DE102014214615A1 - Closure arrangement for a lithium ion accumulator - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Batteriezelle (1), umfassend eine Elektrodenanordnung mit mindestens einer positiven Elektrode und mindestens einer negativen Elektrode, zwischen denen mindestens ein Separator angeordnet ist, wobei die Elektrodenanordnung in einem Gehäuse (10) mit einem metallischen Behälter (11) und einer Deckelanordnung (13) aufgenommen ist, wobei an der Deckelanordnung (13) eine Einfüllöffnung (15) zum Einfüllen von Elektrolyt in das Gehäuse (10) vorgesehen ist. Ferner wird die Einfüllöffnung (15) von einer Verschlussanordnung (20) verschlossen, wobei die Verschlussanordnung (20) ein Expansionselement (22) und in einer darin ausgebildeten Aufnahme (32) aufgenommenes Verschlusselement (24) umfasst, welches das Expansionselement (22) radial aufweitet, so dass sich das Expansionselement (22) an eine Wandung (17) der Einfüllöffnung (15) anlegt.The invention relates to a battery cell (1), comprising an electrode arrangement with at least one positive electrode and at least one negative electrode, between which at least one separator is arranged, wherein the electrode arrangement in a housing (10) with a metallic container (11) and a cover assembly (13) is received, wherein on the cover assembly (13) has a filling opening (15) for filling electrolyte in the housing (10) is provided. Furthermore, the filling opening (15) is closed by a closure arrangement (20), wherein the closure arrangement (20) comprises an expansion element (22) and a closure element (24) received in a receptacle (32) formed therein which radially expands the expansion element (22) in that the expansion element (22) bears against a wall (17) of the filling opening (15).

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung bezieht sich auf eine Verschlussanordnung für eine Batteriezelle, insbesondere eine Lithium-Ionen-Batteriezelle. The invention relates to a closure arrangement for a battery cell, in particular a lithium-ion battery cell.

Batteriezellen, auch als Akkumulatorzellen bezeichnet, werden zur Energieversorgung in mobilen Elektrofahrzeugen oder Hybridfahrzeugen verstärkt eingesetzt. Hierfür wird meist eine Vielzahl von Batteriezellen zu Batteriepaketen zusammengesetzt, wobei bevorzugt prismatische, beispielsweise quaderartige Formen eingesetzt werden um das zur Verfügung stehende Packvolumen möglichst effizient nutzen zu können. Aufgrund ihrer hohen Energiedichte, der thermischen Stabilität und dem fehlenden Memory-Effekt wird in Kraftfahrzeugen meist eine Lithium-Ionen-Akku-Technologie eingesetzt, welche für eine zukünftige Elektromobilität weiterzuentwickeln ist.Battery cells, also referred to as accumulator cells, are increasingly used for energy supply in mobile electric vehicles or hybrid vehicles. For this purpose, a plurality of battery cells is usually assembled into battery packs, wherein preferably prismatic, for example cuboidal forms are used in order to use the available packing volume as efficiently as possible. Due to their high energy density, the thermal stability and the lack of memory effect in motor vehicles usually a lithium-ion battery technology is used, which is to be further developed for future electromobility.

Herkömmliche Batteriezellen weisen einen kompakten Aufbau auf, bei dem eine Vielzahl unterschiedlicher Einzelteile für den Zusammenbau einer gesamten Batteriezelle eingesetzt wird. Einer der beim Aufbau einer Batteriezelle erforderlichen Bearbeitungsschritte besteht darin, nach der Anordnung der notwendigen Einzelteile in einen Behälter eines Gehäuses und verschließen desselben mit einer Deckelanordnung, eine an der Deckelanordnung vorgesehene Einfüllöffnung, durch welche Elektrolyt in das Gehäuse eingefüllt wird, gasdicht und druckdicht zu verschließen. Das Verschließen von Einfüllöffnungen von Akkumulatoren kann allgemein über kraft-, stoff- und/oder formschlüssige Verbindungen erfolgen, welche an und/oder in den Einfüllöffnungen befestigbar sind. Hierbei werden Verschlusselemente bzw. Verschlussstopfen mittels Pressverfahren, Schweißverfahren und/oder Klebeverfahren an oder in der Einfüllöffnung fixiert. Das Schweißverfahren setzt geeignete Materialien voraus, insbesondere sollten Verschlussstopfen, auch ausgebildet als Vorform, und die Deckelanordnung aus einem gleichartigen Material sein, beispielsweise ein Thermoplastmaterial, wobei der Verschlussstopfen erwärmt eingesetzt und mechanisch mit dem Deckelmaterial mittels eines Nietwerkzeuges verpresst, bzw. verformt und verschweißt wird. Bei einem Klebeverfahren ist eine Aushärtezeit zu berücksichtigen, welche den Einsatz verzögert.Conventional battery cells have a compact structure in which a variety of different items for the assembly of an entire battery cell is used. One of the necessary in the construction of a battery cell processing steps is after the arrangement of the necessary items in a container of a housing and close it with a lid assembly, a provided on the lid assembly filling opening, through which electrolyte is filled into the housing to seal gas-tight and pressure-tight , The closing of filling openings of accumulators can generally be done by force, substance and / or positive connections, which can be fastened to and / or in the filling openings. In this case, closure elements or sealing plugs are fixed by means of pressing methods, welding methods and / or gluing methods on or in the filling opening. The welding method presupposes suitable materials, in particular closure plugs, also designed as a preform, and the lid arrangement should be made of a similar material, for example a thermoplastic material, wherein the closure plug is used heated and mechanically pressed or deformed and welded to the lid material by means of a riveting tool , In a bonding process, a curing time is to be considered, which delays the use.

Aus DE 10 2014 216 477 A1 ist eine Batteriezelle, insbesondere eine Lithium-Ionen Batteriezelle, mit einem Wickelelement und zwei Stromabnehmern bekannt, welche in einem Gehäuse mit einem metallischen Behälter und einer Deckelanordnung angeordnet sind. Die Deckelanordnung umfasst eine Deckelplatte, welche die Öffnung des Behälters gasdicht und druckdicht abschließt und eine Einfüllöffnung zum Einfüllen von Elektrolyt aufweist. Die Einfüllöffnung wird mit einem Verschlussstopfen verschlossen, der mittels Klebstoff in der Einfüllöffnung gehalten wird, wobei allerdings eine zusätzliche Dichtanordnung einen Kontakt mit dem Elektrolyten verhindern soll. Out DE 10 2014 216 477 A1 is a battery cell, in particular a lithium-ion battery cell, known with a winding element and two current collectors, which are arranged in a housing with a metallic container and a lid assembly. The cover assembly comprises a cover plate, which closes the opening of the container in a gastight and pressure-tight manner and has a filling opening for filling in electrolyte. The filling opening is closed with a sealing plug which is held in the filling opening by means of adhesive, although an additional sealing arrangement is intended to prevent contact with the electrolyte.

Aus DE 10 2007 063 176 A1 ist eine Batterie bekannt, wobei eine Einfüllöffnung für den Elektrolyten im jeweiligen Pol in einem Zellendeckel einer Einzelzelle integriert ist und von einem Verschlusselement verschlossen wird. Das Verschlusselement ist beispielsweise als Schraube und Unterlegscheibe, als Stopfen oder als Blindniet ausgebildet. Der Blindniet weist einen Nietkopf und einen Abreißdorn auf, welcher in den Nietkopf hineingezogen wird, so dass sich dieser plastisch verformt, der Abreißdorn an einer Sollbruchstelle abbricht und Blindniet und Zellendeckel eine formschlüssige Verbindung eingehen. Allerdings ragt der Blindniet in das Innere der Batterie hinein, so dass Bauraum beansprucht wird, der ansonsten für höhere Kapazitäten der Batterie genutzt werden könnte.Out DE 10 2007 063 176 A1 a battery is known, wherein a filling opening for the electrolyte in the respective pole is integrated in a cell cover of a single cell and is closed by a closure element. The closure element is designed, for example, as a screw and washer, as a stopper or as a blind rivet. The blind rivet has a rivet head and a tear-off, which is pulled into the rivet head, so that this plastically deformed, the Abreißdorn breaks off at a predetermined breaking point and blind rivet and cell cover form a positive connection. However, the blind rivet extends into the interior of the battery, so that space is taken, which could otherwise be used for higher capacities of the battery.

Aus DE 10 2009 041 417 A1 ist für einen Akkumulator eine Verschlußstopfenanordnung bekannt, umfassend einen Stopfenhalter und ein darin zumindest teilweise aufgenommenes Stopfenteil, zur Abdichtung des Innenraums des Akkumulators gegenüber der Umgebung. Der Stopfenhalter weist an seiner Innenseite in einem hohlen Bereich mindestens einen Strömungskanal für eine Überdrucksicherung auf, der sich entlang desjenigen Bereichs erstreckt, der von dem Stopfenhalter verschlossen wird.Out DE 10 2009 041 417 A1 For a rechargeable battery, a plug assembly is known, comprising a plug holder and a plug part at least partially received therein, for sealing the interior of the rechargeable battery from the environment. The stopper holder has on its inside in a hollow region at least one flow channel for overpressure protection, which extends along the region which is closed by the stopper holder.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Erfindungsgemäß wird eine Batteriezelle, insbesondere eine Lithium-Ionen-Batteriezelle vorgeschlagen, umfassend eine Elektrodenanordnung mit mindestens einer positiven Elektrode und mindestens einer negativen Elektrode, zwischen denen mindestens ein Separator angeordnet ist, wobei die Elektrodenanordnung in einem Behälter eines Gehäuses aufgenommen und von einer Deckelanordnung hermetisch verschlossen ist, wobei an der Deckelanordnung eine Einfüllöffnung zum Einfüllen von Elektrolyt in das Gehäuse vorgesehen ist. Eine Verschlussanordnung verschließt die Einfüllöffnung, umfassend ein Expansionselement und ein darin aufgenommenes Verschlusselement, welches das Expansionselement derart radial aufweitet, dass sich das Expansionselement an eine Wandung der Einfüllöffnung anlegt.According to the invention, a battery cell, in particular a lithium-ion battery cell, is proposed, comprising an electrode arrangement with at least one positive electrode and at least one negative electrode, between which at least one separator is arranged, the electrode arrangement being accommodated in a container of a housing and being hermetically sealed by a cover arrangement is closed, wherein on the cover assembly, a filling opening for filling electrolyte is provided in the housing. A closure arrangement closes the filling opening, comprising an expansion element and a closure element accommodated therein, which expands the expansion element radially such that the expansion element rests against a wall of the filling opening.

Die Einfüllöffnung einer Batteriezelle ist beispielsweise als Bohrung ausgebildet, begrenzt von einer weitgehend zylindrischen Wandung. Die Verschlussanordnung, mit welcher die Einfüllöffnung einer Batteriezelle dauerhaft gasdicht verschlossen werden kann, verhindert ein Entweichen der beim Laden einer Lithium-Ionen-Batteriezelle entstehenden Gase über die Lebensdauer einer derartigen Batteriezelle. Darüber hinaus wird aber auch ein Eindringen von Feuchtigkeit aus der Umgebung in die Batteriezellen verhindert.The filling opening of a battery cell is formed for example as a bore, bounded by a substantially cylindrical wall. The Closure arrangement, with which the filling opening of a battery cell can be permanently closed gas-tight, prevents escape of the resulting during charging of a lithium-ion battery cell gases over the life of such a battery cell. In addition, however, a penetration of moisture from the environment is prevented in the battery cells.

Die Verschlussanordnung umfasst ein Expansionselement, welches vorzugsweise weitgehend becherförmig gestaltet ist, wobei insbesondere das Expansionselement einen runden Querschnitt hat, und welches in der Einfüllöffnung, vorzugsweise als Bohrung ausgebildet, mit einem ebenfalls runden Querschnitt aufgenommen wird. Die Außenkontur des Expansionselements hat zumindest teilweise die Form eines Zylinders. Bevorzugt weist eine äußere Mantelfläche eine Strukturierung auf. Insbesondere umfasst die Strukturierung umlaufende, rillenartige Einschnitte, so dass sich in einem Schnitt eine gezackte Oberfläche ergibt, beispielsweise eine Sägezahn-Struktur. Der in dem Expansionselement ausgebildete hohle Innenraum wird von einem Boden begrenzt und weist vorzugsweise glatte Flächen auf.The closure assembly comprises an expansion element, which is preferably designed largely cup-shaped, in particular, the expansion element has a round cross-section, and which is formed in the filling opening, preferably formed as a bore, with a likewise round cross-section. The outer contour of the expansion element has at least partially the shape of a cylinder. An outer lateral surface preferably has a structuring. In particular, the structuring comprises circumferential groove-like incisions so that a serrated surface results in a cut, for example a sawtooth structure. The hollow interior formed in the expansion element is bounded by a bottom and preferably has smooth surfaces.

In einer Ausführungsform ist das Expansionselement an den Außenflächen mit einem Elektrolyt-resistenten Elastomer beschichtet, wobei eine zusätzliche Dichtwirkung zur Abdichtung des Inneren der Batteriezelle gegenüber der Umgebung erreicht wird.In one embodiment, the expansion element is coated on the outer surfaces with an electrolyte-resistant elastomer, wherein an additional sealing effect for sealing the interior of the battery cell from the environment is achieved.

An dem Expansionselement kann in einer Ausführungsform an der äußeren Mantelfläche eine Dichtanordnung vorgesehen sein, welche an dem Expansionselement in einem Bereich vorgesehen ist, welcher näher zum Inneren des Gehäuses der Batteriezelle angeordnet ist. Die Dichtanordnung kann als Dichtwulst ausgebildet sein, welcher die äußere Mantelfläche des Expansionselements ringförmig umgibt und für eine zuverlässige Abdichtung des Inneren der Batteriezelle sorgt. Beispielsweise kann die Dichtanordnung aus einem gegen den Elektrolyten resistenten Elastomer ausgeführt sein.On the expansion element may be provided in one embodiment on the outer circumferential surface a sealing arrangement which is provided on the expansion element in a region which is arranged closer to the interior of the housing of the battery cell. The sealing arrangement may be formed as a sealing bead, which surrounds the outer circumferential surface of the expansion element in an annular manner and ensures a reliable sealing of the interior of the battery cell. For example, the sealing arrangement may be made of an elastomer resistant to the electrolyte.

Das Expansionselement wird in die Einfüllöffnung eingeführt, wobei der Außendurchmesser des Expansionselements gleich oder etwas kleiner als der Durchmesser der beispielsweise als Bohrung ausgebildeten Einfüllöffnung ist. The expansion element is introduced into the filling opening, wherein the outer diameter of the expansion element is equal to or slightly smaller than the diameter of the filling opening formed, for example, as a bore.

Der hohle Innenraum des Expansionselements ist als eine Aufnahme für ein Verschlusselement ausgebildet, vorzugsweise ein kugelförmiges Verschlusselement, mit einem im Vergleich zum Innendurchmesser des Expansionselements größeren Durchmesser, wobei der Durchmesserunterschied auch in Abhängigkeit der verwendeten Materialien steht. Möglich wäre auch ein zylindrisch oder kegelförmig ausgebildetes Verschlusselement. The hollow interior of the expansion element is formed as a receptacle for a closure element, preferably a spherical closure element, with a larger diameter compared to the inner diameter of the expansion element, wherein the difference in diameter also depends on the materials used. Also possible would be a cylindrical or conical shaped closure element.

Um die Einfüllöffnung abzudichten, wird in einem ersten Schritt das Expansionselement in die abzudichtende Einfüllöffnung eingeführt, wobei das Expansionselement nicht länger als die Länge der als Bohrung ausgebildeten Einfüllöffnung sein sollte. Beispielsweise ist die die Einfüllöffnung begrenzende Wandung gestuft ausgebildet, so dass das Expansionselement an einen ausgebildeten Anschlag zu liegen kommt. Anschließend wird das bevorzugt kugelförmige Verschlusselement in den hohlen Innenraum, bzw. die Aufnahme des Expansionselements eingesetzt und mittels eines geeigneten Montagewerkzeuges weiter in den Innenraum des Expansionselements verschoben, wodurch sich das Expansionselement radial aufweitet und sich mit der äußeren Mantelfläche an die Wandung der Einfüllöffnung zumindest teilweise anlegt. Das vorzugsweise kugelförmige Verschlusselement wird soweit verschoben, bis es an dem den Innenraum des Expansionselements begrenzenden Boden anliegt, bzw. nicht über die Einfüllöffnung hervorragt. In order to seal the filling opening, in a first step, the expansion element is inserted into the filling opening to be sealed, wherein the expansion element should not be longer than the length of the filling opening formed as a bore. For example, the wall defining the filling opening is stepped, so that the expansion element comes to lie against a formed stop. Subsequently, the preferably spherical closure element in the hollow interior, or the inclusion of the expansion element is used and moved by a suitable assembly tool further into the interior of the expansion element, whereby the expansion element expands radially and at least partially with the outer surface of the wall of the filling opening invests. The preferably spherical closure element is displaced until it abuts against the bottom defining the interior of the expansion element, or does not protrude beyond the filling opening.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung einer Batteriezelle mit einer mehrteiligen Verschlussanordnung, ausgebildet als Expansionselement und ein darin aufgenommenes Verschlusselement, verschließt eine Einfüllöffnung für Elektrolyt hermetisch. Die erfindungsgemäße Verschlussanordnung ist ein kostengünstiges Element, dessen Herstellung weder einen hohen fertigungstechnischen Aufwand noch eine hohe Präzision erfordert. Entsprechende Verschlussanordnungen sind für als Bohrungen unterschiedlicher Durchmesser ausgebildete Einfüllöffnungen einsetzbar, wobei eine entsprechende Bohrung der Einfüllöffnung ohne hohe Fertigungstoleranz herstellbar ist.The inventively proposed solution of a battery cell with a multi-part closure arrangement, designed as an expansion element and a closure element received therein, hermetically seals a filling opening for electrolyte. The closure arrangement according to the invention is a cost-effective element, the production of which requires neither a high production outlay nor a high precision. Corresponding closure arrangements can be used for filling openings designed as bores of different diameters, wherein a corresponding bore of the filling opening can be produced without high manufacturing tolerance.

Eine erfindungsgemäße Verschlussanordnung kann auch in Einbausituationen eingesetzt werden, bei der die beteiligten Bauteile nur eine begrenzte mechanische Stabilität aufweisen, d.h. die beteiligten Bauteile auch mit kleinen Wandstärken ausgeführt sein können. Die Montage der erfindungsgemäßen Verschlussanordnung ist einfach und kostengünstig, erzeugt keine radialen Kräfte, erfordert keine aufwendigen Montagewerkzeuge und keine erhöhte Temperatur wie etwa bei einem Schweißverfahren, wobei stets die Gefahr einer Beeinträchtigung der Batteriefunktion droht.A closure arrangement according to the invention can also be used in installation situations in which the components involved have only limited mechanical stability, i. the components involved can also be designed with small wall thicknesses. The assembly of the closure assembly according to the invention is simple and inexpensive, does not generate radial forces, requires no expensive assembly tools and no elevated temperature such as in a welding process, which always threatens the risk of impairment of the battery function.

Die erfindungsgemäße Verschlussanordnung, welche eine Einfüllöffnung gasdicht verschließt, erzeugt eine große Dichtfläche, welche beispielsweise im Gegensatz zur schmalen, ringförmigen Dichtfläche bei einer Dichtpaarung Kugel – Einfüllöffnung steht. Insbesondere das aus dem Stand der Technik bekannte Verschlusselement Kugel erfordert enge Toleranzen, und bei der Montage besteht die Gefahr, dass es zu einer ungewünschten Spanbildung kommt.The closure arrangement according to the invention, which seals a filling opening in a gastight manner, produces a large sealing surface, which, for example, in contrast to the narrow, annular sealing surface in the case of a sealing mating ball - Filling opening stands. In particular, the known from the prior art closure element ball requires tight tolerances, and during assembly there is a risk that it comes to an undesirable chip formation.

Die erfindungsgemäße Verschlussanordnung dichtet eine Einfüllöffnung hermetisch ab, wobei dies auch ohne zusätzliche Dichtanordnungen erreichbar ist, für welche die Leckage-Gefahr mit zunehmendem Einsatzalter steigt. The closure arrangement according to the invention hermetically seals a filling opening, wherein this can also be achieved without additional sealing arrangements for which the risk of leakage increases with increasing use age.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Weitere Vorteile und Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Gegenstände werden durch die Zeichnungen veranschaulicht und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Further advantages and embodiments of the objects according to the invention are illustrated by the drawings and explained in more detail in the following description.

Es zeigen:Show it:

1 eine Explosionszeichnung einer Lithium-Ionen-Batteriezelle gemäß dem Stand der Technik; 1 an exploded view of a lithium-ion battery cell according to the prior art;

2 eine in eine Bohrung einer Einfüllöffnung einer Deckelanordnung eingeführte Verschlussanordnung für eine Batteriezelle gemäß einer Ausführungsform; 2 an inserted into a bore of a filling opening of a lid assembly closure assembly for a battery cell according to an embodiment;

3 eine Detailansicht einer Verschlussanordnung im Querschnitt während eines Montageschrittes; 3 a detailed view of a closure assembly in cross section during an assembly step;

4 eine Detailansicht einer Verschlussanordnung im Querschnitt in Endposition. 4 a detailed view of a closure assembly in cross section in the end position.

Gemäß dem Stand der Technik geht aus der Darstellung 1 eine konventionelle Lithium-Ionen-Batteriezelle in einer Explosionsdarstellung hervor. Die Lithium-Ionen-Batteriezelle setzt sich aus einer Vielzahl von Elementen zusammen, welche nicht alle vollständig dargestellt sind. Eine Batteriezelle 1 weist wenigstens ein Wickelelement 2 mit einem gewickelten Stapel 3 aus einer Kupferfolie auf, welche mit Anodenmaterial beschichtet ist und mit einer Aluminiumfolie, welche mit einem Kathodenmaterial beschichtet ist, sowie mit dazwischenliegenden Kunststofffolien, die als Separator fungieren. Zur elektrischen Kontaktierung erfolgt die Wicklung derart, dass auf einer Schmalseite die Kupferfolie und auf einer gegenüberliegenden Schmalseite die Aluminiumfolie über einen jeweiligen Rand des Wickelelements 2 geringfügig überstehen. An einen überstehenden Bereich 4 der Kupferfolie wird ein aus Kupfer bestehender Stromabnehmer 5 angeschweißt, um den Stromabnehmer mit der Anode elektrisch zu verbinden. An einen gegenüberliegenden überstehenden Bereich der Aluminiumfolie wird ein aus Aluminium bestehender zweiter Stromabnehmer 6 angeschweißt, wobei der elektrische Kontakt zur Kathode des Wickelelements 2 hergestellt wird.According to the prior art goes from the presentation 1 a conventional lithium-ion battery cell in an exploded view. The lithium-ion battery cell is composed of a plurality of elements, which are not all fully represented. A battery cell 1 has at least one winding element 2 with a wrapped stack 3 of a copper foil coated with anode material and an aluminum foil coated with a cathode material and intervening plastic foils acting as a separator. For electrical contacting, the winding is carried out such that on a narrow side the copper foil and on an opposite narrow side the aluminum foil over a respective edge of the winding element 2 slightly survive. To a projecting area 4 the copper foil becomes a current collector made of copper 5 welded to electrically connect the current collector to the anode. At an opposite projecting portion of the aluminum foil is a second current collector made of aluminum 6 welded, wherein the electrical contact to the cathode of the winding element 2 will be produced.

Das mit den Stromabnehmern 5, 6 versehene Wickelelement 2 ist in einem Gehäuse 10 aufgenommen, bzw. wird in einen nach oben offenen, quaderförmigen Behälter 11 durch eine Öffnung 12 eingebracht. Der Behälter 11 wird dann mit einer Deckelanordnung 13 verschlossen, welche zusätzlich zu einer Deckelplatte 14 noch weitere Bauteile umfasst. Die Deckelplatte 14 wird dabei mit ihrem Rand an eine Innenoberfläche des Behälters 11 angeschweißt. Der Behälter 11 und die Deckelplatte 14 sind aus einem Metallblech gebildet, welches gegenüber dem chemisch aggressiven Elektrolyten resistent ist.That with the pantographs 5 . 6 provided winding element 2 is in a housing 10 recorded, or is in an upwardly open, cuboid container 11 through an opening 12 brought in. The container 11 is then with a lid assembly 13 closed, which in addition to a cover plate 14 still includes other components. The cover plate 14 is doing with its edge to an inner surface of the container 11 welded. The container 11 and the cover plate 14 are formed from a metal sheet, which is resistant to the chemically aggressive electrolyte.

Die Deckelplatte 14 weist unter anderem eine Einfüllöffnung 15 auf, durch die Elektrolyt in das Innere des vom Behälter 11 und der Deckelanordnung 13 gebildeten Gehäuses 10 eingefüllt wird, nachdem die Deckelplatte 14 an dem Behälter 11 befestigt wurde. Die Einfüllöffnung 15 kann beispielsweise eine Bohrung mit einem runden Querschnitt umfassen.The cover plate 14 has, among other things, a filling opening 15 on, through the electrolyte into the inside of the container 11 and the lid assembly 13 formed housing 10 is filled after the cover plate 14 on the container 11 was attached. The filling opening 15 may include, for example, a bore with a round cross-section.

Bei der aus dem Stand der Technik bekannten Batteriezelle 1 wird die Einfüllöffnung 15 mittels einer Kugel 16 verschlossen, die einen geringfügig größeren Durchmesser als die Bohrung der Einfüllöffnung 15 hat und in die Einfüllöffnung 15 eingepresst und mit der umlaufenden Deckelplatte 14 verschweißt wird. In the battery cell known from the prior art 1 becomes the filling opening 15 by means of a ball 16 closed, which is a slightly larger diameter than the hole of the filling opening 15 has and in the filling hole 15 pressed in and with the surrounding cover plate 14 is welded.

Ausführungsformenembodiments

In 2 ist zum Verschließen der Einfüllöffnung 15 der Deckelplatte 14 einer Batteriezelle 1 eine Ausführungsvariante gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die Einfüllöffnung 15 ist als Bohrung ausgebildet mit einer begrenzenden Wandung 17, in welche eine Verschlussanordnung 20 eingeführt ist. Die Verschlussanordnung 20 umfasst ein Expansionselement 22, welches beispielsweise als becherförmiges Expansionselement 22 ausgebildet ist und welches in der Einfüllöffnung 15 vollständig aufgenommen ist. In einem in dem Expansionselement 22 ausgebildeten Innenraum ist ein kugelförmiges Verschlusselement 24 aufgenommen. In 2 ist das kugelförmige Verschlusselement 24 in das Expansionselement 22 eingesetzt, so dass es an dem oberen Ende des Expansionselements 22 lateral über die Einfüllöffnung 15 übersteht. Ferner ist eine äußere Mantelfläche 26 des Expansionselements 22 strukturiert, insbesondere umfasst eine Strukturierung 28 rillenartige Einschnitte, so dass sich eine gezackte Oberfläche ergibt, beispielsweise eine Sägezahn-Struktur. Ein Innendurchmesser des in 2 dargestellten, becherförmig ausgebildeten Expansionselementes 22 ist in der Darstellung gemäß 2 mit Bezugszeichen 40 bezeichnet.In 2 is for closing the filling opening 15 the cover plate 14 a battery cell 1 an embodiment variant according to the present invention described. The filling opening 15 is designed as a bore with a limiting wall 17 into which a closure assembly 20 is introduced. The closure arrangement 20 includes an expansion element 22 , which, for example, as a cup-shaped expansion element 22 is formed and which in the filling opening 15 is completely recorded. In one in the expansion element 22 formed interior is a spherical closure element 24 added. In 2 is the spherical closure element 24 into the expansion element 22 inserted, leaving it at the upper end of the expansion element 22 lateral over the filling opening 15 survives. Furthermore, an outer circumferential surface 26 of the expansion element 22 structured, in particular comprises a structuring 28 groove-like cuts, so as to give a serrated surface, for example, a sawtooth structure. An inside diameter of in 2 illustrated, cup-shaped expansion element 22 is in the illustration according to 2 with reference number 40 designated.

3 gibt eine Detailansicht der Verschlussanordnung 20 wieder, wobei das kugelförmige Verschlusselement 24 von einem nicht näher bezeichneten Montagewerkzeug 30 in eine Aufnahme 32 des Expansionselements 22 soweit gepresst wird, bis das kugelförmige Verschlusselement 24 an einem die Aufnahme 32 in der Deckelplatte 14 begrenzenden Boden 34 anliegt. Insbesondere ist das kugelförmige Verschlusselement 24 vollständig in der Aufnahme 32 des Expansionselements 22 aufgenommen, wobei das Expansionselement 22 zumindest teilweise expandiert bzw. aufgeweitet wird und die äußere Mantelfläche 26 dichtend an der Wandung 17 zu liegen kommt. 3 gives a detailed view of the closure assembly 20 again, with the spherical closure element 24 from an unspecified assembly tool 30 in a recording 32 of the expansion element 22 until it is pressed until the spherical closure element 24 at one the admission 32 in the cover plate 14 limiting soil 34 is applied. In particular, the spherical closure element 24 completely in the recording 32 of the expansion element 22 taken, with the expansion element 22 is at least partially expanded or expanded and the outer surface 26 sealing against the wall 17 to come to rest.

4 zeigt ein Detail, welches die in einer Endposition befindliche Verschlussanordnung 20, die in der Deckelplatte 14 aufgenommen ist, in einem Querschnitt zeigt, wobei insbesondere eine Dichtfläche 36 dargestellt ist, welche durch die Aufweitung des Expansionselements 22 durch das darin aufgenommene kugelförmige Verschlusselement 24 gebildet wird. Die Dichtfläche 36 entsteht in dem Bereich eines Durchmessers 38 des kugelförmigen Verschlusselements 24, wobei im Falle anderer Formen des Verschlusselements 24, der Durchmesser 38 dem maximalen Durchmesser des Verschlusselements 24 entspricht. 4 shows a detail showing the closure assembly located in an end position 20 in the cover plate 14 is recorded, in a cross section, wherein in particular a sealing surface 36 which is shown by the expansion of the expansion element 22 by the spherical closure element received therein 24 is formed. The sealing surface 36 arises in the range of a diameter 38 the spherical closure element 24 , wherein in the case of other forms of the closure element 24 , the diameter 38 the maximum diameter of the closure element 24 equivalent.

Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.The invention is not limited to the embodiments described herein and the aspects highlighted therein. Rather, within the scope given by the claims a variety of modifications are possible, which are within the scope of expert action.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102014216477 A1 [0004] DE 102014216477 A1 [0004]
  • DE 102007063176 A1 [0005] DE 102007063176 A1 [0005]
  • DE 102009041417 A1 [0006] DE 102009041417 A1 [0006]

Claims (9)

Batteriezelle (1), umfassend eine Elektrodenanordnung mit mindestens einer positiven Elektrode und mindestens einer negativen Elektrode, zwischen denen mindestens ein Separator angeordnet ist, wobei die Elektrodenanordnung in einem Gehäuse (10) mit einem metallischen Behälter (11) und einer Deckelanordnung (13) aufgenommen ist, wobei an der Deckelanordnung (13) eine Einfüllöffnung (15) zum Einfüllen von Elektrolyt in das Gehäuse (10) vorgesehen ist, wobei die Einfüllöffnung (15) von einer Verschlussanordnung (20) verschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschlussanordnung (20) ein Expansionselement (22) und ein in einer darin ausgebildeten Aufnahme (32) aufgenommenes Verschlusselement (24) umfasst, welches das Expansionselement (22) radial aufweitet, so dass sich das Expansionselement (22) an eine Wandung (17) der Einfüllöffnung (15) anlegt. Battery cell ( 1 ), comprising an electrode arrangement having at least one positive electrode and at least one negative electrode, between which at least one separator is arranged, the electrode arrangement being accommodated in a housing ( 10 ) with a metallic container ( 11 ) and a lid assembly ( 13 ) is received, wherein at the lid assembly ( 13 ) a filling opening ( 15 ) for filling electrolyte in the housing ( 10 ) is provided, wherein the filling opening ( 15 ) of a closure assembly ( 20 ) is closed, characterized in that the closure arrangement ( 20 ) an expansion element ( 22 ) and a receptacle formed therein ( 32 ) received closure element ( 24 ) comprising the expansion element ( 22 ) radially expands, so that the expansion element ( 22 ) to a wall ( 17 ) of the filling opening ( 15 ) applies. Batteriezelle (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschlussanordnung (20) in der als eine Bohrung ausgebildeten Einfüllöffnung (15) aufgenommen ist, wobei das Expansionselement (22) becherförmig mit einem runden Querschnitt ausgebildet ist.Battery cell ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the closure arrangement ( 20 ) in the opening formed as a bore ( 15 ), wherein the expansion element ( 22 ) is cup-shaped with a round cross-section. Batteriezelle (1) gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das in der Aufnahme (32) des Expansionselements (22) aufgenommene Verschlusselement (24) eine Kugel ist, wobei die Kugel einen größeren Durchmesser (38) als ein Innendurchmesser (40) der Aufnahme (32) hat, so dass das Expansionselement (22) aufgeweitet wird. Battery cell ( 1 ) according to claim 1 or 2, characterized in that in the receptacle ( 32 ) of the expansion element ( 22 ) received closure element ( 24 ) is a ball, wherein the ball has a larger diameter ( 38 ) as an inner diameter ( 40 ) of the recording ( 32 ), so that the expansion element ( 22 ) is widened. Batteriezelle (1) gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das als Kugel ausgebildete Verschlusselement (24) vollständig in der Aufnahme (32) des Expansionselements (22) aufgenommen ist.Battery cell ( 1 ) according to claim 3, characterized in that the closing element formed as a ball ( 24 ) completely in the recording ( 32 ) of the expansion element ( 22 ) is recorded. Batteriezelle (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Expansionselement (22) an einer äußeren Mantelfläche (26) eine Strukturierung (28) aufweist.Battery cell ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the expansion element ( 22 ) on an outer lateral surface ( 26 ) a structuring ( 28 ) having. Batteriezelle (1) gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturierung (28) eine Sägezahn-Struktur ist.Battery cell ( 1 ) according to claim 5, characterized in that the structuring ( 28 ) is a sawtooth structure. Batteriezelle (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschlussanordnung (20) eine Beschichtung hat, welche gegenüber dem Material des Elektrolyten beständig ist.Battery cell ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the closure arrangement ( 20 ) has a coating which is resistant to the material of the electrolyte. Batteriezelle (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Verschlussanordnung (20) eine Dichtanordnung vorgesehen ist, welche aus einem gegen den Elektrolyten beständigen Material gefertigt ist.Battery cell ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that on the closure arrangement ( 20 ) A sealing arrangement is provided, which is made of a material resistant to the electrolyte. Verfahren zum Verschließen einer Einfüllöffnung (15) zum Einfüllen von Elektrolyt in ein Gehäuse (10) einer Batteriezelle (1), welches von einer Deckelanordnung (13) verschlossen wird, mit einer Verschlussanordnung (20) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zunächst das Expansionselement (22) in die Einfüllöffnung (15) eingesetzt wird, dann das Verschlusselement (24) in die an dem Expansionselement (22) ausgebildete Aufnahme (32) eingesetzt wird und mittels eines Montagewerkzeuges in die Aufnahme (32) gepresst wird, wobei sich das Expansionselement (22) zumindest teilweise radial aufweitet, so dass sich das Expansionselement (22) an die Wandung (17) der Einfüllöffnung (15) anlegt. Method for closing a filling opening ( 15 ) for filling electrolyte into a housing ( 10 ) of a battery cell ( 1 ), which of a lid assembly ( 13 ) is closed, with a closure assembly ( 20 ) according to one of the preceding claims, wherein first the expansion element ( 22 ) in the filling opening ( 15 ) is inserted, then the closure element ( 24 ) in the on the expansion element ( 22 ) trained recording ( 32 ) is inserted and by means of an assembly tool in the receptacle ( 32 ) is pressed, wherein the expansion element ( 22 ) at least partially radially expands, so that the expansion element ( 22 ) to the wall ( 17 ) of the filling opening ( 15 ) applies.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007063176A1 (en) 2007-12-20 2008-09-11 Daimler Ag Battery, particularly for hybrid drive or fuel cell vehicle, has heat conducting plate for tempering battery, which has multiple single cells connected together, in parallel or serially
DE102009041417A1 (en) 2009-09-16 2011-05-19 Vb Autobatterie Gmbh & Co. Kgaa Sealing plug arrangement for a rechargeable battery

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