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Die Erfindung betrifft eine Einzelzelle für einen elektrischen Energiespeicher, welcher zwei Gehäuseteile, eine zwischen den Gehäuseteilen angeordnete Elektrodenanordnung und zumindest einen Isolationsrahmen umfasst, mittels dessen die beiden Gehäuseteile elektrisch voneinander isoliert sind. Weiterhin betrifft die Erfindung einen elektrischen Energiespeicher mit einer Mehrzahl elektrisch seriell und/oder parallel verschalteter solcher Einzelzellen.
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Aus der
DE 10 2010 055 598 A1 sind eine Einzelzelle für eine Batterie und ein Verfahren zu deren Herstellung bekannt. Die Einzelzelle umfasst ein erstes Gehäuseteil und ein zweites Gehäuseteil, die durch einen isolierenden Gehäuserahmen elektrisch voneinander getrennt sind. Der Gehäuserahmen besteht zumindest teilweise aus einem thermoplastischen Material. Zudem umfasst die Einzelzelle einen zwischen dem ersten Gehäuseteil und dem zweiten Gehäuseteil im Gehäuserahmen angeordneten Elektrodenfolienstapel. Dabei sind das erste Gehäuseteil und das zweite Gehäuseteil nicht vollständig überlappend ausgestaltet und angeordnet.
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Darüber hinaus beschreibt die
WO 2014/040733 A1 ein Verfahren zur Herstellung eines Batteriegehäuses, das ein erstes Gehäuseteil und ein zweites Gehäuseteil aufweist, welche mittels eines Isolationsteiles elektrisch voneinander isoliert sind.
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Weiterhin beschreibt die
DE 10 2011 109 179 A1 eine Einzelzelle für eine Batterie und eine Batterie. Die Einzelzelle umfasst zwei Gehäuseteile, einen Zellrahmen, einen zwischen den Gehäuseteilen angeordneten Elektrodenfolienstapel und zumindest ein zwischen den Gehäuseteilen angeordnetes Isolationselement. Mittels des Isolationselementes sind die Gehäuseteile elektrisch voneinander getrennt, wobei das Isolationselement derartige Abmessungen aufweist, dass es im zusammengesetzten Zustand der Einzelzelle ein erstes Gehäuseteil randseitig unter Ausbildung eines Überstandes wenigstens abschnittsweise überragt. Dabei ist das erste Gehäuseteil von dem Isolationselement randseitig wenigstens abschnittsweise umhüllt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Einzelzelle für einen elektrochemischen Energiespeicher und einen elektrochemischen Energiespeicher mit einer Mehrzahl solcher Einzelzellen anzugeben.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß hinsichtlich der Einzelzelle durch die in Anspruch 1 und hinsichtlich des elektrochemischen Energiespeichers durch die in Anspruch 9 angegebenen Merkmale gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Eine Einzelzelle für einen elektrischen Energiespeicher umfasst zwei Gehäuseteile, eine zwischen den Gehäuseteilen angeordnete Elektrodenanordnung und zumindest einen Isolationsrahmen, mittels dessen die beiden Gehäuseteile elektrisch voneinander isoliert sind. Erfindungsgemäß sind bzw. ist eine Kante eines Randbereiches und/oder der Randbereich zumindest eines Gehäuseteiles derart ausgeformt, dass ein Zwischenraum zwischen sich zugewandten Abschnitten der Randbereiche der Gehäuseteile ausgebildet ist, in welchem ein Endabschnitt des zumindest einen Isolationsrahmens angeordnet ist.
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Dadurch, dass der Zwischenraum zwischen den Randbereichen der Gehäuseteile ausgebildet ist und der Endabschnitt des zumindest einen Isolationsrahmens in diesem angeordnet ist, ist eine zur elektrischen Isolation der beiden Gehäuseteile erforderliche sogenannte Luft- und Kriechstrecke bei verringertem Bauraumbedarf der Einzelzelle eingestellt.
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Der Endabschnitt ist in dem Zwischenraum angeordnet und ragt nicht zwischen den Gehäuseteilen heraus, so dass ein im Stand der Technik erforderlicher Bearbeitungsschritt, der des präzisen Abwinkelns, beispielsweise mittels Tiefziehen, und ein anschließender Kaschierprozess entfallen können.
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Zudem ist dadurch, dass der Endabschnitt des zumindest einen Isolationsrahmens ausschließlich in dem Zwischenraum angeordnet ist, eine Empfindlichkeit desselben gegenüber einen von der Einzelzelle abragenden Abschnitt des zumindest einen Isolationsrahmens verringert.
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Der Endabschnitt des zumindest einen Isolationsrahmens ist zwischen den Gehäuseteilen vergleichsweise gut geschützt angeordnet, so dass die elektrische Isolation der beiden Gehäuseteile mittels des zumindest einen Isolationsrahmens im Wesentlichen über die Lebensdauer der Einzelzelle sichergestellt werden kann.
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In einer Ausführungsform ist die Kante des Randbereiches des zumindest einen Gehäuseteiles abgeschrägt, abgerundet, angefast und/oder als Krempe geformt ausgebildet. Durch die Form der einen Kante des zumindest einen Gehäuseteiles ist der Zwischenraum zwischen diesem und dem weiteren Gehäuseteil zur Anordnung des Endabschnittes des zumindest einen Isolationsrahmens ausgebildet.
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Zudem ist vorgesehen, dass der Endabschnitt des zumindest einen Isolationsrahmens durch Umformen in Anlage an die Randbereiche im Zwischenraum gebracht ist. Dadurch ist ein Schutz des Endabschnittes nochmals erhöht.
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In einer weiteren Ausführungsform füllt der Endabschnitt des zumindest einen Isolationsrahmens nach einem Umformen den ausgebildeten Zwischenraum vollständig aus. Dadurch ist zusätzlich zu der Bauraumverringerung der Einzelzelle eine Robustheit, insbesondere eine Stabilität der Einzelzelle erhöht.
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Eine Weiterbildung der Einzelzelle sieht vor, dass der Endabschnitt des zumindest einen Isolationsrahmens eine mit der Form des Randbereiches des zumindest einen Gehäuseteiles korrespondierende Form aufweist. Aufgrund der korrespondierenden Formen liegt der Endabschnitt in vorteilhafter Weise weitestgehend formschlüssig an dem Randbereich des zumindest einen Gehäuseteiles an. Da der Endabschnitt weitestgehend formschlüssig anliegt, ist bevorzugt keine weitere Befestigung, beispielsweise zur formschlüssigen Verbindung erforderlich.
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Alternativ oder zusätzlich zu der korrespondierenden Form weist der Endabschnitt des zumindest einen Isolationsrahmens an dem dem Randbereich des zumindest einen Gehäuseteiles zugewandten Abschnitt eine Klebefläche auf. Somit ist der Endabschnitt stoffschlüssig an dem Randbereich des zumindest einen Gehäuseteiles befestigbar.
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Der zumindest eine Isolationsrahmen ist in einer Ausbildung aus einem thermoplastischen Kunststoff, bevorzugt Polypropylen, gebildet. Dieser ist zur Befestigung des zumindest einen Isolationsrahmens an zumindest einem der beiden Gehäuseteile aufschmelzbar, so dass sich der zumindest eine Isolationsrahmen bei einem Abkühlen stoffschlüssig mit dem zumindest einen Gehäuseteil verbindet. Dadurch sind die beiden Gehäuseteile aneinander befestigt, wobei ein Verbindungsbereich zwischen den beiden Gehäuseteilen in besonders vorteilhafter Weise fluiddicht ausgebildet ist.
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In einer weiteren Ausbildung ist vorgesehen, dass zumindest eines der Gehäuseteile schalenförmig ausgebildet ist. Dabei ist ein Randbereich des Gehäuseteiles derart ausgeformt, dass der Zwischenraum zur Anordnung des Endabschnittes des zumindest einen Isolationsrahmens zwischen den sich zugewandten Abschnitten der Gehäuseteile ausgebildet ist.
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Darüber hinaus betrifft die Erfindung einen elektrochemischen Energiespeicher mit einer Anzahl elektrisch seriell und/oder parallel verschalteter solcher Einzelzellen. Da der Endabschnitt des zumindest einen Isolationsrahmens der jeweiligen Einzelzelle zwischen den Gehäuseteilen und somit geschützt angeordnet ist, kann die Funktion des jeweiligen Isolationsrahmens über die Lebensdauer der entsprechenden Einzelzelle sowie des elektrochemischen Energiespeichers weitestgehend sichergestellt werden.
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Insbesondere handelt es sich bei dem elektrischen Energiespeicher um eine Fahrzeugbatterie in Form einer Traktionsbatterie, wobei das Fahrzeug ein Elektrofahrzeug, ein Hybridfahrzeug oder ein mit Brennstoffzellen betriebenes Fahrzeug ist.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Dabei zeigen:
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1 schematisch eine Schnittdarstellung eines vergrößerten Ausschnittes einer Einzelzelle mit um eine Kante eines Gehäuseteiles umgelegten Isolationselement nach dem Stand der Technik,
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2 schematisch eine Schnittdarstellung einer als bipolare Rahmenflachzelle ausgeführten Einzelzelle mit einem Isolationsrahmen mit randseitig umlaufender Abwinklung nach dem Stand der Technik vor einer Montage,
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3 schematisch eine Schnittdarstellung der als bipolare Rahmenflachzelle ausgeführten Einzelzelle mit dem Isolationsrahmen mit randseitig umlaufender Abwinklung nach dem Stand der Technik nach einer Montage,
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4 schematisch eine Schnittdarstellung eines vergrößerten Ausschnittes einer Einzelzelle in einer erfindungsgemäßen ersten Ausführungsform vor einer Montage,
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5 schematisch eine Schnittdarstellung eines vergrößerten Ausschnittes der Einzelzelle in der erfindungsgemäßen ersten Ausführungsform nach einer Montage,
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6 schematisch eine Schnittdarstellung eines vergrößerten Ausschnittes einer Einzelzelle in einer erfindungsgemäßen zweiten Ausführungsform nach einer Montage,
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7 schematisch eine Schnittdarstellung eines vergrößerten Ausschnittes einer Einzelzelle in einer erfindungsgemäßen dritten Ausführungsform nach einer Montage,
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8 schematisch eine Schnittdarstellung eines vergrößerten Ausschnittes einer Einzelzelle in einer erfindungsgemäßen vierten Ausführungsform nach einer Montage,
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9 schematisch eine Schnittdarstellung eines vergrößerten Ausschnittes einer Einzelzelle in der erfindungsgemäßen ersten Ausführungsform nach einer Montage und nicht vorgeformten Isolationsrahmen vor einem partiellen Aufschmelzen,
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10 schematisch eine Schnittdarstellung des vergrößerten Ausschnittes der Einzelzelle in der erfindungsgemäßen ersten Ausführungsform nach dem partiellen Aufschmelzen,
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11 schematisch eine Schnittdarstellung eines vergrößerten Ausschnittes einer Einzelzelle in der erfindungsgemäßen ersten Ausführungsform nach einer Montage und nicht vorgeformten Isolationsrahmen vor einem Verschluss der Einzelzelle,
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12 schematisch eine Schnittdarstellung eines vergrößerten Ausschnittes einer Einzelzelle in der erfindungsgemäßen ersten Ausführungsform nach einer Montage und nicht vorgeformten Isolationsrahmen bei einem Verschluss der Einzelzelle,
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13 schematisch eine Schnittdarstellung eines vergrößerten Ausschnittes einer Einzelzelle in der erfindungsgemäßen ersten Ausführungsform nach einem Verschluss der Einzelzelle,
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14 schematisch eine Schnittdarstellung eines vergrößerten Ausschnittes einer Einzelzelle in der erfindungsgemäßen ersten Ausführungsform bei einem Verschluss der Einzelzelle mit einer Siegelvorrichtung in einer Ausführungsform,
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15 schematisch eine Schnittdarstellung eines vergrößerten Ausschnittes einer Einzelzelle in der erfindungsgemäßen ersten Ausführungsform bei einem Verschluss der Einzelzelle mit einer Siegelvorrichtung in einer weiteren Ausführungsform und
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16 schematisch eine Schnittdarstellung eines vergrößerten Ausschnittes einer Einzelzelle in einer erfindungsgemäßen fünften Ausführungsform nach einer Montage.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt eine Schnittdarstellung eines vergrößerten Ausschnittes einer bipolaren Rahmenflachzelle als Einzelzelle 1 nach dem Stand der Technik.
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Die Einzelzelle 1 weist zumindest zwei Gehäuseteile 2.1, 2.2, ein Isolationselement 3, einen Zellrahmen 4 und eine u. a. in den 2 und 3 näher dargestellte Elektrodenanordnung 5 auf.
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Ein erstes Gehäuseteil 2.1 ist planar ausgebildet, wobei ein zweites Gehäuseteil 2.2 eine Schalenform aufweist.
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Das Isolationselement 3 ist an einer Innenseite des ersten Gehäuseteiles 2.1 und randseitig an einer Innenseite des zweiten Gehäuseteiles 2.2 angeordnet.
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Zur elektrischen Isolation der Gehäuseteile 2.1, 2.2 voneinander, insbesondere zur Einstellung einer Kriechstrecke umhüllt das Isolationselement 3 das erste Gehäuseteil 2.1 abschnittsweise randseitig. Dabei ist das erste Gehäuseteil 2.1 randseitig umlaufend von dem Isolationselement 3 eingehüllt.
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Das Isolationselement 3 ist folienartig ausgebildet, wobei ein Überstand A1 um eine Kante K2.1 von der Innenseite auf eine Außenseite des ersten Gehäuseteiles 2.1 geführt ist. Im zusammengesetzten Zustand der Einzelzelle 1 weist das Isolationselement 3 in einer Schnittdarstellung ein u-förmiges Profil auf. Dabei ist der Überstand A1 korrespondierend mit einem Randbereich 2.1.1 des ersten Gehäuseteiles 2.1 ausgeformt.
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Bei dieser Ausführungsform gemäß dem Stand der Technik ist ein Bauraumbedarf der Einzelzelle 1 erhöht, da das Isolationselement 3 auf einer Außenseite des ersten Gehäuseteiles 2.1 aufliegt. Insbesondere ist der Bauraumbedarf um eine Dicke des auf der Außenseite aufliegenden Isolationselementes 3 erhöht.
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Das Isolationselement 3 ist aus einem elektrisch isolierenden Material, z. B. Kunststoff, gebildet oder zumindest mit einem elektrisch nicht leitfähigen Material beschichtet.
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Zumindest im Bereich eines Kontaktes mit dem ersten Gehäuseteil 2.1 und dem zweiten Gehäuseteil 2.2 ist das Isolationselement 3 aus einem thermoplastischen Kunststoff gebildet. Da Kunststoff im Allgemeinen eine verhältnismäßig geringe Diffusionssperrwirkung aufweist, ist das Isolationselement 3 folienartig ausgebildet.
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Da das Isolationselement 3 folienartig ausgebildet ist, kann eine hinreichend elektrische Isolation zwischen den Gehäuseteilen 2.1, 2.2 nicht sichergestellt werden, so dass das Isolationselement 3 vergrößerte Abmessungen aufweist, so dass der Überstand A1 ausgebildet ist. Dadurch überragt das Isolationselement 3 das erste Gehäuseteil 2.1 abschnittsweise.
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In den 2 und 3 ist eine Schnittdarstellung einer Einzelzelle 1 in Form einer bipolaren Rahmenflachzelle mit zwei in Schalenform ausgebildeten Gehäuseteilen 2.1, 2.2 nach dem Stand der Technik dargestellt. Dabei zeigt 2 die Einzelzelle 1 vor einer Montage und 3 im montierten Zustand.
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Bei dieser Ausführungsform 3 sind zwei Isolationselemente 3 vorgesehen, die rahmenförmig ausgebildet sind. Im Weiteren wird die Bezeichnung Isolationsrahmen 3, 6 verwendet.
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Wie oben beschrieben, sind zwei Isolationsrahmen 3, 6 vorgesehen, die zwischen umlaufenden Randbereichen 2.1.1, 2.2.1 der Einzelzelle 1 angeordnet sind, wobei die Isolationsrahmen 3, 6 derartige Abmessungen aufweisen, dass ein zwischen den beiden Gehäuseteilen 2.1, 2.2 herausragender Überstand A gebildet ist. Die Abmessung des Überstandes A entsprechen den Abmessungen einer Kante K2.1, K2.2 des jeweiligen Gehäuseteiles 2.1, 2.2 also einer Dicke der Gehäuseteile 2.1, 2.2 im jeweiligen Randbereich 2.1.1, 2.2.1.
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Der jeweilige Isolationsrahmen 3, 6 umschließt in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel gemäß den 2 und 3 den jeweiligen Randbereich 2.1.1, 2.2.1 der Gehäuseteile 2.1, 2.2 nicht, wie in 1, vollständig. Dabei ist ein erster Isolationsrahmen 3 dem ersten Gehäuseteil 2.1 und ein zweiter Isolationsrahmen 6 dem zweiten Gehäuseteil 2.2 zugeordnet.
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Die beiden Gehäuseteile 2.1, 2.2 sind mittels der Isolationsrahmen 3, die auch als Siegelrahmen bezeichnet werden, stoffschlüssig miteinander verbindbar. Dazu sind die Isolationsrahmen 3, 6 aus einem thermoplastischen Kunststoff, vorzugsweise aus säuremodifizierten Polypropylen mit laminiertem Vlies und/oder laminierter Folie gebildet.
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Der thermoplastische Kunststoff weist dabei eine niedrigere Schmelztemperatur auf als das mittels des Kunststoffes laminierte Vlies bzw. die mittels des Kunststoffes laminierte Folie. Das Vlies und/oder die Folie können bzw. kann beispielsweise aus Polyester gebildet sein.
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Mittels des laminierten Vlieses und/oder der laminierten Folie als Bestandteile bzw. Bestandteil des jeweiligen Isolationsrahmens 3, 6 ist ein Mindestabstand zwischen den beiden Gehäuseteilen 2.1, 2.2, insbesondere zwischen deren Randbereichen 2.1.1, 2.2.1 im verschlossenen Zustand der Einzelzelle 1 einstellbar.
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Zum Verschluss der Einzelzelle 1 sind die Isolationsrahmen 3, 6, bevorzugt in einer Heißsiegelvorrichtung partiell aufschmelzbar, wobei sich die beiden Gehäuseteile 2.1, 2.2 beim Erkalten des Kunststoffes der Isolationsrahmen 3, 6 unter wirkendem Pressruck stoffschlüssig verbinden.
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Da sich der Überstand A der beiden Isolationsrahmen 3, 6 über einen senkrecht zur Längsausdehnung erstreckenden Bereich der jeweiligen Kante K2.1, K2.2 des entsprechenden Gehäuseteiles 2.1, 2.2 erstreckt, besteht die Gefahr einer mechanischen Beschädigung der Isolationsrahmen 3, 6 in diesem Bereich. Die Isolationsrahmen 3, 6 weisen eine vergleichsweise hohe Empfindlichkeit auf und liegen im Bereich der jeweiligen Kante K2.1, K2.2 frei, wodurch die Isolationsrahmen 3, 6 ungeschützt sind.
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Eine u. a. in 3 gezeigte Kriechstrecke K zur elektrischen Isolation der beiden Gehäuseteile 2.1, 2.2 der Einzelzelle 1 erstreckt sich dabei über die beiden Überstände A der Isolationsrahmen 3, 6, die freiliegen und dadurch ein Risiko für Beschädigungen darstellen.
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Zur Erhöhung zumindest einer mechanischen Stabilität der Isolationsrahmen 3, 6 und zur Verringerung des Risikos gegenüber Beschädigungen der Isolationsrahmen 3, 6 im Bereich der Kanten K2.1, K2.2 der Gehäuseteile 2.1, 2.2 ist vorgesehen, einen sich im Wesentlichen senkrecht zur Längsausdehnung der Isolationsrahmen 3, 6 erstreckenden Bereich, also den Überstand A, welcher zur Einstellung einer Luft- und Kriechstrecke K dient, bauraumoptimiert in einem zwischen den Randbereichen 2.1.1, 2.2.1, insbesondere den Kanten K2.1, K2.2 der Gehäuseteile 2.1, 2.2 ausgebildeten Zwischenraum Z anzuordnen.
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4 zeigt eine Schnittdarstellung eines vergrößerten Ausschnittes einer Einzelzelle 1 in einer erfindungsgemäßen ersten Ausführungsform vor einer Montage und in 5 im montierten Zustand.
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Durch die nachfolgend beschriebenen verschiedenen Ausgestaltungen mindestens einer der Gehäusehälften 2.1, 2.2 und/oder des Isolationsrahmens 3, 6, insbesondere deren Ränder, zum Beispiel deren abgeschrägten oder angefasten Ränder, und die Ausgestaltungen deren Anordnungen zueinander wird eine Kriechstrecke der elektrischen Isolation zwischen diesen verlängert und stabilisiert.
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In der ersten Ausführungsform sind die Kanten K2.1, K2.2 der Gehäusehälften 2.1, 2.2 abgeschrägt und weisen somit eine sogenannte Fase F auf.
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Dabei sind die Kanten K2.1, K2.2 des jeweiligen Gehäuseteiles 2.1, 2.2 in Richtung des gegenüberliegenden Gehäuseteiles 2.2, 2.1 abgeschrägt.
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Darüber hinaus sind Endabschnitte 3.1, 6.1 der beiden Isolationsrahmen 3, 6 korrespondierend mit der Form der Kante K2.1, K2.2 des entsprechenden Gehäuseteiles 2.1, 2.2 geformt. Dadurch liegt der Isolationsrahmen 3, 6 im montierten Zustand der Einzelzelle 1 im Wesentlichen formschlüssig an der Fase F der jeweiligen Kante K2.1, K2.2 an, wie in 5 gezeigt ist. Vorzugsweise sind die Endabschnitte 3.1, 6.1 der Isolationsrahmen 3, 6 derart korrespondierend ausgeformt, dass eine stoffschlüssige Befestigung der Endabschnitte 3.1, 6.1 an den Kanten K2.1, K2.2 der Gehäuseteile 2.1, 2.2 nicht erforderlich ist.
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Dabei weist der jeweilige Isolationsrahmen 3, 6 Abmessungen auf, so dass die Endabschnitte 3.1, 6.1 an den Kanten K2.1, K2.2 anliegend in den zwischen diesen gebildeten Zwischenraum Z angeordnet sind. Aufgrund der Fasen F, d. h. der abgeschrägten Kanten K2.1, K2.2, weist der Zwischenraum Z im Wesentlichen eine Dreieckform auf.
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Ein Abstand der Enden 3.1.1, 6.1.1 der Endabschnitte 3.1, 6.1 bildet dabei die Kriechstrecke K zur elektrischen Isolation der beiden Gehäuseteile 2.1, 2.2.
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Denkbar ist auch, dass nur ein Isolationsrahmen 3, 6 zwischen den beiden Gehäuseteilen 2.1, 2.2 zum Verschluss und zur elektrischen Isolation angeordnet ist.
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In 6 ist eine Schnittdarstellung eines vergrößerten Ausschnittes einer Einzelzelle 1 in einer erfindungsgemäßen zweiten Ausführungsform nach einer Montage dargestellt Die Kanten K2.1, K2.2 der Gehäuseteile 2.1, 2.2 sind in der zweiten Ausführungsform abgerundet. Die Isolationsrahmen 3, 6 weisen eine mit einer Rundung R der Kanten K2.1, K2.2 korrespondierende Form auf und liegen weitestgehend formschlüssig an den Kanten K2.1, K2.2 an.
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Eine erfindungsgemäße dritte Ausführungsform einer als bipolare Rahmenflachzelle ausgeführten Einzelzelle 1 ist in einer Schnittdarstellung eines vergrößerten Ausschnittes in 7 gezeigt.
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Die Randbereiche 2.1.1, 2.2.1 der beiden Gehäuseteile 2.1, 2.2 sind in entgegengesetzter Richtung gebogen, so dass die Kanten K2.1, K2.2 in entgegengesetzte Richtungen zeigen. Die Randbereiche 2.1.1, 2.2.1 bilden dabei jeweils eine Krempe, wobei zwischen diesen der umlaufende Zwischenraum Z ausgebildet ist, in dem die Endabschnitte 3.1, 6.1 angeordnet sind.
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Auch in diesem dritten Ausführungsbeispiel sind die Endabschnitte 3.1, 6.1 der Isolationsrahmen 3, 6 vorgeformt und weisen eine mit den Randbereichen 2.1.1, 2.2.1 korrespondierende Form auf.
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8 zeigt eine Schnittdarstellung eines vergrößerten Ausschnittes einer erfindungsgemäßen vierten Ausführungsform der Einzelzelle 1.
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Hierbei ist nur ein dem zweiten Gehäuseteil 2.2 zugeordneter Isolationsrahmen 6 vorgesehen, wobei in der vierten Ausführungsform nur die Kante K2.2. des zweiten Gehäuseteiles 2.2 abgeschrägt ist, also als Fase F ausgebildet ist.
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Vorzugsweise ist der Endabschnitt 6.1 des Isolationsrahmens 6 entsprechend der Fase F der Kante K2.1 ausgeformt und liegt weitestgehend formschlüssig an dem Randbereich 2.2.1 des zweiten Gehäuseteiles 2.2 an.
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Zudem ist der Endabschnitt 6.1 des Isolationsrahmens 6 in dem zwischen den beiden Randbereichen 2.1.1, 2.2.1 ausgebildeten Zwischenraum Z angeordnet.
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In nicht dargestellter Art und Weise kann zusätzlich zu dem Isolationsrahmen 6 der dem ersten Gehäuseteil 2.1 zugeordnete Isolationsrahmen 3 zwischen dem ersten Gehäuseteil 2.1 und dem dem zweiten Gehäuseteil 2.2 zugeordneten Isolationsrahmen 6 angeordnet sein.
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In einer Ausbildung kann vorgesehen sein, die vorgeformten Isolationsrahmen 3, 6 vor einer Montage an dem jeweiligen Gehäuseteil 2.1, 2.2 zu fixieren.
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In 9 ist sind die Gehäuseteile 2.1, 2.2 mit den abgeschrägten Kanten K2.1, K2.2 gemäß dem erfindungsgemäßen ersten Ausführungsbeispiel dargestellt, wobei zwischen den Gehäuseteilen 2.1, 2.2 zwei Isolationsrahmen 3, 6, die nicht vorgeformt sind, angeordnet sind.
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Die beiden zwischen den Gehäuseteilen 2.1, 2.2 angeordneten Isolationsrahmen 3, 6 weisen einen Überstand A auf, welche mittels eines beheizten Stempels 7 aufschmelzbar sind. Weisen die Überstände A eine vorgegebene Viskosität auf, werden die Überstände A mittels des beheizten Stempels 7 in den zwischen den beiden abgeschrägten Kanten K2.1, K2.2 gebildeten Zwischenraum Z gedrückt.
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Alternativ dazu, dass die Isolationsrahmen 3, 6 aus thermoplastischen Kunststoff gebildet sind, kann vorgesehen sein, dass die Endabschnitte 3.1, 6.1 aus einem klebefähigen Material gebildet sind. Wiederum alternativ können die Endabschnitte 3.1, 6.1 mit einem klebefähigen Material beschichtet sein.
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In 10 ist eine Schnittdarstellung eines vergrößerten Ausschnittes der Einzelzelle 1 im zusammengesetzten Zustand gezeigt, wobei die mittels des beheizten Stempels 7 aufgeschmolzenen Endabschnitte 3.1, 6.1 den Zwischenraum Z vollständig ausfüllen. Dabei schließt der im Zwischenraum Z angeordnete Kunststoff flächenbündig mit den Kanten K2.1, K2.2 ab, wobei die Endabschnitte 3.1, 6.1 miteinander verbunden sind.
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Die gemäß dem erfindungsgemäßen ersten Ausführungsbeispiel ausgebildeten Gehäuseteile 2.1, 2.2 sind im unmontierten Zustand in 11 in einer Schnittdarstellung eines vergrößerten Ausschnittes dargestellt.
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Die beiden Isolationsrahmen 3, 6 sind an dem jeweiligen Gehäuseteil 2.1, 2.2 vorfixiert wobei Prozessparameter hinsichtlich des stoffschlüssigen Verschlusses der Einzelzelle 1 derart gewählt sind, dass im Randbereich 2.1.1, 2.2.1 der beiden Gehäuseteile 2.1, 2.2 mittels beheizter Siegelbrillen 8 hinreichend Kunststoff aufschmelzbar ist, der nach außen gedrängt wird. Dabei drängt so viel aufgeschmolzener Kunststoff nach außen, dass der Zwischenraum Z zwischen den als Fasen F geformten Kanten K2.1, K2.2 mit dem Kunststoff auffüllbar ist, wie 13 im Detail zeigt. Im Bereich der Aufschmelzung sind die beiden Isolationsrahmen 3, 6 miteinander verbunden.
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In 14 ist eine Schnittdarstellung eines vergrößerten Ausschnittes der Einzelzelle 1 gemäß der erfindungsgemäßen ersten Ausführungsform dargestellt, wobei die beiden Isolationsrahmen 3, 6 nicht entsprechend der abgeschrägten Kanten K2.1, K2.2 vorgeformt sind.
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Eine Siegelvorrichtung zum Verschluss der Einzelzelle 1 und zur Verhinderung eines ungewollten Austrittes von aufgeschmolzenen Kunststoff aus dem Zwischenraum Z umfasst die beiden beheizten Siegelbrillen 8 und den beheizten Stempel 7.
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Eine weitere Ausführungsform der Siegelvorrichtung ist in 15 dargestellt. Dabei sind die beheizten Siegelbrillen 8 derart ausgebildet, dass der separate beheizte Stempel 7 zur Verhinderung eines Austrittes von Kunststoff aus dem Zwischenraum Z nicht erforderlich ist.
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Dazu sind an den beheizten Siegelbrillen 8 senkrecht verlaufende Stege 8.1 ausgeformt, die bei einem Heißpressvorgang eine offene Seite des Zwischenraumes Z verschließen, so dass kein aufgeschmolzener Kunststoff austreten kann.
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In einer weiteren, in 16 gezeigten Ausbildung erstreckt sich die Kriechstrecke K außen an den Randbereichen 2.1.1, 2.2.1 der Gehäuseteile 2.1, 2.2 und innen entlang der Randbereiche 2.1.1, 2.2.1. Dabei sind die Isolationsrahmen 3, 6 entsprechend der erfindungsgemäßen dritten Ausführungsform der Einzelzelle 1 ausgebildet, wobei die Randbereiche 2.1.1, 2.2.1 in entgegengesetzte Richtung gebogen sind.
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Dabei ist die Kriechstrecke K im Inneren der Einzelzelle 1 in gleicher Weise wie außen eingestellt. Dabei kann die Kriechstrecke K im Inneren der Einzelzelle 1 mangels Feuchtigkeit und/oder Verschmutzung geringere Werte als die außen befindliche Kriechstrecke K aufweisen.
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Denkbar sind weitere Kombinationen der oben genannten erfindungsgemäßen Ausführungsformen sowie verschiedene Lösungen hinsichtlich einer Umfangslinie einer Einzelzelle 1 in Abhängigkeit geometrischer Positionen.
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Zudem können die beschriebenen Ausführungsformen sowohl bei Einzelzellen 1 angewandt werden, die aus einem schalenförmigen ersten Gehäuseteil 2.1 und einem planaren Hüllblech als zweites Gehäuseteil 2.2 bestehen als auch bei Einzelzellen 1 die zwei Hüllbleche als Gehäuseteile 2.1, 2.2 umfassen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Einzelzelle
- 2.1
- erstes Gehäuseteil
- 2.1.1
- Randbereich
- 2.2
- zweites Gehäuseteil
- 2.2.1
- Randbereich
- 3
- Isolationselement/erster Isolationsrahmen
- 3.1
- Endabschnitt
- 3.1.1
- Ende
- 4
- Zellrahmen
- 5
- Elektrodenanordnung
- 6
- zweiter Isolationsrahmen
- 6.1
- Endabschnitt
- 6.1.1
- Ende
- 7
- beheizter Stempel
- 8
- beheizte Siegelbrille
- 8.1
- Steg
- K2.1, K2.2
- Kante
- A
- Überstand
- A1
- Überstand
- F
- Fase
- K
- Kriechstrecke
- R
- Rundung
- Z
- Zwischenraum
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010055598 A1 [0002]
- WO 2014/040733 A1 [0003]
- DE 102011109179 A1 [0004]
