-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bereitstellen eines Zellgehäuseteils für ein Zellgehäuse einer Batteriezelle, welches einen Innenbereich zur Aufnahme zumindest einer Zellkomponente der Batteriezelle aufweist. Dabei wird das Zellgehäuseteil bereitgestellt, welches eine metallische Zellgehäusewand mit einer ersten Seite, die eine dem Innenbereich zugewandte Innenseite definiert, und mit einer zweiten Seite, die eine dem Innenbereich abgewandte Außenseite definiert, bereitstellt. Die Erfindung betrifft auch ein Zellgehäuse und eine Batteriezelle für eine Hochvoltbatterie eines Kraftfahrzeugs.
-
Hochvoltbatterien von Kraftfahrzeugen können vielzählige Batteriezellen umfassen, die in Zellmodulen mit jeweils mehreren Batteriezellen zusammengefasst sein können. Die Batteriezellen können dabei beispielsweise als prismatische Batteriezellen mit einem quaderförmigen Zellgehäuse ausgebildet sein. Dabei werden die Batteriezellen oft mit einer dünnen Kunststofffolie umwickelt, um eine elektrische Isolierung des Zellgehäuses zu erreichen. Eine solche Isolation ist beim Zelltransport, Modulaufbau in der Produktion oder im Moduldesign vorteilhaft.
-
In diesem Zusammenhang beschreibt die
EP 3 024 084 A1 ein Zellgehäuse für eine Batteriezelle, welches zunächst aus mehreren Komponenten aufgebaut wird. Dabei wird zunächst ein Zellwandbauteil zu einem prismatischen Körper geformt, welcher oben und unten offen ist. Dieser Körper wird im Randbereich verschweißt. Eine separat gefertigte Grundplatte wird entsprechend von unten am Körper befestigt und nach Einbringen des Zellwickels in das Zellgehäuse wird von oben ein Deckel aufgesetzt, der ebenfalls eingeschweißt werden kann. Zur Aktivierung der Lithium-Ionen-Batterie wird diese mehrmals geladen und entladen. Um dies effizient auszuführen, ist ein Teil der Außenfläche des Zellgehäuses mit einem isolierenden Material beschichtet. Eine solche Beschichtung kann dabei durch Anodisieren bereitgestellt werden, durch Sprühen eines isolierenden Materials auf die äußere Fläche oder durch Aufbringen eines dünnen isolierenden Films.
-
Eine nur teilweise aufgebrachte Isolierung hat dabei den Nachteil, dass hierdurch die Sicherheit stark beeinträchtigt ist. Wenngleich auch beispielsweise zusätzliche Isoliermaßnahmen getroffen werden können, wie zum Beispiel das Einbringen isolierender Platten oder Schichten zwischen den Zellen eines Zellmoduls, so besteht gerade im Falle eines Unfalls mit damit einhergehender möglicher Verformung der Batterie und der jeweiligen Batteriemodule die Gefahr eines Kurzschlusses. Ein weiteres Problem bei bisherigen Zellgehäusen besteht zudem darin, dass das Gehäuse elektrisch an das Potential der Zelle angebunden ist oder sogar angebunden werden muss, um die Gefahr von Korrosion des Zellgehäuses zu reduzieren. Dies erhöht die Gefahr eines Kurzschlusses bei fehlerhafter Isolierung, zum Beispiel im Crashfall.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren, ein Zellgehäuse und eine Batteriezelle bereitzustellen, die es ermöglichen, die Sicherheit zu steigern.
-
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren, ein Zellgehäuse und eine Batteriezelle mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung sowie der Figuren.
-
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Bereitstellen eines Zellgehäuseteils für ein Zellgehäuse einer Batteriezelle, welches einen Innenbereich zur Aufnahme zumindest einer Zellkomponente der Batteriezelle aufweist, wird zunächst das Zellgehäuse bereitgestellt, welches eine metallische Zellgehäusewand mit einer ersten Seite, die eine dem Innenbereich zugewandte Innenseite definiert, und mit einer zweiten Seite, die eine dem Innenbereich abgewandte Außenseite definiert, bereitstellt. Weiterhin wird zumindest in einem ersten Bereich der Innenseite des Zellgehäuseteils eine erste elektrisch isolierende Oxidschicht durch Anodisieren erzeugt.
-
Die Erfindung beruht dabei auf der Erkenntnis, dass durch das Bereitstellen einer Isolationsschicht im Inneren des Zellgehäuses, insbesondere durch eine Oxidschicht durch Anodisieren, gleichzeitig ein Korrosionsschutz bereitgestellt werden kann. Auf eine zusätzliche, separate Anbindung des Zellgehäuses an ein Zellpotential kann somit vorteilhafterweise verzichtet werden. Neben der Tatsache, dass durch eine solche elektrische Isolierung im Inneren des Zellgehäuses die Sicherheit erhöht werden kann, lässt sich hierdurch die Sicherheit noch unter einem anderen Aspekt steigern. Üblicherweise muss das Zellgehäuse aufwendig gereinigt werden, bevor weitere Batteriezellkomponenten in das Gehäuse eingebracht werden, wie beispielsweise der Zellwickel und der Elektrolyt. Befinden sich Verunreinigungen und andere kleine Partikel, insbesondere metallische Partikel, im Gehäuse, so kann dies wiederum zu einem Kurzschluss innerhalb der Zelle führen und dies wiederum im schlimmsten Fall zum Batteriebrand. Durch ein Anodisierungsverfahren können vorteilhafterweise metallische, elektrisch leitfähige Partikel aus dem Inneren des ursprünglich vollständig metallischen Zellgehäuses gleichzeitig extrem effizient entfernt werden. Haften also beispielsweise im Inneren des Zellgehäuses lose metallische Partikel an, würden die beim Anodisieren ebenso oxidiert werden, wodurch sie ihre elektrisch leitfähigen Eigenschaften verlieren. Auch dadurch kann vorteilhafterweise die Sicherheit deutlich gesteigert werden.
-
Grundsätzlich eignen sich verschiedene Metalle zum Bereitstellen beziehungsweise Erzeugen einer Oxidschicht durch Anodisieren. Im Rahmen des Anodisierens, auch Anodisierung genannt, erfolgt, im Gegensatz zum Auftragen einer Beschichtung, eine Oberflächenumwandlung der Oberfläche im ersten Bereich der Innenseite des Zellgehäuseteil, durch welche die Oxidschicht erzeugt wird. Besonders effizient lässt sich dies vor allem bereitstellen, wenn der Zellgehäuseteil aus Aluminium bereitgestellt wird, was bevorzugt auch der Fall ist. Das Anodisieren erfolgt dann vorzugsweise durch ein Eloxal-Verfahren. Die gebildete Oxidschicht stellt dann entsprechend eine Aluminiumoxidschicht dar. Aluminium hat darüber hinaus noch zahlreiche weitere Vorteile in Bezug auf seine besondere Eignung als Material für ein Zellgehäuse. Neben der Tatsache, dass Aluminium sehr leicht ist, wodurch viel Gewicht eingespart werden kann, besitzt Aluminium zudem sehr gute thermische Leitfähigkeiten, was gerade zur Wärmeabfuhr aus den Zellen besonders vorteilhaft ist. Zudem ist Aluminium auch sehr leicht verformbar, wodurch sich das Zellgehäuse beispielsweise auf einfache Weise als ein tiefgezogener Zellbecher mit Deckel bereitstellen lässt, wie dies später näher erläutert wird. Gerade Aluminium ist als Metall jedoch sehr korrosionsanfällig, weshalb gerade in Kombination mit der Ausbildung des Zellgehäuseteils aus Aluminium durch die Erfindung, nämlich durch die Anodisierung zumindest eines Teils der Innenseite des Aluminiumgehäuses, besonders große Vorteile erzielt werden können, da hierdurch für das Aluminiumgehäuse ein Korrosionsschutz bereitgestellt werden kann.
-
Bei einer weiteren sehr vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird zumindest auf einem zweiten Bereich der Außenseite des Zellgehäuseteils eine elektrisch isolierende zweite Oxidschicht durch Anodisieren erzeugt. Mit anderen Worten kann nicht nur die Innenseite des Zellgehäuses, sondern auch dessen Außenseite zumindest teilweise anodisiert werden und so eine Oxidschicht, insbesondere eine elektrisch isolierende Aluminiumoxidschicht, zu erzeugen. Dadurch können nun vorteilhafterweise auf einfache Weise auch außenseitig am Zellgehäuse elektrisch isolierende Eigenschaften bereitgestellt werden, wodurch beispielsweise auf das Anbringen der eingangs beschriebenen Folien verzichtet werden kann. Eine solche Aluminiumoxidschicht ist dabei deutlich robuster als zum Beispiel eine Zellfolie, da diese mechanischen Beanspruchungen und Reibungen deutlich besser standhält. Eine Zellfolie dagegen kann deutlich einfacher verrutschen und dadurch zum Beispiel Zellgehäuseflächen freilegen, wodurch wiederum die Gefahr eines Kurzschlusses droht. Vor allem aber im Crashfall kann durch eine solche Oxidschicht deutlich mehr Sicherheit geboten werden.
-
Ein weiterer großer Vorteil sowohl bei der Bereitstellung der ersten inneren Oxidschicht als auch der zweiten äußeren Oxidschicht besteht zudem darin, dass durch ein solches Anodisieren dem Gehäuse deutlich mehr Robustheit und Steifigkeit verliehen werden kann. Gerade auch der Zellgehäuseboden, der also beispielsweise einer Zellgehäuseoberseite, an welcher zum Beispiel die Zellpolanschlüsse angeordnet sind, gegenüberliegend angeordnet ist, kann durch Anodisieren deutlich resistenter gegen mechanische Einflüsse ausgestaltet werden. Dies ist sehr von Vorteil, da gerade auf den Zellboden bei der Batterieherstellung hohe Kräfte wirken, wenn die Batteriezellen beziehungsweise Batteriemodule mit mehreren Zellen in das Batteriegehäuse eingesetzt und verpresst werden. Dies erfolgt in der Regel mit sehr hohen Kräften, um eine Wärmeleitmasse zwischen den Zellen und einem Gehäuseboden des Gesamtbatteriegehäuses durch Verpressen zu verteilen. Durch den nunmehr deutlich robuster gestalteten Zellgehäuseboden der Batteriezelle kann ein solches Verpressen beispielsweise auch mit deutlich höheren Kräften erfolgen, wodurch sich kleinere Spalte zwischen Batteriezellen und Gesamtbatteriegehäuseboden beziehungsweise Kühleinrichtung erzielen lassen, was wiederum für die Wärmeabfuhr sehr vorteilhaft ist. Auch im Übrigen kann durch die gesteigerte mechanische Robustheit des Zellgehäuses eine erhöhte Crashsicherheit bereitgestellt werden. Somit kann auch hierdurch wiederum eine deutlich verringerte Gefahr eines Kurzschlusses im Falle eines Unfalls oder im Falle einer Havarie bereitgestellt werden.
-
Bei einer weiteren sehr vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird als das Zellgehäuseteil ein Gehäusebecher mit einer offenen Seite zur Anbringung eines Gehäusedeckels des Zellgehäuses bereitgestellt. Dies ist besonders vorteilhaft, da der Gehäusebecher 80 bis 90 Prozent der Gesamtoberfläche des Zellgehäuses, das heißt Innen- und Außenseite zusammengenommen, bereitstellt. Nichtsdestoweniger lassen sich die beschriebenen Maßnahmen aber auch für den Gehäusedeckel umsetzen und anwenden. Mit anderen Worten kann auch der Gehäusedeckel durch Anodisieren mit einer Oxidschicht versehen werden. In Bezug auf den Gehäusedeckel ist es dann jedoch vorteilhaft, gewisse Bereiche beim Anodisieren auszusparen, wie zum Beispiel Bereiche zur Anbringung der Zellpolabgriffe und im Bereich zum Vorsehen beziehungsweise Anbringen einer Berstmembran für eine freigebbare Zellentgasungsöffnung. Hier zeigen sich auch die großen Vorteile des Anodisierens des Gehäusebechers: An diesem sind in der Regel keine weiteren Komponenten angeordnet, sodass dieser großflächig anodisiert werden kann, was das Anodisieren sehr einfach gestaltet. Bis auf nachfolgend beschriebene Randbereiche kann der Gehäusebecher dann zum Beispiel auch vollständig anodisiert werden, wodurch ein Korrosionsschutz und eine elektrische Isolierung gleichzeitig und auf besonders effiziente Weise für einen Großteil des Zellgehäuses bereitgestellt werden kann.
-
Dabei stellt es eine weitere sehr vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung dar, wenn die Außenseite des Gehäusebechers vollständig bis auf einen eine die offene Seite angrenzenden Randbereich zur Erzeugung der zweiten Oxidschicht anodisiert wird. Die offene Seite des Gehäusebechers stellt insbesondere die Seite dar, durch welche dann beispielsweise das Innenleben der Batteriezelle in das Zellgehäuse eingebracht werden kann. Dieses Innenleben ist im Allgemeinen vorliegend auch als mindestens eine Zellkomponente bezeichnet. Dabei handelt es sich zum Beispiel um einen Zellwickel, der durch Aufwickeln einer Anodenschicht und einer Kathodenschicht, die durch eine Separatorschicht voneinander getrennt sind, bereitgestellt werden kann. An die Anodenschicht und Kathodenschicht können dann mit den Zellpolabgriffen kontaktierbare Kontaktfahnen oder ähnliches angeordnet werden. Ist ein solcher Zellwickel in das Innere des Zellgehäuses eingebracht, so kann auf die offene Seite des Gehäusebechers der Gehäusedeckel aufgesetzt werden und durch Schweißen mit dem Gehäusebecher verbunden werden. Anschließend kann durch eine Öffnung im Gehäusedeckel der Elektrolyt in die Batteriezelle eingefüllt werden. Das Verschweißen erfolgt dabei typischerweise im Randbereich des Gehäusebechers, welcher die offene Seite des Gehäusebechers begrenzt. Da eine Oxidschicht eine Schweißverbindung verhindert, ist es vorteilhafterweise vorgesehen, zumindest diesen Randbereich des Gehäusebechers auszusparen und entsprechend dort keine Oxidschicht durch Anodisieren zu erzeugen. Dies kann zum Beispiel dadurch erreicht werden, indem dieser Randbereich beim Anodisieren abgedeckt und damit von der verwendeten Säure zur Oberflächenumwandlung geschützt wird. Entsprechend bildet sich die beschriebene Oxidschicht dann nur in den nicht abgedeckten Bereichen des Gehäusebechers.
-
Eine bis auf den Randbereich vollständige Anodisierung der Außenseite des Gehäusebechers ist dabei sehr vorteilhaft, da dies einerseits durch einen Anodisierungsschritt auf besonders einfache und effiziente Weise erfolgen kann, ohne weitere Bereiche oder Flächen aussparen zu müssen, und da somit dann eine vollständige elektrische Isolierung für den gesamten oder nahezu gesamten Gehäusebecher bereitgestellt werden kann. Zusätzlich kann die Steifigkeit, wie oben beschrieben, für den Gehäusebecher insgesamt deutlich erhöht werden.
-
Daher stellt es auch eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung dar, wenn der Deckel nach Eindringen der zumindest einen Zellkomponente in den Gehäusebecher auf der offenen Seite des Gehäusebechers durch Anschweißen am insbesondere gesamten Randbereich des Gehäusebechers angebracht wird. Eine Schweißverbindung stellt dabei eine besonders einfache, kostengünstige und gleichzeitig besonders dichte und robuste Möglichkeit der Verbindung von Deckel und Gehäusebecher dar. Durch die Aussparung des Randbereichs beim Anodisieren lässt sich auch weiterhin vorteilhafterweise eine Schweißverbindung zwischen Deckel und Gehäusebecher verwenden, um diese miteinander dicht zu verbinden.
-
Hier zeigt sich auch der große Vorteil der Ausbildung des Gehäusebechers mittels eines Tiefziehverfahrens. Dadurch lässt sich der Gehäusebecher einstückig ausbilden. Mit anderen Worten muss dieser nicht aus Einzelstücken zusammengesetzt werden. Der Gehäusebecher kann damit auf besonders einfache und zeitsparende Weise als Ganzes, das heißt bis auf die auszusparenden Randbereiche, anodisiert werden.
-
Entsprechend ist es ebenso besonders vorteilhaft, wenn die Innenseite des Gehäusebechers vollständig bis auf einen eine die offene Seite angrenzenden zweiten Randbereich zur Erzeugung der ersten Oxidschicht anodisiert wird. Auch hier wird wiederum vorzugsweise auf der Innenseite der Randbereich, welcher an die offene Seite des Gehäusebechers angrenzt, ausgespart, um eine spätere Anbindung des Gehäusedeckels durch Schweißen zu ermöglichen. Die Anodisierung der kompletten Innenseite des Gehäusebechers, das heißt bis auf den genannten Randbereich, hat ebenso wiederum den großen Vorteil, dass hierdurch der Korrosionsschutz für das Zellgehäuse maximiert werden kann. Ebenso kann die Sicherheit optimiert werden, da so auch innenseitig eine maximal mögliche elektrische Isolierung des Zellgehäuses bereitgestellt werden kann. Zudem wird hierdurch auch die Gefahr einer Verunreinigung der Innenseite des Zellgehäuses mit metallischen Partikeln auf ein Minimum reduziert, wie dies oben bereits erörtert wurde.
-
Nichtsdestoweniger ist es auch denkbar, dass nur Teilbereiche der Innenseite des Gehäusebechers anodisiert werden. Beispielsweise kann es gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass der erste Bereich in eine der offenen Seiten abgewandten unteren Hälfte des Gehäusebechers angeordnet ist. Insbesondere kann das Anodisieren auf der Innenseite des Gehäusebechers auf Bereiche in dieser unteren Hälfte des Gehäusebechers beschränkt sein. Dies hat den Hintergrund, dass gerade der untere Bereich der Innenseite des Gehäusebechers einem besonders hohen Korrosionsrisiko ausgesetzt ist, da sich der Elektrolyt im Inneren der fertig hergestellten Batteriezelle schwerkraftbedingt, wenn gleich dieser auch nahezu den gesamten Innenbereich ausfüllt, im unteren Bereich befindet. Zumindest können sich Bestandteile des Elektrolyts im unteren Bereich absetzen bzw. mit höherer Konzentration vorliegen, die eine Korrosion fördern, wodurch gerade in unteren Bereichen verstärkt Korrosion auftritt, zumindest bei herkömmlichen Alubechern.
-
Bei einer weiteren sehr vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird das Zellgehäuseteil derart anodisiert, dass die Schichtdicke der Oxidschicht, das heißt der ersten und/oder zweiten Oxidschicht, mindestens 25 Mikrometer beträgt. Dies gilt vorzugsweise sowohl für die Oxidschichten auf der Außenseite als auch auf der Innenseite. Eine Dicke der Oxidschicht lässt sich mittels Hartanodisieren, insbesondere durch Harteloxieren, bereitstellen. Durch eine derartige Oxidschicht können die Sicherheitsanforderungen an die elektrische Isolierung sichergestellt und gewährleistet werden. Dünnere Oxidschichten wären zwar auch denkbar, sind jedoch weniger bevorzugt, da hierdurch entsprechend auch die elektrische Isolierfähigkeit reduziert ist.
-
Die Dicke der Oxidschicht kann dabei zudem auch deutlich größer sein als 25 Mikrometer und zum Beispiel bei 30 Mikrometern oder mehr liegen. Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird bei zumindest einem mit dem Anodisieren in Zusammenhang stehenden Behandlungsschritt das Zellgehäuseteil zumindest bereichsweise gefärbt. Durch eine Färbung des Zellgehäuseteils, zum Beispiel des Zellbechers beziehungsweise Gehäusebechers, kann zum Beispiel eine Codierung unterschiedlicher Kapazitäten der bereitzustellenden Batteriezellen realisiert werden. Beispielsweise kann die Farbe Rot für 151 Amperestunden und die Farbe Blau für 70 Amperestunden für eine jeweilige Batteriezelle gewählt werden. Der große Vorteil bei dieser Ausgestaltung liegt nun darin, dass eine solche Einfärbung des Zellgehäuseteils vorteilhafterweise bei einem mit dem Anodisieren in Zusammenhang stehenden Behandlungsschritt vorgenommen werden kann. Dadurch gestaltet sich das Einfärben besonders effizient. Beispielsweise kann nach einem Schritt eines Behandelns des Bereichs des Zellgehäuseteils mit einer entsprechenden Säure zur Bildung der Oxidschicht ein Schritt zum Nachverdichten der Oberfläche erfolgen, bei welchem zum Beispiel das Zellgehäuseteil in kochendes Wasser eingetaucht wird. Hierbei kann dem Wasser beispielsweise gleichzeitig auch ein Farbstoff zugesetzt werden, um das Zellgehäuseteil zu färben. Es gibt aber auch noch andere Möglichkeiten, um ein elektrolytisches Färben des Zellgehäuseteils bereitzustellen. All diese Möglichkeiten können nun auf besonders effiziente Weise optional in das Anodisierungsverfahren integriert werden.
-
Des Weiteren betrifft die Erfindung auch ein Zellgehäuse für eine Batteriezelle einer Hochvoltbatterie, wobei das Zellgehäuse einen Innenbereich zur Aufnahme zumindest einer Zellkomponente der Batteriezelle aufweist, wobei das Zellgehäuse weiterhin einen Zellgehäuseteil umfasst, der eine metallische Zellgehäusewand mit einer ersten Seite, die eine dem Innenbereich zugewandte Innenseite definiert, und einer zweiten Seite, die eine dem Innenbereich abgewandte Außenseite definiert, bereitstellt. Dabei weist das Zellgehäuseteil zumindest zum Teil auf der Innenseite eine elektrisch isolierende Oxidschicht auf.
-
Die für das erfindungsgemäße Verfahren und seine Ausgestaltungen beschriebenen Vorteile gelten in gleicher Weise für das erfindungsgemäße Zellgehäuse.
-
Des Weiteren betrifft die Erfindung auch eine Batteriezelle für eine Hochvoltbatterie eines Kraftfahrzeugs, die ein erfindungsgemäße Zellgehäuse oder eine seiner Ausgestaltungen aufweist.
-
Darüber hinaus sollen auch eine Hochvolt-Batterie für ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Batteriezelle, insbesondere mit vielzähligen solchen Batteriezellen, sowie ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Hochvolt-Batterie als zur Erfindung gehörend angesehen werden.
-
Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Zellgehäuses, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Zellgehäuses hier nicht noch einmal beschrieben.
-
Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, oder als Personenbus oder Motorrad ausgestaltet. Das Kraftfahrzeug is insbesondere als Elektrofahrzeug ausgebildet.
-
Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen. Die Erfindung umfasst also auch Realisierungen, die jeweils eine Kombination der Merkmale mehrerer der beschriebenen Ausführungsformen aufweisen, sofern die Ausführungsformen nicht als sich gegenseitig ausschließend beschrieben wurden.
-
Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung einer Batteriezelle mit einem Zellgehäuse gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
- 2 eine schematische Darstellung eines Gehäusebechers für ein Zellgehäuse ohne Deckel gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
-
Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
-
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.
-
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Batteriezelle 10 mit einem Zellgehäuse 12 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Batteriezelle 10 ist dabei vorliegend als prismatische Batteriezelle 10 ausgebildet und weist ein entsprechend im Wesentlichen quaderförmiges Zellgehäuse 12 auf. Dieses Zellgehäuse 12 umfasst dabei vorzugsweise zum einen einen Gehäusebecher 14, der nochmal alleine, das heißt ohne den Gehäusedeckel 16, in 2 dargestellt ist. Insbesondere zeigt 2 dabei den Gehäusebecher 14 ohne irgendwelche in einem Innenbereich 28 aufgenommenen Zellkomponenten der Batteriezelle 10, wie beispielsweise einen Zellwickel oder ähnliches. Das Zellgehäuse 12 weist also wie erwähnt zusätzlich zu diesem Gehäusebecher 14, der auch als Zellbecher 14 bezeichnet wird, einen Gehäusedeckel 16 auf. Am Gehäusedeckel 16 sind zudem die Zellpolabgriffe 20 angeordnet. Einer dieser beiden Zellpolabgriffe 20 ist dabei als Pluspol und der andere als Minuspol ausgebildet. Weiterhin ist im Gehäusedeckel 16 noch eine Entgasungsöffnung 22, die im Normalfall verschlossen ist, zum Beispiel durch eine Berstmembran, integriert, sowie zum Beispiel eine verschlossene Einfüllöffnung 24, durch welche der Elektrolyt der Batteriezelle 10 in das Zellgehäuse 12 eingefüllt wurde. Dabei zeigt 1 die Batteriezelle 10 im fertigen, zusammengebauten Zustand. Der Gehäusedeckel 16 sowie der Zellbecher 14 sind dabei aus Aluminium gefertigt. Insbesondere stellt Aluminium dabei zumindest das Ausgangsmaterial dar. Zumindest Teile des Zellgehäuses 12 sind einer Oberflächenumwandlung durch Anodisieren zur Bildung einer Oxidschicht 36a, 36b unterzogen worden. Dies gilt insbesondere für den Zellbecher 14. Da der Zellbecher 14 aus Aluminium als Ausgangsmaterial bereitgestellt ist, wird durch Anodisieren, insbesondere mittels eines Eloxal-Verfahrens, als Oxidschicht 36a, 36b eine Aluminiumoxidschicht 36a, 36b gebildet. Diese wird dabei vorzugsweise so gebildet, dass diese mindestens 25 Mikrometer bemisst. Dabei kann der Zellbecher 14 sowohl innenseitig als auch außenseitig anodisiert werden. Grundsätzlich weist der Zellbecher 14, wie zum Beispiel in 2 zu sehen ist, eine dem Innenbereich 28 zugewandte Innenseite 18 auf, sowie eine dem Innenbereich 28 abgewandte Außenseite 30. Der Zellbecher 14 weist eine offene Seite 32 zur Anordnung des Zelldeckels 16 auf, welcher einem Zellgehäuseboden gegenüberliegend angeordnet ist. Der Zellgehäuseboden ist vorliegend mit 34 bezeichnet. Dieser stellt dabei ebenfalls Teil der Außenseite 30 dar. Das beschriebene Anodisieren des Zellbechers 14 erfolgt dabei zumindest in einem Bereich der Innenseite 18, vorzugsweise aber auch in zumindest einem Bereich auf der Außenseite 30. Im vorliegenden Beispiel wurde durch Anodisieren eine Oxidschicht 36a in einem ersten Bereich 30a der Außenseite 30 bereitgestellt, welche insbesondere die gesamte Außenseite 30 bis auf einen kleinen Randbereich 30b darstellt, welcher an die offene Seite 32 des Zellbechers 14 angrenzt. Das Freilassen dieses Randbereichs 30b dient dazu, in einem nachfolgenden Schritt den Zelldeckel 16 an den Zellbecher 14 in diesem Randbereich 30b anschweißen zu können, da eine Oxidschicht die Möglichkeit des Schweißens verhindert. Weiterhin wurde in diesem Beispiel auch die Innenseite 18 in einem Bereich 18a zur Bildung einer korrespondieren Oxidschicht 36b anodisiert, welche die gesamte Innenseite 18 bis auf einen kleinen Randbereich 18b darstellt, der ebenfalls an die offene Seite 32 des Zellbechers 14 angrenzt. Die Grenze zwischen dem anodisierten Bereich 18a und dem nicht anodisierten Bereich 18b der Innenseite 18, sowie des anodisierten Bereichs 30a und des nicht anodisierten Randbereichs 30b der Außenseite 30 ist in 2 schematisch als gestrichelte Linie dargestellt.
-
Durch diese beidseitige Anodisierung des Zellbechers 14 lassen sich nun zahlreiche große Vorteile erzielen, die vor allem die Sicherheit einer solchen Batteriezelle 10 und einer aus mehreren solchen Batteriezellen 10 zusammengesetzten Hochvoltbatterie eines Kraftfahrzeugs bereitstellen. Zum einen kann durch die Oxidschicht, die im Außenbereich 30 angeordnet ist, eine elektrische Isolierung nach außen bereitgestellt werden. Diese ist vor allem beim Zelltransport, Modulaufbau und der Produktion und im Moduldesign sehr vorteilhaft. Üblicherweise wird hierzu die Zelle von Kunststofffolien umwickelt. Diese sind jedoch nicht sonderlich robust und können vor allem im Crashfall leicht verrutschen, beschädigt werden und damit Teile des elektrisch leitenden Zellgehäuses freilegen. Durch die außenseitige Oxidschicht 36a kann vorteilhafterweise eine elektrische Isolierung nach außen bereitgestellt werden, die deutlich robuster und weniger fehleranfällig als Kunststofffolie ist. Zusätzlich wirkt eine Kunststofffolie thermisch isolierend, was in Bezug auf eine effiziente Wärmeabfuhr von der Zelle sehr nachteilig ist. Auch dieser Nachteil kann nunmehr durch die Verwendung einer Oxidschicht 36a, 36b statt einer solchen Kunststofffolie vorteilhafterweise vermieden werden. Vor allem aber durch die innenseitige elektrische Isolierung, die durch die innenseitige Oxidschicht 36b bereitgestellt ist, kann eine deutlich bessere Korrosionsbeständigkeit des Zellgehäuses 12 bereitgestellt werden. Dies führt wiederum dazu, dass beispielsweise das Zellgehäuse 12 nicht extra mit einem Zellpotential verbunden werden muss. Die elektrische Isolierung im Zellinneren kann damit deutlich verbessert werden, wodurch wiederum deutlich mehr Sicherheit bereitgestellt ist. Gerade durch Schichtstärken von über 25 Mikrometern dieser Oxidschichten 36a, 36b sind diese auch im Crashfall und unter mechanischer Beanspruchung sehr beständig und robust, wodurch Kurzschlüsse oder das Freilegen potentiell tragender Teile deutlich unwahrscheinlicher ist. Die Wahrscheinlichkeit, dass metallische Partikel den Innenbereich 28 der Zelle 10 verunreinigen, kann dadurch ebenfalls gesenkt werden. Durch die Oxidschichten 36a, 36b wird zudem die Robustheit und mechanische Widerstandsfähigkeit des Gehäuses 12 deutlich verbessert. Gerade der Zellboden 34 kann dadurch deutlich resistenter gegen mechanische Einflüsse gestaltet werden, was vorteilhaft ist, da zum Beispiel beim Verpressen des Moduls im Batteriesystem hohe Kräfte auftreten.
-
Zusätzlich ist es besonders vorteilhaft, wenn zum Beispiel beim Anodisieren Farbstoffe zur Färbung des Zellbechers 14 zugegeben werden. Durch Zugabe von Farbstoffen beim Anodisieren kann man unterschiedliche Kapazitäten oder Varianten der Zellbecher 14 darstellen. Beispielsweise kann die Farbe Rot für eine erste Kapazität, zum Beispiel 151 Amperestunden, und eine zweite Farbe, zum Beispiel Blau, für 70 Amperestunden, gewählt werden.
-
Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch die Erfindung ein isolierter Zellbecher zur Erhöhung der Modulsicherheit im Crashfall bereitgestellt werden kann.
-
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
-
