DE102014106056A1 - Elektrochemische Zelle - Google Patents

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Christoph Tamegger
André Wiechert
Armin Diez
Wolfgang Fritz
Jan Groshert
Michael Kohnle
Ulrich Sauter
Thomas STRÄUßL
Selcuk Bülbül
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ElringKlinger AG
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Abstract

Um eine elektrochemische Zelle, umfassend ein Gehäuse, ein in einem Innenraum des Gehäuses angeordnetes elektrochemisches Element, eine an dem Gehäuse angeordnete Befüllöffnung zum Einbringen von Elektrolyt in das Gehäuse und ein Verschlusselement zum Verschließen der Befüllöffnung, zu schaffen, bei welcher mindestens ein Betriebsparameter der elektrochemischen Zelle genau und ohne wesentliche Zeitverzögerung gemessen werden kann, ohne dass hierfür eine zusätzliche Öffnung im Gehäuse der elektrochemischen Zelle benötigt wird, wird vorgeschlagen, dass an dem Verschlusselement Folgendes vorgesehen ist:
a) ein Sensor;
b) eine Durchführung für mindestens eine Signal- und/oder Versorgungsleitung eines Sensors;
und/oder
c) ein Kanal, durch den der Sensor vom Innenraum des Gehäuses aus zugänglich ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrochemische Zelle, welche ein Gehäuse, ein in einem Innenraum des Gehäuses angeordnetes elektrochemisches Element, eine an dem Gehäuse angeordnete Befüllöffnung zum Einbringen von Elektrolyt in das Gehäuse und ein Verschlusselement zum Verschließen der Befüllöffnung umfasst.
  • Im Montageprozess einer solchen elektrochemischen Zelle wird üblicherweise zunächst das elektrochemische Element, beispielsweise ein beschichtetes Folienpaket, in einen ersten Gehäuseteil eingebracht, dieser erste Gehäuseteil durch einen zweiten Gehäuseteil, insbesondere einen Gehäusedeckel, druckdicht verschlossen und anschließend ein Elektrolyt über die Befüllöffnung in den Innenraum des Gehäuses eingebracht. Die Befüllöffnung wird anschließend mittels des Verschlusselements verschlossen.
  • Zur Gewährleistung eines sicheren Betriebs von elektrochemischen Zellen, insbesondere Lithium-Ionen-Akkumulatoren, sollen die elektrochemischen Zellen möglichst kontinuierlich auf ihre Betriebsparameter hin überwacht werden. Relevante Parameter sind insbesondere die Zellspannung, der Stromfluss, die Zelltemperatur und der Zellinnendruck.
  • Während die Zellspannung und der Stromfluss relativ einfach zu erfassen sind, da sie von außerhalb der elektrochemischen Zelle an den Zellterminals abgegriffen werden können, ist die korrekte Messung der Größen Zelltemperatur und Zellinnendruck aufwendiger.
  • Eine Messung von Zelltemperatur und Zellinnendruck von außerhalb des Zellgehäuses ist mit großer Messunsicherheit sowie einer zeitlichen Verzögerung verbunden und bringt somit deutliche Einbußen in der Sicherheit der Zellüberwachung mit sich.
  • Es ist daher bekannt, einen Sensor zur Erfassung der Zelltemperatur innerhalb des Gehäuses der elektrochemischen Zelle anzuordnen.
  • Um einen solchen Sensor in das Gehäuse einführen zu können, wird das Gehäuse mit einer zusätzlichen Öffnung versehen. Jede zusätzliche Öffnung bedeutet aber einen erhöhten Herstellungsaufwand und hat negative Auswirkungen auf die mechanische Stabilität und Dichtheit des Gehäuses.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrochemische Zelle der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welcher mindestens ein Betriebsparameter der elektrochemischen Zelle genau und ohne wesentliche Zeitverzögerung gemessen werden kann, ohne dass hierfür eine zusätzliche Öffnung im Gehäuse der elektrochemischen Zelle benötigt wird.
  • Diese Aufgabe wird bei einer elektrochemischen Zelle gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass an dem Verschlusselement zum Verschließen der Befüllöffnung Folgendes vorgesehen ist:
    • a) ein Sensor;
    • b) eine Durchführung für mindestens eine Signal- und/oder Versorgungsleitung eines Sensors;
    und/oder
    • c) ein Kanal, durch den der Sensor vom Innenraum des Gehäuses aus zugänglich ist.
  • Der Erfindung liegt somit das Konzept zugrunde, den Sensor selbst und/oder mindestens eine Signal- und/oder Versorgungsleitung des Sensors in das Verschlusselement zu integrieren, welches ohnehin zum Verschließen der Befüllöffnung, welche zum Einbringen von Elektrolyt in das Gehäuse der elektrochemischen Zelle dient, benötigt wird.
  • Durch die Integration dieser zusätzlichen Funktion in das Verschlusselement wird die Messung von Betriebsparametern im Innenraum des Gehäuses der elektrochemischen Zelle deutlich vereinfacht, da eine sonst zusätzlich abzudichtende Durchtrittsöffnung im Gehäuse eingespart werden kann und/oder die Herstellung einer fluiddichten Durchführung für die mindestens eine Signal- und/oder Versorgungsleitung vom relativ großen Gehäuse der elektrochemischen Zelle in das relativ kleine, einfach zu handhabende Bauteil des Verschlusselements verlagert wird.
  • Bei der erfindungsgemäßen elektrochemischen Zelle kann mindestens ein Betriebsparameter der elektrochemischen Zelle ohne größere Ungenauigkeiten und Zeitverzögerungen ermittelt werden.
  • Daher kann eine dem Sensor nachgeschaltete Überwachungs- oder Steuervorrichtung präzise und ohne wesentliche zeitliche Verzögerung auf nicht plausible oder potentiell gefährliche Zustände der elektrochemischen Zelle reagieren.
  • Das Verschlusselement kann beispielsweise als ein Befüllstopfen ausgebildet sein.
  • Die elektrochemische Zelle kann insbesondere als eine Lithium-Ionen-Batterie oder ein Lithium-Ionen-Akkumulator ausgebildet sein.
  • Das elektrochemische Element, das im Innenraum der elektrochemischen Zelle angeordnet ist, kann insbesondere als ein Folienpaket ausgebildet sein.
  • Durch Auswertung des Signals des Sensors kann eine Aussage über den Ladezustand ("status of charge", SOC) und/oder über den Gesundheitszustand ("status of health", SOH) der elektrochemischen Zelle getroffen werden.
  • Die Durchführung für mindestens eine Signal- und/oder Versorgungsleitung eines Sensors durch das Verschlusselement ist vorzugsweise fluiddicht, insbesondere elektrolytdicht, ausgebildet.
  • Die mindestens eine Signal- und/oder Versorgungsleitung dient zur Übermittlung von Signalen von dem Sensor zu einer außerhalb der elektrochemischen Zelle angeordneten Überwachungs- und/oder Steuervorrichtung und/oder zur Versorgung des Sensors mit einer erforderlichen Betriebsspannung oder einem erforderlichen Betriebsstrom, von einer außerhalb der elektrochemischen Zelle angeordneten Spannungsquelle oder Stromquelle.
  • Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Verschlusselement einen Grundkörper umfasst, der zumindest teilweise, vorzugsweise im Wesentlichen vollständig, aus einem metallischen Material, einem Kunststoffmaterial, einem Gummimaterial, einem Klebstoff und/oder einem Dichtstoff gebildet ist.
  • Ferner ist bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass ein an das Verschlusselement angrenzender Bereich, insbesondere ein die Befüllöffnung umgebender Randbereich, des Gehäuses zumindest teilweise, vorzugsweise im Wesentlichen vollständig, aus einem metallischen Material, einem Kunststoffmaterial und/oder einem Gummimaterial gebildet ist.
  • Ferner ist bei bevorzugten Ausgestaltungen der Erfindung vorgesehen, dass mindestens eine Signal- und/oder Versorgungsleitung des Sensors stoffschlüssig, formschlüssig und/oder kraftschlüssig mit einem Grundkörper des Verschlusselements verbunden ist.
  • Insbesondere kann vorgesehen sein, dass mindestens eine Signal- und/oder Versorgungsleitung des Sensors durch Umspritzen, Vergießen, Verkleben und/oder Einklemmen mit einem Grundkörper des Verschlusselements verbunden ist.
  • Das Verschlusselement kann stoffschlüssig, formschlüssig und/oder kraftschlüssig mit dem Gehäuse der elektrochemischen Zelle verbunden sein.
  • Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Verschlusselement durch Verstemmen, Verkleben, Vernieten, Bajonettverschluss, Verrasten, Spreizen, Verschweißen, Ultraschallschweißen, Reibschweißen, Reibrührschweißen und/oder Laserschweißen mit dem Gehäuse verbunden ist.
  • Bei besonderen Ausgestaltungen der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Verschlusselement als ein Blindniet und/oder als ein Spreizniet ausgebildet ist.
  • Ferner kann bei besonderen Ausgestaltungen der Erfindung vorgesehen sein, dass die mindestens eine Signal- und/oder Versorgungsleitung zumindest abschnittsweise eine blanken Draht, ein blankes Drahtbündel, einen isolierten Draht, ein isoliertes Drahtbündel, einen aus einem Ausgangsmaterial herausgetrennten Leiter aus einem blanken oder isolierten elektrisch leitfähigen Material, eine auf einen elektrisch isolierenden Körper aufgebrachte elektrisch leitfähige Beschichtung und/oder einen in eine starre oder flexible Leiterplatte integrierten elektrischen Leiter umfasst.
  • Das Heraustrennen des Leiters aus einem blanken oder isolierten elektrisch leitfähigen Material aus dem Ausgangsmaterial kann beispielsweise durch Ausstanzen, Schneiden, Laserschneiden und/oder Wasserstrahlschneiden erfolgen.
  • Das blanke oder isolierte elektrisch leitfähige Material kann insbesondere ein metallisches Material umfassen, besonders bevorzugt im Wesentlichen vollständig aus einem metallischen Material gebildet sein.
  • Eine elektrisch leitfähige Beschichtung kann auf einen elektrisch isolierenden Körper beispielsweise durch galvanische oder chemische Beschichtung, durch Heißprägen, Aufsprühen und/oder Jetten, aufgebracht werden.
  • Bei einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Sensor eine messempfindliche Sensorfläche umfasst, die im Innenraum des Gehäuses angeordnet ist. Hierdurch ist die Erfassung eines Betriebsparameters direkt im Innenraum des Gehäuses der elektrochemischen Zelle möglich.
  • Alternativ oder ergänzend hierzu kann auch vorgesehen sein, dass der Sensor an einer dem Innenraum des Gehäuses abgewandten Außenseite des Verschlusselements angeordnet ist.
  • In diesem Fall kann beispielsweise vorgesehen sein, dass das Verschlusselement einen Kanal umfasst, durch den der Sensor vom Innenraum des Gehäuses aus zugänglich ist.
  • Hierdurch kann beispielsweise ein Gas oder ein Gasgemisch aus dem Innenraum des Gehäuses durch den Kanal zu dem Sensor gelangen, um beispielsweise eine Temperatur, eine Gaskonzentration und/oder eine Gaszusammensetzung, die im Innenraum des Gehäuses vorhanden ist, zumindest annähernd zu erfassen.
  • Alternativ oder ergänzend hierzu kann auch vorgesehen sein, dass das Verschlusselement mit einem im Innenraum des Gehäuses angeordneten Bauteil der elektrochemischen Zelle, beispielsweise mit dem elektrochemischen Element, in Kontakt steht.
  • Insbesondere dann, wenn das Verschlusselement aus einem wärmeleitfähigen Material gebildet ist, kann in diesem Fall die Temperatur des im Innenraum des Gehäuses angeordneten Bauteils zumindest näherungsweise mittels eines Sensors erfasst werden, der an einer dem Innenraum des Gehäuses abgewandten Außenseite des Verschlusselements angeordnet ist.
  • Besonders günstig ist es dabei, wenn das Verschlusselement in dem Innenraum des Gehäuses zu dem im Innenraum des Gehäuses angeordneten Bauteil der elektrochemischen Zelle hin vorspringt.
  • Ferner kann vorgesehen sein, dass der Sensor eine Anschlussstelle für mindestens eine Signal- und/oder Versorgungsleitung umfasst, wobei die Anschlussstelle im Innenraum des Gehäuses angeordnet ist.
  • In diesem Fall wird die mindestens eine Signal- und/oder Versorgungsleitung vorzugsweise fluiddicht, insbesondere elektrolytdicht, durch das Verschlusselement hindurch geführt.
  • Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, dass der Sensor eine Anschlussstelle für mindestens eine Signal- und/oder Versorgungsleitung umfasst, wobei die Anschlussstelle in einem Außenraum des Gehäuses angeordnet ist.
  • In diesem Fall kann auf eine fluiddichte Durchführung der Signal- und/oder Versorgungsleitung durch das Verschlusselement hindurch verzichtet werden, was die Herstellung der erfindungsgemäßen elektrochemischen Zelle vereinfacht.
  • Der Sensor der elektrochemischen Zelle kann grundsätzlich zum Erfassen beliebiger Betriebsparameter der elektrochemischen Zelle ausgebildet sein.
  • Bei bevorzugten Ausgestaltungen der Erfindung ist vorgesehen, dass der Sensor zum Erfassen eines Drucks, einer Temperatur, einer Feuchte, eines Gasbestandteils und/oder einer Gaszusammensetzung ausgebildet ist.
  • Der Sensor kann als ein Analogbauteil, ein Digitalbauteil, ein bedrahtetes Bauteil, ein SMD("surface-mounted device")-Bauteil und/oder ein in einem Sensorgehäuse montiertes Bauteil ausgebildet sein.
  • Ein solches Sensorgehäuse kann insbesondere zumindest teilweise, vorzugsweise im Wesentlichen vollständig, aus einem Kunststoffmaterial, einem metallischen Material, einem Glasmaterial und/oder einem Keramikmaterial gebildet sein.
  • Die elektrochemische Zelle kann insbesondere als eine Akkumulatorzelle, insbesondere für den Betrieb eines Kraftfahrzeugs, ausgebildet sein.
  • Die erfindungsgemäße elektrochemische Zelle wird vorzugsweise in einem Verfahren hergestellt, bei welchem ein elektrochemisches Element in einen Innenraum eines Gehäuses der elektrochemischen Zelle eingebracht wird, ein Elektrolyt durch eine an dem Gehäuse angeordnete Befüllöffnung in das Gehäuse eingefüllt wird und anschließend die Befüllöffnung mittels eines Verschlusselements verschlossen wird, wobei an dem Verschlusselement Folgendes vorgesehen ist:
    • a) ein Sensor;
    • b) eine Durchführung für mindestens eine Signal- und/oder Versorgungsleitung eines Sensors;
    und/oder
    • c) ein Kanal, durch den der Sensor vom Innenraum des Gehäuses aus zugänglich ist.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen.
  • In den Zeichnungen zeigen:
  • 1 einen schematischen Längsschnitt durch eine elektrochemische Zelle einer elektrochemischen Vorrichtung, wobei die Schnittebene durch ein elektrochemisches Element, ein Gehäuse, zwei Zellterminals und zwei Verbindungsleiter, welche die Zellterminals mit dem elektrochemischen Element elektrisch leitend verbinden, verläuft;
  • 2 eine der 1 entsprechende Schnittdarstellung der elektrochemischen Zelle, wobei ein Verschlusselement zum Verschließen einer Befüllöffnung der elektrochemischen Zelle entfernt oder noch nicht eingesetzt worden ist, um einen Innenraum der elektrochemischen Zelle mit Elektrolyt befüllen zu können;
  • 3 eine vergrößerte Darstellung des Bereichs I aus 1 bei einer ersten Ausführungsform der elektrochemischen Zelle, bei welcher mindestens eine Signal- und/oder Versorgungsleitung aus einem Außenraum der elektrochemischen Zelle durch einen Grundkörper des Verschlusselements zu einem Sensor im Innenraum der elektrochemischen Zelle hindurch geführt ist und mindestens eine Signal- und/oder Versorgungsleitung flexibel ausgebildet ist;
  • 4 eine der 3 entsprechende Schnittdarstellung einer zweiten Ausführungsform der elektrochemischen Zelle, bei welcher mindestens eine Signal- und/oder Versorgungsleitung starr ausgebildet ist;
  • 5 eine der 3 entsprechende Schnittdarstellung der elektrochemischen Zelle bei einer dritten Ausführungsform der elektrochemischen Zelle, bei welcher mindestens eine Signal- und/oder Versorgungsleitung in einen Grundkörper des Verschlusselements integriert und der Sensor an einen an einer Stirnfläche des Grundkörpers anliegenden Abschnitt der Signal- und/oder Versorgungsleitung angeschlossen ist;
  • 6 eine schematische Darstellung eines Sensors mit mindestens einer flexiblen Signal- und/oder Versorgungsleitung, wobei der Sensor in ein Gießmaterial, beispielsweise Epoxidharz oder Glas, eingegossen ist;
  • 7 eine schematische Darstellung eines Sensors mit mindestens einer flexiblen Signal- und/oder Versorgungsleitung, wobei der Sensor ein Sensorgehäuse aus einem metallischen Material, einem Kunststoffmaterial und/oder einem Keramikmaterial aufweist;
  • 8 eine schematische perspektivische Darstellung eines Sensors, der als ein SMD-Sensor ausgebildet ist;
  • 9 eine schematische Darstellung eines Sensors mit mindestens einer starren Signal- und/oder Versorgungsleitung, wobei der Sensor ein Sensorgehäuse aus einem metallischen Material, einem Kunststoffmaterial und/oder einem Keramikmaterial aufweist und für eine Durchsteckmontage ("through-hole technology", THT) ausgebildet ist;
  • 10 eine vergrößerte Darstellung des Bereichs I aus 1 bei einer vierten Ausführungsform der elektrochemischen Zelle, bei welcher ein Grundkörper des Verschlusselements durch Verstemmen mit Rückhalteelementen des Gehäuses der elektrochemischen Zelle verbunden wird, vor dem Verstemmvorgang;
  • 11 eine der 10 entsprechende Schnittdarstellung der vierten Ausführungsform, nach dem Durchführen des Verstemmvorgangs;
  • 12 eine der 10 entsprechende Schnittdarstellung bei einer fünften Ausführungsform der elektrochemischen Zelle, bei welcher zwischen dem Grundkörper des Verschlusselements und dem Gehäuse ein Dichtelement angeordnet ist, vor der Durchführung des Verstemmvorgangs;
  • 13 eine der 12 entsprechende Schnittdarstellung der fünften Ausführungsform, nach der Durchführung des Verstemmvorgangs;
  • 14 eine vergrößerte Darstellung des Bereichs I aus 1 bei einer sechsten Ausführungsform der elektrochemischen Zelle, bei welcher ein Grundkörper des Verschlusselements als ein Klebstoff-Pfropfen ausgebildet ist;
  • 15 eine vergrößerte Darstellung des Bereichs I aus 1 bei einer siebten Ausführungsform der elektrochemischen Zelle, bei welcher das Verschlusselement als eine Blindnietmutter ausgebildet ist, vor der Verformung der Blindnietmutter;
  • 16 eine der 15 entsprechende Schnittdarstellung der siebten Ausführungsform, nach der Verformung der Blindnietmutter, aber vor der Entfernung eines in die Blindnietmutter eingesetzten Gewindebolzens;
  • 17 eine den 15 und 16 entsprechende Schnittdarstellung der siebten Ausführungsform, nach der Verformung der Blindnietmutter und nach dem Entfernen des Gewindebolzens aus der Blindnietmutter;
  • 18 eine vergrößerte Darstellung des Bereichs I aus 1 bei einer achten Ausführungsform der elektrochemischen Zelle, bei welcher das Verschlusselement als ein Blindniet ausgebildet ist, vor dem Einbringen des Blindniets in die Befüllöffnung;
  • 19 eine der 18 entsprechende Schnittdarstellung der achten Ausführungsform, nach dem Einsetzen des Blindniets in die Befüllöffnung, aber vor dem Verformen des Blindniets;
  • 20 eine den 18 und 19 entsprechende Schnittdarstellung der achten Ausführungsform, nach dem Verformen des Blindniets;
  • 21 eine schematische perspektivische Darstellung der Befüllöffnung, eines die Befüllöffnung umgebenden Bereichs des Gehäuses der elektrochemischen Zelle und eines Verschlusselements, das durch einen Bajonettverschluss an dem Gehäuse im Bereich der Befüllöffnung festlegbar ist, vor dem Einbringen des Verschlusselements in die Befüllöffnung;
  • 22 eine der 21 entsprechende perspektivische Darstellung der neunten Ausführungsform, nach dem Einbringen des Verschlusselements in die Befüllöffnung, aber vor einem Drehvorgang zur Verriegelung des Verschlusselements an dem Gehäuse;
  • 23 eine den 21 und 22 entsprechende perspektivische Darstellung der neunten Ausführungsform, nach der Durchführung eines Drehvorgangs zur Verriegelung des Verschlusselements an dem Gehäuse;
  • 24 bis 26 den 21 bis 23 entsprechende Schnittdarstellungen, welche die aufeinanderfolgenden Phasen der Montage des Verschlusselements an dem Gehäuse der elektrochemischen Zelle darstellen;
  • 27 eine vergrößerte Darstellung des Bereichs I aus 1 bei einer zehnten Ausführungsform der elektrochemischen Zelle, bei welcher ein Grundkörper des Verschlusselements durch Verrasten an einem die Befüllöffnung umgebenden Bereich des Gehäuses der elektrochemischen Zelle festgelegt wird, vor dem Einbringen des Verschlusselements in die Befüllöffnung;
  • 28 eine der 27 entsprechende Schnittdarstellung der zehnten Ausführungsform, nachdem das Verschlusselement in die Befüllöffnung eingebracht und mit dem Gehäuse verrastet worden ist;
  • 29 eine der 27 entsprechende Schnittdarstellung einer elften Ausführungsform der elektrochemischen Zelle, bei welcher der Grundkörper des Verschlusselements an seiner dem Gehäuse zugewandten Seite mit einem Dichtelement versehen ist, vor dem Einbringen des Verschlusselements in die Befüllöffnung;
  • 30 eine der 29 entsprechende Schnittdarstellung der elften Ausführungsform, nachdem das Verschlusselement in die Befüllöffnung eingebracht und mit dem Gehäuse verrastet worden ist;
  • 31 eine vergrößerte Darstellung des Bereichs I aus 1 bei einer zwölften Ausführungsform der elektrochemischen Zelle, bei welcher das Verschlusselement einen Spreizniet umfasst, vor dem Einbringen des Verschlusselements in die Befüllöffnung;
  • 32 eine der 31 entsprechende Schnittdarstellung der zwölften Ausführungsform, nach dem Einbringen des Verschlusselements in die Befüllöffnung, aber vor dem Aufspreizen des Spreizniets;
  • 33 eine den 31 und 32 entsprechende Schnittdarstellung der zwölften Ausführungsform, nach dem Aufspreizen des Spreizniets;
  • 34 eine vergrößerte Darstellung des Bereichs I aus 1 bei einer dreizehnten Ausführungsform der elektrochemischen Zelle, bei welcher ein Grundkörper des Verschlusselements mit einer Beschichtung des Gehäuses im Randbereich der Befüllöffnung der elektrochemischen Zelle verschweißt wird, vor dem Schweißvorgang;
  • 35 eine der 34 entsprechende Schnittdarstellung der dreizehnten Ausführungsform, nach dem Schweißvorgang;
  • 36 eine vergrößerte Darstellung des Bereichs I aus 1 bei einer vierzehnten Ausführungsform der elektrochemischen Zelle, bei welcher ein Grundkörper des Verschlusselements mit dem Gehäuse im Randbereich der Befüllöffnung der elektrochemischen Zelle verschweißt wird, vor dem Schweißvorgang;
  • 37 eine der 36 entsprechende Schnittdarstellung der vierzehnten Ausführungsform, nach dem Schweißvorgang;
  • 38 eine vergrößerte Darstellung des Bereichs I aus 1 bei einer fünfzehnten Ausführungsform der elektrochemischen Zelle, bei welcher ein Grundkörper des Verschlusselements durch Laserschweißung mit dem Gehäuse der elektrochemischen Zelle verbunden wird, vor dem Schweißvorgang;
  • 39 eine der 38 entsprechende Schnittdarstellung der fünfzehnten Ausführungsform, während des Schweißvorgangs;
  • 40 eine vergrößerte Darstellung des Bereichs I aus 1 bei einer sechzehnten Ausführungsform der elektrochemischen Zelle, bei welcher das Verschlusselement ein Gewinde aufweist, das mit einem hierzu komplementären Gewinde an dem Gehäuse der elektrochemischen Zelle verschraubt wird, vor dem Einbringen des Verschlusselements in die Befüllöffnung;
  • 41 eine der 40 entsprechende Schnittdarstellung der sechzehnten Ausführungsform, nach dem Einbringen des Verschlusselements in die Befüllöffnung;
  • 42 eine vergrößerte Darstellung des Bereichs I aus 1 bei einer siebzehnten Ausführungsform der elektrochemischen Zelle, bei welcher das Verschlusselement ein Gewinde aufweist, das in ein hierzu komplementäres Gewinde eines Gewindeelements, das an dem Gehäuse der elektrochemischen Zelle festgelegt ist, eingeschraubt wird, vor dem Einbringen des Verschlusselements in die Befüllöffnung;
  • 43 eine der 42 entsprechende Schnittdarstellung der siebzehnten Ausführungsform, nach dem Einbringen des Verschlusselements in die Befüllöffnung;
  • 44 eine vergrößerte Darstellung des Bereichs I aus 1 bei einer achtzehnten Ausführungsform der elektrochemischen Zelle, bei welcher das Verschlusselement einen verformbaren Blindniet umfasst, vor dem Verformen des Blindniets;
  • 45 eine der 44 entsprechende Schnittdarstellung der achtzehnten Ausführungsform, nach dem Verformen des Blindniets;
  • 46 eine vergrößerte Darstellung des Bereichs I aus 1 bei einer neunzehnten Ausführungsform der elektrochemischen Zelle, bei welcher der Sensor eine Anschlussstelle für mindestens eine Signal- und/oder Versorgungsleitung umfasst, welche in einem Außenraum des Gehäuses der elektrochemischen Zelle angeordnet ist;
  • 47 eine vergrößerte Darstellung des Bereichs I aus 1 bei einer zwanzigsten Ausführungsform der elektrochemischen Zelle, bei welcher der Sensor an einer dem Innenraum des Gehäuses abgewandten Außenseite des Verschlusselements angeordnet ist und das Verschlusselement im montierten Zustand der elektrochemischen Zelle mit einem im Innenraum des Gehäuses angeordneten Bauteil in Kontakt steht, von dem eine Messgröße, insbesondere eine Temperatur, erfasst werden soll, vor dem Einbringen des Verschlusselements in die Befüllöffnung; und
  • 48 eine der 47 entsprechende Schnittdarstellung der zwanzigsten Ausführungsform, nach dem Einbringen des Verschlusselements in die Befüllöffnung.
  • Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
  • Eine in den 1 bis 3 dargestellte, als Ganzes mit 100 bezeichnete elektrochemische Zelle umfasst ein Gehäuse 102, welches ein- oder mehrteilig ausgebildet sein kann, ein in dem Gehäuse 102 angeordnetes elektrochemisches Element 104 mit einem ersten Anschluss 106 und einem zweiten Anschluss 108, ein erstes Zellterminal 110 und ein zweites Zellterminal 112, einen das erste Zellterminal 110 mit dem ersten Anschluss 106 des elektrochemischen Elements 104 elektrisch leitend verbindenden ersten Verbindungsleiter 114 und einen das zweite Zellterminal 112 elektrisch leitend mit dem zweiten Anschluss 108 des elektrochemischen Elements 104 verbindenden zweiten Verbindungsleiter 116.
  • Ferner umfasst die elektrochemische Zelle 100, wie insbesondere aus der vergrößerten Darstellung der 3 zu ersehen ist, eine Befüllöffnung 118, die an dem Gehäuse 102 vorgesehen ist und durch welche hindurch ein Elektrolyt 120 in einen von dem Gehäuse 102 umgebenen Innenraum 122 des Gehäuses 102 der elektrochemischen Zelle 100 einfüllbar ist, wie dies schematisch in 2 dargestellt ist.
  • Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, dass der Elektrolyt dem Innenraum 122 durch eine Elektrolytleitung 124 zugeführt wird, wobei während eines Befüllvorgangs ein Ende der Elektrolytleitung 124 sich durch die Befüllöffnung 118 in den Innenraum 122 des Gehäuses 102 der elektrochemischen Zelle 100 hinein erstrecken kann.
  • Nach dem Befüllvorgang wird die Befüllöffnung 118 mittels eines Verschlusselements 126 elektrolytdicht verschlossen.
  • Das Verschlusselement 126 umfasst einen Grundkörper 128, der die Befüllöffnung 118 verschließt und an dem Gehäuse 102 direkt oder indirekt, lösbar oder unlösbar, festgelegt ist.
  • Bei der in 3 dargestellten ersten Ausführungsform der elektrochemischen Zelle 100 erstreckt sich (im montierten Zustand der elektrochemischen Zelle 100) durch den Grundkörper 128 des Verschlusselements 126 mindestens eine Signal- und/oder Versorgungsleitung 130 hindurch bis in den Innenraum 122 hinein.
  • Dabei ist die mindestens eine Signal- und/oder Versorgungsleitung 130 fluiddicht, insbesondere elektrolytdicht, durch den Grundkörper 128 des Verschlusselements 126 hindurch geführt.
  • Die mindestens eine Signal- und/oder Versorgungsleitung 130 ist an eine Anschlussstelle 132 eines Sensors 134 angeschlossen, wobei sich die Anschlussstelle 132 bei dieser Ausführungsform im Innenraum 122 des Gehäuses 102 der elektrochemischen Zelle 100 befindet.
  • Ein dem Sensor 134 abgewandtes Ende der Signal- und/oder Versorgungsleitung 130 ist in einem Außenraum 136 der elektrochemischen Zelle 100 an eine (nicht dargestellte) Überwachungsvorrichtung zur Überwachung der elektrochemischen Zelle 100 oder zur Überwachung einer mehrere elektrochemische Zellen 100 umfassenden elektrochemischen Vorrichtung und/oder an eine Spannungsversorgungseinrichtung oder eine Stromversorgungseinrichtung angeschlossen.
  • Über die Signal- und/oder Versorgungsleitung 130 sind somit elektrische Signale von dem Sensor 134 zu der Überwachungsvorrichtung und/oder von der Überwachungsvorrichtung zu dem Sensor übertragbar, und/oder der Sensor 134 ist über die Signal- und/oder Versorgungsleitung 130 mit einer für den Betrieb des Sensors 134 erforderlichen Spannung und/oder mit einem für den Betrieb des Sensors 134 erforderlichen Strom versorgbar.
  • Vorzugsweise sind zwei oder mehr Signal- und/oder Versorgungsleitungen 130 vorgesehen, welche den Sensor 134 mit jeweils einer Anschlussstelle an einer externen Vorrichtung verbinden.
  • Der Sensor 134 kann beispielsweise dazu dienen, einen Druck im Innenraum 122, eine Temperatur im Innenraum 122, eine Feuchte eines Gasbestandteils im Innenraum 122 und/oder eine Gaszusammensetzung und/oder eine Gaskonzentration im Innenraum 122 zu erfassen.
  • Eine externe Überwachungsvorrichtung, mit welcher der Sensor 134 mittels der mindestens einen Signal- und/oder Versorgungsleitung 130 verbunden ist, beispielsweise ein Batterie-Management-System ("battery management system", BMS), ist dazu ausgebildet, Signale des Sensors 134 auszuwerten.
  • Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Abruf von elektrischer Leistung aus der elektrochemischen Zelle 100 von der externen Steuervorrichtung in Abhängigkeit von einem Signal des Sensors 134 gesteuert oder geregelt wird und/oder dass eine Notabschaltung der elektrochemischen Zelle 100 in Abhängigkeit von einem Signal des Sensors 134 ausgelöst wird.
  • Durch den Sensor 134 ist es möglich, betriebskritische Zustände präventiv zu erkennen und zu vermeiden und/oder frühzeitig zu beenden.
  • Der Sensor 134 kann beispielsweise als ein Analogbauteil, ein Digitalbauteil, ein bedrahtetes Bauteil, ein SMD-Bauteil ("surface mounted design"-Bauteil) und/oder als ein in einem Sensorgehäuse 138 montiertes Bauteil ausgebildet sein.
  • Sensoren 134 mit einem Sensorgehäuse 138 sind beispielhaft in den 6 bis 9 dargestellt.
  • Der in 6 dargestellte Sensor 134 umfasst ein Sensorgehäuse 138, das aus einem Gießmaterial, beispielsweise aus einem Kunststoffmaterial, insbesondere Epoxidharz, oder aus einem Glasmaterial, gegossen ist.
  • Dieser Sensor 134 kann beispielsweise an flexible Signal- und/oder Versorgungsleitungen 130 angeschlossen sein.
  • 7 zeigt einen Sensor 134 mit einem Sensorgehäuse 138, das beispielsweise aus einem metallischen Material, einem Kunststoffmaterial und/oder einem keramischen Material gebildet ist.
  • Dieser Sensor 134 kann beispielsweise an flexible Signal- und/oder Versorgungsleitungen 130 angeschlossen sein.
  • 8 zeigt einen Sensor 134, der als ein SMD-Sensor ausgebildet ist und ein Sensorgehäuse 138 aufweist, aus welchem mehrere Anschlusspins 140 hervorstehen.
  • Die Anschlusspins 140 sind, beispielsweise durch Verlötung oder Verschweißung, mit den zum Sensor 134 führenden Signal- und/oder Versorgungsleitungen 130 verbindbar.
  • 9 zeigt einen Sensor 134 mit einem Sensorgehäuse 138, das beispielsweise aus einem metallischen Material, einem Kunststoffmaterial und/oder einem keramischen Material gebildet sein kann.
  • Der Sensor 134 ist an starre Signal- und/oder Versorgungsleitungen 130 angeschlossen.
  • Dieser Sensor 134 ist insbesondere als THT-Sensor verwendbar, das heißt für eine Durchsteckmontage ("through-hole technology").
  • Das in 3 dargestellte Verschlusselement 126 der ersten Ausführungsform der elektrochemischen Zelle 100 kann beispielsweise in situ im Bereich der Befüllöffnung 118 dadurch hergestellt werden, dass zu dem Grundkörper 128 des Verschlusselements 126 komplementäre Gießformen an eine Außenseite 142 und an eine Innenseite 144 des Gehäuses 102 angelegt werden, die Abschnitte 146 der Signal- und/oder Versorgungsleitungen 130 in den von den Gießformen umschlossenen Hohlraum eingelegt werden und dieser Hohlraum, insbesondere mit einem Kunststoffmaterial, einem Glasmaterial und/oder einem keramischen Material, gefüllt wird, insbesondere durch Einspritzen und/oder Eingießen des betreffenden Materials in den Hohlraum.
  • Nach dem Aushärten des jeweiligen Materials können die Gießformen abgenommen werden, und die Herstellung des Verschlusselements 126 an der Befüllöffnung 118 abgeschlossen.
  • Ein Bereich 148 des Grundkörpers 128 des Verschlusselements 126 hintergreift das Gehäuse 102 in einem Randbereich 150 des Gehäuses 102, welcher die Befüllöffnung 118 berandet.
  • Hierdurch ist an dem Grundkörper 128 des Verschlusselements 126 eine Hinterschneidung ausgebildet, welche ein unbeabsichtigtes Herausbewegen des Verschlusselements 126 aus der Befüllöffnung 118 verhindert.
  • Alternativ zu der vorstehend beschriebenen Vorgehensweise kann das Verschlusselement 126 auch separat von dem Gehäuse 102 hergestellt und anschließend an dem Gehäuse 102 festgelegt werden, beispielsweise durch Einpressung und/oder Verrastung.
  • In diesem Fall ist es günstig, wenn der Bereich 148 des Grundkörpers 128 des Verschlusselements 126, welcher im montierten Zustand des Verschlusselements 126 den Randbereich 150 des Gehäuses 102 hintergreift, so flexibel und vorzugsweise auch elastisch ausgebildet ist, dass er derart verformbar ist, dass er durch die Befüllöffnung 118 hindurch bewegt werden kann, wenn das Verschlusselement 126 an der Befüllöffnung 118 montiert wird.
  • Der Grundkörper 128 des Verschlusselements 126 kann zumindest teilweise, vorzugsweise im Wesentlichen vollständig, aus einem metallischen Material, einem Kunststoffmaterial, einem Gummimaterial, einem Klebstoff oder einem Dichtstoff gebildet sein.
  • Der an das Verschlusselement 126 angrenzende Randbereich des Gehäuses 102 der elektrochemischen Zelle 100 kann zumindest teilweise, vorzugsweise im Wesentlichen vollständig, aus einem metallischen Material, einem Kunststoffmaterial oder einem Gummimaterial gebildet sein.
  • Die mindestens eine Signal- und/oder Versorgungsleitung 130 des Sensors 134 kann stoffschlüssig, formschlüssig und/oder kraftschlüssig mit dem Grundkörper 128 des Verschlusselements 126 verbunden sein.
  • Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass mindestens eine Signal- und/oder Versorgungsleitung 130 durch Umspritzen, Vergießen, Verkleben und/oder Einklemmen mit dem Grundkörper 128 verbunden ist.
  • Das Verschlusselement 126 kann stoffschlüssig, formschlüssig und/oder kraftschlüssig mit dem Gehäuse 102 der elektrochemischen Zelle 100 verbunden sein.
  • Wie im Folgenden noch näher ausgeführt werden wird, kann das Verschlusselement insbesondere durch Verstemmen, Verkleben, Vernieten, Bajonettverschluss, Verrasten, Spreizen, Verschweißen, Ultraschallschweißen, Reibschweißen, Reibrührschweißen und/oder Laserschweißen mit dem Gehäuse 102 verbunden sein.
  • Die mindestens eine Signal- und/oder Versorgungsleitung 130 kann zumindest abschnittsweise einen blanken Draht, ein blankes Drahtbündel, einen isolierten Draht, ein isoliertes Drahtbündel, einen aus einem Ausgangsmaterial, beispielsweise durch Ausstanzen, Schneiden, Laserschneiden oder Wasserstrahlschneiden, herausgetrennten Leiter aus einem blanken oder isolierten elektrisch leitfähigen Material, insbesondere aus einem metallischen Material, eine auf einen elektrisch isolierenden Körper aufgebrachte Beschichtung, insbesondere eine galvanische oder chemische Beschichtung, eine durch Heißprägen, Aufsprühen und/oder Jetten erzeugte Beschichtung, und/oder einen in eine starre oder flexible Leiterplatte integrierten elektrischen Leiter umfassen.
  • Bei der in 3 dargestellten Ausführungsform umfasst der Sensor 134 eine messempfindliche Sensorfläche, die im Innenraum 122 des Gehäuses 102 der elektrochemischen Zelle 100 angeordnet ist.
  • Eine in 4 ausschnittsweise dargestellte zweite Ausführungsform der elektrochemischen Zelle 100 unterscheidet sich von der in 3 dargestellten ersten Ausführungsform dadurch, dass die Signal- und/oder Versorgungsleitungen 130, die zu dem Sensor 134 führen, bei dieser Ausführungsform nicht flexibel, sondern im Wesentlichen starr ausgebildet sind, und zwar insbesondere auch in den Abschnitten 152 der Signal- und/oder Versorgungsleitungen 130, welche im Innenraum 122 des Gehäuses 102 der elektrochemischen Zelle 100 verlaufen, und in den Abschnitten 154 der Signal- und/oder Versorgungleitungen 130, welche im Außenraum 136 der elektrochemischen Zelle 100 verlaufen.
  • Im Übrigen stimmt die in 4 dargestellte zweite Ausführungsform der elektrochemischen Zelle 100 hinsichtlich Aufbau, Herstellungsweise und Funktion mit der in den 1 bis 3 dargestellten ersten Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
  • Eine in 5 ausschnittsweise dargestellte dritte Ausführungsform der elektrochemischen Zelle 100 unterscheidet sich von der in 3 dargestellten ersten Ausführungsform dadurch, dass die Signal- und/oder Versorgungsleitungen 130 bei dieser Ausführungsform als vorzugsweise im Wesentlichen starre, im Querschnitt ungefähr C-förmige Leiterelemente 156 ausgebildet sind.
  • Die Leiterelemente 156 umfassen vorzugsweise jeweils einen an einer innenraumseitigen Anlagefläche 158 des Grundkörpers 128 des Verschlusselements 126 anliegenden innenraumseitigen Abschnitt 160, einen an einer außenraumseitigen Anlagefläche 162 des Grundkörpers 128 des Verschlusselements 126 anliegenden außenraumseitigen Abschnitt 164 und einen den außenraumseitigen Abschnitt 164 mit dem jeweils zugeordneten innenraumseitigen Abschnitt 160 verbindenden eingebetteten Abschnitt 166, welcher in den Grundkörper 128 des Verschlusselements 126 eingebettet ist.
  • Ein weiterer, nicht dargestellter Verbindungsabschnitt jeder Signal- und/oder Versorgungsleitung 130 kann einerseits an den außenraumseitigen Abschnitt 164 und andererseits an einen Anschluss einer (nicht dargestellten) Überwachungsvorrichtung oder Strom- oder Spannungsversorgungseinrichtung angeschlossen sein.
  • Der Sensor 134 kann bei dieser Ausführungsform insbesondere als ein SMD-Sensor ausgebildet sein, wie er beispielhaft in 8 dargestellt ist.
  • Insbesondere kann vorgesehen sein, dass mindestens ein Anschlusspin 140 eines solchen Sensors 134 elektrisch leitend mit dem innenraumseitigen Abschnitt 160 einer zugeordneten Signal- und/oder Versorgungsleitung 130 verbunden ist, beispielsweise durch Verlötung und/oder Verschweißung.
  • Auf diese Weise ist der Sensor 134 in unmittelbarer Nähe des Grundkörpers 128 des Verschlusselements 126 angeordnet.
  • Der Grundkörper 128 des Verschlusselements 126 kann bei dieser Ausführungsform insbesondere aus einem Zwei-Komponenten-Kunststoffmaterial gebildet sein.
  • Im Übrigen stimmt die in 5 dargestellte dritte Ausführungsform der elektrochemischen Zelle 100 hinsichtlich Aufbau, Herstellungsweise und Funktion mit der in den 1 bis 3 dargestellten ersten Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
  • Eine in den 10 und 11 ausschnittsweise dargestellte vierte Ausführungsform der elektrochemischen Zelle 100 unterscheidet sich von der in 3 dargestellten ersten Ausführungsform dadurch, dass das Gehäuse 102 der elektrochemischen Zelle 100 bei dieser Ausführungsform mit einem oder mehreren Rückhalteelementen 168 versehen ist, welche im montierten Zustand der elektrochemischen Zelle 100 (siehe 11) den Grundkörper 128 des Verschlusselements 126 an dem Gehäuse 102 zurückhalten.
  • Der Grundkörper 128 des Verschlusselements 126 kann bei dieser Ausführungsform insbesondere im Wesentlichen plattenförmig ausgebildet sein.
  • Der Grundkörper 128 des Verschlusselements 126 weist bei dieser Ausführungsform vorzugsweise für jedes Rückhalteelement 168 jeweils eine Durchtrittsöffnung 170 auf, durch welche sich eine hinterschneidungsfreie Vorform 168' des jeweiligen Rückhalteelements 168 hindurch erstreckt (siehe 10), bevor ein Endbereich 172 jedes Rückhalteelements 168 durch Verstemmen so verformt wird, dass er den Grundkörper 128 des Verschlusselements 126 hintergreift und so das Verschlusselement 126 in seiner montierten Stellung, in welcher es die Befüllöffnung 118 verschließt, zurückhält (siehe 11).
  • Der Grundkörper 128 weist bei dieser Ausführungsform ferner einen Durchtrittskanal 174 auf, durch welchen die zum (hier nicht dargestellten) Sensor 134 führenden Signal- und/oder Versorgungsleitungen 130 hindurch geführt sind.
  • In dem Durchtrittskanal 174 sind die Signal- und/oder Versorgungsleitungen 130 durch einen Füllmaterialpfropf 176 gehalten, welcher auch eine fluiddichte Abdichtung des Durchtrittskanals 174 gewährleistet, so dass kein Elektrolyt aus dem Innenraum 122 durch den Durchtrittskanal 174 in den Außenraum 136 der elektrochemischen Zelle 100 gelangen kann.
  • Der Füllmaterialpfropf 176 kann beispielsweise aus einem Kunststoffmaterial, einem Glasmaterial und/oder einem Keramikmaterial durch Einspritzen, Eingießen oder Einkleben in dem Durchtrittskanal 174 erzeugt werden.
  • Im Übrigen stimmt die in den 10 und 11 dargestellte vierte Ausführungsform hinsichtlich Aufbau, Herstellungsweise und Funktion mit der in den 1 bis 3 dargestellten ersten Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
  • Eine in den 12 und 13 ausschnittsweise dargestellte fünfte Ausführungsform der elektrochemischen Zelle 100 unterscheidet sich von der in den 10 und 11 dargestellten vierten Ausführungsform dadurch, dass das Verschlusselement 126 mit einem zusätzlichen Dichtelement 178, beispielsweise in Form eines O-Rings, versehen ist.
  • Das Dichtelement 178 ist im montierten Zustand des Verschlusselements 126 zwischen dem Verschlusselement 126 und dem die Befüllöffnung 118 umgebenden Randbereich 150 des Gehäuses 102 angeordnet.
  • Das Dichtelement 178 liegt vorzugsweise fluiddicht an dem Grundkörper 128 des Verschlusselements 126 und an dem Gehäuse 102 an.
  • Das Dichtelement 178 verhindert den Austritt von Elektrolyt aus dem Innenraum 122 des Gehäuses 102.
  • Das Dichtelement 178 kann in einer Nut 180 ganz oder teilweise aufgenommen sein.
  • Die Nut 180 kann ringförmig geschlossen sein.
  • Die Nut 180 kann an dem Grundkörper 128 des Verschlusselements 126 und/oder an dem Gehäuse 102 ausgebildet sein.
  • Das Dichtelement 178 besteht vorzugsweise aus einem elastisch verformbaren Material, insbesondere aus einem Elastomermaterial, beispielsweise aus einem Gummi- oder Kautschukmaterial.
  • Im Übrigen stimmt die in den 12 und 13 dargestellte fünfte Ausführungsform der elektrochemischen Zelle 100 hinsichtlich Aufbau, Herstellungsweise und Funktion mit der in den 10 und 11 dargestellten vierten Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
  • Eine in 14 ausschnittsweise dargestellte sechste Ausführungsform der elektrochemischen Zelle 100 unterscheidet sich von der in 3 dargestellten ersten Ausführungsform dadurch, dass der Grundkörper 128 des Verschlusselements 126 als ein Füllmaterialpfropf 182 ausgebildet ist, welcher vorzugsweise in situ in der Befüllöffnung 118 ausgebildet worden ist.
  • Vorzugsweise füllt der Füllmaterialpfropf 182 die Befüllöffnung im Wesentlichen vollständig aus.
  • Ferner ist vorzugsweise vorgesehen, dass weniger als 50% des Volumens des Füllmaterialpfropfes 182, besonders bevorzugt weniger als 10% des Volumens des Füllmaterialpfropfes 182, über die Befüllöffnung 118 zum Innenraum 122 oder zum Außenraum 136 hin übersteht.
  • Die Signal- und/oder Versorgungsleitungen 130 werden bei dieser Ausführungsform durch die Befüllöffnung 118 hindurch geführt, und anschließend wird in der Befüllöffnung 118 der Füllmaterialpfropf 182 durch Befüllen mit einem geeigneten Füllmaterial und Aushärten des Füllmaterials gebildet.
  • Als Füllmaterial kann insbesondere ein Klebstoff verwendet werden.
  • Ein geeigneter Klebstoff ist beispielsweise der Zwei-Komponenten-Klebstoff HYSOL ES2207 oder der Zwei-Komponenten-Klebstoff HYSOL ES2500. Hierbei handelt sich um Klebstoffe auf Epoxidharz-Basis, die von dem Hersteller Henkel AG & Co. KGaA, Henkelstrasse 67, 40589 Düsseldorf, Deutschland vertrieben werden.
  • Im Übrigen stimmt die in 14 dargestellte sechste Ausführungsform hinsichtlich Aufbau, Herstellungsweise und Funktion mit der in den 1 bis 3 dargestellten ersten Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
  • Eine in den 15 bis 17 dargestellte siebte Ausführungsform der elektrochemischen Zelle 100 unterscheidet sich von der in 3 dargestellten ersten Ausführungsform dadurch, dass das Verschlusselement 126 eine Blindnietmutter 184 umfasst.
  • Die Blindnietmutter 184 umfasst einen Kragen 186, mit welchem die Blindnietmutter 184 im montierten Zustand der elektrochemischen Zelle 100 an der Außenseite 142 des die Befüllöffnung 118 umgebenden Randbereichs 150 des Gehäuses 102 anliegt, und eine sich von dem Kragen 186 aus durch die Befüllöffnung 118 in den Innenraum 122 des Gehäuses 102 erstreckende Kammer 188 mit einer geschlossenen Kammerwand 190, durch welche die zum Sensor 134 führenden Signal- und/oder Versorgungsleitungen 130 fluiddicht hindurch geführt sind.
  • Ein dem Kragen 186 abgewandter Gewindeabschnitt 192 der Kammerwand 190 ist mit einem Innengewinde versehen, welches komplementär zu einem Außengewinde 194 eines Gewindebolzens 196 ausgebildet ist.
  • Der Gewindebolzen 196 weist einen zentralen Durchgangskanal 198 auf, durch welchen die Signal- und/oder Versorgungsleitungen 130 während der Montage des Verschlusselements 126 an dem Gehäuse 102 verlaufen, wie dies in 15 dargestellt ist.
  • Die Signal- und/oder Versorgungsleitungen 130 wurden bereits vorher in die Blindnietmutter 184 eingefügt und gegenüber der Kammerwand 190 abgedichtet.
  • Durch Drehen des Gewindebolzens 196 um dessen Längsachse wird das Außengewinde 194 des Gewindebolzens 196 in das Innengewinde des Gewindeabschnitts 192 der Kammerwand 190 eingeschraubt.
  • Dabei wird der Abstand eines Kopfes 200 des Gewindebolzens 196 von dem Kragen 186 der Blindnietmutter 184 konstant gehalten, beispielsweise durch ein (nicht dargestelltes) Distanzelement, das zwischen den Kopf 200 und den Kragen 186 eingefügt wird, oder indem der Kopf 200 an dem Kragen 186 anliegt.
  • Hierdurch wird der Gewindeabschnitt 192 der Kammerwand 190 zu dem Kragen 186 hin gezogen, wodurch ein zwischen dem Kragen 186 und dem Gewindeabschnitt 192 liegender Verformungsabschnitt 202 so verformt wird, dass er sich in einer Radialrichtung der Blindnietmutter 184 ausstülpt und hierdurch eine Hinterschneidung bildet, durch welche die Blindnietmutter 184 an dem Gehäuse 102 fixiert ist (siehe 16).
  • Der Verformungsabschnitt 202 der Kammerwand 190 weist vorzugsweise eine geringere Wandstärke auf als der Gewindeabschnitt 192 der Kammerwand 190.
  • Nach erfolgter Verformung der Blindnietmutter 184 wird der Gewindebolzen 196 aus dem Innengewinde des Gewindeabschnitts 192 der Blindnietmutter 184 herausgeschraubt und von dem Verschlusselement 126 entfernt (siehe 17).
  • Damit ist die Montage des Verschlusselements 126 an dem Gehäuse 102 der elektrochemischen Zelle 100 abgeschlossen.
  • Im Übrigen stimmt die in den 15 bis 17 dargestellte siebte Ausführungsform der elektrochemischen Zelle 100 hinsichtlich Aufbau, Herstellungsweise und Funktion mit der in den 1 bis 3 dargestellten ersten Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
  • Eine in den 18 bis 20 dargestellte achte Ausführungsform der elektrochemischen Zelle 100 unterscheidet sich von der in den 15 bis 17 dargestellten siebten Ausführungsform dadurch, dass statt einer Blindnietmutter 184 mit einem Gewinde ein Blindniet 203 mit einem Zugelement 204 verwendet wird, wobei das Zugelement 204 sich von der Innenseite eines stirnseitigen Abschnitts 206 der Kammerwand 190 aus in einen Innenraum 208 des Blindniets 203 hinein erstreckt.
  • Die Signal- und/oder Versorgungsleitungen 130 sind bei dieser Ausführungsform durch den stirnseitigen Abschnitt 206 der Kammerwand 190 des Blindniets 203 fluiddicht hindurch geführt.
  • Die Fluiddichtheit kann dabei insbesondere durch das Vorsehen eines Füllmaterialpfropfens 210 erreicht werden.
  • Bei der Montage des Verschlusselements 126 dieser Ausführungsform wird zunächst der Blindniet 203 so in die Befüllöffnung 118 eingesetzt, dass er mit dem Kragen 186 an der Außenseite 142 des die Befüllöffnung 118 umgebenden Randbereichs 150 des Gehäuses 102 anliegt (siehe 19).
  • Anschließend wird ein Verformungsvorgang des Blindniets 203 mittels eines in den 19 und 20 dargestellten Verformungswerkzeugs 212 durchgeführt.
  • Das Verformungswerkzeug 212 umfasst eine Hülse 214, in welcher eine Zange 216 verschieblich geführt ist.
  • Mit der Zange 216 wird das Zugelement 204 in einem Bereich nahe des stirnseitigen Abschnitts 206 der Kammerwand 190 ergriffen.
  • Anschließend wird das Zugelement 204 mittels der Zange 216 in der Richtung von dem stirnseitigen Abschnitt 206 weg und zu dem Kragen 186 des Blindniets 203 hin gezogen, während der Kragen 186 mittels der an demselben anliegenden Hülse 214 gegen das Gehäuse 102 gepresst wird.
  • Dadurch wird der stirnseitige Abschnitt 206 der Kammerwand 190 auf den Kragen 186 zu bewegt, wodurch sich der zwischen dem stirnseitigen Abschnitt 206 der Kammerwand 190 und dem Kragen 186 befindliche Verformungsabschnitt 202 so verformt, dass er in einer Radialrichtung des Blindniets 203 nach außen ausgestülpt wird und eine Hinterschneidung bildet, durch welche der Blindniet 203 an dem Gehäuse 102 fixiert wird (siehe 20).
  • Wird nach maximaler Verformung des Verformungsabschnitts 202 weiterhin eine Zugkraft auf das Zugelement 204 ausgeübt, so bricht das Zugelement 204 an einer nahe des stirnseitigen Abschnitts 206 der Kammerwand 190 gelegenen Sollbruchstelle 218 ab, so dass der abgebrochene Teil des Zugelements 204 zusammen mit der Zange 216 aus dem Innenraum 208 des verformten Blindniets 203 entnommen werden kann.
  • Nach dem Entfernen des Verformungswerkzeugs 212 von dem Verschlusselement 126 ist die Montage des Verschlusselements 126 an der Befüllöffnung 118 der elektrochemischen Zelle 100 abgeschlossen.
  • Im Übrigen stimmt die in den 18 bis 20 dargestellte achte Ausführungsform der elektrochemischen Zelle 100 hinsichtlich Aufbau, Herstellungsweise und Funktion mit der in den 15 bis 17 dargestellten siebten Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
  • Eine in den 21 bis 26 ausschnittsweise dargestellte neunte Ausführungsform der elektrochemischen Zelle 100 unterscheidet sich von der in den 1 bis 3 dargestellten ersten Ausführungsform dadurch, dass das Verschlusselement 126 durch einen Bajonettverschluss an dem Gehäuse 102 gehalten ist.
  • Wie am besten aus 21 zu ersehen ist, ist die Befüllöffnung 118 bei dieser Ausführungsform nicht-rotationssymmetrisch, beispielsweise im Wesentlichen oval, ausgebildet. Die Richtung, längs welcher die Befüllöffnung 118 ihre größte Längsausdehnung aufweist, definiert eine Längsrichtung 220 der Befüllöffnung 118.
  • Das Verschlusselement 126 ist bei dieser Ausführungsform mit einem ebenfalls nicht-rotationssymmetrischen, beispielsweise im Querschnitt im Wesentlichen ovalen, Riegelelement 222 versehen.
  • Die Richtung größter Längsausdehnung des Riegelelements 222 definiert eine Längsrichtung 224 des Riegelelements 222.
  • Das Verschlusselement 126 umfasst bei dieser Ausführungsform ferner ein Abdeckelement 226, welches im montierten Zustand der elektrochemischen Zelle 100 mit seiner dem Riegelelement 222 zugewandten Unterseite 228 an der Außenseite 142 des die Befüllöffnung 118 umgebenden Randbereichs 150 des Gehäuses 102 der elektrochemischen Zelle 100 anliegt (siehe 26).
  • An der Unterseite 228 des Abdeckelements 226 kann, wie bei der in den 12 und 13 dargestellten fünften Ausführungsform, ein Dichtelement 178 angeordnet sein, das im montierten Zustand der elektrochemischen Zelle 100 eine fluiddichte Abdichtung zwischen dem Verschlusselement 126 und dem Gehäuse 102 gewährleistet und ebenso wie bei der fünften Ausführungsform ausgebildet sein kann.
  • Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Dichtelement 178 teilweise oder im Wesentlichen vollständig in einer an dem Abdeckelement 226 des Verschlusselements 126 vorgesehenen Nut 230 aufgenommen ist.
  • Ferner umfasst das Verschlusselement 126 einen zwischen dem Abdeckelement 226 und dem Riegelelement 222 angeordneten Verbindungsbereich 232, dessen größter Außendurchmesser vorzugsweise im Wesentlichen dem kleinsten Durchmesser der Befüllöffnung 118 entspricht.
  • Die Höhe h des Verbindungsbereichs 232 und damit der Abstand zwischen dem Abdeckelement 226 und dem Riegelelement 222 in einer Axialrichtung 234 des Verschlusselements 126 entspricht im Wesentlichen der Dicke d des Gehäuses 102 in dem die Befüllöffnung 118 umgebenden Randbereich 150.
  • Das Abdeckelement 226, der Verbindungsbereich 232 und das Riegelelement 222 können einstückig miteinander ausgebildet sein und zusammen einen Grundkörper 128 des Verschlusselements 126 bilden.
  • Die zum Sensor 134 führenden Signal- und/oder Versorgungsleitungen 130 sind fluiddicht durch das Abdeckelement 226, den Verbindungsbereich 232 und das Riegelelement 222 hindurch geführt.
  • Zur Montage des vorstehend beschriebenen Verschlusselements 126 an der Befüllöffnung 118 wird wie folgt vorgegangen:
  • Zunächst wird das Verschlusselement 126 so ausgerichtet, dass die Längsrichtung 224 des Riegelelements 222 im Wesentlichen parallel zur Längsrichtung 220 der Befüllöffnung 118 ausgerichtet ist (siehe die 21 und 24).
  • In dieser Entriegelungsstellung kann das Verschlusselement 126 in die Befüllöffnung 118 eingebracht werden, bis das Abdeckelement 226 an der Außenseite 142 des Gehäuses 102 anliegt und das Riegelelement 222 vollständig durch die Befüllöffnung 118 hindurchgetreten ist, so dass es sich im Innenraum 122 des Gehäuses 102 befindet (siehe die 22 und 25).
  • Nun wird das Verschlusselement 126 von der in den 22 und 25 dargestellten Entriegelungsstellung in die in den 23 und 26 dargestellte Verriegelungsstellung überführt, indem das Verschlusselement 126 um einen spitzen Winkel, einen stumpfen Winkel oder um einen Winkel von beispielsweise ungefähr 90° um seine Axialrichtung 234 relativ zu dem Gehäuse 102 gedreht wird, so dass die Längsrichtung 224 des Riegelelements 222 quer zur Längsrichtung 220 der Befüllöffnung 118 ausgerichtet ist und Endbereiche des Riegelelements 222 den Randbereich 150 des Gehäuses 102 hintergreifen.
  • In dieser Verriegelungsposition wird das Verschlusselement 126 durch Haftreibung und/oder Presspassung zurückgehalten.
  • Damit ist die Montage des Verschlusselements 126 an der Befüllöffnung 118 der elektrochemischen Zelle 100 abgeschlossen.
  • Im Übrigen stimmt die in den 21 bis 26 dargestellte neunte Ausführungsform der elektrochemischen Zelle 100 hinsichtlich Aufbau, Herstellungsweise und Funktion mit der in den 1 bis 3 dargestellten ersten Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
  • Eine in den 27 und 28 ausschnittsweise dargestellte zehnte Ausführungsform der elektrochemischen Zelle 100 unterscheidet sich von der in den 10 und 11 dargestellten vierten Ausführungsform dadurch, dass das Verschlusselement 126 durch Verklipsung oder Verrastung an dem Gehäuse 102 festgelegt ist.
  • Bei dieser Ausführungsform umfasst das Verschlusselement 126 eines oder mehrere Rastelemente 236, beispielsweise in Form von Rasthaken 238.
  • In der in 28 dargestellten, fertig montierten Stellung des Verschlusselements 126 hintergreift jedes Rastelement 236 mit einer Rastnase 240 den die Befüllöffnung 118 umgebenden Randbereich 150 des Gehäuses 102.
  • Die Rastelemente 236 des Verschlusselements 126 sind formelastisch ausgebildet, so dass sie vom Rand 242 der Befüllöffnung 118 in einer Radialrichtung der Befüllöffnung 118 nach innen verdrängt werden, wenn die Rastelemente 236 in die Befüllöffnung 118 eingeführt werden.
  • Sobald die Rastnasen 240 vollständig durch die Befüllöffnung 118 hindurch getreten sind und sich im Innenraum 122 des Gehäuses 102 befinden, federn die Rastelemente 236 wieder in der Radialrichtung der Befüllöffnung 118 und des Verschlusselements 126 nach außen aus, so dass sie das Gehäuse 102 hintergreifen und das Verschlusselement 126 an dem Gehäuse 102 im Bereich der Befüllöffnung 118 fixieren (siehe 28).
  • Im Übrigen stimmt die in den 27 und 28 dargestellte zehnte Ausführungsform der elektrochemischen Zelle 100 hinsichtlich Aufbau, Herstellungsweise und Funktion mit der in den 10 und 11 dargestellten vierten Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
  • Eine in den 29 und 30 dargestellte elfte Ausführungsform der elektrochemischen Zelle 100 unterscheidet sich von der in den 27 und 28 dargestellten zehnten Ausführungsform dadurch, dass das Verschlusselement 126 zusätzlich mit einem Dichtelement 178 versehen ist, welches im montierten Zustand der elektrochemischen Zelle 100 (siehe 30) fluiddicht abdichtend an der Außenseite 142 des Gehäuses 102 anliegt.
  • Das Dichtelement 178 kann beispielsweise genauso ausgebildet und angeordnet sein wie bei der in den 12 und 13 dargestellten fünften Ausführungsform der elektrochemischen Zelle 100.
  • Insbesondere kann das Dichtelement 178 also in einer an einem Grundkörper 128 des Verschlusselements 126 vorgesehenen Nut 244 ganz oder teilweise aufgenommen sein.
  • Im Übrigen stimmt die in den 29 und 30 dargestellte elfte Ausführungsform der elektrochemischen Zelle 100 hinsichtlich Aufbau, Herstellungsweise und Funktion mit der in den 27 und 28 dargestellten zehnten Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
  • Eine in den 31 bis 33 dargestellte zwölfte Ausführungsform der elektrochemischen Zelle 100 unterscheidet sich von der in 3 dargestellten ersten Ausführungsform dadurch, dass das Verschlusselement 126 einen Spreizniet 246 umfasst.
  • Der Spreizniet 246 umfasst einen Kragen 248, welcher im montierten Zustand der elektrochemischen Zelle 100 (siehe 33) an der Außenseite 142 des Gehäuses 102 anliegt.
  • Der Spreizniet 246 weist einen Führungskanal 250 auf, in welchen ein Spreizzapfen 252 in einer Axialrichtung 254 des Spreizniets 246 einführbar ist.
  • An einem dem Kragen 248 des Spreizniets 246 abgewandten Ende des Führungskanals 250 stehen ein oder mehrere Spreizabschnitte 256 des Spreizniets 246 in einer Radialrichtung 258 des Spreizniets 246 in den Führungskanal 250 vor.
  • Der Spreizzapfen 252 weist einen Durchtrittskanal 260 auf, durch welchen die zu dem Sensor 134 führenden Signal- und/oder Versorgungsleitungen 130 verlaufen.
  • Das außerhalb der Signal- und/oder Versorgungsleitungen 130 verbleibende Volumen des Durchtrittskanals 260 ist zumindest teilweise mit einem fluiddicht abschließenden Füllmaterial befüllt, so dass die Signal- und/oder Versorgungsleitungen 130 fluiddicht durch den Spreizzapfen 252 hindurch geführt sind.
  • Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Signal- und/oder Versorgungsleitungen 130 in den Spreizzapfen eingespritzt sind.
  • Nach dem Einbringen des Spreizniets 246 in die Befüllöffnung 118 derart, dass der Kragen 248 des Spreizniets 246 an der Außenseite 142 des Gehäuses 102 anliegt (siehe 32), wird der Spreizzapfen 252 so in den Führungskanal 250 des Spreizniets 246 hinein gepresst, dass die Spreizabschnitte 256 von dem Spreizzapfen 252 in der Radialrichtung 258 nach außen bewegt werden und Hinterschneidungen bilden, durch welche der Spreizniet 246 an dem Gehäuse 102 fixiert ist (siehe 33).
  • Dabei ist der Spreizzapfen 252 im fertig montierten Zustand der elektrochemischen Zelle 100 in Presspassung an dem Spreizniet 246 gehalten und zwar derart, dass der Spreizzapfen 252 und der Spreizniet 246 fluiddicht aneinander anliegen.
  • Im fertig montierten Zustand der elektrochemischen Zelle 100 liegt ein in der Radialrichtung 258 abstehender Bund 253 des Spreizzapfens 252 vorzugsweise an dem Kragen 248 des Spreizniets 246 an (siehe 33).
  • Im Übrigen stimmt die in den 31 bis 33 dargestellte zwölfte Ausführungsform der elektrochemischen Zelle 100 hinsichtlich Aufbau, Herstellungsweise und Funktion mit der in den 1 bis 3 dargestellten ersten Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
  • Eine in den 34 und 35 ausschnittsweise dargestellte dreizehnte Ausführungsform der elektrochemischen Zelle 100 unterscheidet sich von der in den 10 und 11 dargestellten vierten Ausführungsform dadurch, dass bei dieser Ausführungsform das Verschlusselement 126 durch Verschweißung, insbesondere durch Kunststoffschweißung, an dem Gehäuse 102 festgelegt ist.
  • Dabei ist ein Grundkörper 128 des Verschlusselements 126 vorzugsweise aus einem Kunststoffmaterial ausgebildet.
  • Das Gehäuse 102 kann aus einem anderen Material, beispielsweise aus einem metallischen Material, gebildet und im die Befüllöffnung 118 umgebenden Randbereich 150 mit einer Beschichtung 262, vorzugsweise aus einem Kunststoffmaterial, versehen sein.
  • Die Beschichtung 262 kann einen Teil der Außenseite 142 des Gehäuses 102, einen Teil des Randes 242 der Befüllöffnung 118 oder im Wesentlichen den gesamten Rand 242 der Befüllöffnung 118 und/oder einen Teil der Innenseite 144 des Gehäuses 102 überdecken.
  • Der Grundkörper des Verschlusselements 126 wird auf die Beschichtung 262 aufgesetzt und mit derselben stoffschlüssig verbunden, insbesondere durch Verschweißung, beispielsweise durch Ultraschallschweißung, Reibschweißung, Reibrührschweißung, Vibrationsschweißung, Heißgasschweißung und/oder Spiegelschweißung.
  • Insbesondere dann, wenn die stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Grundkörper 128 des Verschlusselements 126 und der Beschichtung 262 durch Ultraschallschweißung oder Vibrationsschweißung hergestellt wird, ist es günstig, wenn die Beschichtung 262 mit einem zu dem Grundkörper 128 des Verschlusselements 126 hin vorstehenden Wulst 264 versehen ist.
  • Ein solcher Wulst 264 kann als Energierichtungsgeber für das Einleiten der Schwingungsenergie in die Fügestelle zwischen dem Verschlusselement 126 und der Beschichtung 262 dienen.
  • Der Wulst 264 kann insbesondere einen im Wesentlichen dreieckigen Querschnitt aufweisen.
  • Ferner kann vorgesehen sein, dass sich der Wulst 264 ringförmig geschlossen um die Befüllöffnung 118 herum erstreckt.
  • Im Übrigen stimmt die in den 34 und 35 dargestellte dreizehnte Ausführungsform der elektrochemischen Zelle 100 hinsichtlich Aufbau, Herstellungsweise und Funktion mit der in den 10 und 11 dargestellten vierten Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
  • Eine in den 36 und 37 dargestellte vierzehnte Ausführungsform der elektrochemischen Zelle 100 unterscheidet sich von der in den 34 und 35 dargestellten dreizehnten Ausführungsform dadurch, dass der die Befüllöffnung 118 umgebende Randbereich 150 des Gehäuses 102 aus einem Kunststoffmaterial ausgebildet ist, so dass der Randbereich 150 des Gehäuses 102 unmittelbar mit dem Grundkörper 128 des Verschlusselements 126, der vorzugsweise ebenfalls aus einem Kunststoffmaterial besteht, durch Verschweißung, insbesondere durch Ultraschallschweißung, Reibschweißung, Reibrührschweißung, Vibrationsschweißung, Heißgasschweißung und/oder Spiegelschweißung, stoffschlüssig verbindbar ist.
  • In diesem Fall ist es daher nicht notwendig, eine Beschichtung 262 an dem Randbereich 150 des Gehäuses 102 vorzusehen.
  • Im Übrigen stimmt die in den 36 und 37 dargestellte vierzehnte Ausführungsform der elektrochemischen Zelle 100 hinsichtlich Aufbau, Herstellungsweise und Funktion mit der in den 34 und 35 dargestellten dreizehnten Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
  • Eine in den 38 und 39 ausschnittsweise dargestellte fünfzehnte Ausführungsform der elektrochemischen Zelle 100 unterscheidet sich von der in den 36 und 37 dargestellten vierzehnten Ausführungsform dadurch, dass der Grundkörper 128 des Verschlusselements 126 und der die Befüllöffnung 118 umgebende Randbereich 150 des Gehäuses 102 aus jeweils einem metallischen Material gebildet sind.
  • Bei dieser Ausführungsform wird das Verschlusselement 126 durch Metallschweißung, insbesondere durch Laserschweißung, stoffschlüssig mit dem Gehäuse 102 verbunden.
  • Hierbei kann der Grundkörper 128 des Verschlusselements 126 eine Abkröpfung 266 aufweisen, durch welche ein abgekröpfter Bereich 268 des Grundkörpers 128 des Verschlusselements 126 im in 39 dargestellten montierten Zustand der elektrochemischen Zelle 100 in die Befüllöffnung 118 vorspringt.
  • Die Verschweißung des Verschlusselements 126 und des Gehäuses 102 erfolgt längs einer, vorzugsweise ringförmig geschlossenen, Schweißnaht 270 (siehe 39).
  • Die Erzeugung der Schweißnaht 270 kann mittels eines (in 39 schematisch dargestellten) Lasers 272 erfolgen, welcher im Außenraum 136 der elektrochemischen Zelle 100 angeordnet ist.
  • Statt durch Laserschweißung kann das Verschlusselement 126 auch durch andere Arten von Metallschweißung mit dem Gehäuse 102 stoffschlüssig verbunden sein.
  • Im Übrigen stimmt die in den 38 und 39 dargestellte fünfzehnte Ausführungsform der elektrochemischen Zelle 100 hinsichtlich Aufbau, Herstellungsweise und Funktion mit der in den 36 und 37 dargestellten vierzehnten Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
  • Eine in den 40 und 41 ausschnittsweise dargestellte sechzehnte Ausführungsform der elektrochemischen Zelle 100 unterscheidet sich von der in 3 dargestellten ersten Ausführungsform dadurch, dass das Verschlusselement 126 durch Verschraubung an dem Gehäuse 102 gehalten ist.
  • Das Verschlusselement 126 umfasst bei dieser Ausführungsform einen Grundkörper 128 mit einem Außengewinde 274, und das Gehäuse 102 umfasst einen die Befüllöffnung 118 berandenden Gewindedurchzug 276 mit einem zu dem Außengewinde 274 komplementär ausgebildeten Innengewinde 278.
  • Das Verschlusselement 126 umfasst bei dieser Ausführungsform ferner ein Abdeckelement 280, das im (in 41 dargestellten) montierten Zustand der elektrochemischen Zelle 100 die Befüllöffnung 118 überdeckt.
  • An einer Unterseite 282 des Abdeckelements 280, welche im montierten Zustand der elektrochemischen Zelle 100 dem Gehäuse 102 zugewandt ist, kann ein Dichtelement 178 angeordnet sein, welches im montierten Zustand der elektrochemischen Zelle 100 zwischen dem Verschlusselement 126 und dem Gehäuse 102 fluiddicht abdichtet.
  • Das Dichtelement 178 kann beispielsweise so ausgebildet und angeordnet sein wie bei der in den 12 und 13 dargestellten fünften Ausführungsform.
  • Insbesondere kann also vorgesehen sein, dass das Dichtelement 178 teilweise oder im Wesentlichen vollständig in einer Nut 284 an der Unterseite 282 des Abdeckelements 280 aufgenommen ist.
  • Das Abdeckelement 280 und ein Gewindeteil 286 des Verschlusselements 126, an welchem das Außengewinde 274 angeordnet ist, können einstückig miteinander ausgebildet sein.
  • Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Verschlusselement 126 die Form einer Schraube aufweist.
  • Ferner weist das Verschlusselement 126 einen Durchtrittskanal 288 auf, durch welchen sich die zu dem Sensor 134 führenden Signal- und/oder Versorgungsleitungen 130 hindurch erstrecken.
  • Im Durchtrittskanal 288 ist ein Füllmaterialpfropf 290 vorgesehen, beispielsweise aus einem Klebstoff, mittels welchem die Signal- und/oder Versorgungsleitungen 130 an dem Verschlusselement 126 festgelegt sind und mittels welchem der Durchtrittskanal 288 fluiddicht verschlossen ist.
  • Bei der Montage des Verschlusselements 126 dieser Ausführungsform an dem Gehäuse 102 wird das Verschlusselement 126 mit seinem Außengewinde 274 in das Innengewinde 278 des Gehäuses 102 eingeschraubt, bis das Abdeckelement 280 des Verschlusselements 126 mit dem Dichtelement 178 an der Außenseite 142 des Gehäuses 102 anliegt.
  • Bei der sechzehnten Ausführungsform kann der Grundkörper 128 des Verschlusselements 126 aus einem metallischen Material ausgebildet sein.
  • Alternativ hierzu kann auch vorgesehen sein, dass der Grundkörper 128 aus einem Kunststoffmaterial gebildet ist, in welches die Signal- und/oder Versorgungsleitungen 130, beispielsweise durch Einspritzen, eingebettet sind.
  • Im Übrigen stimmt die in den 40 und 41 dargestellte sechzehnte Ausführungsform der elektrochemischen Zelle 100 hinsichtlich Aufbau, Herstellungsweise und Funktion mit der in den 1 bis 3 dargestellten ersten Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
  • Eine in den 42 und 43 dargestellte siebzehnte Ausführungsform der elektrochemischen Zelle 100 unterscheidet sich von der in den 40 und 41 dargestellten sechzehnten Ausführungsform dadurch, dass das Innengewinde 278 nicht unmittelbar an dem Gehäuse 102 selbst angeordnet ist, sondern an einem Gewindeeinsatz 292, der in die Befüllöffnung 118 eingesetzt und, vorzugsweise stoffschlüssig, insbesondere mittels einer Kleberschicht 294, mit dem die Befüllöffnung 118 umgebenden Randbereich 150 des Gehäuses 102 verbunden ist.
  • Zur Montage des Verschlusselements 126 an der Befüllöffnung 118 wird bei dieser Ausführungsform das Außengewinde 274 des Verschlusselements 126 in das Innengewinde 278 des Gewindeeinsatzes 292 eingedreht, bis das Verschlusselement 126 über das Dichtelement 178 an der Außenseite 142 des Gehäuses 102 anliegt (siehe 43).
  • Ein Verschlusselement 126 mit einem Gewindeteil 286 kann auch in eine Blindnietmutter oder Einpressmutter eingeschraubt sein, welche am Rand der Befüllöffnung 118 festgelegt ist.
  • Dabei kann die Blindnietmutter oder die Einpressmutter zum Innenraum 122 des Gehäuses 102 hin offen oder geschlossen sein.
  • Im Übrigen stimmt die in den 42 und 43 dargestellte siebzehnte Ausführungsform der elektrochemischen Zelle 100 hinsichtlich Aufbau, Herstellungsweise und Funktion mit der in den 40 und 41 dargestellten sechzehnten Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
  • Eine in den 44 und 45 ausschnittsweise dargestellte achtzehnte Ausführungsform der elektrochemischen Zelle 100 unterscheidet sich von der in den 18 bis 20 dargestellten achten Ausführungsform dadurch, dass das Verschlusselement 126 statt eines Blindniets 203 mit einem Zugelement 204 einen Blindniet 296 umfasst, welcher durch Ziehen an den Signal- und/oder Versorgungsleitungen 130 so verformbar ist, dass ein Verformungsabschnitt 298 des Blindniets 296 sich derart verformt, dass er sich in der Radialrichtung des Blindniets 296 ausstülpt und Hinterschneidungen bildet, durch welche der Blindniet 296 an dem Gehäuse 102 fixiert ist (siehe 45).
  • Die Signal- und/oder Versorgungsleitungen 130 sind dabei durch einen stirnseitigen Abschnitt 300 des Blindniets 296 fluiddicht hindurch geführt und an dem stirnseitigen Abschnitt 300, beispielsweise durch Verklebung, Einspritzen oder Umspritzen, so fixiert, dass die die Signal- und/oder Versorgungsleitungen 130 an dem stirnseitigen Abschnitt 300 des Blindniets 296 fixierende Haltekraft die zur Verformung des Verformungsabschnitts 298 des Blindniets 296 erforderliche Verformungskraft übersteigt.
  • Ferner ist die Zugfestigkeit der Signal- und/oder Versorgungsleitungen 130 bei dieser Ausführungsform so ausgelegt, dass die auf die Signal- und/oder Versorgungsleitungen 130 ausübbare Zugkraft die zur Verformung des Verformungsabschnitts 298 des Blindniets 296 erforderliche Verformungskraft erreicht oder übersteigt.
  • Der Blindniet 296 wird bei der Montage des Verschlusselements 126 an der Befüllöffnung 118 in die Befüllöffnung 118 eingeführt, bis ein Kragen 302 des Blindniets 296 an der Außenseite 142 des Gehäuses 102 anliegt (siehe 44).
  • Dann werden die Signal- und/oder Versorgungsleitungen 130 mit einer Zugkraft, welche die für die Verformung des Verformungsabschnitts 298 des Blindniets 296 erforderliche Verformungskraft erreicht oder überschreitet, zu dem Außenraum 136 der elektrochemischen Zelle 100 hin gezogen, während der Kragen 302 durch ein (nicht dargestelltes) Anpresselement gegen das Gehäuse 102 gedrückt wird.
  • Dadurch verformt sich der Verformungsabschnitt 298 des Blindniets 296 unter der Ausbildung von Hinterschneidungen, durch welche der Blindniet 296 an dem Gehäuse 102 fixiert ist.
  • Damit ist die Montage des Verschlusselements 126 an dem Gehäuse 102 im Bereich der Befüllöffnung 118 abgeschlossen.
  • Im Übrigen stimmt die in den 44 und 45 dargestellte achtzehnte Ausführungsform der elektrochemischen Zelle 100 hinsichtlich Aufbau, Herstellungsweise und Funktion mit der in den 18 bis 20 dargestellten achten Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
  • Eine in 46 ausschnittsweise dargestellte neunzehnte Ausführungsform einer elektrochemischen Zelle 100 unterscheidet sich von der in 3 dargestellten ersten Ausführungsform dadurch, dass die zu dem Sensor 134 führenden Signal- und/oder Versorgungsleitungen 130 nicht durch das Verschlusselement 126 hindurch geführt sind, sondern an im Außenraum 136 der elektrochemischen Zelle 100 liegenden Anschlussstellen 132 des Sensors 134 an den Sensor 134 angeschlossen sind.
  • Bei dieser Ausführungsform weist das Verschlusselement 126 einen Kanal 303 auf, welcher in den Innenraum 122 des Gehäuses 102 der elektrochemischen Zelle 100 mündet und an welchem eine messempfindliche Sensorfläche 304 des Sensors 134 angeordnet ist, so dass Gas aus dem Innenraum 122 zu der Sensorfläche 304 des Sensors 134 gelangen kann.
  • Hierdurch ist es beispielsweise möglich, die Gaszusammensetzung oder den Anteil eines bestimmten Gases an dem Gasgemisch im Innenraum 122 des Gehäuses 102 mittels des Sensors 134 zu ermitteln.
  • Für die Festlegung des Verschlusselements 126 an dem die Befüllöffnung 118 umgebenden Randbereich 150 des Gehäuses 102 kann jede der vorstehend unter Bezugnahme auf die 3 bis 45 beschriebene Befestigungsart verwendet werden.
  • Im Übrigen stimmt die in 46 dargestellte neunzehnte Ausführungsform der elektrochemischen Zelle hinsichtlich Aufbau, Herstellungsweise und Funktion mit der in den 1 bis 3 dargestellten ersten Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
  • Eine in den 47 und 48 ausschnittsweise dargestellte zwanzigste Ausführungsform der elektrochemischen Zelle 100 unterscheidet sich von der in den 38 und 39 dargestellten fünfzehnten Ausführungsform dadurch, dass sich das Verschlusselement 126 nicht nur in die Befüllöffnung 118 hinein, sondern durch die Befüllöffnung 118 hindurch bis zu einem im Innenraum 122 des Gehäuses 102 der elektrochemischen Zelle 100 angeordneten Bauteil 306 erstreckt und vorzugsweise mit dem Bauteil 306 in, besonders bevorzugt flächigem, Kontakt steht.
  • Hierzu kann das Verschlusselement 126 beispielsweise im Wesentlichen becherförmig ausgebildet sein.
  • Der Sensor 130 ist bei dieser Ausführungsform vorzugsweise an einer dem Außenraum 136 der elektrochemischen Zelle 100 zugewandten Außenseite 308 eines Grundkörpers 128 des Verschlusselements 126 angeordnet.
  • Der Sensor 134 kann beispielsweise stoffschlüssig, insbesondere durch eine Kleberschicht 310, mit dem Grundkörper 128 des Verschlusselements 126 verbunden sein.
  • Durch den Kontakt des Sensors 134 mit dem Grundkörper 128 des Verschlusselements 126 und durch den Kontakt des Grundkörpers 128 des Verschlusselements 126 mit dem Bauteil 306 im Innenraum 122 des Gehäuses 102 ist es bei dieser Ausführungsform möglich, mittels des Sensors 134 eine dem Bauteil 306 zugeordnete Messgröße, insbesondere eine Temperatur des Bauteils 306, zu ermitteln, obwohl der Sensor 134 nicht im Innenraum 122 des Gehäuses 102 angeordnet ist.
  • Das Verschlusselement 126 kann dabei, wie in 48 dargestellt, beispielsweise durch Verschweißung, insbesondere längs einer Schweißnaht 270, an dem Gehäuse 102 festgelegt sein.
  • Alternativ oder ergänzend hierzu kann das Verschlusselement 126 bei dieser Ausführungsform jedoch auch durch jede andere Befestigungsart, die vorstehend unter Bezugnahme auf die 3 bis 46 dargestellt und/oder erläutert worden ist, an dem Gehäuse 102 festgelegt sein.
  • Im Übrigen stimmt die in den 47 und 48 dargestellte zwanzigste Ausführungsform der elektrochemischen Zelle 100 hinsichtlich Aufbau, Herstellungsweise und Funktion mit der in den 1 bis 3 dargestellten ersten Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.

Claims (16)

  1. Elektrochemische Zelle, umfassend ein Gehäuse (102), ein in einem Innenraum (122) des Gehäuses (102) angeordnetes elektrochemisches Element (104), eine an dem Gehäuse (102) angeordnete Befüllöffnung (118) zum Einbringen von Elektrolyt in das Gehäuse (102) und ein Verschlusselement (126) zum Verschließen der Befüllöffnung (118), dadurch gekennzeichnet, dass an dem Verschlusselement (126) Folgendes vorgesehen ist: a) ein Sensor (134); b) eine Durchführung für mindestens eine Signal- und/oder Versorgungsleitung (130) eines Sensors (134); und/oder c) ein Kanal (303), durch den der Sensor (134) vom Innenraum (122) des Gehäuses (102) aus zugänglich ist.
  2. Elektrochemische Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlusselement (126) einen Grundkörper (128) umfasst, der zumindest teilweise aus einem metallischen Material, einem Kunststoffmaterial, einem Gummimaterial, einem Klebstoff und/oder einem Dichtstoff gebildet ist.
  3. Elektrochemische Zelle nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein an das Verschlusselement (126) angrenzender Bereich des Gehäuses (102) zumindest teilweise aus einem metallischen Material, einem Kunststoffmaterial und/oder einem Gummimaterial gebildet ist.
  4. Elektrochemische Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Signal- und/oder Versorgungsleitung (130) des Sensors (134) stoffschlüssig, formschlüssig und/oder kraftschlüssig mit einem Grundkörper (128) des Verschlusselements (126) verbunden ist.
  5. Elektrochemische Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Signal- und/oder Versorgungsleitung (130) des Sensors (134) durch Umspritzen, Vergießen, Verkleben und/oder Einklemmen mit einem Grundkörper (128) des Verschlusselements (126) verbunden ist.
  6. Elektrochemische Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlusselement (126) stoffschlüssig, formschlüssig und/oder kraftschlüssig mit dem Gehäuse (102) verbunden ist.
  7. Elektrochemische Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlusselement (126) durch Verstemmen, Verkleben, Vernieten, Bajonettverschluss, Verrasten, Spreizen, Verschweißen, Ultraschallschweißen, Reibschweißen, Reibrührschweißen und/oder Laserschweißen mit dem Gehäuse (102) verbunden ist.
  8. Elektrochemische Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlusselement (126) als ein Blindniet (184; 203; 296) und/oder als ein Spreizniet (246) ausgebildet ist.
  9. Elektrochemische Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Signal- und/oder Versorgungsleitung (130) zumindest abschnittsweise einen blanken Draht, ein blankes Drahtbündel, einen isolierten Draht, ein isoliertes Drahtbündel, einen aus einem Ausgangsmaterial herausgetrennten Leiter aus einem blanken oder isolierten elektrisch leitfähigen Material, eine auf einen elektrisch isolierenden Körper aufgebrachte elektrisch leitfähige Beschichtung und/oder einen in eine starre oder flexible Leiterplatte integrierten elektrischen Leiter umfasst.
  10. Elektrochemische Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (134) eine messempfindliche Sensorfläche (304) umfasst, die im Innenraum (122) des Gehäuses (102) angeordnet ist.
  11. Elektrochemische Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (134) an einer dem Innenraum (122) des Gehäuses (102) abgewandten Außenseite (308) des Verschlusselements (126) angeordnet ist.
  12. Elektrochemische Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlusselement (126) mit einem im Innenraum (122) des Gehäuses (102) angeordneten Bauteil (306) der elektrochemischen Zelle (100) in Kontakt steht.
  13. Elektrochemische Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (134) eine Anschlussstelle (132) für mindestens eine Signal- und/oder Versorgungsleitung (130) umfasst, wobei die Anschlussstelle (132) im Innenraum (122) des Gehäuses (102) angeordnet ist.
  14. Elektrochemische Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (134) eine Anschlussstelle (132) für mindestens eine Signal- und/oder Versorgungsleitung (130) umfasst, wobei die Anschlussstelle (132) in einem Außenraum (136) des Gehäuses (102) angeordnet ist.
  15. Elektrochemische Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (134) zum Erfassen eines Drucks, einer Temperatur, einer Feuchte, eines Gasbestandteils und/oder einer Gaszusammensetzung ausgebildet ist.
  16. Elektrochemische Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (134) als ein Analogbauteil, ein Digitalbauteil, ein bedrahtetes Bauteil, ein SMD-Bauteil und/oder ein in einem Sensorgehäuse (138) montiertes Bauteil ausgebildet ist.
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