DE102019208063A1 - Method for producing a battery cell and battery cell - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Batteriezelle (2), wobei eine zum Fügen mit einem Siegel- oder Isolationselement (4) vorgesehene Oberfläche (6) einer Batteriezellen-Komponente (8) mittels eines Elektronenstrahls strukturiert wird, und wobei die Batteriezellen-Komponente (8) im Bereich der strukturierten Oberfläche (6) formschlüssig mit dem Siegel- oder Isolationselement (4) gefügt wird. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine solche Batteriezelle (2) sowie ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug (42) mit einer Batterie (44), welche eine solche Batteriezelle (2) aufweist.The invention relates to a method for producing a battery cell (2), wherein a surface (6) of a battery cell component (8) provided for joining with a sealing or insulating element (4) is structured by means of an electron beam, and wherein the battery cell component (8) in the area of the structured surface (6) is joined to the sealing or insulating element (4) in a form-fitting manner. The invention also relates to such a battery cell (2) and an electrically powered motor vehicle (42) with a battery (44) which has such a battery cell (2).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Batteriezelle, wobei ein Siegel- oder Isolationselement mit einer Batteriezellen-Komponente gefügt wird. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine solche Batteriezelle sowie ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug mit einer Batterie, welche eine solche Batteriezelle aufweist.The invention relates to a method for producing a battery cell, wherein a sealing or insulating element is joined to a battery cell component. The invention also relates to such a battery cell and an electrically powered motor vehicle with a battery which has such a battery cell.
Ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug weist typischerweise eine als Lithium-Ionen-Batterie ausgebildete (Traktions-)Batterie auf, welche einen Elektromotor zum Antrieb des Kraftfahrzeugs mit Energie versorgt. Dabei ist unter einem elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeug insbesondere ein Elektrofahrzeug, welches die zum Antrieb notwendige Energie lediglich in der Batterie speichert (BEV, battery electric vehicle), ein Elektrofahrzeug mit einem Reichweitenverlängerer (REEV, range extended electric vehicle), ein Hybridfahrzeug (HEV, hybrid electric vehicle), ein Plug-In-Hybridfahrzeug (PHEV, plug-in hybrid electric vehicle) und/oder ein Brennstoffzellenfahrzeug (FCEV, fuel cell electric vehicle) zu verstehen, welches die mittels einer Brennstoffzelle erzeugte elektrische Energie in der Batterie zwischenspeichert.An electrically driven motor vehicle typically has a (traction) battery designed as a lithium-ion battery, which supplies an electric motor with energy to drive the motor vehicle. An electrically powered motor vehicle is in particular an electric vehicle that stores the energy required for propulsion only in the battery (BEV, battery electric vehicle), an electric vehicle with a range extender (REEV, range extended electric vehicle), a hybrid vehicle (HEV, hybrid electric vehicle), a plug-in hybrid vehicle (PHEV, plug-in hybrid electric vehicle) and / or a fuel cell vehicle (FCEV, fuel cell electric vehicle), which temporarily stores the electrical energy generated by a fuel cell in the battery.
Eine solche Batterie weist mehrere Batteriezellen auf, welche für einen sicheren Betrieb gas- und flüssigkeitsdicht sein soll. Insbesondere sind ein Austreten von flüssigem Elektrolyt aus der Batteriezelle und/oder ein Eindringen von Wasser in die Batteriezelle zu vermeiden. Zudem soll kein Bestandteil der Batteriezelle, welches im Folgenden als Batteriezellen-Komponente bezeichnet ist, mit beiden Polen der Batteriezelle elektrisch kontaktiert sein.Such a battery has several battery cells, which should be gas- and liquid-tight for safe operation. In particular, leakage of liquid electrolyte from the battery cell and / or penetration of water into the battery cell are to be avoided. In addition, no part of the battery cell, which is referred to below as a battery cell component, should be in electrical contact with both poles of the battery cell.
Beispielsweise wird als Flüssigkeits- und Gasdichtung und/oder zur elektrischen Isolation ein Siegel- oder Isolationselement verwendet, welches an der entsprechenden Batteriezellen-Komponente befestigt wird. Beispielsweise wird die Oberfläche der Batteriezellen-Komponente dabei mit einer Beschichtung versehen, um ein Haften des Siegel- oder Isolationselements an dieser zu verbessern. Beispielsweise wird eine Batteriezellen-Komponente aus Aluminium chromatiert oder mit Zirkon beschichtet. Eine Batteriezellen-Komponente aus Kupfer wird beispielsweise mit Nickel beschichtet. Infolge der Beschichtung werden Eigenschaften der Oberfläche der Batteriezellen-Komponente verändert. So wird bei einer Nickelschicht beispielhaft die Härte der Oberfläche erhöht. Dabei werden für die Herstellung der Batteriezelle gegebenenfalls notwendige weitere Schritte, beispielsweise ein Anschweißen einer weiteren Komponente auf der Nickelbeschichteten Oberfläche mittels Ultraschall, nachteilig erschwert. Des Weiteren ist ein solches Beschichten vergleichsweise kostenintensiv.For example, a sealing or insulating element, which is attached to the corresponding battery cell component, is used as a liquid and gas seal and / or for electrical insulation. For example, the surface of the battery cell component is provided with a coating in order to improve the adhesion of the sealing or insulation element to it. For example, a battery cell component made of aluminum is chromated or coated with zirconium. A battery cell component made of copper is coated with nickel, for example. As a result of the coating, properties of the surface of the battery cell component are changed. With a nickel layer, for example, the hardness of the surface is increased. Any further steps necessary for the production of the battery cell, for example welding a further component onto the nickel-coated surface by means of ultrasound, are disadvantageously made more difficult. Furthermore, such a coating is comparatively cost-intensive.
Weiterhin ist es bekannt, Oberflächen mittels eines Lasers zu strukturieren. Allerdings erfolgt beim Strukturieren einer Oberfläche mittels eines Lasers ein vergleichsweiser hoher thermischer Energieeintrag und damit einhergehend eine vergleichsweise hohe Gefahr einer Oxidation an der Oberfläche und/oder einer vergleichsweise große Wärmeeinflusszone.It is also known to structure surfaces by means of a laser. However, when structuring a surface by means of a laser, there is a comparatively high thermal energy input and, associated therewith, a comparatively high risk of oxidation on the surface and / or a comparatively large heat-affected zone.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein besonders geeignetes Verfahren zum Herstellen einer Batteriezelle anzugeben. Insbesondere soll dabei ein Siegel- oder Isolationselement möglichst zuverlässig mit der Batteriezellen-Komponente gefügt und/oder die Herstellung der Batteriezelle möglichst kostensparend sein. Des Weiteren soll eine solche Batteriezelle sowie ein Kraftfahrzeug mit einer Batterie angegeben werden, welche eine solche Batteriezelle aufweist.The invention is based on the object of specifying a particularly suitable method for producing a battery cell. In particular, a sealing or insulation element should be joined to the battery cell component as reliably as possible and / or the production of the battery cell should be as cost-effective as possible. Furthermore, such a battery cell and a motor vehicle with a battery are to be specified which has such a battery cell.
Bezüglich des Verfahrens wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Hinsichtlich der Batteriezelle wird die Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 9 und bezüglich des Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen des Anspruchs 10 erfindungsgemäß gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Dabei gelten die Ausführungen im Zusammenhang mit dem Verfahren sinngemäß auch für die Batteriezelle sowie für das Kraftfahrzeug und umgekehrt.With regard to the method, the object is achieved according to the invention by the features of claim 1. With regard to the battery cell, the object is achieved with the features of claim 9 and with regard to the motor vehicle with the features of
Gemäß dem Verfahren zum Herstellen einer Batteriezelle wird in einem ersten Schritt eine zum Fügen mit einem Siegel- oder Isolationselement vorgesehene Oberfläche einer Batteriezellen-Komponente mittels eines Elektronenstrahls strukturiert.According to the method for producing a battery cell, in a first step a surface of a battery cell component provided for joining with a sealing or insulating element is structured by means of an electron beam.
Zweckmäßigerweise ist die Batteriezellen-Komponente dabei aus einem Metall gebildet oder weist zumindest ein Metall auf. Der Elektronenstrahl wirkt auf die Batteriezellen-Komponente ein. Insbesondere werden dabei unter Bildung einer (Oberflächen-) Struktur Material der Batteriezellen-Komponente entsprechend geschmolzen und/oder verdampft. Zusammenfassend ist die Oberflächenstruktur also nicht auf die Batteriezellen-Komponente aufgetragen sondern in die Batteriezellen-Komponente eingebracht.The battery cell component is expediently formed from a metal or has at least one metal. The electron beam acts on the battery cell component. In particular, material of the battery cell component is correspondingly melted and / or evaporated while forming a (surface) structure. In summary, the surface structure is therefore not applied to the battery cell component but is introduced into the battery cell component.
In einem zweiten Schritt des Verfahrens wird die Batteriezellen-Komponente im Bereich der strukturierten Oberfläche formschlüssig mit dem Siegel- oder Isolationselement gefügt. Das Siegel- oder Isolationselement ist dabei geeigneterweise aus einem Kunststoff gebildet. Das Siegel- oder Isolationselement ist also ein Element, mittels welchem ein Batteriezellengehäuse der Batteriezelle versiegelt, also luft- und flüssigkeitsdicht verschlossen, ist und/oder mittels welchem zwei Batteriezellen-Komponenten zueinander elektrisch isoliert sind.In a second step of the method, the battery cell component is positively joined to the sealing or insulation element in the area of the structured surface. The sealing or insulating element is suitably formed from a plastic. The sealing or insulation element is thus an element by means of which a battery cell housing of the battery cell is sealed, that is to say closed airtight and liquid-tight, and / or by means of which two battery cell components are electrically isolated from one another.
Insbesondere ist die Batteriezelle als eine Lithium-Ionen-Batteriezelle ausgebildet. Geeigneterweise ist die Batteriezelle für eine (Traktions-)Batterie eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs vorgesehen.In particular, the battery cell is designed as a lithium-ion battery cell. The battery cell is suitably provided for a (traction) battery of an electrically driven motor vehicle.
Unter einem „Formschluss“ oder einer „formschlüssigen Verbindung“ zwischen wenigstens zwei miteinander verbundenen Teilen wird hier und im Folgenden insbesondere verstanden, dass der Zusammenhalt der miteinander verbundenen Teile zumindest in einer Richtung durch ein unmittelbares Ineinandergreifen von Konturen der Teile selbst oder durch ein mittelbares Ineinandergreifen über ein zusätzliches Verbindungsteil erfolgt. Das „Sperren“ einer gegenseitigen Bewegung in dieser Richtung erfolgt also formbedingt.A “form fit” or a “form fit connection” between at least two interconnected parts is understood here and in the following in particular to mean that the interconnected parts are held together at least in one direction by direct interlocking of contours of the parts themselves or by indirect interlocking takes place via an additional connecting part. The "blocking" of a mutual movement in this direction is therefore due to the shape.
Vorteilhaft ist aufgrund des Formschlusses eine vergleichsweise zuverlässige Verbindung des Siegel- oder Isolationselements mit der Batteriezellen-Komponente realisiert. Des Weiteren ist für eine zuverlässige Verbindung des Siegel- oder Isolationselements mit der Batteriezellen-Komponente aufgrund des Formschlusses keine zusätzliche Beschichtung, wie eingangs dargestellt, notwendig. Somit ist eine vergleichsweise kostensparende Herstellung der Batteriezelle realisiert. Weiterhin ist eine unerwünschte Veränderung der Oberflächeneigenschaften der Batteriezellen-Komponente aufgrund der Beschichtung vermieden.A comparatively reliable connection of the sealing or insulation element to the battery cell component is advantageously realized due to the form fit. Furthermore, due to the form fit, no additional coating, as described above, is necessary for a reliable connection of the sealing or insulation element to the battery cell component. A comparatively cost-saving production of the battery cell is thus achieved. Furthermore, an undesired change in the surface properties of the battery cell component due to the coating is avoided.
Gemäß einer geeigneten Ausgestaltung des Verfahrens werden die Batteriezellen-Komponente und das damit zu fügende Siegel- oder Isolationselement gegeneinander verpresst. Vorzugsweise wird das Siegel- oder Isolationselement zusätzlich erwärmt. Infolgedessen erfolgt eine zumindest geringfügige Verformung des Siegel- oder Isolationselements unter Bildung des Formschlusses mit der Oberflächenstruktur der Batteriezellen-Komponente.According to a suitable embodiment of the method, the battery cell component and the sealing or insulation element to be joined with it are pressed against one another. The sealing or insulation element is preferably additionally heated. As a result, there is at least a slight deformation of the sealing or insulation element with the formation of the form fit with the surface structure of the battery cell component.
Gemäß einer geeigneten Ausgestaltung wird in die Oberfläche der Batteriezellen-Komponente eine regelmäßige Oberflächenstruktur eingebracht. Insbesondere sind Strukturelemente der Oberflächenstruktur regelmäßig angeordnet und/oder regelmäßig ausgebildet. Vorzugsweise sind die Strukturelemente periodisch wiederholend angeordnet, äquidistant zueinander beabstandet, und/oder symmetrisch ausgebildet. Eine regelmäßige Oberflächenstruktur und damit einhergehend eine Zuverlässigkeit des Formschlusses zwischen der Batteriezellen-Komponenten und dem Siegel- oder Isolationselement ist dabei vorteilhaft vergleichsweise leicht reproduzierbar.According to a suitable embodiment, a regular surface structure is introduced into the surface of the battery cell component. In particular, structural elements of the surface structure are regularly arranged and / or regularly formed. The structural elements are preferably arranged in a periodically repeating manner, spaced equidistantly from one another, and / or formed symmetrically. A regular surface structure and the associated reliability of the form fit between the battery cell components and the sealing or insulating element is advantageously comparatively easy to reproduce.
Beispielsweise sind die Strukturelemente sind als porenartige, halbkugelförmige oder prismatische Vertiefungen, oder als pilzkopfförmige, prismenförmige oder halbkugelförmige Erhebungen ausgebildet. Alternativ ist die Oberflächenstruktur beispielsweise als eine Aufrauhung der Oberfläche ausgebildet.For example, the structural elements are designed as pore-like, hemispherical or prismatic depressions, or as mushroom-head-shaped, prism-shaped or hemispherical elevations. Alternatively, the surface structure is designed, for example, as a roughening of the surface.
Das Einbringen einer solchen Oberflächenstruktur mittels des Elektronenstrahls erfolgt zweckmäßigerweise im Vakuum. Hierzu ist die Batteriezellenkomponente im Zuge des Bearbeitens mit dem Elektronenstrahl in eine Vakuumkammer eingebracht. Unter einem Vakuum wird hier insbesondere eine Umgebung bei einem Druck kleiner als 10-4 mbar verstanden. Somit können die oben dargestellten Strukturelemente vergleichsweise präzise in die Oberfläche eingebracht werden.The introduction of such a surface structure by means of the electron beam is expediently carried out in a vacuum. For this purpose, the battery cell component is introduced into a vacuum chamber in the course of processing with the electron beam. A vacuum is understood here to mean in particular an environment at a pressure of less than 10 -4 mbar. Thus, the structural elements shown above can be introduced into the surface with comparative precision.
Alternativ hierzu erfolgt das Einbringen einer solchen Oberflächenstruktur mittels des Elektronenstrahls bei Umgebungsdruck. Aufgrund einer Streuung der Elektronen an den Teilchen der Atmosphäre werden dabei zufällig verteilte, insbesondere porenartige, Vertiefungen mit einer zufälligen Tiefe in die Oberfläche eingebracht. Hierbei ist eine Vakuumkammer für die Batteriezellen-Komponente nicht notwendig, so dass eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens vergleichsweise einfach aufgebaut ist.As an alternative to this, such a surface structure is introduced by means of the electron beam at ambient pressure. Due to a scattering of the electrons on the particles in the atmosphere, randomly distributed, in particular pore-like, depressions with a random depth are made in the surface. A vacuum chamber for the battery cell component is not necessary here, so that a device for carrying out the method has a comparatively simple structure.
Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung wird zum Strukturieren der Oberfläche ein defokussierter Elektronenstrahl herangezogen. Also ist der Fokus des Elektronenstrahls nicht in der mittels der Oberfläche gebildeten Bearbeitungsebene angeordnet. Insbesondere wird der defokussierte Elektronenstrahl zum einbringen einer unregelmäßigen, also zufällig ausgebildeten, Oberflächenstruktur herangezogen.According to an expedient embodiment, a defocused electron beam is used to structure the surface. The focus of the electron beam is therefore not arranged in the processing plane formed by means of the surface. In particular, the defocused electron beam is used to introduce an irregular, that is to say randomly formed, surface structure.
Im Vergleich zum eingangs erwähnten Strukturieren der Oberfläche mittels eines Lasers, bei welchen jede der porenartigen Vertiefungen einzeln eingebracht werden muss, werden hier vorteilhafterweise mittels der Elektronenstrahls mehrere porenartige Vertiefungen, auch als Oberflächenperforation bezeichnet, oder eine Aufrauhung der Oberfläche mittels des Elektronenstrahls auf einer vergleichsweise großen Fläche eingebracht. Somit ist eine zeitsparende Herstellung der Oberflächenstruktur und somit der Batteriezelle realisiert.In comparison to the structuring of the surface by means of a laser mentioned at the beginning, in which each of the pore-like depressions has to be introduced individually, several pore-like depressions, also referred to as surface perforations, or a roughening of the surface by means of the electron beam on a comparatively large one, are advantageously made here by means of the electron beam Area introduced. A time-saving production of the surface structure and thus the battery cell is thus achieved.
Gemäß einer geeigneten Ausgestaltung ist die Batteriezelle als eine prismatische Zelle ausgebildet, wobei als Batteriezellen-Komponente ein Gehäusedeckel und als Siegel- oder Isolationselement ein Isolationsband herangezogen wird. Mit anderen Worten wird bei einer als sogenannte prismatische Zelle ausgebildeten Batteriezelle die Oberfläche deren Gehäusedeckel mittels des Elektronenstrahls strukturiert und der Gehäusedeckel im Bereich der strukturierten Oberfläche mit dem Isolationsband gefügt.According to a suitable embodiment, the battery cell is designed as a prismatic cell, a housing cover being used as the battery cell component and an insulating tape being used as the sealing or insulating element. In other words, in the case of a battery cell designed as a so-called prismatic cell, the surface becomes whose housing cover is structured by means of the electron beam and the housing cover is joined to the insulating tape in the area of the structured surface.
Das Isolationsband ist dabei zweckmäßigerweise derart am Gehäusedeckel angeordnet, dass mittels diesem im Montagezustand der Batterie eine elektrische Isolation der Terminals der Batteriezelle bewirkt ist. Hierzu ist das Isolationsband zweckmäßigerweise in einem Bereich des Gehäusedeckels angeordnet, welcher im Montagezustand benachbart und/oder in Kontakt zum jeweiligen Terminal angeordnet ist.The insulation tape is expediently arranged on the housing cover in such a way that it effects electrical insulation of the terminals of the battery cell when the battery is installed. For this purpose, the insulating tape is expediently arranged in a region of the housing cover which, in the assembled state, is arranged adjacent to and / or in contact with the respective terminal.
Bei einer als prismatische Zelle ausgebildeten Batteriezelle wird in geeigneter Ausgestaltung zusätzlich oder alternativ hierzu das Terminal als Batteriezellen-Komponente und ein Siegelrahmen für das Terminal als Siegel- oder Isolationselement herangezogen. Insbesondere ist der Siegelrahmen umfangsseitig des Terminals angeordnet, so dass dieser im Montagezustand der Batteriezelle zwischen dem Terminal und dem Gehäusedeckel angeordnet ist. Somit wirkt der Siegelrahmen sowohl als eine Flüssigkeits- und Gasdichtung als auch eine elektrische Isolation des Terminals gegenüber dem Gehäusedeckel. Sofern das Terminal aus mehreren Bestandteilen gebildet ist, sind jedes der Bestandteile oder eine Teilanzahl der Bestandteile jeweils mit einer Oberflächenstruktur versehen und mit einem jeweiligen Siegel- oder Isolationselement versehen, wobei das Terminal anschließend zusammengebaut und montiert wird. Alternativ werden zunächst die Bestandteile zum Terminal miteinander gefügt und anschließend mit einer Oberflächenstruktur versehen, die mit einem gemeinsamen Siegel- oder Isolationselement formschlüssig gefügt wird.In the case of a battery cell designed as a prismatic cell, in a suitable embodiment, the terminal is additionally or alternatively used as a battery cell component and a sealing frame for the terminal is used as a sealing or insulating element. In particular, the sealing frame is arranged on the peripheral side of the terminal, so that it is arranged between the terminal and the housing cover when the battery cell is in the assembled state. The sealing frame thus acts both as a liquid and gas seal and as an electrical insulation for the terminal from the housing cover. If the terminal is formed from several components, each of the components or a partial number of the components are each provided with a surface structure and provided with a respective sealing or insulating element, the terminal being then assembled and installed. Alternatively, the components of the terminal are first joined together and then provided with a surface structure that is joined in a form-fitting manner with a common sealing or insulation element.
Gemäß einer alternativen Ausgestaltung, bei welcher die Batteriezelle als eine Pouchzelle ausgebildet ist, wird als Batteriezellen-Komponente ein Zell-Ableiter und als Siegel- oder Isolationselement ein Vorsiegelband herangezogen. Das Vorsiegelband umfasst zweckmäßigerweise den jeweiligen Zell-Ableiter umfangsseitig.According to an alternative embodiment, in which the battery cell is designed as a pouch cell, a cell arrester is used as the battery cell component and a pre-sealing tape is used as the sealing or insulating element. The presealing tape expediently encompasses the respective cell arrester on the circumference.
Das, zweckmäßigerweise elektrisch isolierend ausgebildete, Vorsiegelband ist im Montagezustand der Pouchzelle zweckmäßigerweise zwischen dem Zell-Ableiter und einer Gehäusefolie angeordnet. Dabei dient das Vorsiegelband als eine Flüssigkeits- und Gasdichtung für Gehäuseöffnung, durch welche der Zell-Ableiter ragt.The presealing tape, which is expediently designed to be electrically insulating, is expediently arranged between the cell arrester and a housing foil in the assembled state of the pouch cell. The pre-sealing tape serves as a liquid and gas seal for the housing opening through which the cell arrester protrudes.
Gemäß einer weiteren alternativen Ausgestaltung ist die Batteriezelle als eine Rahmenflachzelle ausgebildet, wobei als Batteriezellen-Komponente eine, insbesondere als Seitenblech (Hüllblech) ausgebildete, Gehäuseseite und als Siegel- oder Isolationselement ein Siegelrahmen herangezogen wird. Dabei wird die einer weiteren Gehäuseseite zugewandte Seite der Gehäuseseite im Umfangsbereich strukturiert. Also ist die Oberfläche, die verfahrensgemäß strukturiert wird, an dieser Gehäuseseite im Umfangsbereich angeordnet.According to a further alternative embodiment, the battery cell is designed as a frame flat cell, with a housing side, in particular designed as a side sheet (cladding sheet), being used as the battery cell component and a sealing frame as a sealing or insulating element. The side of the housing side facing a further housing side is structured in the circumferential area. The surface that is structured according to the method is therefore arranged on this side of the housing in the circumferential area.
Das als Siegelrahmen ausgebildete Siegel- oder Isolationselement dient dabei als Flüssigkeits- und Gasdichtung sowie zur elektrischen Isolation, wobei der Siegelrahmen zwischen der Gehäuseseite und der weiteren Gehäuseseite angeordnet ist. Beispielsweise sind die beiden Gehäueseseiten anhand Tiefziehens schalenförmig mit einem umlaufenden Fügeflansch geformt. Der Siegelrahmen ist dann im Montagezustand der Batteriezelle zwischen den Fügeflanschen der beiden Gehäuseseiten angeordnet. Alternativ hierzu ist im Montagezustand der Batteriezelle zwischen der Gehäuseseite und der weiteren Gehäuseseite ein Rahmen eingebracht, wobei der Siegelrahmen zwischen der Gehäuseseite und dem Rahmen angeordnet ist. Zweckmäßigerweise ist der Siegelrahmen mit dem Rahmen gefügt oder ist Teil des Rahmens.The sealing or insulation element designed as a sealing frame serves as a liquid and gas seal and for electrical insulation, the sealing frame being arranged between the housing side and the further housing side. For example, the two sides of the housing are shell-shaped with a circumferential joining flange by means of deep drawing. When the battery cell is in the assembled state, the sealing frame is then arranged between the joining flanges of the two housing sides. As an alternative to this, when the battery cell is in the assembled state, a frame is introduced between the housing side and the further housing side, the sealing frame being arranged between the housing side and the frame. The sealing frame is expediently joined to the frame or is part of the frame.
Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung ist eine Batteriezelle gemäß dem Verfahren in einer der oben dargestellten Varianten hergestellt. Insbesondere ist also eine Oberfläche einer deren Batteriezellen-Komponenten mittels eines Elektronenstrahls mit einer Oberflächenstruktur versehen. Die die Batteriezellen-Komponente ist weiterhin im Bereich der strukturierten Oberfläche formschlüssig mit dem Siegel- oder Isolationselement gefügt.According to an expedient embodiment, a battery cell is produced according to the method in one of the variants presented above. In particular, a surface of one of its battery cell components is provided with a surface structure by means of an electron beam. The battery cell component is also joined to the sealing or insulation element in a form-fitting manner in the area of the structured surface.
Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung weist ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug eine Batterie mit einer Batteriezelle auf, wobei die Batteriezelle nach einer der oben dargestellten Varianten des Verfahrens hergestellt ist. Vorzugsweise ist die Batterie eine Traktionsbatterie, welche zum Antrieb des Kraftfahrzeugs einen Elektromotor mit elektrischer Energie versorgt.According to an expedient embodiment, an electrically driven motor vehicle has a battery with a battery cell, the battery cell being produced according to one of the above-described variants of the method. The battery is preferably a traction battery which supplies an electric motor with electrical energy to drive the motor vehicle.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
-
1 in einem Flussdiagramm einen Verfahrensablauf zur Herstellung einer Batteriezelle, bei welchem eine Oberfläche einer Batteriezellen-Komponente mittels einer Elektronenstrahls strukturiert wird, und bei welchem die Batteriezellen-Komponente im Bereich der Oberflächenstruktur mit einem Siegel- oder Isolationselement gefügt wird, -
2a bis2d in schematischer Darstellung unterschiedliche Varianten der Oberflächenstruktur mit als porenartige Vertiefungen, als Aufrauhung, als halbkugelförmige Vertiefungen und bzw. als pilzkopfförmige Erhebungen ausgebildeten Strukturelementen, -
3 in einer schematischen Schnittdarstellung eine als prismatische Zelle ausgebildete Batteriezelle, deren Gehäusedeckel formschlüssig mit einem Isolationsband gefügt ist, und wobei deren Terminal formschlüssig mit einem Siegelrahmen gefügt ist, -
4a schematisch in einer perspektivischen Ansicht einen Zell-Ableiter einer als Pouchzelle ausgebildeten Batteriezelle, wobei der Zell-Ableiter umfangsseitig mit einem Vorsiegelband gefügt ist, -
4b in einer schematischen Schnittdarstellung die als Pouchzelle ausgebildete Batteriezelle, wobei das Vorsiegelband zwischen dem Zell-Ableiter und einer Gehäusefolie angeordnet ist, -
5a in einer schematischen Schnittdarstellung eine als Rahmenflachzelle ausgebildete Batteriezelle, wobei das Batteriegehäuse mittels zweier schalenförmiger Gehäuseseiten gebildet ist, welche an deren Fügeflanschen miteinander mittels eines zwischen den Fügeflanschen angeordneten Siegelrahmens gefügt sind, -
5b schematisch in einer perspektivischen Explosionsdarstellung eine alternative Ausgestaltung der als Rahmenflachzelle ausgebildeten Batteriezelle, wobei ein Rahmen zwischen zwei ebenen Gehäuseseiten angeordnet ist, und wobei jeweils zwischen dem Rahmen und den Gehäuseseiten ein Siegelrahmen angeordnet ist, und -
6 in einer schematischen Draufsicht ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug, welches eine Batterie mit einer Anzahl an Batteriezellen aufweist.
-
1 in a flow chart a process sequence for the production of a battery cell, in which a surface of a battery cell component is structured by means of an electron beam, and in which the battery cell component is joined in the area of the surface structure with a sealing or insulation element, -
2a to2d In a schematic representation, different variants of the surface structure with as pore-like depressions, as roughening, as hemispherical Depressions and structural elements designed as mushroom-head-shaped elevations, -
3 in a schematic sectional view of a battery cell designed as a prismatic cell, the housing cover of which is positively joined to an insulating tape, and the terminal of which is positively joined to a sealing frame, -
4a schematically, in a perspective view, a cell arrester of a battery cell designed as a pouch cell, the cell arrester being joined on the circumference with a presealing tape, -
4b in a schematic sectional view the battery cell designed as a pouch cell, with the pre-sealing tape being arranged between the cell arrester and a housing film, -
5a in a schematic sectional view of a battery cell designed as a frame flat cell, the battery housing being formed by means of two shell-shaped housing sides which are joined to one another at their joining flanges by means of a sealing frame arranged between the joining flanges, -
5b schematically in a perspective exploded view an alternative embodiment of the battery cell designed as a frame flat cell, wherein a frame is arranged between two flat housing sides, and wherein a sealing frame is arranged between the frame and the housing sides, and -
6th in a schematic plan view an electrically powered motor vehicle which has a battery with a number of battery cells.
Einander entsprechende Teile und Größen sind in allen Figuren stets mit gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts and sizes are always provided with the same reference symbols in all figures.
Das in der
In einem darauf folgenden zweiten Schritt
Die Batteriezellen-Komponente
Unterschiedliche Varianten der auf diese Weise in die Oberfläche
Die in der
In der
Gemäß einer nicht weiter dargestellten Variante sind mittels eines defokussierten Elektronenstrahls porenartige oder sacklochartige Vertiefungen in die Oberfläche
In den
Mittels des Siegel- oder Isolationselements
In der
Das Terminal
Das Terminal
Zusammenfassend sind das Terminal
In der
In der Schnittdarstellung der
In der
In der
Zwischen den Gehäuseseiten
Zusammenfassend dient das als Siegelrahmen
In
Die Batteriezellen
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit den Ausführungsbeispielen beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.The invention is not restricted to the exemplary embodiments described above. Rather, other variants of the invention can also be derived from this by the person skilled in the art without departing from the subject matter of the invention. In particular, all of the individual features described in connection with the exemplary embodiments can also be combined with one another in other ways without departing from the subject matter of the invention.
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 22
- BatteriezelleBattery cell
- 44th
- Siegel- oder IsolationselementSealing or isolation element
- 66th
- Oberflächesurface
- 88th
- Batteriezellen-KomponenteBattery cell component
- 1010
- StrukturelementStructural element
- 1212
- GehäusedeckelHousing cover
- 1414th
- GehäuseinnenraumHousing interior
- 1616
- IsolationsbandInsulation tape
- 1818th
- Terminalterminal
- 2020th
- GehäusedeckelöffnungHousing cover opening
- 2222nd
- innerer Kontaktinner contact
- 2424
- SiegelrahmenSealing frame
- 2626th
- Zell-AbleiterCell arrester
- 2828
- VorsiegelbandPre-sealing tape
- 3030th
- GehäusefolieHousing foil
- 3232
- GehäuseseiteHousing side
- 3434
- SchalenbodenTray bottom
- 3636
- SchalenwandShell wall
- 3838
- FügeflanschJoining flange
- 4040
- Rahmenframe
- 4242
- KraftfahrzeugMotor vehicle
- 4444
- Batteriebattery
- 4646
- BatteriegehäuseBattery case
- 4848
- ZellmodulCell module
- 5050
- ZellmodulgehäuseCell module housing
- 5252
- LastanschlussLoad connection
- 5454
- Verbraucherconsumer
- 5656
- Batteriezellenanschluss Battery cell connection
- II.
- Strukturieren der Oberfläche der Batteriezellen-KomponenteStructuring the surface of the battery cell component
- IIII
- Fügen der Batteriezellen-Komponente mit dem Siegel- oder IsolationselementJoining the battery cell component with the sealing or insulation element
Claims (10)
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---|---|---|---|
DE102019208063.4A DE102019208063A1 (en) | 2019-06-03 | 2019-06-03 | Method for producing a battery cell and battery cell |
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DE102019208063.4A DE102019208063A1 (en) | 2019-06-03 | 2019-06-03 | Method for producing a battery cell and battery cell |
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DE102019208063A1 true DE102019208063A1 (en) | 2020-12-03 |
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ID=73264708
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DE102019208063.4A Pending DE102019208063A1 (en) | 2019-06-03 | 2019-06-03 | Method for producing a battery cell and battery cell |
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Cited By (1)
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-
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Title |
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Elektronenstrahl-Materialbearbeitung. In: Wikipedia. Bearbeitungsstand: 11.03.2019, 18:16 Uhr. URL: https://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Elektronenstrahl-Materialbearbeitung&oldid=186482603 [abgerufen am 02.04.2020] * |
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