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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Isolationsformteil für ein Gehäuse zumindest einer Batteriezelle sowie auf eine Batteriezelle, insbesondere eine Lithium-Ionen-Batteriezelle, mit einem Isolationsformteil und auf eine Batterie nach dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche.
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Stand der Technik
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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 werden insbesondere Lithium-Ionen-Batterien als Energiespeicher für elektrisch angetriebene Kraftfahrzeuge verwendet.
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Batteriezellen, insbesondere Lithium-Ionen-Batteriezellen, weisen beispielsweise einen Elektrodenverbund auf, umfassend eine Kathode, einen Separator und eine Anode, welche beispielsweise ineinander aufgewickelt oder aufeinander gestapelt vorliegen. 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 Folien, Klebebänder, Schrumpfschläuche, Isolationslacke oder Gehäuseschalen aus Kunststoff. Mehrere Batteriezellen werden mechanisch zu Modulen zusammengefügt, und beispielsweise parallel- oder in Reihe geschaltet.
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In der
US 2010/0028765 ist eine wieder aufladbare Batterie offenbart, deren Batteriezellen jeweils in einem Gehäuse angeordnet sind. Die Gehäuse weisen ein Füllmaterial auf, welches die Batteriezellen umschließt. Hierbei sind die Gehäuse unterschiedlich ausgeformt und weisen unterschiedliche Teilabschnitte mit unterschiedlichen Wandstärken auf.
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Die
US 2006/0051666 offenbart eine Batteriezelle mit einem Gehäuse, welches Gehäuse ein Element zur Kompensation einer Ausdehnung der Batteriezelle aufweist. Dieses Element kann dadurch gebildet sein, dass die Gehäusewand an der jeweiligen Stelle einen Versatz nach innen aufweist, wobei die Wanddicke gleichbleibend ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird ein Isolationsformteil für ein Gehäuse zumindest einer Batteriezelle sowie eine Batteriezelle und eine Batterie mit den kennzeichnenden Merkmalen der unabhängigen Ansprüche bereitgestellt.
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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 durch Einlagerung und Abscheidung von Lithium bei Ladevorgängen und/oder auf eine Gasbildung im Inneren der Batteriezelle zurückzuführen ist. Dies kann zu einer Abnahme der Speicherkapazität führen und somit zu einer verfrühten Alterung der Batteriezelle was wiederum einen erheblichen Leistungsverlust der Batteriezelle bedeutet. Um dem entgegenzuwirken und um die Batteriezellen mechanisch zu fixieren, um beispielsweise Schüttelbewegungen der Batteriezellen zu verhindern, 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 beispielsweise 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.
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Das erfindungsgemäße Isolationsformteil für ein Gehäuse einer Batteriezelle umfasst zumindest an einer Formteil-Seitenwand eine Senke, welche durch eine reduzierte Wandstärke gebildet ist. Der Vorteil dieses Isolationsformteils ist, dass durch die Senke ein Hohlraum geschaffen wird, welcher zunächst nicht ausgefüllt ist. Über die Lebensdauer dehnt sich die Batteriezelle aus und füllt nun nach und nach den durch die Senke des Isolationsformteils gebildeten Hohlraum aus bzw. drückt die Formteil-Seitenwand an der Stelle der Senke nach außen. Dadurch, dass die Batteriezelle bei deren Ausdehnung, beispielsweise durch Aufquellen oder Gasbildung, den Platz der Senke ausfüllen kann und nicht sofort an eine Isolationsformteil-Seitenwand ohne Senke oder eine Nachbarzelle anstößt bzw. durch die Senke den Raum findet um sich auszudehnen indem die Formteil-Seitenwand an der Stelle der Senke nach außen gedrückt wird, wird die auf die Batteriezelle wirkende Kraft reduziert. Eine Erhöhung des Batteriezell-Innendrucks wird auf diese Weise stark vermindert oder gar verhindert. Dadurch kann wiederum 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. Zudem wird die Sicherheit der Batteriezellen erhöht, da die Belastungen auf die Bauteile der Batteriezellen minimiert sind, sodass eine Degradation dieser verhindert wird und somit beispielsweise kein Kurzschluss auftritt. Gleichzeitig sind die Batteriezellen durch das Isolationsformteil mechanisch fixiert und erfahren durch das Isolationsformteil ein gewünschtes Maß an Verspannkraft.
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Das Isolationsformteil übernimmt erfindungsgemäß also zwei Funktionen. Es gewährleistet die benötigte Halte- bzw. Verspannkraft und sorgt gleichzeitig durch die Steifigkeitsreduzierung des Isolationsformteils in der Senke dafür, dass sich keine zusätzliche Kraft über die Lebensdauer der Batteriezelle auf diese aufbaut.
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Weitere vorteilhafte Ausführungsformen des vorliegenden Isolationsformteils mit Senke ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst das Isolationsformteil zumindest vier Formteil-Seitenwände, welche insbesondere vollflächig ausgebildet sind. Vorteilhaft hierbei ist, dass das Isolationsformteil somit an allen Seitenflächen des Batteriezellgehäuses, die sonst mit Gehäuseflächen benachbart angeordneter Batteriezellen in Kontakt kommen können, von dem Formteil umgeben und somit elektrisch isoliert sind. Zudem bietet das Formteil der Batteriezelle an allen Batteriezellgehäuse-Seitenwänden an welchen das Formteil, insbesondere vollflächig, anliegt mechanischen Schutz. Besonders vorteilhaft ist außerdem, dass das Isolationsformteil die Batteriezelle einspannt und keine oder weniger weitere Mittel zur Erzeugung einer Vorspannkraft auf die Batteriezelle benötigt werden.
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Alternativ umfasst das Isolationsformteil zumindest vier Formteil-Seitenwände, welche insbesondere vollflächig ausgebildet sind sowie eine Formteil-Bodenwand, welche insbesondere vollflächig ausgebildet ist. Weiterhin alternativ umfasst das Isolationsformteil zumindest vier Formteil-Seitenwände, welche insbesondere vollflächig ausgebildet sind sowie eine Formteil-Deckelwand. Selbstverständlich kann auch in dieser Ausführungsform eine zusätzliche Bodenwand ausgebildet sein. Vorteilhaft hierbei ist, dass die Batteriezelle, welche von dem Formteil umgeben ist zusätzlich an der Bodenfläche durch die Formteil-Bodenwand und/oder an der Deckelfläche durch die Formteil-Deckelwand elektrisch isoliert und mechanisch geschützt ist. Desweiteren können durch die zusätzliche Formteil-Bodenwand und/oder die zusätzliche Formteil-Deckelwand Luft- und Kriechstrecken zwischen mit deren Batteriezell-Seitenwänden nebeneinander angeordneten Batteriezellen unterbunden werden. Als Kriechstrecke bezeichnet man die kürzeste Entfernung entlang der Oberfläche eines festen Isolierstoffes zwischen zwei leitenden Teilen. Als Luftstrecke bezeichnet man die kürzeste Entfernung zwischen zwei leitenden Teilen.
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Bei Isolationsformteilen für Batteriezellen, deren Gehäuse prismatisch ausgeführt sind mit zwei längeren Batteriezell-Seitenwänden und zwei kürzeren Batteriezell-Seitenwänden, ist es besonders vorteilhaft, wenn die Senke in einer oder beiden der längeren Formteil-Seitenwände eingebracht ist, da die größte Schwellung der Batteriezellen an deren längeren Seite auftritt. Die Senke des Isolationsformteils liegt dann direkt am Ort der größten Schwellung der Batteriezelle an und kann diese besonders effektiv ausgleichen.
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In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform liegt das Isolationsformteil, insbesondere unmittelbar, an Gehäuse-Seitenflächen einer Batteriezelle an oder das Isolationsformteil 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 kein unnötiger Platz in der Batterie verschenkt wird und die Senke/n des Isolationsformteils durch den unmittelbaren Kontakt besonders effektiv durch die anschwellende Batteriezelle ausgefüllt wird bzw. die Formteilseitenwand an der Stelle der Senke besonders effektiv nach außen gedrückt wird.
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In einer bevorzugten Ausführungsform betrifft die Reduzierung der Wandstärke eine Außenseite der zumindest einen Formteil-Seitenwand, sodass die Senke in Richtung der Batteriezelle ausgebildet ist, welche von dem Isolationsformteil zumindest teilweise umgeben ist. Vorteilhaft hierbei ist, dass die Formteil-Seitenwände in der Senke weniger robust und somit bewegungsfähiger sind als die Formteil-Seitenwände außerhalb der Senke. Bei einer Volumenzunahme der Batteriezelle gibt die Formteil-Seitenwand in der Senke somit stärker nach und übt weniger Druck auf die Batteriezelle aus als das Isolationsformteil an Stellen außerhalb der Senke. Dadurch wird das Innenleben der Batteriezelle geschont und es kommt nicht zu einer Überlastung der Elektroden und des Separators.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform betrifft die Reduzierung der Wandstärke eine Innenseite der zumindest einen Formteil-Seitenwand, sodass die Senke von der Batteriezelle weg weist, welche von dem Isolationsformteil zumindest teilweise umgeben ist. Vorteilhaft hierbei ist, dass die Senke durch die anschwellende Batteriezelle ausgefüllt wird und somit weniger Kräfte auf die Batteriezelle wirken, wodurch deren Innenleben geschont wird. Es kommt nicht zu einer Überlastung der Elektroeden und des Separators.
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In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform betrifft die Reduzierung der Wandstärke eine Innenseite und eine Außenseite der zumindest einen Formteil-Seitenwand, sodass zwei, sich insbesondere gegenüberliegende, Senken in der Formteil-Seitenwand ausgebildet sind. Hier werden die Vorteile der beiden vorangehenden Ausführungsformen gleichzeitig genutzt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist es vorteilhaft, wenn die Außenseite der zumindest einen Formteil-Seitenwand im Bereich der Reduzierung der Wandstärke eine Wölbung nach innen auf die Batteriezelle, welche von dem Isolationsformteil zumindest teilweise umgeben ist, zu bildet. In einer zusätzlichen oder alternativen bevorzugten Ausführungsform ist es vorteilhaft, wenn die Innenseite der zumindest einen Formteil-Seitenwand im Bereich der Reduzierung der Wandstärke eine Wölbung nach außen von der Batteriezelle, welche von dem Isolationsformteil zumindest teilweise umgeben ist, weg ausgebildet ist, welche die Senke bildet. Die Wandstärke der Formteil-Seitenwand in der Senke nimmt somit kontinuierlich ab bzw. zu. Somit gibt es keine stufenartigen Übergänge innerhalb der Senke. Vorteilhaft hierbei ist, dass durch eine sich wölbende Senke die Elastizität des Isolations-Formteil ebenfalls nach und nach zu- bzw. abnimmt und nicht abrupt. Somit kann sich die Batteriezelle, welche bei der Schwellung ebenfalls eine gewölbte Form annimmt, optimal in die Senke einlegen, wenn diese auf der Innenseite der Formteil-Seitenwand ausgebildet ist. Zudem erfährt die Batteriezelle somit an der Stelle der größten Wölbung durch die sich ebenfalls wölbende Form der Senke beispielsweise einen ebenso hohen Druck wie an der Stelle der kleinsten Wölbung, unabhängig davon ob die Senke des Isolationsformteils auf einer Innen- oder auf einer Außenseite oder auf einer Innen- und Außenseite der Formteil-Seitenwand ausgebildet ist. In einer Ausführungsform ist die Senke nur teilweise gewölbt, beispielsweise nimmt die Wandstärke kontinuierlich ab bzw. zu, aber in der Mitte der Senke ist die Materialreduzierung gleichmäßig und nimmt weder ab noch zu.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Senke in einem mittigen Bereich der zumindest einen Formteil-Seitenwand lokalisiert, welcher umlaufend von einem Randbereich der zumindest einen Formteil-Seitenwand umgeben ist. Vorteilhaft hierbei ist, dass eine Batteriezelle in einem mittigen Bereich des Elektrodenverbundes, umfassend die Elektroden und zumindest einen Separator, die größte Schwellung erfährt. Somit dehnt sich das Gehäuse der Batteriezelle in einem mittigen Bereich der Batteriezell-Seitenwand am stärksten aus. Das Isolationsformteil mit der Senke in einem mittigen Bereich ist somit genau an der Stelle der größten Ausdehnung der Batteriezelle lokalisiert, sodass die Schwellung der Batteriezelle bestmöglich kompensiert wird. Somit wirken keine zusätzlichen Kräfte durch die Schwellung auf die Batteriezelle.
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In einer weiteren Ausführungsform ist das Isolationsformteil als ein Gehäuse zumindest einer Batteriezelle ausgeführt. Vorteilhaft hierbei ist, dass auf diese Weise weniger Gehäuse-Material benötigt wird, wodurch zum einen Gewicht eingespart wird und zum anderen die Material- und Herstellungskosten der Batteriezelle sinken. Weiterhin von Vorteil ist, dass das Isolationsformteil somit direkt an den sich verformenden Komponenten der Batteriezelle anliegt, und nicht durch ein Batteriezell-Gehäuse von diesen getrennt ist.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst das Isolationsformteil einen Kunststoff. Vorteilhaft hierbei ist, dass Bauteile aus Kunststoff sehr einfach und kostengünstig hergestellt und zudem einfach wiederverwertet werden können. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform umfasst das Isolationsformteil einen Thermoplasten, beispielsweise ein Polyamid, ein Polyethylen, ein Polypropylen, ein Polyethylenterephthalat oder ein Polyvinylchlorid sowie Mischungen aus diesen. Vorteilhaft hierbei ist, dass diese sehr gut schweißbar sind. Polyolefine sind flexibel und weisen eine hohe mechanische und chemische Stabilität auf. 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.
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In einer Ausführungsform ist das Isolationsformteil mittels eines Spritzgussverfahrens hergestellt. 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.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform weist das Isolationsformteil eine Wulst an einem Rand der Formteil-Seitenwand auf. Die Wulst kann an einer Oberseite der Formteil-Seitenwand und/oder an einer Unterseite der Formteil-Seitenwand ausgebildet sein, wenn dort beispielsweise keine Formteil-Bodenwand oder Formteil-Deckelwand angrenzt. Vorteilhaft hierbei ist, dass die Wulst beispielsweise als Positionierhilfe des Isolationsformteils während der Montage dient oder während des Betriebs der Batteriezelle.
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In einer Ausführungsform weist eine Batterie zumindest zwei Batteriezellen mit je einem erfindungsgemäßen Isolationsformteil auf, wobei die Isolationsformteile unterschiedlich große Senken aufweisen. Alternativ oder zusätzlich sind die Senken der Isolationsformteile unterschiedlich tief. Alternativ oder zusätzlich sind die Senken beispielsweise an unterschiedlichen Formteil-Seitenwänden der Isolationsformteile positioniert und/oder an unterschiedlichen Positionen derselben Formteil-Seitenwand. Vorteilhaft hierbei ist, dass die Batterie durch die in diesem Abschnitt genannten Ausführungsformen sehr flexibel gestaltbar ist und Eigenschaften wie Stabilität, Steifigkeit oder Nachgiebigkeit des Materials der Isolationsformteile je nach Position der zugehörigen Batteriezelle in der Batterie individuell eingestellt werden können. So weisen beispielsweise Isolationsformteile von Batteriezellen, welche nebeneinander zu einem Batteriemodul angeordnet sind und sich mittig in dem Batteriemodul befinden, größere und/oder tiefere Senken auf, als Isolationsformteile von Batteriezellen, welche in einem Randbereich des Moduls angeordnet sind. Vorteilhaft hierbei ist, dass bei Bedarf der benötigte Schwellraum für jede Zellposition im Modulverbund angepasst ist. In einer alternativen Ausführungsform weisen beispielsweise Isolationsformteile von Batteriezellen, welche in einem Modul mittig angeordnet sind kleinere und/oder weniger tiefe Senken auf als Isolationsformteile von Batteriezellen welche in einem Randbereich des Moduls angeordnet sind.
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In einer weiteren alternativen Ausführungsform werden zwei oder mehr Batteriezellen in ein erfindungsgemäßes Isolationsformteil eingebracht.
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Figurenbeschreibung näher erläutert. Es zeigt:
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1: die schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Isolationsformteils für zumindest ein Gehäuse einer Batteriezelle mit einer Senke in einer ersten Ausführungsform in einer 3D-Ansicht,
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2: die schematische Darstellung eines vertikalen Schnitts durch das erfindungsgemäße Isolationsformteil gemäß 1,
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3: die schematische Darstellung eines vertikalen Schnitts durch ein erfindungsgemäßes Isolationsformteil für zumindest ein Gehäuse einer Batteriezelle mit einer Senke in einer zweiten Ausführungsform,
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4: die schematische Darstellung eines vertikalen Schnitts durch ein erfindungsgemäßes Isolationsformteil für zumindest ein Gehäuse einer Batteriezelle mit einer Senke in einer dritten Ausführungsform,
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5: die schematische Darstellung eines vertikalen Schnitts durch ein erfindungsgemäßes Isolationsformteil für zumindest ein Gehäuse einer Batteriezelle mit einer Senke in einer vierten Ausführungsform,
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6: die schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Isolationsformteils gemäß 1 mit einer Wulst in einer 3D-Ansicht,
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt eine erste Ausführungsform eines Isolationsformteils 1 für zumindest ein Gehäuse einer Batteriezelle. Das Isolationsformteil 1 umfasst zwei lange Formteil-Seitenwände 3a und zwei kurze Formteil-Seitenwände 3b, welche vollflächig ausgebildet sind. Die langen Formteilseitenwände 3a umfassen je eine Außenseite 33a und eine Innenseite 33i. Das Isolationsformteil 1 umfasst zudem eine in 1 nicht sichtbare Formteil-Bodenwand. Alternativ weist das Isolationsformteil 1 keine Formteil-Bodenwand auf. Weiterhin alternativ umfasst das Isolationsformteil 1 eine nicht dargestellte Formteil-Deckelwand. Das Isolationsformteil 1 weist an den langen Formteil-Seitenwänden 3a eine Senke 5 auf, welche durch eine reduzierte Wandstärke der langen Formteil-Seitenwand 3a ausgebildet ist. In 1 ist nur die Senke 5 einer der langen Formteil-Seitenwände 3a sichtbar. Die Reduzierung der Wandstärke der langen Formteil-Seitenwände 3a ist in 1 an den Außenseiten 33a der langen Formteil-Seitenwände 3a ausgebildet, sodass sich eine Senke 5 in Richtung der gegenüberliegenden langen Formteil-Seitenwand 3a bildet. Die Senke 5 ist in 1 in einem mittigen Bereich der langen Formteil-Seitenwände 3a lokalisiert. Die Senke 5 ist umlaufend von einem Randbereich 7 der langen Formteil-Seitenwand 3a umgeben. Alternativ umfasst nur eine der langen Formteil-Seitenwände 3a eine Senke 5. Weiterhin alternativ oder zusätzlich umfassen eine oder beide kurzen Formteil-Seitenwände 3b eine Senke 5. Das Isolationsformteil 1 umfasst beispielsweise einen Kunststoff, insbesondere einen Thermoplasten wie beispielsweise ein Polyamid, ein Polyethylen, ein Polypropylen, ein Polyethylenterephthalat oder ein Polyvinylchlorid sowie Mischungen aus diesen. Das Isolationsformteil 1 ist beispielsweise einteilig mittels eines Spritzgussverfahrens hergestellt. Alternativ kann das Isolationsformteil 1 auch aus mehreren Teilen gebildet sein. In das Isolationsformteil 1 ist eine in 1 nicht dargestellte Batteriezelle einbringbar. In einer nicht dargestellten Ausführungsform bildet das Isolationsformteil 1 selbst das Gehäuse einer Batteriezelle.
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In 2 ist das Isolationsformteil 1 gemäß 1 in einer Schnittansicht entlang der Schnittkante A-A´ dargestellt. Die Senken 5 sind in 2 teilweise gewölbt. Die Wandstärke der langen Formteil-Seitenwände 3a des Isolationsformteils 1 nehmen in Richtung der Senken 5 kontinuierlich ab bzw. von den Senken 5 wegführend kontinuierlich zu. In der Mitte der Senken 5 verändert sich die Dicke der Wandstärke nicht sondern nimmt weder ab noch zu. Des Weiteren ist in dieser Darstellung die Formteil-Bodenwand 4 sichtbar. Zusätzlich ist in 2 eine Batteriezelle 10 in das Isolationsformteil eingebracht, sodass alle Batteriezellgehäuse-Seitenwände der Batteriezelle 10 durch die Formteil-Seitenwände 3a, 3b des Isolationsformteils 1 umgeben sind und die Batteriezellgehäuse-Bodenwand von der Formteil-Bodenwand 4 des Isolationsformteils 1 umgeben ist. Bei einem Anschwellen der Batteriezelle 10, drückt diese die langen Formteil-Seitenwände 3a in der Senke 5 entlang einer Pfeilrichtung D nach außen.
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In 3 ist eine Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Isolationsformteils 1 dargestellt. Im Unterschied zu der in den 1 und 2 dargestellten ersten Ausführungsform des Isolationsformteils 1 ist die Reduzierung der Wandstärke der langen Formteil-Seitenwände 3a in 3 an den Innenseiten 33i der langen Formteil-Seitenwände 3a ausgebildet, sodass die Senken 5 von der in das Isolationsformteil 10 eingebrachten Batteriezelle 10 weg weisen. Die Senken 5 sind in 3 teilweise gewölbt. Die Wandstärke der langen Formteil-Seitenwände 3a des Isolationsformteils 1 nimmt in Richtung der Senken 5 kontinuierlich ab bzw. von den Senken 5 wegführend kontinuierlich zu. In der Mitte der Senken 5 verändert sich die Dicke der Wandstärke nicht sondern ist gleichbleibend. Bei einem Anschwellen der Batteriezelle 10, füllt die Batteriezelle 10 die Senke 5 des Isolationsformteils 1 nach und nach zumindest teilweise aus.
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In 4 ist eine Schnittansicht einer dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Isolationsformteils 1 dargestellt. Im Unterschied zu der ersten und der zweiten Ausführungsform des Isolationsformteils 1 ist die Reduzierung der Wandstärke der langen Formteil-Seitenwände 3a in 4 sowohl an den Innenseiten 33i als auch an den Außenseiten 33a ausgebildet. Es sind somit auf jeder langen Formteil-Seitenwand 3a zwei Senken 5 ausgebildet. Die Senke 5, welche an der Außenseite 33a der langen Formteil-Seitenwand 3a des Isolationsformteil 1 geformt ist erstreckt sich auf die von dem Isolationsformteil 5 umgebene Batteriezelle 10 zu. Die Senke 5, welche an einer Innenseite 33i der langen Formteil-Seitenwand 3a des Isolationsformteil 1 geformt ist weist von der in das Isolationsformteil 1 eingebrachten Batteriezelle 10 weg. Die Senken 5 sind in 3 teilweise gewölbt. Die Wandstärke der langen Formteil-Seitenwände 3a des Isolationsformteils 1 nimmt in Richtung der Senken 5 kontinuierlich ab bzw. von den Senken 5 wegführend kontinuierlich zu. In der Mitte der Senken 5 verändert sich die Dicke der Wandstärke nicht sondern nimmt weder ab noch zu. Die Senke 5 an der Außenseite 33a der langen Formteil-Seitenwand 3a liegt der Senke 5 an der Innenseite 33i der langen Formteil-Seitenwand 3a spiegelbildlich gegenüber. Alternativ liegen sich die Senken 5 nicht gegenüber, sondern sind versetzt zueinander angeordnet.
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In 5 ist eine Schnittansicht einer vierten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Isolationsformteils 1 dargestellt. Im Unterschied zu den vorhergehenden Ausführungsformen des Isolationsformteils 1 stellt die Senke 5 eine Wölbung dar. Das heißt, dass die Wandstärke der langen Formteil-Seitenwand 3a in der Senke 5 kontinuierlich ab- bzw. zunimmt. Somit gibt es keinen stufenartigen Übergang innerhalb der Senke 5. In 5 ist die Reduzierung der Wandstärke an den Innenseiten 33i der langen Formteil-Seitenwände 3a ausgebildet, sodass die Senken 5 von der in das Isolationsformteil 1 eingebrachten Batteriezelle 10 weg weisen. Alternativ oder zusätzlich sind beispielsweise entsprechende Senken 5, welche durch eine Reduzierung der Wandstärke von Außenseiten 33a der langen Formteil-Seitenwände 3a gebildet sind, ausgebildet.
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In 6 ist das Isolationsformteil 1 gemäß 1 dargestellt mit dem Unterschied, dass das Isolationsformteil 1 eine Wulst 9 an einem Rand der Formteil-Seitenwände 3a, 3b aufweist. Die Wulst 9 ist an einer Oberseite der Formteil-Seitenwände 3a, 3b ausgebildet. Alternativ oder zusätzlich ist die Wulst 9 an einer Unterseite der Formteil-Seitenwände 3a, 3b ausgebildet sein, wenn dort beispielsweise keine Formteil-Bodenwand oder Formteil-Deckelwand angrenzt.
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Alle der genannten Ausführungsformen sind beliebig miteinander kombinierbar. Die Senken 5 sind in den Figuren mittig in den langen Formteil-Seitenwänden 3a gebildet und liegen einander gegenüber. Alternativ oder zusätzlich sind die Senken 5 in die kurzen Formteil-Seitenwände 3b eingebracht. Weiterhin alternativ sind die Senken 5 nicht mittig in den Formteil-Seitenwänden 3a, 3b angeordnet. Weiterhin sind die Senken 5 beispielsweise zumindest teilweise an unterschiedlichen Positionen derselben Formteil-Seitenwand 3a, 3b angeordnet und/oder zumindest teilweise an unterschiedlichen Positionen der beiden sich gegenüberliegenden Formteil-Seitenwände 3a, 3b angeordnet, sodass diese sich nicht spiegelbildlich gegenüberliegen, sondern versetzt.
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In einer Ausführungsform sind beispielsweise zwei oder mehrere Batteriezellen mit je einem erfindungsgemäßen Isolationsformteil 1 in einem Batterie-Modul aneinandergereiht. Hierbei weisen die Isolationsformteile 1 beispielsweise unterschiedlich große und/oder unterschiedlich tiefe Senken 5 auf. Alternativ oder zusätzlich sind die Senken 5 beispielsweise an unterschiedlichen Formteil-Seitenwänden 3a, 3b der Isolationsformteile 1 positioniert und/oder an unterschiedlichen Positionen derselben Formteil-Seitenwände 3a, 3b. Eine Batterie, aufweisend zumindest zwei Batteriezellen mit erfindungsgemäßem Isolationsformteil 1, kommt beispielsweise in Kraftfahrzeugen, insbesondere in Hybrid- oder elektrisch betriebenen Fahrzeugen zur Anwendung.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2010/0028765 [0004]
- US 2006/0051666 [0005]
