DE102015208821A1

DE102015208821A1 - Druckausgleichsbehälter mit einem Druckausgleichselement für zumindest eine Batteriezelle

Info

Publication number: DE102015208821A1
Application number: DE102015208821.9A
Authority: DE
Inventors: Thomas Kretschmar; Timo Kegel; Kai-Uli Striegel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2015-05-12
Filing date: 2015-05-12
Publication date: 2016-11-17

Abstract

Es wird ein Druckausgleichsbehälter (1) für zumindest eine Batteriezelle, insbesondere für zumindest eine Lithium-Ionen-Batteriezelle, beschrieben, wobei der Druckausgleichsbehälter (1) ein Druckausgleichselement (2), umfassend ein elastisches Material, zur Aufnahme eines auf die zumindest eine Batteriezelle wirkenden und/oder von der zumindest einen Batteriezelle ausgehenden Drucks, umfasst.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Druckausgleichsbehälter mit einem Druckausgleichselement für zumindest eine Batteriezelle sowie auf eine Batteriezelle, insbesondere eine Lithium-Ionen-Batteriezelle, mit einem Druckausgleichsbehälter nach dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche.
Stand der Technik
Eine Batteriezelle ist ein elektrochemischer Energiespeicher, der bei seiner Entladung die gespeicherte chemische Energie durch eine elektrochemische Reaktion in elektrische Energie umwandelt. Es zeichnet sich ab, dass in der Zukunft sowohl bei stationären Anwendungen, wie Windkraftanlagen, in Kraftfahrzeugen, die als Hybrid- oder Elektrokraftfahrzeuge ausgelegt sind, wie auch bei Elektronikgeräten neue Batteriesysteme zum Einsatz kommen werden, an die sehr hohen Anforderungen bezüglich Zuverlässigkeit, Sicherheit, Leistungsfähigkeit und Lebensdauer gestellt werden. Aufgrund ihrer großen Energiedichte wird insbesondere an Batterien mit einem Anodenmaterial aus Lithium als Energiespeicher für elektrisch angetriebene Kraftfahrzeuge geforscht.
Batteriezellen und insbesondere Lithium-Ionen-Batteriezellen werden beispielsweise als Flachzellen, hergestellt, wobei der Elektrodenverbund umfassend eine Kathode, einen Separator und eine Anode, beispielsweise ineinander aufgewickelt oder aufeinander gestapelt vorliegt. Die Kathode umfasst beispielswiese eine Kathodenfolie, welche mit einem Aktivmaterial beschichtet ist und die Anode umfasst beispielsweise eine Anodenfolie, welche mit einem Aktivmaterial beschichtet ist. Die Kathodenfolie umfasst beispielsweise Aluminium und die Anodenfolie umfasst beispielsweise Kupfer. Das Batteriezellgehäuse umfasst beispielsweise ein Metall, einen Kunststoff oder einen Verbund aus Kunststoff und Metall. Es kann prismatisch ausgebildet sein oder eine davon abweichende Form aufweisen. Derzeit werden Batteriezellen beispielsweise durch polymerbasierte Werkstoffe elektrisch voneinander isoliert. Diese umfassen beispielsweise Klebebänder, Schrumpfschläuche oder Isolationslacke. Mehrere Batteriezellen werden mechanisch zu Modulen zusammengefügt, und beispielsweise parallel- oder in Reihe geschaltet.
Über die Lebensdauer einer Batteriezelle erhöht sich deren Innendruck und es kommt zu einem Aufquellen der Batteriezelle, was unter anderem auf das Aufquellen des aktiven Materials der Elektroden beispielsweise bei Ladevorgängen und/oder auf eine Gasbildung im Inneren der Batteriezelle zurückzuführen ist. Dies kann zu einem erheblichen Leistungsverlust der Batteriezelle führen. Um dem entgegenzuwirken werden die Batteriezellen, welche beispielsweise zu Modulen zusammengefügt sind, mechanisch miteinander verspannt und auf diese Weise fixiert. Die so erzeugten oftmals sehr großen Verspannkräfte können zu einer sehr starken Belastung und somit zu einer abnehmenden Porosität des Separators führen. Zudem kommt es zu lokalen Überlastungen der Elektroden und es bilden sich beispielsweise poröse dendritische Lithiumablagerungen. Diese wachsen beispielsweise senkrecht zur Anode als Dendriten auf der Anode an und können räumlich nachfolgende Elemente, beispielsweise einen Separator, welcher zwischen Anode und Kathode angeordnet ist, durchstoßen. Dies hat meistens einen internen Kurzschluss zur Folge.
In der DE 10 2008 061 755 A1 ist eine Halte- und Kühlungsvorrichtung für eine Energiespeichereinheit mit Akkumulatorzellen offenbart. Zwischen je zwei Akkumulatorzellen ist dabei ein Federelement angeordnet, welches einen Volumenausgleich zwischen den Akkumulatorzellen ermöglicht.
Die DE 10 2009 058 955 A1 offenbart eine Volumenausgleichsanordnung für einen Akkumulator. Der Akkumulator umfasst dabei einen Stapel von Einzelzellen, zwischen denen jeweils eine Kühl- oder Heizplatte angeordnet ist. Innerhalb der Kühl-/Heizplatte sind flexible Stege vorgesehen, welche komprimierbar sind.
In der DE 10 2010 012 998 A1 ist eine Batterie offenbart, welche aus einem Stapel von Batterieeinzelzellen aufgebaut ist. Zwischen den Einzelzellen sind dabei jeweils Zwischenelemente vorgesehen, welche beispielsweise aus einem Kunststoff gefertigt sind.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß werden ein Druckausgleichsbehälter mit einem Druckausgleichselement für zumindest eine Batteriezelle sowie eine Batteriezelle mit den kennzeichnenden Merkmalen der unabhängigen Ansprüche bereitgestellt.
Der Vorteil des erfindungsgemäßen Druckausgleichsbehälters mit einem Druckausgleichselement, welches ein elastisches Material umfasst, ist, dass das Druckausgleichselement einen auf die zumindest eine Batteriezelle wirkenden und/oder von der zumindest einen Batteriezelle ausgehenden Druck aufnimmt. Hierdurch kann der Druck, welcher durch ein Aufquellen der Batteriezelle oder durch eine Gasbildung im Inneren der Batteriezelle entsteht, zum einen gleichmäßig verteilt werden und zum anderen die Verformung der Batteriezellen begrenzt werden, insbesondere im Vergleich zu Batteriezellen ohne Druckausgleichsbehälter mit Druckausgleichselement. Das elastische Material des Druckausgleichselements kompensiert oder begrenzt das Aufquellen der Batteriezellen zumindest teilweise. Dadurch kann die Spannkraft, die bei der mechanischen Verspannung der Batteriezellen in diese eingeleitet wird um sie mechanisch zu fixieren, begrenzt werden, wodurch die Batteriezellen weniger stark belastet sind. Aufgrund dessen sind die Bauteile im Inneren der Batteriezellen, wie beispielsweise der Separator oder die Elektroden, länger funktionsfähig und somit langlebiger. Zudem wird die Sicherheit der Batteriezellen erhöht, da zu hohe Belastungen auf die Bauteile einer Batteriezellen beispielsweise zu deren Degradation führen und somit einen Kurzschluss zur Folge haben können. Desweiteren absorbiert das elastische Material des Druckausgleichselements stoßartige Kräfte, welche von außen auf die Batteriezelle einwirken. Befindet sich die Batteriezelle beispielsweise in einem Batteriesystem eines Fahrzeugs, so werden stoßartige Kräfte, wie sie beispielsweise bei einem Aufprall, verursacht beispielsweise durch einen Unfall, oder bei der Fortbewegung auf unebenen Fahrbahnen vorkommen, durch das Druckausgleichselement aufgenommen und abgemindert. Auf diese Weise wird das Innenleben der Batteriezelle geschützt und die Gefahr einer Batteriezellschädigung erheblich reduziert, was zusätzliche Sicherheit für Insassen eines Fahrzeuges bietet.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen des vorliegenden Druckausgleichsbehälters mit Druckausgleichselement ergeben sich aus den Unteransprüchen.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform liegt der Druckausgleichsbehälter, insbesondere unmittelbar, an Gehäuse-Seitenflächen der Batteriezelle an oder der Druckausgleichsbehälter liegt, insbesondere unmittelbar, an den Gehäuses-Seitenflächen der Batteriezelle sowie an einer Gehäuse-Bodenfläche und/oder an einer Gehäuse-Deckelfläche der Batteriezelle an. Vorteilhaft hierbei ist, dass der Druck der Batteriezelle besonders effizient auf den Druckausgleichsbehälter übertragen werden kann, wenn dieser direkt an der Batteriezelle anliegt. Hierbei ist es desweiteren von Vorteil, wenn der Druckausgleichsbehälter zumindest die Gehäuse-Seitenflächen der Batteriezelle umgreift, da dies der Verformung der Batteriezelle durch einen in dieser herrschenden Druck entgegenwirkt. Dieser Effekt wird noch verstärkt, wenn der Druckausgleichsbehälter zusätzlich zu den Gehäuse-Seitenflächen der Batteriezellen auch an einer Gehäuse-Bodenfläche und/oder einer Gehäuse-Deckelfläche der Batteriezelle, insbesondere unmittelbar, anliegt. In einer Ausführungsform umgibt der Druckausgleichsbehälter mehrere Batteriezellen zumindest teilweise oder der Druckausgleichsbehälter umgibt eine Batteriezelle, in welcher mehrere Elektrodenverbunde angeordnet sind, zumindest teilweise.
In einer Ausführungsform ist es von Vorteil, wenn der Druckausgleichsbehälter selbst das Gehäuse zumindest einer Batteriezelle bildet. Vorteilhaft hierbei ist, dass auf diese Weise weniger Gehäuse-Material benötigt wird, wodurch zum einen Gewicht eingespart wird und zum anderen Material- und Herstellungskosten der Batteriezelle sinken. Weiterhin von Vorteil ist, wenn der als Batteriezell-Gehäuse fungierende Druckausgleichsbehälter direkt an den sich verformenden Komponenten der Batteriezelle anliegt, und nicht durch ein Batteriezell-Gehäuse von diesen getrennt ist.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist das Material des Druckausgleichsbehälters elektrisch isolierend ausgeführt. Dies birgt den Vorteil, dass die Batteriezellen nicht zunächst aufwendig isoliert werden müssen, bevor sie zu Modulen aneinandergereiht werden um einen Spannungsübergriff zu vermeiden. Durch diese Funktionsintegration werden Materialkosten, Gewicht und Verfahrensschritte zur Isolation der Batteriezellen sowie Zeit eingespart.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst der Druckausgleichsbehälter einen Kunststoff. Vorteilhaft hierbei ist, dass das Gewicht von Kunststoff gering ist, beispielsweise im Vergleich zu Metallen. Weiterhin vorteilhaft ist, dass Bauteile aus Kunststoff sehr einfach und kostengünstig hergestellt und zudem einfach wiederverwertet werden können. Desweiteren umfasst der Druckausgleichsbehälter beispielsweise ein Elastomer. Elastomere sind in der Lage, sich bei Zug- oder Druckbelastungen elastisch zu verformen, anschließend aber wieder ihre ursprüngliche unverformte Gestalt anzunehmen. Der Druckausgleichsbehälter umfasst beispielsweise ein Polyolefin, bevorzugt ein Polyethylen oder ein Polypropylen, ein Polyamid, ein Polyvinylchlorid, ein Polyethylentherephthalat, ein Polysulfon und/oder Polyimid und besonders bevorzugt einen Polyurethanschaum, ein Silikon, und/oder einen Kautschuk. Polyolefine sind flexibel, weisen eine hohe mechanische und chemische Stabilität auf und sind zudem schweißbar. Von diesen weist beispielsweise Polyethylen eine hohe Zähigkeit, eine geringe Wasseraufnahme und Wasserdampfdurchlässigkeit sowie eine hohe Beständigkeit gegen Chemikalien auf und ist zudem gut zu verarbeiten und kostengünstig. Polypropylen weist eine geringe Wasseraufnahme auf, ist chemisch beständig, elektrisch isolierend sowie gut zu verarbeiten und kostengünstig. Polyamid zeichnet sich durch eine hohe Festigkeit, eine hohe chemische und witterungsbedingte Beständigkeit, sowie durch eine geringe Neigung zur Spannungsrissbildung aus. Polyvinylchlorid ist chemisch beständig, weist eine hohe Festigkeit auf und ist kostengünstig. Polyethylentherephthalate weisen eine hohe Bruchfestigkeit und Temperaturstabilität auf. Polysulfone und Polyimide zeichnen sich aufgrund ihrer Hitze- und Chemikalienbeständigkeit aus. Polyurethane sind sehr witterungsbeständig, haben gute Dämpfungswerte und sind sehr leicht im Vergleich zu ihrem Volumen. Außerdem ist Polyurethan wasserabweisend und langlebig. Silikone sind sehr hitze- und kältebeständig und unempfindlich gegenüber Wasser. Desweiteren weisen sie sehr gute Haftbedingungen auf. Kautschuk zeichnet sich durch eine hohe chemische und thermische Beständigkeit und eine hohe Elastizität aus und ist einfach zu verarbeiten.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform beträgt die Wanddicke des Druckausgleichsbehälters außerhalb des Druckausgleichselements 0,2–0,5 mm. In diesem Dickenbereich ist das Druckausgleichselement stabil und dennoch leicht und platzsparend im Hinblick auf das Gewicht der Batteriezelle sowie deren Montage in ein Batteriemodul.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist das Druckausgleichselement des Druckausgleichsbehälters zumindest an einer Druckausgleichsbehälter-Seitenfläche lokalisiert. Das beispielsweise prismatische Batteriezellen-Gehäuse weist beispielsweise eine Bodenfläche, eine Deckelfläche, und vier die Bodenfläche und die Deckelfläche verbindende Seitenflächen auf. Die vier Seitenflächen des beispielsweise prismatischen Batteriezellen-Gehäuses sind vorzugsweise als zwei Seitenflächen mit großem Flächeninhalt und als 2 Seitenflächen mit kleinem Flächeninhalt ausgebildet. Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Druckausgleichselement an zumindest einer, insbesondere an den beiden Druckausgleichsbehälter-Seitenflächen lokalisiert ist, die an den großen Seitenflächen des Batteriezellen-Gehäuses anliegen bzw. die großen Seitenflächen des Batteriezellen-Gehäuses bilden. Ein Anschwellen der Batteriezelle, abhängig von der Ausrichtung und Gestaltung des Elektrodenverbundes im Inneren der Batteriezelle, beispielsweise der Stapelung oder Wicklung des Elektrodenverbundes mit daraus resultierender Richtung der Kraftwirkung, verursacht beispielswiese an den großen Seitenflächen die größte Verformung der Batteriezelle.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst das Druckausgleichselement des Druckausgleichsbehälters ein Elastomer, insbesondere einen Polyurethanschaum, ein Silikon und/oder einen Kautschuk, deren Vorteile bereits genannt wurden. Elastomere, und insbesondere ein Polyurethanschaum, ein Silikon und/oder ein Kautschuk nehmen einen auf diese wirkenden Druck auf und lassen sich verformen. Dadurch wird der Druck, welcher in der Batteriezelle vorherrscht oder auf diese wirkt, zumindest teilweise kompensiert und somit begrenzt. Bei einer lokalen Druckeinwirkung wird der Druck auf die gesamte Fläche des Druckausgleichselements verteilt.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst das Druckausgleichselement des Druckausgleichsbehälters eine Materialverdickung im Vergleich zur Wanddicke des Druckausgleichsbehälters außerhalb des Druckausgleichselements. Besonders bevorzugt liegt die zusätzliche Wanddicke in einem Bereich von 0,3–0,5 Millimeter. Im Bereich dieser Wanddicke ist eine problemlose Aneinanderreihung mehrerer Batteriezellen zu Modulen möglich, ohne dass Probleme hinsichtlich des Platzbedarfs auftreten. Zudem ist die Wand des Druckausgleichselement dick genug um einer Verformung der Batteriezelle entgegenzuwirken bzw. deren Druck aufzunehmen und gleichmäßig über die Fläche des Druckausgleichselements zu verteilen. In einer alternativen oder zusätzlichen Ausführungsform ist es von Vorteil, wenn die Elastizität des Druckausgleichselements größer ist als die Elastizität des Druckausgleichsbehälters. In einer weiteren Ausführungsform ist die Wanddicke des Druckausgleichselements geringer ist als die Wanddicke des Druckausgleichsbehälters.
Desweiteren ist es vorteilhaft, wenn der Druckausgleichsbehälter ein Spritzgussteil ist, welches mehrteilig ausgeführt ist. Umfassen der Druckausgleichsbehälter und das Druckausgleichselement verschiedene Materialien, so ist deren Herstellung als separate Spritzgussteile einfacher. Alternativ oder zusätzlich umfasst der Druckausgleichsbehälter beispielsweise zwei zueinander symmetrische Teile, welche die Batteriezelle schalenförmig umgeben. Alternativ kann das Spritzgussteil auch einteilig ausgeführt sein. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn das Druckausgleichselement und der Druckausgleichsbehälter dasselbe Material umfassen. Mittels eines Spritzgussverfahrens können beispielsweise Kunststoffbauteile mit komplexer Geometrie und hoher Genauigkeit in kurzen Taktzeiten hergestellt werden. Spritzgussverfahren sind sehr wirtschaftliche Verfahren, insbesondere bei der Herstellung großer Stückzahlen.
Es ist zudem vorteilhaft, wenn das Druckausgleichselement in eine Aussparung des Druckausgleichsbehälters eingesetzt, eingeklebt und/oder eingespritzt ist. Diese Verfahren sind einfach, schnell und kostengünstig. Klebeverfahren bieten zudem den Vorteil, dass die dichtende Funktion des Klebstoffes ausgenutzt werden kann. Die Vorteile des Spritzgussverfahrens wurden bereits aufgeführt.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Figurenbeschreibung näher erläutert. Es zeigt:
1: die schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Druckausgleichsbehälters für zumindest eine Batteriezelle mit einem Druckausgleichselement,
2: die schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Druckausgleichsbehälters mit einem Druckausgleichselement, wobei der Druckausgleichsbehälter an Gehäuse-Flächen zumindest einer Batteriezelle anliegt, und
3: die schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Druckausgleichsbehälters mit einem Druckausgleichselement, wobei der Druckausgleichsbehälter das Gehäuse einer Batteriezelle bildet,
4: die schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Druckausgleichsbehälters mit Druckausgleichselementen, wobei der Druckausgleichsbehälter mehrere Batteriezellen umgibt bzw. an diesen anliegt.
Ausführungsformen der Erfindung
1 zeigt einen Druckausgleichsbehälter 1 mit einem Druckausgleichselement 2 für eine Batteriezelle. Der Druckausgleichsbehälter 1 umfasst zwei große Seitenflächen 3 und zwei kleine Seitenflächen 4. Desweiteren kann der Druckausgleichsbehälter 1 beispielsweise eine in 1 nicht dargestellte Deckelfläche umfassen und/oder eine Bodenfläche. Das Druckausgleichselement 2 umfasst ein elastisches Material, insbesondere ein Elastomer wie beispielsweise einen Polyurethanschaum, ein Silikon und/oder einen Kautschuk. Der Druckausgleichsbehälter 1 umfasst bevorzugt ein elektrisch isolierendes Material. Alternativ ist das Material des Druckausgleichsbehälters 1 beispielsweise elektrisch leitend ausgeführt. Das Material des Druckausgleichsbehälters 1 umfasst beispielsweise einen Kunststoff, insbesondere ein Elastomer. Der Druckausgleichsbehälter 1 umfasst beispielsweise ein Polyolefin, bevorzugt ein Polyethylen oder ein Polypropylen, ein Polyamid, ein Polyvinylchlorid, Polyethylentherephthalat, ein Polysulfon und/oder ein Polyimid und insbesondere einen Polyurethanschaum, ein Silikon, und/oder einen Kautschuk. Die Wanddicke des Druckausgleichsbehälters 1 beträgt beispielsweise 0,2–0,5 mm. Das Druckausgleichselement 2 des Druckausgleichsbehälters 1 weist beispielsweise eine Materialverdickung auf, insbesondere eine zusätzliche Wanddicke von zumindest 0,1 mm, bevorzugt von 0,3–0,5 mm auf bezogen auf die Wanddicke des Druckausgleichsbehälters 1 außerhalb des Druckausgleichselements 2. in 1 ist das Druckausgleichselement 2 des Druckausgleichsbehälters 1 mittig an den großen Seitenflächen 3 des Druckausgleichsbehälters 1 lokalisiert. Eines der Druckausgleichselemente 2 ist in 1 sichtbar, dass andere Druckausgleichselement 2 ist auf der dem Betrachter abgewandten Seite lokalisiert und in 1 nicht zu sehen. Alternativ umfasst der Druckausgleichsbehälter nur das in 1 sichtbare Druckausgleichselement. Der Druckausgleichsbehälter 1 ist beispielsweise ein Spritzgussteil, welches einteilig oder mehrteilig ausgeführt ist. Das Druckausgleichselement 2 des Druckausgleichsbehälters 1 ist beispielsweise in eine Aussparung des Druckausgleichsbehälters 1 eingesetzt, eingeklebt und oder eingespritzt.
In 2 ist ein Druckausgleichsbehälter 1 gemäß 1 dargestellt, welcher eine Batteriezelle 10 umgibt. Der Druckausgleichsbehälter 1 umfasst in 2 zwei große Seitenflächen 3 und zwei kleine Seitenflächen 4, eine Bodenfläche und eine Deckelfläche 6. Diese liegen, insbesondere unmittelbar, an zwei großen Seitenflächen, zwei kleinen Seitenflächen, einer Bodenfläche und einer Deckelfläche eines Batteriezell-Gehäuses der Batteriezelle 10 an. Die Batteriezelle 10 umfasst beispielsweise einen Elektrodenverbund. Der Elektrodenverbund umfasst beispielsweise eine Kathode, einen Separator und eine Anode, welche beispielsweise ineinander aufgewickelt oder aufeinander gestapelt vorliegen. Die Batteriezelle 10 umfasst zwei Batteriezellen-Terminals 5, welche dem Stromabgriff der Batteriezelle 10 dienen. Eines der Batteriezellen-Terminals 5 ist mit einer Kathode der Batteriezelle 10 und das andere Batteriezellen-Terminal 5 ist mit einer Anode der Batteriezelle 10 elektrisch leitend verbunden. Die Batteriezellen-Terminals 5 ragen beispielsweise aus dem Druckausgleichsbehälter heraus.
in 3 ist ein Druckausgleichsbehälter 1 gemäß 1 dargestellt, welcher das Gehäuse einer Batteriezelle 10 bildet. In 3 umfasst der Druckausgleichsbehälter 1 zwei große Seitenflächen 3 und zwei kleine Seitenflächen 4, sowie eine Bodenfläche und eine Deckelfläche 6. Die Batteriezelle 10 umfasst zwei Batteriezellen-Terminals 5, welche dem Stromabgriff der Batteriezelle 10 dienen. Eines der Terminals 5 ist mit einer Kathode der Batteriezelle 10 und das andere Terminal 5 ist mit einer Anode der Batteriezelle 10 elektrisch leitend verbunden. Die Batteriezellen-Terminals 5 ragen beispielsweise aus dem Druckausgleichsbehälter heraus. Die Batteriezelle 10 umfasst beispielsweise einen Elektrodenverbund. Der Elektrodenverbund umfasst beispielsweise eine Kathode, einen Separator und eine Anode, welche beispielsweise ineinander aufgewickelt oder aufeinander gestapelt vorliegen.
In den 1–3 ist jeweils nur ein Druckausgleichselement 2 sichtbar. Ein weiteres Druckausgleichselement 2 ist beispielsweise auf der dem Betrachter abgewandten großen Seitenfläche 3 des Druckausgleichsbehälters 1 lokalisiert und somit in der in den 1–3 vorliegenden Perspektive verdeckt. Die Länge und die Breite des Druckausgleichselements 2 des Druckausgleichsbehälters 1 sind bevorzugt ähnlich zu der Länge und der Breite eines Elektrodenverbundes in der Batteriezelle 10. Desweiteren kann der Druckausgleichsbehälter 1 auch nur ein Druckausgleichselement 2 umfassen. Ein Druckausgleichselement 2 kann beispielsweise auch an den kleinen Seitenflächen 4 des Druckausgleichsbehälters 1, an der Deckelfläche 6 des Druckausgleichsbehälters 1 oder an der Bodenfläche des Druckausgleichsbehälters 1 angeordnet sein. Alternativ können mehrere Druckausgleichselemente 2 an je einer Fläche des Druckausgleichsbehälters 1 angeordnet sein. Die Batteriezelle 10 ist in den 1 und 2 beispielsweise eine Flachzelle, insbesondere eine Pouchzelle oder eine prismatische Batteriezelle.
In einer Ausführungsform ist der vorgeschlagene Druckausgleichsbehälter 1 ausgelegt um mehrere Batteriezellen 10, beispielsweise ein Batteriemodul oder ein Batteriesystem, zumindest teilweise zu umgeben bzw. an diesem anzuliegen. In 4 ist ein Druckausgleichsbehälter 1 gemäß 1 dargestellt, welcher zumindest neun Batteriezellen 10 umgibt bzw. an deren Batteriezellen-Gehäusen anliegt. Die Lage der Batteriezellen 10 innerhalb des Druckausgleichsbehälters 1 ist schemenhaft angedeutet. Der Druckausgleichsbehälter 1 umfasst 9 Druckausgleichselemente 2, welche jeweils an den großen Seitenflächen 3 des Druckausgleichsbehälters angeordnet sind. In 4 ist nur eine der großen Seitenflächen 3 des Druckausgleichsbehälters 1 sichtbar.
In einer alternativen Ausführungsform bildet der Druckausgleichsbehälter 1 das Gehäuse einer Batteriezelle 10 mit mehreren Elektrodenverbunden. Desweiteren kann der Druckausgleichsbehälter 1 das Gehäuse einer Batterie umgeben bzw. an diesem anliegen oder als das Gehäuse der Batterie selbst ausgebildet sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008061755 A1 [0005]
DE 102009058955 A1 [0006]
DE 102010012998 A1 [0007]

Claims

Druckausgleichsbehälter (1) für zumindest eine Batteriezelle (10), insbesondere für zumindest eine Lithium-Ionen-Batteriezelle, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckausgleichsbehälter (1) ein Druckausgleichselement (2), umfassend ein elastisches Material, zur Aufnahme eines auf die zumindest eine Batteriezelle (10) wirkenden und/oder von der zumindest einen Batteriezelle (10) ausgehenden Drucks umfasst.
Druckausgleichsbehälter (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckausgleichsbehälter (1), insbesondere unmittelbar, an Gehäuse-Seitenflächen einer Batteriezelle (10) anliegt oder dass der Druckausgleichsbehälter (1), insbesondere unmittelbar, an Gehäuse-Seitenflächen einer Batteriezelle (10) sowie an einer Gehäuse-Bodenfläche und/oder an einer Gehäuse-Deckelfläche einer Batteriezelle (10) anliegt.
Druckausgleichsbehälter (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckausgleichsbehälter (1) ein Gehäuse zumindest einer Batteriezelle (10) bildet.
Druckausgleichsbehälter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des Druckausgleichsbehälters (1) elektrisch isolierend ausgeführt ist.
Druckausgleichsbehälter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckausgleichsbehälter (1) einen Kunststoff, insbesondere ein Elastomer, umfasst.
Druckausgleichsbehälter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wanddicke des Druckausgleichsbehälters (1) außerhalb des Druckausgleichselements (2) 0,2–0,5 mm beträgt.
Druckausgleichsbehälter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckausgleichselement (2) des Druckausgleichsbehälters (1) zumindest an einer Druckausgleichsbehälter-Seitenfläche (3, 4) lokalisiert ist.
Druckausgleichsbehälter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckausgleichselement (2) ein Elastomer, insbesondere einen Polyurethanschaum, ein Silikon und/oder einen Kautschuk umfasst.
Druckausgleichsbehälter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckausgleichselement (2) des Druckausgleichsbehälters (1) eine Materialverdickung aufweist, insbesondere dass die zusätzliche Wanddicke zumindest 0,1mm, bevorzugt 0,3–0,5mm, beträgt im Vergleich zur Wanddicke des Druckausgleichsbehälters (1) außerhalb des Druckausgleichselements (2).
Druckausgleichsbehälter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckausgleichsbehälter (1) ein Spritzgussteil ist, welches mehrteilig ausgeführt ist.
Druckausgleichsbehälter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckausgleichselement (2) in eine Aussparung des Druckausgleichsbehälter (1) eingesetzt, eingeklebt und/oder eingespritzt ist.
Batteriezelle (10), insbesondere Lithium-Ionen-Batteriezelle, mit einem Druckausgleichsbehälter (1) nach einem der Ansprüche 1–11, wobei der Druckausgleichsbehälter (1), insbesondere unmittelbar, an Gehäuse-Seitenflächen der Batteriezelle (10) anliegt oder wobei der Druckausgleichsbehälter (1), insbesondere unmittelbar, an Gehäuse-Seitenflächen der Batteriezelle (10) sowie an einer Gehäuse-Bodenfläche und/oder an einer Gehäuse-Deckelfläche der Batteriezelle (10) anliegt oder wobei der Druckausgleichsbehälter (1) ein Gehäuse der Batteriezelle (10) bildet.