DE102015215245A1

DE102015215245A1 - Deckel für eine Speicherzelle

Info

Publication number: DE102015215245A1
Application number: DE102015215245.6A
Authority: DE
Inventors: Matthias Tschech; Tobias Zeilinger
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2015-08-11
Filing date: 2015-08-11
Publication date: 2017-02-16
Anticipated expiration: 2035-08-12
Also published as: DE102015215245B4

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Deckel (10) für eine Speicherzelle (1) zum Verschließen eines Speicherzellengehäuses (2), mit einer Grundplatte (11) zum Verschließen des Speicherzellengehäuses (2); einem von einer Seite der Grundplatte (11) hervorstehenden ersten Stromkollektor (12), und einem von einer gegenüberliegenden Seite der Grundplatte hervorstehenden ersten Stromabgriff (13), wobei zumindest die Grundplatte (11), der erste Stromkollektor (12) und der erste Stromabgriff (13) einstückig durch Fließpressen hergestellt sind. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Speicherzelle (1) mit solch einem Deckel (10) und ein Verfahren zum Herstellen solch eines Deckels.

Description

Die Erfindung betrifft einen Deckel für eine Speicherzelle zum Verschließen eines Speicherzellengehäuses, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1, sowie eine Speicherzelle mit solch einem Deckel. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen solch eines Deckels.
Elektrische Energiespeicher, wie sie beispielsweise in Elektro- und Hybridfahrzeugen verwendet werden, umfassen in der Regel mehrere elektrisch parallel oder in Serie zueinander geschaltete Speichermodule. Jedes dieser Speichermodule umfasst eine Vielzahl von nebeneinander angeordneten und elektrisch parallel oder in Reihe geschalteten Speicherzellen.
Derartige Speicherzellen sind beispielsweise aus der DE 10 2012 222 699 A1 bekannt. Solche Speicherzellen vom Stand der Technik weisen ein Speicherzellengehäuse auf, in dem in elektrochemisches Element aufgenommen ist, wobei das Speicherzellengehäuse mit einem Deckel verschlossen wird, an dem Stromabgriffe vorgesehen sind.
Die Herstellung solcher Speicherzellen erfordert die Handhabung von zahlreichen Einzelbauteilen und Arbeitsschritten, was zu relativ hohen Herstellungskosten führt. Qualitätsrisiken bestehen durch potenzielle Undichtigkeiten an den Verbindungsstellen der Einzelbauteile. Solche Undichtigkeiten können durch Entweichen des Elektrolyten oder durch Eindringen von Wasser zum Ausfall der Speicherzelle führen.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine kostengünstigere und hinsichtlich ihrer Qualität optimierte Speicherzelle zu schaffen. Diese Aufgabe wird durch einen Deckel gemäß Anspruch 1, eine Speicherzelle gemäß Anspruch 4 und ein Verfahren gemäß Anspruch 5 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Deckel für eine Speicherzelle zum Verschließen eines Speicherzellengehäuses bereitgestellt, mit einer Grundplatte zum Verschließen des Speicherzellengehäuses; einem von einer Seite der Grundplatte hervorstehenden ersten Stromkollektor, und einem an einer gegenüberliegenden Seite der Grundplatte angeordneten, insbesondere hervorstehenden, ersten Stromabgriff, wobei zumindest die Grundplatte, der erste Stromkollektor und der erste Stromabgriff einstückig durch Fließpressen hergestellt sind. Dadurch kann eine Speicherzelle kostengünstiger hergestellt werden, da weniger Arbeitsschritte für den Zusammenbau erforderlich sind. Ferner wird die Zuverlässigkeit eines solchen Bauteils erhöht, da potenzielle Undichtigkeiten beim Zusammenbau verringert werden.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Grundplatte eine Befestigungseinrichtung, insbesondere eine Durchgangsöffnung, zum Aufnehmen eines zweiten Stromkollektors und/oder zweiten Stromabgriffs auf.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Deckel bereitgestellt, des Weiteren mit einem von einer Seite der Grundplatte hervorstehenden zweiten Stromkollektor; einem von einer gegenüberliegenden Seite der Grundplatte hervorstehenden zweiten Stromabgriff; einem Isolationsabschnitt, der den zweiten Stromkollektor und den zweiten Stromabgriff elektrisch isoliert, wobei der zweite Stromkollektor aus einem anderen Werkstoff besteht wie der erste Stromkollektor.
Darüber hinaus stellt die Erfindung eine Speicherzelle mit einem Deckel gemäß einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele, und einem Elektrodenstapel mit einer Anode und einer Kathode, wobei der erste Stromkollektor mit der Anode oder der Kathode verbunden ist.
Ferner stellt die Erfindung gemäß einem Ausführungsbeispiel ein Verfahren zum Herstellers eines Deckels für eine Speicherzelle zum Verschließen eines Speicherzellengehäuses bereit, wobei der Deckel eine Grundplatte zum Verschließen des Speicherzellengehäuses, einen von einer Seite der Grundplatte hervorstehenden ersten Stromkollektor, und einen an einer gegenüberliegenden Seite der Grundplatte angeordneten, insbesondere hervorstehenden, ersten Stromabgriff aufweist, gekennzeichnet durch den Schritt des Ausbildens zumindest der Grundplatte, des ersten Stromkollektors und des ersten Stromabgriffs durch einen einzigen Fließpressvorgang.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst das Verfahren des Weiteren das Ausbilden eines Berstbereichs in der Grundplatte durch Einprägen einer Berstmembran entweder während des Fließpressvorgangs oder als separater Einprägeschritt.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst das Verfahren des Weiteren das Ausbilden einer Befestigungseinrichtung, insbesondere das Aussparen einer Durchgangsöffnung, zum Aufnehmen eines zweiten Stromkollektors und/oder zweiten Stromabgriffs beim Fließpressvorgang.
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. In diesen Zeichnungen ist Folgendes dargestellt:
1 ist eine dreidimensionale Ansicht einer erfindungsgemäßen Speicherzelle;
2 ist eine dreidimensionale Ansicht eines Deckels der Speicherzelle gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
3 ist eine dreidimensionale Ansicht des Deckels aus 2 mit eingesetztem Anodenterminal.
1 zeigt eine Speicherzelle 1 in einer dreidimensionalen Ansicht. Diese umfasst ein Speicherzellengehäuse 2, einen Elektrodenstapel 3, Isolationshalterungen 4 und einen Deckel 10. Die Isolationshalterungen 4 werden zwischen dem in das Speicherzellengehäuse 2 eingefügten Elektrodenstapel 3 und dem Speicherzellengehäuse 2 angeordnet. Der Deckel 10 umfasst zwei in das Speicherzellengehäuse 2 ragende Stromkollektoren zum Abgreifen der Spannung des Elektrodenstapels 3. Der Deckel 10 wird zum Verschließen des Speicherzellengehäuses 2 beispielsweise per Laserschweißen mit dem Speicherzellengehäuse 2 verschweißt. Anschließend wird über eine wieder verschließbare Füllöffnung im Deckel ein Elektrolyt in das Speicherzellengehäuse 2 gefüllt.
2 ist eine dreidimensionale Ansicht des Deckels 10 der Speicherzelle 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der Deckel 10 umfasst eine Grundplatte 11, die beispielsweise in Form einer rechteckigen Platte ausgebildet ist. Ferner umfasst der Deckel 10 einen ersten Stromkollektor 12, der sich von einer Seite der Grundplatte 11 im Wesentlichen senkrecht dazu erstreckt. Von einer gegenüberliegenden Seite erstreckt sich ein erster Stromabgriff 13, der einen elektrischen Kontakt der Speicherzelle 1 nach Außen darstellt. Der erste Stromkollektor 12 ist vorzugweise mit der Kathodenseite des Elektrodenstapels 3 in elektrisch leitendem Kontakt. Darüber hinaus ist in der Grundplatte 11 eine Durchgangsöffnung 14 vorgesehen, in die nach Fertigung ein Anodenterminal eingefügt wird.
Erfindungsgemäß werden zumindest die Grundplatte 11, der erste Stromkollektor 12 und der erste Stromabgriff 13 zusammen in einem einzigen Fließpressvorgang hergestellt. Durch diesen ergibt sich ein einstückiges, insbesondere monolithisch ausgebildetes, Bauteil, welches nicht mehr zusammengebaut werden muss und somit Arbeitsschritte einspart. Das für dieses Bauteil verwendete Material ist vorzugsweise Aluminium. Somit liegt über das gesamte Bauteil im späteren Einsatz ein Kathodenpotential vor.
Etwa mittig ist in der Grundplatte 11 eine Berstmembran 15 vorgesehen, die entweder während des Fließpressvorgangs oder in einem separaten Schritt in die Grundplatte 11 eingeprägt wird.
3 zeigt, ein Anodenterminal, das in die beim Fließpressvorgang ausgebildete Durchgangsöffnung 14 eingefügt wird. Nach dem Fließpressvorgang können ein zweiter Stromkollektor 16 der mit der Anode in elektrisch leitendem Kontakt ist sowie ein zweiter Stromabgriff 17 in die Durchgangsöffnung 14 montiert werden. Die Durchgangsöffnung 14 bildet in diesem Ausführungsbeispiel eine Befestigungseinrichtung zur Aufnahme des zweiten Stromkollektors 16 und des zweiten Stromabgriffs 17. Diese Befestigungseinrichtung muss nicht in Form einer Durchgangsöffnung ausgebildet sein und kann beispielsweise auch durch eine hervorstehende und eine Hinterschneidung ausbildende Form realisiert werden, wobei der zweite Stromkollektor und der zweite Stromabgriff mit der Hinterschneidung eine entsprechende formschlüssige Verbindung ausbilden. Wie der erste Stromkollektor 12 und Stromabgriff 13 sind auch der zweite Stromkollektor 16 und Stromabgriff 17 auf gegenüberliegenden Seiten der Grundplatte 11 angeordnet. Das bevorzugte Material für den zweiten Stromkollektor 16 ist Kupfer, da Kupfer hier hinsichtlich Zellspannungsstabilität vorteilhafter ist als beispielsweise Aluminium. Der zweite Stromabgriff 17 ist wie der erste Stromabgriff vorzugsweise aus Aluminium. Zwischen dem Anodenterminal aus Kupfer und der Grundplatte 11, die auf Kathodenpotential liegt, muss zur elektrischen Isolation ein Isolationsabschnitt 18 angebracht werden, der aus einem elektrisch isolierenden Material wie beispielsweise Keramik oder Kunststoff hergestellt ist.
Während die Erfindung detailliert in den Zeichnungen und der vorangehenden Beschreibung veranschaulicht und beschrieben wurde, ist diese Veranschaulichung und Beschreibung als veranschaulichend oder beispielhaft und nicht als beschränkend zu verstehen und es ist nicht beabsichtigt die Erfindung auf die offenbarten Ausführungsbeispiele zu beschränken. Die bloße Tatsache, dass bestimmte Merkmale in verschiedenen abhängigen Ansprüchen genannt sind, soll nicht andeuten, dass eine Kombination dieser Merkmale nicht auch vorteilhaft genutzt werden könnte.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102012222699 A1 [0003]

Claims

Deckel (10) für eine Speicherzelle (1) zum Verschließen eines Speicherzellengehäuses (2), mit einer Grundplatte (11) zum Verschließen des Speicherzellengehäuses (2); einem von einer Seite der Grundplatte (11) hervorstehenden ersten Stromkollektor (12), und einem von einer gegenüberliegenden Seite der Grundplatte hervorstehenden ersten Stromabgriff (13), dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Grundplatte (11), der erste Stromkollektor (12) und der erste Stromabgriff (13) einstückig durch Fließpressen hergestellt sind.
Deckel (10) gemäß Anspruch 1, wobei die Grundplatte (11) eine Befestigungseinrichtung zum Aufnehmen eines zweiten Stromkollektors (16) und/oder zweiten Stromabgriffs (17) aufweist.
Deckel (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, des Weiteren mit einem von einer Seite der Grundplatte (11) hervorstehenden zweiten Stromkollektor (16); einem von einer gegenüberliegenden Seite der Grundplatte (11) hervorstehenden zweiten Stromabgriff (17); einem Isolationsabschnitt (18), der den zweiten Stromkollektor (16) und den zweiten Stromabgriff (17) elektrisch isoliert, wobei der zweite Stromkollektor (16) aus einem anderen Werkstoff besteht wie der erste Stromkollektor (12).
Speicherzelle (1) mit einem Deckel (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, und einem Elektrodenstapel (3) mit einer Anode und einer Kathode, wobei der erste Stromkollektor (12) mit der Anode oder der Kathode verbunden ist.
Verfahren zum Herstellen eines Deckels (10) für eine Speicherzelle (1) zum Verschließen eines Speicherzellengehäuses (2), wobei der Deckel (10) eine Grundplatte (11) zum Verschließen des Speicherzellengehäuses (2), einen von einer Seite der Grundplatte (11) hervorstehenden ersten Stromkollektor (12), und einen von einer gegenüberliegenden Seite der Grundplatte (11) hervorstehenden ersten Stromabgriff (13) aufweist, gekennzeichnet durch den Schritt des Ausbildens zumindest der Grundplatte (11), des ersten Stromkollektors (12) und des ersten Stromabgriffs (13) durch einen einzigen Fließpressvorgang.
Verfahren gemäß Anspruch 5, des Weiteren mit dem Schritt: Ausbilden eines Berstbereichs (15) in der Grundplatte (11) durch Einprägen einer Berstmembran entweder während des Fließpressvorgangs oder als separater Einprägeschritt.
Verfahren gemäß Anspruch 5 oder 6, ferner aufweisend den Schritt: Ausbilden einer Befestigungseinrichtung zum Aufnehmen eines zweiten Stromkollektors (16) und/oder zweiten Stromabgriffs (17) beim Fließpressvorgang.