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Die Erfindung betrifft eine Batteriezelle, die insbesondere für den Einsatz in einem Kraftfahrzeug eingerichtet und vorgesehen ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug, das insbesondere eine solche Batteriezelle aufweist.
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Im Zuge der fortschreitenden Elektrifizierung von Kraftfahrzeugen ist auch weiterhin Bauraum ein Kriterium, an dem für verschiedene Aspekte gespart werden sollte. So ist die mittels einer Batterieladung erzielbare Fahrstrecke abhängig von der Größe der eingesetzten Batterie, wobei „Größe“ stets als Zusammenspiel von Bauraumbedarf und möglicher Speicherkapazität zu betrachten ist. So wird eine Batterie mit vergleichsweise geringer Speicherkapazität regelmäßig einen größeren Bauraum einnehmen als eine Batterie mit hoher Speicherkapazität. Ziel ist es also, für die eingesetzten Batterien die „Leistungsdichte“ innerhalb des zur Verfügung stehenden Bauraums zu erhöhen, damit bei gleichbleibendem Bauraum die Fahrleistung, insbesondere also die maximal zurücklegbare Wegstrecke erhöht werden kann.
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Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, Batterien, insbesondere für Kraftfahrzeuge, zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Batteriezelle mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Außerdem wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 10. Vorteilhafte und teils für sich erfinderische Ausführungsformen und Weiterentwicklungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung dargelegt.
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Die erfindungsgemäße Batteriezelle ist insbesondere zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug eingerichtet und vorgesehen. Insbesondere ist die Batteriezelle zum Einsatz im Rahmen eines Batteriemoduls und damit vorzugsweise innerhalb einer mehrere solcher Batteriemodule umfassenden, sogenannten Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs eingerichtet und vorgesehen. Die Batteriezelle weist hierbei ein kastenartiges Zellgehäuse auf, das auf einer Seite, bspw. einer Schmalseite, eine Einbauöffnung aufweist. Die Batteriezelle weist weiterhin einen Gehäusedeckel auf, mittels dessen im bestimmungsgemäßen Endfertigungszustand der Batteriezelle die Einbauöffnung des Zellgehäuses verschlossen ist. Außerdem weist die Batteriezelle ein Blockaktivmaterial auf, das in dem Zellgehäuse angeordnet und dazu insbesondere durch die Einbauöffnung hindurch in das Zellgehäuse eingesetzt ist. Der Gehäusedeckel weist einen gegenüber seiner Restfläche (die insbesondere durch die Gesamtfläche des Gehäusedeckels abzüglich der Fläche des Anschlussabschnitts gebildet ist) abgegrenzten und elektrisch leitfähigen Anschlussabschnitt auf, der zur wenigstens mittelbaren elektrischen Anbindung der Batteriezelle an ein übergeordnetes Energienetz, insbesondere ein Bordnetz des Kraftfahrzeugs, eingerichtet und vorgesehen ist. Eine Anzahl von Kontaktfahnen das Blockaktivmaterials ist dabei gehäuseinnenseitig an den Anschlussabschnitt elektrisch angebunden.
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Bei der Batteriezelle handelt es sich vorzugsweise um eine Sekundärzelle, die auch als „Akkumulator“, „Akku“ oder dergleichen bezeichnet wird. Insbesondere ist die Batteriezelle als eine sogenannte „prismatische Zelle“, d. h. mit etwa (d. h. näherungsweise oder exakt) quaderförmiger Struktur, ausgebildet.
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Unter dem Begriff „Blockaktivmaterial“ wird hier und im Folgenden insbesondere das Material der Batteriezelle verstanden, das zur Speicherung und Abgabe von elektrischer Energie eingerichtet und vorgesehen ist. Insbesondere umfasst das Blockaktivmaterial mehrere (d. h. mindestens zwei) Elektroden (insbesondere in Form einer Anode und einer Kathode) sowie vorzugsweise auch ein Dielektrikum und/oder einen Distanzhalter. Zur Kontaktierung der elektrisch wirksamen (d. h. insbesondere ladungstragenden) Elemente (vorzugsweise also der Elektroden) des Blockaktivmaterials sind diese mit den vorstehend genannten Kontaktfahnen versehen.
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Dadurch, dass der Anschlussabschnitt, der zur elektrischen Kontaktierung der Batteriezelle mit dem Energienetz, bspw. mit einer elektrischen (Kontakt-) Leitung innerhalb des vorstehend genannten Batteriemoduls dient, als Teil des Gehäusedeckels ausgeführt ist, kann vorteilhafterweise Bauraum und/oder Materialaufwand für eine Durchführung von Kontaktelementen durch das Zellgehäuse entfallen.
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In einer bevorzugten Ausführung liegt der Anschlussabschnitt zu einem Gehäuseinnenraum des Zellgehäuses hin für die Anzahl von Kontaktfahnen, d. h. insbesondere zur Kontaktierung mit den Kontaktfahnen, zugänglich offen. Dadurch wird erkanntermaßen eine besonders flachbauende Ausführung des Gehäusedeckels ermöglicht, die wiederum zur Einsparung von Bauraum beiträgt.
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In einer zweckmäßigen Weiterbildung der vorstehend beschriebenen Ausführung bildet der Anschlussabschnitt zumindest teilweise den einzigen, den Gehäuseinnenraum begrenzenden Wandabschnitt des Gehäusedeckels. Somit liegt eine vorteilhafte Funktionsintegration in dem Gehäusedeckel vor, denn dieser dient sowohl dem, vorzugsweise mediendichten, Verschluss des Zellgehäuses als auch (bereichsweise) als Anschlusskontakt zur elektrischen Kontaktierung der Batteriezelle.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführung ist die Anzahl von Kontaktfahnen unmittelbar, vorzugsweise also ohne Zwischenschaltung von zusätzlichen Bauelementen, an den Anschlussabschnitt angebunden. Für den Fall, dass eine Vielzahl von elektrisch wirksamen Elementen des Blockaktivmaterials in dem Zellgehäuse angeordnet ist und somit insbesondere mehrere auf gleichem elektrischen Potenzial liegende Kontaktfahnen vorliegen, sind diese optional zusammengefasst, beispielsweise miteinander verschweißt, und als eine solche „Gruppe“ mit dem Anschlussabschnitt verbunden. Durch die unmittelbare Anbindung der Anzahl von Kontaktfahnen an den Anschlussabschnitt und dem damit bedingten Entfall von zusätzlichen Bauelementen zur Kontakt-Durchführung durch das Zellgehäuse werden außerdem Übergangswiderstände, die sich ansonsten zwischen unterschiedlichen, zur Kontaktierung herangezogenen Bauelementen ergeben, verringert und somit der Gesamtwiderstand der Batteriezelle und insbesondere eines durch mehrere solcher Batteriezellen gebildeten Batteriemoduls (sowie auch einer mehrere solcher Batteriemodule umfassenden) (Traktions-) Batterie gesenkt.
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In einer zweckmäßigen Variante ist die oder die jeweilige Kontaktfahne mit dem zugeordneten Anschlussabschnitt stoffschlüssig verbunden, insbesondere verschweißt oder verlötet.
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In einer weiteren zweckmäßigen Ausführung ist der Anschlussabschnitt umlaufend geschlossen in ein elektrisches isolierendes Material des Gehäusedeckels eingebettet. Vorzugsweise handelt es sich bei diesem elektrischen isolierenden Material um einen Kunststoff.
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In einer zweckmäßigen Weiterbildung weist der Gehäusedeckel einen aus dem elektrischen isolierenden Material, insbesondere dem Kunststoff, gefertigten Grundkörper auf, der wiederum ein Fenster aufweist, das durch den Anschlussabschnitt verschlossen ist. Anders ausgedrückt ist der Gehäusedeckel bis auf den Anschlussabschnitt aus elektrisch isolierendem Kunststoff gefertigt. Somit ist der Anschlussabschnitt auch von dem übrigen Bereich (d. h. der Restfläche) des Gehäusedeckels abgegrenzt.
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In einer alternativen Ausführung weist der Gehäusedeckel einen aus Metall gefertigten Grundkörper auf. In diesem Grundkörper ist wiederum ein Fenster eingeformt, in dem der Anschlussabschnitt mittels eines Rahmens, der wiederum aus dem elektrisch isolierenden Material, insbesondere dem Kunststoff, gefertigt ist, gehaltert (und damit abgegrenzt) ist. Durch diese Ausführung wird beispielsweise ermöglicht, den Gehäusedeckel mediendicht, insbesondere mittels Schweißen, an das Zellgehäuse anzubinden und dabei auch die Steifigkeit des Zellgehäuses zu erhöhen. Der aus dem elektrischen isolierenden Material gebildete Rahmen ermöglicht mithin die elektrische Isolation des Anschlussabschnitts von dem übrigen Zellgehäuse.
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In einer zweckmäßigen Ausführung, insbesondere für den Fall, dass das elektrisch isolierende Material ein Kunststoff ist, ist der Anschlussabschnitt in den Kunststoff spritzgießtechnisch eingebettet. Anders ausgedrückt wird der Anschlussabschnitt in den Gehäusedeckel eingespritzt. Der Gehäusedeckel bildet dabei - vorzugsweise sowohl in Ausführung als Kunststoffbauteil als auch in der Ausführung als Metallbauteil - ein Metall-Kunststoff-Verbundbauteil, das auf einfache Weise bereits eine vergleichsweise hohe Mediendichtheit aufweist.
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In einer weiteren zweckmäßigen Ausführung weist die Batteriezelle, insbesondere der Gehäusedeckel, zwei Anschlussabschnitte der vorstehend beschriebenen Art auf, an denen im bestimmungsgemäßen Endfertigungszustand jeweils auf unterschiedlichem elektrischen Potenzial liegende Gruppen (oder: Anzahlen) von Kontaktfahnen angebunden sind. Anders ausgedrückt sind an einem Anschlussabschnitt die der oder der jeweiligen Anode zugeordneten Kontaktfahnen angebunden, an dem anderen Anschlussabschnitt die der oder der jeweiligen Kathode zugeordneten Kontaktfahnen.
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Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug weist vorzugsweise einen elektrischen Antrieb, in jedem Fall aber die vorstehend beschriebene Batteriezelle auf.
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Somit weist das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug die gleichen Merkmale und mithin auch die gleichen Vorteile wie die erfindungsgemäße Batteriezelle auf.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
- 1 in einer schematischen Seitenansicht ein Kraftfahrzeug,
- 2 in einer schematischen Teilschnittansicht eine Batteriezelle des Kraftfahrzeugs, und
- 3 in einer schematischen Draufsicht die Batteriezelle.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren stets mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist schematisch ein Kraftfahrzeug, konkret ein Personenkraftwagen, im Folgenden als „Auto 1“ bezeichnet dargestellt. Zur Erzeugung des Vortriebs weist das Auto 1 einen elektrischen Antrieb, kurz als „Elektromotor 2“ bezeichnet, auf. Zur Energiebereitstellung umfasst das Auto 1 eine Traktionsbatterie 4, die wiederum mehrere Batteriemodule 6 in einem gemeinsamen Gehäuse 8 aufweist. Die Traktionsbatterie 4 ist in ein Bordnetz 10 des Autos 1 eingebunden, das zur Verteilung der von der Traktionsbatterie 4 bereitgestellten Energie, unter anderem an den Elektromotor 2, eingerichtet und vorgesehen ist. Jedes der Batteriemodule 6 weist eine Mehrzahl von in 1 nicht dargestellten Batteriezellen 11 (s. 2, 3) auf.
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In 2 ist eine der Batteriezellen 11 6 in einer Teilschnittansicht näher dargestellt. Die Batteriezelle 11 umfasst ein kastenartiges Zellgehäuse 12, das in 2 zur Bildoberseite hin dargestellt eine Einbauöffnung 14 aufweist. Die Batteriezelle 11 umfasst außerdem einen Gehäusedeckel 16, der im bestimmungsgemäßen Endfertigungszustand der Batteriezelle 11 (in 2 dargestellt) die Einbauöffnung 14 verschließt. Die Batteriezelle 11 umfasst außerdem ein Blockaktivmaterial 18, das unter anderem durch eine Vielzahl von elektrisch wirksamen Elementen (oder: Bauteilen) in Form von folienartigen und aneinander geschichteten Elektroden (nicht näher dargestellt) gebildet ist. Dieses Blockaktivmaterial ist durch die Einbauöffnung 16 in das Zellgehäuse 12 eingesetzt und somit in diesem angeordnet.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein Gehäuseinnenraum 20 des Zellgehäuses 12 in Längsrichtung durch eine Zwischenwand 22 in zwei Längskammern zur Aufnahme von zwei „Stapeln“ des Blockaktivmaterials 18 unterteilt. Diese Zwischenwand 22 kann optional auch entfallen.
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Der Gehäusedeckel 16 weist außerdem einen Anschlussabschnitt 24 auf, der aus einem elektrisch leitfähigen Material, konkret einem Metall, gebildet ist. Dieser Anschlussabschnitt 24 ist dazu eingerichtet und vorgesehen, die einzelnen Elektroden 18 und somit die Batteriezelle 11 an sich mittelbar elektrisch an das Bordnetz 10 anzubinden. Der Anschlussabschnitt 24 ist dabei gegenüber der Gesamtfläche des Gehäusedeckels 16 verkleinert. Der Anschlussabschnitt 24 bildet dabei einen Teil, d. h. konkret einen Wandabschnitt, der durch den Gehäusedeckel 16 gebildeten Seitenwand der Batteriezelle 11. Konkret bildet der Anschlussabschnitt 24 zumindest teilweise - d. h. bis auf im Folgenden beschriebene Randbereiche - die einzige den Gehäuseinnenraum 20 begrenzende Wandung.
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Die einzelnen Elektroden des Blockaktivmaterials 18 weisen sogenannte Kontaktfahnen 26 auf, die zur jeweiligen elektrischen Kontaktierung dienen und die unmittelbar gehäuseinnenseitig an den Anschlussabschnitt 24 angebunden und mit diesem elektrisch kontaktiert sind. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Kontaktfahnen 26 für jeden der o. g. Stapel zu jeweils einer (Unter-) Gruppe und anschließend zu einer gemeinsamen Gruppe zusammengefasst, bspw. verschweißt.
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Der Anschlussabschnitt 24 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel konkret als ein Blechbauteil ausgebildet, das zu einer tellerartigen Struktur tiefgezogen ist. Der Gehäusedeckel 16 ist durch einen metallischen Grundkörper 28 gebildet, in den ein Fenster 30 eingeformt ist, das wiederum mittels des Anschlussabschnitts 24 verschlossen ist. Dazu ist der Anschlussabschnitt 24 mit seinen Randbereichen (auch: seinem „Tellerrand“) in einen Rahmen 32 eingebettet, der das Fenster 30 mediendicht verschließt und den Anschlussabschnitt 24 gegenüber dem Grundkörper 28 elektrisch isoliert. Dazu ist der Rahmen 32 aus einem elektrisch isolierenden Material, konkret einem Kunststoff, ausgebildet. Der Anschlussabschnitt 24 ist dabei in einem Spritzgieß-Prozess in den Rahmen 32 eingespritzt und mit dem Grundkörper 28 verbunden.
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Dadurch, dass der Anschlussabschnitt 24 einen Wandabschnitt des Gehäusedeckels 16 bildet und unmittelbar mit den Kontaktfahnen 26 kontaktiert ist, entfallen zusätzliche Bauteile zur Kontaktierung der der Elektroden des Blockaktivmaterials 18 zur Außenseite des Zellgehäuses 12. Dadurch kann einerseits Bauraum eingespart und andererseits elektrischer Widerstand durch Bauteil- und Materialübergänge verringert werden.
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Wie aus 3 ersichtlich ist, weist der Gehäusedeckel 16 konkret zwei derartige Anschlussabschnitte 24 auf. Diese dienen jeweils zur (konkret gleichartigen) Kontaktierung der auf unterschiedlichem elektrischen Potenzial liegenden Elektroden, insbesondere also von Anoden und Kathoden, des Blockaktivmaterials 18. Aus 3 ist ebenfalls zu erkennen, dass eine Restfläche des Gehäusedeckels 16 größer ist als die Fläche der jeweiligen Anschlussabschnitte 24. Zur Kontaktierung der jeweiligen Batteriezelle 11 mit dem Bordnetz 10, konkret mit einer innerhalb des Batteriegehäuses 8 der Traktionsbatterie 4 verlaufenden Anschlussleitung 34, werden zunächst Kontaktleitungen innerhalb des jeweiligen Batteriemoduls 6 (nicht näher dargestellt) an die das entsprechende elektrische Potenzial führenden Anschlussabschnitte 24 der einzelnen Batteriezellen 11 angeschweißt und diese dann mit der Anschlussleitung 34 kontaktiert.
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Der Gegenstand der Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr können weitere Ausführungsformen der Erfindung von dem Fachmann aus der vorstehenden Beschreibung abgeleitet werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Auto
- 2
- Elektromotor
- 4
- Traktionsbatterie
- 6
- Batteriemodul
- 8
- Gehäuse
- 10
- Bordnetz
- 11
- Batteriezelle
- 12
- Zellgehäuse
- 14
- Einbauöffnung
- 16
- Gehäusedeckel
- 18
- Sekundärzelle
- 20
- Gehäuseinnenraum
- 22
- Zwischenwand
- 24
- Anschlussabschnitt
- 26
- Kontaktfahne
- 28
- Grundkörper
- 30
- Fenster
- 32
- Rahmen
- 34
- Anschlussleitung
