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Die
Erfindung betrifft eine Batterieeinzelzelle mit einem Gehäuse
nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten
Art.
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Der
Aufbau von Batterien, insbesondere von Hochleistungsbatterien, wie
sie beispielsweise in Elektrofahrzeugen oder in Hybridfahrzeugen
eingesetzt werden, besteht typischerweise aus einer Vielzahl von
Batterieeinzelzellen. Aufgrund der hohen Leistungsdichte werden
dabei bevorzugt Batterieeinzelzellen eingesetzt, welche eine Lithium-Ionen-Zellchemie
aufweisen. Alternativ dazu könnten auch Nickelmetallhydridzellen
eingesetzt werden, welche jedoch eine deutlich geringere Leistungsdichte
aufweisen. Der Aufbau von derartigen Batterien bzw. Hochleistungsbatterien
ist nun typischerweise der, dass eine Vielzahl von Batterieeinzelzellen
miteinander verschaltet wird. Im Allgemeinen handelt es sich dabei
um eine Reihenschaltung von Batterieeinzelzellen oder gegebenenfalls
eine Parallelschaltung von einzelnen wiederum in Reihe geschalteten
Gruppen von Batterieeinzelzellen.
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Die
Batterieeinzelzellen können in der verbreitetsten Ausführungsform
ein becherförmiges Gehäuse aufweisen. Derartige
Rundzellen sind typischerweise mit einem aufgewickelten Elektrodenwickel
als aktivem Material versehen. Alternativ dazu ist ein Aufbau mit
prismatischen Zellen möglich, welche den typischerweise
zur Verfügung stehenden Bauraum besser ausnutzen, da nicht
wie bei runden Zellen zwischen den Batterieeinzelzellen Hohlräume verbleiben.
Mit derartigen prismatischen Zellen kann damit ein noch höheres
Leistungsvolumen realisiert werden. Ein typischer Aufbau für
derartige prismatische Zellen ist beispielsweise in der nicht vorveröffentlichten
deutschen Anmeldung
DE 10
2007 063 184.9 beschrieben. Der Aufbau dieser sogenannten Rahmenflachzelle
sieht vor, dass ein Rahmen aus einem isolierenden Material zusammen
mit zwei Hüllblechen das Gehäuse der Batterieeinzelzelle
bildet. Im Inneren des Rahmens ist dann die Anordnung aus aktivem
Material typischerweise als Stapel von Elektrodenfolien angeordnet.
Diese Elektrodenfolien sind entsprechend ihrer Polarität
abwechselnd gestapelt und jeweils von einem Separator elektrisch
gegeneinander isoliert. Der Elektrodenstapel ist dann mit den entsprechenden
Hüllblechen verbunden, sodass das eine Hüllblech
den einen Pol der Batterieeinzelzelle bildet, während das
andere Hüllblech den anderen Pol der Batterieeinzelzelle
bildet. Dieser sogenannte bipolare Aufbau hat den Vorteil, dass
durch ein einfaches Nebeneinander- bzw. Übereinanderstapeln
der Batterieeinzelzelle bereits eine elektrische Kontaktierung der
Batterieeinzelzellen in der Art einer Reihenschaltung realisiert
werden kann. Auf der einen Seite des Stapels an Batterieeinzelzellen ist
dann der eine Batteriepol angeordnet, auf der anderen Seite des
Stapels an Batterieeinzelzellen der andere Batteriepol.
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Unabhängig
vom Aufbau eine Batterieeinzelzelle muss nun neben dem aktiven Material,
welches beispielsweise bei einer Lithium-Ionen-Zellchemie aus aluminiumhaltigen
Elektrodenfolien für den einen Pol und kupferhaltigen Folien
für den anderen Pol besteht, ein entsprechender Elektrolyt,
beispielsweise eine Lithium-Ionen aufweisende Lösung oder
ein Lithium-Ionen aufweisendes Gel, in das Gehäuse der Batterieeinzelzelle
eingebracht werden. Wenn es nun in dem Gehäuse entsprechende
Hohlräume gibt, wie sie typischerweise in derartigen Gehäusen
auftreten, so wird der Elektrolyt sich nicht nur im Bereich des Elektrodenstapels
bzw. Elektrodenwickels sammeln, sondern auch in den Bereich dieser
Hohlräume strömen. Um nun dafür zu sorgen,
dass im Bereich der Elektroden immer eine ausreichende Menge an
Elektrolyt vorhanden ist, muss entsprechend viel Elektrolyt eingefüllt
werden, um ein Abströmen des Elektrolyts in die Hohlräume
zu verhindern und damit Teile des aktiven Materials ohne Elektrolyt
zu belassen. Das Gehäuse der Batterieeinzelzelle muss als
immer vollständig mit Elektrolyt gefüllt werden,
was eine entsprechend große Menge an Elektrolyt erfordert.
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Es
ist nun die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung, die oben genannten
Nachteile zu vermeiden und zu erreichen, dass eine Batterieeinzelzelle mit
möglichst geringem Aufwand an Kosten hergestellt werden
kann.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Anspruchs
1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Varianten der
erfindungsgemäßen Lösung ergeben sich
aus den Unteransprüchen.
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Die
Verwendung wenigstens eines Füllkörpers, um entsprechende
Hohlräume in dem Batteriegehäuse aufzufüllen,
hat den Vorteil, dass insgesamt weniger Elektrolyt benötigt
wird, um das verbleibende Volumen des Batteriegehäuses
vollständig mit diesem zu füllen. Trotz der geringeren
benötigten Elektrolytmenge kann durch die Verwendung des
wenigstens einen Füllkörpers sichergestellt werden, dass
das gesamte freie Volumen mit Elektrolyt aufgefüllt ist
und somit der Elektrolyt in allen Bereichen der Anordnung der aktiven
Materialien entsprechend vorhanden ist, sodass der für
das aktive Material zur Verfügung stehende Bauraum ideal
ausgenutzt werden kann. Der erfindungsgemäße Aufbau
mit dem Füllkörper kann dabei sowohl bei prismatischen
Zellen als auch bei runden Zellen eingesetzt werden.
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In
einer besonders günstigen Ausgestaltung der Erfindung ist
es vorgesehen, dass der Füllkörper eine geschlossene
Oberfläche aufweist. Diese geschlossene Oberfläche
des Füllkörpers ermöglicht es, dass der
Füllkörper dicht gegenüber dem Elektrolyt
ausgeführt ist und kein Elektrolyt in den Bereich des Füllkörpers
eindringt. Damit kann einerseits ein Aufnehmen von Elektrolyt verhindert
werden, sodass keine Volumina ohne Elektrolyt im Bereich des Gehäuses
entstehen. Andererseits kann ein Aufquellen des Füllkörpers
aus elektrisch isolierendem Material dadurch verhindert werden.
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In
einer besonders günstigen Ausgestaltung der Erfindung kann
der wenigstens eine Füllkörper aus einem elastischen
Material ausgebildet sein. Dieses elastische Material des Füllkörpers
ist in der Lage, eventuelle Längenausdehnungen der Materialien der
Batterieeinzelzelle entsprechend auszugleichen, ohne dass ein entsprechend
hoher Druck im Bereich der Batterieeinzelzelle entsteht. Diese unterschiedlichen
Materialausdehnungen können beispielsweise unterschiedliche
Materialausdehnungen aufgrund der Erwärmung des Gehäuses
und der Anordnung aus aktivem Material sein. Der elastisch ausgebildete wenigstens
eine Füllkörper kann außerdem bei entsprechenden
Druckschwankungen im Bereich der Batterieeinzelzellen komprimiert
und wieder entspannt werden. Solche Druckschwankungen treten im
Allgemeinen bei Lade- und Entladevorgängen in der Batterieeinzelzelle
auf. Durch den elastisch ausgebildeten Füllkörper
können die dabei auf das Gehäuse der Batterie
wirkenden Druckschwankungen reduziert werden, sodass eine höhere
Lebensdauer des Gehäuses erreicht werden kann, ohne dass
dieses Leckagen zeigt.
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In
einer besonders günstigen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen
Batterieeinzelzelle ist es ferner vorgesehen, dass der wenigstens
eine Füllkörper aus einem geschlossenporigen Schaum
ausgebildet ist. Ein solcher Füllkörper aus geschlossenporigem Schaum,
welcher in idealer Weise eine geschlossene Oberfläche aufweist,
kann die oben genannten Vorteile realisieren. Er ist aufgrund der
geschlossenen Oberfläche oder der zumindest nach einem
kurzen Wegstück innerhalb des wenigstens einen Füllkörpers
geschlossenen Poren so ausgebildet, dass kein/nur wenig Elektrolyt
in den Füllkörper eindringt. Außerdem
weist er eine gewisse Elastizität auf, welche die oben
genannten Vorteile ermöglicht. Ferner ist ein derartiger
Füllkörper aus geschlossenporigem Schaum ein sehr
leichtes Bauteil, sodass durch den Füllkörper
kaum zusätzliche Masse in den Aufbau der Batterieeinzelzelle
eingetragen wird.
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Wie
bereits oben erwähnt, kann das Gehäuse der Batterie
dabei becherförmig oder prismatisch ausgebildet sein. Aufgrund
des höheren zu erreichenden Leistungsvolumens liegt ein
besonderes Augenmerk auf den prismatisch ausgebildeten Gehäusen
der Batterieeinzelzellen. Daher ist gemäß einer
besonders günstigen und vorteilhaften Weiterbildung der
Erfindung das Gehäuse der Batterieeinzelzelle prismatisch
ausgebildet. In einer entsprechenden Ausgestaltung hiervon ist es
ferner vorgesehen, dass das Gehäuse einen Rahmen und zwei
Hüllbleche aufweist, wobei die Anordnung des aktiven Materials
als Stapel von Elektrodenfolien und Separatoren ausgebildet ist,
und wobei jeder der Pole der Anordnung jeweils mit einem der Hüllbleche
verbunden ist. Damit entsteht ein entsprechender Aufbau der Batterieeinzelzelle
als sogenannte bipolare Rahmenflachzelle, welche erfindungsgemäß mit
dem wenigstens einen Füllkörper ausgestattet wird.
Dies ermöglicht einen Aufbau mit hohem Leistungsvolumen
bei geringstmöglichem Einsatz an teurem Elektrolyt.
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Gemäß einer
besonders günstigen Weiterbildung der Erfindung ist es
vorgesehen, dass der Rahmen eine Stufe im Bereich der Verbindung
der Anordnung mit einem der Hüllbleche aufweist. In einer
besonders günstigen und vorteilhaften Weiterbildung dieser
Idee kann es ferner vorgesehen sein, dass der wenigstens eine Füllkörper
im Bereich der Verbindung der Anordnung mit dem Hüllblech
angeordnet ist, welcher nicht im Bereich dieser Stufe liegt. Dieser Aufbau
erlaubt die beiden typischerweise entstehenden Hohlräume
im Bereich, in dem der Elektrodenstapel mit dem jeweiligen Hüllblech
verbunden, beispielsweise verschweißt, ist, entsprechend
aufzufüllen. Durch die stufenförmige Ausbildung
des Rahmens einerseits und das Einlegen eines Füllkörpers andererseits
kann erreicht werden, dass mit einfachen und effizienten Mitteln
sämtliche größeren Hohlräume
mit entsprechenden Füllkörpern bzw. dem Material
des Rahmens selbst aufgefüllt sind. Dabei hat der Aufbau,
wie er hier beschrieben ist, den Vorteil, dass der Rahmen auf eines
der Hüllbleche aufgespritzt sein kann. Da hierbei keine
Hinterschneidungen möglich sind, wird im Bereich des aufgespritzten
Rahmens die Stufe so realisiert, dass diese auf der dem Hüllblech,
auf welches der Rahmen aufgespritzt ist, abgewandten Seite zu liegen
kommt. In dem Bereich, in dem die Verbindung des Elektrodenstapels
mit dem Hüllblech, auf welches der Rahmen aufgespritzt
ist, erfolgen soll, ist der Rahmen entsprechend zurückgesetzt
ausgebildet, sodass oberhalb der Verbindungsstelle ein entsprechender
Hohlraum zwischen dem Anschlussbereich des Elektrodenstapels und
dem gegenüberliegenden Hüllblech, welches noch
aufgelegt werden muss, entsteht. Dieser Hohlraum, dessen Entsprechung
auf der gegenüberliegenden Seite durch die Stufe im Rahmen
ausgefüllt wird, wird nun durch den erfindungsgemäßen wenigstens
einen Füllkörper ausgefüllt.
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Dieser
Füllkörper kann dabei als separates Einlegeteil
ausgebildet sein, welches entsprechend eingelegt wird, oder er kann,
wie auch in allen anderen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Idee,
mit einem Teil des Gehäuses verbunden sein. Ein entsprechendes
Teil des Gehäuses wäre beispielsweise ein Gehäusedeckel,
oder in der hier beschriebenen konkreten Ausführungsform
das eine der Hüllbleche. Dabei kann es besonders günstig sein,
den wenigstens einen Füllkörper auf dieses eine
der Hüllbleche mit aufzuspritzen. Diese Ausgestaltungsvariante
der erfindungsgemäßen Idee erlaubt es nicht nur
bezüglich des Einsatzes der verwendeten Elektrolytmenge
Kosten zu sparen, sondern auch bei der Herstellung entsprechende
Einsparungen zu erreichen, da durch das Aufspritzen des Rahmens
auf eines der Hüllbleche und gegebenenfalls des Füllkörpers
auf das andere der Hüllbleche jeweils eigene Fertigungsschritte
eingespart werden können. Ein weiterer Vorteil kann durch
das Aufspritzen des Füllkörpers auf das eine der
Hüllbleche erreicht werden. Der Füllkörper
kann nicht nur die Funktionalität des Auffüllens
von entsprechenden Hohlräumen im Gehäuse der Batterieeinzelzelle
haben, sondern er kann außerdem dazu dienen, das mit ihm
fest verbundene Hüllblech während der Herstellung
der Batterieeinzelzelle sicher und punktgenau gegenüber
dem Rahmen zu positionieren, bevor dieses fest mit dem Rahmen verbunden
wird, beispielsweise durch ein Heißpressverfahren. Hierfür
kann nämlich ein Aufbau gewählt werden, bei der
angespritzte Füllkörper an zumindest zwei Flächen
des bereits mit dem anderen Hüllblech verbundenen Rahmens
zur Anlage kommt, sodass das zweite Hüllblech leicht, und
ohne zusätzliche Vorrichtung einfach positioniert werden
kann.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den
restlichen Unteransprüchen und aus den Ausführungsbeispielen,
welche nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert werden.
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Dabei
zeigen:
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1 eine
Explosionsdarstellung einer Batterieeinzelzelle;
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2 einen
Querschnitt durch eine derartige Batterieeinzelzelle;
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3 eine
Ausschnittsvergrößerung eines Teils des Querschnitts
gemäß 2; und
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4 eine
dreidimensionale Darstellung eines alternativen Aufbaus der Batterieeinzelzelle.
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In
den Ausführungsbeispielen, welche anhand der nachfolgenden
Figuren erläutert werden, ist eine Batterieeinzelzelle 1 jeweils
am Beispiel einer prismatischen Batterieeinzelzelle 1,
insbesondere in einer Ausführung als Rahmenflachzelle,
beschrieben. Dieser Aufbau der Batterieeinzelzelle 1 ist
dabei lediglich beispielhaft zu verstehen, da auch andere Aufbauten
mit prismatischen Gehäusen oder becherförmigen
Gehäusen entsprechend denkbar wären. Aufgrund
der für die nachfolgenden Beispiele von Batterieeinzelzellen 1 beschriebenen
Ausführungen kann der Fachmann die erfindungswesentlichen Merkmale
problemlos auf andere Bauformen von Batterieeinzelzellen 1 analog
anpassen.
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Die
Batterieeinzelzelle 1 ist in der Darstellung der 1 in
einer Explosionsdarstellung zu erkennen. Dabei ist ein Rahmen 2 zu
erkennen, welcher von einem ersten Hüllblech 3 und
einem zweiten Hüllblech 4 seitlich verschlossen
werden kann. Der Rahmen 2 bildet so zusammen mit den Hüllblechen 3, 4 ein
Gehäuse der Batterieeinzelzelle 1, welches hier
nicht mit einem eigenen Bezugszeichen versehen ist. Im Inneren des
Rahmens 2 kommt ein Stapel 5 an Elektroden zu
liegen, welcher an sich aus dem Stand der Technik bekannt ist und
anhand einer der nachfolgenden Figuren noch näher beschrieben
werden wird. Der Elektrodenstapel 5 weist an zwei seiner Enden
entsprechende Anschlussbereiche 6 auf, in welchen die Anodenfolien
auf der einen Seite und die Kathodenfolien auf der anderen Seite
aus dem Elektrodenstapel 5 herausgeführt sind.
Diese Anschlussbereiche 6 stellen praktisch die Pole der
Anordnung der aktiven Materialien dar. Diese werden entsprechend
mit dem Hüllblech 3 bzw. dem Hüllblech 4 verbunden,
sodass die Hüllbleche 3 und 4 die jeweiligen Pole
der Batterieeinzelzelle 1 bilden.
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Am
Hüllblech 3 ist außerdem ein abgekanteter
Bereich 7 sichtbar, welcher im zusammengebauten Zustand
unterhalb des Rahmens 2 zu liegen kommt. Auch das zweite
Hüllblech 4 weist einen entsprechenden Bereich
auf, welcher hier jedoch nur schwer zu erkennen ist. Die beiden
abgekanteten Bereiche 7 sind dabei so ausgebildet, dass
sie sich unterhalb des Rahmens 2 gegenseitig nicht berühren, da
diese ja jeweils unterschiedliche Polaritäten der Batterieeinzelzelle 1 haben,
sodass eine Berührung zu einem Kurzschluss führen
würde. Der Sinn und Zweck dieser ebenfalls aus dem Stand
der Technik bekannten Abkantungen 7 ist es dabei, eine
möglicht große Fläche zur Wärmeübertragung
von den Hüllblechen 3, 4 auf eine hier
nicht dargestellte Kühleinrichtung zu ermöglichen.
Diese Kühleinrichtung kann beispielsweise nach dem Stapeln
der Batterieeinzelzellen 1 als gekühlte Platte
unterhalb des Stapels der Batterieeinzelzellen 1 angeordnet
werden. Die entstehende Abwärme aus den Batterieeinzelzellen 1 kann
dann über die Hüllbleche 3, 4 abgeleitet
werden. Die abgekanteten Bereiche 7 der jeweiligen Hüllbleche 3, 4 stehen
in einem wärmeleitenden Kontakt mit der Kühleinrichtung,
sodass über diesen Kontakt eine aktive Kühlung
der Batterieeinzelzellen 1 in an sich bekannter Weise erfolgen
kann. Dabei kann die Kühleinrichtung beispielsweise als
Kühlplatte ausgebildet sein, welche über eine
wärmeleitende und elektrisch isolierende Folie mit den
Batterieeinzelzellen 1 verbunden ist, wobei die Kühlplatte
selbst von einem flüssigen Kühlmittel oder einem
Klimakühlmittel durchströmt wird, um den Stapel
der Batterieeinzelzellen 1 entsprechend aktiv zu kühlen.
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Nachdem
die hier dargestellten Bauteile der Batterieeinzelzelle 1 entsprechend
miteinander verbunden werden, dies kann beispielsweise durch ein Heißpressverfahren
erfolgen. Dabei wird bei welchem ein thermoplastisches Material,
aus welchem der Rahmen 2 ausgebildet ist, oder welches
der Rahmen 2 in gewissen Teilbereichen aufweist, entsprechend
aufgeschmolzen, sodass eine sichere und dichte Verbindung zwischen
dem Rahmen 2 und den Hüllblechen 3, 4 erfolgt.
In diesen Aufbau wird dann ein Elektrolyt eingefüllt, beispielsweise
ein flüssiger Elektrolyt. Dieser muss im Bereich des Elektrodenstapels 5 zwischen
den entsprechenden Elektrodenfolien vorliegen, um die Batterieeinzelzelle 1 in
der gewünschten Art und Weise elektrochemisch betreiben
zu können. Außerdem ist ersichtlich, dass im Bereich,
in dem der eine Anschlussbereich 6 mit dem ersten Hüllblech 3 verbunden
ist, ein entsprechender Hohlraum im Inneren des Rahmens auftreten
wird. Derartige Hohlräume treten nicht nur bei der hier
beschriebenen Bauform entsprechend auf, sondern können
bei allen möglichen Bauformen von Batterieeinzelzellen 1 entsprechend
auftreten. Um nun sicherzustellen, dass der Elektrolyt überall
im Bereich des Elektrodenstapels 5 vorhanden ist, müsste
der Elektrolyt außer in den Bereich des Elektrodenstapels 5 auch
in den Bereich dieses Hohlraums innerhalb des Gehäuses
der Batterieeinzelzelle 1 mit eingefüllt werden.
In diesem Bereich ist der Elektrolyt jedoch chemisch nicht aktiv,
da hier keine entsprechenden aktiven Materialien der Anordnung des
Elektrodenstapels 5 vorliegen.
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In
der Darstellung der 1 ist daher ein Füllkörper 8 zu
erkennen. Über diesen Füllkörper 8 kann
der bei der Endmontage der Batterieeinzelzelle 1 entstehende
Hohlraum weitestgehend aufgefüllt werden, sodass die Menge
an benötigtem Elektrolyt entsprechend reduziert werden
kann. Dadurch können die für dieses Volumen an
Elektrolyt anfallenden Kosten bei den Materialkosten der Batterieeinzelzelle 1 entsprechend
eingespart werden.
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Wie
aus der Darstellung der 1 zu erkennen ist, kann der
Füllkörper 8 außerdem entsprechende
Mittel 9 zur Positionierung in dem Gehäuse der
Batterieeinzelzelle 1 aufweisen. Diese Mittel 9 sind
hierbei beispielhaft als Nuten ausgeführt, welche mit entsprechenden
Vorsprüngen 10 im Bereich des Rahmens 2 korrespondieren.
Hierdurch kann ein einfaches, sicheres und positionsgenaues Einlegen
des Füllkörpers 8, welcher hier als separater
Füllkörper ausgebildet sein soll, erreicht werden,
ohne dass dieser beim Zusammensetzen der Batterieeinzelzelle 1 seine
Position verändert und eventuelle Schäden beispielsweise
an dem Elektrodenstapel 5 verursacht.
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In
der Schnittdarstellung der 2 ist dieser Aufbau
nochmals zu erkennen, wobei der Elektrodenstapel 5 hier
vergleichsweise undeutlich dargestellt ist. Aus der entsprechenden
Vergrößerung der einen Seite des Längsschnitts
der 2 in 3 ist der Aufbau jedoch deutlicher
zu erkennen. In der Darstellung der 2 ist der
Rahmen 2 zusammen mit den Hüllblechen 3, 4 und
dem Elektrodenstapel 5 dargestellt. Deutlich wird hier,
dass der Rahmen 2 in dem Bereich, in dem der Anschlussbereich 6 des Elektrodenstapels 5 mit
dem zweiten Hüllblech 4 verbunden ist, eine Stufe 11 aufweist.
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Diese
Stufe 11 füllt den Raum unterhalb des Anschlussbereichs 6 des
Elektrodenstapels 5 entsprechend auf. Auf der gegenüberliegenden
Seite ist dieser Aufbau mit der Stufe nicht zu erkennen. Stattdessen
ist hier der bereits beschriebene Füllkörper 8 in
dem vergleichbaren Bereich angeordnet. Dieser Aufbau hat nun den
Vorteil, dass der Rahmen 2 mit dem Hüllblech 3 verbunden
werden kann, bevor der Elektrodenstapel 5 in die Batterieeinzelzelle 1 eingelegt
wird. Dieses Verbinden kann beispielsweise durch ein Verkleben oder
ein Heißpressen erfolgen. Es ist jedoch auch denkbar, den
Rahmen 2 direkt auf das erste Hüllblech 3 aufzuspritzen.
Der Elektrodenstapel 5 kann nun mit seinen Anschlussbereichen 6 mit
dem jeweiligen Hüllblech 3, 4 verbunden
werden, beispielsweise durch ein Verschweißen, z. B. ein
Ultraschallschweißen, ein Punktschweißen oder
dergleichen. Der Aufbau ist nun so, dass die beiden über den
Elektrodenstapel 5 miteinander verbundenen Hüllbleche 3, 4 über
die Flexibilität der Folien des Elektrodenstapels 5 noch
soweit flexibel sind, dass diese in einem gewissen Abstand voneinander
gehalten werden können. Somit kann der Füllkörper 8 in den
verbleibenden Hohlraum über der Verbindung des Anschlussbereichs 6 des
Elektrodenstapels 5 mit dem ersten Hüllblech 3 eingelegt
werden kann. Erst dann wird das zweite Hüllblech 4 auf
den Rahmen 2 abgesenkt und kann mit diesem verbunden werden, beispielsweise
durch ein Heißpressverfahren, ein Kleben oder dergleichen.
Dieser Aufbau erlaubt es neben der Einsparung von Elektrolyt außerdem
eine sehr einfache und günstige Herstellung zu realisieren,
da beispielsweise durch das Anspritzen des Rahmens 2 an
dem ersten Hüllblech 3 ein zusätzlicher
Fertigungsschritt eingespart werden kann.
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In
der Darstellung der 3 ist in einem vergrößerten
Ausschnitt der Füllkörper 8 nochmals
im Detail zu erkennen. In dieser Darstellung ist auch der Elektrodenstapel 5 so
detailliert dargestellt, dass die Anodenfolien 12, die
Kathodenfolien 13 sowie die dazwischen angeordneten Separatoren 14 zu
erkennen sind. Der Elektrodenstapel 5 ist so ausgebildet,
dass die Anodenfolien 12 und die Kathodenfolien 13 jeweils
abwechselnd aufeinander gestapelt werden, wobei diese jeweils durch
den elektrisch isolierenden Separator 14 voneinander getrennt
sind. Die Anodenfolien 12 und die Kathodenfolien 13 sind
bei der bevorzugten Zellchemie auf Basis von Lithium-Ionen dabei
aus Aluminium bzw. Kupfer oder einem aluminium- bzw. kupferhaltigen
Material ausgebildet. Als Elektrolyt kommt typischerweise ein flüssiger
Elektrolyt auf der Basis von Lithium-Ionen zum Einsatz. Auf der
einen Seite des Elektrodenstapels 5, hier dargestellt auf
der Seite der Anode, werden die Anodenfolien 12 aus dem
Elektrodenstapel 5 herausgeführt und bilden entsprechend
den Anschlussbereich 6, welcher dann mit dem ersten Hüllblech 3 verbunden werden
kann. In der Darstellung der 3 liegt
oberhalb dieser Verbindung des Anschlussbereichs 6 mit dem
ersten Hüllblech 3 der Füllkörper 8,
um das Leervolumen der Batterieeinzelzelle 1 zu minimieren. Der
Füllkörper 8 kann in einer besonders
günstigen Art und Weise elastisch oder verformbar ausgebildet sein.
Er kann dann, wie durch die beiden Pfeile in 3 angedeutet,
eine entsprechende Kraft auf den Anschlussbereich 6 ausüben,
sodass sichergestellt ist, dass dieser sicher und fest an dem Hüllblech 3 anliegt
und die Verbindung durch die elastischen Eigenschaften des Füllkörpers 8 entsprechend
gesichert ist. Daneben ergeben sich aus der Elastizität des
Füllkörpers, welcher beispielsweise als geschlossenporiger
Schaum ausgebildet sein kann, die eingangs bereits erwähnten
Vorteile.
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Neben
dem separaten Füllkörper 8, welcher in
den Bereich des Gehäuses der Batterieeinzelzelle vor der
endgültigen Montage desselben eingelegt werden kann, kann
außerdem ein Aufbau realisiert werden, bei dem der Füllkörper 8 einstückig
mit einem Teil des Gehäuses der Batterieeinzelzelle 1 ausgebildet
ist. Hierfür wäre es denkbar, in das Hüllblech 4 im
Bereich, in dem hier der Füllkörper 8 dargestellt ist,
eine entsprechende Mulde einzuprägen, sodass ein Teil des
Hüllblechs selbst den entsprechenden Füllkörper
bildet. Allerdings ist hierbei dann eine elektrisch isolierende
Beschichtung oder dergleichen vorzusehen, da ein unmittelbarer Kontakt
des Hüllblechs 4 mit dem Anschlussbereich 6,
welcher mit dem Hüllblech 3 verbunden ist, selbstverständlich
vermieden werden muss, da dies einen Kurzschluss der Batterieeinzelzelle 1 zur
Folge hätte. Dementsprechend kann das zweite Hüllblech 4 auch
mit einem elektrisch isolierenden Füllkörper 8 versehen
werden, welcher mit dem zweiten Hüllblech 4 verklebt
oder an dieses angespritzt ist. Ein solcher Aufbau ist in der Darstellung
der 4 zu erkennen. Hierbei ist der Rahmen 2 mit
dem ersten Hüllblech 3 fest verbunden, beispielsweise
an dieses angespritzt. Mit dem Hüllblech 4 ist
der Füllkörper 8 fest verbunden, beispielsweise
ebenfalls an diesen angespritzt. Bei der Montage können
dann diese beiden Teile, also die Einheit aus Rahmen 2 und
erstem Hüllblech 3 sowie die Einheit aus Füllkörper 8 und
zweitem Hüllblech 4, einfach aufeinander aufgesetzt
werden. Selbstverständlich muss zuvor die Anordnung aus
aktivem Material, insbesondere also der Elektrodenstapel 5,
welcher in der Darstellung der 4 nicht
zu erkennen ist, in das Innere des Gehäuses der Batterieeinzelzelle 1 eingebracht
werden.
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Neben
dem Vorteil, welcher sich aus der Reduktion der Fertigungsschritte
ergibt, kann bei dem Aufbau gemäß 4 ein
weiterer Vorteil realisiert werden. Durch den fest mit dem zweiten
Hüllblech 4 verbundenen Füllkörper 8 sowie
die Abkantung 7, welche an dem Rahmen 2 zu liegen
kommt, sind nun zwei entsprechende Elemente vorhanden, an welchen
der Aufbau aus zweitem Hüllblech 4 und Füllkörper 8 entsprechend
an dem Rahmen 2 anliegt. Dadurch wird es einfach möglich,
das zweite Hüllblech 4 gegenüber dem
Rahmen 2 sicher und zuverlässig zu positionieren,
sodass bei einem späteren Verbinden des Rahmens 2 mit
dem Hüllblech 4, beispielsweise durch ein Heißpressverfahren,
auf aufwendige Positionierungshilfen für das Hüllblech 4 entsprechend
verzichtet werden kann.
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Neben
dem hier dargestellten und insbesondere in 2 zu erkennenden
Aufbau mit der Stufe 11 in dem Rahmen 2 wäre
es selbstverständlich auch denkbar, anstelle der Stufe 11 einen
weiteren Füllkörper 8 in diesen Bereich
einzubringen, sodass der Rahmen 2 durchgehend mit einem
rechteckigen Querschnitt ausgebildet werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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