DE102018104554B4 - Battery cell and method - Google Patents
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Abstract
Batteriezelle (1) für eine Batterie insbesondere für ein Kraftfahrzeug, umfassend wenigstens eine Zellummantelung (2) aus wenigstens einem Folienmaterial (3) aus beispielsweise einem aluminiumhaltigen Werkstoff, wobei das Folienmaterial (3) der Zellummantelung (2) entlang wenigstens einer Faltlinie (4) gefaltet ist, um wenigstens einen Beutel (12) für eine elektrochemische Komponente (11) der Batterie bereitzustellen und wobei der Beutel (12) wenigstens abschnittsweise verschlossen ist,wobei das Folienmaterial (3) wenigstens eine Falthilfe (5) umfasst, welche dazu geeignet und ausgebildet ist, wenigstens einem durch das Falten verursachten Überstand (100) des Folienmaterials (3) entgegen zu wirken und wobei die Falthilfe (5) als wenigstens eine in das Folienmaterial (3) eingearbeitete Senke (6) ausgebildet ist,dadurch gekennzeichnet,dass die Senke (6) durch wenigstens einen tiefgezogenen Abschnitt (16) des Folienmaterials (3) bereitgestellt wird und dass zu beiden Seiten der Faltlinie (4) jeweils wenigstens eine Senke (6) angeordnet ist und wobei die Senken (6) in einem im Wesentlichen gleichen Abstand zur Faltlinie (4) angeordnet sind.Battery cell (1) for a battery, in particular for a motor vehicle, comprising at least one cell casing (2) made from at least one foil material (3) made, for example, from a material containing aluminum, the foil material (3) of the cell casing (2) being formed along at least one fold line (4) is folded in order to provide at least one bag (12) for an electrochemical component (11) of the battery and the bag (12) being closed at least in sections, the film material (3) comprising at least one folding aid (5) which is suitable and is designed to counteract at least one overhang (100) of the film material (3) caused by the folding and wherein the folding aid (5) is designed as at least one depression (6) worked into the film material (3), characterized in that the Depression (6) is provided by at least one deep-drawn section (16) of the film material (3) and that on both sides of the fold line (4) at least one depression (6) is arranged in each case and the depressions (6) are arranged at a substantially equal distance from the fold line (4).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Batteriezelle und ein Verfahren zur Herstellung einer Batteriezelle. Die Batteriezelle umfasst wenigstens eine Zellummantelung aus wenigstens einem Folienmaterial, wobei das Folienmaterial der Zellummantelung entlang wenigstens einer Faltlinie gefaltet ist, um wenigstens einen Beutel für eine elektrochemische Komponente der Batterie bereitzustellen.The present invention relates to a battery cell and a method for producing a battery cell. The battery cell comprises at least one cell casing made of at least one sheet material, the sheet material of the cell casing being folded along at least one fold line to provide at least one pouch for an electrochemical component of the battery.
Die äußere Form einer Batteriezelle hat einen erheblichen Einfluss darauf, mit welchem Aufwand die Zelle an eine Kühlvorrichtung angebunden werden kann. Zudem ist die äußere Form auch sehr entscheidend für den benötigten Platzbedarf in einer Batterie. Beispielsweise verbleibt zwischen Rundzellen immer ein Raum, der oft ungenutzt bleibt.The external shape of a battery cell has a significant impact on the complexity with which the cell can be connected to a cooling device. In addition, the external shape is also very important for the space required in a battery. For example, there is always a space between round cells that often remains unused.
Im Stand der Technik sind daher als Beutelzellen ausgebildete Batteriezellen bekannt geworden, welche auch Pouchzellen oder Coffee-Bag-Zellen genannt werden. Die Beutelzellen weisen häufig eine auf Aluminium basierende Folie als Ummantelung auf. Oft werden dazu zwei Folienteile um einen flachen Elektrodenstapel herum gelegt und miteinander verschweißt. Solche Beutelzellen bieten eine platzsparende Anordnung und eine entsprechend große Kühlfläche.Battery cells designed as pouch cells, which are also called pouch cells or coffee bag cells, have therefore become known in the prior art. The pouch cells often have an aluminum-based foil covering. To do this, two foil parts are often placed around a flat stack of electrodes and welded together. Such bag cells offer a space-saving arrangement and a correspondingly large cooling surface.
Die
Mit der
Um den Platzbedarf und die Kühlanbindung zu verbessern, sind Beutelzellen bekannt geworden, bei denen durch Falten der Folie ein Beutel gebildet wird. Der Beutel wird dann an den drei offenen, nicht gefalteten Seiten verschweißt. An der gefalteten Seite sind durch die eingesparte Schweißnaht eine dichtere Anordnung und eine bessere Kühlanbindung möglich.In order to improve the space requirement and the cooling connection, bag cells have become known in which a bag is formed by folding the film. The bag is then sealed on the three open, unfolded sides. A denser arrangement and a better cooling connection are possible on the folded side due to the saved welding seam.
Allerdings ist bei solchen Beutelzellen zu beobachten, dass beim Falten der Folie eine Faltenbildung auftritt, bei der überschüssiges Material im Bereich der Faltlinie abgelagert wird. Dieses Material drückt sich in der Regel nach außen und erhöht die Breite der Beutelzelle an diesem Punkt. Dadurch tritt eine ungleichmäßige Anbindung an vorhandene Kühleinrichtungen auf. Zudem können solche Beutelzellen durch den Überstand nicht besonders eng angeordnet werden.However, it can be observed with such bag cells that when the film is folded, folds form, with excess material being deposited in the area of the fold line. This material tends to push outward, increasing the width of the pouch cell at that point. This results in an uneven connection to existing cooling devices. In addition, such bag cells cannot be arranged particularly closely due to the overhang.
Demgegenüber ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Batteriezelle zur Verfügung zu stellen, welche vorzugsweise eine besonders kompakte und gut kühlbare Formgebung aufweist und zudem besonders wirtschaftlich herstellbar ist.In contrast, it is the object of the present invention to provide an improved battery cell which preferably has a particularly compact shape that can be easily cooled and which can also be produced particularly economically.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Batteriezelle mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren gemäß Anspruch 8. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der allgemeinen Beschreibung und der Beschreibung der Ausführungsbeispiele.This object is achieved by a battery cell having the features of
Die erfindungsgemäße Batteriezelle ist für eine Batterie insbesondere für ein Kraftfahrzeug vorgesehen. Die Batteriezelle umfasst wenigstens eine Zellummantelung aus wenigstens einem Folienmaterial aus beispielsweise einem aluminiumhaltigen Werkstoff. Das Folienmaterial der Zellummantelung ist entlang wenigstens einer Faltlinie gefaltet, um wenigstens einen Beutel für eine elektrochemische Komponente der Batterie bereitzustellen. Der Beutel ist wenigstens abschnittsweise verschlossen. Dabei umfasst das Folienmaterial wenigstens eine Falthilfe. Die Falthilfe ist dazu geeignet und ausgebildet, wenigstens einem durch das faltenverursachten Überstand des Folienmaterials entgegenzuwirken. Die Falthilfe ist als wenigstens eine in das Folienmaterial eingearbeitete Senke ausgebildet. Die Falthilfe kann zusätzlich als wenigstens eine lokale Materialzugabe des Folienmaterials ausgebildet sein. Die Senke wird durch wenigstens einen tiefgezogenen Abschnitt des Folienmaterials bereitgestellt. Zu beiden Seiten der Faltlinie ist jeweils wenigstens eine Senke angeordnet. Die Senken sind in einem im Wesentlichen gleichen Abstand zur Faltlinie angeordnet.The battery cell according to the invention is intended for a battery, in particular for a motor vehicle. The battery cell comprises at least one cell casing made from at least one film material made from, for example, a material containing aluminum. The cell wrap sheet material is folded along at least one fold line to provide at least one pouch for an electrochemical component of the battery. The bag is closed at least in sections. The film material includes at least one folding aid. The folding aid is suitable and designed to counteract at least one overhang of the foil material caused by the creases. The folding aid is designed as at least one depression worked into the foil material. The folding aid can additionally be designed as at least one local addition of material to the film material. The depression is provided by at least one deep-drawn section of the foil material. At least one depression is arranged on each side of the fold line. The depressions are arranged at a substantially equal distance from the fold line.
Die erfindungsgemäße Batteriezelle bietet viele Vorteile. Einen erheblichen Vorteil bietet die Falthilfe, mit welcher dem Auftreten von Überständen unaufwendig und kostengünstig entgegengewirkt werden kann. Überstände, welche sich nach außen drücken und die Breite der Beutelzelle erhöhen, werden durch die Falthilfe wirkungsvoll vermieden oder zumindest erheblich reduziert. Dadurch kann die erfindungsgemäße Batteriezelle mit erheblich weniger Platzbedarf in einer Batterie angeordnet werden. Durch die Vermeidung bzw. Reduzierung des Überstandes bietet die erfindungsgemäße Batteriezelle zudem eine besonders flache bzw. ebene Kontaktfläche, sodass eine erheblich verbesserte Kühlanbindung gewährleistet werden kann. Dabei kann die als Senke ausgebildete Falthilfe besonders unaufwendig in das Folienmaterial integriert werden, sodass die erfindungsgemäße Batteriezelle sehr kostengünstig herstellbar ist.The battery cell according to the invention offers many advantages. The folding aid offers a considerable advantage, with which the occurrence of protrusions can be counteracted in an uncomplicated and cost-effective manner. Overhangs that press outwards and increase the width of the bag cell are effectively avoided or at least significantly reduced by the folding aid. As a result, the battery cell according to the invention can be arranged in a battery with considerably less space requirement. By avoiding or reducing the overhang, the battery cell according to the invention also offers a particularly flat or level contact surface, so that a significantly improved cooling connection can be ensured. The folding aid designed as a sink can be particularly be integrated uncomplicatedly into the foil material, so that the battery cell according to the invention can be produced very inexpensively.
Erfindungsgemäß wird die Senke durch wenigstens einen tiefgezogenen Abschnitt des Folienmaterials bereitgestellt. Eine solche Senke ist besonders kostengünstig und wirtschaftlich herstellbar. Zudem kann durch einen solchen tiefgezogenen Abschnitt überschüssiges Material bzw. eine überstehende Faltenbildung besonders stark reduziert oder sogar vollständig vermieden werden. Vorzugsweise ist eine durch Tiefziehen hergestellte Senke vorgesehen. Möglich ist auch, dass die Senke durch wenigstens ein anderes geeignetes Umformverfahren hergestellt wird.According to the invention, the depression is provided by at least one deep-drawn section of the foil material. Such a sink can be produced particularly cost-effectively and economically. In addition, excess material or protruding fold formation can be particularly greatly reduced or even completely avoided by such a deep-drawn section. A depression produced by deep-drawing is preferably provided. It is also possible for the depression to be produced by at least one other suitable forming process.
Insbesondere ist die Senke in ein Inneres des Beutels gerichtet. Das bietet eine besonders platzsparende Unterbringung der Senke bzw. des Überstandes, ohne die äußeren Abmessungen des Beutels zu vergrößern. Die Senke ist insbesondere in das Innere gerichtet, wenn der Beutel verschlossen ist bzw. wenn die Batteriezelle in einem betriebsbereiten Zustand ist.In particular, the sink is directed towards an interior of the bag. This offers a particularly space-saving accommodation of the depression or the overhang without increasing the outer dimensions of the bag. In particular, the sink is directed inwards when the bag is closed or when the battery cell is in an operational state.
Erfindungsgemäß ist zu beiden Seiten der Faltlinie jeweils wenigstens eine Senke angeordnet. Dabei sind die zu beiden Seiten der Faltlinie angeordneten Senken in einem im Wesentlichen gleichen Abstand, insbesondere im gleichen Abstand, zur Faltlinie angeordnet. Dadurch ergibt sich insbesondere, dass sich die Senken auf gleicher Höhe im Beutel gegenüberliegen. So kann eine Faltenbildung besonders gut verhindert werden. Es ist möglich, dass der Abstand zur Faltlinie so gewählt ist, dass die Senke die Faltlinie berührt und/oder schneidet.According to the invention, at least one depression is arranged on both sides of the fold line. In this case, the depressions arranged on both sides of the fold line are arranged at a substantially equal distance, in particular at the same distance, from the fold line. This results in particular in the fact that the depressions are opposite one another at the same height in the bag. Wrinkling can be prevented particularly well in this way. It is possible that the distance to the fold line is chosen such that the sink touches and/or intersects the fold line.
Insbesondere sind die Senken in einem im Wesentlichen gleichen Abstand, insbesondere gleichen Abstand, zu einer quer zur Faltlinie verlaufenden Seite des Folienmaterials angeordnet. Beispielsweise sind die Senken symmetrisch auf beiden Seiten der Faltlinie angeordnet, wobei die Faltlinie insbesondere eine Spiegelachse darstellt.In particular, the depressions are arranged at a substantially equal distance, in particular the same distance, from a side of the film material running transversely to the fold line. For example, the depressions are arranged symmetrically on both sides of the fold line, with the fold line in particular representing a mirror axis.
Möglich ist aber auch, dass nur auf einer Seite der Faltlinie wenigstens eine Senke angeordnet ist. Möglich ist auch, dass die Senken in unterschiedlichen Abständen zur Faltlinie angeordnet sind. Dabei liegen sich die Senken insbesondere versetzt im Beutel gegenüber.However, it is also possible for at least one depression to be arranged only on one side of the fold line. It is also possible that the depressions are arranged at different distances from the fold line. In this case, the depressions are in particular offset opposite one another in the bag.
Insbesondere ist an wenigstens einer quer zur Faltlinie verlaufenden Seite des Folienmaterials wenigstens eine Senke angeordnet. Vorzugsweise sind an zwei gegenüberliegenden Seiten, welche quer zur Faltlinie verlaufen, jeweils wenigstens eine Senke angeordnet.In particular, at least one depression is arranged on at least one side of the film material running transversely to the fold line. At least one depression is preferably arranged on two opposite sides, which run transversely to the fold line.
Es ist möglich, dass zu beiden Seiten der Faltlinie jeweils wenigstens eine Materialzugabe angeordnet ist. Die Materialzugaben können dabei in einem im Wesentlichen gleichen Abstand, insbesondere gleichen Abstand, zur Faltlinie angeordnet sein. Möglich und bevorzugt ist auch, dass nur auf einer Seite der Faltlinie wenigstens einer Materialzugabe angeordnet ist. Die Materialzugabe kann an wenigstens einer quer zur Faltlinie verlaufenden Seite des Folienmaterials angeordnet sein. Möglich und bevorzugt ist auch, dass die Materialzugabe an zwei gegenüberliegenden Seiten, welche quer zur Faltlinie verlaufen, angeordnet ist.It is possible for at least one additional material to be arranged on both sides of the fold line. The material allowances can be arranged at a substantially equal distance, in particular the same distance, from the fold line. It is also possible and preferred that at least one material allowance is arranged only on one side of the fold line. The material allowance can be arranged on at least one side of the film material running transversely to the fold line. It is also possible and preferred that the material allowance is arranged on two opposite sides, which run transversely to the fold line.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Senke in einem Erweiterungsabschnitt des Folienmaterials angeordnet. Der Erweiterungsabschnitt steht insbesondere aus wenigstens einer quer zur Faltlinie verlaufenden Seite des Folienmaterials hervor. Dass die Senke in den Erweiterungsabschnitt ausgelagert wird, hat den besonderen Vorteil, dass der für die Aufnahme der elektrochemischen Komponente nutzbare Bereich des Folienmaterials nicht unnötig verkleinert wird. Zudem kann mit einer dort angeordneten Senke die Faltenbildung besonders gut verhindert werden.In an advantageous embodiment, the depression is arranged in an enlarged section of the foil material. The widening section protrudes in particular from at least one side of the film material running transversely to the fold line. The fact that the sink is relocated to the expansion section has the particular advantage that the area of the film material that can be used to accommodate the electrochemical component is not unnecessarily reduced. In addition, the formation of folds can be prevented particularly well with a depression arranged there.
Insbesondere ist an zwei gegenüberliegenden Seiten des Folienmaterials, welche quer zur Faltlinie verlaufen, jeweils wenigstens ein Erweiterungsabschnitt angeordnet. Insbesondere umfasst ein Erweiterungsabschnitt jeweils wenigstens eine Senke und besonders bevorzugt jeweils wenigstens zwei Senken. Die Faltlinie verläuft insbesondere durch den Erweiterungsabschnitt. Insbesondere ist der Erweiterungsabschnitt durch die Faltlinie in zwei Hälften geteilt, wobei in jeder Hälfte wenigstens eine Senke angeordnet ist. Möglich ist aber auch, dass für jede Senke wenigstens ein separater Erweiterungsabschnitt vorgesehen ist.In particular, at least one expansion section is arranged on two opposite sides of the film material, which run transversely to the fold line. In particular, an expansion section comprises at least one sink and particularly preferably at least two sinks. In particular, the fold line runs through the extension section. In particular, the expansion section is divided into two halves by the fold line, with at least one depression being arranged in each half. However, it is also possible for at least one separate expansion section to be provided for each depression.
Insbesondere ist der Erweiterungsabschnitt kürzer als die quer zur Faltlinie verlaufende Seite ausgebildet. Möglich ist aber auch, dass sich der Erweiterungsabschnitt über die gesamte Seite erstreckt, welch quer zur Faltlinie verläuft. Der Erweiterungsabschnitt kann auch an einer anderen Seite angeordnet sein, z. B. an einer Seite mit der Faltlinie.In particular, the extension section is shorter than the side running transversely to the fold line. However, it is also possible for the extension section to extend over the entire page, which runs transversely to the fold line. The extension section can also be arranged on another side, e.g. B. on one side with the fold line.
An dem Erweiterungsabschnitt kann wenigstens eine Materialzugabe angeordnet sein. Der Erweiterungsabschnitt kann auch durch eine Materialzugabe gebildet werden.At least one additional material can be arranged on the expansion section. The expansion section can also be formed by adding material.
Es ist möglich, dass sich die Senke mit der Faltlinie überschneidet. Möglich ist auch, dass die Senke durch die Faltlinie wenigstens abschnittsweise begrenzt ist. Da in diesen Bereichen treten besonders häufig Faltenbildungen auf, sodass die dort angeordnete Senke das überschüssige Material besonders gut kompensieren kann.It is possible that the sink will intersect with the fold line. It is also possible for the depression to be delimited at least in sections by the fold line. Since wrinkling occurs particularly frequently in these areas, so that the arranged there depression can compensate particularly well for the excess material.
In einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst die Materialzugabe wenigstens eine Lasche. Die Lasche ist insbesondere entlang wenigstens einer weiteren Faltlinie ungeschlagen und insbesondere an den Beutel angelegt. Eine solche Lasche hat den Vorteil, dass der Überstand dicht an den Beutel angelegt werden kann, sodass das überschüssige Material die Abmessungen des Beutels nur unwesentlich beeinträchtigt. Zudem ermöglicht eine solche Lasche eine besonders ebene Kühlfläche. Die Lasche ist insbesondere dort angeordnet, wo eine überstehende Faltenbildung auftritt, sodass der Überstand mit der Lasche umgeschlagen und gezielt an Beutel anlegbar ist.In a preferred embodiment, the additional material includes at least one tab. In particular, the tab is unfolded along at least one further fold line and in particular placed on the bag. Such a flap has the advantage that the excess material can be placed close to the bag, so that the excess material only insignificantly affects the dimensions of the bag. In addition, such a tab enables a particularly flat cooling surface. The tab is arranged in particular where protruding folds form, so that the excess can be folded over with the tab and placed on the bag in a targeted manner.
Insbesondere ist die ungeschlagene Lasche an den Beutel angefügt. Beispielsweise ist die Lasche verschweißt und/oder verklebt. Die Lasche steht insbesondere aus einer Außenkontur des Folienmaterials heraus. Beispielsweise steht die Lasche an wenigstens einer quer zur Faltlinie verlaufenden Seite des Folienmaterials heraus. Die Lasche kann auch an einer Seite des Folienmaterials herausstehen, welche in eine gleiche Richtung wie die Faltlinie verläuft. Es ist möglich, dass in der Lasche wenigstens eine Senke angeordnet ist.In particular, the folded flap is attached to the bag. For example, the tab is welded and/or glued. In particular, the tab protrudes from an outer contour of the film material. For example, the tab protrudes on at least one side of the foil material running transversely to the fold line. The tab may also protrude from a side of the sheet material that is in the same direction as the fold line. It is possible for at least one depression to be arranged in the tab.
Die weitere Faltlinie verläuft vorzugsweise schräg zu der Faltlinie. Das hat den Vorteil, dass die Lasche besonders eng an den Beutel gelegt werden kann, ohne dass eine weitere ungünstige Faltenbildung auftritt. Beispielsweise verläuft die weitere Faltlinie in einem Winkel von 45° mit einem Spielraum von +/-15° zur Faltlinie. Möglich ist aber auch, dass die weitere Faltlinie spitzer oder flacher zu der Faltlinie verläuft. Es ist möglich, dass die weitere Faltlinie in einem Winkel von 90° mit einem Spielraum von +/-15° zu der Faltlinie angeordnet ist.The additional fold line preferably runs at an angle to the fold line. This has the advantage that the flap can be placed particularly tightly against the bag without further unfavorable folds forming. For example, the further fold line runs at an angle of 45° with a margin of +/-15° to the fold line. However, it is also possible for the further fold line to run more acutely or flatly in relation to the fold line. It is possible that the further fold line is arranged at an angle of 90° with a margin of +/-15° to the fold line.
In allen Ausgestaltungen ist es bevorzugt, dass das Folienmaterial wenigstens einen tiefgezogenen Aufnahmeraum für die elektrochemische Komponente umfasst. Dabei ist die Falthilfe insbesondere außerhalb des Aufnahmeraums im Folienmaterial angeordnet. Dadurch kann das Folienmaterial die elektrochemische Komponente besonders eng umspannen, sodass sehr kompakte und platzsparende Batteriezellen möglich sind. Insbesondere entspricht die Senke nicht dem tiefgezogenen Aufnahmeraum. Es ist aber auch möglich, dass die Falthilfe wenigstens teilweise in dem Aufnahmeraum angeordnet ist.In all of the configurations, it is preferred that the foil material comprises at least one deep-drawn receiving space for the electrochemical component. In this case, the folding aid is arranged in particular outside of the receiving space in the foil material. As a result, the film material can enclose the electrochemical component particularly closely, so that very compact and space-saving battery cells are possible. In particular, the sink does not correspond to the deep-drawn receiving space. However, it is also possible for the folding aid to be arranged at least partially in the receiving space.
In einer Ausgestaltung kann auf jeder Seite der Faltlinie wenigstens ein Aufnahmeraum angeordnet sein. Insbesondere können sich die beiden Aufnahmeräume in der Art zweier Hälften ergänzen. Beispielsweise können die beiden Aufnahmeräume wie zwei Halbschalen zusammengefügt werden. Der Aufnahmeraum ist insbesondere zu einer Außenseite des Beutels gewölbt. Insbesondere ist der Aufnahmeraum in eine entgegengesetzte Richtung zu der Senke gewölbt.In one embodiment, at least one receiving space can be arranged on each side of the fold line. In particular, the two recording spaces can complement each other in the manner of two halves. For example, the two receiving spaces can be joined together like two half-shells. The receiving space is curved in particular towards an outside of the bag. In particular, the receiving space is curved in a direction opposite to the depression.
Bei einer Beutelzelle mit einem tiefgezogenen Aufnahmeraum tritt in der Regel eine besonders markante Faltenbildung auf. Insbesondere kommt es dabei zu einer Ablagerung von überschüssigem Material an der Faltlinie im Bereich des Übergangs zwischen dem tiefgezogenen Aufnahmeraum und den nicht tiefgezogenen Bereichen des Folienmaterials bzw. der aufeinander aufliegenden Folienbereiche. Dadurch erhöht sich die Breite solcher Beutelzellen besonders ungünstig. Die hier vorgestellte Beutelzelle bietet daher in einer Ausgestaltung mit wenigstens einem tiefgezogenen Aufnahmeraum einen besonderen Vorteil. Durch die Falthilfe kann der Faltenbildung bei Beuteln mit tiefgezogenen Aufnahmeräumen besonders wirkungsvoll entgegengewirkt werden. Zudem kann das Tiefziehen des Aufnahmeraums zusammen mit dem Tiefziehen der Senke erfolgen, sodass eine kostengünstige Herstellung möglich ist.In the case of a bag cell with a deep-drawn receiving space, a particularly marked formation of folds usually occurs. In particular, excess material is deposited on the fold line in the area of the transition between the deep-drawn receiving space and the non-deep-drawn areas of the film material or the film areas lying on top of one another. As a result, the width of such bag cells increases in a particularly unfavorable manner. The bag cell presented here therefore offers a particular advantage in an embodiment with at least one deep-drawn receiving space. The formation of creases in bags with deep-drawn receiving spaces can be counteracted particularly effectively by the folding aid. In addition, the receiving space can be deep-drawn together with the depression, so that cost-effective production is possible.
Vorzugsweise grenzt die Falthilfe an die Faltlinie an. Die Falthilfe kann die Faltlinie berühren und/oder überschneiden. Insbesondere grenzt die Lasche an die Faltlinie an. Möglich ist auch, dass der Erweiterungsabschnitt und/oder die Senke an die Faltlinie angrenzen.The folding aid preferably borders on the folding line. The folding aid can touch and/or overlap the fold line. In particular, the tab is adjacent to the fold line. It is also possible that the widening section and/or the depression border on the fold line.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Falthilfe an wenigstens einem Eckbereich des Beutels angeordnet. An dem Eckbereich trifft insbesondere die Faltlinie an eine quer zur Faltlinie verlaufende Seite des Beutels. Dort kann die Falthilfe besonders effektiv zur Vermeidung bzw. Reduzierung von Überständen eingesetzt werden.In an advantageous embodiment, the folding aid is arranged on at least one corner area of the bag. In the corner area, in particular, the fold line meets a side of the bag running transversely to the fold line. There, the folding aid can be used particularly effectively to avoid or reduce overhangs.
Insbesondere ist die Falthilfe wenigstens teilweise an einer Unterseite des Beutels angeordnet. Die Unterseite ist insbesondere die Seite, an welcher die Faltlinie verläuft. Die Falthilfe kann auch wenigstens teilweise an einer anderen Seite des Beutels angeordnet sein.In particular, the folding aid is at least partially arranged on an underside of the bag. The underside is in particular the side on which the fold line runs. The folding aid can also be arranged at least partially on another side of the bag.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur Herstellung der zuvor beschriebenen Batteriezelle für eine Batterie insbesondere für ein Kraftfahrzeug. Die Batteriezelle umfasst dabei wenigstens eine Zellummantelung aus wenigstens einem Folienmaterial aus beispielsweise einem aluminiumhaltigen Werkstoff. Das Folienmaterial der Zellummantelung wird entlang wenigstens einer Faltlinie gefaltet, um wenigstens einen Beutel für eine elektrochemische Komponente der Batterie bereitzustellen. Der Beutel wird wenigstens abschnittsweise und insbesondere vollständig verschlossen. Dabei wird das Folienmaterial mit wenigstens einer Falthilfe ausgestattet, um wenigstens einem durch das faltenverursachten Überstand des Folienmaterials entgegen zu wirken. Dazu wird das Folienmaterial bereichsweise tiefgezogen und kann mit wenigstens einer Materialzugabe ausgestattet werden.The method according to the invention is used to produce the battery cell described above for a battery, in particular for a motor vehicle. The battery cell comprises at least one cell casing made from at least one film material made from, for example, a material containing aluminum. The cell wrap sheet material is folded along at least one fold line to provide at least one pouch for an electrochemical component of the battery. The bag is at least partially and in particular completely closed. The foil material is equipped with at least one folding aid in order to counteract at least one overhang of the foil material caused by the creases. For this purpose, the foil material is deep-drawn in certain areas and can be equipped with at least one additional material.
Das erfindungsgemäße Verfahren bietet viele Vorteile. Es bietet eine besonders wirtschaftliche Herstellung von kompakten Batteriezellen. Beispielsweise ist das Tiefziehen des Folienmaterials eine besonders effektive und zugleich günstig herstellbare Falthilfe. Auch eine Materialzugabe kann unaufwendig und wirtschaftlich umgesetzt werden und bietet dabei eine erhebliche Reduzierung oder Vermeidung von Überständen.The method according to the invention offers many advantages. It offers particularly economical production of compact battery cells. For example, the thermoforming of the film material is a particularly effective and at the same time inexpensive to produce folding aid. Adding material can also be implemented easily and economically and offers a significant reduction or avoidance of overhangs.
Erfindungsgemäß wird die zuvor beschriebene Batteriezelle nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt. Insbesondere ist die zuvor beschriebene Batteriezelle nach dem erfindungsgemäßen Verfahren herstellbar.According to the invention, the battery cell described above is produced by the method according to the invention. In particular, the battery cell described above can be produced using the method according to the invention.
In einer bevorzugten Ausgestaltung wird das Folienmaterial wenigstens in einem Bereich außerhalb der Falthilfe tiefgezogen, um wenigstens einen Aufnahmeraum für die elektrochemische Komponente herzustellen. Eine solche Ausgestaltung ist besonders wirtschaftlich, da hierbei der Aufnahmeraum und die tiefgezogene Falthilfe in einem gemeinsamen Herstellungsschritt erzeugt werden können. Somit können Überstände bzw. Faltenbildungen ohne einen ungünstigen Zusatzaufwand vermieden werden.In a preferred embodiment, the foil material is deep-drawn at least in an area outside the folding aid in order to produce at least one receiving space for the electrochemical component. Such a configuration is particularly economical since the receiving space and the deep-drawn folding aid can be produced in a common production step. In this way, protrusions or the formation of folds can be avoided without an unfavorable additional effort.
Insbesondere wird die Umformung vor dem Falten eingearbeitet. Möglich ist aber auch, dass die Umformung nach dem Falten eingearbeitet wird. Die Materialzugabe erfolgt insbesondere bei einem Zuschnitt des Folienmaterials. Möglich ist aber auch, dass die Materialzugabe nach einem Zuschnitt an das Folienmaterial angefügt wird.In particular, the deformation is incorporated before folding. However, it is also possible for the deformation to be incorporated after folding. The material is added in particular when the film material is cut to size. However, it is also possible for the additional material to be added to the film material after it has been cut.
Vorzugsweise wird das bereichsweise tiefgezogene Folienmaterial während des Faltens und/oder nach dem Falten eingedrückt. Insbesondere wird eine durch das Tiefziehen erzeugte Senke während des Faltens und/oder nach dem Falten eingedrückt. Insbesondere wird dabei in ein Inneres des Beutels gedrückt.The film material which is deep-drawn in some areas is preferably pressed in during the folding and/or after the folding. In particular, a depression created by deep-drawing is indented during folding and/or after folding. In particular, the inside of the bag is pressed.
Vorzugsweise wird die Materialzugabe während des Faltens und/oder nach dem Falten umgeschlagen und insbesondere an den Beutel angelegt. Beispielsweise wird die Lasche an den Beutel durch Schweißen und/oder Kleben und/oder andere geeignete Fügeverfahren befestigt.The material allowance is preferably turned over during the folding and/or after the folding and in particular placed against the bag. For example, the tab is attached to the bag by welding and/or gluing and/or other suitable joining methods.
Die Batteriezelle ist insbesondere als eine Beutelzelle ausgebildet. Die Batteriezelle ist insbesondere als eine Lithium-Ionen-Zelle ausgebildet. Die elektrochemische Komponente umfasst insbesondere wenigstens eine Elektrode und bevorzugt wenigstens einen Elektrodenstapel. Es ist möglich, dass an wenigstens einer Seite der Batteriezelle wenigstens eine Anschlusseinrichtung und beispielsweise eine Versorgungsleitung heraustritt.The battery cell is designed in particular as a pouch cell. The battery cell is designed in particular as a lithium-ion cell. In particular, the electrochemical component comprises at least one electrode and preferably at least one electrode stack. It is possible for at least one connection device and, for example, a supply line to emerge on at least one side of the battery cell.
Insbesondere umfasst der Beutel wenigstens vier Seiten. Insbesondere umfasst der Beutel wenigstens zwei gegenüberliegende Seiten, welche quer zur Faltlinie verlaufen. Insbesondere umfasst der Beutel wenigstens eine der Faltlinie gegenüberliegende Seite.In particular, the bag comprises at least four sides. In particular, the bag comprises at least two opposite sides which are transverse to the fold line. In particular, the bag comprises at least one side opposite the fold line.
Insbesondere ist der Beutel an den Seiten verschlossen und vorzugsweise dicht verschlossen. Beispielsweise ist der Beutel verschweißt. Insbesondere ist das aufeinanderliegende Folienmaterial an den nicht gefalteten Seiten bzw. den Seiten außerhalb der Faltlinie aneinandergefügt und vorzugsweise verschweißt. Möglich sind auch andere Fügetechniken. Entlang der Faltlinie ist der Beutel vorzugsweise von sich aus dicht verschlossen. Möglich ist aber auch, dass entlang der Faltlinie eine zusätzliche Verbindung der aufeinanderliegenden Folienbereiche vorgesehen ist.In particular, the bag is closed at the sides and preferably sealed. For example, the bag is sealed. In particular, the film material lying on top of one another is joined and preferably welded on the unfolded sides or the sides outside of the fold line. Other joining techniques are also possible. The pouch is preferably inherently sealed along the fold line. However, it is also possible for an additional connection of the film regions lying on top of one another to be provided along the fold line.
Insbesondere weist der Beutel eine wenigstens näherungsweise rechteckige oder quadratische Formgebung auf. Möglich sind auch andere Formen, beispielsweise kann der Beutel mehreckig ausgestaltet sein.In particular, the bag has an at least approximately rectangular or square shape. Other shapes are also possible, for example the bag can be designed to be polygonal.
Die Faltlinie verläuft insbesondere gerade. Möglich ist auch, dass die Faltlinie ungerade und zum Beispiel kurvenförmig verläuft. Vorzugsweise trennt die Faltlinie das Folienmaterial in zwei Folienbereiche auf. Zwischen diesen Folienbereichen ist insbesondere die elektrochemische Komponente aufnehmbar. Die beiden Folienbereiche sind insbesondere aneinandergefügt. In jedem Folienbereich ist insbesondere wenigstens ein Aufnahmeraum angeordnet.In particular, the fold line runs straight. It is also possible for the fold line to run unevenly and, for example, in a curve. The fold line preferably divides the film material into two film areas. In particular, the electrochemical component can be accommodated between these foil areas. The two film areas are in particular joined together. In particular, at least one receiving space is arranged in each film area.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus dem Ausführungsbeispiel, welches im Folgenden mit Bezug auf die beiliegende Figur erläutert wird.Further advantages and features of the present invention result from the exemplary embodiment, which is explained below with reference to the attached figure.
In den Figuren zeigen:
-
1 eine stark schematische Batteriezelle in einer Draufsicht; -
2 eine stark schematische erfindungsgemäße Batteriezelle mit einem ungefalteten Folienmaterial in einer Draufsicht; und -
3 eine stark schematische Detailansicht einer erfindungsgemäßen Batteriezelle mit einem gefalteten Folienmaterial in einer Draufsicht.
-
1 a highly schematic battery cell in a plan view; -
2 a highly schematic battery cell according to the invention with an unfolded film material in a plan view; and -
3 a highly schematic detailed view of a battery cell according to the invention with a folded film material in a plan view.
Die
Das Folienmaterial 3 ist hier entlang einer Faltlinie 4 gefaltet, sodass sich ein Beutel 12 ergibt. In dem Beutel 12 ist hier eine elektrochemische Komponente 11 und beispielsweise ein Elektrodenstapel aufgenommen. An zwei gegenüberliegenden, quer zur Faltlinie 4 verlaufenden Seiten 101, 102 sind hier Anschlusseinrichtungen 21 zur Kontaktierung der elektrochemischen Komponente 11 vorgesehen. Die Anschlusseinrichtungen 21 sind hier als elektrische Anschlüsse ausgeführt.The
An den Seiten 101, 102 sowie an einer der Faltlinie 4 gegenüberliegenden Seite 103 ist der Beutel 12 hier dicht verschlossen und beispielsweise verschweißt. An einer Seite 104 ist die Faltlinie 4 angeordnet.On the
Das Folienmaterial 3 wurde hier unter Verwendung einer Tiefziehtechnik zu beiden Seiten der Faltlinie 4 mit jeweils einem Aufnahmeraum 23 für die elektrochemische Komponente 11 ausgestattet. Die Aufnahmeräume 23 dienen hier als Halbschalen, die durch das Falten entlang der Faltlinie 4 zusammengeführt werden. Beispielsweise können die Aufnahmeräume 23 auch durch tiefgezogene Bereiche gebildet werden.The
Wenn das Folienmaterial 3 entlang der Faltlinie 4 gefaltet wird, kommt es bei entsprechenden Batteriezellen 1 aus dem Stand der Technik in der Regel zu einer Faltenbildung. Zur Veranschaulichung einer solchen Faltenbildung ist in dem hier gezeigten Beispiel ein Überstand 100 schematisch angedeutet, welcher aber bei der vorliegenden Erfindung nicht auftreten würde. Der Überstand 100 tritt z. B. an einem Eckbereich 22 auf, an dem die Faltlinie 4 auf die Seiten 101, 102 trifft. Die überstehende Faltenbildung bzw. der Überstand 100 führen zu einer Vergrößerung der äußeren Abmessungen des Beutels 12 bzw. der Batteriezelle 1. Bei der vorliegenden Erfindung kann die Faltenbildung bzw. Überstände zuverlässig vermieden werden.When the
Bei der Faltenbildung bei herkömmlichen Beutelzellen wird überschüssiges Material an der Faltlinie 4 im Bereich des Übergangs zwischen den tiefgezogenen Aufnahmeräumen 23 und den nicht tiefgezogenen Bereichen abgelagert. Das überschüssige Material wird dabei als ein Überstand 100 nach außen gedrückt und erhöht die Breite der Beutelzelle 1 in diesem Bereich. Dadurch kann, im Gegensatz zu der vorliegenden Erfindung, eine optimale Kühlfläche zur Anbindung an eine Kühleinrichtung nicht gewährleistet werden.During the formation of folds in conventional pouch cells, excess material is deposited on the
In der
Die Batteriezelle ist hier in einem ungefalteten Zustand gezeigt. Um den Beutel 12 zur Aufnahme einer elektrochemischen Komponente 11 herzustellen, wird das Folienmaterial 3 entlang der Faltlinie 4 gefaltet. Auf beiden Seiten der Faltlinie 4 ist jeweils ein tiefgezogener Aufnahmeraum 23 vorgesehen. Zur besseren Übersichtlichkeit wurde die elektrochemische Komponente 11 hier nicht eingezeichnet.The battery cell is shown here in an unfolded state. In order to produce the
Die Falthilfe 5 umfasst hier zwei oder vier in das Folienmaterial 3 eingearbeitete Senken 6. Die Senken 6 werden jeweils durch einen tiefgezogenen Abschnitt 16 des Folienmaterials 3 bereitgestellt. Die tiefgezogenen Abschnitte 16 sind hier schraffiert dargestellt. Die tiefgezogenen Abschnitte 16 können beispielsweise als eine Erweiterung eines tiefgezogenen Aufnahmeraums 23 zur Aufnahme der elektrochemischen Komponente 11 ausgebildet sein. Die Senken 6 weisen hier einen im Wesentlichen gleichen Abstand zur Faltlinie 4 auf. Die Senken 6 können sich mit der Faltlinie 4 überschneiden bzw. durch diese begrenzt werden.The
Die Senken 6 sind hier in einem Eckbereich 22 des Beutels 12 angeordnet.The
Die Senken 6 sind hier derart tiefgezogen, dass sie sich in das Innere des Beutels 12 erstrecken. Durch die Senken 6 kann das überschüssige Material entsprechend verwendet bzw. kompensiert werden. Dadurch wird wirkungsvoll verhindert, dass sich ein Überstand 100 bildet bzw. überschüssiges Material nach außen ragt.The
Die hier gezeigte Batteriezelle 1 kann in einer optionalen Ausführung mit einer hier gestrichelt eingezeichneten Senke 6 ausgebildet sein. In einer solchen Ausführung erstreckt sich eine einzelne Senke zu beiden Seiten der Faltlinie 4. Eine solche Senke erfüllt beispielsweise die Funktion der beiden zuvor beschriebenen separaten Senken 6. Die Senke 6 wird insbesondere durch einen durchgehenden tiefgezogenen Abschnitt 16 gebildet.In an optional embodiment, the
Nach dem Falten des Folienmaterials 3 kann das überschüssige Material durch die tiefgezogenen Abschnitte 16 selbstständig in das Innere des Beutels 12 gedrückt werden. Es kann auch vorgesehen sein, dass nach dem Falten des Folienmaterials 3 die tiefgezogenen Abschnitte 16 gezielt nach innen gedrückt werden, sodass die Senken 6 in das Innere des Beutels 12 weisen.After the
Zudem ist eine solche Falthilfe 5 mit einer oder mehreren Senken 6 auch in der
Die
Die Materialzugabe 7 ist hier als eine Lasche 17 ausgebildet, welche in einem Eckbereich 22 des Beutels 12 angeordnet ist. Durch diese Positionierung kann ein Überstand 100 durch Umschlagen der Lasche 17 eingeebnet bzw. eng an den Beutel 12 angelegt werden.The
Die Lasche 17 ist hier entlang der Faltlinie 4 angeordnet, sodass dort entstehendes überschüssiges Material bzw. überstehende 100 besonders gut in Richtung der Lasche 17 gefaltet werden können. Dadurch wird ein seitliches Hervorstehen des Überstandes 100 besonders wirkungsvoll vermieden.The
Die Lasche 17 wird hier entlang einer weiteren Faltlinie 27 umgeschlagen, welche schräg zu der Faltlinie 4 verläuft. Die umgeschlagene Lasche 17 wird vorzugsweise an dem Beutel 12 befestigt, um eine möglichst ebene Kühlfläche zu ermöglichen.The
Die hier gezeigte Batteriezelle 1 weist vorzugsweise auch an dem gegenüberliegenden Eckbereich 22 eine als Lasche 17 ausgebildete Materialzugabe 7 auf. So können auch die an diesem Eckbereich 22 beim Falten entstehenden Überstände 100 durch Umschlagen entfernt bzw. reduziert werden.The
Die hier gezeigte Materialzugabe 7 kann beispielsweise durch einen erweiterten Zuschnitt des Folienmaterials 3 hergestellt werden.The
Die in der
Eine solche Materialzugabe 7 ist zudem in der
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