DE102012222198B4

DE102012222198B4 - Batteriezelle mit verbessertem Verschluss einer Befüllungsöffnung

Info

Publication number: DE102012222198B4
Application number: DE102012222198.0A
Authority: DE
Inventors: Markus Feigl; Ralf Diekmann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2012-12-04
Filing date: 2012-12-04
Publication date: 2021-12-30
Anticipated expiration: 2032-12-05
Also published as: CN103855334A; DE102012222198A1

Abstract

Batteriezelle, umfassend- ein einen Innenraum zur Aufnahme eines Elektrolyts definierendes Gehäuse (2),- eine Befüllungsöffnung (3) zum Einfüllen des Elektrolyts, und- eine Verschlussanordnung (4) zum Verschließen der Befüllungsöffnung (3),- wobei die Verschlussanordnung (4) eine Expansionshülse (5) mit einem Sackloch (6) und einem Spreizelement (7) zum Aufspreizen der Expansionshülse (5) umfasst, und- wobei das Spreizelement (7) verliersicher an der Expansionshülse, insbesondere im Sackloch (6), angeordnet ist, wobei das Spreizelement (7) eine Kugel ist.

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Batteriezelle, insbesondere für eine Lithium-Ionen-Batterie, mit einer verbesserten Verschlussanordnung zum Verschließen einer Befüllungsöffnung der Batteriezelle.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Batteriezellen bekannt. Batteriezellen können dabei ein Gehäuse umfassen, in welches ein flüssiger Elektrolyt eingefüllt wird. Hierzu ist im Gehäuse eine Befüllungsöffnung vorgesehen. Bisher wird nach dem Einfüllen des Elektrolyten eine Metallkugel in die Befüllungsöffnung eingepresst, gereinigt und verschweißt. Hierdurch wird eine druckdichte Abdichtung des Gehäuses erreicht. Diese Art des Verschließens der Befüllungsöffnung ist jedoch sehr zeitaufwändig und insbesondere auch fehleranfällig. Insbesondere der Schritt des Verschweißens führt zu hohen Kosten der Herstellung der Batteriezelle. Es wäre daher wünschenswert, ein einfaches und kostengünstiges Verschließen einer Befüllungsöffnung einer Batteriezelle zu haben.
Aus dem Dokument WO 2006/133 617 A1 ist eine Batteriezelle mit einem Deckel bekannt, an dem eine Befüllungsöffnung angeordnet ist, die mittels eines elastischen Elements verschlossen ist.
Aus dem Dokument JP 2012-146587 A ist eine Batteriezelle bekannt, die eine Befüllungsöffnung umfasst, in der ein Dichtungselement aus einem Epoxidmaterial angeordnet ist.
Aus dem Dokument JP 2009-099281 A ist eine Batteriezelle bekannt, die eine Befüllungsöffnung umfasst, in der eine Expansionshülse angeordnet ist.
Neue Beschreibungsseite 2 in Reinschrift
Aus dem Dokument JP 2004119329 A ist eine Batteriezelle bekannt, die eine Befüllungsöffnung umfasst, die von einem elastischen Element abgedeckt wird.
Offenbarung der Erfindung
Die erfindungsgemäße Batteriezelle mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass ein sehr schnelles, einfaches und trotzdem sicheres Verfahren zum Verschließen einer Befüllungsöffnung einer Batteriezelle möglich ist. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass eine Verschlussanordnung zum Verschließen der Befüllungsöffnung eine Expansionshülse mit einem Sackloch und ein Spreizelement umfasst. Das Spreizelement dient dabei zum Aufspreizen der Expansionshülse in der Befüllungsöffnung der Batteriezelle. Dabei ist das Spreizelement verliersicher am Sackloch der Expansionshülse angeordnet, so dass die Verschlussanordnung eine einzige Baugruppe ist, bei der keine Teile verlorengehen können. Das Spreizelement ist vorzugsweise im Sackloch verliersicher gehalten. Das Aufspreizen erfolgt dabei durch Einbringen des Spreizelements in das Sackloch der Expansionshülse, beispielsweise durch Einschlagen des Spreizelements in das Sackloch, so dass zwischen Spreizelement und Sacklochwandung eine Pressverbindung ausgebildet wird, welche die Expansionshülse an ihrer Außenseite aufspreizt, so dass auch zwischen dem äußeren Mantel der Expansionshülse und der Befüllungsöffnung eine Pressverbindung ausgebildet wird. Hierdurch wird eine sichere und schnell und einfach durchführbare Abdichtung der Befüllungsöffnung durch die erfindungsgemäße Verschlussanordnung erreicht.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
Vorzugsweise ist die Befüllungsöffnung im Gehäuse der Batteriezelle angeordnet. Besonders bevorzugt ist die Befüllungsöffnung dabei in einem Deckel der Batteriezelle angeordnet.
Gemäß einer bevorzugten alternativen Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Batteriezelle ferner wenigstens ein elektrisches Anschlusselement, wobei die Befüllungsöffnung im elektrischen Anschlusselement angeordnet ist. Besonders bevorzugt ist das elektrische Anschlusselement ein Bolzen und die Befüllungsöffnung ist eine in Axialrichtung des Bolzens verlaufende Durchgangsöffnung, welche vorzugsweise mittig im Bolzen angeordnet ist.
Neue Beschreibungsseite 2a in Reinschrift
Für eine besonders sichere Abdichtung der Befüllungsöffnung verjüngt sich die Befüllungsöffnung dabei vorzugsweise in Richtung des Innenraums der Batteriezelle.
Erfindungsgemäß ist das Spreizelement eine Kugel. Bevorzugt wird die Kugel dabei durch einen leicht radial nach innen verlaufenden Randbereich der Expansionshülse verliersicher im Sackloch gehalten.
Um eine möglichst sichere Verkrallung der Verschlussanordnung in der Befüllungsöffnung zu erreichen und dadurch eine verbesserte Abdichtung, weist die Expansionshülse an ihrem äußeren Mantelbereich vorzugsweise eine Riffelung oder konzentrische Rillen oder ein Gewinde auf. Vorzugsweise wird als Riffelung ein Rautenmuster in die Manteloberfläche der Expansionshülse eingebracht. Vorzugsweise weist die Manteloberfläche der Expansionshülse ein Rändelmuster auf.
Weiter bevorzugt ist die Verschlussanordnung aus einem elektrisch leitfähigen Material hergestellt. Mit anderen Worten sind sowohl die Expansionshülse als auch das Spreizelement aus einem elektrisch leitfähigen Material, insbesondere einem Metallmaterial, hergestellt.
Um zu verhindern, dass die Verschlussanordnung zu weit in die Befüllungsöffnung eingebracht wird, ist in der Befüllungsöffnung vorzugsweise ein Anschlag vorgesehen. Der Anschlag ist vorzugsweise als ringförmiger Absatz im Inneren der Befüllungsöffnung ausgebildet. Dies kann beispielsweise einfach durch Bereitstellen einer Stufenbohrung in der Befüllungsöffnung erreicht werden.
Besonders bevorzugt ist die erfindungsgemäße Batteriezelle eine Lithium-Ionen-Batteriezelle. Weiter bevorzugt weist das Gehäuse der Batteriezelle eine prismatische Form auf.
Figurenliste
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. Hierbei sind gleiche bzw. funktional gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. In der Zeichnung ist:

1 eine schematische Darstellung einer Batteriezelle gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
2 eine schematische, vergrößerte Schnittansicht der Batteriezelle von 1,
3 eine schematische Darstellung einer Batteriezelle gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
4 eine schematische, vergrößerte Schnittdarstellung der Befüllungsöffnung von 3.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 1 und 2 eine Batteriezelle 1 gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben.
Wie aus den 1 und 2 ersichtlich ist, umfasst die Batteriezelle 1 ein Gehäuse 2, welches in einem Deckelbereich eine Befüllungsöffnung 3 aufweist. Die Befüllungsöffnung 3 dient zur Befüllung eines Innenraums des Gehäuses 2, welcher mit einem Elektrolyt befüllt wird. Nach erfolgter Befüllung wird die Befüllungsöffnung 3 mit einer Verschlussanordnung 4 verschlossen. Die Bezugszeichen 8 deuten ferner elektrische Anschlüsse der Batteriezelle 1 an, in diesem Ausführungsbeispiel zylindrische Bolzen.
Die Verschlussanordnung 4 ist im Detail aus 2 ersichtlich. Die Verschlussanordnung 4 umfasst eine Expansionshülse 5 mit einem Sackloch 6 sowie ein Spreizelement 7 in Form einer Kugel. Die Expansionshülse 5 weist an einem äußeren Mantelbereich eine Riffelung 52 auf, welche aus einer Vielzahl von ringförmig verlaufenden, vorstehenden, und zueinander parallelen Bereichen besteht. Am freien Ende des Sacklochs 6 ist ferner ein nach innen gerichteter Halterand 51 vorgesehen, um im nichtmontierten Zustand der Verschlussanordnung 4 das Spreizelement 7 verliersicher an der Expansionshülse 5 zu halten.
Um zu dem in 2 gezeigten montierten Zustand der Verschlussanordnung zu kommen, wird die Verschlussanordnung 4 in der Befüllungsöffnung 3 nach einem Befüllen des Innenraums angeordnet. Hierbei ist das Spreizelement 7 noch im Bereich des Halterands 51. Anschließend wird mittels eines Werkzeugs oder dgl. ein Schlag auf das teilweise aus dem Sackloch 6 ragende Spreizelement 7 ausgeführt, so dass das Spreizelement 7 in das Sackloch 6 eingeschlagen wird. Hierdurch ergibt sich eine Pressverbindung zwischen dem Spreizelement 7 und dem Sackloch 6. Ferner wird durch diesen Einpressvorgang die Expansionshülse 5 radial nach außen aufgeweitet, so dass diese fest und abdichtend in der Befüllungsöffnung 3 sitzt. Durch die Riffelung 52 an der äußeren Mantelfläche der Expansionshülse 5 wird eine noch dichtere Pressverbindung zwischen der Expansionshülse 5 und der Befüllungsöffnung 3 erreicht.
In den 3 und 4 ist eine Batteriezelle 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Im zweiten Ausführungsbeispiel ist die Befüllungsöffnung 3 in einem der elektrischen Anschlüsse 8 der Batteriezelle 1 angeordnet. Der elektrische Anschluss 8 ist dabei, wie in 4 gezeigt, auf einem Stromabnehmer 9 fixiert. Ein Dichtelement 10 dichtet dabei zwischen einem Fuß 80 des elektrischen Anschlusses 8 und dem Gehäuse 2 ab.
Die Verschlussanordnung 4 des zweiten Ausführungsbeispiels entspricht dabei der des ersten Ausführungsbeispiels und umfasst eine Expansionshülse 5 mit Sackloch 6 sowie ein Spreizelement 7. In der Befüllungsöffnung 3 ist ferner ein ringförmiger Absatz 30 durch Vorsehen einer gestuften Befüllungsöffnung 3 ausgebildet, welcher als Anschlag dient. Hierdurch wird vermieden, dass die Verschlussanordnung 4 zu weit in die Befüllungsöffnung 3 eingepresst wird.
Die Expansionshülse 5 und das Spreizelement 7 sind dabei vorzugsweise aus einem metallischen Material ausgebildet, um einen elektrischen Kontakt des elektrischen Anschlusses 8 zu verbessern.
Ansonsten entspricht dieses Ausführungsbeispiel dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel, so dass auf die dort gegebene Beschreibung verwiesen werden kann.
Zu dem beschriebenen Ausführungsbeispiel sei angemerkt, dass erfindungsgemäß somit durch Einpressen der Verschlussanordnung 4 in die Befüllungsöffnung 3 eine schnelle, einfache und sichere Abdichtung der Befüllungsöffnung 3 erreicht werden kann. Hierbei werden durch Vorsehen von Pressverbindungen zwischen Spreizelement 7 und Sackloch 6 sowie Expansionshülse 5 und Befüllungsöffnung 3 eine sichere Abdichtung der Befüllungsöffnung 3 erreicht.

Claims

Batteriezelle, umfassend - ein einen Innenraum zur Aufnahme eines Elektrolyts definierendes Gehäuse (2), - eine Befüllungsöffnung (3) zum Einfüllen des Elektrolyts, und - eine Verschlussanordnung (4) zum Verschließen der Befüllungsöffnung (3), - wobei die Verschlussanordnung (4) eine Expansionshülse (5) mit einem Sackloch (6) und einem Spreizelement (7) zum Aufspreizen der Expansionshülse (5) umfasst, und - wobei das Spreizelement (7) verliersicher an der Expansionshülse, insbesondere im Sackloch (6), angeordnet ist, wobei das Spreizelement (7) eine Kugel ist.
Batteriezelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Befüllungsöffnung (3) im Gehäuse (2) angeordnet ist.
Batteriezelle nach Anspruch 1, ferner umfassend ein elektrisches Anschlusselement (8), wobei die Befüllungsöffnung (3) im elektrischen Anschlusselement (8) angeordnet ist.
Batteriezelle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Anschlusselement ein Bolzen ist, wobei die Befüllungsöffnung (3) insbesondere in Axialrichtung des Bolzens verläuft.
Batteriezelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Befüllungsöffnung (3) in Richtung des Innenraums des Gehäuses verjüngt.
Batteriezelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Expansionshülse (5) an einer äußeren Mantelfläche eine Riffelung (2) oder konzentrische Rillen oder ein Gewinde oder eine Rändelung aufweist.
Batteriezelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschlussanordnung (4) aus einem elektrisch leitfähigen Material hergestellt ist.
Batteriezelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Befüllungsöffnung (3) ein Anschlag (30) vorgesehen ist.