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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Batteriezelle, auf ein Batteriemodul, diese enthaltend und auf ein Verfahren zu deren Herstellung gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche.
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Stand der Technik
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Gegenwärtig besteht ein erhöhter Bedarf an elektrochemischen Speicherzellen zur Speicherung oder Zwischenspeicherung von elektrischer Energie. Aufgrund ihrer hohen Energiedichte werden dabei für zahlreiche Anwendungen sogenannten Lithium-Ionen-Zellen für die Speicherung elektrischer Energie verwendet. Diese Batteriezellen haben jeweils zwei Zellpole bzw. zwei Terminals, über die eine elektrische Kontaktierung derselben mit einem entsprechenden Ladegerät oder einem elektrischen Verbraucher erfolgt.
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Nicht für die elektrische Kontaktierung vorgesehene Bereiche einer solchen Batteriezelle, insbesondere Außenbereiche, werden elektrisch isoliert ausgeführt, indem entweder für die Batteriezelle ein nicht metallisches Gehäuse vorgesehen wird oder indem ein Batteriezellgehäuse mit einem elektrisch isolierenden Überzug beispielsweise in Form einer Kunststofffolie oder einer entsprechenden Lackierung versehen wird.
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Da derartige isolierende Überzüge die elektrische Isolation der Batteriezelle sicherstellen, werden sie im Allgemeinen über die Gesamtfläche der Außenwand der Batteriezelle gleichmäßig und auch hinlänglich dick aufgebracht. Dies gilt auch, wenn die Außenfläche des Batteriezellgehäuses durch eine entsprechende Lackierung oder durch ein Bekleben mit einer Folie elektrisch isoliert wird. Dabei wird an Stellen des Batteriezellgehäuses, an denen aus elektrischen Gründen oder auch aus Gründen der mechanischen Festigkeit eine Verstärkung der Isolationsschicht erfolgen sollte, gegebenenfalls durch Aufsetzen von Kunststoffteilen oder durch Aufkleben weiterer Isolationsfolienschichten die Isolationsschicht selbst in verstärkter Form ausgeführt.
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Derartige Batteriezellen werden zur Herstellung von elektrochemischen Energiespeichern beispielsweise für Elektrofahrzeuge zu Batteriemodulen, die üblicherweise zwischen 3 und 15 Batteriezellen umfassen, zusammengefasst und in Serie verschaltet. Für diese Anwendung haben sich beispielsweise Batteriezellen mit einer prismatischen Bauform bewährt. Diese werden zu Batteriemodulen zusammengefügt, in dem Sie beispielsweise jeweils mit ihren Großflächen miteinander in physischem Kontakt gebracht werden und in einer Reihe positioniert werden. Üblicherweise werden diese dann unter Anwendung eines dauerhaften Drucks, beispielsweise durch ein Verspannen, zu einer kompakten quaderförmigen Einheit, dem eigentlichen Batteriemodul, verbunden.
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Bei Ausübung eines dauerhaften Drucks auf die Batteriezellen wird vor allem bei einem Verspannen auf die Großflächen der endständigen Batteriezellen eines derartigen Batteriemoduls ein Druck ausgeübt, der zu einem Zusammendrücken der Batteriezellen des Batteriemoduls führt. Auf diese Weise wird erreicht, dass eine gelegentliche Ausbeulung der Batteriezellen (sog. swelling) beispielsweise bei Lade- oder Entladevorgängen unterdrückt wird und zum Anderen aufgrund der durch die Druckbeanspruchung auftretenden Reibungswirkung der Reibungswiderstand zwischen den Großflächen benachbarter Batteriezellen erhöht wird, so dass sich Batteriezellen, die im Verbund des Batteriemoduls durch ein Spannband oder einen Spannrahmen miteinander verbunden sind, nicht mehr gegeneinander verschieben.
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Diese Art des Aufbaus des Batteriemoduls geht jedoch davon aus, dass die verwendeten prismatischen Batteriezellen von ihrer Form her ideale Quader sind, das heißt dass die sich jeweils gegenüberliegenden Flächen der Batteriezelle plan und genau parallel zueinander ausgerichtet sind. Werden jedoch real vorliegenden Batteriezellen zu einem Batteriemodul zusammengepresst, so ergibt sich ein Gesamtkörper, der von der idealen Form eines Quaders abweicht.
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Dies beruht darauf, dass Batteriezellen beispielsweise im Bereich des mit den Zellterminals besetzten Zelldeckels (Top Plate) etwas breiter ausgeführt sind als am unteren Rand eines tiefgezogenen Zellbechers der Batteriezelle. Beim Zusammendrücken einer derart real vorkommenden Batteriezelle kommt es daher entweder zur Ausbildung eines Batteriemoduls in Form eines leicht gebogenen Quaders oder es kommt aufgrund einer sehr starken Ungleichverteilung des aufgebrachten Drucks zu Luftschlitzen zwischen den einzelnen Batteriezellen.
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Die Folge derartiger Verformungen ist eine Abweichung der Dimension des Batteriemoduls vom Sollwert und damit verbunden ein schlechter bzw. ungleichmäßiger Wärmeübergang zwischen den einzelnen Batteriezellen und ggf. daran anliegenden Bauteilen wie etwa Kühlplatten. Weiterhin kann es zu einer übermäßigen Belastung der Batteriezellen bzw. der auf deren Gehäuse aufgebrachten, elektrischen Isolation in Bereichen erhöhten Drucks kommen. Diesbezüglich ist es beispielsweise aus der
JP 2010-092662 A bekannt, innerhalb von Batteriezellen Ausgleichsschichten vorzusehen, die beispielsweise Dimensionsänderungen im Inneren der Batteriezelle, die sich beispielsweise bei Lade- bzw. Entladevorgängen ergeben, auffangen.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Demgegenüber wird erfindungsgemäß eine Batteriezelle, ein Batteriemodul diese enthaltend, sowie ein Verfahren zu deren Herstellung bereitgestellt, die es gestatten, real existierende Asymmetrien von Gehäusen für Batteriezellen in ihren Folgen für den Betrieb derselben wirkungsvoll abzufangen.
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Dies geschieht durch Bereitstellung einer Batteriezelle bzw. eines Batteriemoduls sowie eines Verfahrens zur Herstellung derselben mit den kennzeichnenden Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche.
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Dabei wird erfindungsgemäß ein Batteriezellgehäuse einer Batteriezelle mit einer insbesondere elektrisch isolierenden Beschichtung versehen, derart, dass die Schichtdicke der Beschichtung zumindest im Bereich einer Großfläche des Batteriezellgehäuses der Batteriezelle eine variierende Schichtdicke aufweist. Dabei erfolgt die Variation der Schichtdicke der Beschichtung insbesondere so, dass durch die Beschichtung eine Außenoberfläche des Batteriezellgehäuses gebildet wird, die parallel ausgerichtet ist zu einer weiteren Außenoberfläche einer weiteren Großfläche des Batteriezellegehäuses.
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Der besondere Vorteil dieser Vorgehensweise besteht darin, dass mittels der Beschichtung Abweichungen des Batteriezellgehäuses beispielsweise von der Form eines idealen Quaders durch Variation der Schichtdicke der elektrischen Isolationsschicht korrigiert werden, so dass aufgrund einer Aufbringung einer Beschichtung mit variierender Schichtdicke eine Batteriezelle mit einem Batteriezellgehäuse bereitgestellt werden kann, welches in seiner Außenkontur einem idealen Quader entspricht.
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Wird eine derartige Batteriezelle beispielsweise zur Ausbildung eines Batteriemoduls in einen Verbund überführt und eine Vielzahl von Batteriezellen des erfindungsgemäßen Typs miteinander verspannt, so kommt es zu einer gleichmäßigen Außenbelastung der einzelnen Batteriezellgehäuse aufgrund des aufgebrachten Drucks. Dies erhöht deutlich die mechanische Beständigkeit und Langlebigkeit des entsprechenden Batteriemoduls.
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Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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So ist von Vorteil, wenn die Beschichtung des Batteriezellgehäuses zumindest teilweise aus einer ersten und einer zweiten Beschichtung gebildet ist. Diese bedeckt das Batteriezellgehäuse zumindest teilweise, beispielsweise im Wesentlichen vollständig, wobei Bereiche des Batteriezellgehäuses die den Batteriezellterminals zugeordnet sind, ausgespart werden. Auf diese Weise ist zum Einen eine elektrische Isolation gegenüber der Batteriezellumgebung zu erreichen, andererseits besteht für die Auswahl des Materials bspw. der zweiten Beschichtung hinsichtlich der Materialauswahl ein größerer Freiheitsgrad.
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So kann die zweite Beschichtung als wärmeleitende Beschichtung beispielsweise durch Zusatz wärmeleitender Füllstoffe wie beispielsweise Aluminiumoxid oder Bornitrid ausgeführt werden oder auch als druckaufnehmende Schicht durch Zusatz kompressibler Füllstoffe wie beispielsweise Gummipartikel.
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Die erfindungsgemäßen Batteriezellen werden insbesondere derart hergestellt, dass ein Schritt der messtechnischen Erfassung der Außenkontur des Batteriezellgehäuses der Batteriezelle erfolgt und dass ein zumindest teilweises oberflächliches Beschichten des Batteriezellegehäuses mit einer Beschichtung erfolgt.
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Wird gemäß einer ersten Ausführungsform dieses Verfahrens zunächst die messtechnische Erfassung der Außenkonturen des Batteriezellgehäuses durchgeführt, so können in einem zweiten Arbeitsschritt zielgerichtet diejenigen Bereiche des Batteriezellgehäuses mit der Beschichtung versehen werden, deren Verdickung zu einer Annäherung der Außendimensionen des Batteriezellgehäuses an vorgegebene Außendimensionen des Batteriezellgehäuses führt.
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Auf diese Weise kann beispielsweise auch in einem mehrstufigen Prozess durch gezieltes Aufbringen von Einzelschichten mit vorzugsweise jeweils nachgeschalteter messtechnischer Erfassung der Außenkontur des Batteriezellgehäuses eine gezielte Annäherung der Außendimension des Batteriezellgehäuses an vorgegebene Außendimensionen eines Batteriezellgehäuses erfolgen, ohne dass es zu einer übermäßigen Verdickung der Wandung des Batteriezellgehäuses durch eine übermäßig dicke Beschichtung derselben kommt.
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Gemäß einer zweiten vorteilhaften Ausführungsform dieses Verfahrens erfolgt zunächst ein zumindest teilweiser Auftrag einer Beschichtung auf die Außenfläche des Batteriezellgehäuses vorzugsweise im Überschuss. In einem zweiten Schritt erfolgt dann eine messtechnische Erfassung der Außenkonturen des entsprechenden Batteriezellgehäuses und aufgrund der Messergebnisse dann eine Ablation von Material der aufgetragenen Beschichtung, derart, dass die gemessenen Außendimensionen des Batteriezellgehäuses an vorgegebene Außendimensionen des Batteriezellegehäuses angenähert werden.
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Der Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, dass kein aufwendiger, gegebenenfalls mehrstufiger Prozess einer gezielten Aufbringung einer Beschichtung bzw. von Einzelschichten auf die Außenfläche des Batteriezellgehäuses erfolgen muss, sondern eine gezielte Ablation von Material der Beschichtung in einem einzigen Arbeitsschritt erfolgen kann. Im Ergebnis entsteht in beiden Fällen eine Batteriezelloberfläche, deren Außendimensionen vorgegebenen Außendimensionen entsprechen.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird ein Verfahren zur Herstellung eines entsprechenden Batteriemoduls enthaltend die erfindungsgemäßen Batteriezellen bereit gestellt.
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Dazu kann gemäß einer ersten Ausführungsform zunächst ein Stapel aus Batteriezellen in unbeschichtetem Zustand bereitgestellt werden, dieser Stapel mit einer Vergussmasse zur Erzeugung einer Beschichtung zumindest im Bereich einer Großfläche der Batteriezellgehäuse mit einer über die Fläche der Großfläche der Batteriezellgehäuse hinweg sich verändernden Schichtdicke unter Ausfüllung von zwischen den Batteriezellen auftretenden Hohlräumen vergossen werden und abschließend die Batteriezellen zu einem Batteriezellenverbund verspannt werden.
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Der Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, dass in einem einzigen Arbeitsschritt eine Vielzahl von Hohlräumen zwischen den Batteriezellen in einem einzigen Arbeitsgang mit einer Beschichtung versehen werden können, so dass zwischen den Batteriezellen keine Hohlräume mehr existieren.
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Gemäß einer zweiten Ausführungsform erfolgt die Herstellung entsprechender Batteriemodule dadurch, dass zunächst die Batteriezellgehäuse einzelner Batteriezellen mit einer flüssigen Beschichtung versehen werden, dann die Batteriezellen selbst in einen Batteriezellenstapel überführt werden und in einem letzten Schritt der so gebildete Batteriezellstapel einer Druckbeanspruchung ausgesetzt ist, derart dass es zur Erzeugung einer Beschichtung zumindest im Bereich einer Großfläche der Batteriezellgehäuse mit einer über die Fläche der Großfläche der Batteriezellgehäuse hinweg sich verändernden Schichtdicke unter Verdrängung überflüssigen Materials der flüssigen Beschichtung kommt.
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Hier ist der besondere Vorteil darin zu sehen, dass die auf die Oberflächen der Batteriezellgehäuse aufgebrachten Beschichtungen in ihrer Dimensionierung in einem einzigen Arbeitsschritt korrigiert werden können.
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Die erfindungsgemäßen Batteriezellen bzw. Batteriemodule lassen sich in vorteilhafter Weise in tragbaren Energiespeichersystemen beispielsweise für Mobiltelefone oder Computer verwenden, in mobilen Anwendungen wie beispielsweise in E-Bikes, Plug-In-Hybridfahrzeugen, Hybridfahrzeugen oder Elektrofahrzeugen sowie in stationären elektrischen Energiespeichersystemen, wie sie beispielsweise zur Speicherung oder Zwischenspeicherung von regenerativ erzeugter elektrischer Energie vorgesehen sind.
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Kurze Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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In der Figur sind Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dargestellt und in der nachfolgenden Figurenbeschreibung näher erläutert. Es zeigt:
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1a die schematische Seitenansicht einer Mehrzahl idealer Batteriezellen,
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1b die schematische Seitenansicht eines Batteriemoduls umfassend ideale Batteriezellen gemäß 1a,
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2a die schematische Seitenansicht einer Mehrzahl realer Batteriezellen,
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2b die schematische Seitenansicht eines Batteriemoduls umfassend reale Batteriezellen gemäß 2a,
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3a die schematische Seitenansicht einer Mehrzahl von Batteriezellen gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
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3b die schematische Seitenansicht eines Batteriemoduls umfassend Batteriezellen gemäß 3a,
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4 die schematische Darstellung einer ersten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung von Batteriezellen gemäß 3a und
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5 die schematische Darstellung einer zweiten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung von Batteriezellen gemäß 3a.
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In 1a ist eine Mehrzahl von Batteriezellen 10a dargestellt, die beispielsweise als prismatische Batteriezellen ausgeführt sind und eine ideale bzw. idealisierte Außenkontur aufweisen. Die Batteriezellen 10a umfassen ein Batteriezellgehäuse 12, in welchem die elektrochemischen Komponenten der Batteriezelle 10a untergebracht sind. Das Batteriezellgehäuse 12 ist beispielsweise aus einem metallischen Werkstoff wie Aluminium oder Stahlblech herstellt und weist aus Gründen der elektrischen Isolation auf seiner Außenseite eine vorzugsweise elektrisch isolierende erste Beschichtung 14 auf, welche beispielsweise als Lackschicht oder als selbstklebende Folie ausgeführt ist. Alternativ kann das Batteriezellgehäuse 12 auch aus einem polymeren Material bzw. aus einem Kunststoffmaterial hergestellt sein, in diesem Fall ist eine zusätzliche elektrisch isolierende Beschichtung nicht erforderlich aber grundsätzlich möglich.
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Weiterhin umfasst die Batteriezelle 10a schematisch dargestellte Batterieterminals 16, die der elektrischen Kontaktierung der Batteriezelle 10a dienen.
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Um aus den Batteriezellen 10a ein Batteriemodul, umfassend mehrere in Reihe oder parallel elektrisch miteinander verschaltete Batteriezellen, bilden zu können, werden eine Mehrzahl oder Vielzahl von Batteriezellen 10a, beispielsweise zwischen 4 und 15 Batteriezellen 10a, zu einem Batteriezellenstapel wie in 1a dargestellt gruppiert. Zur mechanischen Fixierung der Batteriezellen 10a innerhalb des Batteriezellstapels werden diese beispielsweise durch ein geeignetes, in 1a schematisch dargestelltes Spannband 18 miteinander verspannt, indem ein in 1a durch Pfeile schematisch dargestellter Druck 20 auf den Batteriezellenstapel der Batteriezellen 10a ausgeübt wird.
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Als Resultat dieser Vorgehensweise wird ein Batteriemodul 100a erhalten, wie es exemplarisch in 1b dargestellt ist. Da die einzelnen Batteriezellen 10a ideale bzw. idealisierte Außenkonturen aufweisen, weist auch das Batteriemodul 100a eine ideale Quaderform auf. Treten innerhalb des Batteriemoduls 100a Druckschwankungen innerhalb der Batteriezellen 10a auf, beispielsweise durch Lade- bzw. Entladevorgänge oder durch thermische Belastung derselben, so wird der dabei entstehende Druck innerhalb des Batteriemoduls 100a über die Großflächen der Batteriezellgehäuse 12 der Batteriezellen 10a weitergegeben an benachbarte Batteriezellen 10a und somit gleichmäßig verteilt. Die Gefahr einer mechanischen Schädigung oder Rissbildung im Bereich der Batteriezellgehäuse 12 ist somit gering.
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In 2a sind demgegenüber real vorliegende Batteriezellen 10b dargestellt, deren Bauform erkennbar von einer ideal prismatischen Bauform abweicht. Erkennbar ist, dass die Batteriezellen 10b eine konische Form aufweisen. Werden diese realen Batteriezellen 10b zu einem Batteriestapel zusammengestellt, wie in 2a verdeutlich, und zu einem Batteriemodul mittels eines geeigneten Spannbandes 18 unter Einwirkung eines Drucks 20 miteinander verspannt, so resultiert ein Batteriemodul 100b, wie es in 2b dargestellt ist. Erkennbar ist, dass die einzelnen Batteriezellen 10b nur im Kopfbereich in physischem Kontakt miteinander stehen, während sie bedingt durch ihre konische Form, im Bodenbereich des Batteriezellegehäuses 12 nicht aneinander grenzen. Auftretende Druckbelastungen werden in diesem Fall lediglich über den Kopfbereich des Batteriezellgehäuses 12 an benachbarte Batteriezellen 10b weitergegeben und es resultieren ungleiche Druckbeanspruchungen im Bereich des jeweiligen Batteriegehäuses 12. Die Langlebigkeit und Dauerbetriebsfestigkeit derartiger Batteriemodule 100b ist somit reduziert.
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In 3a ist eine Mehrzahl erfindungsgemäßer Batteriezellen 10c dargestellt, die zu einem Batteriezellstapel gruppiert sind. Diese umfassen bspw. zusätzlich eine zweite Beschichtung 22, die die Oberfläche des Batteriezellgehäuses 12, zumindest teilweise bedeckt. Dazu ist die Beschichtung 22 beispielsweise auf die Oberfläche der ersten Beschichtung 14 aufgebracht bzw. bspw. bei Batteriezellgehäusen 12 aus Kunststoff direkt auf die Oberfläche des Batteriezellgehäuses 12.
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Die zweite Beschichtung 22 ist vorzugsweise so ausgeführt, dass sie die Außenkontur einer realen Batteriezelle so auffüttert und ergänzt, dass deren äußere Außenkonturen bzw. Außendimensionen denen einer idealisierten, beispielsweise prismatischen Batteriezelle entspricht. Werden die erfindungsgemäßen Batteriezellen 10c zu einem Batteriemodul 100c durch Spannplatten 18 und unter Einwirkung eines Drucks 20 verspannt, so ergeben sich keine Zwischenräume zwischen den einzelnen Batteriezellen 10c, so dass Druckspitzen innerhalb des Batteriemoduls 100c bzw. innerhalb einzelner Batteriezellen 10c vollflächig an benachbarte Batteriezellen 10c weitergegeben werden und somit ein flächenmäßig ausgeglichener Druckausgleich innerhalb des Batteriemoduls 100c resultiert.
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Darüber hinaus kann die zweite Beschichtung 22 weitere Funktionen in Bezug auf den Betrieb der jeweiligen Batteriezelle 10c übernehmen. Es ist beispielsweise möglich, die zweite Beschichtung 22 aus einem polymeren Material auszuführen, das beispielsweise wärmeleitfähige Füllstoffe wie Aluminiumoxid und Bornitrid aufweisen kann oder auch Füllstoffe mit federelastischer Eigenschaft wie beispielsweise Gummipartikel. Die Aufbringung der zweiten Beschichtung 22 kann beispielsweise durch Aufbringung eines Lacks, einer Vergussmasse oder einer entsprechenden Folie erfolgen. Darüber hinaus kann die Beschichtung 22 bezüglich ihrer Oberflächeneigenschaften eine höhere Rutschfestigkeit aufweisen als beispielsweise das Zellgehäuse 12 oder die erste Beschichtung 14.
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In 4 ist exemplarisch ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Batteriezelle 10c in einer ersten Variante dargestellt. Ausgehend von einer realen Batteriezelle 10b wird in einem ersten Beschichtungsschritt 30 die erste Beschichtung 14 auf das Batteriezellgehäuse 12 aufgetragen. Nachfolgend werden in einem Vermessungsschritt 32 die Außenkonturen der realen Batteriezelle 10b vermessen und bspw. von einer Steuerungseinheit einem Auswertungsschritt 34 unterzogen. In diesem wird überprüft, ob die messtechnisch im Vermessungsschritt 32 erfassten Außendimensionen mit vorgegebenen Außendimensionen einer Batteriezelle übereinstimmen. Ist dies nicht der Fall, wird die Batteriezelle 10b erneut dem Beschichtungsschritt 30 zugeführt, wie in 4 durch einen Pfeil 36 verdeutlicht. Nach einem erneuten Beschichtungsschritt 30 wird erneut der Konturerfassungsschritt 32 durchgeführt und wiederum in einem Auswerteschritt 34 überprüft, ob die Batteriezelle nach wiederholter Beschichtung nun den vorgegebenen Außendimensionen entspricht.
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Diese Vorgehensweise wird so lange wiederholt, bis sich die reale Außenkontur der Batteriezelle 10b der vorgegebenen Außenkontur einer erfindungsgemäßen Batteriezelle ausreichend angenähert hat. Hierbei kann beispielsweise eine Fehlerschwelle definiert sein, die eine bestimmte Abweichung, beispielsweise von 5 bis 10 Prozent, von den vorgegebenen Längenmaßen der Idealkontur einer erfindungsgemäßen Batteriezelle 10c zulässt. Entsprechen die Außendimensionen der Batteriezelle 10b der vorgegebenen Kontur einer erfindungsgemäßen Batteriezelle 10c oder entspricht sie im Wesentlichen diesen, wird, wie durch einen Pfeil 38 verdeutlicht, die erfindungsgemäße Batteriezelle 10c fertig gestellt.
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Eine alternative Ausführungsform sieht vor, dass im Beschichtungsschritt 30 zunächst ein Überschuss an Beschichtungsmaterial der Beschichtung 14 auf die reale Batteriezelle 10b aufgebracht wird, im nachfolgenden Konturerfassungsschritt 32 die Außendimension der so beschichteten Batteriezelle erfasst werden und nachfolgend über den Auswerteschritt 34 festgelegt wird, an welchen Stellen wie viel des überschüssig aufgetragenen Beschichtungsmaterials abgetragen werden muss, um die Kontur der realen Batteriezelle 10b an die einer erfindungsgemäßen Batteriezelle 10c ausreichend anzunähern.
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Danach erfolgt ein hier nicht dargestellter Ablationsschritt, bei dem ortsgenau von der Oberfläche des Batteriezellgehäuses 12 eine entsprechende Menge des Beschichtungsmaterials der Beschichtung 14 abgetragen wird. Nachfolgend kann erneut ein Konturerfassungsschritt 32 durchgeführt werden bzw. ein Auswerteschritt 34, um den Erfolg des so durchgeführten Erfolg des Ablationsverfahrens zu überprüfen. Stimmt die realisierte Kontur der Batteriezelle mit der einer vorgegebenen Batteriezelle überein bzw. ausreichend überein, so wird die Batteriezelle fertig gestellt.
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Das Auftragen von Beschichtungsmaterial zur Erzeugung der Beschichtung 14 kann insbesondere bei der Notwendigkeit größerer Schichtdicken in mehreren nacheinander aufeinanderfolgenden Beschichtungsschritten vorgenommen werden, beispielsweise in Form eines 3D-Drucks.
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Eine zweiten Alternative eines Verfahrens zur Herstellung der erfindungsgemäßen Batteriezelle 10c ist in 5 dargestellt. Dabei wird eine reale Batteriezelle 10b zunächst einem Vorbeschichtungsschritt 40 unterzogen, mit dem eine erste Beschichtung 14 auf das Batteriezellgehäuse 12 der realen Batteriezelle 10b aufgebracht wird. Nachfolgend erfolgt im Unterschied zur ersten Variante des Herstellungsverfahrens gemäß 4 zunächst ein Konturerfassungsschritt 32 verbunden mit einem Auswerteschritt 34, um zu überprüfen, ob die Kontur der realen Batteriezelle 10b ausreichend der vorgegebenen Kontur einer Batteriezelle entspricht. Auf Basis des Auswerteschritts 34 erfolgt nun eine Steuerung einer Beschichtungsanlage, sodass nachfolgend der Beschichtungsschritt 30 durchgeführt wird, woraufhin ein erneuter Konturerfassungsschritt 32 erfolgt. Stimmt die so realisierte Kontur der realen Batteriezelle 10b ausreichend mit der vorgegebenen Kontur einer Batteriezelle überein, so wird die Batteriezelle fertig gestellt. Stimmt die Kontur nicht ausreichend mit der vorgegebenen Kontur überein, so erfolgt ein erneuter Beschichtungsschritt 30.
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Gegenstand der Erfindung ist weiterhin ein Batteriemodul, dass mindestens eine, vorzugsweise eine Mehrzahl bzw. eine Vielzahl von erfindungsgemäßen Batteriezellen umfasst. Diese Batteriemodul 100c ist in 3b dargestellt. Eine alternative Herstellungsform zur Herstellung des Batteriemoduls 100c kann auch darauf beruhen, dass ein Batteriestapel von realen Batteriezellen 10b, wie er in 2a dargestellt ist, mit oder ohne Anlegen eines äußeren Drucks 20 zunächst mit einer ausreichend niederviskosen Vergussmasse vergossen wird und nachfolgend vor oder nach der Härtung der Vergussmasse mit dem Druck 20 beaufschlagt wird, so dass in einem einzigen Verfahrensschritt das erfindungsgemäße Batteriemodul 100c realisiert werden kann. In diesem Fall bildet die Vergussmasse somit in situ die erste bzw. zweite Beschichtung 14, 22 mit variabler Schichtdicke im Sinne der Anmeldung.
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Eine weitere Möglichkeit zur Herstellung des erfindungsgemäßen Batteriemoduls 100c kann darin bestehen, zunächst reale Batteriezellen 10b mit einem Überschuss an Beschichtungsmaterial auf deren Oberfläche zu versehen, diese gemäß 3a unter Druck 20 beispielsweise mit Hilfe einer Spannvorrichtung 18 zusammen zu pressen und überschüssiges Beschichtungsmaterial auf diese Weise aus dem Plattenstapel der Batteriezellen 10b so weit zu entfernen, dass das erfindungsgemäße Batteriemodul 100c gemäß 3b gebildet wird. In diesem Fall bildet der aufgebrachte Überschuss an Beschichtungsmaterial somit in situ die erste bzw. zweite Beschichtung 14, 22 mit variabler Schichtdicke im Sinne der Anmeldung.
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Hier besteht die alternative Möglichkeit, als Beschichtungsmaterial zur Erzeugung der ersten bzw. zweiten Beschichtung 14, 22 ein thermoplastisches Material, wie beispielsweise Polyethylen zu verwenden, und das Anlegen eines Drucks 20 beispielsweise mittels einer Spannvorrichtung 18 bei einer Temperatur zwischen 100 und 150°C durchzuführen, so dass das verwendete Polyethylen in einem thermoplastischen Zustand vorliegt und einfach geformt werden kann. Auch in diesem Fall resultiert nach Abkühlen das erfindungsgemäße Batteriemodul 100c gemäß 3b.
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Die erfindungsgemäße Batteriezelle 10c ist beispielsweise als Lithium-Ionen-, Lithium-Schwefel- oder Lithium-Luft-Batteriezelle ausgeführt.
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Sie bzw. darauf aufbauende Batteriemodule 100c findet Anwendung beispielsweise in tragbaren Energiespeichersystemen für Mobiltelefone oder Computer sowie für mobile Anwendungen in E-Bikes, Plug-In-Hybrid-Fahrzeugen, Hybrid-Fahrzeugen und Elektrofahrzeugen sowie in stationären Anwendungen beispielsweise zur Energiespeicherung regenerativ erzeugter, elektrischer Energie.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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