after the two housing parts A, B have “closed”, so that the electrode stack 3 with the protruding first conductor tabs 4a of the electrodes of the first polarity and the protruding second conductor tabs 4b of the electrodes of the second polarity are already arranged within the housing with a first housing part A. electrically connected.
  • the main sides 2c extend essentially parallel to the electrodes in the electrode stack.
  • the first housing part A and the second housing part B can be connected to one another in succession, e.g. welded together, for example by means of laser welding, to seal the housing.
  • FIG. 3 shows a second example of an assembled state of the electrochemical energy storage cell 1 from FIG. 1, which is shown in cross section II shown in FIG. 1.
  • the first arrester tabs 4a have already been connected in an electrically conductive manner to the first housing part A in a previous process step (e.g. by laser welding or ultrasonic welding).
  • the second Ableitfah NEN 4b were also analogous to the first arrester lugs 4a already in an upstream process step with the in a housing wall 6 of the housing part A separate from the first housing part B arranged connecting element 5 electrically connected.
  • the first housing part A which is preferably formed by one of the transverse sides 2a, and at least part of the electrode stack 3 are inserted into a third housing part C.
  • the third housing part C preferably has the two mutually opposite main sides 2c and the two mutually opposite (parallel to the plane of the drawing) long sides.
  • the housing can be assembled by moving the first housing part A and the second housing part B together with the electrode stack 3 further relative to the third housing part C, for example in an insertion direction R, who or the electrode stack 3 is pushed further into the third housing part C.
  • the third housing part C preferably has a stop 12 at which the first and second housing parts A, B and the electrode stack 3 can be directed.
  • the third housing part C can be precisely welded to the first housing part A and the second housing part B when the first housing part A strikes the stop 12.
  • the housing part C has no stop 12, in particular if the three housing parts A, B, C are manufactured so precisely that the first and / or the second housing part A, B have little or no play in the third housing part C.
  • the stop 12 can also be dispensed with for reliable welding of the three housing parts A, B, C.
  • FIG. 4 shows a third example of an assembled state of the electrochemical energy storage cell 1 from FIG. 1, which is shown in cross section II shown in FIG. 1.
  • the second arrester lugs 4b are already electrically conductively connected to the wall 6 of the second housing part B, which is separate from the first housing part A, in a housing wall 6.
  • the first conductor tabs 4a preferably protrude from the second housing part B, in particular on one of the housing wall 6, in which the connecting element 5 is arranged, opposite side of the second housing part B.
  • the first conductor tabs 4 can for this purpose, for example, by an off saving in the second housing part B, in particular such that the first electrically conductive connection 8a between the first Ableitfah NEN 4a and the first housing part A can be made outside of the second housing part B.
  • the second housing part B in particular in the area of the first conductor tabs 4a, can have, for example, a housing wall which forms at least a section of one of the two transverse sides 2a. This housing wall preferably has the cutout through which the first discharge conductors 4a protrude from the second housing part B.
  • the first housing part A which is preferably formed by at least one further section of one of the two transverse sides 2a, is in the example shown tilted relative to the electrode stack 3 or the second housing part B.
  • the first housing part A after being connected to the first conductor tabs 4a, e.g. welded, was therefore tilted in the following relative to the electrode stack 3 or the second housing part B, in particular by 90 °, and welded to the second housing part B.
  • the first conductor tabs 4a are preferably flexible, so that when the first housing part A is tilted they are folded into the assembled housing.
  • the first housing part A can have a housing edge 13 which is set up to contact the second housing part B. This makes the first one Housing part A on the transverse side 2a, which is opposite the housing wall 6, in which the connection element 5 is arranged, a step which offers additional space for the second conductor tabs 4a.
  • the first housing part A can also be formed without the housing edge 13, so that the transverse side 2a, which is opposite the housing wall 6 in which the connection element 5 is arranged, is essentially flat.
  • FIG. 5 shows a fourth example of an assembled state of the electrochemical energy storage cell 1 from FIG. 1, which is shown in cross section II shown in FIG. 1.
  • the housing 2 is already assembled, and the second conductor tabs 4b are already electrically connected to the connection element 5 arranged in a housing wall 6 of the second housing part B separate from the first housing part A Ge.
  • the first arrester tabs 4a are preferably not yet connected to the housing 2, but are pressed by at least one folding element 14 at least in sections against the housing 2, in particular against the first housing part A.
  • the at least one folding element 14 thus positions the first conductor tabs 4a for making the electrically conductive connection between the first conductor tabs 4a and the housing 2, in particular the first housing part A.
  • the electrically conductive connection between the first conductor tabs 4a and the housing 2 can be established, for example by directing a laser beam from an outside 7 of the housing 2 onto that housing wall behind which the first conductor tabs 4a are pressed against the housing wall 2 by the at least one folding element 14.
  • the local heating of the housing wall caused by the laser beam causes the housing wall to be welded to the first conductor tabs 4a arranged behind it.
  • the first conductor tabs 4b can also be welded to the housing 2 by a laser beam, in that the laser beam is guided through an opening into the interior of the already assembled housing 2.
  • the laser beam can for example pass through the filling opening shown in FIG. 1 or can be guided through the relief element shown in Fig. 1 into the interior of the already assembled housing 2.
  • a rod-shaped sample can also be introduced through the relief element or the filling opening, by means of which the conductor tabs are fixed at least in sections and / or temporarily, so that they can be welded from the outside, for example by means of a laser.
  • the rod-shaped sample has a tip, for example a soldering-iron-like heating element, through which the conductor tab can be welded directly to the inside of the housing 2 to the housing wall.
  • FIG. 6 shows a preferred exemplary embodiment of an energy storage module 50 according to the invention, which has a plurality of electrochemical energy storage cells 1.
  • the energy storage cells 1 are, in particular in pairs, stacked along a stacking direction S and form two cell stacks 15a, 15b arranged next to one another. Preferably, therefore, two energy storage cells 1 each form a layer of the module 50.
  • the energy storage cells 1 can be via a contact electronics 16, which the
  • Energy storage cells 1 are preferably interconnected, integrated in a circuit, for example in an electrical system of a vehicle.
  • the contact electronics 16 is preferably set up to electrically contact the connection elements 5 of the energy storage cells 1 and the housing of the energy storage cell 1.
  • the connecting elements 5 and the housing contacts 17 are shown in a first position of the cell stack 15a, 15b in FIG. 7. In order to save installation space, the energy storage cells 1 are contacted on one of their (short) transverse sides 2a.
  • the contact electronics 16 can also be arranged on two opposite sides of the energy storage module 50 be that the energy storage cells 1, preferably in pairs, lie between the contacts electronics 16.
  • the connection elements 5 and the housing contacts 17 are located on the outer transverse sides of the energy storage cells 1. 7 shows a preferred exemplary embodiment of a method 100 according to the invention for producing an energy storage cell.
  • a plurality of electrodes of a first polarity and a plurality of electrodes of a second polarity opposite to the first polarity are arranged in an electrode stack.
  • An electrode of the first polarity and an electrode of the second polarity are preferably alternately stacked, e.g. along a stacking direction.
  • a separator e.g. a porous polymer membrane, which electrically insulates the electrodes from one another, but Li ions, e.g. through pores in the polymer membrane.
  • the electrodes of the first and second polarity each have conductor tabs.
  • the electrodes are preferably arranged such that first conductor tabs of the electrodes of the first polarity on a first side of the electrode stack formed and second conductor tabs of the electrodes of the second polarity protrude from a second side of the electrode stack opposite the first side of the electrode stack.
  • an electrical connection is preferably established between the first conductor tabs and a first housing part
  • an electrical connection is preferably established between the second conductor tabs and a connection element, which is arranged in a housing wall of a second housing part is made.
  • the electrical connection can be made, for example, by materially connecting the first and second conductor tabs to the first housing part or the connection element, for example by ultrasound welding or preferably by laser welding.
  • the first housing part and the second housing part are connected to one another, for example by joining the first and second housing parts together by tilting them relative to the electrode stack.
  • the housing assembled in this way can be sealed. Sealing is also preferred achieved by a material connection between the housing parts, in particular by welding the housing parts by means of a laser beam.
  • the housing can be at least partially assembled from the first and second housing parts before the electrical connections are made in method steps S2, S3. It is also possible to first connect the first conductor tabs to the first housing part and then to at least partially assemble the housing before the second conductor tabs are then connected to the connecting element, or vice versa.
  • A, B, C first, second, third housing part S stacking direction

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrochemische Energiespeicherzelle, ein Energiespeichermodul aus mehreren solchen Energiespeicherzellen, ein Fahrzeug mit einem solchen Energiespeichermodul und ein Verfahren zur Herstellung einer Energiespeicherzelle. Dabei sind mehrere Elektroden einer ersten Polarität und meh- rere Elektroden einer der ersten Polarität entgegengesetzten zweiten Polarität in ei- nem Elektrodenstapel angeordnet, wobei die Elektroden der ersten Polarität jeweils eine erste Ableiterfahne aufweisen, die auf einer ersten Seite des Elektrodenstapels aus dem Elektrodenstapel herausragt, und die Elektroden der zweiten Polarität je- weils eine zweite Ableiterfahne aufweisen, die auf einer der ersten gegenüberliegen- den zweiten Seite des Elektrodenstapels aus dem Elektrodenstapel herausragt. Der Elektrodenstapel ist in einem Gehäuse, das mit den ersten Ableiterfahnen elektrisch leitend verbunden ist, angeordnet. Ein in einer Gehäusewand des Gehäuses ange- ordnetes und mit den zweiten Ableiterfahnen elektrisch verbundenes Anschlussele- ment ist gegenüber dem Gehäuse elektrisch isoliert und dazu eingerichtet, eine Au- ßenseite des Gehäuses und die zweiten Ableiterfahnen elektrisch zu verbinden.

Description

ENERGIESPEICHERZELLE, BATTERIEMODUL UND
HERSTELLUNGSVERFAHREN
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrochemische Energiespeicherzelle, ins besondere für ein Fahrzeug, ein Energiespeichermodul aus mehreren solchen Ener- giespeicherzellen, ein Fahrzeug mit einem solchen Energiespeichermodul und ein Verfahren zur Fierstellung einer Energiespeicherzelle.
Um zumindest teilweise elektromotorisch betriebene Fahrzeuge mit ausreichenden Reichweiten zu ermöglichen, werden im Hinblick auf die geringere Energiedichte von Energiespeicherzellen, beispielsweise Lithium-Ionen-Zellen, gegenüber Kraft- stoffen wie Benzin oder Diesel in der Regel großvolumige Energiespeicher mit einer Vielzahl von Energiespeicherzellen verbaut. Dies stellt im Hinblick auf den in sol chen Fahrzeugen verfügbaren Bauraum eine Flerausforderung dar, zumal auch das mit der großvolumigen Ausführung der Energiespeicher verbundene hohe Gewicht berücksichtigt werden muss. Üblicherweise werden deshalb sog. prismatische Energiespeicherzellen im Fahr zeugboden, d.h. unterhalb der Fahrgastzelle, angeordnet. Die Zellhöhe, d.h. die Ab messung der verbauten Zelle in vertikaler Richtung, wird dabei im Allgemeinen von der gewünschten Fahrzeughöhe bestimmt, so dass die Zellen bei flachen Fahrzeu gen, wie z.B. Sportwägen, flacher ausgeführt sind als bei höheren Fahrzeugen, wie z.B. Transportern oder SUVs. In nahezu allen Fällen weisen die verbauten Zellen je doch eine höhere Zellbreite, d.h. die Abmessung in horizontaler Richtung entlang der Fahrzeugbreite, auf als die Zellenhöhe. Die Zellendicke, d.h. die Abmessung in horizontaler Richtung entlang der Fahrzeuglängsachse, ist dabei üblicherweise durch Kühlbarkeit und das Sicherheitsverhalten der einzelnen Zellen bestimmt. Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, elektrochemische Energiespeicher zellen, insbesondere bezüglich des Raumbedarfs in Fahrzeugen, zu verbessern. Es ist insbesondere eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektrochemische Energiespeicherzelle anzugeben, die besonders raumsparend kontaktiert werden kann. Diese Aufgabe wird gelöst durch eine elektrochemische Energiespeicherzelle, ins besondere für ein Fahrzeug, ein Batteriemodul mit solchen elektrochemischen Ener giespeicherzellen, ein Fahrzeug mit einem solchen Energiespeichermodul und ein Verfahren zur Fierstellung einer elektrochemischen Energiespeicherzelle gemäß den unabhängigen Ansprüchen.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine elektrochemische Energiespeicherzelle, insbesondere für ein Fahrzeug, aufweisend: (i) einen Elektrodenstapel, der mehrere Elektroden einer ersten Polarität und mehrere Elektroden einer der ersten Polarität entgegengesetzten zweiten Polarität enthält, wobei die Elektroden der ersten Polarität jeweils eine erste Ableiterfahne aufweisen, die auf einer ersten Seite des Elektroden stapels aus dem Elektrodenstapel herausragt, und die Elektroden der zweiten Polari tät jeweils eine zweite Ableiterfahne aufweisen, die auf einer der ersten gegenüber liegenden zweiten Seite des Elektrodenstapels aus dem Elektrodenstapel herausragt; (ii) ein Gehäuse, in dem der Elektrodenstapel angeordnet ist und das mit den ersten Ableiterfahnen elektrisch leitend verbunden ist; und (iii) ein in einer Gehäusewand des Gehäuses angeordnetes und mit den zweiten Ableiterfahnen elektrisch verbun denes Anschlusselement, das gegenüber dem Gehäuse elektrisch isoliert und dazu eingerichtet ist, eine Außenseite des Gehäuses und die zweiten Ableiterfahnen elektrisch zu verbinden.
Die Erfindung basiert insbesondere auf dem Ansatz, das Gehäuse einer Energie speicherzelle auf das Potenzial von Elektroden der Energiespeicherzelle, die eine erste Polarität, z.B. positiv, aufweisen, zu legen. Zu diesem Zweck werden die Elekt roden der ersten Polarität, z.B. positive Elektroden, und Elektroden einer der ersten entgegengesetzten zweiten Polarität, z.B. negative Elektroden, in der Weise ausge bildet und/oder angeordnet, dass erste Ableiterfahnen der Elektroden der ersten Po larität und zweite Ableiterfahnen der Elektroden der zweiten Polarität jeweils auf ei nander gegenüberliegenden Seiten eines Elektrodenstapels liegen, so dass die ers ten Ableiterfahnen besonders leicht mit dem Gehäuse elektrisch verbunden werden können. Insbesondere können die ersten Ableiterfahnen im Wesentlichen direkt an einer Gehäusewand des Gehäuses anliegen. Der Elektrodenstapel kann daher ei nen höheren Anteil des Gehäusevolumens belegen als bei konventionellen Zellde signs.. Des Weiteren können Komponenten eingespart und eine bessere Wärmeab fuhr vom Elektrodenstapel zum Gehäuse hin ermöglicht werden. Beispielsweise kann auf Komponenten, welche die ersten Ableiterfahnen und eine Au ßenseite des Gehäuses elektrisch verbinden, verzichtet werden, so dass Bauraum eingespart wird. Dadurch kann auch die Energiedichte der Energiespeicherzelle gegenüber konventionellen Zellen erhöht werden.
Vorzugsweise kann die Energiespeicherzelle somit über das Gehäuse in einen Stromkreis integriert werden, wobei das Gehäuse einen Pol der ersten Polarität bil det. Ein Pol der zweiten Polarität wird dabei in bevorzugter Weise von einem An schlusselement gebildet, das in einer Gehäusewand des Gehäuses angeordnet und mit den zweiten Ableiterfahnen elektrisch verbunden ist. Das Anschlusselement kann zu diesem Zweck beispielsweise in die Gehäusewand eingelassen sein. Es ist auch denkbar, dass das Anschlusselement durch einen Teil des Gehäuses bzw. der Gehäusewand gebildet wird. Insbesondere kann das Anschlusselement ein Ab schnitt der Gehäusewand sein, der vom restlichen Gehäuse bzw. Teil der Gehäuse wand elektrisch isoliert ist. Die Anordnung bzw. Ausbildung der ersten und zweiten Ableiterfahnen auf einander gegenüberliegenden Seiten des Elektrodenstapels er möglicht dabei eine besonders zuverlässige elektrische Isolation des Anschlussele ments. Ausführungen, bei denen die Ableiterfahnen auf gegenüberliegenden Seiten liegen, führen zu einer homogeneren Stromverteilung innerhalb des Stapels, was sich positiv auf Leistungsfähigkeit und Lebensdauer auswirkt. Zudem kann das An schlusselement in diesem Fall auch größer ausgeführt werden, um höhere Ströme zuverlässig, z.B. ohne sich signifikant zu erwärmen, führen zu können, da an der Gehäusewand kein zusätzlicher Bauraum für ein weiteres, mit der ersten Polarität korrespondierendes Anschlusselement benötigt wird.
Dadurch, dass das Gehäuse der Energiespeicherzelle auf dem Potenzial der Elekt roden der ersten Polarität liegt, können auch beim Einbinden der Energiespeicher zelle in einen Stromkreis weitere Bauteile eingespart werden, wodurch neben Bau raum auch Kosten eingespart werden. Zudem erlaubt der direkte Kontakt der ersten Ableiterfahnen zum Gehäuse eine verbesserte thermische Anbindung des Elektro denstapels, insbesondere der Elektroden der ersten Polarität, und liefert somit ver besserte Kühleigenschaften der Energiespeicherzelle.
Das neue Zelldesign erlaubt somit eine hoher Energiedichte bei mindestens gleich bleibender Sicherheit und Reduktion der Zahl der mechanischen Bauteile. Darüber hinaus ermöglicht das neue Zelldesign neue Kontaktierungsvarianten der Zellen un tereinander.
Insgesamt ermöglicht die Erfindung verbesserte Energiespeicherzellen, insbeson dere bezüglich ihres Raumbedarfs in Fahrzeugen.
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung und deren Wei terbildungen beschrieben, die jeweils, soweit dies nicht ausdrücklich ausgeschlossen wird, beliebig miteinander sowie mit den im Weiteren beschriebenen Aspekten der Erfindung kombiniert werden können.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Gehäuse als prismatisches Gehäuse ausgebildet, das zwei einander gegenüberliegende Querseiten mit jeweils einem ers ten Flächeninhalt, zwei einander gegenüberliegenden Längsseiten mit jeweils einem zweiten Flächeninhalt und zwei einander gegenüberliegenden Flauptseiten mit jeweils einem dritten Flächeninhalt aufweist, und wobei das Anschlusselement in einer der Querseiten angeordnet ist und der erste Flächeninhalt kleiner sowohl als der zweite als auch der dritte Flächeninhalt ist. Vorzugsweise kontaktieren die zweiten Ableiter fahnen das Gehäuse dabei auf der anderen der zwei Querseiten. Dadurch kann das Volumen im Gehäuse effizienter genutzt werden, da z.B. ein Spalt zwischen dem Elektrodenstapel und dem Gehäuse, in dem die Ableiterfahnen zur elektrischen Ver bindung mit dem Gehäuse bzw. dem Anschlusselement angeordnet sind, auf einer der Querseiten weniger Raum einnimmt als auf einer der Längs- oder gar Flauptsei ten.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die elektrochemische Energie speicherzelle des Weiteren wenigstens ein Entlastungselement auf, welches auf einer der Längsseiten angeordnet und dazu eingerichtet ist, einen Gasdruck im Gehäuse inneren zu reduzieren. Das wenigstens Entlastungselement ist dabei vorzugsweise als Berstmembran ausgebildet und beispielsweise durch mechanisches Prägen einer der Längsseiten und/oder Laserablation gefertigt. Das Entlastungselement kann sich dabei zumindest teilweise, vorzugsweise im Wesentlichen vollständig, entlang einer der Längsseiten erstrecken. Dadurch kann ein im Gehäuseinneren entstehendes Gas, beispielsweise durch eine Fehlfunktion der Energiespeicherzelle, sicher und zu- verlässig, insbesondere kontrolliert, auf einer der Längsseiten des Gehäuses abge lassen werden, und zwar vorzugsweise, wenn der Gasdruck im Gehäuseinneren ei nen vorgegebenen Druckschwellenwert erreicht oder überschreitet.
Das Gehäuse der elektrochemischen Energiespeicherzelle kann beispielsweise im Boden einer Fahrgastzelle eines Fahrzeugs, d.h. unterhalb der Fahrgastzelle, ange ordnet sein. Vorzugsweise verlaufen dabei die Längsseiten des Gehäuses im We sentlichen parallel zum Boden der Fahrgastzelle, wodurch der Raum unterhalb der Fahrgastzelle besonders effizient genutzt werden kann. Vorzugsweise befindet sich das wenigstens eine Entlastungselement dabei auf einer dem Boden der Fahrgast zelle abgewandten Längsseiten des Gehäuses, so dass bei Austritt von Gas aus dem Gehäuseinneren durch das wenigstens eine Entlastungselement sich in der Fahrgast zelle befindliche Personen nicht gefährdet werden. In einer weiteren Ausführung weist das wenigstens eine Entlastungselement eine, zwei oder mehrere Auslassöffnungen auf, welche auf einer bzw. den beiden den Ableiterfahnen gegenüberliegenden Seiten des Gehäuses angeordnet sind.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das Gehäuse einen Gaskanal auf, der am Entlastungselement mündet. Dadurch kann im Gehäuseinneren entste hendes Gas, etwa durch eine Fehlfunktion der Energiespeicherzelle, besonders zu verlässig über das Entlastungselement abgeführt werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Gehäuse aus wenigstens ei nem ersten Gehäuseteil, der mit den ersten Ableiterfahnen elektrisch verbunden ist, und einen zweiten Gehäuseteil, in dem das Anschlusselement angeordnet ist, zusam mengesetzt. Dadurch können die elektrischen Verbindungen zwischen den ersten Ableiterfahnen und dem Gehäuse bzw. zwischen den zweiten Ableiterfahnen und dem Anschlusselement besonders robust ausgeführt sein, da bei der Fierstellung der Energiespeicherzelle somit jede der elektrischen Verbindungen separat und damit besonders sorgfältig und präzise gefertigt werden kann.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Energiespeichermodul, das wenigstens zwei Energiespeicherzellen nach dem ersten Aspekt der Erfindung aufweist. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die wenigstens zwei Energiespeicherzel len in zwei einander gegenüberliegenden Zellstapeln angeordnet, wobei die Energie speicherzellen in den zwei Zellstapeln dabei vorzugsweise derart orientiert sind, dass sich die Anschlusselemente, insbesondere die Querseiten, von jeweils zwei Energie speicherzellen einander gegenüberliegen. Dadurch können die Energiespeicherzel len in den zwei Zellstapeln in besonders einfacher Weise, z.B. mittels einer zwischen den Zellstapel verlaufenden Kontaktelektronik, miteinander verschalteten und bei spielsweise in einen Stromkreis integriert werden.
Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, mit einem Energiespeichermodul nach dem zweiten Aspekt der Erfindung.
Ein vierter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Energie speicherzelle, insbesondere nach dem ersten Aspekt der Erfindung, aufweisend die folgenden Arbeitsschritte: (i) Anordnen von mehreren Elektroden einer ersten Polari tät und mehreren Elektroden einer der ersten Polarität entgegengesetzten zweiten Polarität in einem Elektrodenstapel in der Weise, dass erste Ableiterfahnen der Elekt roden der ersten Polarität jeweils auf einer ersten Seite des Elektrodenstapels aus dem Elektrodenstapel herausragen und zweite Ableiterfahnen der Elektroden der zweiten Polarität jeweils auf einer der ersten gegenüberliegenden zweiten Seite des Elektrodenstapels aus dem Elektrodenstapel herausragen; (ii) Herstellen einer ersten elektrischen Verbindung zwischen den ersten Ableiterfahnen und einem Gehäuse; (iii) Herstellen einer zweiten elektrischen Verbindung zwischen den zweiten Ableiter fahnen und einem in einer Gehäusewand des Gehäuses angeordneten Anschlussele ment, das gegenüber dem Gehäuse elektrisch isoliert und dazu eingerichtet ist, eine Außenseite des Gehäuses und die zweiten Ableiterfahnen elektrisch zu verbinden; und Versiegeln des Gehäuses.
Dabei kann das Gehäuse aus mehreren Gehäuseteilen, insbesondere einem ersten Gehäuseteil und einem zweiten Gehäuseteil, zusammengesetzt werden. Zusätzlich kann das Gehäuse auch aus einem dritten Gehäuseteil, gegebenenfalls auch Weite ren Gehäuseteilen, zusammengesetzt werden. Dabei werden die Gehäuseteile, ins besondere der erste und zweite Gehäuseteil, vor dem Versiegeln, in bevorzugter Weise zum Gehäuse zusammengefügt. Anhand des Versiegeins, z.B. mittels Laser schweißen, kann dann eine stabile mechanische Verbindung zwischen den Gehäu seteilen hergestellt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die elektrische Verbindung zwischen den ersten Ableiterfahnen und einem ersten Gehäuseteil hergestellt. Die zweite elektri sche Verbindung wird vorzugsweise zwischen den zweiten Ableiterfahnen und einem Anschlusselement hergestellt, das in einer Gehäusewand eines vom ersten Gehäu seteil separat bereitgestellten zweiten Gehäuseteils angeordnet ist. In bevorzugter Weise werden der erste Gehäuseteil und der zweite Gehäuseteil zusammengefügt. Dadurch kann der Herstellungsprozess signifikant vereinfacht werden.
Die Gehäuseteile werden in bevorzugter weise vor dem Herstellen einer oder beider elektrischer Verbindungen zwischen den ersten Ableiterfahnen und dem Gehäuse bzw. den zweiten Ableiterfahnen und dem Anschlusselement zusammengefügt. Dadurch kann sichergestellt werden, dass die ersten und/oder zweiten Ableiterfahnen präzise relativ zum Gehäuse bzw. zum Anschlusselement angeordnet, insbesondere ausgerichtet, sind, bevor die eine oder beide der elektrischen Verbindungen herge stellt wird bzw. werden.
Alternativ können die Gehäuseteile auch nach dem Herstellen einer oder beider elektrischer Verbindungen zwischen den ersten Ableiterfahnen und dem Gehäuse bzw. den zweiten Ableiterfahnen und dem Anschlusselement zusammengefügt wer den. Dadurch können die Ableiterfahnen besonders zuverlässig und sorgfältig mit dem Gehäuse bzw. dem Anschlusselement elektrisch verbunden werden.
Beispielsweise kann der erste Gehäuseteil als prismatisches Gehäuse ausgebildet sein, das auf einer seiner Hauptseiten geöffnet ist. Durch die geöffnete Hauptseite kann der Elektrodenstapel eingeführt werden. Dabei treten in bevorzugter Weise die ersten Ableiterfahnen mit dem Gehäuse und die zweiten Ableiterfahne mit dem An schlusselement in Kontakt und können, z.B. mittels Laserschweißen, Ultraschall schweißen oder Punktschweißen durch hohen Strom, dauerhaft und elektrisch leitend mit dem Gehäuse bzw. dem Anschlusselement verbunden werden. Nachdem die elektrischen Verbindungen derart hergestellt wurden, kann die geöffnete Hauptseite mit einem zweiten, als Deckel dienenden Gehäuseteil verschlossen werden. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden der erste und zweite Gehäu seteil nach dem Herstellen der elektrischen Verbindungen zusammengefügt, indem wenigstens der erste Gehäuseteil oder der zweite Gehäuseteil relativ zum Elektro denstapel, insbesondere um im Wesentlichen 90°, verkippt wird. Insbesondere kön nen sowohl erster als auch zweiter Gehäuseteil verkippt werden. Dabei bilden die elektrischen Verbindungen zwischen den ersten Ableiterfahnen dem Gehäuse bzw. den zweiten Ableiterfahnen und dem Anschlusselement vorzugsweise Kippachsen, um die der erste und/oder zweite Gehäuseteil relativ zum Elektrodenstapel verkippt werden. Auf diese Weise steht beim Herstellen der Energiespeicherzelle besonders viel Raum zur Verfügung, um wenigstens eine der elektrischen Verbindungen, z.B. mittels Laserschweißen, herzustellen.
Es ist beispielsweise denkbar, den Elektrodenstapel zwischen dem ersten und zwei ten Gehäuseteil derart anzuordnen, dass eine Gehäusewand, über welche die ersten Ableiterfahnen elektrisch leitend mit dem Gehäuse verbunden werden sollen, und das Anschlusselement jeweils senkrecht zum Elektrodenstapel ausgerichtet sind. Nach dem Herstellen der elektrischen Verbindungen können der erste und zweite Gehäu seteil dann z.B. gleichsinnig, d.h. mit oder gegen den Uhrzeigersinn, verkippt werden, um das Gehäuse zu schließen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden der erste und zweite Gehäu seteil zusammengefügt, indem wenigstens der erste Gehäuseteil und der Elektroden stapel oder der zweite Gehäuseteil und der Elektrodenstapel gemeinsam relativ zu einem dritten Gehäuseteil verschoben, insbesondere in den dritten Gehäuseteil ein geschoben, werden. Insbesondere können erster Gehäuseteil, zweiter Gehäuseteil und Elektrodenstapel gemeinsam verschoben werden, etwa entlang einer Montage richtung. Dies ermöglicht eine präzise Ausrichtung der drei Gehäuseteile relativ zuei nander.
Beispielsweise können die ersten Ableiterfahnen mit dem ersten Gehäuseteil, der nach dem Zusammenfügen eine der zwei Querseiten des Gehäuses bildet, elektrisch verbunden und die zweiten Ableiterfahnen mit dem im zweiten Gehäuseteil, der nach dem Zusammenfügen die andere der zwei Querseiten des Gehäuses bildet, ange ordneten Anschlusselement elektrisch verbunden werden. Der Verbund aus erstem Gehäuseteil, Elektrodenstapel und zweitem Gehäuseteil kann dann, ähnlich einer Schublade, in den dritten Gehäuseteil, der nach dem Zusammenfügen die zwei Längsseite und die zwei Hauptseiten des Gehäuses bildet, eingeschoben werden.
Um das Einschieben des Verbunds zu erleichtern, kann der dritte Gehäuseteil dabei auch einen Anschlag, beispielsweise einen abgesetzten oder gestuften Bereich, auf weisen, an dem z.B. der erste Gehäuseteil oder der zweite Gehäuseteil zum Anliegen kommt. Dadurch kann eine besonders präzise Ausrichtung der drei Gehäuseteile re lativ zueinander erreicht werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden die ersten Ableiterfahnen beim Herstellen der elektrischen Verbindung mit dem ersten Gehäuseteil zumindest abschnittsweise von einem Halteelement gegen den ersten Gehäuseteil gedrückt. Dabei ist das Halteelement vorzugsweise dazu eingerichtet, einen Spalt zwischen dem Elektrodenstapel und dem ersten Gehäuseteil, insbesondere einer Gehäuse wand des ersten Gehäuseteils, die nach dem Zusammenfügen des Gehäuses eine der zwei Querseiten bildet, auszufüllen bzw. in diesen Spalt eingebracht zu werden. Dadurch kann sichergestellt werden, dass die ersten Ableiterfahnen beim Herstellen der elektrischen Verbindung flächig am ersten Gehäuseteil anliegt.
Durch das Andrücken der ersten Ableiterfahnen an den ersten Gehäuseteil können die ersten Ableiterfahnen von einer gegenüberliegenden Gehäuseseite aus mit dem ersten Gehäuseteil verschweißt werden. Insbesondere können auf diese Weise im Inneren des zusammengefügten Gehäuses gegen den ersten Gehäuseteil ge drückte erste Ableiterfahnen von außerhalb des Gehäuses, insbesondere durch La serschweißen, mit dem Gehäuse elektrisch verbunden werden, etwa indem das Ge häuse auf einer Gehäuseaußenseite, etwa einer der beiden Querseiten, hinter der die ersten Ableiterfahnen an das Gehäuse gedrückt werden, zumindest abschnitts weise erhitzt wird, so dass sich die ersten Ableiterfahnen mit der korrespondieren den Gehäuseinnenseite verbinden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die elektrische Verbindung der ersten Ableiterfahnen mit dem ersten Gehäuseteil und/oder die elektrische Verbin dung der zweiten Ableiterfahnen mit dem zweiten Gehäuseteil und/oder das zusam mengesetzte Gehäuse durch Laserschweißen hergestellt bzw. versiegelt. Dadurch kann eine hohe Verbindungs- bzw. Versiegelungsgeschwindigkeit erreicht werden. Zusätzlich ist es Laserschweißen vorteilhaft bezüglich der erreichbaren Energiedichte der hergestellten Energiespeicherzelle, da hierbei schmale und schlanke Schweiß nähte erzeugt werden, die wenig Bauraum im Gehäuse benötigen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird das, vorzugsweise stabförmige, Flalteelement zumindest teilweise durch eine Befüllungsöffnung oder ein Entlastungs element, insbesondere eine Auslassöffnung, des bereits zusammengesetzten Ge häuses in das Innere des bereits zusammengesetzten Gehäuses geführt, insbeson dere so dass gegen den ersten Gehäuseteil gedrückte erste Ableiterfahnen von au ßerhalb des Gehäuses, insbesondere durch Laserschweißen, mit dem Gehäuse elektrisch verbunden werden können. Anschließend kann das Flalteelement durch die Befüllungsöffnung oder das Entlastungselement wieder aus dem Gehäuse entfernt werden. Dies ermöglicht es, den Bauraum im Inneren des Gehäuses besonders effi zient zu nutzen.
Die in Bezug auf den ersten Aspekt der Erfindung und dessen vorteilhafte Ausgestal- tung beschriebenen Merkmale und Vorteile gelten, zumindest wo technisch sinnvoll, auch für den zweiten, dritten und vierten Aspekt der Erfindung und dessen vorteilhafte Ausgestaltung sowie umgekehrt.
Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Figuren, in denen durchgängig dieselben Bezugszeichen für dieselben oder einander entspre chende Elemente der Erfindung verwendet werden. Es zeigen wenigstens teilweise schematisch:
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Energiespeicherzelle;
Fig. 2 ein erstes Beispiel für Montagezustände der elektrochemischen Energiespei- cherzelle aus Fig. 1 ;
Fig. 3 ein zweites Beispiel für einen Montagezustand der elektrochemischen Ener giespeicherzelle aus Fig. 1 ; Fig. 4 ein drittes Beispiel für einen Montagezustand der elektrochemischen Energie speicherzelle aus Fig. 1 ;
Fig. 5 ein viertes Beispiel für einen Montagezustand der elektrochemischen Energie speicherzelle aus Fig. 1 ; Fig. 6 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Energiespei chermoduls; und
Fig. 7 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Energiespeicher zelle 1 , die ein Gehäuse 2 und einen darin angeordneten Elektrodenstapel 3 auf- weist, in einer Seitenansicht. Der Elektrodenstapel 3 enthält Elektroden einer ersten Polarität, die jeweils eine auf einer ersten Seite 3a des Elektrodenstapels 3 aus dem Elektrodenstapel 3 herausragende erste Ableiterfahne 4a aufweisen, und Elektro den einer der ersten entgegengesetzten zweiten Polarität, die jeweils eine auf einer zweiten Seite 3b des Elektrodenstapels 3 aus dem Elektrodenstapel 3 herausra- gende zweite Ableiterfahne 4b aufweisen. Die Elektroden unterschiedlicher Polarität sind dabei in bevorzugter Weise jeweils durch einen Separator elektrisch voneinan der getrennt. Bei den Elektroden der ersten Polarität kann es sich beispielsweise um positive Elektroden und bei den Elektroden der zweiten Polarität um negative Elekt roden handeln, die, wie beispielhaft in Fig. 1 für ein Paar gezeigt, jeweils benachbart im Elektrodenstapel 3 angeordnet sind.
Zwischen den ersten Ableiterfahnen 4a und dem Gehäuse 2 besteht eine erste elektrisch leitende Verbindung 8a, die vorzugsweise durch ein stoffschlüssiges Ver bindungsverfahren wie etwa Löten oder Schweißen, insbesondere Ultraschall- oder Laserschweißen, hergestellt wird bzw. ist. Dadurch wird das Gehäuse 2 auf das elektrische Potenzial der Elektroden der ersten Polarität gesetzt und dient in bevor zugter Weise entsprechend als ein elektrischer Pol der Energiespeicherzelle 1 .
Ein zweiter elektrischer Pol der Energiespeicherzelle 1 wird vorzugsweise durch ein Anschlusselement 5 gebildet, das in einer Gehäusewand 6 des Gehäuses 2 ange ordnet ist. Das Anschlusselement 5 kann dabei beispielsweise über eine zweite elektrische leitende Verbindung 8b, die in bevorzugter weise analog zur ersten elektrisch leitenden Verbindung 8a hergestellt wird bzw. ist, mit den zweiten Ab leiterfahnen 4b verbunden sein. Das Anschlusselement 5 kann dabei beispielsweise durch die Gehäusewand 6 hindurchgeführt sein, so dass eine Außenseite 7 des Ge- häuses 2 und die zweiten Ableiterfahnen 4b, insbesondere die Elektroden der zwei ten Polarität, elektrisch verbunden sind bzw. werden. Das Anschlusselement 5 ist gegenüber dem Gehäuse 2 in bevorzugter weise elektrisch isoliert und abgedichtet, beispielsweise in ein elektrisch isolierendes Material 9 eingelassen, so dass eine elektrolytdichte elektrisch leitende Verbindung entsteht. Auf diese Weise kann die elektrochemische Energiespeicherzelle 1 sowohl am Ge häuse 2 als auch am Anschlusselement 5 elektrisch kontaktiert und in einen elektri schen Stromkreis integriert werden. Die Leitungsführung wird dabei durch die Mög lichkeit, das Gehäuse 2 zur Verbindung mit den Elektroden der ersten Polarität an nahezu jedem beliebigen Punkt kontaktieren zu können, vereinfacht, was in Folge den Raumbedarf beispielsweise in einem Fahrzeug vorteilhaft reduziert.
Die Ableiterfahnen 4a, 4b sind in bevorzugter Weise flexibel ausgebildet. Die Ab leiterfahnen 4a, 4b können beispielsweise aus Kollektorfolien der Elektroden gebil det sein. Dadurch können die Ableiterfahnen 4a, 4b leicht gebogen bzw. gekrümmt, insbesondere gefaltet, und dadurch zum Verbinden mit dem Gehäuse 2 bzw. mit dem Anschlusselement 5 positioniert bzw. ausgerichtet werden.
Bei der in Figur 1 gezeigten Energiespeicherzelle 1 handelt es sich vorzugsweise um eine Zelle mit einem prismatischen Gehäuse 2, das zwei einander gegenüberlie gende (parallel zur Zeichenebene liegende) Hauptseiten, zwei einander gegenüber liegenden Längsseiten 2b und zwei einander gegenüberliegende Querseiten 2a auf- weist. Die Gehäusewand 6, in der das Anschlusselement 5 angeordnet ist, bildet da bei in bevorzugter Weise eine der Querseiten 2a.
In der Gehäusewand 6, d.h. auf einer der beiden Querseiten 2a ist im gezeigten Bei spiel ebenfalls eine Befüllungsöffnung 10 angeordnet, die dazu eingerichtet ist, das Gehäuse 2 von der Außenseite 7 aus mit einem Elektrolyten zu befüllen. Die Befül- lungsöffnung 10 kann beispielsweise ein Ventil aufweisen oder als ein solches aus gebildet sein. Auf einer der Längsseiten 2b ist im gezeigten Beispiel ein Entlastungselement 1 1 angeordnet, das dazu eingerichtet ist, einen Gasdruck im Inneren des Gehäuses zu reduzieren. Das Entlastungselement 1 1 kann etwa als Ventil ausgebildet sein oder ein solches aufweisen. Das Entlastungselement wird vorzugsweise durch einen Ab- schnitt einer der Längsseiten 2b gebildet, der bei Überschreiten eines Gasdruck schwellenwerts ein Austreten von Gas aus dem Gehäuse 2 ermöglicht. Das Entlas tungselement kann z.B. als Sollbruchstelle ausgebildet sein.
Fig. 2 zeigt ein erstes Beispiel für Montagezustände der elektrochemischen Ener giespeicherzelle 1 aus Fig. 1 , die im in Fig. 1 eingezeichneten Querschnitt II darge- stellt ist. In Fig. 2A wurden die ersten Ableiterfahnen 4a dabei bereits mit dem ers ten Gehäuseteil A elektrisch leitend verbunden (z.B. über Laserschweißen oder Ult raschallschweißen). Ebenso sind die zweiten Ableiterfahnen 4b bereits mit dem An schlusselement 5 elektrisch leitend verbunden, wobei das Anschlusselement 5 in ei ner Gehäusewand 6 des vom ersten Gehäuseteil A separaten zweiten Gehäuse- teils B angeordnet ist.
Dabei sind die ersten Ableiterfahnen 4a vorzugsweise mit einer der Querseiten 2a elektrisch leitend verbunden, während das Anschlusselement 5 vorzugsweise in der anderen der Querseiten 2a angeordnet ist. Die elektrisch leitenden Verbindun gen 8a, 8b zwischen den ersten bzw. zweiten Ableiterfahnen 4a, 4b und dem ersten Gehäuseteil A bzw. dem Anschlusselement 5 bilden dabei in bevorzugter Weise (senkrecht zur Zeichenebene stehende) Drehachsen, um die der ersten Gehäuse teil A bzw. der zweite Gehäuseteil B relativ zum Elektrodenstapel 3 verkippt sind.
Zum Zusammenfügen des Gehäuses können der erste Gehäuseteil A und der zweite Gehäuseteil B im Folgenden relativ zum Elektrodenstapel 3, insbesondere um jeweils 90°, verkippt werden, so dass beispielsweise die beiden Flauptseiten 2c einander gegenüberliegen.
Fig. 2B zeigt die elektrochemische Energiespeicherzelle 1 nach dem„Zuklappen“ der beiden Gehäuseteile A, B, so dass der Elektrodenstapel 3 mit den herausragen den ersten Ableiterfahnen 4a der Elektroden der ersten Polarität und den herausra- genden zweiten Ableiterfahnen 4b der Elektroden der zweiten Polarität innerhalb des Gehäuse angeordnet sind sind dabei bereits mit einem ersten Gehäuseteil A elektrisch leitend verbunden. Die Hauptseiten 2c erstrecken sich dabei im Wesentli chen parallel zu den Elektroden im Elektrodenstapel.
Der erste Gehäuseteil A und der zweite Gehäuseteil B können in Folge miteinander verbunden werden, z.B. miteinander verschweißt, beispielsweise mittels Laser- schweißen, um das Gehäuse zu versiegeln.
Fig. 3 zeigt ein zweites Beispiel für einen Montagezustand der elektrochemischen Energiespeicherzelle 1 aus Fig. 1 , die im in Fig. 1 eingezeichneten Querschnitt II dargestellt ist. Die ersten Ableiterfahnen 4a wurden dabei bereits in einem vorgela gerten Prozessschritt mit dem ersten Gehäuseteil A elektrisch leitend verbunden (z.B. über Laserschweißen oder Ultraschallschweißen). Die zweiten Ableiterfah nen 4b wurden ebenfalls analog zu den ersten Ableiterfahnen 4a bereits in einem vorgelagerten Prozessschritt mit dem in einer Gehäusewand 6 des vom ersten Ge häuseteil A separaten zweiten Gehäuseteils B angeordneten Anschlusselement 5 elektrisch leitend verbunden. Der erste Gehäuseteil A, der vorzugsweise von einer der Querseiten 2a gebildet wird, und zumindest ein Teil des Elektrodenstapels 3 sind in einen dritten Gehäuse teil C eingeführt. Der dritte Gehäuseteil C weist dabei in bevorzugter Weise die zwei einander gegenüberliegenden Hauptseiten 2c und die zwei einander gegenüberlie genden (parallel zur Zeichenebene verlaufenden) Längsseiten auf. Das Gehäuse kann zusammengefügt werden, indem der erste Gehäuseteil A und der zweite Gehäuseteil B zusammen mit dem Elektrodenstapel 3 weiter relativ zum dritten Gehäuseteil C, beispielsweise in einer Einschubrichtung R, verschoben wer den bzw. der Elektrodenstapel 3 weiter in den dritten Gehäuseteil C eingeschoben wird. Der dritte Gehäuseteil C weist dabei in bevorzugter Weise einen Anschlag 12 auf, an dem der erste und zweite Gehäuseteil A, B und der Elektrodenstapel 3 aus gerichtet werden können. Beispielsweise kann der dritte Gehäuseteil C präzise mit dem ersten Gehäuseteil A und dem zweiten Gehäuseteil B verschweißt werden, wenn der erste Gehäuseteil A am Anschlag 12 anschlägt.
In einer alternativen Ausführung weist der Gehäuseteil C keinen Anschlag 12 auf, insbesondere wenn die drei Gehäuseteile A, B, C derart präzise gefertigt sind, dass der erste und/oder der zweite Gehäuseteil A, B kein oder nur kaum Spiel im dritten Gehäuseteil C haben. In diesem Fall kann zum zuverlässigen Verschweißen der drei Gehäuseteile A, B, C auch auf den Anschlag 12 verzichtet werden.
Fig. 4 zeigt ein drittes Beispiel für einen Montagezustand der elektrochemischen Energiespeicherzelle 1 aus Fig. 1 , die im in Fig. 1 eingezeichneten Querschnitt II dargestellt ist. Die zweiten Ableiterfahnen 4b sind bereits mit dem in einer Gehäuse wand 6 des vom ersten Gehäuseteil A separaten zweiten Gehäuseteils B angeord neten Anschlusselement 5 elektrisch leitend verbunden.
Die ersten Ableiterfahnen 4a ragen dabei vorzugsweise aus dem zweiten Gehäuse teil B heraus, insbesondere auf einer der Gehäusewand 6, in der das Anschlussele ment 5 angeordnet ist, gegenüberliegenden Seite des zweiten Gehäuseteils B. Die ersten Ableiterfahnen 4 können zu diesem Zweck beispielsweise durch eine Aus sparung im zweiten Gehäuseteil B hindurch gesteckt werden, insbesondere derart, dass die erste elektrisch leitende Verbindung 8a zwischen den ersten Ableiterfah nen 4a und dem ersten Gehäuseteil A außerhalb des zweiten Gehäuseteils B her gestellt werden kann. Der zweite Gehäuseteil B kann, insbesondere im Bereich der ersten Ableiterfahnen 4a, beispielsweise eine Gehäusewand aufweisen, die zumin dest einen Abschnitt einer der zwei Querseiten 2a bildet. Diese Gehäusewand weist in bevorzugter Weise die Aussparung auf, durch welche die ersten Ableiterfah nen 4a aus dem zweiten Gehäuseteil B hinausragen.
Dabei ist der erste Gehäuseteil A, der vorzugsweise von zumindest einem weiteren Abschnitt einer der zwei Querseiten 2a gebildet wird, im gezeigten Beispiel gegen über dem Elektrodenstapel 3 bzw. dem zweiten Gehäuseteil B verkippt. Zum Zu sammenfügen des Gehäuses kann der erste Gehäuseteil A, nachdem er mit den ersten Ableiterfahnen 4a verbunden, z.B. verschweißt, wurde, im Folgenden daher relativ zum Elektrodenstapel 3 bzw. dem zweiten Gehäuseteil B, insbesondere um 90°, verkippt und an den zweiten Gehäuseteil B geschweißt werden. Vorzugsweise sind die ersten Ableiterfahnen 4a flexibel ausgebildet, so dass sie beim Verkippen des ersten Gehäuseteils A in das zusammengefügt Gehäuse gefaltet werden.
Der erste Gehäuseteil A kann dabei einen Gehäuserand 13 aufweisen, der dazu eingerichtet ist, den zweiten Gehäuseteil B zu kontaktieren. Dadurch bildet der erste Gehäuseteil A auf der Querseite 2a, welche der Gehäusewand 6, in der das An schlusselement 5 angeordnet ist, gegenüberliegt, eine Stufe, die zusätzlichen Raum für die zweiten Ableiterfahnen 4a bietet. Alternativ kann der erste Gehäuseteil A aber auch ohne den Gehäuserand 13 ausgebildet sein, so dass die Querseite 2a, welche der Gehäusewand 6, in der das Anschlusselement 5 angeordnet ist, gegen überliegt, im Wesentlichen eben ausgebildet ist.
Fig. 5 zeigt ein viertes Beispiel für einen Montagezustand der elektrochemischen Energiespeicherzelle 1 aus Fig. 1 , die im in Fig. 1 eingezeichneten Querschnitt II dargestellt ist. Das Gehäuse 2 ist dabei bereits zusammengefügt, und die zweiten Ableiterfahnen 4b sind bereits mit dem in einer Gehäusewand 6 des vom ersten Ge häuseteil A separaten zweiten Gehäuseteils B angeordneten Anschlusselement 5 elektrisch leitend verbunden.
Die ersten Ableiterfahnen 4a sind dagegen vorzugsweise noch nicht mit dem Ge häuse 2 verbunden, sondern werden von wenigstens einem Flalteelement 14 zumin- dest abschnittsweise gegen das Gehäuse 2, insbesondere gegen den ersten Ge häuseteil A, gedrückt. Das wenigstens eine Flalteelement 14 positioniert somit die ersten Ableiterfahnen 4a zum Fierstellen der elektrisch leitenden Verbindung zwi schen den ersten Ableiterfahnen 4a und dem Gehäuse 2, insbesondere dem ersten Gehäuseteil A. Die elektrisch leitende Verbindung zwischen den ersten Ableiterfahnen 4a und dem Gehäuse 2 kann beispielsweise hergestellt werden, indem ein Laserstrahl von einer Außenseite 7 des Gehäuses 2 aus auf diejenige Gehäusewand gerichtet wird, hinter der die ersten Ableiterfahnen 4a durch das wenigstens eine Flalteelement 14 gegen die Gehäusewand 2 gedrückt werden. Die durch den Laserstrahl verursachte lokale Erhitzung der Gehäusewand bewirkt ein Verschweißen der Gehäusewand mit den dahinter angeordneten ersten Ableiterfahnen 4a.
Alternativ können die ersten Ableiterfahnen 4b auch durch einen Laserstrahl mit dem Gehäuse 2 verschweißt werden, indem der Laserstrahl durch eine Öffnung in das Innere des bereits zusammengesetzten Gehäuses 2 geführt wird. Der Laser- strahl kann dabei beispielsweise durch die in Fig. 1 gezeigte Befüllungsöffnung oder durch das in Fig. 1 gezeigte Entlastungselement in das Innere des bereits zusam mengesetzten Gehäuses 2 geführt werden. Alternativ kann auch eine stabförmige Probe durch das Entlastungselement oder die Befüllungsöffnung eingeführt werden, mittels der die Ableiterfahnen zumindest abschnittsweise und/oder temporär fixiert, damit sie von außen z.B. mittels eines Lasers verschweißt werden können. In einer weiteren Ausführungsform weist die stabförmige Probe an der Spitze ein, z.B. lötkol benartiges, Heizelement auf, durch das die Ableiterfahne direkt im Inneren des Ge häuses 2 mit der Gehäusewand verschweißt werden kann.
Fig. 6 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Ener- giespeichermoduls 50, dass mehrere elektrochemische Energiespeicherzellen 1 aufweist. Die Energiespeicherzellen 1 sind, insbesondere paarweise, entlang einer Stapelrichtung S gestapelt und bilden zwei nebeneinander angeordnete Zellsta pel 15a, 15b. Vorzugsweise bilden somit jeweils zwei Energiespeicherzellen 1 je weils eine Lage des Moduls 50. Die Energiespeicherzellen 1 können über eine Kontaktelektronik 16, welche die
Energiespeicherzellen 1 vorzugsweise miteinander verschaltet, in einen Stromkreis, beispielsweise in ein Bordnetz eines Fahrzeugs, integriert werden. Die Kontaktelekt ronik 16 ist dabei in bevorzugter weise dazu eingerichtet, die Anschlusselemente 5 der Energiespeicherzellen 1 und die Gehäuse der Energiespeicherzelle 1 elektrisch zu kontaktieren. Aus Übersichtlichkeitsgründen sind in Fig. 7 nur die Anschlussele mente 5 und die Gehäusekontaktierungen 17 in einer ersten Lage der Zellsta pel 15a, 15b gezeigt. Um Bauraum einzusparen, sind die Energiespeicherzellen 1 dabei an einer ihrer (kurzen) Querseiten 2a kontaktiert.
Alternativ zu der in Fig. 7 gezeigten Anordnung, in der die Kontaktelektronik 16 je- weils zwischen zwei Energiespeicherzellen 1 in einer Lage des Energiespeichermo duls 50 angeordnet ist, kann die Kontaktelektronik 16 auch in der Weise auf zwei ei nander gegenüberliegenden Seiten des Energiespeichermoduls 50 angeordnet sein, dass die Energiespeicherzellen 1 , vorzugsweise paarweise, zwischen der Kontakte lektronik 16 liegen. Mit anderen Worten befinden sich in diesem Fall die Anschlus- selemente 5 und die Gehäusekontaktierungen 17 an den außenliegenden Quersei ten der Energiespeicherzellen 1 . Fig. 7 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfah rens 100 zur Herstellung einer Energiespeicherzelle.
In einem Verfahrensschritt S1 werden mehrere Elektroden einer ersten Polarität und mehrere Elektroden einer der ersten Polarität entgegengesetzten zweiten Polarität in einem Elektrodenstapel angeordnet. Dabei werden vorzugsweise abwechselnd eine Elektrode der ersten Polarität eine Elektrode der zweiten Polarität aufeinander- gestapelt, z.B. entlang einer Stapelrichtung. Zwischen jedem Elektrodenpaar der ersten und zweiten Polarität wird in bevorzugter Weise ein Separator, z.B. eine po röse Polymermembran, angeordnet, welcher die Elektroden voneinander elektrisch isoliert, Li-Ionen jedoch, z.B. durch Poren in der Polymermembran, passieren lässt.
Die Elektroden der ersten und zweiten Polarität weisen dabei jeweils Ableiterfahnen auf. Beim Stapeln werden die Elektroden vorzugsweise derart angeordnet, dass erste Ableiterfahnen der Elektroden der ersten Polarität auf einer ersten Seite des gebildeten Elektrodenstapels und zweite Ableiterfahnen der Elektroden der zweiten Polarität einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite des Elektroden stapels aus dem Elektrodenstapel herausragen.
In einem weiteren Verfahrensschritt S2 wird vorzugsweise eine elektrische Verbin dung zwischen den ersten Ableiterfahnen und einem ersten Gehäuseteil hergestellt, und in einem weiteren Verfahrensschritt S3 wird vorzugsweise eine elektrische Ver- bindung zwischen den zweiten Ableiterfahnen und einem Anschlusselement, das in einer Gehäusewand eines zweiten Gehäuseteils angeordnet ist, hergestellt. Die elektrische Verbindung kann beispielsweise durch stoffschlüssige Verbindung der ersten und zweiten Ableiterfahnen mit dem ersten Gehäuseteil bzw. dem Anschlus selement hergestellt werden, etwa durch Ultraschallschweißen oder vorzugsweise durch Laserschweißen.
In einem weiteren Verfahrensschritt S4 werden der erste Gehäuseteil und der zweite Gehäuseteil miteinander verbunden, beispielsweise indem der erste und zweite Gehäuseteil durch Verkippen relativ zum Elektrodenstapel zusammengefügt werden. In einem weiteren Verfahrensschritt S5 kann das derart zusammengefügt Gehäuse versiegelt werden. Das Versiegeln wird in bevorzugter Weise ebenfalls durch eine stoffschlüssige Verbindung zwischen den Gehäuseteilen erreicht, insbe sondere durch Verschweißen der Gehäuseteile durch einen Laserstrahl.
Alternativ zum in Fig. 8 gezeigten Verfahrensablauf sind auch andere Ausführungen des Verfahrens 100 denkbar. Beispielsweise kann das Gehäuse aus dem ersten und zweiten Gehäuseteil zumindest teilweise zusammengesetzt werden, bevor die elektrischen Verbindungen in den Verfahrensschritten S2, S3 hergestellt werden. Ebenso ist es möglich, zunächst die ersten Ableiterfahnen mit dem ersten Gehäuse teil zu verbinden und dann das Gehäuse zumindest teilweise zusammenzufügen, bevor dann die zweiten Ableiterfahnen mit dem Anschlusselement verbunden wer- den, oder umgekehrt.
Bezugszeichenliste
1 elektrochemische Energiespeicherzelle
2 Gehäuse
2a, 2b, 2c Querseite, Längsseite, Hauptseite
3 Elektrodenstapel
3a, 3b, 3c erste, zweite, dritte Seite
4a, 4b erste, zweite Ableiterfahnen
5 Anschlusselement
6 Gehäusewand
7 Außenseite
8a, 8b erste, zweite elektrisch leitende Verbindung
9 Isolationsmaterial
10 Befüllungsöffnung
1 1 Entlastungselement
12 Anschlag
13 Gehäuserand
14 Halteelement
15a, 15b Zellstapel
16 Kontaktelektronik
17 Gehäusekontaktierung
50 Energiespeichermodul
100 Verfahren
S1 -S5 Verfahrensschritte
A, B, C erster, zweiter, dritter Gehäuseteil S Stapelrichtung
Einschubrichtung

Claims

ANSPRÜCHE
1 . Elektrochemische Energiespeicherzelle (1 ), insbesondere für ein Fahrzeug, aufweisend:
-einen Elektrodenstapel (3), der mehrere Elektroden einer ersten Polarität und mehrere Elektroden einer der ersten Polarität entgegengesetzten zwei ten Polarität enthält, wobei die Elektroden der ersten Polarität jeweils eine erste Ableiterfahne (4a) aufweisen, die auf einer ersten Seite (3a) des Elekt rodenstapels (3) aus dem Elektrodenstapel (3) herausragt, und die Elektro den der zweiten Polarität jeweils eine zweite Ableiterfahne (4b) aufweisen, die auf einer der ersten gegenüberliegenden zweiten Seite (3b) des Elektro denstapels (3) aus dem Elektrodenstapel (3) herausragt;
-ein Gehäuse (2), in dem der Elektrodenstapel (3) angeordnet ist und das mit den ersten Ableiterfahnen (4a) elektrisch leitend verbunden ist; und
-ein in einer Gehäusewand (6) des Gehäuses (2) angeordnetes und mit den zweiten Ableiterfahnen (4b) elektrisch verbundenes Anschlusselement (5), das gegenüber dem Gehäuse (2) elektrisch isoliert und dazu eingerichtet ist, eine Au ßenseite (7) des Gehäuses (3) und die zweiten Ableiterfahnen (4b) elektrisch zu verbinden.
2. Energiespeicherzelle (1 ) nach Anspruch 1 , wobei das Gehäuse (2) als pris matisches Gehäuse ausgebildet ist, das zwei einander gegenüberliegende Querseiten (2a) mit jeweils einem ersten Flächeninhalt, zwei einander gegen überliegenden Längsseiten (2b) mit jeweils einem zweiten Flächeninhalt und zwei einander gegenüberliegenden Hauptseiten (2c) mit jeweils einem dritten Flächeninhalt aufweist, und wobei das Anschlusselement (5) in einer der Querseiten (2a) angeordnet ist und der erste Flächeninhalt kleiner sowohl als der zweite als auch der dritte Flächeninhalt ist.
3. Energiespeicherzelle (1 ) nach Anspruch 2, des Weiteren aufweisend wenigs tens ein Entlastungselement (1 1 ), welches auf einer der Längsseiten (2b) an geordnet und dazu eingerichtet ist, einen Gasdruck im Gehäuseinneren zu reduzieren.
4. Energiespeicherzelle (1 ) nach Anspruch 3, wobei das Gehäuse (2) einen Gas kanal aufweist, der am Entlastungselement (1 1 ) mündet.
5. Energiespeicherzelle (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Gehäuse (2) aus wenigstens einem ersten Gehäuseteil (A), der mit den ersten Ableiterfahnen (4a) elektrisch verbunden ist, und einem zweiten Ge häuseteil (B), in dem das Anschlusselement (5) angeordnet ist, zusammenge setzt ist.
6. Energiespeichermodul (50), das wenigstens zwei Energiespeicherzellen (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche aufweist.
7. Energiespeichermodul (50) nach Anspruch 6, wobei die wenigstens zwei Energiespeicherzellen (1 ) in zwei einander gegenüberliegenden Zellsta- peln (15a, 15b) angeordnet sind.
8. Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, mit einem Energiespeichermodul (50) nach Anspruch 6 oder 7.
9. Verfahren (100) zur Herstellung einer Energiespeicherzelle (1 ), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 5, aufweisend die folgenden Arbeitsschritte:
- Anordnen (S1 ) von mehreren Elektroden einer ersten Polarität und mehre ren Elektroden einer der ersten Polarität entgegengesetzten zweiten Pola rität in einem Elektrodenstapel (3) in der Weise, dass erste Ableiterfah- nen (4a) der Elektroden der ersten Polarität jeweils auf einer ersten
Seite (3a) des Elektrodenstapels (3) aus dem Elektrodenstapel (3) heraus ragen und zweite Ableiterfahnen (4b) der Elektroden der zweiten Polarität jeweils auf einer der ersten gegenüberliegenden zweiten Seite (3b) des Elektrodenstapels (3) aus dem Elektrodenstapel (3) herausragen; - Herstellen (S2) einer ersten elektrischen Verbindung (8a) zwischen den ersten Ableiterfahnen (4a) und einem Gehäuse (2);
- Herstellen (S3) einer zweiten elektrischen Verbindung (8b) zwischen den zweiten Ableiterfahnen (4b) und einem in einer Gehäusewand (6) des Ge häuses (2) angeordneten Anschlusselement (5), das gegenüber dem Ge- häuse (2) elektrisch isoliert und dazu eingerichtet ist, eine Außenseite (7) des Gehäuses (2) und die zweiten Ableiterfahnen (4b) elektrisch zu verbin den; und
- Versiegeln (S5) des Gehäuses (2).
10. Verfahren (100) nach Anspruch 9, wobei die erste elektrische Verbindung (8a) zwischen den ersten Ableiterfahnen (4a) und einem ersten Gehäuseteil (A) hergestellt wird und die zweite elektrische Verbindung (B) zwischen den zwei ten Ableiterfahnen (4b) und einem Anschlusselement (5) hergestellt wird, das in einer Gehäusewand (6) eines vom ersten Gehäuseteil (A) separat bereitge- stellten zweiten Gehäuseteils (B) angeordnet ist, des Weiteren aufweisend den folgenden Arbeitsschritt:
-Zusammenfügen (S4) des ersten und zweiten Gehäuseteils (A, B).
1 1. Verfahren (100) nach Anspruch 10, wobei der erste und zweite Gehäuse- teil (A, B) nach dem Herstellen der elektrischen Verbindungen (8a, 8b) zusam- mengefügt werden, indem wenigstens der erste Gehäuseteil (A) oder der zweite Gehäuseteil (B) relativ zum Elektrodenstapel (3) verkippt wird.
12. Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 10 oder 1 1 , wobei der erste und zweite Gehäuseteil (A, B) zusammengefügt werden, indem wenigstens der erste Gehäuseteil (A) und der Elektrodenstapel (3) oder der zweite Gehäuse teil (B) und der Elektrodenstapel (3) gemeinsam relativ zu einem dritten Ge häuseteil (C) verschoben werden.
13. Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei die ersten Ab leiterfahnen (4a) beim Herstellen der ersten elektrischen Verbindung (8a) mit dem ersten Gehäuseteil (A) zumindest abschnittsweise von einem Halteele ment (14) gegen den ersten Gehäuseteil (A) gedrückt werden.
14. Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 9 bis 13, wobei die erste elektri sche Verbindung (8a) der ersten Ableiterfahnen (4a) mit dem ersten Gehäu seteil (A) und/oder die zweite elektrische Verbindung (8b) der zweiten Ab leiterfahnen (4b) mit dem zweiten Gehäuseteil (B) und/oder das zusammen gesetzte Gehäuse (2) durch Laserschweißen hergestellt bzw. versiegelt wird.
15. Verfahren (100) nach Anspruch 13, wobei das Halteelement zumindest teil weise durch eine Befüllungsöffnung (10) oder ein Entlastungselement (1 1 ) des bereits zusammengesetzten Gehäuses (2) in das Innere des bereits zu sammengesetzten Gehäuses (2) geführt wird.
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