DE102014013572A1 - Elektrochemische Zelle mit Zellengehäuse und Batteriesystem mit entsprechenden elektrochemischen Zellen - Google Patents

Elektrochemische Zelle mit Zellengehäuse und Batteriesystem mit entsprechenden elektrochemischen Zellen Download PDF

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Matthias Grütze
Christian Zahn
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Li Tec Battery GmbH
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Abstract

Eine elektrochemische Zelle (100) zum Aufbau eines elektrochemischen Energiespeichers, insbesondere eines zur Anwendung in einem Kraftfahrzeug ausgestalteten Energiespeichers weist einen aktiven Bereich mit einer mindestens eine Siegelnaht (5) aufweisenden Umhüllung (1) und ein Zellengehäuse (21, 22) auf. Das Zellengehäuse (21, 22) weist mindestens einen der Siegelnaht (5) der Umhüllung zugewandt angeordneten inneren Kanal (10, 11) zur Weiterleitung von Fluiden auf, wobei der innere Kanal (10, 11) mit einem Auslasskanal (15) verbunden ist und der Auslasskanal (15) zur Ableitung der Fluide nach außerhalb des Zellengehäuses (21, 22) angeordnet und ausgestaltet ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrochemische Zelle mit einem Zellengehäuse zum Aufbau eines elektrochemischen Energiespeichers, insbesondere eines zur Anwendung in einem Kraftfahrzeug ausgestalteten Energiespeichers sowie ein Batteriesystem mit einer Anzahl entsprechender elektrochemischer Zellen.
  • Als elektrochemische Energiespeicher sind Batterien (Primärspeicher) und Akkumulatoren (Sekundärspeicher) bekannt, die aus einer oder mehreren Speicherzellen aufgebaut sind, in denen bei Anlegen eines Ladestroms elektrische Energie in einer elektrochemischen Ladereaktion zwischen einer Kathode und einer Anode in bzw. zwischen einem Elektrolyten in chemische Energie umgewandelt und so gespeichert wird und in denen bei Anschließen eines elektrischen Verbrauchers chemische Energie in einer elektrochemischen Entladereaktion in elektrische Energie umgewandelt wird. In diesem Zusammenhang ist anzumerken, dass insbesondere im Kraftfahrzeugbereich auch Akkumulatoren als Batterien bezeichnet werden.
  • Die vorliegende Erfindung wird im Zusammenhang mit Lithium-Ionen-Batterie für elektrische betriebene Kraftfahrzeuge beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass die Erfindung unabhängig von der chemischen Zusammensetzung der elektrochemischen Zelle oder auch unabhängig von deren Verwendung Anwendung finden kann.
  • Die DE 10 2010 034 545 A1 betrifft eine elektrochemische Zelle mit einer Druckentlastungsvorichtung, welche in einem Rahmenelement der elektrochemischen Zelle angebracht ist, um in einem Schadensfall den Austritt von Gasen aus der elektrochemischen Zelle zu ermöglichen.
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine verbesserte elektrochemische Zelle mit einem Zellengehäuse sowie ein verbessertes Batteriesystem mit entsprechenden elektrochemischen Zellen bereitzustellen.
  • Diese Aufgabe wird durch eine elektrochemische Zelle nach Anspruch 1 sowie durch ein Batteriesystem nach Anspruch 13 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine elektrochemische Zelle für einen elektrochemischen Energiespeichers insbesondere für einen zur Anwendung in einem Kraftfahrzeug ausgestalteten Energiespeicher. Dabei weist die elektrochemische Zelle einen aktiven Bereich mit einer mindestens eine Siegelnaht aufweisenden Umhüllung und ein Zellengehäuse auf, wobei das Zellengehäuse mindestens einen der Siegelnaht der Umhüllung zugewandt angeordneten inneren Kanal zur Weiterleitung von Fluiden aufweist. Der innere Kanal ist mit einem Auslasskanal verbunden und der Auslasskanal ist zur Ableitung der Fluide nach außerhalb des Zellengehäuses angeordnet und ausgestaltet. Ein Vorteil dieser Ausgestaltung kann darin liegen, dass Reaktionsprodukte, welche z. B. bei Fehlfunktionen oder Überbeanspruchungen der elektrochemischen Zelle auftreten können, gezielt nach außen geleitet werden und Zerstörungen der elektrochemischen Zelle vermieden werden kann. Ein weiterer Vorteil dieser Ausgestaltung kann darin liegen, dass durch die Reaktionsprodukte bedingte Schädigungen von Nachbarzellen vermieden werden können.
  • Unter einem „elektrochemischen Energiespeicher” im Sinne der Erfindung ist jede Art von Energiespeicher zu verstehen, dem elektrische Energie entnommen werden kann, wobei im Innern des Energiespeichers eine elektrochemische Reaktion abläuft. Der Begriff umfasst Energiespeicher aller Art, insbesondere Primärbatterien und Sekundärbatterien. Insbesondere kann ein elektrochemischer Energiespeicher wenigstens eine elektrochemische Zelle mit einem aktiven Bereich, oder mehrere elektrochemische Zellen mit entsprechenden aktiven Bereichen aufweisen. Die mehreren elektrochemischen Zellen können zum Speichern einer größeren Ladungsmenge parallel geschaltet sein oder zur Erzielung einer gewünschten Betriebsspannung in Serie geschaltet sein oder eine Kombination aus Parallel- und Serienschaltung bilden.
  • Unter einer „elektrochemischen Zelle” im Sinne der Erfindung ist dabei eine Vorrichtung zu verstehen, welche der Abgabe elektrischer Energie dient, wobei die Energie in chemischer Form gespeichert wird. Im Fall von wiederaufladbaren Sekundärbatterien ist die Zelle auch ausgebildet, um elektrische Energie aufzunehmen, in chemische Energie umzuwandeln und abzuspeichern.
  • Eine solche elektrochemische Zelle weist eine Elektrodenanordnung in einem aktiven Bereich auf, welcher von einer Umhüllung zumindest teilweise umschlossen ist. Unter einem aktiven Bereich im Sinne der Erfindung ist der Bereich an der Elektrodenanordnung zu verstehen, in welchem die elektrochemische Reaktion zur Umwandlung von chemischer Energie in elektrische Energie bzw. die elektrochemische Reaktion zur Umwandlung von elektrischer Energie in chemische Energie abläuft. In diesem Zusammenhang soll unter einer „Elektrodenanordnung” im Sinne der Erfindung eine Anordnung aus wenigstens zwei Elektroden und einem dazwischen angeordneten Elektrolyten verstanden werden. Der Elektrolyt kann teilweise von einem Separator aufgenommen sein, wobei der Separator dann die Elektroden trennt. Bevorzugt weist die Elektrodenanordnung mehrere Schichten von Elektroden und Separatoren auf, wobei die Elektroden gleicher Polarität jeweils vorzugsweise elektrisch miteinander verbunden, insbesondere parallel geschaltet sind. Die Elektroden sind zum Beispiel plattenförmig oder folienartig ausgebildet und bevorzugt sind diese im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet (prismatische Energiespeicherzellen). Die Elektrodenanordnung kann Lithium oder ein anderes Alkalimetall auch in ionischer Form aufweisen. Nach einer ersten bevorzugten Ausführungsform besteht der zumindest eine Separator, welcher nicht oder nur schlecht elektronenleitend ist, aus einem zumindest teilweise stoffdurchlässigen Träger. Der Träger ist vorzugsweise auf mindestens einer Seite mit einem anorganischen Material beschichtet. Als wenigstens teilweise stoffdurchlässiger Träger wird vorzugsweise ein organisches Material verwendet, welches vorzugsweise als nicht verwobenes Vlies ausgestaltet ist. Das organische Material, welches vorzugsweise ein Polymer und besonders bevorzugt ein Polyethylenterephthalat (PET) enthält, ist mit einem anorganischen, vorzugsweise für Ionen durchlässigen Material beschichtet, welches weiter vorzugsweise in einem Temperaturbereich von –40°C bis 200°C für Ionen durchlässig ist. Das anorganische Material enthält bevorzugt wenigstens eine Verbindung aus der Gruppe der Oxide, Phosphate, Sulfate, Titanate, Silikate, Aluminosilikate mit wenigstens einem der Elemente Zr, Al, Li. Insbesondere Zirkonoxid dient der Stoffintegrität, Nanoporosität und Flexibilität des Separators. Bevorzugt weist das anorganische, für Ionen durchlässige Material Partikel mit einem größten Durchmesser unter 100 nm auf. Diese Ausführungsform bietet den Vorteil, dass Beständigkeit der Elektrodenbaugruppe bei Temperaturen oberhalb 100°C verbessert ist. Ein solcher Separator wird beispielsweise unter dem Handelsnamen ”Separion” von der Evonik AG in Deutschland vertrieben.
  • Nach einer zweiten bevorzugten Ausführungsform besteht der zumindest eine Separator, welcher nicht oder nur schlecht elektronenleitend, für Ionen aber leitfähig ist, zumindest überwiegend bzw. vollständig aus einer Keramik, vorzugsweise aus einer Oxidkeramik. Die Ausführungsform bietet den Vorteil, dass Beständigkeit der Elektrodenbaugruppe bei Temperaturen oberhalb 100°C verbessert ist.
  • Unter einem „Zellengehäuse” im Sinne der vorliegenden Erfindung ist dabei jede Einrichtung zu verstehen, die geeignet ist, die Umhüllung aufzunehmen und Unter einer „Umhüllung” im Sinne der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zu verstehen, welche geeignet ist, den Austausch von Chemikalien und/oder Gasen aus der Elektrodenanordnung und der Umgebung zu verhindern und die Bestandteile der Elektrodenanordnung vor schädigenden äußeren Einflüssen zu schützen. Die Umhüllung ist bevorzugt aus einem siegelbaren Material gebildet und kann einlagig oder auch mehrlagig ausgebildet sein. Die Umhüllung schirmt den aktiven Bereich einer elektrochemischen Zelle gegen unerwünschte oder störende Einflüsse von außen ab und/oder schützt die Umgebung des aktiven Bereichs der elektrochemischen Zelle vor unerwünschten Einflüssen, die durch den Betrieb solcher elektrochemischer Zellen entstehen können. Vorzugsweise verhindert oder erschwert eine solche Umhüllung dabei einen unerwünschten Stofftransport oder Stoffaustausch oder Energieaustausch zwischen dem Inneren der Umhüllung und der Umgebung. Die Umhüllung umgibt die Elektrodenanordnung im Wesentlichen vollständig. Dabei ist die Umhüllung an die Gestalt der Elektrodenanordnung angepasst. Vorzugsweise ist die Umhüllung gegenüber der Umgebung elektrisch isoliert. Vorzugsweise die Umhüllung gegenüber der Elektrodenanordnung elektrisch isoliert. Besonders bevorzugt weist zumindest eine Innenfläche der Umhüllung eine elektrisch isolierende Beschichtung auf. Die isolierende Beschichtung kann insbesondere den Vorteil bieten, dass die Umhüllung mit einem metallischen Werkstoff ausgebildet sein kann, welcher einen erhöhten Schutz der Elektrodenanordnung bietet.
  • Gemäß einer ersten bevorzugten Ausgestaltung ist die Umhüllung mit einer Verbundfolie ausgebildet. Die Verbundfolie weist, der Elektrodenanordnung zugewandt, zumindest eine Schicht mit einem Polymer zur elektrischen und/oder chemischen Isolation auf. Weiter weist die Verbundfolie zumindest eine Schicht auf, welcher für Wasserdampf im Wesentlichen undurchlässig ist. Vorzugsweise ist die wasserundurchlässige Schicht als Metallfolie ausgebildet. Vorzugsweise weist die Verbundfolie, der Umgebung zugewandt, eine Schutzschicht für die wasserundurchlässige Schicht auf, wobei die Schutzschicht besonders bevorzugt mit einem Polymer ausgebildet ist. Die Schichten der Verbundfolie sind untereinander stoffschlüssig verbunden. Die Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die Verbundfolie eine Wärmeabgabe aus der Elektrodenbaugruppe an die Umgebung der Sekundärzelle nicht wesentlich hemmt.
  • Gemäß einer zweiten bevorzugten Ausgestaltung ist das Zellengehäuse mit wenigstens einem im Wesentlichen biegesteifen Gehäuseformteil ausgebildet. Zumindest eines der Gehäuseformteile weist eine Ausnehmung auf, welche der wenigstens teilweisen Aufnahme der Elektrodenanordnung dient. Vorzugsweise weist das Zellengehäuse zwei aneinander angepasste Gehäuseformteile auf, welche die Elektrodenanordnung umschließen. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Ausgestaltung sind die beiden Gehäuseformteile als Büchse mit einer Öffnung und einen Innenraum zur Aufnahme der Elektrodenanordnung, sowie als Deckel zum Verschließen der Öffnung ausgebildet. Gemäß einer anderen bevorzugten Weiterbildung der Ausgestaltung sind die beiden Gehäuseformteile als Halbschalen ausgebildet, welche die Elektrodenanordnung nur teilweise aufnehmen. Vorzugsweise ist das Gehäuseformteil als Metallblech oder Metallteil ausgebildet.
  • Nachfolgend werden Varianten und bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der elektrochemischen Zelle gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung beschrieben, die jeweils, soweit dies nicht ausdrücklich ausgeschlossen wird, auch beliebig miteinander kombiniert werden können.
  • Bevorzugt weist bei der elektrochemischen die Siegelnaht mindestens einen Sicherheitsbereich aufweist, welcher sich ab einen vorbestimmten Druck im aktiven Bereich zur Ableitung der Fluide aus dem aktiven Bereich öffnet. Der Sicherheitsbereich kann bevorzugt als eine vorbestimmte Schwächung der Siegelnaht derart ausgebildet sein, dass bei einem vorbestimmten Innendruck ein gezieltes Entweichen der Reaktionsprodukte bzw. der Reaktionsgase über diese Schwächung des Siegelbereiches ermöglicht wird. Ein Vorteil dieser Ausgestaltung kann darin liegen, dass ein unkontrolliertes Austreten an anderen Stellen der Umhüllung vermieden und die Fluide in den inneren Kanal geleitet werden können.
  • Bevorzugt weist bei der elektrochemischen Zelle das Zellengehäuse ein erstes Rahmenteil und ein zweites Rahmenteil auf und die Umhüllung einen entlang der Siegelnaht angeordneten Randabschnitt auf, wobei der Randabschnitt zwischen dem ersten Rahmenteil und dem zweites Rahmenteil gehalten wird. Ein Vorteil dieser Ausgestaltung kann darin liegen, dass die Montage der elektrochemischen Zellen vereinfacht wird. Ein weiterer Vorteil dieser Ausgestaltung kann darin liegen, dass die Stabilität verbessert werden kann
  • Bevorzugt ist bei der elektrochemischen Zelle zwischen dem ersten Rahmenteil und dem Randabschnitt in einem ersten inneren Kanal ein erstes Dichtungselement derart angeordnet und ausgestaltet, dass die Fluide in dem ersten inneren Kanal abgeleitet werden können und dass in dem ersten Dichtungselement ein erster Durchlass im Bereich des Auslasskanals ausgebildet ist. Ein Vorteil dieser Ausgestaltung kann darin liegen, dass die in dem aktiven Bereich entstehenden Fluiden, insbesondere die Reaktionsgase besser aus der elektrochemischen Zelle geleitet werden können. Ein weiterer Vorteil dieser Ausgestaltung kann darin liegen, dass die Weiterleitung der Fluide besonders sicher und einfach durchgeführt werden kann.
  • Bevorzugt ist bei der elektrochemischen Zelle zwischen dem zweiten Rahmenteil und dem Randabschnitt in einen zweiten inneren Kanal ein zweites Dichtungselement derart angeordnet und ausgestaltet, dass die Fluide in dem zweiten inneren Kanal abgeleitet werden können und dass in dem zweiten Dichtungselement ein zweiter Durchlass im Bereich des Auslasskanals ausgebildet ist. Ein Vorteil dieser Ausgestaltung kann darin liegen, dass die Weiterleitung der Fluide weiter verbessert werden kann.
  • Bevorzugt ist bei der elektrochemischen Zelle der Auslasskanal als eine erste Aussparung im ersten Rahmenteil und/oder als eine zweite Aussparung im zweiten Rahmenteil ausgebildet. Ein Vorteil dieser Ausgestaltung kann darin liegen, dass die Montage der elektrochemischen Zellen vereinfacht wird. Ein weiterer Vorteil dieser Ausgestaltung kann darin liegen, dass die Reaktionsgase einfacher abgeführt werden können, ohne zusätzliche Beeinträchtigungen der elektrochemischen Zelle zu bewirken
  • Bevorzugt ist bei der elektrochemischen Zelle in dem Auslasskanal und/oder an dem Auslasskanal ein Sicherheitsbauteil angeordnet. Ein Vorteil dieser Ausgestaltung kann darin liegen, dass äußere Einwirkungen wie z. B. Feuchtigkeitseinträge oder Partikeleinträge aus der Umgebung besser vermieden werden können.
  • Bevorzugt sind bei der elektrochemischen Zelle in dem Auslasskanal und/oder an dem Auslasskanal zwei oder mehr Sicherheitsbauteile angeordnet, welche zu sukzessiven Öffnungen bei vorbestimmten Drücken des Fluides in dem Auslasskanal ausgestaltet sind. Ein Vorteil dieser Ausgestaltung kann darin liegen, dass der Druck eingestellt werden kann, bei welchen die Reaktionsgase abgeleitet werden.
  • Bevorzugt ist bei der elektrochemischen Zelle das Sicherheitsbauteil aus einer Sicherheitsbauteilgruppe ausgewählt worden, die aufweist: eine Membran, ein Ventil oder eine Rückschlagklappe. Besonders bevorzugt ist dies als ein Ventil ausgebildet. Ein Vorteil dieser Ausgestaltung kann darin liegen, dass der aktive Bereich besser vor äußeren Einwirkungen geschützt werden kann.
  • Bevorzugt ist bei der elektrochemischen an dem Auslasskanal und/oder in dem Auslasskanal ein Sensor, insbesondere ein Drucksensor angeordnet. Ein Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, dass die Funktionsfähigkeit der entsprechenden elektrochemischen Zellen besser erfasst werden kann.
  • Bevorzugt ist bei der elektrochemischen Zelle der Sensor drahtlos oder drahtgebunden mit einer Steuerung und/oder mit einer Anzeigevorrichtung verbunden. Ein Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, dass z. B. bei Erfassung einer Fehlfunktion einer elektrochemischen Zelle ein Schonbetrieb durchgeführt werden kann, welche weitergehenden Schädigungen der elektrochemischen Zelle verhindert, aber dennoch eine gewisse Leistungsabgabe ermöglicht. Dies gilt insbesondere in Verbindung mit einem Sicherheitsbauteil, welches ein Ventil aufweist oder bei dem mehrere Membranen für eine mehrstufige Öffnung angeordnet sind, so dass z. B. bei einer Öffnung nach der ersten Stufe noch ein Schonbetrieb der elektrochemischen Zelle gefahren werden kann, während bei einer Öffnung nach einer zweiten Stufe die betreffende elektrochemische Zelle abgetrennt oder abgeschaltet wird.
  • Bevorzugt ist bei der elektrochemischen die elektrochemische Zelle als eine flache zwei Stirnseiten und zwei Längsseiten aufweisende Zelle ausgebildet und dass an einer der beiden Stirnseiten Stromableiter angeordnet sind, während an der anderen der beiden Stirnseiten der Auslasskanal angeordnet ist. Ein Vorteil dieser Ausgestaltung kann darin liegen, dass die Sicherheit erhöht werden kann, indem der Wärmefluss bzw. der Stromfluss von einem möglichen Fluss der Reaktionsgase räumlich möglichst weit getrennt angeordnet sind.
  • Die Gestalt (d. h. insbesondere die Größe und die Geometrie) einer elektrochemischen Zelle ist beliebig und kann insbesondere abhängig von dem verfügbaren Verbauraum gewählt werden. Die elektrochemische Zelle kann insbesondere im Wesentlichen prismatisch ausgebildet sein.
  • Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Batteriesystem mit mehreren der vorstehend beschriebenen elektrochemischen Zellen. Dabei ist mindestens eine Abführung an den Auslasskanälen der einzelnen elektrochemischen Zellen zur Ableitung der austretenden Fluide angeordnet und ausgestaltet. Ein Vorteil eines solchen erfindungsgemäßen Batteriesystems kann darin liegen, dass die in den aktiven Bereichen der elektrochemischen Zellen auftretenden Reaktionsgase sicherer aus dem Batteriesystem geführt werden können. Ein anderer Vorteil dieses Batteriesystems kann darin liegen, dass eventuelle Schädigungen der elektrochemischen Zellen durch Reaktionsgase und/oder durch mechanische Belastungen verringert oder vermieden werden können.
  • Nachfolgend werden Varianten und bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Batteriesystems gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung beschrieben, die jeweils, soweit dies nicht ausdrücklich ausgeschlossen wird, auch beliebig miteinander kombiniert werden können. Bevorzugt sind bei dem Batteriesystem die den elektrochemischen Zellen zugeordneten Drucksensoren mit einer Batteriesteuerung drahtlos oder drahtgebunden verbunden. Ein Vorteil dieser Ausgestaltung des Batteriesystems kann darin liegen, dass ein Schonbetrieb gefährdeter elektrochemischer Zellen in Abhängigkeit von deren Belastung besser durchgeführt werden kann. Ein Vorteil dieser Ausgestaltung kann darin liegen, dass z. B. dem Fahrer eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs angezeigt werden kann, dass eine Wartung der Batterien erforderlich ist. Bevorzugt ist das Batteriesystem für den elektrischen Antrieb in einem Kraftfahrzeug ausgestaltet.
  • Nach einer bevorzugten Ausgestaltung ist insgesamt wenigstens eine Abführung in dem Batteriesystem angeordnet. Nach einer anderen bevorzugten Ausgestaltung ist jeweils wenigstens eine Abführung für die elektrochemischen Zellen in dem Batteriesystem angeordnet.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen. Es zeigen:
  • 1 eine perspektivische schematische Darstellung einer elektrochemischen Zelle mit einem Auslasskanal nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
  • 2 eine schematische Darstellung der elektrochemischen Zelle im Querschnitt, und
  • 3 eine vergrößerte schematische Darstellung der elektrochemischen Zelle im Bereich des Auslasskanals.
  • Die 1 zeigt eine perspektivische schematische Darstellung einer elektrochemischen Zelle 100 mit einem Auslasskanal 15 nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung und die 2 zeigt eine schematische Darstellung der elektrochemischen Zelle 100 nach dem Ausführungsbeispiel der 1 im Querschnitt. Die elektrochemischen Zelle 100 weist einen aktiven Bereich 6 mit einer eine Siegelnaht 5 aufweisenden Umhüllung 1 auf. Die Umhüllung 1 weist einen Randbereich 2 auf. Bevorzugt kann der Randbereich 2 von einem ersten Rahmenteil 21 und einem zweiten Rahmenteil 22 gehalten werden.
  • Bei dem in den 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel sind dem ersten Rahmenteil 21 ein erstes Dichtungselement 3 und dem zweiten Rahmenteil 22 ein zweites Dichtungselement 4 derart zugeordnet, dass an dem ersten Rahmenteil 21 ein erster innerer Kanal 10 entlang der Siegelnaht 5 zwischen der Umhüllung 1 und dem ersten Dichtungselement 3 gebildet werden kann und dass an dem zweiten Rahmenteil 22 entlang der Siegelnaht 5 ein zweiter innerer Kanal 11 zwischen der Umhüllung 1 und dem zweiten Dichtungselement 4 gebildet werden kann. Zur Ableitung der austretenden Fluide aus der elektrochemischen Zelle 100, insbesondere zur Ableitung von Reaktionsgasen aus der elektrochemischen Zelle 100 sind der erste innere Kanal 10 und der zweite innere Kanal 11 mit einem Auslasskanal 15 verbunden.
  • Die 3 eine vergrößerte schematische Darstellung der elektrochemischen Zelle 100 im Bereich des Auslasskanals 15. Bei dem in der 3 gezeigten Ausführungsbeispiel wird der Auslasskanal 15 von ersten Aussparung 23 in dem ersten Rahmenteil 21 und einer zweiten Aussparung 24 in dem zweiten Rahmenteil 22 gebildet. Ein Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, dass die Ableitung der Fluide aus der elektrochemischen Zelle 100, insbesondere der Reaktionsgase aus der elektrochemischen Zelle 100 gezielt auf eine Position erfolgen kann, an der die Fluide bzw. die Reaktionsgase von einer außerhalb der elektrochemischen Zelle 100 angeordneten Abführungsvorrichtung aufgenommen werden können, so dass z. B. Schädigungen benachbarter Zellen besser vermieden werden können.
  • Weiterhin kann bei einer bevorzugten Ausführungsform an bestimmten Positionen entlang des ersten inneren Kanal 10 oder des zweiten inneren Kanal 11 eine vorbestimmte Schwächung der Siegelnaht 5 derart ausgebildet sein, dass bei einem vorbestimmten Innendruck ein gezieltes Entweichen von Gasen über diese Schwächung des Siegelbereiches ermöglicht wird.
  • Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die elektrochemische Zelle 100 als eine zwei Stirnseiten und zwei Längsseiten aufweisende Flachzelle ausgestaltet, wobei das Zellengehäuse der elektrochemischen Zelle 100 ein erstes Rahmenteil 21, welches als ein Gehäuseoberteil ausgestaltet sein kann, und ein zweites Rahmenteil aufweist, welches als ein Gehäuseunterteil 22 ausgestaltet sein kann. Bevorzugt sind ein Ableiter erster Polarität und ein Ableiter zweiter Polarität an einer der beiden Stirnseiten angeordnet, während der Auslasskanal 15 an der anderen der beiden Stirnseite der Umhüllung 1 angebracht ist.
  • Das Gehäuseoberteil 21 und das Gehäuseunterteil 22 können eine Gehäuseoberteilaussparung 23 bzw. eine Gehäuseunterteilaussparung 24 aufweisen, welche derart ausgestaltet und angeordnet sind, dass über den Auslasskanal 15 austretenden Gase sicher aus der elektrochemischen Zelle 100 geleitet werden können.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Umhüllung des aktiven Bereichs
    2
    Randabschnitt
    3
    erstes Dichtungselement
    4
    zweites Dichtungselement
    5
    Siegelnaht
    6
    aktiver Bereich
    10
    erster innerer Kanal
    11
    zweiter innerer Kanal
    15
    Auslasskanal
    21
    erstes Rahmenteil
    22
    zweites Rahmenteil
    23
    Gehäuseoberteilaussparung
    24
    Gehäuseunterteilaussparung
    100
    elektrochemische Zelle
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102010034545 A1 [0004]

Claims (15)

  1. Elektrochemische Zelle (100) für einen elektrochemischen Energiespeicher, insbesondere für einen zur Anwendung in einem Kraftfahrzeug ausgestalteten Energiespeicher, wobei die elektrochemische Zelle (100) einen aktiven Bereich (6) mit einer mindestens eine Siegelnaht (5) aufweisenden Umhüllung (1) und ein die Umhüllung (1) zumindest teilweise umgebendes Zellengehäuse (21, 22) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Zellengehäuse (21, 22) mindestens einen der Siegelnaht (5) der Umhüllung zugewandt angeordneten inneren Kanal (10, 11) und einen Auslasskanal (15) zur Weiterleitung von an der Siegelnaht (5) aus der Umhüllung (1) austretenden Fluiden aufweist, wobei der innere Kanal (10, 11) mit dem Auslasskanal (15) verbunden ist und der Auslasskanal (15) zur Ableitung der Fluide nach außerhalb des Zellengehäuses (21, 22) angeordnet und ausgestaltet ist.
  2. Elektrochemische Zelle (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Siegelnaht (15) mindestens einen Sicherheitsbereich aufweist, welcher sich ab einen vorbestimmten Druck im aktiven Bereich (6) zur Ableitung der Fluide aus dem aktiven Bereich (6) öffnet.
  3. Elektrochemische Zelle (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Zellengehäuse ein erstes Rahmenteil (21) und ein zweites Rahmenteil (22) aufweist und die Umhüllung (1) einen entlang der Siegelnaht (5) angeordneten Randabschnitt (2) aufweist, wobei der Randabschnitt (2) zwischen dem ersten Rahmenteil (21) und dem zweites Rahmenteil (22) gehalten wird.
  4. Elektrochemische Zelle (100) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten Rahmenteil (21) und dem Randabschnitt (2) in einen erstem inneren Kanal (10) ein erstes Dichtungselement (3) derart angeordnet und ausgestaltet ist, dass die Fluide in dem ersten inneren Kanal (10) abgeleitet werden können und dass in dem ersten Dichtungselement (3) ein erster Durchlass im Bereich des Auslasskanals (15) ausgebildet ist.
  5. Elektrochemische Zelle (100) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem zweiten Rahmenteil (2) und dem Randabschnitt (2) in einem zweiten inneren Kanal (11) ein zweites Dichtungselement (4) derart angeordnet und ausgestaltet ist, dass die Fluide in dem zweiten inneren Kanal (11) abgeleitet werden können und dass in dem zweiten Dichtungselement (4) ein zweiter Durchlass im Bereich des Auslasskanals (15) ausgebildet ist.
  6. Elektrochemische Zelle (100) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslasskanal (15) als eine erste Aussparung (23) im ersten Rahmenteil (21) und/oder als eine zweite Aussparung (24) im zweiten Rahmenteil (22) ausgebildet ist.
  7. Elektrochemische Zelle (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in oder an dem Auslasskanal (15) ein Sicherheitsbauteil zur Druckentlastung angeordnet ist.
  8. Elektrochemische Zelle (100) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in oder an dem Auslasskanal (15) zwei oder mehr Sicherheitsbauteile angeordnet sind, welche so ausgestaltet sind, dass sie bei vorbestimmten Drücken des Fluides in dem Auslasskanal (15) sich sukzessive öffnen.
  9. Elektrochemische Zelle (100) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherheitsbauteil wenigstens eines der folgenden Elemente aufweist: eine Membran, ein Ventil oder eine Rückschlagklappe.
  10. Elektrochemische Zelle (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in oder an dem Auslasskanal (15) ein Sensor, insbesondere ein Drucksensor, angeordnet ist.
  11. Elektrochemische Zelle (100) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor drahtlos oder drahtgebunden mit einer Steuerung, mit einer Anzeigevorrichtung oder mit beiden verbunden ist.
  12. Elektrochemische Zelle (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrochemische Zelle (100) als eine flache zwei Stirnseiten und zwei Längsseiten aufweisende Zelle ausgebildet ist und dass an einer der beiden Stirnseiten Stromableiter angeordnet sind, während an der anderen der beiden Stirnseiten der Auslasskanal (15) angeordnet ist.
  13. Batteriesystem mit mehreren elektrochemischen Zellen (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Abführung an den Auslasskanälen (15) der einzelnen elektrochemischen Zellen (100) zur Ableitung der durch die Auslasskanäle austretenden Fluide angeordnet und ausgestaltet ist.
  14. Batteriesystem nach Anspruch 12 in Abhängigkeit von Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren in oder an den Auslasskanälen (15) der elektrochemischen Zellen (100) mit einer Batteriesteuerung drahtlos oder drahtgebunden verbunden sind.
  15. Batteriesystem nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass es für den elektrischen Antrieb in einem Kraftfahrzeug ausgestaltet ist.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US20080171259A1 (en) * 2004-03-31 2008-07-17 Nec Lamilion Energy, Ltd Fuji Jukogyo Kabushiki Kaisha Film Covered Electrical Device, Frame Member, And Housing System For Film Covered Electrical Device
DE102010034545A1 (de) 2010-08-17 2012-02-23 Li-Tec Battery Gmbh Elektrochemische Zelle mit wenigstens einer Druckentlastungsvorrichtung

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