DE102009035489A1 - Einzelzelle für eine Batterie - Google Patents

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Claudia Dr.Rer.Nat. Brasse
Günter Dr.rer.nat. Eichinger
Andreas Dr. Gutsch
Michael Dr. Gnann
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einzelzelle (1) für eine Batterie, umfassend ein erstes Gehäuseteil (1.1) und ein zweites Gehäuseteil (1.2), die durch einen isolierenden Gehäuserahmen (1.3) elektrisch voneinander getrennt sind, wobei zwischen den Gehäuseteilen (1.1, 1.2) in dem Gehäuserahmen (1.3) ein elektrochemisch aktives Material angeordnet ist, wobei das erste Gehäuseteil (1.1) und das zweite Gehäuseteil (1.2) plattenförmig ausgebildet sind, wobei mindestens einer der Gehäuseteile (1.1) einen nach innen abgewinkelten ersten Randbereich (4) aufweist und das erste Gehäuseteil (1.1) und das zweite Gehäuseteil (1.2) an dem einteilig ausgeführten Gehäuserahmen (1.3) formschlüssig befestigt sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Einzelzelle für eine Batterie, umfassend ein erstes Gehäuseteil und ein zweites Gehäuseteil, die durch einen isolierenden Gehäuserahmen elektrisch voneinander getrennt sind, wobei zwischen den Gehäuseteilen in dem Gehäuserahmen ein elektrochemisch aktives Material angeordnet ist.
  • Aus der WO 01 37353 A1 ist ein wieder aufladbarer hochdichter Energielieferant in Form einer Einzelzelle für elektronische Geräte bekannt. Die Einzelzelle umfasst dabei eine erste und eine zweite metallische Abdeckung und einen diese umlaufenden Rahmen, welcher aus Kunststoff gebildet ist. Ein jeweiliger Randbereich der ersten sowie der zweiten Abdeckung ist abgewinkelt, wobei ein jeweiliger Eckbereich der ersten und der zweiten Abdeckung keine Abwinklung aufweist. Der Rahmen weist Aussparungen auf, mit welchen die Abwinklungen der ersten und der zweiten Abdeckung im Formschluss korrespondieren. Bei Zusammensetzen des Energielieferanten wird in die Aussparung ein Haftvermittler eingebracht, wodurch die erste und die zweite Abdeckung stoffschlüssig an dem Rahmen befestigbar sind.
  • Darüber hinaus ist aus der DE 20 2004 019 262 U1 ein Aufbau für ein Schutzgehäuse eines Akkumulators bekannt. Das Schutzgehäuse umfasst eine obere und eine untere Abdeckung, die jeweils aus einer Metallplatte gebildet sind. Dabei sind die obere und die untere Abdeckung durch Spritzgießen jeweils mit einem Kunststoffteil, welches einen Plastikrand bildet, verbunden. Der Akkumulator ist zwischen der oberen und der unteren Abdeckung angeordnet, wobei die obere und die untere Abdeckung mit Hilfe von Ultraschall aneinander befestigbar sind. Die Metallplatte ist in einem Stanzverfahren herstellbar und Seiten der Metallplatten sind in gebogene Ränder geformt. Diese gebogenen Ränder sind mit mehreren Klammern auf einer Oberfläche versehen, wobei eine Seite der Klammern an den gebogenen Rändern befestigt ist. Die Klammern sind nach ihrer jeweiligen Richtung gezahnt und das Kunststoffteil ist an diesen befestigt, in dem die Klammern beim Spritzgießen in den Plastikrand eingebettet werden.
  • Die EP 1 071 147 A1 beschreibt einen Akkumulator, welcher eine flache Batteriezelle umfasst, wobei die Batteriezelle ein flaches, elektrische Energie erzeugendes Element aufweist. Zur Abdichtung des elektrische Energie erzeugenden Elementes ist wenigstens eine Kaschierfolie als Schutzmaterial aufgebracht. Aus dem die elektrische Energie erzeugenden Element ist ein positiver und ein negativer Pol heraus geführt. Eine Platine ist mit dem positiven und dem negativen Pol verbunden. Weiterhin ist ein Gehäuse vorgesehen, welches zwei sich entlang von zwei Oberflächen der Batteriezelle erstreckende, tragende Seitenwände aufweist. Wenigstens eine der tragenden Wände des Gehäuses ist zumindest teilweise aus einem Metall geformt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einzelzelle einer Batterie anzugeben, bei der eine Lebensdauer bei hohen Temperaturen erhöht und eine mechanische Stabilität der Einzelzelle verbessert ist.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Die Einzelzelle für eine Batterie, insbesondere Hochvolt-Batterie, umfasst ein erstes Gehäuseteil und ein zweites Gehäuseteil, die durch einen isolierenden Gehäuserahmen elektrisch voneinander getrennt sind, wobei zwischen den Gehäuseteilen in dem Gehäuserahmen ein elektrochemisch aktives Material angeordnet ist. Erfindungsgemäß sind das erste Gehäuseteil und das zweite Gehäuseteil plattenförmig ausgebildet, wobei mindestens eines der Gehäuseteile einen nach innen abgewinkelten ersten Randbereich aufweist und das erste Gehäuseteil und das zweite Gehäuseteil an dem einteilig ausgeführten Gehäuserahmen formschlüssig befestigt sind.
  • Zweckmäßigerweise ist der abgewinkelte erste Randbereich am ersten Gehäuseteil ausgebildet. Der abgewinkelte erste Randbereich des ersten Gehäuseteiles wirkt dabei in Gewinn bringender Weise als Diffusionssperre und verhindert somit einen Verlust von Elektrolyt. Darüber hinaus kann der zwischen den Gehäuseteilen angeordnete Gehäuserahmen, insbesondere dessen Dicke, reduziert werden, da zumindest der abgewinkelte erste Randbereich des ersten Gehäuseteiles stabilisierend wirkt. Dabei bezeichnet die Dicke des Gehäuserahmens einen Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Gehäuseteil.
  • Ferner kann durch die Abwinklung zumindest des ersten Randbereiches eine Wärme ableitende Funktion realisiert werden, da der abgewinkelte erste Randbereich des ersten Gehäuseteiles in Richtung einer Wärmeleitplatte angeordnet werden kann, wobei der Wärmeleitplatte eine in der Einzelzelle durch Laden und Entladen entstehende Wärme zuführbar ist.
  • Der abgewinkelte erste Randbereich des ersten Gehäuseteiles kann in einer vorteilhaften Ausgestaltung mehrfach abgewinkelt sein, wobei ein erster Abschnitt der Abwinklung, d. h. des ersten Randbereiches, um mindestens 90° abgewinkelt ist. Ein zweiter Abschnitt des abgewinkelten ersten Randbereiches ist um mindestens 90° zu dem ersten Abschnitt abgewinkelt und verläuft nahezu parallel zu einer inneren Oberflächenseite des ersten Gehäuseteiles.
  • In einer möglichen Ausführungsform weist der zweite Abschnitt des ersten Randbereiches zahnartige Ausformungen auf, die beispielsweise in regelmäßigen Abständen angeordnet sind. Dadurch kann in vorteilhafter Weise bei Herstellung des ersten Gehäuseteiles ein Material eingespart werden.
  • Der aus der Abwinklung zumindest des ersten Randbereiches des ersten Gehäuseteiles resultierende Rand ist dabei derart dimensioniert, dass nach Zusammensetzen der Einzelzelle zumindest der erste Randbereich des ersten Gehäuseteiles den Gehäuserahmen bis auf einen vorgegebenen Abstand zu dem zweiten Gehäuseteil überdeckt. Mit anderen Worten: Die beiden Gehäuseteile umschließen das Zellinnere und den das Zellinnere seitlich umgebenden Gehäuserahmen weitgehend vollständig, bis auf den verbleibenden Abstand in Form eines Spaltes. Hierdurch kann sowohl eine Breite als auch die Dicke des Gehäuserahmens verringert werden. Zudem wird die mechanische Stabilität der Einzelzelle durch den abgewinkelten ersten Randbereich verbessert. Darüber hinaus kann ein Herstellungsprozess der Einzelzelle vereinfacht werden, indem der Gehäuserahmen in das erste Gehäuseteil durch ein Gussverfahren, vorzugsweise ein Spritzgussverfahren, eingebracht wird. Hierzu kann der Gehäuserahmen an das erste Gehäuseteil angespritzt und/oder in das erste Gehäuseteil eingespritzt werden.
  • Weiterhin kann an dem abgewinkelten ersten Randbereich (seitlich an der Einzelzelle), z. B. über eine kraft- und/oder formschlüssige Verbindung, ein Anschlusselement für eine Zellspannungsüberwachungseinheit angeordnet werden.
  • Ferner kann der abgewinkelte erste Randbereich des ersten Gehäuseteiles in vorteilhafter Weise eine seitlich am Gehäuserahmen befindliche Einfüllöffnung für das elektrochemisch aktive Material verschließen.
  • In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Einzelzelle ist ein zweiter abgewinkelter Randbereich am zweiten Gehäuseteil ausgebildet. Beispielsweise weist das zweite Gehäuseteil ein sich über eine Hälfte einer Längsausdehnung des zweiten Gehäuseteiles erstreckenden abgewinkelten zweiten Randbereich auf. Dabei ist der abgewinkelte zweite Randbereich bevorzugt an einer langen Seite des zweiten Gehäuseteiles ausgebildet.
  • Für einen effizienten Wärmeübergang von der Einzelzelle zu der Wärmeleitplatte ist dabei der abgewinkelte zweite Randbereich, welcher in Richtung der Wärmeleitplatte angeordnet ist, in einem Winkel von weitgehend genau 90° abgewinkelt.
  • Darüber hinaus sind das erste und das zweite Gehäuseteil aus einem Metall gebildet und somit gut Wärme leitend ausgeführt. Ferner kann ein solches metallisches Gehäuseteil einen Pol der Einzelzelle bilden. Hierzu ist das Gehäuseteil mit dem im Zellinneren angeordneten elektrochemisch aktiven Material einer Polarität elektrisch leitend verbunden. Dadurch sind die Gehäuseteile der Einzelzelle Spannung führend ausgeführt.
  • Vorzugsweise ist der Gehäuserahmen aus einem Kunststoff, insbesondere aus einem thermoplastischen Kunststoff, gebildet, wodurch das erste Gehäuseteil und das zweite Gehäuseteil elektrisch sowie räumlich voneinander getrennt sind.
  • Hinsichtlich eines Zellenverbundes für eine Batterie umfasst der Zellenverbund eine Mehrzahl, insbesondere eine vorgegebene Anzahl, von elektrisch parallel und/oder seriell miteinander verschalteten Einzelzellen, die über Druckbleche und Spannbänder miteinander verpressbar sein können.
  • Die Batterie eignet sich insbesondere als Fahrzeugbatterie, insbesondere als Hochvolt-Batterie für ein Fahrzeug mit Hybridantrieb oder für ein Brennstoffzellen-Fahrzeug.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
  • Dabei zeigen:
  • 1 schematisch eine Explosionsdarstellung einer erfindungsgemäßen Einzelzelle,
  • 2 schematisch in perspektivischer Ansicht ein erstes Gehäuseteil und ein zweites Gehäuseteil der erfindungsgemäßen Einzelzelle,
  • 3 schematisch in perspektivischer Ansicht eine erfindungsgemäße Einzelzelle im zusammengesetzten Zustand,
  • 4 schematisch ein erstes Gehäuseteil mit abgewinkeltem Randbereich und ein plattenförmiges zweites Gehäuseteil der erfindungsgemäßen Einzelzelle,
  • 5 schematisch eine Schnittdarstellung einer Ausschnittsvergrößerung einer erfindungsgemäßen Einzelzelle gemäß den 1 bis 4, wobei ein Randbereich eines ersten Gehäuseteiles einfach abgewinkelt ist,
  • 6 schematisch ein erstes Gehäuseteil mit mehrfach abgewinkeltem Randbereich,
  • 7 schematisch ein erstes Gehäuseteil mit mehrfach abgewinkeltem Randbereich, wobei ein zweiter Teil der Abwinklung zahnartige Ausformungen aufweist, und
  • 8 schematisch eine Schnittdarstellung einer Ausschnittsvergrößerung einer erfindungsgemäßen Einzelzelle, wobei ein Randbereich eines ersten Gehäuseteiles mehrfach abgewinkelt ist.
  • Einander entsprechende Teile sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
  • In den 1 bis 4 ist eine mögliche Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Einzelzelle, insbesondere einer Rahmenflachzelle, im Weiteren als Rahmenflachzelle 1 bezeichnet, dargestellt.
  • Im Detail zeigt 1 eine Explosionsdarstellung der erfindungsgemäßen Rahmenflachzelle 1, wobei diese perspektivisch dargestellt ist. Insbesondere ist eine Ansicht der Rahmenflachzelle 1 von schräg oben gezeigt.
  • Bei der Rahmenflachzelle 1 handelt es sich insbesondere um eine Rahmenflachzelle 1 für eine Batterie, insbesondere Lithium-Ionen-Batterie, wobei die Batterie insbesondere eine Fahrzeugbatterie für ein Fahrzeug mit Hybridantrieb oder ein Brennstoffzellen-Fahrzeug ist.
  • Hierzu ist in der Batterie ein nicht näher dargestellter Zellenverbund angeordnet, der eine Mehrzahl, d. h. eine vorgebbare Anzahl von seriell und/oder parallel miteinander verschalteten Rahmenflachzellen 1 aufweist.
  • Die erfindungsgemäße Rahmenflachzelle 1 weist ein erstes Gehäuseteil 1.1, ein zweites Gehäuseteil 1.2 sowie einen einteilig ausgeführten Gehäuserahmen 1.3 auf. Dabei sind die Gehäuseteile 1.1, 1.2 mittels des Gehäuserahmens 1.3 elektrisch sowie räumlich voneinander getrennt. Der Gehäuserahmen 1.3 ist aus einem thermoplastischen Kunststoff gebildet, wobei die Gehäuseteile 1.1, 1.2 metallisch ausgeführt sind.
  • Zwischen den Gehäuseteilen 1.1, 1.2 ist in dem Gehäuserahmen 1.3 ein elektrochemisch aktives Material z. B. in Form eines Elektrodenfolienstapels 2 angeordnet, wobei der Elektrodenfolienstapel 2 aus Elektrodenfolien 2.1, wie in 5 näher gezeigt, gebildet ist.
  • Dabei sind die Elektrodenfolien 2.1 über deren Stromableiterfahnen 2.1.1 elektrisch leitend zu einem Pol 3, z. B. durch Schweißung, verbunden. Weiterhin werden diese als Pol 3 zusammengeführten Stromableiterfahnen 2.1.1 einer Polarität mit den jeweiligen metallischen Gehäuseteilen 1.1, 1.2 einer zugehörigen Polarität elektrisch leitend verbunden, wodurch die Gehäuseteile 1.1, 1.2 Spannung führend ausgeführt sind.
  • Erfindungsgemäß sind das erste Gehäuseteil 1.1 und das zweite Gehäuseteil 1.2 plattenförmig ausgebildet, wobei mindestens einer der Gehäuseteile 1.1 einen nach innen, d. h. in Richtung zum Zellinneren, abgewinkelten ersten Randbereich 4 aufweist und das erste Gehäuseteil 1.1 und das zweite Gehäuseteil 1.2 an dem einteilig ausgeführten Gehäuserahmen 1.3 formschlüssig befestigt sind.
  • In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel gemäß 1 ist der erste Randbereich 4 am ersten Gehäuseteil 1.1 ausgebildet. Dabei ist der erste Randbereich 4 an einer ersten langen Seite S1, an sich gegenüberliegenden kurzen Seiten S2 und an einer zweiten langen Seite S3 sich über eine Hälfte einer Länge der zweiten langen Seite S3 erstreckend nach innen abgewinkelt angeordnet.
  • Dabei ist der erste Randbereich 4 einfach abgewinkelt, wobei der erste Randbereich 4 insbesondere an der ersten langen Seite S1 und den beiden kurzen Seiten S2 um mindestens 90° abgewinkelt ist.
  • Beispielsweise wird das erste Gehäuseteil 1.1 in einem Stanzverfahren hergestellt, wobei das gestanzte erste Gehäuseteil 1.1 besonders bevorzugt eine derartige Kontur aufweist, dass der erste Randbereich 4 des ersten Gehäuseteiles 1.1 einfach und ohne großen Aufwand abgewinkelt werden kann. Insbesondere ist der abgewinkelte erste Randbereich 4 so ausgebildet, dass dieser entsprechend den Seiten S1 bis S3 des ersten Gehäuseteiles 1.1 in den Eckbereichen E geschlitzt ist, wodurch der Randbereich 4 seitenweise unterteilt ist.
  • Der abgewinkelte erste Randbereich 4 der zweiten langen Seite S3 ist vorzugsweise weitgehend genau um 90° abgewinkelt, da die zweite lange Seite S3 bei Verwendung der Rahmenflachzelle 1 in einer Batterie in Richtung einer nicht näher dargestellten Wärmeleitplatte anordbar ist. Dabei ist der Wärmeleitplatte eine in der Rahmenflachzelle 1 bei Laden und Entladen entstehende Wärme zuführbar. Vorzugsweise weist die Wärmeleitplatte eine Kanalstruktur auf, die von einem Kühlmedium und/oder einem Kältemittel durchströmt ist, wodurch die der Wärmeleitplatte zugeführte Wärme abführbar ist. Somit wird über den abgewinkelten ersten Randbereich 4 eine Wärmeübertragung unterstützt.
  • Entsprechend der Abwinklung des ersten Randbereiches 4 des ersten Gehäuseteiles 1.1 ist an dem weitgehend plattenförmig ausgeführten zweiten Gehäuseteil 1.2 ein zweiter Randbereich 5 abgewinkelt. Dabei erstreckt sich der zweite abgewinkelte Randbereich 5 über eine Hälfte einer Länge einer unteren langen Seite S4 des zweiten Gehäuseteiles 1.2.
  • Der abgewinkelte zweite Randbereich 5 ist dabei derart an dem plattenförmigen Gehäuseteil 1.2 angeordnet, dass der abgewinkelte zweite Randbereich 5 bei zusammengesetzter Rahmenflachzelle 1 einen fehlenden abgewinkelten Randbereich 4.1 des ersten Gehäuseteiles 1.1 ersetzt, wie in 2 und 3 näher gezeigt ist. Dadurch ist besonders vorteilhaft ein vollständiges Gehäuse der Rahmenflachzelle 1, wie in 2 und 3 dargestellt, hergestellt. Je nach Vorgabe können dabei die abgewinkelten Randbereiche 4 und 5 wechselweise vorgesehen sein.
  • Dabei ist die Abwinklung des ersten Randbereiches 4 des ersten Gehäuseteiles 1.1 und des abgewinkelten zweiten Randbereiches 5 des zweiten Gehäuseteiles 1.2 bei Verwendung der Rahmenflachzelle 1 in einer Batterie, wie oben beschrieben, parallel zu der Wärmeleitplatte anordbar.
  • Dadurch, dass der erste Randbereich 4 insbesondere an der zweiten langen Seite S3 des ersten Gehäuseteiles 1.1 und der zweite Randbereich 5 des zweiten Gehäuseteiles 1.2 abgewinkelt sind, ist eine effizientere und gleichmäßigere Kühlung der Rahmenflachzelle 1 mittels der Wärmeleitplatte realisierbar. Dabei ist die in der Rahmenflachzelle 1 erzeugte Wärme in vorteilhafter Weise über die Gehäuseteile 1.1, 1.2, insbesondere über einen rein metallischen Wärmeleitpfad, an die Wärmeleitplatte abführbar.
  • Bei Herstellung der Rahmenflachzelle 1 ist es besonders vorteilhaft möglich, den Gehäuserahmen 1.3 mittels Spritzguss beispielsweise an das zweite Gehäuseteil 1.2 anzuspritzen oder in das erste Gehäuseteil 1.1 den abgewinkelten ersten Randbereich 4 umlaufend einzuspritzen. Hierzu kann ein Winkel der Abwinklung des ersten Randbereiches 4 an der ersten langen Seite S1 und den beiden sich gegenüberliegenden kurzen Seiten S2 des ersten Gehäuseteiles 1.1 größer 90° gewählt werden, wodurch der abgewinkelte erste Randbereich 4 der entsprechenden Seiten S1, S2 nach dem Spritzgussverfahren in den Gehäuserahmen 1.3 eingebettet ist. Dadurch ist der Gehäuserahmen 1.3 in vorteilhafter Weise formschlüssig zumindest an dem ersten Gehäuseteil 1.1 befestigt.
  • Wird der Gehäuserahmen 1.3 bei Herstellung der Rahmenflachzelle 1 in das erste Gehäuseteil 1.1 den abgewinkelten ersten Randbereich 4 umlaufend eingespritzt, wird daran anschließend das zweite Gehäuseteil 1.2 in einem Heißpressverfahren formschlüssig an dem Gehäuserahmen 1.3 befestigt.
  • In 2 sind das erste und das zweite Gehäuseteil 1.1, 1.2 der Rahmenflachzelle 1 perspektivisch dargestellt. Dabei ist gezeigt, dass Abmessungen einer inneren ersten Oberflächenseite 1.1.1 des ersten Gehäuseteiles 1.1 Abmessungen einer inneren zweiten Oberflächenseite 1.2.1 des zweiten Gehäuseteiles 1.2 entsprechen.
  • 3 zeigt die in 1 in der Explosionsdarstellung dargestellte Rahmenflachzelle 1 im zusammengesetzten Zustand.
  • In 4 ist eine Explosionsdarstellung einer zweiten möglichen Ausführungsform der Gehäuseteile 1.1, 1.2 der erfindungsgemäßen Rahmenflachzelle 1 gezeigt.
  • Dabei ist der erste Randbereich 4 des ersten Gehäuseteiles 1.1 vollständig nach innen abgewinkelt, wobei das zweite Gehäuseteil 1.2 plattenförmig und insbesondere rechteckförmig ausgebildet ist.
  • Insbesondere ist die der Wärmeleitplatte zugewandte lange erste Seite S1 oder lange zweite Seite S3 bis zu der Wärmeleitplatte geführt und parallel zu dieser, insbesondere um 90° abgewinkelt, um den Wärmeübergang von der Rahmenflachzelle 1, insbesondere über den abgewinkelten ersten Randbereich 4, zu der Wärmeleitplatte sicherzustellen.
  • Bei Herstellung der Rahmenflachzelle 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der Gehäuserahmen 1.3 beispielsweise im Spritzgussverfahren an das plattenförmige Gehäuseteil 1.2 angespritzt. Alternativ dazu wird der Gehäuserahmen 1.3 im Spritzgussverfahren in das erste Gehäuseteil 1.1, den nach innen abgewinkelten Randbereich 4 umlaufend, eingespritzt.
  • In 5 ist eine Schnittdarstellung einer Ausschnittsvergrößerung der Rahmenflachzelle 1 gemäß den 1 bis 4 dargestellt. Im Detail zeigt die 5 den im Zellinneren angeordneten Elektrodenfolienstapel 2. Dabei sind Enden von Elektrodenfolien 2.1 gleicher Polarität, die so genannten Stromableiterfahnen 2.1.1, zu einem Pol 3 miteinander verbunden. Insbesondere ist der gezeigte Pol 3 elektrisch leitend mit dem zweiten Gehäuseteil 1.2 verbunden, wodurch zumindest das zweite Gehäuseteil 1.2 Spannung führend ausgebildet ist.
  • Zwischen den einzelnen Elektrodenfolien 2.1 des Elektrodenfolienstapels 2 sind Separatoren 6 angeordnet, wodurch die die Elektrodenfolien 2.1 elektrisch voneinander getrennt sind.
  • In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der erste Randbereich 4 des ersten Gehäuseteiles 1.1 nach innen abgewinkelt. Dabei ist der abgewinkelte erste Randbereich 4 derart dimensioniert, insbesondere dessen Dicke 7 derart dimensioniert, dass dieser den Gehäuserahmen 1.3 der Rahmenflachzelle 1 bis auf einen vorgebbaren Abstand a zu dem weitgehend plattenförmig ausgebildeten zweiten Gehäuseteil 1.2 umschließt. D. h. die beiden Gehäuseteile 1.1, 1.2 umschließen das Zellinnere und den das Zellinnere seitlich umgebenden Gehäuserahmen 1.3 weitgehend vollständig bis auf den verbleibenden vorgebbaren Abstand a in Form eines Spaltes. Hierdurch kann sowohl eine Breite als auch die Dicke des Gehäuserahmens 1.3 verringert werden. Dabei bezeichnet die Dicke des Gehäuserahmens 1.3 einen Abstand der Gehäuseteile 1.1, 1.2 zueinander.
  • Darüber hinaus wird eine mechanische Stabilität der Rahmenflachzelle 1 in vorteilhafter Weise zumindest durch den abgewinkelten ersten Randbereich 4 verbessert.
  • Dadurch, dass die Gehäuseteile 1.1, 1.2 formschlüssig an dem einteilig ausgeführten Gehäuserahmen 1.3 befestigt werden, und die Gehäuseteile 1.1, 1.2 eine fast geschlossene Metallhülle der Rahmenflachzelle 1 zusätzlich auch im Gehäuserahmenbereich bilden, ist in besonders vorteilhafter Weise eine Diffusionssperre realisiert, durch die ein Verlust von Elektrolyt aus der Rahmenflachzelle 1 auch über einen längeren Zeitraum verhindert ist.
  • Anhand des abgewinkelten ersten Randbereiches 4 des ersten Gehäuseteiles 1.1 ist es möglich, ein Anschlusselement an dem ersten Randbereich 4 anzuordnen, beispielsweise anzupressen, um eine Spannung/Strom für eine Zellüberwachung und/oder einen so genannten Ausgleich an der entsprechenden Rahmenflachzelle 1 abgreifen zu können.
  • Darüber hinaus ist es möglich, eine seitlich am Gehäuserahmen 1.3 ausgebildete Elektrolyt-Einfüllöffnung beispielsweise mittels des ersten Randbereiches (4) zu verschließen, da die Gehäuseteile 1.1, 1.2 im Heißpressverfahren formschlüssig an dem Gehäuserahmen 1.3 befestigt werden.
  • Vorzugsweise wird das gestanzte und/oder ausgeschnittene erste Gehäuseteil 1.1 einfach abgekantet, also abgewinkelt, wodurch Herstellungs- und Vorrichtungskosten zur Herstellung der Rahmenflachzelle 1 vermindert werden können. Ein Bauraum in den Eckbereichen E der Rahmenflachzelle 1 wird optimiert genutzt, da die Rahmenflachzelle 1 ohne Beachtung von Werkzeugradien und/oder Fließverhalten eines zur Herstellung der Gehäuseteile 1.1, 1.2 verwendeten Materials scharfkantig ausgeführt werden kann.
  • In 6 ist das erste Gehäuseteil 1.1 in einer weiteren möglichen Ausführungsform, insbesondere einer weiteren möglichen Ausführungsform des abgewinkelten ersten Randbereiches 4 dargestellt.
  • Dabei ist der abgewinkelte erste Randbereich 4 mehrfach, insbesondere zweifach abgewinkelt.
  • Ein erster Abschnitt A1 der Abwinklung ist beispielsweise um 90° nach innen abgewinkelt, wobei ein zweiter Abschnitt A2 der Abwinklung des ersten Randbereiches 4 derart abgewinkelt ist, dass dieser nahezu parallel zu der inneren Oberflächenseite 1.1.1 des ersten Gehäuseteiles 1.1 verläuft.
  • Bei Herstellung der Rahmenflachzelle 1 mit dem mehrfach abgewinkelten Randbereich 4 des ersten Gehäuseteiles 1.1 wird der Gehäuserahmen 1.3 vorzugsweise im Spritzgussverfahren derart an den ersten Randbereich 4 eingespritzt, dass der zweite Abschnitt A2 der Abwinklung in den Gehäuserahmen 1.3 eingebracht und mit dem Gehäuserahmen 1.3 verklammert ist, wie in 8 in einer Schnittdarstellung näher dargestellt ist.
  • 7 zeigt das erste Gehäuseteil 1.1 ebenfalls mit einem mehrfach abgewinkelten ersten Randbereich 4. Insbesondere ist der zweite Abschnitt A2 der Abwinklung dabei mit zahnartigen Ausformungen 8 versehen und somit in Art einer Krone ausgeführt. Dabei sind die zahnartigen Ausformungen 8 insbesondere zumindest eine jeweilige Seite S1 bis S3 des ersten Gehäuseteiles 1.1 betreffend in regelmäßigen Abständen angeordnet. Die die zahnartigen Ausformungen 8 werden bei Einspritzen des Gehäuserahmens 1.3 vorzugsweise in diesem eingebettet, wodurch die formschlüssige Befestigung des ersten Gehäuseteiles 1.1 an dem Gehäuserahmen 1.3 verbessert ist.
  • 8 zeigt eine Schnittdarstellung einer Ausschnittsvergrößerung der Rahmenflachzelle 1 gemäß den 6 und 7.
  • Insbesondere ist dabei dargestellt, dass der erste Abschnitt A1 der mehrfach ausgeführten Abwinklung des ersten Randbereiches 4 derart dimensioniert ist, dass der erste Abschnitt A1 des abgewinkelten ersten Randbereiches 4 den Gehäuserahmen 1.3 der Rahmenflachzelle 1 ebenfalls bis auf den vorgebbaren Abstand a zu dem weitgehend plattenförmig ausgebildeten zweiten Gehäuseteil 1.2 umschließt.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Rahmenflachzelle
    1.1
    erstes Gehäuseteil
    1.1.1
    innere erste Oberflächenseite
    1.2
    zweites Gehäuseteil
    1.2.1
    innere zweite Oberflächenseite
    1.3
    Gehäuserahmen
    2
    Elektrodenfolienstapel
    2.1
    Elektrodenfolie
    2.1.1
    Stromableiterfahne
    3
    Pol
    4
    erster Randbereich
    4.1
    fehlender Randbereich
    5
    zweiter Randbereich
    6
    Separator
    7
    Dicke
    E
    Eckbereich
    A1
    erster Abschnitt
    A2
    zweiter Abschnitt
    S1
    erste lange Seite
    S2
    kurze Seite
    S3
    zweite lange Seite
    S4
    untere lange Seite
    a
    vorgebbarer Abstand
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - WO 0137353 A1 [0002]
    • - DE 202004019262 U1 [0003]
    • - EP 1071147 A1 [0004]

Claims (15)

  1. Einzelzelle (1) für eine Batterie, wobei die Einzelzelle (1) ein erstes Gehäuseteil (1.1) und ein zweites Gehäuseteil (1.2) umfasst, die durch einen isolierenden Gehäuserahmen (1.3) elektrisch voneinander getrennt sind, wobei zwischen den Gehäuseteilen (1.1, 1.2) in dem Gehäuserahmen (1.3) ein elektrochemisch aktives Material angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Gehäuseteil (1.1) und das zweite Gehäuseteil (1.2) plattenförmig ausgebildet sind, wobei mindestens eines der Gehäuseteile (1.1) einen nach innen abgewinkelten ersten Randbereich (4) aufweist und das erste Gehäuseteil (1.1) und das zweite Gehäuseteil (1.2) an dem einteilig ausgeführten Gehäuserahmen (1.3) formschlüssig befestigt sind.
  2. Einzelzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Randbereich (4) am ersten Gehäuseteil (1.1) ausgebildet ist und mehrfach abgewinkelt ist.
  3. Einzelzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Abschnitt (A1) der Abwinklung des ersten Randbereiches (4) um mindestens 90° abgewinkelt ist.
  4. Einzelzelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Abschnitt (A2) der Abwinklung des ersten Randbereiches (4) um mindestens 90° zum ersten Abschnitt (A1) abgewinkelt ist.
  5. Einzelzelle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Abschnitt (A2) des ersten Randbereiches (4) zahnartige Ausformungen (8) aufweist oder einen kronenförmigen Rand bildet.
  6. Einzelzelle nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zahnartigen Ausformungen (8) in regelmäßigen Abständen angeordnet sind.
  7. Einzelzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der aus der Abwinklung resultierender erster Randbereich (4) derart dimensioniert ist, insbesondere dessen Dicke derart dimensioniert ist, dass nach Zusammensetzen der Einzelzelle (1) das erste Gehäuseteil (1.1) den Gehäuserahmen (1.3) bis auf einen vorgebbaren Abstand (a) überdeckt.
  8. Einzelzelle nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Abschnitt (A1) des ersten Randbereiches (4) den Gehäuserahmen (1.3) bis auf den vorgebbaren Abstand (a) überdeckt.
  9. Einzelzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Randbereich (5) am zweiten Gehäuseteil (1.2) ausgebildet ist, wobei sich der zweite Randbereich (5) über eine Hälfte einer Längsausdehnung des zweiten Gehäuseteiles (1.2) erstreckt und mindestens einfach abgewinkelt ist.
  10. Einzelzelle nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine untere lange Seite (S4) mit abgewinkelten zweiten Randbereich (5) in Richtung einer Wärmeleitplatte angeordnet ist.
  11. Einzelzelle nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der abgewinkelte zweite Randbereich (5) weitgehend genau um 90° abgewinkelt ist.
  12. Einzelzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Gehäuseteil (1.1) und das zweite Gehäuseteil (1.2) aus Metall gebildet sind.
  13. Einzelzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäuserahmen (1.3) aus einem Kunststoff gebildet ist.
  14. Zellenverbund aus einer Mehrzahl von elektrisch parallel und/oder seriell miteinander verschalteten Einzelzellen (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 13 für eine Batterie, beispielsweise für eine Lithium-Ionen-Batterie.
  15. Batterie mit einem Zellenverbund nach Anspruch 14 mit Einzelzellen (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie eine Fahrzeugbatterie, insbesondere eine Batterie für ein Fahrzeug mit Hybridantrieb oder ein Brennstoffzellen-Fahrzeug ist.
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