DE102018207330A1

DE102018207330A1 - Speicherzelle für eine Speichereinrichtung eines Kraftfahrzeugs, Speichereinrichtung für ein Kraftfahrzeug sowie Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102018207330A1
Application number: DE102018207330.9A
Authority: DE
Inventors: Rüdiger Daub; Björn-Ingo Hieronymus Hogg; Thomas Mertens; Rainer Stern; Lilo Roth
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2018-05-09
Filing date: 2018-05-09
Publication date: 2019-11-14

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Speicherzelle (1) für eine Speichereinrichtung (2), mit einem Zellgehäuse (5), welches einen Aufnahmeraum (6), ein den Aufnahmeraum (6) in eine erste Richtung (8) begrenzendes und elektrisch leitfähiges erstes Seitenwandelement (7) und ein den Aufnahmeraum (6) in eine der ersten Richtung (8) entgegengesetzte zweite Richtung (9) begrenzendes zweites Seitenwandelement (10) aufweist, mit in dem Aufnahmeraum (6) angeordneten und wenigstens zwei Elektroden (15, 16) aufweisenden Speichermitteln (14), und mit einem Rahmen (18), über welchen die Seitenwandelemente (7, 10) aneinander abgestützt sind, wobei eine erste der Elektroden (15, 16) elektrisch mit dem ersten Seitenwandelement (7) und die zweite Elektrode (16) elektrisch mit dem zweiten Seitenwandelement (10) verbunden ist, und wobei zumindest eines der Seitenwandelemente (7, 10) mit dem Rahmen (18) an wenigstens einer Fügestelle (S) gefügt ist, wodurch die Fügestelle (S) als eine mindestens eine Berstmembran (19) aufweisende Entlüftungseinrichtung (20) zum Entlüften des Aufnahmeraums (6) ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Speicherzelle für eine zum Speichern von elektrischer Energie ausgebildete Speichereinrichtung für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Die Erfindung betrifft ferner eine Speichereinrichtung zum Speichern von elektrischer Energie für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 11. Außerdem betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug.
Eine solche Speicherzelle für eine zum Speichern von elektrischer Energie ausgebildete Speichereinrichtung für ein Kraftfahrzeug sowie eine solche Speichereinrichtung sind beispielsweise bereits der DE 2011 015 152 A1 als bekannt zu entnehmen. Die Speicherzelle weist ein Zellgehäuse auf, welches einen Aufnahmeraum, ein den Aufnahmeraum in eine erste Richtung zumindest überwiegend begrenzendes und elektrisch leitfähiges erstes Seitenwandelement und ein den Aufnahmeraum in eine der ersten Richtung entgegengesetzte zweite Richtung zumindest überwiegend begrenzendes, der ersten Wandung entlang der zweiten Richtung gegenüberliegendes, elektrisch leitfähiges und separat von dem ersten Seitenwandelement ausgebildetes zweites Seitenwandelement umfasst. Des Weiteren umfasst die Speicherzelle Speichermittel zum Speichern von elektrischer Energie beispielsweise elektrischem Strom, wobei die Speichermittel in dem Aufnahmeraum angeordnet sind und wenigstens zwei Elektroden unterschiedlicher Polarität aufweisen. Dies bedeutet, dass eine erste der Elektroden eine erste Polarität und die zweite Elektrode eine von der ersten Polarität unterschiedliche zweite Polarität aufweist. Die erste Elektrode ist dabei beispielsweise elektrisch positiv und somit beispielsweise als Anode ausgebildet, wobei die zweite Elektrode beispielsweise elektrisch negativ und somit als Kathode ausgebildet ist.
Die Speicherzelle, insbesondere das Zellgehäuse weist darüber hinaus einen elektrisch isolierenden Rahmen auf, über welchen die Seitenwandelemente aneinander abgestützt und elektrisch voneinander isoliert sind. Dabei ist die erste Elektrode elektrisch mit dem ersten Seitenwandelement verbunden, und die zweite Elektrode ist elektrisch mit dem zweiten Seitenwandelement verbunden, sodass die Seitenwandelemente selbst als Anschlusselemente ausgebildet sind, welche auch als Terminals bezeichnet werden.
Über die Anschlusselemente kann die Speicherzelle die mittels beziehungsweise in der Speicherzelle gespeicherte elektrische Energie bereitstellen, sodass die mittels der Speichermittel gespeicherte elektrische Energie über die Anschlusselemente und somit über die Seitenwandelemente von beziehungsweise aus der Speicherzelle abgeführt und beispielsweise zu einem elektrischen Verbraucher wie einer elektrischen Maschine des Kraftfahrzeugs geführt werden kann.
Außerdem offenbart die DE 10 2009 046 801 A1 eine Batteriezelle, deren Körper eine Grundfläche, eine Deckfläche und wenigstens eine winkelig zur Grundfläche angeordnete Seitenfläche aufweist.
Des Weiteren ist aus der DE 10 2009 018 787 A1 ein Batteriemodul bekannt, welches aus mehreren aneinander angeschlossenen Zellen besteht, die jeweils einen positiven und einen negativen Anschluss aufweisen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Speicherzelle, eine Speichereinrichtung und ein Kraftfahrzeug der eingangs genannten Art zu schaffen, sodass die Kosten besonders gering gehalten werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Speicherzelle mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch eine Speicherzelle mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11 und durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 12 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche angegeben.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Speicherzelle für eine zum Speichern von elektrischer Energie beziehungsweise elektrischem Strom ausgebildete Speichereinrichtung für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen beispielsweise als Personenkraftwagen ausgebildeten Kraftwagen. In seinem vollständig hergestellten Zustand umfasst das Kraftfahrzeug die Speichereinrichtung und beispielsweise wenigsten eine elektrische Maschine, mittels welcher das Kraftfahrzeug elektrisch angetrieben werden kann. Das Kraftfahrzeug ist somit beispielsweise als Hybrid- oder Elektrofahrzeug ausgebildet. Die Speichereinrichtung umfasst beispielsweise mehrere Speicherzellen, wobei die vorherigen und folgenden Ausführungen zur jeweiligen Speicherzelle auf die anderen Speicherzellen übertragen werden können und umgekehrt. Die Speicherzellen sind dabei elektrisch miteinander verbunden, sodass besonders große elektrische Leistungen zum elektrischen Antreiben des Kraftfahrzeugs realisiert werden können. Die Speichereinrichtung ist vorzugsweise als Hochvolt-Komponente ausgebildet und weist eine elektrische Spannung, insbesondere eine elektrische Betriebsspannung, auf, welche größer als 50 Volt, insbesondere größer als 60 Volt, ist. Vorzugsweise beträgt die elektrische Spannung, insbesondere die elektrische Betriebsspannung der Speichereinrichtung mehrere hundert Volt, sodass besonders große elektrische Leistungen zum elektrischen Antreiben des Kraftfahrzeugs realisiert werden können. Insbesondere kann die Speichereinrichtung als Batterie, insbesondere als Hochvolt-Batterie (HV-Batterie), ausgebildet sein, sodass die Speicherzelle beispielsweise als Batteriezelle ausgebildet ist. Beispielsweise kann die Speicherzelle als Lithium-Ionen-Zelle ausgebildet sein, sodass die Speichereinrichtung als Lithium-Ionen-Batterie ausgebildet sein kann.
Die Speicherzelle, welche auch als Einzelzelle bezeichnet wird, weist ein Zellgehäuse auf, welches einen Aufnahmeraum aufweist beziehungsweise begrenzt. Das Zellgehäuse umfasst dabei ein den Aufnahmeraum in eine erste Richtung zumindest überwiegend, insbesondere vollständig, begrenzendes und elektrisch leitfähiges erstes Seitenwandelement und ein den Aufnahmeraum in eine der ersten Richtung entgegengesetzte zweite Richtung zumindest überwiegend, insbesondere vollständig, begrenzendes, dem ersten Seitenwandelement entlang der zweiten Richtung gegenüberliegendes, elektrisch leitfähiges und separat von dem ersten Seitenwandelement ausgebildetes zweites Seitenwandelement. Die erste Richtung und die zweite Richtung verlaufen parallel zueinander beziehungsweise fallen zusammen, wobei die erste Richtung und die zweite Richtung einander entgegengesetzt sind. Dabei fallen die erste Richtung und die zweite Richtung beispielsweise mit einer Erstreckungsrichtung des Zellgehäuses zusammen, wobei die Seitenwandelemente entlang der Erstreckungsrichtung voneinander beabstandet sind. Dabei wird der Aufnahmeraum entlang der Erstreckungsrichtung beidseitig durch die Seitenwandelemente jeweils zumindest überwiegend, insbesondere vollständig, begrenzt. Das jeweilige Seitenwandelement ist vorzugsweise einstückig ausgebildet. Das jeweilige Seitenwandelement kann aus einen metallischen Werkstoff wie beispielsweise Kupfer oder Aluminium gebildet sein. In vollständig hergestellten Zustand der Speichereinrichtung sind die mehreren Speicherzellen der Speichereinrichtung beispielsweise entlang einer Stapelrichtung aufeinanderfolgend beziehungsweise hintereinander angeordnet, wobei vorzugsweise die Erstreckungsrichtung und somit die erste Richtung und die zweite Richtung mit der Stapelrichtung zusammenfallen.
Die Speicherzelle weist darüber hinaus Speichermittel zum Speichern von elektrischer Energie beziehungsweise elektrischem Strom auf, wobei die Speichermittel in dem Aufnahmeraum angeordnet sind. Die Speichermittel umfassen dabei wenigstens zwei Elektroden unterschiedlicher Polarität. Dies bedeutet, dass eine erste der Elektroden eine erste elektrische Polarität aufweist, während die zweite Elektrode eine von der ersten Polarität unterschiedliche zweite elektrische Polarität aufweist. Beispielsweise ist die erste Elektrode elektrisch negativ und somit als Kathode ausgebildet, während die zweite Elektrode elektrisch positiv und somit als Anode ausgebildet ist. Ferner ist es denkbar, dass die Speichermittel einen, insbesondere flüssigen, Elektrolyten aufweisen, welcher in dem Aufnahmeraum aufgenommen ist. Dabei sind die Elektroden jeweils zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, in dem Elektrolyten aufgenommen, sodass die Elektroden in den Elektrolyten eintauchen.
Die Speicherzelle, insbesondere das Zellgehäuse umfasst darüber hinaus einen elektrisch isolierenden Rahmen, welcher beispielsweise aus einem Kunststoff gebildet ist. Über den elektrisch isolierenden Rahmen sind die Seitenwandelemente aneinander abgestützt und elektrisch voneinander isoliert. Der Rahmen ist somit beispielsweise entlang der Erstreckungsrichtung zwischen den Seitenwandelementen angeordnet. Die Seitenwandelemente berühren sich dabei vorzugsweise nicht gegenseitig, sondern sind unter Vermittlung des Rahmens aneinander abgestützt und dadurch elektrisch voneinander isoliert. Dabei ist die erste Elektrode elektrisch mit dem ersten Seitenwandelement verbunden, und die zweite Elektrode ist elektrisch mit dem zweiten Seitenwandelement verbunden, sodass die Speicherzelle die mittels der Speichermittel gespeicherte elektrische Energie über die Seitenwandelement bereitstellen kann. Mit anderen Worten sind die den Aufnahmeraum entlang der Erstreckungsrichtung jeweils zumindest überwiegend begrenzenden Seitenwandelemente des Zellgehäuses als Anschlusselemente der Speicherzelle, insbesondere des Zellgehäuses ausgebildet, wobei dieser Anschlusselemente auch als Terminals bezeichnet werden. Über die Anschlusselemente kann die Speicherzelle die in ihr mittels der Speichermittel gespeicherte elektrische Energie bereitstellen, sodass die mittels der Speichermittel gespeicherte elektrische Energie über die Anschlusselemente, das heißt über die Seitenwandelemente aus beziehungsweise von der Speicherzelle abgeführt und beispielsweise wenigstens einem elektrischen Verbraucher wie beispielsweise der zuvor genannten elektrischen Maschine des Kraftfahrzeugs zugeführt werden kann. Den Seitenwandelementen kommt somit zumindest eine Doppelfunktion zu. Zum einen werden die Seitenwandelemente genutzt, um den Aufnahmeraum entlang der Erstreckungsrichtung zumindest überwiegend, vorzugsweise vollständig, zu begrenzen.
Zum anderen werden die Seitenwandelemente als Terminals verwendet, über welche die mittels der Speichermittel gespeicherte elektrische Energie bereitgestellt werden kann. Somit kann der Einsatz von zusätzlichen, separaten Kontaktierungselementen vermieden werden, sodass die Teileanzahl und somit die Kosten und das Gewicht der Speicherzelle in einem besonders geringen Rahmen gehalten werden können.
Um nun die Kosten der Speicherzelle besonders gering halten zu können, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass zumindest eines der Seitenwandelemente mit dem separat von den Seitenwandelementen ausgebildeten Rahmen an wenigstens einer Fügestelle gefügt ist, wodurch die Fügestelle als eine mindestens eine Berstmembran aufweisende Entlüftungseinrichtung zum Entlüften des Aufnahmeraums ausgebildet ist. Die Fügestelle und somit die auch als Entlüftungsmembran bezeichnete Berstmembran bilden eine Soll-Versagensstelle, an welcher das Zellgehäuse beispielsweise dann, wenn ein im Aufnahmeraum herrschender Druck einen Schwellenwert überschreitet, gezielt beziehungsweise gewünscht versagt. Die Entlüftungseinrichtung kann dabei wenigstens eine Entlüftungsöffnung aufweisen, welche von der Berstmembran verschlossen ist. Überschreitet der im Aufnahmeraum herrschende Druck den Schwellenwert, so birst die Berstmembran, wodurch die Berstmembran die korrespondierende Entlüftungsöffnung zumindest teilweise freigibt. In der Folge kann beispielsweise ein insbesondere gasförmiges Fluid über die freigegebene Entlüftungsöffnung aus dem Aufnahmeraum ausströmen, wodurch der Aufnahmeraum entlüftet wird. Hierdurch kann die Speicherzelle gezielt entlüftet werden, sodass ein unkontrolliertes Platzen des Zellgehäuses vermieden wird.
Eine derartige, in dem Aufnahmeraum stattfindende Druckerhöhung, in deren Folge der im Aufnahmeraum herrschende Druck den Schwellenwert überschreitet, resultiert beispielsweise aus einem unfallbedingten thermischen Ereignis in dem Aufnahmeraum. Durch ein solches thermisches Ereignis kann der Elektrolyt ausgasen, wodurch zumindest aus einem Teil des Elektrolyten das zuvor genannte, vorzugsweise gasförmige Fluid entsteht. Mit zunehmender Menge an in dem Aufnahmeraum entstehendem Fluid steigt der im Aufnahmeraum herrschende Druck. Übersteigt der Druck den Schwellenwert, so versagt das Zellgehäuse gezielt an der Soll-Versagensstelle, in dem die Berstmembran birst und somit versagt. Die Entlüftungseinrichtung ist somit eine gezielt beziehungsweise bewusst vorgesehene Schwächung des Zellgehäuses, sodass dieses - wenn der im Aufnahmeraum herrschende Druck den Schwellenwert überschreitet - kontrolliert an der Soll-Versagensstelle versagen kann und nicht unkontrolliert platzt.
Die Berstmembran zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass sie gegenüber sich an die Berstmembran anschließenden und die an sich als Durchgangsöffnung ausgebildete Entlüftungsöffnung an sich zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, begrenzende Wandungsbereiche des zumindest einen Seitenwandelements und/oder des Rahmens eine geringere Wanddicke aufweist, wodurch das Zellgehäuse im Bereich der Entlüftungseinrichtung gezielt geschwächt ist. Der den Schwellenwert überschreitende Druck bewirkt somit bezogen auf das Zellgehäuse insgesamt zuerst an der Soll-Versagensstelle ein Versagen und dabei ein Bersten des Zellgehäuses, da die Soll-Versagensstelle die schwächste Stelle des Zellgehäuses ist. Dabei ist es möglich, dass die Berstmembran zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, einstückig mit dem Rahmen und/oder einstückig mit dem zumindest einen Seitenwandelement ausgebildet ist, sodass die Berstmembran zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, durch den Rahmen und/oder teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, durch das zumindest eine Seitenwandelement gebildet ist. Insbesondere ist die Berstmembran dadurch gebildet, dass zumindest ein Wandungsbereich des Rahmens und/oder des zumindest einen Seitenwandelements durch das Fügen des zumindest einen Seitenwandelements mit dem Rahmen gegenüber einem Ausgangszustand, den der Wandungsbereich vor dem Fügen aufweist, geschwächt wird, insbesondere dadurch, dass eine Wanddickenreduzierung des zumindest einen Wandungsbereichs durchgeführt wird.
Dadurch, dass die Berstmembran durch die Fügestelle und somit durch den Rahmen und/oder durch das zumindest eine Seitenwandelement gebildet ist, kann die Verwendung einer zusätzlichen, separaten Berstmembran vermieden werden, sodass die Teileanzahl und somit die Kosten der Speicherzelle besonders gering gehalten werden können. Dabei kommt der Fügestelle zumindest eine Doppelfunktion zu, da die Fügestelle zum einen genutzt wird, um das zumindest eine Seitenwandelement mit dem Rahmen zu fügen und somit zu verbinden. Zum anderen wird die Fügestelle genutzt, um die Berstmembran beziehungsweise die Entlüftungseinrichtung zu bilden und somit ein gezieltes Entlüften der Speicherzelle zu ermöglichen. Dadurch kann auf einfache und kostengünstige Weise ein besonders sicherer Betrieb der Speicherzelle und somit der Speichereinrichtung insgesamt realisiert werden.
Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn das zumindest eine Seitenwandelement an der Fügestelle mit dem Rahmen thermisch gefügt, insbesondere verschweißt, ist. Durch ein solches thermisches Fügen kann die zuvor beschriebenen Wanddickenreduzierung des zumindest einen Wandungsbereichs und somit die Herstellung der Berstmembran besonders vorteilhaft durchgeführt werden, sodass das Fügen des zumindest einen Seitenwandelements mit dem Rahmen mit der Herstellung der Berstmembran einhergeht.
Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die Berstmembran eine geringere Wanddicke als zumindest ein sich an die Berstmembran anschließender und beispielsweise die Entlüftungsöffnung zumindest teilweise begrenzender Teilbereich des zumindest einen Seitenwandelements und/oder des Rahmens aufweist. Hierdurch ist das Zellgehäuse im Bereich der Berstmembran gezielt geschwächt, sodass das Gehäuse dann, wenn der im Aufnahmeraum herrschende Druck den Schwellenwert überschreitet, gezielt beziehungsweise gewünscht zuerst im Bereich der Berstmembran und somit an der Soll-Versagensstelle versagt. In der Folge kann das Fluid aus dem Aufnahmeraum ausströmen, wodurch der Druck im Aufnahmeraum gezielt abgebaut wird, ohne dass das Zellgehäuse unkontrolliert platzt.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist der Rahmen entlang der mit der ersten Richtung und mit der zweiten Richtung zusammenfallenden Erstreckungsrichtung eine größere Erstreckung auf als das jeweilige Seitenwandelement. Insbesondere ist die entlang der Erstreckungsrichtung verlaufende Erstreckung des Rahmens wenigstens zweimal, insbesondere wenigstens dreimal und vorzugsweise wenigstens viermal, größer als eine jeweilige, entlang der Erstreckungsrichtung verlaufende Erstreckung des jeweiligen Seitenwandelements. Hierdurch kann ein besonders einfacher Aufbau des Zellgehäuses realisiert werden, sodass das Zellgehäuse und somit die Speicherzelle insgesamt besonders einfach und somit zeit- und kostengünstig hergestellt werden kann.
Um einen besonders einfachen und somit kostengünstigen Aufbau des Zellgehäuses und somit der Speicherzelle insgesamt realisieren zu können, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass der Aufnahmeraum entlang einer senkrecht zur ersten Richtung und senkrecht zur zweiten Richtung verlaufenden ersten Ausdehnungsrichtung und entlang einer senkrecht zur ersten Ausdehnungsrichtung verlaufenden zweiten Ausdehnungsrichtung, welche senkrecht zur ersten Richtung und senkrecht zur zweiten Richtung verläuft, zumindest überwiegend, insbesondere vollständig, durch den Rahmen überdeckt, insbesondere direkt begrenzt, ist. Somit wird beispielsweise der vorzugsweise einstückig ausgebildete Rahmen als Gehäuseteil des Zellgehäuses genutzt, sodass die Teileanzahl und die Kosten besonders gering gehalten werden können. Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass das Zellgehäuse genau beziehungsweise ausschließlich drei vorzugsweise einstückig ausgebildete Gehäuseteile aufweist. Ein erstes der Gehäuseteile ist das erste Seitenwandelement, wobei ein zweites der Gehäuseteile das zweite Seitenwandelement ist. Das dritte Gehäuseteil ist der Rahmen, wobei die Gehäuseteile den Aufnahmeraum jeweils teilweise und zusammen vollständig bilden beziehungsweise begrenzen.
Grundsätzlich ist es denkbar, dass wenigstens eines oder beide Seitenwandelemente topf- beziehungsweise napfartig ausgebildet sind und somit beispielsweise als Hutprofil ausgebildet sind, sodass beispielsweise das jeweilige Seitenwandelement einen offenen Hohlquerschnitt aufweist. Somit begrenzt beispielsweise das jeweilige Seitenwandelement den Aufnahmeraum nicht nur entlang der Erstreckungsrichtung sondern auch entlang der ersten Ausdehnungsrichtung und entlang der zweiten Ausdehnungsrichtung.
Um jedoch das Zellgehäuse besonders einfach und kostengünstig herstellen zu können, hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn der Aufnahmeraum entlang der ersten Ausdehnungsrichtung und entlang der zweiten Ausdehnungsrichtung vollständig überdeckungsfrei zu den Seitenwandelementen angeordnet ist. Bei dieser Ausführungsform sind die Seitenwandelemente beispielsweise zu zumindest im Wesentlichen zweidimensionalen Platten beziehungsweise Flächenelementen reduziert, die den Aufnahmeraum zwar entlang der Erstreckungsrichtung, nicht jedoch entlang der Ausdehnungsrichtungen begrenzen. Entlang den Ausdehnungsrichtungen ist dann der Aufnahmeraum beispielsweise ausschließlich durch den Rahmen begrenzt, sodass ein besonders einfacher Aufbau realisiert werden kann.
Um die Teileanzahl und somit die Kosten besonders gering halten zu können, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass der Rahmen einstückig ausgebildet ist.
Als weiterhin besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn der Rahmen aus einem Kunststoff gebildet ist. Hierdurch können das Gewicht und die Kosten in einem besonders geringen Rahmen gehalten werden.
Um das Zellgehäuse besonders einfach und kostengünstig herstellen zu können, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass wenigstens eines der Seitenwandelemente durch Tiefziehen hergestellt ist. Somit ist beispielsweise das wenigstens eine Seitenwandelement als ein tiefgezogener Napf ausgebildet, der an sich einen offenen Hohlquerschnitt aufweist, welcher einen Teil des Aufnahmeraums sowohl entlang der Erstreckungsrichtung als auch entlang der ersten Ausdehnungsrichtung und entlang der zweiten Ausdehnungsrichtung begrenzen kann.
Schließlich hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn die jeweilige Elektrode direkt mit dem jeweiligen Seitenwandelement elektrisch verbunden ist. Darunter ist zu verstehen, dass eine elektrische Verbindung der jeweiligen Elektrode mit dem jeweiligen Seitenwandelement über ein separat von den Elektroden und separat von den Seitenwandelementen ausgebildetes, zusätzlich zu den Elektroden und zusätzlich zu den Seitenwandelementen vorgesehenes Verbindungselement unterbleibt, sondern die jeweilige Elektrode ist direkt und somit ohne Vermittlung eines separaten, zusätzlichen Verbindungselements elektrisch an das jeweilige Seitenwandelement angebunden. Dadurch können die Teileanzahl und somit die Kosten besonders gering gehalten werden.
Die jeweilige Elektrode weist beispielsweise eine Grundkörper und wenigstens einen von dem Grundkörper abstehenden und den Grundkörper überragenden Randbereich auf, welcher beispielsweise schmaler als der Grundkörper ist. Der Randbereich kann einstückig mit dem Grundkörper ausgebildet sein. Der Randbereich bildet beispielsweise eine Fahne, über welche die jeweilige Elektrode direkt mit dem jeweiligen Seitenwandelement elektrisch verbunden ist, ohne dass hierzu ein separates, zusätzliches Zwischenelement zum Einsatz kommt. Hierdurch kann eine besonders kostengünstige elektrische Anbindung der jeweiligen Elektrode an das jeweilige Seitenwandelement gewährleistet werden.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Speichereinrichtung zum Speichern von elektrischer Energie für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen vorzugsweise als Personenkraftwagen ausgebildeten Kraftwagen. Die Speichereinrichtung weist mehrere Speicherzellen auf, welche jeweils ein Zellgehäuse aufweisen. Das jeweilige Zellgehäuse weist einen Aufnahmeraum, ein den Aufnahmeraum in eine erste Richtung zumindest überwiegend begrenzendes und elektrisch leitfähiges erstes Seitenwandelement und ein den Aufnahmeraum in eine der ersten Richtung entgegengesetzte zweite Richtung zumindest überwiegend begrenzendes, dem ersten Seitenwandelement entlang der zweiten Richtung gegenüberliegendes, elektrisch leitfähiges und separat von dem ersten Seitenwandelement ausgebildetes zweites Seitenwandelement auf. Die jeweilige Speicherzelle weist darüber hinaus in dem Aufnahmeraum angeordnete und wenigstens zwei Elektroden unterschiedlicher Polarität aufweisende Speichermittel zum Speichern von elektrischer Energie auf. Des Weiteren weist die jeweilige Speicherzelle einen elektrisch isolierenden Rahmen auf, über welchen die Seitenwandelemente aneinander abgestützt und elektrisch voneinander isoliert sind. Dabei ist eine erste der Elektroden elektrisch mit dem ersten Seitenwandelement verbunden, und die zweite Elektrode ist elektrisch mit dem zweiten Seitenwandelement verbunden. Die jeweilige Speicherzelle ist somit vorzugsweise als eine erfindungsgemäße Speicherzelle gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ausgebildet.
Um nun die Kosten der Speichereinrichtung besonders gering halten zu können, ist zumindest eines der jeweiligen Seitenwandelemente des jeweiligen Zellgehäuses mit dem jeweiligen Rahmen des jeweiligen Zellgehäuses an wenigstens einer Fügestelle gefügt, wodurch die Fügestelle als eine mindestens eine Berstmembran aufweisende Entlüftungseinrichtung zum Entlüften des Aufnahmeraums ausgebildet ist. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts der Erfindung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.
Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein vorzugsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgebildetes Kraftfahrzeug, welches wenigstens eine erfindungsgemäße Speichereinrichtung gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung und/oder wenigstens eine erfindungsgemäße Speicherzelle gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung aufweist. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts der Erfindung und des zweiten Aspekts der Erfindung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des dritten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.
Ein weiterer, von dem ersten Aspekt, dem zweiten Aspekt und dem dritten Aspekt unabhängiger Aspekt der Erfindung betrifft eine Speicherzelle für eine zum Speichern von elektrischer Energie ausgebildete Speichereinrichtung für ein Kraftfahrzeug, mit einem Zellgehäuse, welches einen Aufnahmeraum aufweist. Die Speicherzelle weist ferner in dem Aufnahmeraum angeordnete Speichermittel zum Speichern von elektrischer Energie auf. Das Zellgehäuse umfasst dabei wenigstens ein Gehäuseteil, welches den Aufnahmeraum zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend, begrenzt.
Um nun das Zellgehäuse und somit die Speicherzelle besonders kostengünstig herstellen zu können, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das wenigstens eine Gehäuseteil des Zellgehäuses durch Tiefziehen hergestellt ist. Das wenigstens eine Zellgehäuse ist somit als tiefgezogener Napf ausgebildet, welcher an sich beispielsweise einen offenen Hohlquerschnitt aufweist. Das wenigstens eine Gehäuseteil begrenzt somit beispielsweise zumindest einen Teil des Aufnahmeraums entlang einer ersten Ausdehnungsrichtung und entlang einer senkrecht zur ersten Ausdehnungsrichtung verlaufenden zweiten Ausdehnungsrichtung, insbesondere jeweils beidseitig. Außerdem begrenzt das wenigstens eine Gehäuseteil zumindest den Teil des Aufnahmeraums in eine Richtung, welche senkrecht zu den Ausdehnungsrichtungen und somit senkrecht zu einer Ebene verläuft, die durch die Ausdehnungsrichtungen aufgespannt wird. Dabei ist es denkbar, dass das Zellgehäuse wenigstens ein weiteres, insbesondere einstückig ausgebildetes, Gehäuseteil aufweist, welches zumindest mittelbar, insbesondere direkt, mit dem wenigstens einen Gehäuseteil verbunden und dabei separat von dem wenigstens einen Gehäuseteil ausgebildet ist. Durch das weitere Gehäuseteil wird der Aufnahmeraum beispielsweise in eine der zuvor genannten entgegengesetzte weitere Richtung begrenzt, welche senkrecht zur genannten Ebene verläuft. Dabei ist es denkbar, dass das weitere Gehäuseteil den Aufnahmeraum beidseitig entlang der jeweiligen Ausdehnungsrichtungen begrenzt, oder der Aufnahmeraum ist entlang der Ausdehnungsrichtungen vollständig durch das wenigstens eine Gehäuseteile gebildet. Somit ist das weitere Gehäuseteil beispielsweise zu einer zumindest im Wesentlichen zweidimensionalen Platte beziehungsweise zu einem Flächenelement reduziert, welches den Aufnahmeraum lediglich in die weitere Richtung begrenzt. Dadurch kann ein besonders einfacher und somit kostengünstiger Aufbau des Zellgehäuses gewährleistet werden.
Bei dem weiteren Aspekt der Erfindung sind das wenigstens eine Gehäuseelement und das weitere Gehäuseteil miteinander gefügt, insbesondere stoffschlüssig miteinander gefügt. Dabei ist das wenigstens eine Gehäuseteil mit dem weiteren Gehäuseteil beispielsweise thermisch gefügt, insbesondere verschweißt und/oder das zumindest eine Gehäuseteil ist mit dem weiteren Gehäuseteil mittels eines Klebstoffes verklebt. Auch bei dem weiteren Aspekt der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das wenigstens eine Gehäuseteil mit dem weiteren Gehäuseteil an wenigstens einer Fügestelle gefügt und somit verbunden ist, die durch das fügen des wenigstens einen Gehäuseteils mit dem weiteren Gehäuseteil als eine Entlüftungseinrichtung ausgebildet ist, welche wenigstens eine Berstmembran aufweist. Insbesondere kann eine Klebestelle, an welcher das wenigstens eine Gehäuseteil mit dem weiteren Gehäuseteil verklebt ist, als eine Berstmembran ausgebildet sein beziehungsweise fungieren, sodass das Zellgehäuse dann, wenn ein im Aufnahmeraum herrschender Druck einen Schwellenwert überschreitet, zuerst im Bereich beziehungsweise an der Stelle der Berstmembran gezielt versagt. Somit können die vorherigen Ausführungen, Vorteile und Ausführungsformen des ersten Aspekts, des zweiten Aspekts und des dritten Aspekts der Erfindung ohne weiteres auch auf den weiteren Aspekt der Erfindung übertragen werden und umgekehrt.
Das wenigstens eine Gehäuseteil ist beispielsweise aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere aus einem Leichtmetall wie beispielsweise Aluminium, gebildet.
Insbesondere ist es denkbar, dass der auch als Isolator bezeichnete Rahmen als Klebeelement beziehungsweise als Klebstoff verwendet wird, um die Seitenwandelemente beziehungsweise das wenigstens eine Gehäuseteil und das weitere Gehäuseteil miteinander zu verbinden, insbesondere miteinander zu verkleben. Ferner wird der Rahmen als elektrischer Isolator verwendet, um die Seitenwandelement beziehungsweise die Gehäuseteile elektrisch voneinander zu isolieren.
Das vorzugsweise als Tiefziehnapf ausgebildet, wenigstens eine Gehäuseteil kann sehr kostengünstig hergestellt werden. Durch Verkleben der Gehäuseteile beziehungsweise des Seitenwandelemente miteinander können zeit- und kostenintensive Schweißprozesse und Schweißnähte vermieden werden, sodass die Speicherzelle zeit- und kostengünstig hergestellt werden kann.
Um beispielsweise die jeweilige Elektrode direkt, das heißt ohne Zwischenelement mit der jeweiligen Seitenwand beziehungsweise mit dem jeweiligen Gehäuseteil elektrisch zu verbinden, ist die jeweilige Elektrode beispielsweise mit der jeweiligen Seitenwand beziehungsweise mit dem jeweiligen Gehäuseteil verschweißt, insbesondere in dem Aufnahmeraum.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele mit den zugehörigen Zeichnungen. Dabei zeigt:

1 eine schematische Perspektivansicht einer erfindungsgemäßen Speicherzelle zum Speichern von elektrischer Energie für ein Kraftfahrzeug gemäß einer ersten Ausführungsform;
2 eine schematische Perspektivansicht der Speicherzelle gemäß einer zweiten Ausführungsform;
3 eine schematische Perspektivansicht der Speicherzelle gemäß einer dritten Ausführungsform; und
4 eine schematische Perspektivansicht einer erfindungsgemäßen Speichereinrichtung für ein Kraftfahrzeug.

In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt in einer schematischen Perspektivansicht eine Speicherzelle 1 gemäß einer ersten Ausführungsform für eine zum Speichern von elektrischer Energie beziehungsweise elektrischem Strom ausgebildete Speichereinrichtung 2 (4) für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen beispielsweise als Personenkraftwagen ausgebildeten Kraftwagen. In seinem vollständig hergestellten Zustand weist das Kraftfahrzeug wenigstens eine elektrische Maschine auf, mittels welcher das Kraftfahrzeug elektrisch angetrieben werden kann. Hierzu wird die elektrische Maschine in einem Motorbetrieb und somit als Elektromotor betrieben. Da das Kraftfahrzeug mittels der elektrischen Maschine elektrisch antreibbar ist, wird die elektrische Maschine auch als Traktionsmaschine bezeichnet. Um die Traktionsmaschine in dem Motorbetrieb zu betreiben, wird die elektrische Maschine mit in der Speichereinrichtung 2 gespeicherter elektrischer Energie versorgt. Daher wird die Speichereinrichtung 2 auch als Traktionsspeicher bezeichnet. Die Speichereinrichtung 2 kann als Batterie, insbesondere als Hochvolt-Batterie, ausgebildet sein, sodass die Speichereinrichtung 2 beispielsweise eine Traktionsbatterie ist. Die Speichereinrichtung 2 ist dabei eine Hochvolt-Komponente, welche eine elektrische Spannung, insbesondere eine elektrische Betriebsspannung, von mehreren 100 Volt aufweist beziehungsweise bereitstellen kann. Hierzu umfasst die Speichereinrichtung 2 eine Mehrzahl von Speicherzellen 1, welche entlang einer in der 4 durch einen Doppelpfeil 3 veranschaulichte Stapelrichtung hintereinander beziehungsweise aufeinander folgenden angeordnet sind und dadurch einen Zellstapel 4 bilden. Mittels der jeweiligen Speicherzelle 1 kann elektrische Energie gespeichert und bereitgestellt werden. Dabei sind die Speicherzellen 1 elektrisch miteinander verbunden, sodass eine besonders hohe elektrische Spannung der Speichereinrichtung 2 realisiert werden kann. In der Folge kann eine besonders hohe elektrische Leistung zum Antreiben des Kraftfahrzeugs realisiert werden.
Wie aus 1 erkennbar ist, weist die jeweilige Speicherzelle 1 ein Zellgehäuse 5 auf, welches einen Aufnahmeraum 6 begrenzt beziehungsweise bildet und somit aufweist. Das Zellgehäuse 5 umfasst ein erstes Seitenwandelement 7, durch welches der Aufnahmeraum 6 in eine in 1 durch einen Pfeil 8 veranschaulichte erste Richtung zumindest überwiegend, insbesondere vollständig, begrenzt ist. Die durch den Pfeil 8 veranschaulichte erste Richtung fällt mit einer in 1 durch einen Pfeil 9 veranschaulichte Erstreckungsrichtung des Zellgehäuses 5 zusammen, wobei - wie aus einer Zusammenschau von 1 mit 4 erkennbar ist - die Erstreckungsrichtung mit der Stapelrichtung (Doppelpfeil 3) zusammenfällt.
Das Zellgehäuse 5 umfasst darüber hinaus ein separat von dem Seitenwandelement 7 ausgebildetes und dabei mit dem Seitenwandelement 7 verbundenes zweites Seitenwandelement 10, durch welches der Aufnahmeraum 6 in eine der ersten Richtung entgegengesetzte und in 1 durch einen Doppelpfeil 11 veranschaulichte zweite Richtung zumindest überwiegend, insbesondere vollständig, begrenzt ist. Die zweite Richtung verläuft parallel zur ersten Richtung beziehungsweise fällt mit dieser zusammen, wobei die zweite Richtung mit der Erstreckungsrichtung und somit mit der Stapelrichtung zusammenfällt. Somit wird der Aufnahmeraum entlang der Erstreckungsrichtung beidseitig durch die Seitenwandelemente 7 und 10 jeweils zumindest überwiegend, insbesondere zumindest vollständig, begrenzt.
Des Weiteren veranschaulicht in 1 ein Doppelpfeil 12 eine erste Ausdehnungsrichtung, welche senkrecht zur Erstreckungsrichtung verläuft. Außerdem veranschaulicht in 1 ein Doppelpfeil 13 eine zweite Ausdehnungsrichtung, welche senkrecht zur Erstreckungsrichtung und senkrecht zur ersten Ausdehnungsrichtung verläuft. Das Zellgehäuse 5 insgesamt weist dabei eine entlang der Erstreckungsrichtung verlaufende erste Erstreckung, eine entlang der ersten Ausdehnungsrichtung verlaufende zweite Erstreckung und eine entlang der zweiten Ausdehnungsrichtung verlaufende dritte Erstreckung auf. Grundsätzlich ist es denkbar, dass die Erstreckungen gleich groß sind, sodass das Zellgehäuse 5 außenumfangsseitig beispielsweise würfelförmig ausgebildet ist. Insbesondere ist es denkbar, dass das Zellgehäuse 5 außenumfangsseitig prismatisch, insbesondere quaderförmig, ausgebildet ist. Bei der in 1 veranschaulichten ersten Ausführungsform ist die erste Erstreckung kleiner als die zweite Erstreckung und die dritte Erstreckung, wobei es denkbar ist, dass die zweite Erstreckung und die dritte Erstreckung gleich groß sind. Bei der in 1 gezeigten ersten Ausführungsform ist es auch vorgesehen, dass die zweite Erstreckung größer als die erste Erstreckung ist, und die erste Erstreckung ist größer als die zweite Erstreckung, sodass die zweite Ausdehnungsrichtung eine Längserstreckungsrichtung des Zellgehäuses 5 ist. Das Zellgehäuse 5 weist somit entlang der Längserstreckungsrichtung eine längliche Form auf. Ferner ist das Zellgehäuse 5 bezogen auf die Erstreckungsrichtung flach ausgebildet, sodass ein besonders kompakter Aufbau der Speichereinrichtung 2 gewährleistet werden kann. Vorzugsweise ist das jeweilige Seitenwandelement 7 beziehungsweise 10 einstückig ausgebildet. Das jeweilige Seitenwandelement 7 beziehungsweise 10 ist darüber hinaus elektrisch leitfähig. Außerdem sind die Seitenwandelemente 7 und 10 entlang der Erstreckungsrichtung voneinander beabstandet. Die Seitenwandelement 7 und 10 sind separat voneinander ausgebildet und mittelbar miteinander verbunden.
Die Speicherzelle 1 weist darüber hinaus in dem Aufnahmeraum 6 angeordnete Speichermittel 14 zum Speichern von elektrischer Energie auf. In Zusammenschau mit 3 ist erkennbar, dass die Speichermittel 14 wenigstens eine erste Elektrode 15 und wenigstens eine zweite Elektrode 16 aufweisen, wobei die Elektrode 15 eine erste elektrische Polarität und die Elektrode 16 eine von der ersten Polarität unterschiedliche zweite Polarität aufweist. Beispielsweise ist die Elektrode 15 als Kathode ausgebildet, während die Elektrode 16 als Anode ausgebildet ist. Die Elektroden 15 und 16 sind bei der ersten Ausführungsform beispielsweise, insbesondere um eine Wickelachse, zu einem auch als Wickel bezeichneten Elektrodenwickel 17 aufgewickelt. Dabei sind die Elektroden 15 und 16 nach Art einer Biskuitrollenstruktur zu dem Elektrodenwickel 17 aufgewickelt, sodass der Elektrodenwickel 17 auch als Jelly-Roll bezeichnet wird. Die Speichermittel 14 können wenigstens einen zwischen den Elektroden 15 und 16 angeordneten und als Isolator fungierenden Separator aufweisen, mittels welchem die Elektroden 15 und 16 elektrisch voneinander isoliert sind. Beispielsweise ist der Separator mit den Elektroden 15 und 16 zu dem Elektrodenwickel 17 aufgewickelt beziehungsweise aufgerollt.
Die Speichermittel 14 umfassen ferner einen, insbesondere flüssigen Elektrolyten, welcher beispielsweise in dem Aufnahmeraum 6 aufgenommen ist. Dabei sind die Elektroden 15 und 16 jeweils zumindest teilweise in dem Elektrolyten aufgenommen.
Das Zellgehäuse 5 umfasst darüber hinaus einen elektrisch isolierenden Rahmen 18, welcher entlang der Erstreckungsrichtung zwischen den Seitenwandelementen 7 und 10 angeordnet ist. Der Rahmen 18 ist separat von den Seitenwandelementen 7 und 10 ausgebildet, wobei die Seitenwandelemente 7 und 10 entlang der Erstreckungsrichtung über den elektrisch isolierenden Rahmen aneinander abgestützt sind. Ferner sind die Seitenwandelemente 7 und 10 mittels des Rahmens 18 elektrisch voneinander isoliert. Der Rahmen 18 ist vorzugsweise einstückig ausgebildet. Alternativ oder zusätzlich kann der Rahmen 18 aus einem Kunststoff gebildet sein.
Um dabei die Teileanzahl und somit die Kosten der Speicherzelle 1 besonders gering halten zu können, ist die Elektrode 15 elektrisch mit dem Seitenwandelement 7 verbunden, und die Elektrode 16 ist elektrisch mit dem Seitenwandelement 10 verbunden. Dadurch sind die Seitenwandelemente 7 und 10 Anschlusselemente, welcher auch als Terminals bezeichnet werden. Die jeweilige Speicherzelle 1 kann dabei die mittels der Speichermittel 14 gespeicherte elektrische Energie über die Terminals bereitstellen, sodass die in der jeweiligen Speicherzelle 1 gespeicherte elektrische Energie über die Terminals von der Speicherzelle 1 abgeführt und beispielsweise der elektrischen Maschine zugeführt werden kann. Da beispielsweise die Elektrode 15 als Kathode ausgebildet ist, ist das Seitenwandelement 7 als elektrischer Minuspol der Speicherzelle 1 ausgebildet beziehungsweise das Seitenwandelement 7 bildet einen elektrischen Minuspol der Speicherzelle 1. Da demzufolge die Elektrode 16 als Anode ausgebildet ist, bildet das Seitenwandelement 10 einen elektrischen Pluspol der Speicherzelle 1.
In Zusammenschau mit 4 ist erkennbar, dass dadurch, dass die Seitenwandelemente 7 und 10 als Terminals und somit als elektrische Pole ausgebildet sind, die Speicherzellen 1 des Zellstapels 4 auf besonders einfache und kostengünstige Weise elektrisch miteinander kontaktiert werden können. Bei dem Zellstapel 4 berühren sich beispielsweise die jeweiligen Seitenwandelemente 7 beziehungsweise 10 gleicher Polarität gegenseitig, wodurch die elektrischen Minuspole des Zellstapels 4 miteinander verbunden sind und wodurch die elektrischen Pluspole des Zellstapels 4 elektrisch miteinander verbunden sind. Die jeweiligen elektrischen Pluspole können dabei besonders einfach derart elektrisch miteinander verbunden werden, dass sich die Seitenwandelemente 10 direkt gegenseitig berühren. Die elektrischen Minuspole können einfach derart miteinander verbunden werden, dass sich die Seitenwandelemente 7 direkt gegenseitig berühren.
Um dabei die Kosten der jeweiligen Speicherzelle 1 und somit der Speichereinrichtung 2 insgesamt besonders gering halten zu können, ist zumindest eines der jeweiligen Seitenwandelemente 7 und 10 mit dem Rahmen 18 an wenigstens einer Fügestelle S, insbesondere thermisch, gefügt, wodurch die Fügestelle S als eine mindestens eine Berstmembran 19 aufweisende Entlüftungseinrichtung 20 zum Entlüften des Aufnahmeraums 6 ausgebildet ist. Die Berstmembran 19 wird beispielsweise zumindest teilweise durch einen Wandungsbereich des Rahmens 18 und/oder zumindest teilweise durch einen Wandungsbereich des zumindest einen Seitenwandelements 7 beziehungsweise 10 gebildet. Die Berstmembran 19 wird insbesondere derart gebildet, dass durch das, insbesondere thermische, Fügen des zumindest einen Seitenwandelements 7 beziehungsweise 10 mit dem Rahmen 18 eine Wanddickenreduzierung des Wandungsbereichs gegenüber einem Ausgangszustand bewirkt wird beziehungsweise ist, den der Wandungsbereich vor dem, insbesondere thermischen Fügen, einnimmt. Mit anderen Worten wird durch das Fügen eine Wanddickenreduzierung des die Berstmembran 19 zumindest teilweise bildenden Wandungsbereichs bewirkt, wodurch der Wandungsbereich die Berstmembran 19 bildet. Die Berstmembran 19 zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass die Berstmembran 19 eine geringere Wanddicke als wenigstens ein sich an die Berstmembran 19 anschließender weiterer Wandungsbereich des zumindest einen Seitenwandelements 7 beziehungsweise 10 und/oder des Rahmens 18 aufweist, wobei die Berstmembran 19 einstückig mit dem weiteren Wandungsbereich ausgebildet sein kann.
Die Berstmembran 19 verschließt dabei eine als Durchgangsöffnung ausgebildete Entlüftungseinrichtung des Zellgehäuses 5. Des Weiteren bildet die Berstmembran 19 eine Soll-Versagensstelle, an welcher das Zellgehäuse 5 gezielt und gewünscht zuerst versagt, wenn ein im Aufnahmeraum 6 herrschender Druck einen Schwellenwert überschreitet. Die Berstmembran 19 beziehungsweise die Soll-Versagensstelle ist somit eine gezielte Schwächung des Zellgehäuses 5, welches bei Überschreiten des Schwellenwerts durch den im Aufnahmeraum 6 herrschenden Drucks zuerst an der Soll-Versagensstelle versagt. Dadurch kann ein unkontrolliertes Platzen des Zellgehäuses 5 vermieden werden.
Insbesondere ist es denkbar, dass der Rahmen 18, insbesondere ein Werkstoff, aus welchem der Rahmen 18 gebildet ist, als Klebstoff verwendet wird, um die Seitenwandelemente 7 und 10 mittels des Klebstoffs miteinander stoffschlüssig zu fügen und dadurch miteinander zu verkleben. Hierzu wird das jeweilige Seitenwandelement 7 beziehungsweise 10 mit dem Rahmen 18, insbesondere thermisch, gefügt. Durch das thermische Fügen wird beispielsweise das jeweilige Seitenwandelement 7 beziehungsweise 10 und/oder der Rahmen 18 an beziehungsweise aufgeschmolzen, wodurch eine stoffschlüssige Verbindung des Rahmens 18 mit dem jeweiligen Seitenwandelement 7 beziehungsweise 10 hergestellt wird.
Bei der in 1 veranschaulichten ersten Ausführungsform sind die Seitenwandelemente 7 und 10 als Halbschalen ausgebildet, welche den Aufnahmeraum 6 sowohl entlang der Erstreckungsrichtung als auch entlang der ersten Ausdehnungsrichtung und entlang der zweiten Ausdehnungsrichtung begrenzen. Beispielsweise wird der Rahmen 18 als Gehäuseteil verwendet, welcher den Aufnahmeraum 6 teilweise entlang der ersten Ausdehnungsrichtung und teilweise entlang der zweiten Ausdehnungsrichtung begrenzt. Die Seitenwandelemente 7 und 10 und der Rahmen 18 weisen jeweilige, entlang der Erstreckungsrichtung verlaufende und auch als Ausdehnungen bezeichnete Erstreckungen auf, wobei die entlang der Erstreckungsrichtung verlaufende Ausdehnung des Rahmens 18 geringer als die jeweilige, entlang der Erstreckungsrichtung verlaufende Ausdehnung des jeweiligen Seitenwandelements 7 und 10 ist. Die entlang der Erstreckungsrichtung verlaufende Ausdehnung des Seitenwandelements 7 entspricht beispielsweise der entlang der Erstreckungsrichtung verlaufenden Ausdehnung des Seitenwandelements 10.
Da ein direkter Kontakt der beispielsweise als Halbschalen ausgebildeten Seitenwandelemente 7 und 10 aufgrund dessen, dass die Seitenwandelemente 7 und 10 als Terminals ausgebildet sind, zu einem Kurzschluss der Speicherzelle 1 führen würde, sind die Seitenwandelemente 7 und 10 mittels des als Isolator fungierenden Rahmens 18 elektrisch voneinander getrennt beziehungsweise isoliert. Der Rahmen 18 wird während der Herstellung beziehungsweise Montage der Speicherzelle 1 entlang der Erstreckungsrichtung zwischen den Halbschalen beziehungsweise zwischen den Seitenwandelemente 7 und 10 angeordnet.
Da die mittels der Speichermittel 14 gespeicherte elektrische Energie über die Seitenwandelemente 7 und 10 selbst abgegriffen wird, können die Speicherzellen 1 innerhalb der Speichereinrichtung 2 direkt aneinander positioniert und somit elektrisch miteinander verbunden werden. Dadurch kann die Verwendung eines separaten, zusätzlichen Zellkontaktierungssystems vermieden werden. Dadurch können die Teileanzahl, das Gewicht, die Kosten und der Bauraumbedarf der Speichereinrichtung 1 besonders gering gehalten werden.
Das jeweilige Seitenwandelement 7 beziehungsweise 10 ist vorzugsweise aus einem gut elektrisch leitenden Material wie beispielsweise Aluminium und/oder Kupfer gebildet. Dem gegenüber ist der Rahmen 18 aus einem gut elektrisch isolierenden Material wie beispielsweise Kunststoff gefertigt.
Wie zuvor beschrieben ist die vorzugsweise thermische Fügestelle S zwischen dem Isolator und dem zumindest einen Seitenwandelement 7 beziehungsweise 10 so ausgeführt, dass die Fügestelle im Falle einer Fehlfunktion der Speicherzelle 1 als Berstmembran fungiert und somit dann, wenn der im Aufnahmeraum 6 herrschende Druck den Schwellenwert überschreitet, birst.
2 zeigt eine zweite Ausführungsform, bei welcher die entlang der Erstreckungsrichtung verlaufende Ausdehnung des Rahmens 18 größer als die jeweilige, entlang der Erstreckungsrichtung verlaufende Ausdehnung des jeweiligen Seitenwandelements 7 beziehungsweise 10 ist. Dabei ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die Seitenwandelemente 7 und 10 zu Platten, das heißt zu zumindest im Wesentlichen zweidimensionalen Flächenelementen reduziert sind, sodass die Seitenwandelement 7 und 10 den Aufnahmeraum 6 vorzugsweise weder entlang der ersten Ausdehnungsrichtung noch entlang der zweiten Ausdehnungsrichtung begrenzen. Der Aufnahmeraum 6 wird somit entlang der ersten Ausdehnungsrichtung und entlang der zweiten Ausdehnungsrichtung bezogen auf die Seitenwandelemente 7 und 10 und den Rahmen 18 vorzugsweise ausschließlich durch den Rahmen 18 begrenzt. Somit sind die Seitenwandelemente 7 und 10 entlang der ersten Ausdehnungsrichtung und entlang der zweiten Ausdehnungsrichtung vollständig überdeckungsfrei zu dem Aufnahmeraum 6 angeordnet beziehungsweise umgekehrt.
Das jeweilige Seitenwandelement 7 beziehungsweise 10 fungiert beispielsweise als Deckel, welcher von innen, das heißt innerhalb des Aufnahmeraums 6 und somit beispielsweise auf einer dem Aufnahmeraum 5 zugewandten Innenseite mit der jeweiligen Elektrode 15 beziehungsweise 16 elektrisch kontaktiert ist.
3 zeigt eine dritte Ausführungsform, bei welcher das Seitenwandelement 7 durch Tiefziehen hergestellt ist. Bei der dritten Ausführungsform ist das Seitenwandelement 7 als ein tiefgezogener Napf ausgebildet, welcher auch als Tiefziehnapf bezeichnet wird. Hierdurch weist das Seitenwandelement 7 einen offenen Hohlquerschnitt auf, sodass das Seitenwandelement 7 den Aufnahmeraum 6 in die durch den Pfeil 8 veranschaulichte erste Richtung zumindest überwiegend, insbesondere vollständig, begrenzt. Ferner begrenzt der Tiefziehnapf den Aufnahmeraum 6 entlang der ersten Ausdehnungsrichtung und entlang der zweiten Ausdehnungsrichtung jeweils zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig. Auch bei der dritten Ausführungsform ist das Seitenwandelement 10 zu einem zumindest im Wesentlichen zweidimensionalen Flächenelement reduziert, sodass der Aufnahmeraum 6 entlang der ersten Ausdehnungsrichtung und entlang der zweiten Ausdehnungsrichtung vorzugsweise nicht durch das Seitenwandelement 10 begrenzt wird. Das Seitenwandelement 10 begrenzt den Aufnahmeraum 6 bei der dritten Ausführungsform lediglich in die durch den Pfeil veranschaulichte zweite Richtung. Bei der dritten Ausführungsform sind die Seitenwandelement 7 und 10 Deckel, welche mittels eines Klebstoffes 21 miteinander verklebt und dadurch miteinander gefügt sind. Der Klebstoff 21 fungiert als elektrisch isolierender Rahmen 18, über welchen die Seitenwandelemente 7 und 10 entlang der durch den Doppelpfeil 11 veranschaulichten Erstreckungsrichtung aneinander abgestützt und elektrisch voneinander isoliert sind. Ferner sind die Seitenwandelement 7 und 10 mittels des Klebstoffs 21 und somit mittels des Rahmens 18 gefügt und dabei jeweils, insbesondere thermisch, mit dem Rahmen 18 gefügt. Der Klebstoff 21 bildet beispielsweise in festem Aggregatzustand den Rahmen 18 und wird im festen Aggregatzustand, das heißt als der Rahmen 18 entlang der Erstreckungsrichtung zwischen den Seitenwandelementen 7 und 10 angeordnet. Die Seitenwandelement 7 und 10 werden beispielsweise thermisch mit dem Rahmen 18 gefügt, wodurch der Rahmen 18 mit dem jeweiligen Seitenwandelement 7 beziehungsweise 10 verklebt wird. Hierzu wird beispielsweise der Klebstoff 21 beziehungsweise der Rahmen 18 angeschmolzen und dadurch stoffschlüssig mit dem jeweiligen Seitenwandelement 7 beziehungsweise 10 verbunden. Durch dieses thermische Fügen wird auf die zuvor beschriebene Weise die in 3 nicht erkennbare Entlüftungseinrichtung 20 mit der Berstmembran 19 an der Fügestelle S hergestellt.
Grundsätzlich ist es denkbar, dass die jeweilige Elektrode 15 beziehungsweise 16 über eine jeweilige Fahne 22 beziehungsweise 23 (2) elektrisch mit dem jeweiligen Seitenwandelement 7 beziehungsweise 10 verbunden ist. Die jeweilige Fahne 22 beziehungsweise 23 ist beispielsweise separat von der jeweiligen Elektrode 15 beziehungsweise 16 und separat von dem jeweiligen Seitenwandelement 7 beziehungsweise 10 ausgebildet und mit der jeweiligen Elektrode 15 beziehungsweise 16 und mit dem jeweiligen Seitenwandelement 7 beziehungsweise 10 verbunden, insbesondere verschweißt. Ferner ist die jeweilige Fahne 22 beziehungsweise 23 elektrisch mit der jeweiligen Elektrode 15 beziehungsweise 16 und elektrisch mit dem jeweiligen Seitenwandelement 7 beziehungsweise 10 kontaktiert.
Als besonders vorteilhaft hat es sich jedoch gezeigt, wenn die jeweilige Fahne 22 beziehungsweise 23 einstückig mit der jeweils zugehörigen Elektrode 15 beziehungsweise 16 ausgebildet ist, sodass die Elektrode 15 die Fahne 22 und die Elektrode 16 die Fahne 23 selbst bilden. Hierdurch ist die jeweilige Elektrode 15 beziehungsweise 16 über ihre jeweilige Fahne 22 beziehungsweise 23 direkt, das heißt ohne Verwendung eines separaten, zusätzlichen Zwischenelements elektrisch an das jeweilige Seitenwandelement 7 beziehungsweise 10 angebunden, sodass die Teileanzahl und somit die Kosten der Speicherzelle 1 besonders gering gehalten werden können.
Die jeweilige Fahne 22 beziehungsweise 23 wird beispielsweise durch einen Wandbereich, insbesondere Randbereich, der jeweiligen Elektrode 15 beziehungsweise 16 gebildet, wobei der Wandbereich einstückig mit einem Grundkörper der jeweiligen Elektrode 15 beziehungsweise 16 ausgebildet ist, und von dem Grundkörper absteht. Hierbei ist der Wandbereich beispielsweise entlang wenigstens einer Raumrichtung schmaler beziehungsweise kleiner als der Grundkörper. Der Wandbereich ist direkt mit dem jeweiligen Seitenwandelement 7 beziehungsweise 10 verbunden. Insbesondere ist der Wandbereich mit dem jeweiligen Seitenwandelement 7 beziehungsweise 19 stoffschlüssig verbunden, insbesondere verschweißt. Hierdurch ist die jeweilige Elektrode 15 beziehungsweise 16 besonders kostengünstig an das jeweilige Seitenwandelement 7 beziehungsweise 10 elektrisch angebunden.
Während bei der ersten Ausführungsform die Elektroden 15 und 16 den Elektrodenwickel 17 bilden, bilden die die Elektroden 15 und 16 bei der zweiten Ausführungsform und bei der dritten Ausführungsform einen in dem Aufnahmeraum 6 angeordneten Elektrodenstapel 24. Die Elektroden 15 und 16 sind somit nicht gerollt, sondern aufeinander gestapelt, insbesondere entlang der Erstreckungsrichtung.
Bezugszeichenliste

1: Speicherzelle
2: Speichereinrichtung
3: Stapelrichtung
4: Zellstapel
5: Zellgehäuse
6: Aufnahmeraum
7: Seitenwandelement
8: Pfeil
9: Pfeil
10: Seitenwandelement
11: Doppelpfeil
12: Doppelpfeil
13: Doppelpfeil
14: Speichermittel
15: Elektrode
16: Elektrode
17: Elektrodenwickel
18: Rahmen
19: Berstmembran
20: Entlüftungseinrichtung
21: Klebstoff
22: Fahne
23: Fahne
24: Elektrodenstapel
S: Fügestelle

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 2011015152 A1 [0002]
DE 102009046801 A1 [0005]
DE 102009018787 A1 [0006]

Claims

Speicherzelle (1) für eine zum Speichern von elektrischer Energie ausgebildete Speichereinrichtung (2) für ein Kraftfahrzeug, mit einem Zellgehäuse (5), welches einen Aufnahmeraum (6), ein den Aufnahmeraum (6) in eine erste Richtung (8) zumindest überwiegend begrenzendes und elektrisch leitfähiges erstes Seitenwandelement (7) und ein den Aufnahmeraum (6) in eine der ersten Richtung (8) entgegengesetzte zweite Richtung (9) zumindest überwiegend begrenzendes, dem ersten Seitenwandelement (7) entlang der zweiten Richtung (9) gegenüberliegendes, elektrisch leitfähiges und separat von dem ersten Seitenwandelement (7) ausgebildetes zweites Seitenwandelement (10) aufweist, mit in dem Aufnahmeraum (6) angeordneten und wenigstens zwei Elektroden (15, 16) unterschiedlicher Polarität aufweisenden Speichermitteln (14) zum Speichern von elektrischer Energie, und mit einem elektrisch isolierenden Rahmen (18), über welchen die Seitenwandelemente (7, 10) aneinander abgestützt und elektrisch voneinander isoliert sind, wobei eine erste der Elektroden (15, 16) elektrisch mit dem ersten Seitenwandelement (7) und die zweite Elektrode (16) elektrisch mit dem zweiten Seitenwandelement (10) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der Seitenwandelemente (7, 10) mit dem Rahmen (18) an wenigstens einer Fügestelle (S) gefügt ist, wodurch die Fügestelle (S) als eine mindestens eine Berstmembran (19) aufweisende Entlüftungseinrichtung (20) zum Entlüften des Aufnahmeraums (6) ausgebildet ist.
Speicherzelle (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Seitenwandelement (7, 10) an der Fügestelle (S) mit dem Rahmen (18) thermisch gefügt, insbesondere verschweißt, ist
Speicherzelle (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Berstmembran (19) eine geringere Wanddicke als zumindest ein sich an die Berstmembran (19) anschließender Teilbereich des zumindest einen Seitenwandelements (7, 10) und/oder des Rahmens (18) aufweist.
Speicherzelle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen (18) entlang einer mit der ersten Richtung (8) und mit der zweiten Richtung (9) zusammenfallenden Erstreckungsrichtung (11) eine größere Erstreckung aufweist als das jeweilige Seitenwandelement.
Speicherzelle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmeraum (6) entlang einer senkrecht zur ersten Richtung (8) und senkrecht zur zweiten Richtung (9) verlaufenden ersten Ausdehnungsrichtung (12) und entlang einer senkrecht zur ersten Ausdehnungsrichtung (12) verlaufenden zweiten Ausdehnungsrichtung (13), welche senkrecht zur ersten Richtung (8) und senkrecht zur zweiten Richtung (9) verläuft, zumindest überwiegend, insbesondere vollständig, durch den Rahmen (18) überdeckt, insbesondere direkt begrenzt, ist.
Speicherzelle (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmeraum (6) entlang der ersten Ausdehnungsrichtung (12) und entlang der zweiten Ausdehnungsrichtung (13) vollständig überdeckungsfrei zu den Seitenwandelementen (7, 10) angeordnet ist.
Speicherzelle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen (18) einstückig ausgebildet ist.
Speicherzelle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen (18) aus einem Kunststoff gebildet ist.
Speicherzelle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der Seitenwandelemente (7, 10) durch Tiefziehen hergestellt ist.
Speicherzelle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Elektrode (15, 16) direkt mit dem jeweiligen Seitenwandelement (7, 10) elektrisch verbunden ist.
Speichereinrichtung (2) zum Speichern von elektrischer Energie für ein Kraftfahrzeug, mit mehreren Speicherzellen (1), welche jeweils aufweisen: - ein Zellgehäuse (5), welches einen Aufnahmeraum (6), ein den Aufnahmeraum (6) in eine erste Richtung (8) zumindest überwiegend begrenzendes und elektrisch leitfähiges erstes Seitenwandelement (7, 10) und ein den Aufnahmeraum (6) in eine der ersten Richtung (8) entgegengesetzte zweite Richtung (9) zumindest überwiegend begrenzendes, dem ersten Seitenwandelement (7) entlang der zweiten Richtung (9) gegenüberliegendes, elektrisch leitfähiges und separat von dem ersten Seitenwandelement (7) ausgebildetes zweites Seitenwandelement (10) aufweist; - in dem Aufnahmeraum (6) angeordnete und wenigstens zwei Elektroden (15, 16) unterschiedlicher Polarität aufweisende Speichermittel (14) zum Speichern von elektrischer Energie; und - einen elektrisch isolierenden Rahmen (18), über welchen die Seitenwandelemente (7, 10) aneinander abgestützt und elektrisch voneinander isoliert sind, wobei eine erste der Elektroden (15, 16) elektrisch mit dem ersten Seitenwandelement (7, 10) und die zweite Elektrode (15, 16) elektrisch mit dem zweiten Seitenwandelement (10) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der Seitenwandelemente (7, 10) des jeweiligen Zellgehäuses (5) mit dem jeweiligen Rahmen (18) des jeweiligen Zellgehäuses (5) an wenigstens einer Fügestelle (S) gefügt ist, wodurch die Fügestelle (S) als eine mindestens eine Berstmembran (19) aufweisende Entlüftungseinrichtung (20) zum Entlüften des Aufnahmeraums (6) ausgebildet ist.
Kraftfahrzeug, mit wenigstens einer Speichereinrichtung (2) nach Anspruch 11 und/oder mit wenigstens einer Speicherzelle (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 0.