DE102011109179A1

DE102011109179A1 - Einzelzelle für eine Batterie und eine Batterie

Info

Publication number: DE102011109179A1
Application number: DE102011109179A
Authority: DE
Inventors: Claus-Rupert Hohenthanner; Rainer Kaufmann; Silvio Lieb; Jens Meintschel; Dirk Schröter
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2011-08-02
Filing date: 2011-08-02
Publication date: 2013-02-07
Also published as: WO2013017203A1; JP2014527262A; CN103733410A; US20140242446A1; EP2740177A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einzelzelle (1) für eine Batterie, umfassend zwei Gehäuseteile (2.1, 2.2), einen Zellrahmen (3), einen zwischen den Gehäuseteilen (2.1, 2.2) angeordneten Elektrodenfolienstapel (4) und zumindest ein zwischen den Gehäuseteilen (2.1, 2.2) angeordnetes Isolationselement (5), mittels dessen die Gehäuseteile (2.1, 2.2) elektrisch voneinander getrennt sind, wobei das Isolationselement (5) derartige Abmessungen aufweist, dass es im zusammengesetzten Zustand der Einzelzelle (1) ein erstes Gehäuseteil (2.1) randseitig unter Ausbildung eines Überstands (A) wenigstens abschnittsweise überragt. Erfindungsgemäß ist das erste Gehäuseteil (2.1, 2.2) von dem Isolationselement (5) randseitig wenigstens abschnittsweise umhüllt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einzelzelle für eine Batterie, umfassend zwei Gehäuseteile, einen Zellrahmen, einen zwischen den Gehäuseteilen angeordneten Elektrodenfolienstapel und zumindest ein zwischen den Gehäuseteile angeordnetes Isolationselement, mittels dessen die Gehäuseteile elektrisch voneinander getrennt sind, wobei das Isolationselement derartige Abmessungen aufweist, dass es im zusammengesetzten Zustand der Einzelzelle eines der Gehäuseteile randseitig unter Ausbildung eines Überstands wenigstens abschnittsweise überragt. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Batterie mit einer Anzahl von Einzellen.
Eine Hochvoltbatterie für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Elektrofahrzeug oder für ein mit Brennstoffzellen betriebenes Fahrzeug, ist aus einer Anzahl in Reihe und/oder parallel geschalteten Einzelzellen, einer Elektronik und einer Kühlung/Heizung gebildet, wobei diese Bestandteile in einem Gehäuse angeordnet sind. Bei einer als Rahmenflachzelle ausgeführten Einzelzelle ist ein Elektrodenfolienstapel von zwei planaren oder einem planaren und einem schalenförmigen oder zwei schalenförmigen Hüllblechen umgeben. Die Hüllbleche sind durch einen Gehäuserahmen und/oder durch ein Isolationselement elektrisch voneinander getrennt und bilden die Pole der Einzelzelle. Eine beim Laden und Entladen der Einzelzelle entstehende Verlustwärme ist über die entsprechend aufgedickten Hüllbleche an eine Schmalseite der Einzelzelle leitbar und einer Wärmeleitplatte, welche von einem Klimakühlmittel und/oder einer Kühlflüssigkeit durchströmbar ist, zuführbar. Zur elektrischen Isolation von Hüllblech und der Kühlplatte ist zwischen diesen eine Wärmeleitfolie angeordnet. Zur Verbesserung des Wärmeübergangs sind die Hüllbleche im Bereich der Kühlplatte parallel zu dieser um einen Winkel von 90° abgekantet. Zur mechanischen Bildung eines Zellverbundes und zur elektrischen Reihenschaltung werden die Einzelzellen nebeneinander gestapelt und durch die Polplatten in axialer Richtung, d. h. vertikal zum Elektrodenstapel, verpresst.
Zum Verschließen der Einzelzelle ist bevorzugt ein Heißpressverfahren (= Versiegelung) einsetzbar. Dazu ist der Gehäuserahmen und/oder das Isolationselement mindestens im Bereich einer Siegelnaht aus einem thermoplastischen Material. Das Isolationselement ist üblicherweise folienartig ausgebildet, da eine Sperrwirkung durch das elektrisch isolierende Material des Isolationselements gering ist, wodurch unerwünschte Diffusionsprozesse, d. h. Wasser dringt in die Einzelzelle ein und Elektrolyt tritt aus dieser aus, resultieren können.
Die folienartige Ausbildung des Isolationselements kann dabei eine hinreichend elektrische Isolierung zwischen den Hüllblechen nicht sicherstellen. Beispielsweise können aufgrund von Verschmutzungen und Feuchtigkeit Kriechströme zwischen den Hüllblechen auftreten, welche als Folge unerwünschte Entladungen der Einzelle bis hin zu Kurzschlüssen haben können. Zur Lösung dieses Problems ist es bekannt, das Isolationselement über den Rand eines der Hüllbleche zu vergrößern, wobei das andere der Hüllbleche korrespondierende Abmessungen zu denen des Isolationselements aufweist. In Abhängigkeit von innerhalb einer Batterielebensdauer auftretenden Verschmutzungen und einem möglichen Feuchtigkeitseintrag, wird das Isolationselement mit einem umlaufenden Überstand von 1 Millimeter bis 3 Millimeter, bevorzugt 1,5 Millimeter, vergrößert. Aufgrund der mechanischen Empfindlichkeit des Isolationselements wird der Überstand des Isolationselements üblicherweise auf das schalenförmige Hüllblech beziehungsweise auf einen am schalenförmigen Hüllblech angeordneten Halterahmen aufgesiegelt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Einzelzelle für eine Batterie und eine Batterie anzugeben.
Hinsichtlich der Einzelzelle wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale und hinsichtlicht der Batterie durch die in Anspruch 8 angegebenen Merkmale gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Eine Einzelzelle für eine Batterie umfasst zwei Gehäuseteile, einen Zellrahmen, einen zwischen den Gehäuseteilen angeordneten Elektrodenfolienstapel und zumindest ein zwischen den Gehäuseteilen angeordnetes Isolationselement, mittels dessen die Gehäuseteile elektrisch voneinander getrennt sind. Das Isolationselement dient dabei der elektrischen Isolation der Gehäuseteile voneinander sowie der elektrischen Isolation des Elektrodenfolienstapels von den Gehäuseteilen. Zur Verringerung von Lebensdauer mindernden Diffusionsvorgängen, welche beispielsweise einen Elektrolytverlust der Einzelzelle zur Folge haben, ist das Isolationselement bevorzugt folienartig ausgebildet. Da zwischen den Gehäuseteilen aufgrund von Verschmutzungen oder Feuchtigkeit sogenannte Kriechströme auftreten können, weist das Isolationselement derartige Abmessungen auf, dass es im zusammengesetzten Zustand der Einzelzelle ein erstes Gehäuseteil randseitig unter Ausbildung eines Überstands wenigstens abschnittsweise überragt.
Aufgrund der mechanischen Empfindlichkeit des Isolationselements wird der Überstand des Isolationselements üblicherweise auf das andere der Gehäuseteile, d. h. ein zweites Gehäuseteil, randseitig aufgesiegelt. Das zweite Gehäuseteil weist dabei derartige Abmessungen auf, dass es das erste Gehäuseteil im zusammengesetzten Zustand der Einzelzelle unter Ausbildung eines Überstands randseitig überragt. Der Überstand des zweiten Gehäuseteils ist dabei korrespondierend zu dem Überstand des Isolationselements ausgebildet, so dass das Isolationselement mit dem zweiten Gehäuseteil im zusammengesetzten Zustand der Einzelzelle randseitig abschließt. Dadurch entsteht eine zur elektrischen Isolation der Gehäuseteile voneinander notwendige Kriechstrecke entlang der freien Oberfläche des Isolationselements, wodurch allerdings auch ein Bauraum der Einzelle erhöht wird. Die Kriechstrecke ist hierbei als die kürzeste Entfernung entlang einer Oberfläche des Isolationselements zwischen den Gehäuseteilen definiert.
Erfindungsgemäß ist daher zumindest eines der Gehäuseteile von dem Isolationselement randseitig wenigstens abschnittsweise umhüllt.
Die randseitig wenigstens abschnittsweise Umhüllung des ersten Gehäuseteils ermöglicht eine bauraumoptimale Realisierung der zur elektrischen Isolation der Gehäuseteile voneinander notwendigen Kriechstrecke. Das Isolationselement wird dabei randseitig um zumindest eine Kante von einer Innenseite auf eine Außenseite des ersten Gehäuseteils geführt. Damit ist es möglich, das zweite Gehäuseteil mit derartigen Abmessungen herzustellen, dass dieses im zusammengesetzten Zustand der Einzelzelle mit dem ersten Gehäuseteil randseitig abschließt, was eine Verringerung von Bauraum und Herstellungskosten der Einzelzelle ermöglicht. Die Innenseite des Gehäuseteils ist hierbei eine dem Zellinneren der Einzelle zugewandte und die Außenseite eine dem Zellinneren abgewandte Seite des Gehäuseteils. Vorzugsweise ist das Isolationselement mit den Gehäuseteilen stoffschlüssig, z. B. mittels eines Heißpressverfahrens, verbindbar, wobei die Verbindung des Isolationselements mit den Gehäuseteilen besonders bevorzugt derart ausgeführt ist, dass diese die gesamte Lebensdauer der Einzelzelle bestehen bleibt. Bevorzugt ist das erste Gehäuseteile ist dabei planar und das zweite Gehäuseteil schalenförmig ausgebildet. Alternativ sind beide Gehäuseteile schalenförmig ausgebildet, wobei das Isolationselement den Randbereich eines schalenförmigen Gehäuseteils korrespondierend zu dem planar ausgebildeten Gehäuseteil randseitig wenigstens abschnittsweise umhüllt.
In einer ersten bevorzugten Ausführungsform ist das Isolationselement einstückig geformt. Dazu ist das Isolationselement folienartig ausgebildet und weist derartige Abmessungen auf, dass es das erste Gehäuseteil randseitig, bevorzugt umlaufend, überragt. Der randseitige Überstand des Isolationselements ist um einen Winkel von nahezu 180 Grad von der Innenseite auf die Außenseite des ersten Gehäuseteils abgewinkelt, d. h. von der Innenseite über zumindest eine Kante auf einen Rand der Außenseiteseite des ersten Gehäuseteils, so dass der Überstand korrespondierend zum Randbereich des ersten Gehäuseteils ausgeformt ist und damit randseitig zumindest abschnittsweise ein im Querschnitt u-förmiges Profil aufweist. Der Überstand ist zur Fixierung auf den Rand der Außenseite des ersten Gehäuseteils festgesiegelt. Die einstückige Ausformung des Isolationselements ermöglicht eine einfache Herstellung desselben. Zudem wird beim Verschließen der Einzelzelle eine Gefahr von undichten Verbindungsstellen verringert.
In einer zweiten bevorzugten Ausführungsform ist das Isolationselement aus zumindest zwei Teller gebildet, wobei ein erstes Teile zumindest abschnittsweise planar und ein zweites Teil rahmenartig ausgebildet ist.
Das erste Teil ist dabei korrespondierend zu dem Isolationselement gemäß dem Stand der Technik und der ersten Ausführungsform mit seiner Außenseite vollständig an einer Innenseite des ersten Gehäuseteils und das zweite Teil mit seiner Innenseite an einem Randbereich der Außenseite des ersten Gehäuseteils angeordnet. Beim Verschließen der Einzelzelle verbinden sich Überstände zumindest stoffschlüssig derart miteinander, dass der Randbereich des ersten Gehäuseteils vollständig oder zumindest nahezu vollständig von dem Isolationselement umhüllt ist. Mittels der zweiten Ausführungsform ist eine Herstellung der Einzelzelle vereinfacht und kosteneffektiv, da keine zusätzlichen Versiegelungsprozesse notwendig sind.
Das Isolationselement ist vorzugsweise aus einem elektrisch isolierenden Material gebildet oder zumindest mit einem elektrisch isolierenden Material beschichtet, so dass eine hinreichend elektrische Isolation der Gehäuseteile voneinander sichergestellt ist.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Batterie mit einer Anzahl von Einzelzellen, welche entsprechend der vorangegangenen Beschreibung ausgebildet sind. Dadurch, dass die Polkontakte im mittleren Bereich der jeweiligen Polseite des Elektrodenfolienstapels angeordnet und parallel zur Polseite abgewinkelt sind, können auch die Abmessungen der Batterie verringert werden, wodurch ein Bauraumbedarf zur Anordnung der Batterie sowie ein Gewicht der Batterie ebenfalls verringert sind.
Bevorzugt ist die Batterie eine Fahrzeugbatterie, insbesondere eine Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeuges, eines Hybridfahrzeuges oder eines mit Brennstoffzellen betriebenes Fahrzeug.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert.
Dabei zeigen:
1 schematisch eine Einzelzelle in einer Explosionsdarstellung nach dem Stand der Technik,
2 schematisch eine perspektivische Ansicht der Einzelzelle gemäß 1 im zusammengesetzten Zustand,
3A schematisch eine Schnittdarstellung eines vergrößerten Ausschnitts der Einzelzelle vor Verschließen dieser,
3B schematisch eine Schnittdarstellung eines vergrößerten Ausschnitts der Einzelzelle nach Verschließen dieser,
4 schematisch eine perspektivische Ansicht eines vergrößerten Ausschnitts der Einzelzelle,
5 schematisch eine Schnittdarstellung eines vergrößerten Ausschnitts einer erfindungsgemäßen Einzelzelle in einer ersten Ausführungsform,
6 schematisch eine perspektivische Ansicht eines vergrößerten Ausschnitts eines ersten Gehäuseteils mit einem Isolationselement der Einzelzelle gemäß 5,
7 schematisch eine perspektivische Ansicht eines vergrößerten Ausschnitts der Einzelzelle im zusammengesetzten Zustand gemäß 5,
8A schematisch eine Schnittdarstellung eines vergrößerten Ausschnitts einer erfindungsgemäßen Einzelzelle in einer zweiten Ausführungsform vor Verschließen dieser und
8B schematisch eine Schnittdarstellung eines vergrößerten Ausschnitts der Einzelzelle gemäß 8A nach Verschließen dieser.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Die jeweils in den 1 bis 8A dargestellten Einzelzellen 1 sind Bestandteil einer Batterie, insbesondere einer Fahrzeugbatterie in Form einer Traktionsbatterie für ein Elektrofahrzeug, ein Hybridfahrzeug oder ein mit Brennstoffzellen betriebenes Fahrzeug.
Die 1 bis 4 zeigen eine Einzelzelle 1 gemäß dem Stand der Technik, wobei in der 1 eine Explosionsdarstellung der Einzelzelle 1, in 2 die Einzelzelle 1 im zusammengesetzten Zustand, in den 3A und 3B jeweils ein Längsschnitt der Einzelzelle 1 vor beziehungsweise nach Verschließen dieser und in 4 perspektivisch ein vergrößerter Ausschnitt der Einzelzelle 1 dargestellt ist.
Die Einzelzelle 1 gemäß dem Stand der Technik weist ein erstes Gehäuseteil 2.1, ein zweites Gehäuseteil 2.2 und einen Zellrahmen 3 auf.
Um eine Diffusion von Stoffen, z. B. Wasserstoff, außerhalb der Einzelzelle 1 in ein Inneres der Einzelzelle 1 sowie eine Diffusion von Elektrolyt aus der Einzelzelle 1 heraus weitgehend zu vermeiden, ist ein möglichst großer Teil der Gehäuseteile 2.1, 2.2 metallisch ausgeführt.
Weiterhin sind bei dem zweiten Gehäuseteil 2.2 alle Seiten randseitig in einem Winkel von mindestens 90° abgewinkelt. Das zweite Gehäuseteil 2.2 ist somit in Art einer Schale (= schalenförmiges Gehäuseteil) und das erste Gehäuseteil 2.1 planar in einer Art Platte (= plattenförmiges Gehäuseteil) ausgeführt, wobei das erste Gehäuseteil 2.1 beispielsweise als Kathode und das zweite Gehäuseteil 2.2 als Anode dient. Darüber hinaus weist das zweite Gehäuseteil 2.2 gegenüber dem ersten Gehäuseteil 2.1 größere Abmessungen auf, so dass das zweite Gehäuseteil 2.2 das erste Gehäuseteil 2.1 im zusammengesetzten Zustand der Einzelzelle 1 randseitig unter Ausbildung eines vorgebbaren Überstands A überragt. Dies ist insbesondere in den 3A und 3B näher dargestellt.
Zwischen den Gehäuseteilen 2.1, 2.2 ist ein Elektrodenfolienstapel 4 aus Elektrodenfolien, bevorzugt beschichteten Kupferfolien und beschichteten Aluminiumfolien gebildet, angeordnet, wobei zwischen den Kupfer- und Aluminiumfolien jeweils eine Separatorfolie zur räumlichen Trennung der Elektrodenfolien angeordnet ist. Vorzugsweise ist beidseitig an dem Elektrodenfolienstapel 4, diesen abschließend, jeweils eine Separatorfolie angeordnet, so dass der Elektrodenfolienstapel 4 gegenüber den Gehäuseteilen separiert ist.
An jeweils einer Polseite des Elektrodenfolienstapels 4 sind ist ein Abschnitt der Elektrodenfolien unbeschichtet aus dem Elektrodenfolienstapel 4 herausgeführt, wobei dieser überstehende Bereich einer Elektrodenfolie als Stromableiterfahne bezeichnet wird.
Zur Bildung eines Polkontaktes 4.1 sind die Stromableiterfahnen der Elektrodenfolien einer Polarität miteinander verbunden, d. h. die Stromableiterfahnen sind aneinander geheftet. Zur Bildung eines Pols ist ein Polkontakt 4.1 einer Polseite des Elektrodenfolienstapels 4 mit einer Innenseite jeweils des jeweiligen Gehäuseteils 2.1, 2.2 verbunden. Dazu werden die Polkontakte 4.1 bei Herstellung der Einzelzelle 1 in einem Pressverfahren und/oder Schmelzschweißverfahren, beispielsweise Widerstandspunktschweißen, Ultraschall-Schweißen und/oder Laserschweißen an dem jeweiligen Gehäuseteil 2.1, 2.2 befestigt.
Denkbar ist auch, dass der jeweilige Polkontakt 4.1 zusätzlich oder alternativ, z. B. mittels Nieten kraftschlüssig an dem entsprechenden Gehäuseteil 2.1, 2.2 befestigbar ist.
Um die beiden Gehäuseteile 2.1, 2.2, welche als Pole der Einzelzelle 1 im Betrieb derselben Spannung führen, sowie den Elektrodenfolienstapel 4 vom ersten Gehäuseteil 2.1 räumlich voneinander zu trennen und dadurch elektrisch voneinander zu isolieren, ist zwischen dem ersten Gehäuseteil 2.1 und dem Elektrodenfolienstapel 4 ein Isolationselement 5 angeordnet. Das Isolationselement 5 ist dabei im zusammengesetzten Zustand der Einzelzelle 1 mit seiner gesamten Außenseite, d. h. eine dem ersten Gehäuseteil 2.1 zugewandten Seite, an der Innenseite des ersten Gehäuseteils 2.1 und randseitig mit seiner Innenseite, d. h. eine dem Elektrodenfolienstapel 4 zugewandten Seite, mit einem Randbereich der Innenseite des zweiten Gehäuseteils 2.2 angeordnet.
Um den Elektrodenfolienstapel 4 von dem zweiten Gehäuseteil 2.2 elektrisch zu isolieren ist zwischen diesen eine Isolationsschale 6 angeordnet.
Das Isolationselement 5 und die Isolationsschale 6 sind dazu aus einem elektrisch isolierenden Material, z. B. Kunststoff, gebildet oder zumindest mit einem elektrisch nicht leitenden Material beschichtet, wobei das Isolationselement zumindest im Bereich des Kontakts mit dem ersten und zweiten Gehäuseteil 2.1, 2.2 aus einem thermoplastischen Material gebildet ist. Vorzugsweise sind das Isolationselement 5 und die Isolationsschale 6 durch Tiefziehen herstellbar. Da Kunststoff üblicherweise eine geringe Diffusionssperrwirkung aufweist, welche einen Elektrolytverlust der Einzelzelle 1 zur Folge haben kann, ist das Isolationselement 5 bevorzugt folienartig ausgebildet.
Die folienartige Ausbildung des Isolationselements 5 kann dabei eine hinreichend elektrische Isolierung zwischen den Gehäuseteilen 2.1, 2.2 nicht sicherstellen. Beispielsweise können aufgrund von Verschmutzungen und Feuchtigkeit Stromflüsse zwischen den Gehäuseteilen 2.1, 2.2 auftreten, welche als Folge unerwünschte Entladungen der Einzelle 1 bis hin zu Kurzschlüssen haben können.
Daher wird das Isolationselement 5 über den Rand eines der Gehäuseteile 2.1, 2.2, im Ausführungsbeispiel das erste Gehäuseteil 2.1, vergrößert. D. h. das Isolationselement 5 weist derartige Abmessungen auf, dass es im zusammengesetzten Zustand der Einzelle 1 unter Ausbildung eines Überstands A das erste Gehäuseteil 2.1 wenigstens abschnittsweise überragt, so wie es beispielhaft in den 3A und 3B dargestellt ist. Der Überstand A des Isolationselements 5 ist dabei korrespondierend zu dem Überstand A des zweiten Gehäuseteils 2.2 ausgebildet.
In Abhängigkeit von innerhalb einer Batterielebensdauer auftretenden Verschmutzungen und einem möglichen Feuchtigkeitseintrag, wird das Isolationselement 5 mit einem Überstand A von beispielsweise 1,5 Millimeter vergrößert. Aufgrund der mechanischen Empfindlichkeit des Isolationselements 5 wird der Überstand A des Isolationselements 5 auf den Überstand A des zweiten Gehäuseteils 2.2 aufgesiegelt. Der Überstand A des Isolationselements 5 bildet dabei eine sogenannte Kriechstrecke, welche als kürzeste Entfernung zwischen den beiden Gehäuseteilen 2.1, 2.2 entlang der freien Oberfläche, d. h. einer äußeren Umgebung der Einzelle 1 zugewandten Seite, des Isolationselements 5 definiert ist. Entlang der Kriechstrecke können dabei aufgrund von Verschmutzungen oder Feuchtigkeit sogenannte Kriechströme auftreten, so dass eine hinreichend große Kriechstrecke notwendig ist, um eine elektrische Isolation der Gehäuseteile 2.1, 2.2 voneinander sicherzustellen.
Das Isolationselement 5 und die Isolationsschale 6 weisen an ihrer flächenmäßig größten Seite 5.1, 6.1 jeweils eine rechteckförmige Aussparung 5.2, 6.2 auf, durch welche jeweils ein Polkontakt 4.1 des Elektrodenfolienstapels 4 bei Montage der Einzelzelle 1 führbar ist. Ist der Elektrodenfolienstapel 4 in dem Isolationselement 5 und in der Isolationsschale 6 angeordnet und die Polkontakte 4.1 sind durch die Aussparungen 5.2, 6.2 geführt, wird die somit gebildete Baugruppe in dem zweiten Gehäuseteil 2.2 angeordnet. Dabei liegt ein Polkontakt 4.1 des Elektrodenfolienstapels 4 an der Innenseite des zweiten Gehäuseteils 2.2 an und wird bevorzugt zumindest stoffschlüssig mit diesem verbunden.
Zum Verschließen der Einzelzelle 1 wird vorzugsweise ein Heißpress-Verfahren eingesetzt, bei welchem das erste und das zweite Gehäuseteil 2.1, 2.2 beispielsweise mittels beheizter Druckplatten einer Heißpresse auf das Isolationselement 5 und die Isolationsschale 6 gepresst werden.
In 5 ist ein Längsschnitt eines vergrößerten Ausschnitts einer erfindungsgemäßen Einzelzelle 1 in einer ersten Ausführungsform dargestellt.
Die Einzelzelle 1 weist zwei Gehäuseteile 2.1, 2.2, ein Isolationselement 5, einen Zellrahmen 3 und in nicht näher dargestellter Art und Weise einen Elektrodenfolienstapel 4 und eine Isolationsschale 6 auf.
Um die Einzelzelle 1 bauraumoptimiert auszuführen und eine zur elektrischen Isolation der Gehäuseteile 2.1, 2.2 voneinander notwendigen Kriechstrecke mit einem vergleichsweise geringen Bausraumbedarf zu realisieren, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das erste Gehäuseteil 2.1, welches planar ausgebildet ist, wenigstens abschnittsweise von dem Isolationselement 5 randseitig umhüllt ist. Vorzugsweise ist das erste Gehäuseteil 2.1 randseitig umlaufend von dem Isolationselement 5 umhüllt.
Das Isolationselement 5 ist dabei gemäß dem Stand der Technik folienartig ausgebildet, wobei ein Überstand A1 des Isolationselements 5 um zumindest eine Kante von der Innenseite auf die Außenseite des ersten Gehäuseteils 2.1 geführt ist.
Wie in der vorliegenden Darstellung zu erkennen ist, weist das Isolationselement 5 im zusammengesetzten Zustand der Einzelzelle 1 damit randseitig ein im Querschnitt u-förmiges Profil auf.
Mit anderen Worten ist der randseitige Überstand A1 des Isolationselements 5 um einen Winkel von nahezu 180 Grad von der Innenseite auf die Außenseite des ersten Gehäuseteils 2.1 abgewinkelt, so dass der Überstand A1 korrespondierend zum Randbereich des ersten Gehäuseteils 2.1 ausgeformt ist.
6 zeigt den Überstand A1 des Isolationselements 5 vor der Versiegelung auf der Außenseite des ersten Gehäuseteils 2.1. Der Überstand A1 weist dabei eine Materialrücknahme auf, welche eine Ecke zweier Kanten des ersten Gehäuseteils 2.1 kreuzt. Vorzugsweise weist der Überstand A1 vier Materialrücknahmen auf, welche jeweils eine Ecke des ersten Gehäuseteils 2.1 kreuzen. Der Überstand A1 wird anschließend über die Kanten auf die Außenseite des ersten Gehäuseteils 2.1 gelegt oder geklappt und unter Nutzung seiner Klebewirkung darauf festgesiegelt.
7 zeigt dazu einen vergrößerten Ausschnitt der Einzelzelle 1 im zusammengesetzten Zustand und mit umgeklappten Überstand A1 des Isolationselements 5.
Damit ist das erste Gehäuseteil 2.1 umlaufend randseitig von dem Isolationselement 5 umhüllt.
Die erste Ausführungsform der Einzelzelle 1 ermöglicht eine einfache Herstellung des Isolationselements 5 und damit der Einzelzelle 1. Zudem wird eine Gefahr von undichten Verbindungsstellen verringert.
Weiterhin ist damit das zweite Gehäuseteil 2.2 mit derartigen Abmessungen herstellbar, dass dieses im zusammengesetzten Zustand der Einzelzelle 1 mit dem ersten Gehäuseteil 2.1 randseitig abschließt, was eine Verringerung von Bauraum und Herstellungskosten der Einzelzelle 1 ermöglicht.
Die 8A und 8B zeigen einen Längsschnitt einer erfindungsgemäßen Einzelzelle 1 in einer zweiten Ausführungsform, wobei in 8A die Einzelzelle 1 vor Verschließen dieser und in 8B die Einzelzelle 1 nach Verschließen dieser dargestellt ist.
Bei dieser Ausführungsform ist das Isolationselement 5 aus zwei Teilen 7, 8 gebildet, wobei ein erstes Teil 7 planar und ein zweites Teil 8 rahmenartig ausgebildet ist.
Das erste Teil 7 ist dabei äquivalent zu dem Isolationselement 5 gemäß dem Stand der Technik und der ersten Ausführungsform der Einzelzelle 1 zwischen dem ersten Gehäuseteil 2.1 und dem Elektrodenfolienstapel 4 angeordnet.
Weiterhin weist das erste Teil 7 derartige Abmessungen auf, dass es im zusammengesetzten Zustand der Einzelzelle 1 das erste und zweite Gehäuseteil 2.1, 2.2 unter Ausbildung eines Überstands A2 überragt. Der Überstand A2 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel um einen Winkel von weniger als 90 Grad in Richtung des ersten Gehäuseteils 2.1 abgewinkelt.
Das zweite Teil 8 ist auf einem Randbereich der Außenseite des ersten Gehäuseteils 2.1 derart angeordnet, dass dieses das erste und zweite Gehäuseteil 2.1, 2.2 randseitig unter Ausbildung eines Überstands A2 überragt, wobei die Abmessungen des Überstands A2 des zweiten Teils 8 korrespondierend zu den Abmessungen des Überstand A2 des ersten Teils 7 ausgebildet sind. Der Überstand A2 des zweiten Teils 8 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel um einen Winkel von weniger als 90 Grad in Richtung des zweiten Gehäuseteils 2.2 abgewinkelt.
Vorzugsweise weisen die Überstände A2 der Teile 7, 8 des Isolationselements 5 geringere Abmessungen auf als der Überstand A1 des Isolationselements 5 gemäß der ersten Ausführungsform der Einzelzelle 1.
Bei Verschließen der Einzelzelle 1 vorzugsweise durch Heißpressen verbinden sich die Überstände A2 zumindest stoffschlüssig derart miteinander, dass der Randbereich des ersten Gehäuseteils 2.1 vollständig oder zumindest nahezu vollständig von dem Isolationselement 5 umhüllt ist. Damit sind keine zusätzlichen Versiegelungsprozesse notwendig, wodurch eine Herstellung der Einzelzelle 1 vereinfacht und kosteneffektiv ist.
Bevorzugt sind die Teile 7, 8 des Isolationselements 5 im Material gleich ausgebildet oder weisen im Material gleiche elektrisch isolierende Beschichtungen auf. Alternativ ist es auch möglich verschiedene Materialien beziehungsweise Beschichtungen für die Teile 7, 8 zu verwenden.
In einer alternativen, nicht dargestellten Ausführungsformen der Erfindung sind die Gehäuseteile 2.1, 2.2 jeweils schalenförmig ausgebildet, wobei das Isolationselement 5 den Randbereich eines der schalenförmigen Gehäuseteile 2.1, 2.2 äquivalent zum ersten, planar ausgebildeten Gehäuseteil 2.1 randseitig umhüllt. Auch ist es denkbar beide Gehäuseteile 2.1, 2.2 planar auszubilden.
Dadurch, dass das erste Gehäuseteil 2.1 im Vergleich zum Stand der Technik von dem Isolationselement 5 randseitig umhüllt ist, können die Abmessungen des zweiten Gehäuseteils 2.2 und damit auch des Zellrahmens 3 verringert werden. Dadurch ist die Einzelzelle 1 verkleinerbar, wodurch ein Materialeinsatz bei der Herstellung der Gehäuseteile 2.1, 2.2 verringerbar ist. Zudem ist durch den verringerten Materialeinsatz eine Gewichtseinsparung der Einzelzelle 1 erzielbar.
Ist die Einzelzelle 1 Bestandteil einer Batterie, insbesondere einer Fahrzeugbatterie, welche eine vorgebbare Anzahl der derartig ausgebildeten Einzelzellen 1 umfasst, kann dieselbe, d. h. ein Batteriegehäuse entsprechend der Abmessungen der Einzelzellen 1 verkleinert werden, wodurch ein Bauraumbedarf zur Anordnung der Batterie und ein Gewicht der Batterie ebenfalls verringert sind.
Bezugszeichenliste

1: Einzelzelle
2.1: erstes Gehäuseteil
2.2: zweites Gehäuseteil
3: Zellrahmen
4: Elektrodenfolienstapel
4.1: Polkontakte
5: Isolationselement
5.1: flächenmäßig größte Seite
5.2: Aussparung
6: Isolationsschale
6.1: flächenmäßig größte Seite
6.2: Aussparung
7: erstes Teil
8: zweites Teil
A, A1, A2: Überstände

Claims

Einzelzelle (1) für eine Batterie, umfassend zwei Gehäuseteile (2.1, 2.2), einen Zellrahmen (3), einen zwischen den Gehäuseteilen (2.1, 2.2) angeordneten Elektrodenfolienstapel (4) und zumindest ein zwischen den Gehäuseteilen (2.1, 2.2) angeordnetes Isolationselement (5), mittels dessen die Gehäuseteile (2.1, 2.2) elektrisch voneinander getrennt sind, wobei das Isolationselement (5) derartige Abmessungen aufweist, dass es im zusammengesetzten Zustand der Einzelzelle (1) ein erstes Gehäuseteil (2.1) randseitig unter Ausbildung eines Überstands (A) wenigstens abschnittsweise überragt, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Gehäuseteil (2.1, 2.2) von dem Isolationselement (5) randseitig wenigstens abschnittsweise umhüllt ist.
Einzelzelle (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolationselement (5) randseitig um zumindest eine Kante von einer Innenseite auf eine Außenseite des ersten Gehäuseteils (2.1) geführt ist.
Einzelzelle (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolationselement (5) einstückig geformt ist.
Einzelzelle (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, das das Isolationselement (5) randseitig zumindest abschnittsweise ein im Querschnitt u-förmiges Profil aufweist.
Einzelzelle (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolationselement (5) aus zumindest zwei Teilen (7, 8) gebildet ist, wobei ein erstes Teil (7) zumindest abschnittsweise planar und ein zweites Teil (8) rahmenartig ausgebildet ist.
Einzelzelle (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Teil (7) mit seiner Außenseite an einer Innenseite des ersten Gehäuseteils (2.1) und das zweite Teil (8) mit seiner Innenseite an einer Außenseite des ersten Gehäuseteils (2.1) angeordnet ist, wobei Überstände (A2) der Teile (7, 8) zumindest stoffschlüssig miteinander verbunden sind.
Einzelzelle (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolationselement (5) aus einem elektrisch isolierenden Material gebildet oder zumindest mit einem elektrisch isolierenden Material beschichtet ist.
Batterie mit einer Anzahl von Einzelzellen (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
Batterie nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie eine Fahrzeugbatterie, insbesondere eine Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeuges, eines Hybridfahrzeuges oder eines mit Brennstoffzellen betriebenen Fahrzeuges ist.