DE102013006198A1 - Batterie, elektrochemische Energiewandlereinrichtung für die Batterie, Verfahren zum Herstellen der Energiewandlereinrichtung, Verfahren zum Herstellen der Batterie - Google Patents

Batterie, elektrochemische Energiewandlereinrichtung für die Batterie, Verfahren zum Herstellen der Energiewandlereinrichtung, Verfahren zum Herstellen der Batterie Download PDF

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Abstract

Batterie zur Bereitstellung elektrischer Energie, mit einer, zwei oder mehreren elektrochemischen Energiewandlereinrichtungen (2, 2a), welche jeweils ausgestaltet sind, chemische Energie in elektrische Energie zu wandeln, welche insbesondere jeweils ausgestaltet sind, zugeführte elektrische Energie in chemische Energie zu wandeln, und mit wenigstens einem Schutzkörper (1, 1a, 1b), welcher – zum Schutz wenigstens einer der Energiewandlereinrichtungen (2, 2a) vor Feuer und/oder elektromagnetischer Strahlung ausgestaltet ist, – einen porösen und/oder expandierbaren Funktionsstoff aufweist, wobei vorzugsweise die Batterie ein Batteriegehäuse (5) aufweist, welches zur Aufnahme wenigstens einer oder mehrerer dieser Energiewandlereinrichtungen (2, 2a) ausgestaltet ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Batterie mit zumindest einer elektrochemischen Energiewandlereinrichtung, eine elektrochemische Energiewandlereinrichtung für die Batterie, ein Verfahren zum Herstellen der Energiewandlereinrichtung und ein Verfahren zum Herstellen der Batterie. Die Erfindung wird im Zusammenhang mit Lithium-Ionen-Batterien zur Versorgung von KFZ-Antrieben beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass die Erfindung auch unabhängig von der Bauart der Batterie, der Chemie der Energiewandlereinrichtung oder der Art des versorgten Antriebs Verwendung finden kann.
  • Es wurde beobachtet, dass in Batterien mit Energiewandlereinrichtungen mitunter unerwünscht hohe Temperaturen erreicht werden, welche zur Zerstörung der Batterien oder einer der Energiewandlereinrichtungen der Batterien führen können.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Batterie mit verbesserter Betriebssicherheit zur Verfügung zu stellen.
  • Die Aufgabe wird durch eine Batterie gemäß Anspruch 1 sowie durch eine Energiewandlereinrichtung gemäß Anspruch 11 gelöst. Die Aufgabe wird auch durch ein Herstellverfahren für eine Batterie gemäß Anspruch 16 gelöst. Anspruch 17 beschreibt die Verwendung eines porösen und/oder expandierbaren Funktionsstoffes zum Schutz einer Energiewandlereinrichtung vor Feuer und/oder elektromagnetischer Strahlung. Zu bevorzugende Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung eine Batterie zur Bereitstellung elektrischer Energie.
  • Eine erfindungsgemäße Batterie weist eine, zwei oder mehrere elektrochemische Energiewandlereinrichtungen auf. Die Batterie weist zumindest einen Schutzkörper auf, welcher zum Schutz wenigstens einer der Energiewandlereinrichtungen vor Feuer und/oder elektromagnetischer Strahlung ausgestaltet ist. Der Schutzkörper weist einen porösen und/oder expandierbaren Funktionsstoff auf. Die Batterie weist vorzugsweise ein Batteriegehäuse auf, welches zur Aufnahme einer oder mehrerer dieser Energiewandlereinrichtungen ausgestaltet ist.
  • Die zumindest eine Energiewandlereinrichtung ist ausgestaltet, chemische Energie in elektrische Energie zu wandeln. Vorzugsweise ist die zumindest eine Energiewandlereinrichtung ausgestaltet, insbesondere zugeführte elektrische Energie in chemische Energie zu wandeln.
  • Vorzugsweise ist der Schutzkörper im Wesentlichen quaderförmig oder im Wesentlichen als Abschnitt eines Hohlzylinders ausgebildet. Vorzugsweise ist der Schutzkörper plattenförmig oder folienartig ausgebildet.
  • Vorzugsweise kann der Schutzkörper, insbesondere ausgebildet als thermischer Widerstand, einem Wärmestrom in Richtung der wenigstens einen elektrochemischen Energiewandlereinrichtung entgegenwirken.
  • Vorzugsweise kann der Schutzkörper wenigstens eine dieser Energiewandlereinrichtungen, besonders bevorzugt eine Mantelfläche wenigstens einer dieser Energiewandlereinrichtungen, wenigstens abschnittsweise überdecken.
  • Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben gefunden, dass in einer erfindungsgemäßen Batterie, die einen solchen Schutzkörper umfasst, die thermische Resistenz einer elektrochemischen Energiewandlereinrichtung verbessert werden kann. Zusätzlich wurde gefunden, dass der Schutzkörper, der einen porösen und/oder expandierbaren Funktionsstoff enthält, einem Wärmestrom in Richtung der wenigstens einen Energiewandlereinrichtung, insbesondere als thermischer Widerstand, entgegenwirken kann und dadurch die thermische Resistenz einer von der Batterie umfassten elektrochemischen Energiewandlereinrichtung erhöhen kann.
  • Es wurde des Weiteren gefunden, dass in der erfindungsgemäßen Batterie eine gefährliche Hitzeentwicklung im Inneren, an der Oberfläche oder in der Umgebung einer elektrochemischen Energiewandlereinrichtung verringert werden kann. Insbesondere wurde gefunden, dass der von der erfindungsgemäßen Batterie umfasste Schutzkörper das Übergreifen von Bränden auf elektrochemische Energiewandlereinrichtungen in der Umgebung des Brandherdes verhindert werden kann, wodurch den hohen Sicherheitsanforderungen an Batterien, insbesondere an Lithiumionen-Batterien mit hoher Energiedichte und/oder hoher Leistungsdichte (sogenannte „high power batteries” beziehungsweise „high energy batteries”) entsprochen wird.
  • Zusätzlich wurde gefunden, dass der einen porösen und/oder expandierbaren Funktionsstoff umfassende Schutzkörper leichter ist als Schutzkörper, die aus dem Stand der Technik bekannt sind, wodurch insbesondere die Energiedichte in der Batterie erhöht sein kann.
  • Des Weiteren wurde gefunden, dass der in der erfindungsgemäßen Batterie enthaltene Schutzkörper elektromagnetische Strahlung effizient absorbieren kann und insbesondere dadurch eine elektrochemische Energiewandlereinrichtung vor elektromagnetischer Strahlung, wie zum Beispiel Infrarotstrahlung und Mikrowellen, schützen kann. Dadurch kann die Betriebsfestigkeit der erfindungsgemäßen Batterie verbessert werden.
  • Zusätzlich wurde gefunden, dass der von der erfindungsgemäßen Batterie umfasste Schutzkörper als Auffangmatrix für kleinste Partikel fungieren kann. Dadurch kann das Eindringen von Partikeln, zum Beispiel von Staubpartikeln, in eine elektrochemische Energiewandlereinrichtung verhindert werden, wodurch sich die Lebensdauer der Batterie erhöht.
  • Eine erfindungsgemäße Batterie, welche einen Schutzkörper mit einem porösen und/oder expandierbaren Funktionsstoff aufweist, kann deshalb vorteilhaft in Fahrzeugen mit Hybridantrieb oder elektrischem Antrieb sowie in stationären Speichern eingesetzt werden. So wird die zugrundeliegende Aufgabe gelöst.
  • Unter einer Batterie im Sinne der Erfindung ist eine elektrochemische Energiespeichervorrichtung zu verstehen, welche wenigstens eine elektrochemische Energiewandlereinrichtung umfasst. Auch umfasst die Batterie weitere Einrichtungen, welche dem Betrieb der wenigstens einen elektrochemischen Energiewandlereinrichtung dienen. Dabei können vorzugsweise die wenigstens eine elektrochemische Energiewandlereinrichtung und die ergänzenden Einrichtungen in einem gemeinsamen Batteriegehäuse angeordnet sein.
  • Vorzugsweise ist die Batterie als Lithiumionen-Batterie ausgebildet. Der Begriff Batterie schließt wiederaufladbare Batterien (Sekundärbatterien) und nicht-wiederaufladbare Batterien (Primärbatterien) ein. Insbesondere umfasst eine Batterie im Sinne der Erfindung auch eine einzelne elektrochemische Energiewandlereinrichtung. Vorzugsweise umfasst eine Batterie im Sinne der Erfindung zwei oder mehr elektrochemische Energiewandlereinrichtungen, welche entweder in Reihe oder parallel zusammengeschaltet sind.
  • Unter einer elektrochemischen Energiewandlereinrichtung im Sinne der Erfindung ist eine Einrichtung zu verstehen, welche auch der Abgabe von elektrischer Energie dient. Vorzugsweise kann die elektrochemische Energiewandlereinrichtung Energie in chemischer Form speichern. Vor Abgabe elektrischer Energie kann in elektrische Energie gewandelt werden. Vorzugsweise ist die elektrochemische Energiewandlereinrichtung auch geeignet, elektrische Energie aufzunehmen, in chemische Energie zu wandeln und abzuspeichern. Man spricht dann von einer wiederaufladbaren elektrochemischen Energiewandlereinrichtung.
  • Eine elektrochemische Energiewandlereinrichtung im Sinne der Erfindung weist vorzugsweise zumindest eine insbesondere wiederaufladbare Elektrodenbaugruppe, ein Zellgehäuse, sowie eine, zwei oder mehrere Stromleiteinrichtungen auf.
  • Unter einer Elektrodenbaugruppe im Sinne der Erfindung ist eine Einrichtung zu verstehen, welche insbesondere der Bereitstellung elektrischer Energie dient, welche der Wandlung chemischer Energie in elektrische Energie dient.
  • Vorzugsweise ist die Elektrodenbaugruppe im Wesentlichen quaderförmig ausgebildet. Vorzugsweise ist die Elektrodenbaugruppe mit zumindest zwei Stromleiteinrichtungen unterschiedlicher Polarität insbesondere stoffschlüssig verbunden, welche zur zumindest mittelbaren elektrischen Verbindung mit zumindest einer benachbarten Elektrodenbaugruppe und/oder zumindest mittelbar der elektrischen Verbindung mit dem Verbraucher dienen.
  • Die Elektrodenbaugruppe weist zumindest zwei Elektroden unterschiedlicher Polarität auf, d. h. zumindest eine positive und eine negative Elektrode. Diese Elektroden unterschiedlicher Polarität sind durch einen Separator beabstandet, wobei der Separator für Ionen leitfähig ist, nicht aber für Elektronen. Vorzugsweise weisen beide Elektroden jeweils ein Material auf, welches Lithiumionen leiten oder Lithiumionen oder metallisches Lithium interkalieren kann.
  • Die positive Elektrode ist jene Elektrode, die bei Anschluss der Batterie an einen Verbraucher, beispielsweise an einen Elektromotor, in der Lage ist, Elektronen aufzunehmen. Sie stellt in der üblichen Nomenklatur die Kathode dar. Die negative Elektrode ist jene Elektrode, die bei Betrieb in der Lage ist, Elektronen abzugeben. Sie stellt in der üblichen Nomenklatur die Anode dar.
  • Vorzugsweise weisen die Elektroden anorganisches Material oder anorganische Verbindungen oder Substanzen auf, die für oder in oder auf einer Elektrode oder als Elektrode verwendet werden können. Vorzugsweise sind dies Verbindungen oder Substanzen, welche unter den Arbeitsbedingungen der Lithiumionen-Batterie aufgrund ihrer chemischen Beschaffenheit Lithiumionen leiten bzw. Lithiumionen oder metallisches Lithium aufnehmen (interkalieren) und auch wieder abgeben können. Im Stand der Technik wird ein derartiges Material auch als Aktivmaterial der Elektrode bezeichnet. Dieses Material wird für die Anwendung in einer elektrochemischen Zelle bzw. Batterie vorzugsweise auf einen Träger aufgebracht, vorzugsweise auf einen metallischen Träger, vorzugsweise Aluminium oder Kupfer. Dieser Träger wird auch als Ableiter oder als Kollektor bezeichnet.
  • Vorzugsweise weist zumindest eine dieser Elektroden eine insbesondere metallische Kollektorfolie sowie eine Aktivmasse auf. Die Aktivmasse ist auf die Kollektorfolie zumindest einseitig aufgetragen. Beim Laden oder Entladen der Elektrodenbaugruppe werden Elektronen zwischen der Kollektorfolie und Aktivmasse ausgetauscht. Vorzugsweise ist mit der Kollektorfolie zumindest eine Ableiterfahne insbesondere stoffschlüssig verbunden. Besonders bevorzugt sind mit der Kollektorfolie mehrerer Ableiterfahnen insbesondere stoffschlüssig verbunden. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass der Strom je Ableiterfahne verringert ist.
  • Vorzugsweise weist zumindest eine dieser Elektroden eine insbesondere metallische Kollektorfolie sowie zwei Aktivmassen unterschiedlicher Polarität auf, welche auf verschiedenen Flächen der Kollektorfolie angeordnet und durch die Kollektorfolie beabstandet sind. Für diese Anordnung von Aktivmassen ist auch der Begriff „Bizelle” üblich. Beim Laden oder Entladen der Elektrodenbaugruppe werden Elektronen zwischen der Kollektorfolie und Aktivmasse ausgetauscht. Vorzugsweise ist mit der Kollektorfolie zumindest eine Ableiterfahne insbesondere stoffschlüssig verbunden. Besonders bevorzugt sind mit der Kollektorfolie mehrerer Ableiterfahnen insbesondere stoffschlüssig verbunden. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die Zahl der Elektronen, welche je Zeiteinheit durch eine Ableiterfahne fließen, verringert ist.
  • Als Aktivmaterial für die positive Elektrode können alle aus dem diesbezüglichen Stand der Technik bekannten Materialien eingesetzt werden. Es besteht also im Hinblick auf die positive Elektrode im Sinne der vorliegenden Erfindung keine Beschränkung.
  • Gemäß einer ersten bevorzugten Ausgestaltung können als Aktivmaterial für die positive Elektrode Lithiumphosphate eingesetzt werden, vorzugsweise der Summenformel LiXPO4 mit X = Mn, Fe, Co oder Ni, oder Kombinationen hiervon.
  • Weitere geeignete Verbindungen sind Lithiummanganat, vorzugsweise LiMn2O4, Lithiumkobaltat, vorzugsweise LiCoO2, Lithiumnickelat, vorzugsweise LiNiO2, oder Mischungen aus zwei oder mehreren dieser Oxide, oder deren gemischte Oxide.
  • Zur Erhöhung der Leitfähigkeit können im Aktivmaterial weitere Verbindungen vorhanden sein, vorzugsweise Kohlenstoff-haltige Verbindungen, oder Kohlenstoff, vorzugsweise in Form von Leitruß oder Graphit. Der Kohlenstoff kann auch in Form von Kohlenstoff-Nanotubes eingebracht werden. Derartige Zusätze werden vorzugsweise in einer Menge von 1 bis 6 Gew.-%, vorzugsweise 1 bis 3 Gew.-% bezogen auf die auf den Träger aufgebrachten Masse der positiven Elektrode aufgebracht. Das Aktivmaterial kann auch Mischungen aus zwei oder mehreren der genannten Substanzen enthalten.
  • Geeignete Materialien für die negative Elektrode sind ausgewählt aus: Lithiummetall-Oxide wie Lithium-Titan-Oxid, kohlenstoffhaltige Materialien, vorzugsweise Graphit, synthetischer Graphit, Graphen, Ruß, Mesokohlenstoff, dotierter Kohlenstoff, Fullerene. Als Elektrodenmaterial für die negative Elektrode sind auch Niobpentoxid, Zinnlegierungen, Titandioxid, Zinndioxid, Silizium bevorzugt.
  • Zwei Elektroden unterschiedlicher Polarität sind in der Elektrodenbaugruppe durch einen Separator beabstandet. Der Separator ist für Ionen durchlässig, nicht aber für Elektronen. Vorzugsweise enthält der Separator zumindest einen Teil des Elektrolyts bzw. des Leitsalzes. Vorzugsweise ist der Elektrolyt insbesondere nach dem Verschließen der Energiewandlereinrichtung im Wesentlichen ohne flüssigen Anteil ausgebildet. Vorzugsweise weist das Leitsalz Lithium auf. Besonders bevorzugt werden Lithiumionen beim Laden in die negative Elektrode eingelagert bzw. interkaliert und beim Entladen wieder ausgelagert.
  • Die Elektrodenbaugruppe ist vorzugsweise ausgestaltet, zugeführte elektrische Energie in chemische Energie zu wandeln und als chemische Energie zu speichern. Die Elektrodenbaugruppe ist vorzugsweise ausgestaltet, insbesondere gespeicherte chemische Energie in elektrische Energie zu wandeln, bevor die Elektrodenbaugruppe diese elektrische Energie einem Verbraucher zur Verfügung stellt. Man spricht dann auch von einer wiederaufladbaren Elektrodenbaugruppe. Besonders bevorzugt werden Lithiumionen beim Laden in die negative Elektrode eingelagert bzw. interkaliert und beim Entladen wieder ausgelagert.
  • Vorzugsweise ist die Elektrodenbaugruppe als im Wesentlichen quaderförmiger Elektrodenstapel, als Elektrodenwickel, insbesondere als im Wesentlichen zylindrischer Elektrodenwickel, insbesondere als Elektrodenflachwickel, oder als Wandlerbaugruppe ausgebildet. Vorzugsweise ist diese Elektrodenbaugruppe wiederaufladbar.
  • Unter einem Elektrodenstapel im Sinne der Erfindung ist ein Stapel von Elektrodenblättern mit einer vorbestimmten Abfolge zu verstehen, wobei je zwei Elektrodenblätter unterschiedlicher Polarität durch ein Separatorblatt getrennt sind.
  • Vorzugsweise ist die Elektrodenbaugruppe ausgebildet, elektrische Energie unter Aufnahme zumindest eines kontinuierlich zugeführten Brennstoffs und eines Oxidationsmittels, nachfolgend Prozessfluide genannt, bereitzustellen. Die chemische Reaktion des Brennstoffs und des Oxidationsmittels ergibt, insbesondere unterstützt durch zumindest einen Katalysator, ein Produkt, welches abgeführt wird. Vorzugsweise ist die Wandlerbaugruppe als im Wesentlichen quaderförmiger Elektrodenstapel ausgebildet und weist zumindest zwei insbesondere blattförmige Elektroden unterschiedlicher Polarität auf.
  • Unter einer Stromleiteinrichtung im Sinne der Erfindung ist eine Einrichtung zu verstehen, welche insbesondere der Leitung von Elektronen zwischen einer der Elektroden der Elektrodenbaugruppe und einem Verbraucher oder zwischen einer der Elektroden und einer benachbarten Energiewandlereinrichtung dient. Dazu ist die Stromleiteinrichtung mit einer der Elektroden der Elektrodenbaugruppe elektrisch, vorzugsweise stoffschlüssig verbunden. Die Stromleiteinrichtung ist zumindest mittelbar mit einem zu versorgenden Verbraucher verbindbar.
  • Die Stromleiteinrichtung weist einen elektrisch leitfähigen Bereich mit einem metallischen Werkstoff auf, vorzugsweise Aluminium und/oder Kupfer, besonders bevorzugt bereichsweise eine Beschichtung mit Nickel. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil eines verringerten Kontaktwiderstands.
  • Unter einem Zellgehäuse im Sinne der Erfindung ist eine Einrichtung zu verstehen, welche insbesondere
    • – der Begrenzung der Elektrodenbaugruppe gegenüber der Umgebung dient,
    • – dem Schutz der Elektrodenbaugruppe gegenüber schädlichen Einflüssen aus der Umgebung dient, insbesondere zum Schutz vor Wasser aus der Umgebung,
    • – dem Austritt von Substanzen aus der Elektrodengruppe in die Umgebung entgegenwirkt,
    • – vorzugsweise die Elektrodenbaugruppe im Wesentlichen gasdicht umschließt.
  • Das Zellgehäuse kann die Elektrodenbaugruppe zumindest bereichsweise, bevorzugt im Wesentlichen vollständig umgeben. Vorzugsweise ist dabei das Zellgehäuse an die Gestalt der Elektrodenbaugruppe angepasst. Vorzugsweise ist das Zellgehäuse, ebenso wie die Elektrodenbaugruppe, im Wesentlichen quaderförmig ausgebildet. Das Zellgehäuse umgibt die Elektrodenbaugruppe vorzugsweise derart, dass zumindest eine Wandung des Zellgehäuses eine Kraft auf die Elektrodenbaugruppe ausübt, wobei die Kraft einer unerwünschten Relativbewegung der Elektrodenbaugruppe bezüglich des Zellgehäuses entgegenwirkt. Besonders bevorzugt nimmt das Zellgehäuse die Elektrodenbaugruppe formschlüssig und/oder kraftschlüssig auf. Vorzugsweise ist der Aufnahmeraum des Zellgehäuses so bemessen, dass eine Reibkraft zwischen zumindest einer Innenfläche des Zellgehäuses und einer Mantelfläche der Elektrodenbaugruppe vorliegt. Diese Reibkraft wirkt einer unerwünschten Relativbewegung von Zellgehäuse und Elektrodenbaugruppe entgegen.
  • Vorzugsweise wirkt das Zellgehäuse insbesondere einem Austausch von Substanzen zwischen der Elektrodenbaugruppe und der Umgebung der Energiewandlereinrichtung entgegen. Vorzugsweise schließt das Zellgehäuse die Elektrodenbaugruppe gasdicht ein. Vorzugsweise ist das Zellgehäuse gegenüber der Umgebung elektrisch isoliert. Vorzugsweise ist das Zellgehäuse gegenüber der Elektrodenbaugruppe elektrisch isoliert.
  • Vorzugsweise ist das Zellgehäuse im Wesentlichen biegesteif. Vorzugsweise sind das Material und die Geometrie des Zellgehäuses so gewählt, dass dessen Biegesteifigkeit den Beanspruchungen des Betriebs standhält. Vorzugsweise ist das Zellgehäuse in Form einer Verbundfolie, insbesondere einer Laminatfolie ausgebildet.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung nimmt das Zellgehäuse die Elektrodenbaugruppe im Wesentlichen vollständig auf. Vorzugsweise ist das Zellgehäuse als Becher ausgebildet. Die Elektrodenbaugruppe ist im Innenraum des Bechers angeordnet, wobei der Innenraum dem Aufnahmeraum entspricht. Gemäß weiterer bevorzugter Ausgestaltungen ist das Zellgehäuse insbesondere als „pouch cell” oder „tea bag”, oder als Rahmenzelle mit Rahmen und Hüllblechen oder als abgedichteter Verbund von Schalenstücken, oder als jede beliebige Kombination oder Abwandlung hiervon ausgebildet.
  • Unter einem Schutzkörper im Sinne der Erfindung ist eine Einrichtung zu verstehen, welche insbesondere dazu dient, einen einwandfreien Betrieb der Elektrodenbaugruppe zu unterstützen. Der zumindest eine Schutzkörper dient insbesondere dem Schutz einer elektrochemischen Energiewandlereinrichtung vor Feuer und/oder dem Schutz einer elektrochemischen Energiewandlereinrichtung vor elektromagnetischer Strahlung.
  • Vorzugsweise ist der Schutzkörper als Flammschutz bzw. Brandschutz ausgebildet. Dazu weist der Schutzkörper einen porösen und/oder expandierbaren Funktionsstoff auf. Der poröse und/oder expandierbare Funktionsstoff kann vorzugsweise flammhemmend und als thermischer Widerstand wirken. Vorzugsweise kann der poröse und/oder expandierbare Funktionsstoff elektromagnetische Strahlung absorbieren.
  • Vorzugsweise ist der Schutzkörper im Wesentlichen quaderförmig, oder im Wesentlichen als Abschnitt eines Hohlzylinders ausgebildet. Vorzugsweise ist der Schutzkörper plattenförmig oder folienartig ausgebildet. Unter quaderförmig im Sinne der Erfindung ist sowohl ein Quader mit, als auch ohne, einen Aufnahmeraum zu verstehen. Unter quaderförmig im Sinne der Erfindung ist daher auch eine im Wesentlichen rechteckige Platte zu verstehen.
  • Vorzugsweise kann der Schutzkörper einem Wärmestrom in Richtung der wenigstens einen Energiewandlereinrichtung entgegenwirken, insbesondere als thermischer Widerstand. Ein „Wärmestrom” im Sinne der Erfindung stellt eine vektorielle Größe dar, gekennzeichnet durch einen Betrag und eine Richtung. Vorzugsweise kann der Schutzkörper wenigstens eine dieser Energiewandlereinrichtungen, besonders bevorzugt eine Mantelfläche wenigstens einer dieser Energiewandlereinrichtungen, wenigstens abschnittsweise überdecken. Unter „Überdecken” im Sinne der Erfindung ist zu verstehen, dass der überdeckende Schutzkörper dem Einwirken einer vektoriellen Größe wie zum Beispiel einem Wärmestrom auf die wenigstens eine Energiewandlereinrichtung entgegenwirken kann.
  • Vorzugsweise ist der Schutzkörper benachbart zu einer ersten Gehäusewandung des Zellgehäuses der Energiewandlereinrichtung oder zu einer zweiten Gehäusewandung des Batteriegehäuses angeordnet. Vorzugsweise ist der Schutzkörper im Wesentlichen parallel zu einer ersten Gehäusewandung des Zellgehäuses der Energiewandlereinrichtung oder zu einer zweiten Gehäusewandung des Batteriegehäuses angeordnet. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung entspricht die räumliche Gestalt des Schutzkörpers im Wesentlichen der räumlichen Gestalt des Zellgehäuses, wobei der Schutzkörper das Zellgehäuse zumindest bereichsweise, insbesondere vollständig umschließt. Gemäß einer anderen bevorzugten Ausgestaltung entspricht die räumliche Gestalt des Schutzkörpers im Wesentlichen der räumlichen Gestalt des Zellgehäuses, wobei der Schutzkörper im Inneren des Zellgehäuses angeordnet ist. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung entspricht die räumliche Gestalt des Schutzkörpers im Wesentlichen der räumlichen Gestalt des Batteriegehäuses, wobei der Schutzkörper das Batteriegehäuse zumindest bereichsweise, insbesondere vollständig umschließt. Gemäß einer anderen bevorzugten Ausgestaltung entspricht die räumliche Gestalt des Schutzkörpers im Wesentlichen der räumlichen Gestalt des Batteriegehäuses, wobei der Schutzkörper im Inneren des Batteriegehäuses angeordnet ist.
  • Vorzugsweise weist der Schutzkörper zumindest bereichsweise einen porösen Funktionsstoff auf, womit insbesondere ein Bereich des Schutzkörpers mit verringerter Wärmeleitfähigkeit gebildet ist. Diese Ausgestaltung bietet des Weiteren den Vorteil, dass insbesondere bereichsweise ein Volumen zur Verzögerung bzw. zur Aufnahme eines auf die Energiewandlereinrichtung einwirkenden Fremdkörpers gebildet wird. Somit kann der Schutzkörper das Eindringen von Partikeln, zum Beispiel von Staubpartikeln in eine elektrochemische Energiewandlereinrichtung verhindern. Diese Ausgestaltung bietet des Weiteren den Vorteil eines Schutzes der elektrochemischen Energiewandlereinrichtung, insbesondere der Elektrodenbaugruppe, vor dem Eindringen von Partikeln, insbesondere ohne dass separate Schutzeinrichtungen erfordert wären.
  • Vorzugsweise weist der Schutzkörper zumindest bereichsweise einen expandierbaren Funktionsstoff auf. Unter expandierbar im Sinne der Erfindung ist ein Stoff zu verstehen, der Hohlräume ausbilden kann. Unter expandierbar im Sinne der Erfindung ist auch ein bereits expandierter Stoff zu verstehen, der Hohlräume aufweist. Der expandierbare Funktionsstoff ist vorgesehen, insbesondere bei Zufuhr einer Aktivierungsenergie Hohlräume auszubilden, insbesondere ausgelöst durch eine Funktionseinrichtung.
  • Vorzugsweise liegt der poröse und/oder expandierbare Funktionsstoff in Form eines Granulats vor. Gemäß einer ersten Ausgestaltung kann der poröse und/oder expandierbare Funktionsstoff, welcher in Form eines Granulats vorliegt, in einem ersten Hohlraum des Schutzkörpers angeordnet werden. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil des einfachen Einbringens des als Granulat vorliegenden porösen und/oder expandierbaren Funktionsstoffes bei der Anfertigung des Schutzkörpers. Diese Ausgestaltung bietet des Weiteren den Vorteil, dass das Einbringen des porösen und/oder expandierbaren Funktionsstoffes leicht automatisierbar ist. Diese Ausgestaltung bietet darüber hinaus den Vorteil verringerter Fertigungskosten. Gemäß einer zweiten bevorzugten Ausgestaltung liegt der poröse und/oder expandierbare Funktionsstoff in Form eines Granulats dispergiert in ein Trägermaterial des Schutzkörpers vor. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass der Schutzkörper raumsparend innerhalb der Batterie angeordnet werden kann.
  • Vorzugsweise ist der poröse und/oder expandierbare Funktionsstoff im Wesentlichen plattenförmig oder in Form einer Folie ausgebildet. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil des verbesserten thermischen Widerstands des Schutzkörpers. Diese Ausgestaltung bietet des Weiteren den Vorteil, dass die Betriebssicherheit einer zum Schutzkörper benachbarten Energiewandlereinrichtung bei einem Brand in deren Umgebung verbessert ist. Vorzugsweise weist der Schutzkörper zusätzlich ein Fasermaterial auf, welches insbesondere die Zugfestigkeit des Schutzkörpers erhöhen kann. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die mechanische Stabilität des Schutzkörpers verbessert ist. Vorzugsweise ist der poröse und/oder expandierbare Funktionsstoff in Form einer Schicht zumindest bereichsweise auf eine erste Gehäusewandung des Zellgehäuses und/oder auf eine zweite Gehäusewandung des Batteriegehäuses aufgebracht. Die erste und/oder zweite Gehäusewandung können ein- oder beidseitig mit dem porösen und/oder expandierbaren Funktionsstoff beschichtet sein. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil verringerter Fertigungskosten.
  • Unter einem Batteriegehäuse im Sinne der Erfindung ist eine Einrichtung zu verstehen, welche insbesondere
    • – der Begrenzung der Batterie gegenüber der Umgebung dient,
    • – dem Schutz der zumindest einen elektrochemischen Energiewandlereinrichtungen gegenüber schädlichen Einflüssen aus der Umgebung dient, insbesondere dem Schutz vor Wasser aus der Umgebung,
    • – dem Austritt von Substanzen aus der elektrochemischen Energiewandlereinrichtung in die Umgebung entgegenwirkt,
    • – vorzugsweise die zumindest eine elektrochemische Energiewandlereinrichtung im Wesentlichen gasdicht umschließt.
  • Vorzugsweise weist das Batteriegehäuse einen Innenraum zur Aufnahme wenigstens einer oder mehrerer elektrochemischer Energiewandlereinrichtungen und eine zweite Gehäusewandung auf. Vorzugsweise ist das Batteriegehäuse im Wesentlichen quaderförmig ausgebildet.
  • Vorzugsweise wirkt das Batteriegehäuse insbesondere einem Austausch von Substanzen zwischen dem Innenraum des Batteriegehäuses und der Umgebung der Batterie entgegen. Vorzugsweise umschließt die Wandung des Batteriegehäuses den Innenraum gasdicht. Vorzugsweise ist das Batteriegehäuse gegenüber der Umgebung elektrisch isoliert.
  • Vorzugsweise ist das Batteriegehäuse im Wesentlichen biegesteif. Vorzugsweise sind das Material und die Geometrie des Batteriegehäuses so gewählt, dass dessen Biegesteifigkeit den Beanspruchungen des Betriebs standhält.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Wandung des Batteriegehäuses aus einem massiven Material gefertigt. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die Wandung des Batteriegehäuses aus einem geschäumten Material gefertigt, vorzugsweise aus einem Aluminiumschaum oder einem Polymerschaum.
  • Nachfolgend werden vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Batterie sowie deren Vorteile beschrieben.
  • Vorzugsweise weist die erfindungsgemäße Energiewandlereinrichtung zumindest zwei Elektrodenbaugruppen auf, welche im Zellgehäuse in Reihe geschaltet sind. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die Nennspannung der Energiewandlereinrichtung erhöht ist.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung weist der Funktionsstoff Vermiculit und/oder C-Aerogel auf.
  • Gemäß einer ersten bevorzugten Ausgestaltung weist der Funktionsstoff ein C-Aerogel (Kohlenstoff-Aerogel) auf. Aerogele sind hochporöse Festkörper, bei denen bis zu 99,98% des Volumens aus Poren bestehen. Aerogele weisen ein dreidimensionales, stark dendritisches, schwammartiges Gerüst von Primärpartikeln auf. Die Primärpartikel wachsen insbesondere bei Pyrolyse oder intensiver Wärmestrahlung ohne jede Ordnung aneinander, wobei zwischen den Partikeln die charakteristischen offenen Hohlräume entstehen. Die Porengröße liegt im Nanometerbereich und die inneren Oberflächen können mit bis zu 1000 m2 pro Gramm außergewöhnlich groß werden. Mittels dieser Hohlräume wird die Wärmedurchlässigkeit des Schutzkörpers verringert. Dadurch können Aerogele u. a. als Isoliermaterial eingesetzt werden. Aufgrund ihrer Porenstruktur eignen sich Aerogele auch als Filtermaterial bzw. Auffangmatrix für Partikel, wie zum Beispiel Staubpartikel.
  • Aerogele werden vorwiegend durch das Sol-Gel Verfahren hergestellt, indem aus kolloidalen Dispersionen, den sogenannten Solen, in einem ersten Schritt durch Aggregation und Gelierung Gele erzeugt werden, die anschließend getrocknet werden. C-Aerogele werden vorwiegend durch die Pyrolyse von Resorcin-Formaldehyd-Aerogelen (RF) erzeugt. Kohlenstoff-Aerogele zeigen hohe elektrische Leitfähigkeit und Stabilität und finden daher auch Anwendung als Elektrodenmaterial in Primär- und Brennstoffzellen, Fahrzeugkatalysatoren, sowie in Superkondensatoren. Aufgrund der großen Oberflächen im Inneren des Materials können Batterien aus diesem Material mehr Energie speichern als herkömmliche Batterien. Des Weiteren sind C-Aerogele in der Lage, alle Arten elektromagnetischer Strahlung, wie zum Beispiel Licht, Infrarotstrahlung und Mikrowellen zu absorbieren.
  • Das Vorhandensein eines C-Aerogel bietet den Vorteil einer verbesserten Flammbeständigkeit des Schutzkörpers. Diese Ausgestaltung bietet des Weiteren den Vorteil, dass die zumindest eine elektrochemische Energiewandlereinrichtung vor elektromagnetischer Strahlung geschützt werden kann.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist der Funktionsstoff Blähglimmer bzw. Vermiculit auf. Zwischen den Schichten seiner Plättchenstruktur ist Kristallwasser chemisch gebunden. Bei Wärmeeinwirkung wird das chemisch gebundene Wasser schlagartig ausgetrieben, wobei das Vermiculit auf ein Vielfaches seines Volumens aufgebläht wird. wobei zwischen den Partikeln Hohlräume entstehen. Mittels der dabei entstehenden Hohlräume zwischen den Vermiculitplättchen wird die Wärmedurchlässigkeit des Schutzkörpers verringert. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil einer verbesserten Flammbeständigkeit des Schutzkörpers. Diese Ausgestaltung bietet des Weiteren den Vorteil verringerter Fertigungskosten.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist der wenigstens eine Schutzkörper mit einem ersten Hohlraum ausgebildet. Vorzugsweise kann der Funktionsstoff in diesem ersten Hohlraum angeordnet werden. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung liegt der poröse und/oder expandierbare Funktionsstoff in Form eines Granulats vor und kann in dieser Form in diesem ersten Hohlraum des Schutzkörpers angeordnet werden. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil des einfachen Einbringens des als Granulat vorliegenden porösen und/oder expandierbaren Funktionsstoffes bei der Anfertigung des Schutzkörpers. Diese Ausgestaltung bietet des Weiteren den Vorteil, dass das Einbringen des porösen und/oder expandierbaren Funktionsstoffes leicht automatisierbar ist. Diese Ausgestaltung bietet darüber hinaus den Vorteil verringerter Fertigungskosten.
  • Vorzugsweise weist der wenigstens eine Schutzkörper ein Trägermaterial auf. Das Trägermaterial ist insbesondere vorgesehen, den Schutzkörper zu versteifen. Vorzugsweise ist das Trägermaterial als ein insbesondere faserdurchsetztes Polymermaterial ausgebildet, vorzugsweise als Thermoplast. Vorzugsweise liegt die Erweichungstemperatur des Polymermaterials oberhalb des Betriebstemperaturbereichs der Energiewandlereinrichtung, besonders bevorzugt um wenigstens 10 K. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil einer vereinfachten Zufuhr des Polymermaterials in eine Bearbeitungseinrichtung, insbesondere in ein Formgebungswerkzeug.
  • Vorzugsweise ist der Funktionsstoff zumindest teilweise von dem Trägermaterial umgeben. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung bildet das Trägermaterial einen ersten Hohlraum des Schutzkörpers aus, in dem der poröse und/oder expandierbare Funktionsstoff, der in Form eines Granulats vorliegt, angeordnet werden kann. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil des einfachen Einbringens des als Granulat vorliegenden porösen und/oder expandierbaren Funktionsstoffes bei der Anfertigung des Schutzkörpers. Diese Ausgestaltung bietet des Weiteren den Vorteil, dass das Einbringen des porösen und/oder expandierbaren Funktionsstoffes leicht automatisierbar ist. Diese Ausgestaltung bietet darüber hinaus den Vorteil verringerter Fertigungskosten. Gemäß einer zweiten bevorzugten Ausgestaltung liegt der poröse und/oder expandierbare Funktionsstoff in Form eines Granulats dispergiert in ein Trägermaterial des wenigstens einen Schutzkörpers vor. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass der zumindest eine Schutzkörper raumsparend innerhalb einer Batterie angeordnet werden kann. Gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform ist der Schutzkörper als mit dem Füllstoff imprägnierter Einleger ausgebildet.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung kann der wenigstens eine Schutzkörper insbesondere gegen eine unerwünschte Relativbewegung bezüglich der wenigstens einen elektrochemischen Energiewandlereinrichtung gesichert werden. Vorzugsweise ist der wenigstens eine Schutzkörper insbesondere kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig mit der wenigstens einen Energiewandlereinrichtung verbindbar. Vorzugsweise liegt eine Reibkraft zwischen zumindest einer ersten Gehäusewandung des Zellgehäuses und einer Fläche des Schutzkörpers vor. Diese Reibkraft wirkt einer unerwünschten Relativbewegung von Zellgehäuse und Schutzkörper entgegen. Das insbesondere kraftschlüssige und/oder stoffschlüssige Verbinden des zumindest einen Schutzkörpers mit der zumindest einen Energiewandlereinrichtung dient insbesondere dazu, die zumindest eine Energiewandlereinrichtung insbesondere gegen schädigende Einflüsse aus der Umgebung der Energiewandlereinrichtung zu schützen. So bietet diese Ausbildung den Vorteil eines Schutzes der Energiewandlereinrichtung gegen einen auf das Zellgehäuse einwirkenden oder gar eindringenden Fremdkörper, insbesondere ohne dass weitere Schutzeinrichtungen erfordert wären.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung weist der wenigstens eine Schutzkörper, insbesondere das Trägermaterial, ein Fasermaterial auf, welches insbesondere die Zugfestigkeit des Schutzkörpers erhöhen kann. Vorzugsweise weist der Schutzkörper ein Fasermaterial ausgewählt aus Glasfasern, Kohlefasern, Basaltfasern und/oder Aramidfasern auf. Besonders bevorzugt ist das Fasermaterial insbesondere textilförmig als Gelege oder Gewebe ausgebildet, in welches der poröse und/oder expandierbare Funktionsstoff eingelagert, insbesondere imprägniert ist. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die Integrität des Schutzkörpers verbessert ist.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung weist die wenigstens eine elektrochemische Energiewandlereinrichtung ein Zellgehäuse mit wenigstens einer ersten Gehäusewandung auf. Vorzugsweise kann wenigstens einer der Schutzkörper im Wesentlichen benachbart zu der ersten Gehäusewandung angeordnet werden. Unter „benachbart” im Sinne der Erfindung ist zu verstehen, dass der Schutzkörper in räumlicher Nähe zu der ersten Gehäusewandung angeordnet ist. Der Begriff „benachbart” schließt auch die stoffschlüssige Verbindung des Schutzkörpers und der ersten Gehäusewandung ein. Vorzugsweise kann wenigstens einer der Schutzkörper nicht nur im Wesentlichen benachbart zu der ersten Gehäusewandung angeordnet werden, sondern ist auch stoffschlüssig und/oder kraftschlüssig mit dieser verbindbar. Diese Weiterbildung bietet den Vorteil eines Schutzes der Energiewandlereinrichtung gegen einen auf das Zellgehäuse einwirkenden oder gar eindringenden Fremdkörper, insbesondere ohne dass separate Schutzeinrichtungen erforderlich wären. Diese Ausgestaltung bietet des Weiteren den Vorteil, dass einer Relativbewegung des Schutzkörpers und des Zellgehäuses entgegengewirkt wird, wodurch die Funktionalität der Energiewandlereinrichtung bei Vibration verbessert ist. Unter „kraftschlüssigem Verbinden” im Sinne der Erfindung ist das Verbinden von Materialien zu verstehen, welches der Verschiebung der Materialen gegeneinander entgegenwirkt. Kraftschlüssiges Verbinden beruht auf Haftreibung zwischen zwei miteinander zu verbindenden Flächen. Unter „stoffschlüssigem Verbinden” im Sinne der Erfindung ist das Verbinden von Materialien zu verstehen, bei dem die Materialien durch atomare oder molekulare Kräfte zusammengehalten werden. Stoffschlüssige Verbindungen lassen sich nur durch Zerstörung der Verbindungsmittel trennen. Stoffschlüssiges Verbinden kann zum Beispiel durch Löten, Verschweißung, Verklebung, Laminierung, durch eine chemische Reaktion, oder durch eine mechanische Verbindung erzielt werden. Vorzugsweise kann der Schutzkörper und die erste Gehäusewandung insbesondere durch Verklebung, Laminierung, durch eine chemische Reaktion, oder durch eine mechanische Verbindung erzielt werden. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die stoffschlüssige Verbindung zwischen dem zumindest einen Schutzkörper und der ersten Gehäusewandung gut automatisierbar ist. Diese Ausgestaltung bietet des Weiteren den Vorteil, dass der Schutzkörper entlang einer größeren Fläche von der ersten Gehäusewandung abgestützt werden kann, wodurch insbesondere die Integrität des Schutzkörpers verbessert ist.
  • Vorzugsweise ist die erste Gehäusewandung mit dem Schutzkörper beschichtet. Das Beschichten der ersten Gehäusewandung kann insbesondere durch Sol-Gel-Tauchbeschichtung, Tauchbeschichtung, Tauch-Zieh-Verfahren, Schleuderverfahren, Sprühverfahren, Rakeln, oder einen Rolle-zu-Rolle Prozess bewerkstelligt werden. Diese bevorzugte Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass der mindestens eine Schutzkörper zusätzlich versteift bzw. mechanisch stabilisiert wird. Diese Ausgestaltung bietet des Weiteren den Vorteil, dass eine sehr dünne Schicht des Schutzkörpers auf die erste Gehäusewandung aufgebracht werden kann. Diese Ausgestaltung bietet des Weiteren den Vorteil, dass der Schutzkörper dadurch kostengünstig hergestellt werden kann.
  • Vorzugsweise ist der wenigstens eine Schutzkörper nicht nur stoffschlüssig und/oder kraftschlüssig mit der ersten Gehäusewandung verbindbar, sondern einstückig mit der ersten Gehäusewandung ausgebildet. Diese bevorzugte Ausgestaltung bietet den Vorteil verringerter Fertigungskosten.
  • Vorzugsweise liegt der poröse und/oder expandierbare Funktionsstoff in Form eines Granulats vor. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung kann der poröse und/oder expandierbare Funktionsstoff, welcher in Form eines Granulats vorliegt, in einem zweiten Hohlraum des Zellgehäuses angeordnet werden. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil des einfachen Einbringens des als Granulat vorliegenden porösen und/oder expandierbaren Funktionsstoffes bei der Anfertigung des zumindest einen Schutzkörpers. Diese Ausgestaltung bietet des Weiteren den Vorteil, dass das Einbringen des porösen und/oder expandierbaren Funktionsstoffes leicht automatisierbar ist. Diese Ausgestaltung bietet darüber hinaus den Vorteil verringerter Fertigungskosten. Vorzugsweise liegt der poröse und/oder expandierbare Funktionsstoff in Form eines Granulats dispergiert in dem Material, welches das Zellgehäuse ausbildet, vor. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass der zumindest eine Schutzkörper raumsparend innerhalb der Wandung des Zellgehäuses angeordnet werden kann.
  • Vorzugsweise ist wenigstens einer der Schutzkörper insbesondere innerhalb des Zellgehäuses angeordnet. Vorzugsweise ist wenigstens einer der Schutzkörper insbesondere stoffschlüssig und/oder kraftschlüssig mit dieser ersten Gehäusewandung verbindbar. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass wenigstens einer der Schutzkörper die erste Gehäusewandung zusätzlich versteift bzw. mechanisch stabilisiert.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist wenigstens einer der Schutzkörper außerhalb des Zellgehäuses, im Wesentlichen benachbart zu der ersten Gehäusewandung, angeordnet. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Schutzkörper insbesondere kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig mit dieser ersten Gehäusewandung verbindbar. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass wenigstens einer der Schutzkörper die erste Gehäusewandung zusätzlich versteift bzw. mechanisch stabilisiert.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung weist die Batterie wenigstens zwei dieser elektrochemischen Energiewandlereinrichtungen auf. Vorzugsweise weisen diese Energiewandlereinrichtungen je ein Zellgehäuse auf. Vorzugsweise ist wenigstens einer der Schutzkörper zwischen diesen Zellgehäusen angeordnet. Vorzugsweise ist der Schutzkörper insbesondere kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig mit wenigstens einem der beiden Zellgehäuse verbindbar. Vorzugsweise liegt eine Reibkraft zwischen zumindest je einer Gehäusewandung der beiden Zellgehäuse und zweier Flächen des Schutzkörpers vor. Diese Reibkraft wirkt einer unerwünschten Relativbewegung der beiden Zellgehäuse und des Schutzkörpers entgegen. Das insbesondere kraftschlüssige Verbinden des zumindest einen Schutzkörpers mit den beiden Zellgehäusen dient insbesondere dazu, die beiden Energiewandlereinrichtungen insbesondere gegen schädigende Einflüsse aus der Umgebung der Energiewandlereinrichtungen zu schützen. So bietet diese Ausbildung den Vorteil eines Schutzes der Energiewandlereinrichtungen gegen einen auf einer der beiden Zellgehäuse einwirkenden oder gar eindringenden Fremdkörper, insbesondere ohne dass weitere Schutzeinrichtungen erfordert wären. Des Weiteren bietet diese Ausgestaltung den Vorteil, dass die Funktionalität der zumindest zwei Energiewandlereinrichtungen bei Vibration verbessert ist.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung weist die Batterie ein Batteriegehäuse auf. Vorzugsweise weist das Batteriegehäuse einen Innenraum zur Aufnahme wenigstens einer oder mehrerer dieser Energiewandlereinrichtungen und eine zweite Gehäusewandung auf. Vorzugsweise begrenzt die zwei Gehäusewandung den Innenraum wenigstens teilweise gegenüber der Umgebung der Batterie. Vorzugsweise kann der wenigstens eine Schutzkörper benachbart zu der zweiten Gehäusewandung angeordnet werden.
  • Vorzugsweise ist der wenigstens eine Schutzkörper insbesondere kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig mit der zweiten Gehäusewandung verbindbar. Vorzugsweise kann die stoffschlüssige Verbindung des wenigstens einen Schutzkörpers und der zweiten Gehäusewandung insbesondere durch Verklebung, Laminierung, durch eine chemische Reaktion, oder durch eine mechanische Verbindung erzielt werden. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die stoffschlüssige Verbindung zwischen dem zumindest einen Schutzkörper und der zweiten Gehäusewandung gut automatisierbar ist. Diese Ausgestaltung bietet des Weiteren den Vorteil, dass der wenigstens eine Schutzkörper entlang einer größeren Fläche von der zweiten Gehäusewandung abgestützt werden kann, wodurch insbesondere die Integrität des Schutzkörpers verbessert ist.
  • Vorzugsweise ist die zweite Gehäusewandung mit dem wenigstens einen Schutzkörper beschichtet. Das Beschichten der zweiten Gehäusewand kann insbesondere durch Sol-Gel-Tauchbeschichtung, Tauchbeschichtung, Tauch-Zieh-Verfahren, Schleuderverfahren, Sprühverfahren, Rakeln, oder einen Rolle-zu-Rolle Prozess bewerkstelligt werden. Diese bevorzugte Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass der wenigstens eine Schutzkörper zusätzlich versteift bzw. mechanisch stabilisiert wird. Diese Ausgestaltung bietet des Weiteren den Vorteil, dass eine sehr dünne Schicht des Schutzkörpers auf die zweite Gehäusewandung aufgebracht werden kann. Diese Ausgestaltung bietet des Weiteren den Vorteil, dass der Schutzkörper dadurch kostengünstig hergestellt werden kann.
  • Vorzugsweise ist der wenigstens eine Schutzkörper nicht nur kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig mit der zweiten Gehäusewandung verbindbar, sondern einstückig mit der zweiten Gehäusewandung ausgebildet. Diese bevorzugte Ausgestaltung bietet den Vorteil verringerter Fertigungskosten.
  • Vorzugsweise liegt der poröse und/oder expandierbare Funktionsstoff in Form eines Granulats vor. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung kann der poröse und/oder expandierbare Funktionsstoff, welcher in Form eines Granulats vorliegt, in einem dritten Hohlraum des Batteriegehäuses angeordnet werden. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil des einfachen Einbringens des als Granulat vorliegenden porösen und/oder expandierbaren Funktionsstoffes bei der Anfertigung des zumindest einen Schutzkörpers. Diese Ausgestaltung bietet des Weiteren den Vorteil, dass das Einbringen des porösen und/oder expandierbaren Funktionsstoffes leicht automatisierbar ist. Diese Ausgestaltung bietet darüber hinaus den Vorteil verringerter Fertigungskosten. Gemäß einer zweiten bevorzugten Ausgestaltung liegt der poröse und/oder expandierbare Funktionsstoff in Form eines Granulats dispergiert in dem Material, welches das Batteriegehäuse ausbildet, vor. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass der zumindest eine Schutzkörper raumsparend innerhalb der Wandung des Batteriegehäuses angeordnet werden kann.
  • Vorzugsweise ist wenigstens einer der Schutzkörper insbesondere innerhalb des Innenraums des Batteriegehäuses angeordnet.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist zumindest einer der Schutzkörper außerhalb des Innenraums angeordnet. Vorzugsweise ist der wenigstens eine Schutzkörper, insbesondere kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig, mit der zweiten Gehäusewandung verbindbar. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die zweite Gehäusewandung zusätzlich versteift bzw. mechanisch stabilisiert wird.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung weist die Elektrodenbaugruppe Lithium-Ionen auf. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil einer verbesserten Energiedichte der Energiewandlereinrichtung.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Batterie zum Einbau in ein Fahrzeug mit zumindest einem Elektromotor vorgesehen. Vorzugsweise ist die Batterie zur Versorgung dieses Elektromotors vorgesehen. Besonders bevorzugt ist die Batterie vorgesehen, zumindest zweitweise einen Elektromotor eines Antriebsstrangs eines Hybrid- oder Elektrofahrzeugs zu versorgen. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil einer verbesserten Versorgung des Elektromotors.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die Batterie eine stationäre Batterie, insbesondere ein Pufferspeicher, eine Gerätebatterie, Industriebatterie oder Starterbatterie. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil einer verbesserten Versorgung eines stationären Verbrauchers, insbesondere eines stationär montierten Elektromotors.
  • Bevorzugte Ausführungsformen der Batterie
  • Eine erste bevorzugte Ausführungsform der Batterie weist auf:
    zumindest einen solchen Schutzkörper, dieses Batteriegehäuse und zumindest zwei dieser Energiewandlereinrichtungen, jeweils aufweisend diese Elektrodenbaugruppe, eine erste und eine zweite dieser Stromleiteinrichtungen unterschiedlicher Polarität und dieses Zellgehäuse. Die Elektrodenbaugruppen sind als insbesondere wiederaufladbare Elektrodenflachwickel, wiederaufladbare Elektrodenstapel, oder wiederaufladbare Wandlergruppen mit zumindest je einer Elektrode erster und zweiter Polarität ausgebildet.
  • Der poröse und/oder expandierbare Funktionsstoff weist ein C-Aerogel auf.
  • Der wenigstens eine Schutzkörper ist mit einem ersten Hohlraum ausgebildet, wobei das C-Aerogel, welches insbesondere in Form eines Granulats vorliegt, in diesem Hohlraum angeordnet ist.
  • Der wenigstens eine Schutzkörper ist zwischen zweien der zumindest zwei Energiewandlereinrichtungen angeordnet und insbesondere kraftschlüssig mit den beiden Zellgehäusen verbunden.
  • Diese bevorzugte Ausführungsform bietet die Vorteile, dass
    • – der Schutz der Energiewandlereinrichtungen vor Feuer und vor elektromagnetischer Strahlung verbessert ist,
    • – der Schutz der Energiewandlereinrichtungen vor dem Eindringen von Partikeln verbessert ist,
    • – einer unerwünschten Relativbewegung der wenigstens zwei Zellgehäuse und des wenigstens einen Schutzkörpers entgegengewirkt wird, wodurch die Funktionalität der wenigstens zwei Energiewandlereinrichtungen bei Vibration verbessert ist,
    • – die wenigstens zwei Energiewandlereinrichtungen insbesondere gegen schädigende Einflüsse aus der Umgebung der Energiewandlereinrichtungen, zum Beispiel gegen einen auf zumindest einen der zumindest zwei Zellgehäuse einwirkenden oder gar eindringenden Fremdkörper geschützt sind, insbesondere ohne dass separate Schutzeinrichtungen erfordert wären,
    • – das Einbringen des als Granulat vorliegenden C-Aerogels bei der Anfertigung des zumindest einen Schutzkörpers vereinfacht ist,
    • – das Einbringen des C-Aerogels leicht automatisierbar ist,
    • – die Fertigungskosten verringert sind.
  • Eine zweite bevorzugte Ausführungsform der Batterie weist auf:
    zumindest einen solchen Schutzkörper, dieses Batteriegehäuse und zumindest zwei dieser Energiewandlereinrichtungen, jeweils aufweisend diese Elektrodenbaugruppe, eine erste und eine zweite dieser Stromleiteinrichtungen unterschiedlicher Polarität und dieses Zellgehäuse. Die Elektrodenbaugruppen sind als insbesondere wiederaufladbare Elektrodenflachwickel, wiederaufladbare Elektrodenstapel, oder wiederaufladbare Wandlergruppen mit zumindest je einer Elektrode erster und zweiter Polarität ausgebildet.
  • Der poröse und/oder expandierbare Funktionsstoff weist ein C-Aerogel auf.
  • Das C-Aerogel, welches insbesondere in Form eines Granulats vorliegt, ist in einem Trägermaterial des zumindest einen Schutzkörpers dispergiert.
  • Der zumindest eine Schutzkörper ist zwischen zweien der zumindest zwei Energiewandlereinrichtungen angeordnet und insbesondere kraftschlüssig mit den beiden Zellgehäusen verbunden.
  • Diese bevorzugte Ausführungsform bietet die Vorteile, dass
    • – der Schutz der Energiewandlereinrichtungen vor Feuer und vor elektromagnetischer Strahlung verbessert ist,
    • – der Schutz der Energiewandlereinrichtungen vor dem Eindringen von Partikeln verbessert ist,
    • – einer unerwünschten Relativbewegung der wenigstens zwei Zellgehäuse und des wenigstens einen Schutzkörpers entgegengewirkt wird, wodurch die Funktionalität der wenigstens zwei Energiewandlereinrichtungen bei Vibration verbessert ist,
    • – die wenigstens zwei Energiewandlereinrichtungen insbesondere gegen schädigende Einflüsse aus der Umgebung der Energiewandlereinrichtungen, zum Beispiel gegen einen auf zumindest eines der beiden Zellgehäuse einwirkenden oder gar eindringenden Fremdkörper geschützt sind, insbesondere ohne dass separate Schutzeinrichtungen erfordert wären,
    • – der zumindest eine Schutzkörper raumsparend innerhalb einer Batterie angeordnet werden kann.
  • Eine dritte bevorzugte Ausführungsform der Batterie weist auf:
    zumindest zwei solchen Schutzkörper, dieses Batteriegehäuse und zumindest zwei dieser Energiewandlereinrichtungen, jeweils aufweisend diese Elektrodenbaugruppe, eine erste und eine zweite dieser Stromleiteinrichtungen unterschiedlicher Polarität und dieses Zellgehäuse. Die Elektrodenbaugruppen sind als insbesondere wiederaufladbare Elektrodenflachwickel, wiederaufladbare Elektrodenstapel, oder wiederaufladbare Wandlergruppen mit zumindest je einer Elektrode erster und zweiter Polarität ausgebildet.
  • Der poröse und/oder expandierbare Funktionsstoff weist ein C-Aerogel auf.
  • Diese erste Gehäusewandung der zumindest zwei Energiewandlereinrichtungen ist zumindest bereichsweise, insbesondere vollständig mit dem C-Aerogel beschichtet.
  • Diese bevorzugte Ausführungsform bietet die Vorteile, dass
    • – der Schutz der Energiewandlereinrichtungen vor Feuer und vor elektromagnetischer Strahlung verbessert ist,
    • – der Schutz der Energiewandlereinrichtungen vor dem Eindringen von Partikeln verbessert ist,
    • – die wenigstens zwei Schutzkörper zusätzlich versteift bzw. mechanisch stabilisiert wird,
    • – eine sehr dünne Schicht des Schutzkörpers auf die erste Gehäusewandung der zumindest zwei Energiewandlereinrichtungen aufgebracht werden kann,
    • – der Schutzkörper dadurch kostengünstig hergestellt werden kann.
  • Eine vierte bevorzugte Ausführungsform der Batterie weist auf:
    zumindest einen solchen Schutzkörper, dieses Batteriegehäuse und zumindest zwei dieser Energiewandlereinrichtungen, jeweils aufweisend diese Elektrodenbaugruppe, eine erste und eine zweite dieser Stromleiteinrichtungen unterschiedlicher Polarität und dieses Zellgehäuse. Die Elektrodenbaugruppen sind als insbesondere wiederaufladbare Elektrodenflachwickel, wiederaufladbare Elektrodenstapel, oder wiederaufladbare Wandlergruppen mit zumindest je einer Elektrode erster und zweiter Polarität ausgebildet.
  • Der poröse und/oder expandierbare Funktionsstoff weist Vermiculit auf.
  • Der wenigstens eine Schutzkörper ist mit einem ersten Hohlraum ausgebildet, wobei das Vermiculit, welches insbesondere in Form eines Granulats vorliegt, in diesem Hohlraum angeordnet ist.
  • Der wenigstens eine Schutzkörper ist zwischen zweien der zumindest zwei Energiewandlereinrichtungen angeordnet und insbesondere kraftschlüssig mit den beiden Zellgehäusen verbunden.
  • Diese bevorzugte Ausführungsform bietet die Vorteile, dass
    • – der Schutz der Energiewandlereinrichtungen vor Feuer verbessert ist,
    • – einer unerwünschten Relativbewegung der wenigstens zwei Zellgehäuse und des wenigstens einen Schutzkörpers entgegengewirkt wird, wodurch die Funktionalität der wenigstens zwei Energiewandlereinrichtungen bei Vibration verbessert ist,
    • – die wenigstens zwei Energiewandlereinrichtungen insbesondere gegen schädigende Einflüsse aus der Umgebung der Energiewandlereinrichtungen, zum Beispiel gegen einen auf zumindest einen der zumindest zwei Zellgehäuse einwirkenden oder gar eindringenden Fremdkörper geschützt sind, insbesondere ohne dass separate Schutzeinrichtungen erfordert wären,
    • – das Einbringen des als Granulat vorliegenden Vermiculits bei der Anfertigung des zumindest einen Schutzkörpers vereinfacht ist,
    • – das Einbringen des Vermiculits leicht automatisierbar ist,
    • – die Fertigungskosten verringert sind.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung eine Energiewandlereinrichtung, wobei die Energiewandlereinrichtung ausgestaltet ist, chemische Energie in elektrische Energie zu wandeln, insbesondere zugeführte elektrische Energie in chemische Energie zu wandeln. Die erfindungsgemäße Energiewandlereinrichtung weist wenigstens einen Schutzkörper auf, welcher zum Schutz der Energiewandlereinrichtung vor Feuer und/oder elektromagnetischer Strahlung ausgestaltet ist, wobei der wenigstens eine Schutzkörper einen porösen und/oder expandierbaren Funktionsstoff aufweist. Die erfindungsgemäße Energiewandlereinrichtung weist ein Zellgehäuse auf. Vorzugsweise weist der Funktionsstoff Vermiculit und/oder C-Aerogel auf. Vorzugsweise ist der Schutzkörper im Wesentlichen quaderförmig oder im Wesentlichen als Abschnitt eines Hohlzylinders ausgebildet. Vorzugsweise ist der Schutzkörper plattenförmig oder folienartig ausgebildet. Vorzugsweise kann der Schutzkörper insbesondere als thermischer Widerstand einem Wärmestrom in Richtung der Energiewandlereinrichtung entgegenwirken. Vorzugsweise ist der Schutzkörper innerhalb des Zellgehäuses angeordnet.
  • Verfahren zum Herstellen einer Batterie
  • Gemäß weiteren Aspekten betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer erfindungsgemäßen Batterie, sowie Verfahren zum Herstellen verschiedener Komponenten einer erfindungsgemäßen Batterie, welche nachfolgend beschrieben werden. Insbesondere ist die Batterie ausgebildet, wie zuvor beschrieben. Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Batterie weist eine, zwei oder mehrere Energiewandlereinrichtungen, ein Batteriegehäuse und zumindest einen Schutzkörper auf. Die zumindest eine Energiewandlereinrichtung weist zumindest ein Zellgehäuse, zumindest eine Elektrodenbaugruppe und eine, zwei oder mehrere Stromleiteinrichtungen auf. Das Zellgehäuse weist zumindest eine erste Gehäusewandung auf. Die zumindest eine Elektrodenbaugruppe weist zumindest zwei Elektroden unterschiedlicher Polarität auf. Der zumindest eine Schutzkörper weist zumindest einen porösen und/oder expandierbaren Funktionsstoff auf. Das Batteriegehäuse weist einen Innenraum und eine zweite Gehäusewandung auf.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen einer Batterie ist gekennzeichnet durch zumindest einen der folgenden Schritte:
    S1 Bereitstellen des Zellgehäuses aufweisend zumindest einen Aufnahmeraum, welcher ausgestaltet ist, zumindest eine Elektrodenbaugruppe aufzunehmen, und zumindest eine erste Gehäusewandung, die ausgestaltet ist, den Aufnahmeraum und/oder die Elektrodenbaugruppe, insbesondere gegenüber der Umgebung des Zellgehäuses, zu begrenzen, vorzugsweise in einer Bearbeitungseinrichtung.
  • S1' Bereitstellen des Zellgehäuses aufweisend zumindest einen Aufnahmeraum, welcher ausgestaltet ist, zumindest eine Elektrodenbaugruppe aufzunehmen, und zumindest eine erste Gehäusewandung, die ausgestaltet ist, den Aufnahmeraum und/oder die Elektrodenbaugruppe, insbesondere gegenüber der Umgebung des Zellgehäuses, zu begrenzen, wobei die erste Gehäusewandung zumindest in einem Teilbereich mit dem Schutzkörper stoffschlüssig verbindbar und/oder einstückig ausgebildet ist, durch einen der Schritte S1'a bis S1'c:
    S1'a Dispergierung eines porösen und/oder expandierbaren Funktionsstoffes, der in Form eines Granulats vorliegt, in dem Material, welches das Zellgehäuse ausbildet, bei einer Arbeitstemperatur, welche wenigstens der Erweichtemperatur des Materials, welches das Zellgehäuse ausbildet, entspricht und anschließendes Verfestigen der so gebildeten Dispersion durch Abkühlen auf eine Entnahmetemperatur, welche insbesondere unter der Erweichungstemperatur des Materials, welches das Zellgehäuse ausbildet, liegt.
  • S1'b Erzeugen eines Zellgehäuses mit zumindest einem zweiten Hohlraum, Befüllen des zumindest einen zweiten Hohlraums mit dem porösen und/oder expandierbaren Funktionsstoff, der in Form eines Granulats vorliegt.
  • S1'c Zumindest bereichsweises Beschichten des Zellgehäuses, einseitig oder beidseitig, mit dem porösen und/oder expandierbaren Funktionsstoff, vorzugsweise durch Sol-Gel-Tauchbeschichtung, Tauchbeschichtung, Tauch-Zieh-Verfahren, Schleuderverfahren, Sprühverfahren, Rakeln, oder durch einen Rolle-zu-Rolle Prozess.
  • S2 Zuführen der Elektrodenbaugruppe zu dem Zellgehäuse, vorzugsweise in der Bearbeitungseinrichtung, insbesondere Einlegen der Elektrodenbaugruppe in den Aufnahmeraum des Zellgehäuses.
  • S3 elektrisches Verbinden der Elektrodenbaugruppe mit einer oder mit mehreren der Stromleiteinrichtungen, insbesondere mittels eines Fügeverfahrens, vorzugsweise mittels eines Reibschweißverfahrens, besonders bevorzugt mittels Ultraschallschweißens.
  • S4 Bereitstellen des Batteriegehäuses mit einem Innenraum, welcher ausgestaltet ist, zumindest eine Energiewandlereinrichtung aufzunehmen, und zumindest einer zweiten Gehäusewandung, die ausgestaltet ist, den Innenraum insbesondere gegenüber der Umgebung der Batterie zu begrenzen.
  • S4' Bereitstellen des Batteriegehäuses mit einem Innenraum, welcher ausgestaltet ist, zumindest eine Energiewandlereinrichtung aufzunehmen, und zumindest einer zweiten Gehäusewandung, die ausgestaltet ist, den Innenraum insbesondere gegenüber der Umgebung der Batterie zu begrenzen, wobei die zweite Gehäusewandung zumindest in einem Teilbereich mit dem Schutzkörper stoffschlüssig verbindbar und/oder einstückig ausgebildet ist, durch einen der Schritte S4'a bis S4'c:
    S4'a Dispergierung eines porösen und/oder expandierbaren Funktionsstoffes, der in Form eines Granulats vorliegt, in dem Material, welches das Batteriegehäuse ausbildet, bei einer Arbeitstemperatur, welche wenigstens der Erweichtemperatur des Materials, welches das Batteriegehäuse ausbildet, entspricht und anschließendes Verfestigen der so gebildeten Dispersion durch Abkühlen auf eine Entnahmetemperatur, welche insbesondere unter der Erweichungstemperatur des Materials, welches das Batteriegehäuse ausbildet, liegt.
  • S4'b Erzeugen eines Batteriegehäuses mit zumindest einem dritten Hohlraum, Befüllen des zumindest einen dritten Hohlraums mit dem porösen und/oder expandierbaren Funktionsstoff, der in Form eines Granulats vorliegt.
  • S4'c Zumindest bereichsweises Beschichten des Batteriegehäuses, einseitig oder beidseitig, mit dem porösen und/oder expandierbaren Funktionsstoff, vorzugsweise durch Sol-Gel-Tauchbeschichtung, Tauchbeschichtung, Tauch-Zieh-Verfahren, Schleuderverfahren, Sprühverfahren, Rakeln, oder durch einen Rolle-zu-Rolle Prozess.
  • S5 Anordnen zumindest einer, zweier oder mehrerer dieser Energiewandlereinrichtungen in dem Innenraum des Batteriegehäuses.
  • S6 Bereitstellung eines Schutzkörpers, welcher zum Schutz einer Energiewandlereinrichtung vor Feuer und/oder elektromagnetischer Strahlung dienen kann, welcher einen porösen und/oder expandierbaren Funktionsstoff aufweist, welcher vorzugsweise im Wesentlichen quaderförmig oder im Wesentlichen als Abschnitt eines Hohlzylinders ausgebildet ist, welcher vorzugsweise plattenförmig oder folienartig ausgebildet ist, aufweisend einen der Schritte S6a bis S6c:
    S6a Erzeugen eines porösen und/oder expandierbaren Funktionsstoffes, welcher vorzugsweise im Wesentlichen quaderförmig oder im Wesentlichen als Abschnitt eines Hohlzylinders ausgebildet ist, welcher vorzugsweise plattenförmig oder folienartig ausgebildet ist, vorzugsweise mit einem Fasermaterial, insbesondere zur Erhöhung der Zugfestigkeit des Schutzkörpers.
  • S6b Dispergierung eines porösen und/oder expandierbaren Funktionsstoffes, der in Form eines Granulats vorliegt, in einem Trägermaterial des Schutzkörpers, vorzugsweise in einem Polymermaterial, bei einer Arbeitstemperatur, welche wenigstens der Erweichtemperatur des Trägermaterials entspricht und anschließendes Verfestigen der so gebildeten Dispersion durch Abkühlen auf eine Entnahmetemperatur, welche insbesondere unter der Erweichungstemperatur des Trägermaterials liegt.
  • S6c Ausbildung eines Schutzkörpers mit zumindest einem ersten Hohlraum aus einem Trägermaterial, Befüllen des zumindest einen ersten Hohlraums mit dem porösen und/oder expandierbaren Funktionsstoff, der in Form eines Granulats vorliegt.
  • S7 Anordnung des Schutzkörpers, welcher einen porösen und/oder expandierbaren Funktionsstoff aufweist, welcher vorzugsweise im Wesentlichen quaderförmig oder im Wesentlichen als Abschnitt eines Hohlzylinders ausgebildet ist, welcher vorzugsweise plattenförmig oder folienartig ausgebildet ist,
    • (a) benachbart zu der ersten Gehäusewandung und/oder benachbart zu der zweiten Gehäusewandung, oder
    • (b) zwischen zwei dieser Energiewandlereinrichtungen.
  • Das erfindungsgemäße Herstellverfahren bietet den Vorteil, dass durch den herstellbaren Schutzkörper der Schutz der Energiewandlereinrichtung insbesondere vor Feuer und/oder elektromagnetischer Strahlung verbessert ist. Das erfindungsgemäße Herstellverfahren bietet insbesondere den Vorteil, dass das Übergreifen eines Brandes auf Energiewandlereinrichtungen in der Umgebung des Brandherdes verhindert werden kann.
  • Das erfindungsgemäße Herstellverfahren bietet den Vorteil, dass durch das kraftschlüssige Verbinden das Schutzkörpers mit zumindest einer ersten Gehäusewandung der zumindest einen Energiewandlereinrichtung einer Relativbewegung des Schutzkörpers und der Energiewandlereinrichtung entgegengewirkt wird. Dadurch wird der Schutz der zumindest einen Energiewandlereinrichtung insbesondere gegen schädigende Einflüsse aus der Umgebung der Energiewandlereinrichtung verbessert. Das erfindungsgemäße Herstellverfahren bietet insbesondere den Vorteil eines Schutzes der Energiewandlereinrichtung gegen einen auf das Zellgehäuse einwirkenden oder gar eindringenden Fremdkörper, insbesondere ohne dass separate Schutzeinrichtungen erfordert wären.
  • Das erfindungsgemäße Herstellverfahren bietet den Vorteil, dass die Funktionsfähigkeit der Energiewandlereinrichtung bei Vibrationen durch das kraftschlüssige Verbinden des Schutzkörpers und der Energiewandlereinrichtung verbessert ist.
  • Das erfindungsgemäße Herstellverfahren bietet den Vorteil, dass durch die Dispergierung des porösen und/oder expandierbaren Funktionsstoffes in einem Trägermaterial des Schutzkörpers oder dem Material, welches das Zellgehäuse bzw. das Batteriegehäuse ausbildet, der Schutzkörper raumsparend innerhalb der Batterie angeordnet werden kann.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren bietet den Vorteil, dass durch das Einbringen des als Granulat vorliegenden porösen und/oder expandierbaren Funktionsstoffes in einen ersten Hohlraum des Schutzkörpers, einen zweiten Hohlraum des Zellgehäuses oder einen dritten Hohlraum des Batteriegehäuses die Fertigung vereinfacht ist.
  • Gemäß einem dritten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Schutzkörpers, welcher zum Schutz einer Energiewandlereinrichtung vor Feuer und/oder elektromagnetischer Strahlung dienen kann. Der Schutzkörper weist einen porösen und/oder expandierbaren Funktionsstoff auf. Der Schutzkörper ist vorzugsweise im Wesentlichen quaderförmig oder im Wesentlichen als Abschnitt eines Hohlzylinders ausgebildet. Der Schutzkörper ist vorzugsweise plattenförmig oder folienartig ausgebildet. Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen eines Schutzkörpers weist wenigstens einen der folgenden Schritte auf:
    S6a Erzeugen eines porösen und/oder expandierbaren Funktionsstoffes, welcher vorzugsweise im Wesentlichen quaderförmig oder im Wesentlichen als Abschnitt eines Hohlzylinders ausgebildet ist, welcher vorzugsweise plattenförmig oder folienartig ausgebildet ist, vorzugsweise mit einem Fasermaterial, insbesondere zur Erhöhung der Zugfestigkeit des Schutzkörpers, und/oder
  • S6b Dispergierung eines porösen und/oder expandierbaren Funktionsstoffes, der in Form eines Granulats vorliegt, in einem Trägermaterial des Schutzkörpers, vorzugsweise in einem Polymermaterial, bei einer Arbeitstemperatur, welche wenigstens der Erweichtemperatur des Trägermaterials entspricht und anschließendes Verfestigen der so gebildeten Dispersion durch Abkühlen auf eine Entnahmetemperatur, welche insbesondere unter der Erweichungstemperatur des Trägermaterials liegt, und/oder
  • S6c Ausbildung eines Schutzkörpers mit zumindest einem ersten Hohlraum aus einem Trägermaterial, Befüllen des zumindest einen ersten Hohlraums mit dem porösen und/oder expandierbaren Funktionsstoff, der in Form eines Granulats vorliegt.
  • Das erfindungsgemäße Herstellverfahren bietet den Vorteil, dass durch den herstellbaren Schutzkörper der Schutz der Energiewandlereinrichtung insbesondere vor Feuer und/oder elektromagnetischer Strahlung verbessert ist. Das erfindungsgemäße Herstellverfahren bietet insbesondere den Vorteil, dass das Übergreifen eines Brandes auf Energiewandlereinrichtungen in der Umgebung des Brandherdes verhindert werden kann.
  • Das erfindungsgemäße Herstellverfahren bietet den Vorteil, dass der dadurch herstellbare Schutzkörper beliebig innerhalb der Batterie angeordnet werden kann, je nach den baulichen Gegebenheiten der Batterie, potentiellen Gefahrquellen oder besonders zu schützenden Einrichtungen.
  • Das erfindungsgemäße Herstellverfahren bietet den Vorteil, dass durch die Dispergierung des porösen und/oder expandierbaren Funktionsstoffes in einem Trägermaterial des Schutzkörpers der Schutzkörper raumsparend innerhalb der Batterie angeordnet werden kann.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren bietet den Vorteil, dass durch das Einbringen des als Granulat vorliegenden porösen und/oder expandierbaren Funktionsstoffes in einen ersten Hohlraum des Schutzkörpers die Fertigung vereinfacht ist.
  • Gemäß einem vierten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Zellgehäuses aufweisend einen Aufnahmeraum, welcher ausgestaltet ist, zumindest eine Elektrodenbaugruppe aufzunehmen, und aufweisend zumindest eine erste Gehäusewandung, die ausgestaltet ist, den Aufnahmeraum und/oder die Elektrodenbaugruppe, insbesondere gegenüber der Umgebung des Zellgehäuses, zu begrenzen, wobei die erste Gehäusewandung zumindest in einem Teilbereich mit einem Schutzkörper stoffschlüssig verbindbar und/oder einstückig ausgebildet ist. Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen dieses Zellgehäuses weist wenigstens einen der folgenden Schritte auf:
    S1'a Dispergierung eines porösen und/oder expandierbaren Funktionsstoffes, der in Form eines Granulats vorliegt, in dem Material, welches das Zellgehäuse ausbildet, bei einer Arbeitstemperatur, welche wenigstens der Erweichtemperatur des Materials, welches das Zellgehäuse ausbildet, entspricht und anschließendes Verfestigen der so gebildeten Dispersion durch Abkühlen auf eine Entnahmetemperatur, welche insbesondere unter der Erweichungstemperatur des Materials, welches das Zellgehäuse ausbildet, liegt, und/oder
  • S1'b Erzeugen eines Zellgehäuses mit zumindest einem zweiten Hohlraum, Befüllen des zumindest einen zweiten Hohlraums mit dem porösen und/oder expandierbaren Funktionsstoff, der in Form eines Granulats vorliegt, und/oder
  • S1'c zumindest bereichsweises Beschichten des Zellgehäuses, einseitig oder beidseitig, mit dem porösen und/oder expandierbaren Funktionsstoff, vorzugsweise durch Sol-Gel-Tauchbeschichtung, Tauchbeschichtung, Tauch-Zieh-Verfahren, Schleuderverfahren, Sprühverfahren, Rakeln, oder durch einen Rolle-zu-Rolle Prozess.
  • Das erfindungsgemäße Herstellverfahren bietet den Vorteil, dass durch das Zellgehäuse, dessen erste Gehäusewandung zumindest in einem Teilbereich mit einem Schutzkörper stoffschlüssig verbindbar und/oder einstückig ausgebildet ist, der Schutz der Energiewandlereinrichtung insbesondere vor Feuer und/oder elektromagnetischer Strahlung verbessert ist. Das erfindungsgemäße Herstellverfahren bietet insbesondere den Vorteil, dass das Übergreifen eines Brandes auf Energiewandlereinrichtungen in der Umgebung des Brandherdes verhindert werden kann.
  • Das erfindungsgemäße Herstellverfahren bietet den Vorteil, dass durch die Dispergierung des porösen und/oder expandierbaren Funktionsstoffes in dem Material, welches das Zellgehäuse ausbildet, der Schutzkörper raumsparend innerhalb der Batterie angeordnet werden kann.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren bietet den Vorteil, dass durch das Einbringen des als Granulat vorliegenden porösen und/oder expandierbaren Funktionsstoffes in einen zweiten Hohlraum des Zellgehäuses die Fertigung vereinfacht ist.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren bietet den Vorteil, dass durch die Beschichtung des Zellgehäuses mit dem porösen und/oder expandierbaren Funktionsstoff dieser zusätzlich versteift bzw. mechanisch stabilisiert wird. Das erfindungsgemäße Verfahren bietet den Vorteil, dass eine sehr dünne Schicht des porösen und/oder expandierbaren Funktionsstoffes auf das Zellgehäuse aufgetragen werden kann. Insbesondere dadurch kann der Schutzkörper kostengünstig hergestellt werden.
  • Gemäß einem fünften Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Batteriegehäuses mit einem Innenraum, der ausgestaltet ist, zumindest eine Energiewandlereinrichtung aufzunehmen, und mit zumindest einer zweiten Gehäusewandung, die ausgestaltet ist, den Innenraum insbesondere gegenüber der Umgebung der Batterie zu begrenzen, wobei die zweite Gehäusewandung zumindest in einem Teilbereich mit einem Schutzkörper stoffschlüssig verbindbar und/oder einstückig ausgebildet ist. Das erfindungsgemäße Verfahren zu Herstellung eines Batteriegehäuses weist wenigstens einen der folgenden Schritte auf:
    S4'a Dispergierung eines porösen und/oder expandierbaren Funktionsstoffes, der in Form eines Granulats vorliegt, in dem Material, welches das Batteriegehäuse ausbildet, bei einer Arbeitstemperatur, welche wenigstens der Erweichtemperatur des Materials, welches das Batteriegehäuse ausbildet, entspricht und anschließendes Verfestigen der so gebildeten Dispersion durch Abkühlen auf eine Entnahmetemperatur, welche insbesondere unter der Erweichungstemperatur des Materials, welches das Batteriegehäuse ausbildet, liegt, und/oder
  • S4'b Erzeugen eines Batteriegehäuses mit zumindest einem dritten Hohlraum, Befüllen des zumindest einen dritten Hohlraums mit dem porösen und/oder expandierbaren Funktionsstoff, der in Form eines Granulats vorliegt, und/oder
  • S4'c zumindest bereichsweises Beschichten des Batteriegehäuses, einseitig oder beidseitig, mit dem porösen und/oder expandierbaren Funktionsstoff, vorzugsweise durch Sol-Gel-Tauchbeschichtung, Tauchbeschichtung, Tauch-Zieh-Verfahren, Schleuderverfahren, Sprühverfahren, Rakeln, oder durch einen Rolle-zu-Rolle Prozess.
  • Das erfindungsgemäße Herstellverfahren bietet den Vorteil, dass durch das Batteriegehäuse, dessen zweite Gehäusewandung zumindest in einem Teilbereich mit einem Schutzkörper stoffschlüssig verbindbar und/oder einstückig ausgebildet ist, der Schutz der Energiewandlereinrichtung insbesondere vor Feuer und/oder elektromagnetischer Strahlung verbessert ist.
  • Das erfindungsgemäße Herstellverfahren bietet den Vorteil, dass durch die Dispergierung des porösen und/oder expandierbaren Funktionsstoffes in dem Material, welches das Batteriegehäuse ausbildet, der Schutzkörper raumsparend innerhalb der Batterie angeordnet werden kann.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren bietet den Vorteil, dass durch das Einbringen des als Granulat vorliegenden porösen und/oder expandierbaren Funktionsstoffes in einen dritten Hohlraum des Batteriegehäuses die Fertigung vereinfacht ist.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren bietet den Vorteil, dass durch die Beschichtung des Batteriegehäuses mit dem porösen und/oder expandierbaren Funktionsstoff dieser zusätzlich versteift bzw. mechanisch stabilisiert wird. Das erfindungsgemäße Verfahren bietet den Vorteil, dass eine sehr dünne Schicht des porösen und/oder expandierbaren Funktionsstoffes auf das Batteriegehäuse aufgetragen werden kann. Insbesondere dadurch kann der Schutzkörper kostengünstig hergestellt werden.
  • Gemäß einem sechsten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer Energiewandlereinrichtung, welche zur Bereitstellung elektrischer Energie ausgestaltet ist. Die Energiewandlereinrichtung weist ein Zellgehäuse mit einem Aufnahmeraum und eine Elektrodenbaugruppe auf. Das Zellgehäuse ist insbesondere dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen eines Zellgehäuses hergestellt. Die Energiewandlereinrichtung weist einen Schutzkörper auf, welcher insbesondere gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen eines Schutzkörpers hergestellt ist. Das erfindungsgemäße Verfahren weist wenigstens einen der folgenden Schritte auf:
    S1'a Dispergierung eines porösen und/oder expandierbaren Funktionsstoffes, der in Form eines Granulats vorliegt, in dem Material, welches das Zellgehäuse ausbildet, bei einer Arbeitstemperatur, welche wenigstens der Erweichtemperatur des Materials, welches das Zellgehäuse ausbildet, entspricht und anschließendes Verfestigen der so gebildeten Dispersion durch Abkühlen auf eine Entnahmetemperatur, welche insbesondere unter der Erweichungstemperatur des Materials, welches das Zellgehäuse ausbildet, liegt, und/oder
  • S1'b Erzeugen eines Zellgehäuses mit zumindest einem zweiten Hohlraum, Befüllen des zumindest einen zweiten Hohlraums mit dem porösen und/oder expandierbaren Funktionsstoff, der in Form eines Granulats vorliegt, und/oder
  • S1'c zumindest bereichsweises Beschichten des Zellgehäuses, einseitig oder beidseitig, mit dem porösen und/oder expandierbaren Funktionsstoff, vorzugsweise durch Sol-Gel-Tauchbeschichtung, Tauchbeschichtung, Tauch-Zieh-Verfahren, Schleuderverfahren, Sprühverfahren, Rakeln, oder durch einen Rolle-zu-Rolle Prozess.
  • S6a Erzeugen eines porösen und/oder expandierbaren Funktionsstoffes, welcher vorzugsweise im Wesentlichen quaderförmig oder als Abschnitt eines Hohlzylinders ausgebildet, welcher vorzugsweise plattenförmig oder folienartig ausgebildet ist, vorzugsweise mit einem Fasermaterial, insbesondere zur Erhöhung der Zugfestigkeit des Schutzkörpers.
  • S6b Dispergierung eines porösen und/oder expandierbaren Funktionsstoffes, der in Form eines Granulats vorliegt, in einem Trägermaterial des Schutzkörpers, vorzugsweise in einem Polymermaterial, bei einer Arbeitstemperatur, welche wenigstens der Erweichtemperatur des Trägermaterials entspricht und anschließendes Verfestigen der so gebildeten Dispersion durch Abkühlen auf eine Entnahmetemperatur, welche insbesondere unter der Erweichungstemperatur des Trägermaterials liegt.
  • S6c Ausbildung eines Schutzkörpers mit zumindest einem ersten Hohlraum aus einem Trägermaterial, Befüllen des zumindest einen ersten Hohlraums mit dem porösen und/oder expandierbaren Funktionsstoff, der in Form eines Granulats vorliegt.
  • Das erfindungsgemäße Herstellverfahren bietet den Vorteil, dass durch die Dispergierung des porösen und/oder expandierbaren Funktionsstoffes in einem Trägermaterial des Schutzkörpers oder dem Material, welches das Zellgehäuse ausbildet, der Schutzkörper raumsparend innerhalb der Batterie angeordnet werden kann.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren bietet den Vorteil, dass durch das Einbringen des als Granulat vorliegenden porösen und/oder expandierbaren Funktionsstoffes in einen ersten Hohlraum des Schutzkörpers, oder einen zweiten Hohlraum des Zellgehäuses die Fertigung vereinfacht ist.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren bietet den Vorteil, dass durch die Beschichtung des Zellgehäuses mit dem porösen und/oder expandierbaren Funktionsstoff dieser zusätzlich versteift bzw. mechanisch stabilisiert wird. Das erfindungsgemäße Verfahren bietet den Vorteil, dass eine sehr dünne Schicht des porösen und/oder expandierbaren Funktionsstoffes auf das Zellgehäuse aufgetragen werden kann. Insbesondere dadurch kann der Schutzkörper kostengünstig hergestellt werden.
  • Gemäß einem siebten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zu Herstellung einer Batterie, welche zur Bereitstellung elektrischer Energie ausgestaltet ist. Die Batterie ist insbesondere wie zuvor beschrieben ausgestaltet. Das erfindungsgemäße Verfahren weist die folgenden Schritte auf:
    S4 oder vorzugsweise S4' Bereitstellen eines Batteriegehäuses mit einem Innenraum, welcher ausgestaltet ist, zumindest eine Energiewandlereinrichtung aufzunehmen, und zumindest einer zweiten Gehäusewandung, die ausgestaltet ist, den Innenraum insbesondere gegenüber der Umgebung der Batterie zu begrenzen. Vorzugsweise ist die zweite Gehäusewandung zumindest in einem Teilbereich mit einem Schutzkörper stoffschlüssig verbindbar und/oder einstückig ausgebildet.
  • Vorzugsweise wird das Batteriegehäuse durch einen der folgenden Schritte bereitgestellt:
    S4'a Dispergierung eines porösen und/oder expandierbaren Funktionsstoffes, der in Form eines Granulats vorliegt, in dem Material, welches das Batteriegehäuse ausbildet, bei einer Arbeitstemperatur, welche wenigstens der Erweichtemperatur des Materials, welches das Batteriegehäuse ausbildet, entspricht und anschließendes Verfestigen der so gebildeten Dispersion durch Abkühlen auf eine Entnahmetemperatur, welche insbesondere unter der Erweichungstemperatur des Materials, welches das Batteriegehäuse ausbildet, liegt.
  • S4'b Erzeugen eines Batteriegehäuses mit zumindest einem dritten Hohlraum, Befüllen des zumindest einen dritten Hohlraums mit dem porösen und/oder expandierbaren Funktionsstoff, der in Form eines Granulats vorliegt.
  • S4'c Zumindest bereichsweises Beschichten des Batteriegehäuses, einseitig oder beidseitig, mit dem porösen und/oder expandierbaren Funktionsstoff, vorzugsweise durch Sol-Gel-Tauchbeschichtung, Tauchbeschichtung, Tauch-Zieh-Verfahren, Schleuderverfahren, Sprühverfahren, Rakeln, oder durch einen Rolle-zu-Rolle Prozess.
  • Vorzugsweise ist wenigstens eine der Energiewandlereinrichtungen eine erfindungsgemäße Energiewandlereinrichtung.
  • S5 Anordnen zumindest einer, zweier oder mehrerer dieser Energiewandlereinrichtungen in dem Innenraum.
  • Vorzugsweise:
  • S7 Anordnen eines Schutzkörpers, welcher einen porösen und/oder expandierbaren Funktionsstoff aufweist, welcher vorzugsweise im Wesentlichen quaderförmig oder im Wesentlichen als Abschnitt eines Hohlzylinders ausgebildet ist, welcher vorzugsweise plattenförmig oder folienartig ausgebildet ist,
    • (a) benachbart zu der ersten Gehäusewandung und/oder benachbart zu der zweiten Gehäusewandung, oder
    • (b) zwischen zwei dieser Energiewandlereinrichtungen.
  • Das erfindungsgemäße Herstellverfahren bietet den Vorteil, dass durch das kraftschlüssige Verbinden das Schutzkörpers mit zumindest einer ersten Gehäusewandung der zumindest einen Energiewandlereinrichtung einer Relativbewegung des Schutzkörpers und der Energiewandlereinrichtung entgegengewirkt wird. Dadurch wird der Schutz der zumindest einen Energiewandlereinrichtung insbesondere gegen schädigende Einflüsse aus der Umgebung der Energiewandlereinrichtung verbessert. Das erfindungsgemäße Herstellverfahren bietet insbesondere den Vorteil eines Schutzes der Energiewandlereinrichtung gegen einen auf das Zellgehäuse einwirkenden oder gar eindringenden Fremdkörper, insbesondere ohne dass separate Schutzeinrichtungen erfordert wären.
  • Das erfindungsgemäße Herstellverfahren bietet den Vorteil, dass die Funktionsfähigkeit der Energiewandlereinrichtung bei Vibrationen durch das kraftschlüssige Verbinden des Schutzkörpers und der Energiewandlereinrichtung verbessert ist.
  • Das erfindungsgemäße Herstellverfahren bietet den Vorteil, dass durch die Dispergierung des porösen und/oder expandierbaren Funktionsstoffes in einem Trägermaterial des Schutzkörpers oder dem Material, welches das Zellgehäuse bzw. das Batteriegehäuse ausbildet, der Schutzkörper raumsparend innerhalb der Batterie angeordnet werden kann.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren bietet den Vorteil, dass durch das Einbringen des als Granulat vorliegenden porösen und/oder expandierbaren Funktionsstoffes in einen ersten Hohlraum des Schutzkörpers, einen zweiten Hohlraum des Zellgehäuses oder einen dritten Hohlraum des Batteriegehäuses die Fertigung vereinfacht ist.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren bietet den Vorteil, dass durch die Beschichtung des Zellgehäuses oder des Batteriegehäuses mit dem porösen und/oder expandierbaren Funktionsstoff dieser zusätzlich versteift bzw. mechanisch stabilisiert wird. Das erfindungsgemäße Verfahren bietet den Vorteil, dass eine sehr dünne Schicht des porösen und/oder expandierbaren Funktionsstoffes auf das Zellgehäuse aufgetragen werden kann. Insbesondere dadurch kann der Schutzkörper kostengünstig hergestellt werden.
  • Bevorzugte Ausgestaltungen des vorgenannten erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen einer Batterie
  • Eine erste bevorzugte Ausgestaltung des vorgenannten erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen einer Batterie ist gekennzeichnet durch die Schritte:
    S1, S2, S3, S4, S5, S6, S7 sowie einen der Schritte S6a, S6b, und S6c, sowie einen der Schritte S7a, und S7b.
  • Eine zweite bevorzugte Ausgestaltung des vorgenannten erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen einer Batterie ist gekennzeichnet durch die Schritte:
    S1', S2, S3, S4, S5 sowie einen der Schritte S1'a, S1'b, und S1'c.
  • Gemäß einem achten Aspekt betrifft die Erfindung die Verwendung eines porösen und/oder expandierbaren Funktionsstoffes zum Schutz einer Energiewandlereinrichtung vor Feuer und/oder elektromagnetischer Strahlung in einer Batterie.
  • Die Verwendung des porösen und/oder expandierbaren Funktionsstoffes zum Schutz einer Energiewandlereinrichtung vor Feuer und/oder elektromagnetischer Strahlung in einer Batterie hat den Vorteil, dass die thermische Resistenz der Energiewandlereinrichtung verbessert werden kann.
  • Die Verwendung des porösen und/oder expandierbaren Funktionsstoffes zum Schutz einer Energiewandlereinrichtung vor Feuer und/oder elektromagnetischer Strahlung in einer Batterie bietet den Vorteil, dass der poröse und/oder expandierbare Funktionsstoff sehr leicht ist, wodurch die Energiedichte in der Batterie erhöht ist.
  • Die Verwendung des porösen und/oder expandierbaren Funktionsstoffes in einer Batterie bietet den Vorteil, dass der poröse und/oder expandierbare Funktionsstoff elektromagnetische Strahlung effizient absorbieren kann und dadurch der Schutz einer Energiewandlereinrichtung vor elektromagnetischer Strahlung, wie zum Beispiel Infrarotstrahlung und Mikrowellen, verbessert ist. Dadurch wird die Betriebsfestigkeit der erfindungsgemäßen Batterie verbessert.
  • Die Verwendung des porösen und/oder expandierbaren Funktionsstoffes in einer Batterie bietet den Vorteil, dass der poröse und/oder expandierbare Funktionsstoff als Auffangmatrix für kleinste Partikel fungieren kann. Dadurch kann das Eindringen von Partikeln, zum Beispiel von Staubpartikeln in eine elektrochemische Energiewandlereinrichtung verhindert werden, wodurch sich die Lebensdauer der Batterie erhöht.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Zusammenhang mit den Figuren. Es zeigt:
  • 1 schematisch bevorzugte Anordnungen eines Schutzkörpers benachbart zu der zweiten Gehäusewandung des Batteriegehäuses oder zwischen zwei Zellgehäusen zweier Energiewandlereinrichtungen.
  • 2 schematisch ein Batteriegehäuse, dessen zweite Gehäusewandung einstückig mit einem Schutzkörper ausgebildet ist.
  • 3 schematisch bevorzugte Anordnungen eines Schutzkörpers benachbart zu der ersten Gehäusewandung des Zellgehäuses der zumindest einen Energiewandlereinrichtung.
  • 4 schematisch ein Batteriegehäuse, dessen zweite Gehäusewandung stoffschlüssig mit einem Schutzkörper verbindbar ist.
  • 5 schematisch eine Energiewandlereinrichtung, deren Zellgehäuse bereichsweise mit einem Schutzkörper stoffschlüssig verbindbar beziehungsweise einstückig mit einem Schutzkörper ausgebildet ist.
  • 1 zeigt eine Batterie mit einem Batteriegehäuse 5, zwei Energiewandlereinrichtungen 2, 2a und drei Schutzkörpern 1, 1a, 1b.
  • Bei einer ersten bevorzugten Anordnung ist einer dieser Schutzkörper 1 benachbart zur zweiten Gehäusewandung 6 des Batteriegehäuses 5, außerhalb des Innenraums 7 des Batteriegehäuses 5 angeordnet. Bei einer zweiten bevorzugten Anordnung ist einer dieser Schutzkörper 1a benachbart zur zweiten Gehäusewandung 6 des Batteriegehäuses 5, innerhalb des Innenraums 7 des Batteriegehäuses 5 angeordnet. Bei einer dritten bevorzugten Anordnung ist einer dieser Schutzkörper 1b zwischen den beiden Energiewandlereinrichtungen 2 und 2a angeordnet ist.
  • Vorzugsweise und für verbesserte Schutzwirkung weist die Batterie mehrere dieser Schutzkörper auf.
  • 2 zeigt ein Batteriegehäuse 5, dessen zweite Gehäusewandung 6 einstückig mit einem Schutzkörper 1 ausgebildet ist. Vorteilhaft erfolgt die einstückige Ausbildung von Schutzkörper 1 und zweiter Gehäusewandung 6 durch Dispergierung eines porösen und/oder expandierbaren Funktionsstoffes in dem Material, welches das Batteriegehäuse 5 ausbildet oder durch Befüllen eines dritten Hohlraums des Batteriegehäuses 5 mit einem porösen und/oder expandierbaren Funktionsstoff.
  • 3 zeigt eine Energiewandlereinrichtung 2 mit einem Zellgehäuse 3, und zwei Schutzkörpern 1, 1a, wobei der erste Schutzkörper 1 benachbart zu der ersten Gehäusewandung 4 des Zellgehäuses 3 außerhalb der Energiewandlereinrichtung 2, der zweite Schutzkörper 1a benachbart zur ersten Gehäusewandung 4 des Zellgehäuses 3, innerhalb der Energiewandlereinrichtung 2 angeordnet ist.
  • 4 zeigt eine Batterie mit zwei Energiewandlereinrichtungen 2, 2a zwei alternativen Anordnungen von Schutzkörpern 1, 1a und einem Batteriegehäuse 5. Die Schutzkörper 1, 1a sind stoffschlüssig mit der zweiten Gehäusewandung 6 des Batteriegehäuses 5 verbindbar. Vorzugsweise können die Schutzkörper 1, 1a jeweils als Beschichtung der Gehäusewandung 6 ausgebildet sein. Vorzugsweise ist das Batteriegehäuse 5 mit beiden Schutzkörpern 1, 1a ausgestattet, insbesondere für verbesserte Schutzwirkung.
  • 5 zeigt eine Energiewandlereinrichtung 2 mit einem Zellgehäuse 3 und zwei Schutzkörpern 1, 1a. Die erste Gehäusewandung 4 des Zellgehäuses 3 ist mit den Schutzkörpern 1, 1a stoffschlüssig verbindbar oder einstückig ausgebildet. Vorzugsweise sind die Schutzkörper 1, 1a als Beschichtung der ersten Gehäusewandung 4 ausgebildet. Vorzugsweise erfolgt das stoffschlüssige Verbinden durch Beschichtung der ersten Gehäusewandung 4 mit dem Schutzkörper 1. Vorzugsweise erfolgt die einstückige Ausbildung von Schutzkörper 1 und erster Gehäusewandung 4 durch Dispergierung eines porösen und/oder expandierbaren Funktionsstoffes in dem Material, welches das Zellgehäuse ausbildet oder durch Befüllen eines zweiten Hohlraums des Zellgehäuses 3 mit einem porösen und/oder expandierbaren Funktionsstoff.
  • Bezugszeichenliste
    • 1, 1a, 1c
    Schutzkörper
    2, 2a
    Energiewandlereinrichtung
    3
    Zellgehäuse der Energiewandlereinrichtung
    4
    erste Gehäusewandung des Zellgehäuses
    5
    Batteriegehäuse
    6
    zweite Gehäusewandung des Batteriegehäuses
    7
    Innenraum des Batteriegehäuses

Claims (17)

  1. Batterie zur Bereitstellung elektrischer Energie, mit einer, zwei oder mehreren elektrochemischen Energiewandlereinrichtungen (2, 2a), welche jeweils ausgestaltet sind, chemische Energie in elektrische Energie zu wandeln, und welche insbesondere jeweils ausgestaltet sind, zugeführte elektrische Energie in chemische Energie zu wandeln, und mit wenigstens einem Schutzkörper (1, 1a, 1b), welcher – zum Schutz wenigstens einer der Energiewandlereinrichtungen (2, 2a) vor Feuer und/oder elektromagnetischer Strahlung ausgestaltet ist, – einen porösen und/oder expandierbaren Funktionsstoff aufweist, wobei vorzugsweise die Batterie ein Batteriegehäuse (5) aufweist, welches zur Aufnahme wenigstens einer oder mehrerer dieser Energiewandlereinrichtungen (2, 2a) ausgestaltet ist.
  2. Batterie gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Funktionsstoff Vermiculit und/oder C-Aerogel aufweist, wobei der Schutzkörper (1, 1a, 1b) – vorzugsweise im Wesentlichen quaderförmig oder im Wesentlichen als Abschnitt eines Hohlzylinders ausgebildet ist, – vorzugsweise plattenförmig oder folienartig ausgebildet ist, – vorzugsweise einem Wärmestrom in Richtung der wenigstens einen Energiewandlereinrichtung (2, 2a) entgegenwirken kann, insbesondere als thermischer Widerstand, – vorzugsweise wenigstens eine dieser Energiewandlereinrichtungen (2, 2a), besonders bevorzugt eine Mantelfläche wenigstens einer dieser Energiewandlereinrichtungen (2, 2a), wenigstens abschnittsweise überdecken kann.
  3. Batterie gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der wenigstens eine Schutzkörper (1, 1a, 1b) mit einem ersten Hohlraum ausgebildet ist, wobei der Funktionsstoff in diesem ersten Hohlraum angeordnet werden kann, wobei vorzugsweise der Schutzkörper (1, 1a, 1b) ein Trägermaterial aufweist, wobei der Funktionsstoff zumindest teilweise von dem Trägermaterial umgeben ist.
  4. Batterie gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der wenigstens eine Schutzkörper (1, 1a, 1b) gegen eine unerwünschte Relativbewegung bezüglich wenigstens einer der Energiewandlereinrichtungen (2, 2a) gesichert werden kann, vorzugsweise mit der wenigstens einen Energiewandlereinrichtung (2, 2a), insbesondere kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig, verbindbar ist.
  5. Batterie gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens einer der Schutzkörper (1, 1a, 1b), insbesondere das Trägermaterial, ein Fasermaterial aufweist, welches vorzugsweise die Zugfestigkeit des wenigstens einen Schutzkörpers (1, 1a, 1b) erhöhen kann.
  6. Batterie gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die wenigstens eine Energiewandlereinrichtung (2, 2a) ein Zellgehäuse (3) mit wenigstens einer ersten Gehäusewandung (4) aufweist, wobei wenigstens einer der Schutzkörper (1, 1a, 1b) im Wesentlichen benachbart zu der ersten Gehäusewandung (4) angeordnet werden kann, vorzugsweise innerhalb des Zellgehäuses (3) angeordnet werden kann, vorzugsweise stoffschlüssig und/oder kraftschlüssig mit der ersten Gehäusewandung (4) verbindbar ist.
  7. Batterie gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei wenigstens einer der Schutzkörper (1, 1a, 1b) außerhalb des Zellgehäuses (3), im Wesentlichen benachbart zu der ersten Gehäusewandung (4), angeordnet ist, insbesondere kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig mit der ersten Gehäusewandung (4) verbindbar ist.
  8. Batterie gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Batterie wenigstens zwei dieser Energiewandlereinrichtungen (2, 2a) aufweist, welche je ein Zellgehäuse (3) aufweisen, wobei einer der Schutzkörper (1, 1a, 1b) zwischen den Zellgehäusen (3) angeordnet ist, wobei vorzugsweise der Schutzkörper (1, 1a, 1b) mit wenigstens einem der beiden Zellgehäuse (3), insbesondere kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig, verbindbar ist.
  9. Batterie gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend ein Batteriegehäuse (5), wobei das Batteriegehäuse (5) einen Innenraum (7) zur Aufnahme wenigstens einer oder mehrerer dieser Energiewandlereinrichtungen (2, 2a) aufweist, und eine zweite Gehäusewandung (6) zur Begrenzung des Innenraums (7) gegenüber der Umgebung der Batterie aufweist, wobei der wenigstens eine Schutzkörper (1, 1a, 1b) benachbart zu der zweiten Gehäusewandung (6) angeordnet werden kann, vorzugsweise kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig mit der zweiten Gehäusewandung (6) verbindbar ist, vorzugsweise innerhalb des Innenraums (7) angeordnet ist.
  10. Batterie gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei der wenigstens eine Schutzkörper (1, 1a, 1b) außerhalb des Innenraums (7) angeordnet ist, und vorzugsweise mit der zweiten Gehäusewandung (6) kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig verbindbar ist.
  11. Energiewandlereinrichtung (2, 2a), welche ausgestaltet ist, chemische Energie in elektrische Energie zu wandeln, welche insbesondere ausgestaltet ist, zugeführte elektrische Energie in chemische Energie zu wandeln, mit wenigstens einem Schutzkörper (1, 1a, 1b), welcher – zum Schutz der Energiewandlereinrichtung (2, 2a) vor Feuer und/oder elektromagnetischer Strahlung ausgestaltet ist, – einen porösen und/oder expandierbaren Funktionsstoff aufweist, welcher vorzugsweise Vermiculit und/oder C-Aerogel aufweist, – vorzugsweise im Wesentlichen quaderförmig oder im Wesentlichen als Abschnitt eines Hohlzylinders ausgebildet ist, – vorzugsweise plattenförmig oder folienartig ausgebildet ist, – vorzugsweise einem Wärmestrom in Richtung der Energiewandlereinrichtung (2, 2a), insbesondere als thermischer Widerstand, entgegenwirken kann, wobei die Energiewandlereinrichtung (2, 2a) ein Zellgehäuse (3) aufweist, wobei vorzugsweise der Schutzkörper (1, 1a, 1b) innerhalb des Zellgehäuses (3) angeordnet ist.
  12. Verfahren zum Herstellen eines Schutzkörpers (1, 1a, 1b), welcher zum Schutz einer Energiewandlereinrichtung (2, 2a) vor Feuer und/oder elektromagnetischer Strahlung dienen kann, welcher einen porösen und/oder expandierbaren Funktionsstoff aufweist, welcher vorzugsweise im Wesentlichen quaderförmig oder als Abschnitt eines Hohlzylinders ausgebildet ist, welcher vorzugsweise plattenförmig oder folienartig ausgebildet ist, mit wenigstens einem der Schritte: S6a Erzeugen eines porösen und/oder expandierbaren Funktionsstoffes, welcher vorzugsweise im Wesentlichen quaderförmig oder als Abschnitt eines Hohlzylinders ausgebildet ist, welcher vorzugsweise plattenförmig oder folienartig ausgebildet ist, vorzugsweise mit einem Fasermaterial, insbesondere zur Erhöhung der Zugsteifigkeit des Schutzkörpers (1, 1a, 1b), und/oder S6b Dispergierung eines porösen und/oder expandierbaren Funktionsstoffes, der in Form eines Granulats vorliegt, in einem Trägermaterial des Schutzkörpers (1, 1a, 1b), vorzugsweise in einem Polymermaterial, bei einer Arbeitstemperatur, welche wenigstens der Erweichungstemperatur des Trägermaterials entspricht und anschließendes Verfestigen der so gebildeten Dispersion durch Abkühlen auf eine Entnahmetemperatur, welche insbesondere unter der Erweichungstemperatur des Trägermaterials liegt, und/oder S6c Ausbildung eines Schutzkörpers (1, 1a, 1b) mit zumindest einem ersten Hohlraum aus einem Trägermaterial, Befüllen des zumindest einen ersten Hohlraums mit dem porösen und/oder expandierbaren Funktionsstoff, der in Form eines Granulats vorliegt.
  13. Verfahren zum Herstellen des Zellgehäuses (3) aufweisend einen Aufnahmeraum, welcher ausgestaltet ist, zumindest eine Elektrodenbaugruppe aufzunehmen, und aufweisend zumindest eine erste Gehäusewandung (4), die ausgestaltet ist, den Aufnahmeraum und/oder die Elektrodenbauruppe, insbesondere gegenüber der Umgebung des Zellgehäuses (3), zu begrenzen, wobei die erste Gehäusewandung (4) zumindest in einem Teilbereich mit einem Schutzkörper (1, 1a, 1b) stoffschlüssig verbindbar und/oder einstückig ausgebildet ist, mit wenigstens einem der Schritte: S1'a Dispergierung eines porösen und/oder expandierbaren Funktionsstoffes, der in Form eines Granulats vorliegt, in dem Material, welches das Zellgehäuse ausbildet, bei einer Arbeitstemperatur, welche wenigstens der Erweichtemperatur des Materials, welches das Zellgehäuse (3) ausbildet, entspricht und anschließendes Verfestigen der so gebildeten Dispersion durch Abkühlen auf eine Entnahmetemperatur, welche insbesondere unter der Erweichungstemperatur des Materials, welches das Zellgehäuse ausbildet, liegt, und/oder S1'b Erzeugen eines Zellgehäuses mit zumindest einem zweiten Hohlraum, Befüllen des zumindest einen zweiten Hohlraums mit dem porösen und/oder expandierbaren Funktionsstoff, der in Form eines Granulats vorliegt, und/oder S1'c zumindest bereichsweises Beschichten des Zellgehäuses (3), einseitig oder beidseitig, mit dem porösen und/oder expandierbaren Funktionsstoff, vorzugsweise durch Sol-Gel-Tauchbeschichtung, Tauchbeschichtung, Tauch-Zieh-Verfahren, Schleuderverfahren, Sprühverfahren, Rakeln, oder durch einen Rolle-zu-Rolle Prozess.
  14. Verfahren zum Herstellen eines Batteriegehäuses (5) mit einem Innenraum (7), welcher ausgestaltet ist, zumindest eine Energiewandlereinrichtung (2, 2a) aufzunehmen, und zumindest einer zweiten Gehäusewandung (6), die ausgestaltet ist, den Innenraum (7) insbesondere gegenüber der Umgebung der Batterie zu begrenzen, wobei die zweite Gehäusewandung (6) zumindest in einem Teilbereich mit einem Schutzkörper (1, 1a, 1b) stoffschlüssig verbindbar und/oder einstückig ausgebildet ist, mit wenigstens einem der Schritte: S4'a Dispergierung eines porösen und/oder expandierbaren Funktionsstoffes, der in Form eines Granulats vorliegt, in dem Material, welches das Batteriegehäuse (5) ausbildet, bei einer Arbeitstemperatur, welche wenigstens der Erweichungstemperatur des Materials, welches das Batteriegehäuse (5) ausbildet, entspricht und anschließendes Verfestigen der so gebildeten Dispersion durch Abkühlen auf eine Entnahmetemperatur, welche insbesondere unter der Erweichungstemperatur des Materials, welches das Batteriegehäuse (5) ausbildet, liegt, und/oder S4'b Erzeugen eines Batteriegehäuses (5) mit zumindest einem dritten Hohlraum, Befüllen des zumindest einen dritten Hohlraums mit dem porösen und/oder expandierbaren Funktionsstoff, der in Form eines Granulats vorliegt, und/oder S4'c zumindest bereichsweises Beschichten des Batteriegehäuses (5), einseitig oder beidseitig, mit dem porösen und/oder expandierbaren Funktionsstoff, vorzugsweise durch Sol-Gel-Tauchbeschichtung, Tauchbeschichtung, Tauch-Zieh-Verfahren, Schleuderverfahren, Sprühverfahren, Rakeln, oder durch einen Rolle-zu-Rolle Prozess.
  15. Verfahren zum Herstellen einer Energiewandlereinrichtung (2, 2a), welche zur Bereitstellung elektrischer Energie ausgestaltet ist, welche ein Zellgehäuse (3), insbesondere hergestellt gemäß Anspruch 13, mit einem Aufnahmeraum aufweist, welche eine Elektrodenbaugruppe aufweist, welche vorzugsweise einen Schutzkörper (1, 1a, 1b), insbesondere hergestellt gemäß Anspruch 12, aufweist, mit wenigstens einem der Schritte: S1'a Dispergierung eines porösen und/oder expandierbaren Funktionsstoffes, der in Form eines Granulats vorliegt, in dem Material, welches das Zellgehäuse (3) ausbildet, bei einer Arbeitstemperatur, welche wenigstens der Erweichungstemperatur des Materials, welches das Zellgehäuse (3) ausbildet, entspricht und anschließendes Verfestigen der so gebildeten Dispersion durch Abkühlen auf eine Entnahmetemperatur, welche insbesondere unter der Erweichungstemperatur des Materials, welches das Zellgehäuse (3) ausbildet, liegt, und/oder S1'b Erzeugen eines Zellgehäuses (3) mit zumindest einem zweiten Hohlraum, Befüllen des zumindest einen zweiten Hohlraums mit dem porösen und/oder expandierbaren Funktionsstoff, der in Form eines Granulats vorliegt, und/oder S1'c Zumindest bereichsweises Beschichten des Zellgehäuses (3), einseitig oder beidseitig, mit dem porösen und/oder expandierbaren Funktionsstoff, vorzugsweise durch Sol-Gel-Tauchbeschichtung, Tauchbeschichtung, Tauch-Zieh-Verfahren, Schleuderverfahren, Sprühverfahren, Rakeln, oder durch einen Rolle-zu-Rolle Prozess, und/oder S6a Erzeugen eines porösen und/oder expandierbaren Funktionsstoffes, welcher vorzugsweise im Wesentlichen quaderförmig oder als Abschnitt eines Hohlzylinders ausgebildet ist, welcher vorzugsweise plattenförmig oder folienartig ausgebildet ist, vorzugsweise mit einem Fasermaterial, insbesondere zur Erhöhung der Zugsteifigkeit des Schutzkörpers (1, 1a, 1b), und/oder S6b Dispergierung eines porösen und/oder expandierbaren Funktionsstoffes, der in Form eines Granulats vorliegt, in einem Trägermaterial des Schutzkörpers (1, 1a, 1b), vorzugsweise in einem Polymermaterial, bei einer Arbeitstemperatur, welche wenigstens der Erweichtemperatur des Trägermaterials entspricht und anschließendes Verfestigen der so gebildeten Dispersion durch Abkühlen auf eine Entnahmetemperatur, welche insbesondere unter der Erweichungstemperatur des Trägermaterials liegt, und/oder S6c Ausbildung eines Schutzkörpers (1, 1a, 1b) mit zumindest einem ersten Hohlraum aus einem Trägermaterial, Befüllen des zumindest einen ersten Hohlraums mit dem porösen und/oder expandierbaren Funktionsstoff, der in Form eines Granulats vorliegt.
  16. Verfahren zum Herstellen einer Batterie, welche zur Bereitstellung elektrischer Energie ausgestaltet ist, welche insbesondere gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 10 ausgestaltet ist, wobei die zumindest eine Energiewandlereinrichtung (2, 2a) ein Zellgehäuse (3) mit einer ersten Gehäusewandung (4) aufweist und vorzugsweise wenigstens eine der Energiewandlereinrichtungen (2, 2a) gemäß Anspruch 11 ausgebildet ist, mit Schritt: S4 Bereitstellen des Batteriegehäuses (5) mit einem Innenraum (7), welcher ausgestaltet ist, zumindest eine der Energiewandlereinrichtungen (2, 2a) aufzunehmen, und zumindest einer zweiten Gehäusewandung (6), die ausgestaltet ist, den Innenraum (7), insbesondere gegenüber der Umgebung der Batterie, zu begrenzen, oder S4' Bereitstellen des Batteriegehäuses (5) mit einem Innenraum (7), welcher ausgestaltet ist, zumindest eine Energiewandlereinrichtung (2, 2a) aufzunehmen, und zumindest einer zweiten Gehäusewandung (6), die ausgestaltet ist, den Innenraum (7), insbesondere gegenüber der Umgebung der Batterie, zu begrenzen, wobei vorzugsweise die zweite Gehäusewandung (6) zumindest in einem Teilbereich mit einem Schutzkörper (1, 1a, 1b) stoffschlüssig verbindbar und/oder einstückig ausgebildet ist, und mit Schritt S5 Anordnen zumindest einer, zweier oder mehrerer dieser Energiewandlereinrichtungen (2, 2a) in dem Innenraum (7), insbesondere nach einem der Schritte S4 oder S4', vorzugsweise mit Schritt S7 Anordnen eines Schutzkörpers (1, 1a, 1b), welcher einen porösen und/oder expandierbaren Funktionsstoff aufweist, welcher vorzugsweise im Wesentlichen quaderförmig oder im Wesentlichen als Abschnitt eines Hohlzylinders ausgebildet ist, welcher vorzugsweise plattenförmig oder folienartig ausgebildet ist, a) benachbart zu der ersten Gehäusewandung (4) und/oder benachbart zu der zweiten Gehäusewandung (6), oder b) zwischen zwei dieser Energiewandlereinrichtungen (2, 2a).
  17. Verwendung eines porösen und/oder expandierbaren Funktionsstoffes zum Schutz einer Energiewandlereinrichtung (2, 2a) vor Feuer und/oder elektromagnetischer Strahlung, wobei die Energiewandlereinrichtung (2, 2a) Teil einer Batterie ist und zur Bereitstellung elektrischer Energie ausgestaltet ist.
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