DE102021202425A1

DE102021202425A1 - Elektrische Batteriezelle, Verfahren und Vorrichtung

Info

Publication number: DE102021202425A1
Application number: DE102021202425.4A
Authority: DE
Inventors: Rüdiger Knauss; Michael Mundorff; Thomas Pfeiffer
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2021-03-12
Filing date: 2021-03-12
Publication date: 2022-09-15
Also published as: CN115084734A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Batteriezelle (1) mit einem Beutel (3) aus Metallverbundfolie (4), wobei der Beutel (3) eine entlang einer Nahtrichtung (N) verlaufende und einen Beutelinnenraum (5) des Beutels (3) fluiddicht verschließende Naht (6) aufweist; mit wenigstens einem galvanischen Element (7), das im Beutelinnenraum (5) angeordnet ist; wobei im Bereich der Naht (6) zwei Folienabschnitte (8) des Beutels (3) flächig aufeinander gelegt sind, sodass die Folienabschnitte (8) an der Naht (6) gemeinsam einen vom Beutelinnenraum (5) weg gerichtet abstehenden Überstand (9) ausbilden; wobei Stoßkanten (10) der Folienabschnitte (8) von einem Isolationsband (11) überdeckt sind, welches beiden Ends quer zur Nahtrichtung (N) umgeschlagen ist; wobei der Überstand (9) wenigstens bereichsweise einen Falz (13) umfasst, in welchem die Folienabschnitte (8) mitsamt dem Isolationsband (11) umgelegt sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Batteriezelle sowie ein Verfahren zum Herstellen einer solchen elektrischen Batteriezelle. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Vorrichtung für die Herstellung einer solchen elektrischen Batteriezelle, insbesondere mittels eines derartigen Verfahrens.
Seit geraumer Zeit werden herkömmliche elektrische Batteriezellen mit einem Beutel aus Metallverbundfolie realisiert, der einen mittels einer Siegelnaht fluiddicht verschlossenen Beutelinnenraum begrenzt. In diesem Beutelinnenraum ist typischerweise wenigstens ein galvanisches Element der elektrischen Batteriezelle aufgenommen. Derartige Batteriezellen sind dem Fachmann auch unter der Bezeichnung „Pouch-Zelle“ geläufig. Um eine bessere Stabilität des mittels der Naht verschlossenen Beutels zu erreichen und um elektrisch nicht isolierte Stoßkanten der Metallverbundfolie von einer äußeren Umgebung der Batteriezelle weg zu richten, wird oftmals ein im Bereich der Naht vorhandener und in den Stoßkanten der Metallverbundfolie endender Überstand des Beutels umgebördelt.
Insbesondere, wenn ein solcher Beutel aus zwei Beutelsegmenten aus Metallverbundfolie, die mittels der Naht zum Beutel gefügt sind, gebildet ist, erweist es sich jedoch als problematisch, dass zwischen den Beutelsegmenten der fertiggestellten Batterie ein elektrisches Potenzial anfallen kann. Zwar ist die Metallverbundfolie oftmals zur elektrischen Isolation gegenüber einer Peripherie der Batteriezelle beschichtet, jedoch sind die Stoßkanten der Metallverbundfolie infolge des Zuschnitts der Beutelsegmente gewöhnlich beschichtungsfrei und somit elektrisch nicht isoliert. Dies birgt die Gefahr eines elektrischen Kurzschlusses bei eventueller Kontaktierung von elektrisch leitenden Bauteilen innerhalb eines Batteriesystems mit einer solchen Batteriezelle.
Vor diesem Hintergrund ist es daher üblich, den Überstand nach seinem Umbördeln mit einem elektrisch isolierenden Isolationsband einzufassen. Nach dem Umbördeln lässt sich aber ein solches elektrisch isolierendes Isolationsband nur schwer anbringen. Insbesondere können nach dem Umbördeln die Stoßkanten nur schlecht mittels des elektrisch isolierenden Isolationsbands überdeckt werden, sodass derartigen herkömmlichen elektrischen Batterien ein elektrischer Kurzschluss der Stoßkanten nicht ausreichend zuverlässig vermieden werden kann.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung - insbesondere im Hinblick auf die voranstehende Problematik - für elektrische Batteriezellen sowie für Verfahren zum Herstellen solcher elektrischer Batteriezellen und für Vorrichtungen für die Herstellung solcher Batteriezellen neue Wege aufzuzeigen.
Diese Aufgabe wird durch den unabhängigen Patentanspruch 1, den nebengeordneten Verfahrensanspruch 5 und den nebengeordneten Vorrichtungsanspruch 6 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Grundidee der Erfindung ist demnach, bei einer Batterie mit einem Beutel aus Metallverbundfolie - dieser umfasst eine Naht, die einen Beutelinnenraum des Beutels fluiddicht verschließt und die zwei Folienabschnitte des Beutels miteinander verbindet - einen im Bereich der Naht vorhandenen Überstand der beiden Folienabschnitte mitsamt einem elektrischen Isolationsband, welches den Überstand in der Art eines Kantenschutzes einfasst, umzufalzen. Die Erfindung basiert also auf dem allgemeinen Gedanken, einen im Überstand vorhandenen Verbund aus den beiden aneinandergelegten Folienabschnitten, die der Naht abgewandt in Stoßkanten enden, und dem elektrisch isolierenden Isolationsband, das die Stoßkanten überdeckend den Überstand in der Art eines Kantenschutzes U-förmig einfasst, im Gesamten unter Erzeugung des Falzes umzulegen.
Somit lässt sich vorteilhaft eine gegenüber herkömmlichen elektrischen Batteriezellen verbesserte Befestigung des Isolationsbands an den Stoßkanten und damit einhergehend eine verbesserte elektrische Isolation der Stoßkanten erreichen. Dies erhöht die Sicherheit der Batteriezellen im Betrieb und auch bei ihrer Handhabung durch einen Werker im Zuge ihrer Herstellung selbst sowie im Zuge ihrer Montage in einem übergeordneten System.
Eine erfindungsgemäße elektrische Batteriezelle, bei welcher es sich um eine sogenannte „Pouch-Zelle“ handeln kann, umfasst einen Beutel aus Metallverbundfolie, wobei der Beutel eine entlang einer Nahtrichtung verlaufende und einen Beutelinnenraum des Beutels fluiddicht verschließende Naht, insbesondere Siegelschweißnaht, aufweist. Ferner umfasst die elektrische Batteriezelle wenigstens ein galvanisches Element, das im Beutelinnenraum angeordnet ist. Dabei sind im Bereich der Naht zwei Folienabschnitte des Beutels flächig aufeinander gelegt, sodass die Folienabschnitte an der Naht gemeinsam einen vom Beutelinnenraum weg gerichtet abstehenden Überstand ausbilden, wobei die Folienabschnitte im Überstand in Stoßkanten enden. Unter einem „Folienabschnitt“ kann in diesem Zusammenhang eine Zone der Metallverbundfolie des Beutels verstanden werden. Die Folienabschnitte können also an einem einzigen, zusammenhängenden Stück Metallverbundfolie vorhanden sein oder aber jeweils an einem separaten Stück Metallverbundfolie. Die Stoßkanten sind - entlang der Nahtrichtung - wenigstens bereichsweise von einem elektrisch isolierenden, insbesondere selbsthaftenden, Isolationsband überdeckt, welches quer zur Nahtrichtung beiden Ends zu zwei sich an die Stoßkanten einander gegenüberliegend anschließende Außenseiten der Folienabschnitte hin umgeschlagen ist. Dabei umfasst der Überstand wenigstens bereichsweise einen - insbesondere U-förmigen oder aufgerollten - Falz, in welchem die Folienabschnitte mitsamt dem Isolationsband in Richtung des Beutelinnenraums umgelegt sind. Der Falz kann ein Bord sein. Wie oben bereits angedeutet besticht die erfindungsgemäße Batteriezelle in einer gegenüber herkömmlichen Batteriezellen verbesserten Befestigung des Isolationsbands sowie damit einhergehend in einer zuverlässigeren elektrischen Isolierung der Stoßkanten der Metallverbundfolie.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung der elektrischen Batteriezelle umfasst der Beutel zwei Beutelsegmente, insbesondere halbschalenförmige Beutelhälften, aus Metallverbundfolie, die unter fluiddichtem Einschluss des Beutelinnenraums stoffschlüssig zum Beutel gefügt sind und von welchen je eines einen der Folienabschnitte aufweist. Der Überstand an der Naht läuft dabei entlang einer der Nahtrichtung entsprechenden Umfangsrichtung, bevorzugt saumartig, um. Bei Verwendung zweier derartiger Beutelsegmente ergibt sich vor Erzeugung der Naht eine besonders gute Zugänglichkeit des Beutelinnenraums, sodass sich das wenigstens eine galvanische Element besonders einfach im Beutelinnenraum platzieren lässt.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der elektrischen Batteriezelle weist der Beutel eine rechteckartige Geometrie mit zwei schmalen und zwei breiten Seiten auf. Dabei ist bzw. sind wenigstens eine, vorzugsweise zwei einander gegenüberliegende, der Seiten durch den Überstand mit Falz festgelegt. Wenigstens eine der Seiten ist falzfrei ausgebildet. An der wenigstens einen falzfreien Seite, ist wenigstens eine nach außen ragende vom Beutelinnenraum ausgehende elektrische Anschlusselektrode vorhanden, die im Beutelrinnenraum an das wenigstens eine galvanische Element elektrisch angeschlossen ist. Vorzugsweise sind zwei einander gegenüberliegende Seiten, besonders bevorzugt zwei einander gegenüberliegende schmale Seiten, mit jeweils einer solchen elektrischen Anschlusselektrode ausgestattet. Eine derartige Batteriezelle baut besonders kompakt.
Zweckmäßig ist die Metallverbundfolie außenseitig oder/und innenseitig beschichtet, wobei die Stoßkanten in jedem Fall beschichtungsfrei sind. Durch den Verzicht auf eine gesonderte Beschichtung der Stoßkanten lassen sich Kosten sparen.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen einer der voranstehenden Beschreibung entsprechenden elektrischen Batteriezelle gemäß der Erfindung. Das Verfahren umfasst wenigstens sechs Maßnahmen a), b), c), d), e), und f). Gemäß einer ersten Maßnahme a) erfolgt ein Bereitstellen wenigstens eines geöffneten Beutelhalbzeugs aus Metallverbundfolie, welches einen Beutelinnenraum teilweise begrenzt. In einer zweiten Maßnahme b) wird das wenigstens eine galvanische Element im Beutelinnenraum des in Maßnahme a) bereitgestellten Beutelhalbzeugs angeordnet. Gemäß einer dritten Maßnahme c) erfolgt ein lokales Aneinanderlegen der Folienabschnitte und Erzeugen der Naht, sodass unter Erzeugung des Beutels der Beutelinnenraum mit darin infolge Maßnahme b) aufgenommenem wenigstens einem galvanischem Element fluiddicht verschlossen und der Überstand ausgebildet werden. In einer vierten Maßnahme d) erfolgt ein - bezüglich der Nahtrichtung - wenigstens bereichsweises Anbringen des elektrisch isolierenden Isolationsbands an der Außenseite eines ersten der Folienabschnitte im gemäß Maßnahme c) ausgebildeten Überstand, sodass ein Abschnitt des Isolationsbands vom Beutelinnenraum abgewandt die Stoßkanten überragend vorsteht. In einer fünften Maßnahme e) wird der freie Abschnitt des gemäß Maßnahme d) angebrachten Isolationsbands umgeschlagen, sodass mittels des Isolationsbands die Stoßkanten überdeckt und der Abschnitt quer zur Nahtrichtung an der Außenseiten eines zweiten der Folienabschnitte angelegt wird, um den Überstand in der Art eines Kantenschutzes U-förmig einzufassen. Es folgt eine sechste Maßnahme f), gemäß welcher ein Randbereich des Überstands mitsamt dem in Maßnahme e) umgeschlagenen Isolationsband umgelegt wird, sodass der Falz erzeugt wird. Die voranstehend genannten Vorteile der erfindungsgemäßen Batteriezelle übertragen sich auch auf das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen einer derartigen Batteriezelle.
Außerdem betrifft die Erfindung eine Vorrichtung für die Herstellung einer erfindungsgemäßen elektrischen Batteriezelle im Sinne obiger Beschreibung, insbesondere mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens wie voranstehend erläutert. Die Vorrichtung umfasst eine entlang einer Verstellrichtung - die bei der Herstellung der Batteriezelle mittels der Vorrichtung wenigstens abschnittsweise der Nahtrichtung entspricht - verstellbewegliche Leiste, die eine entlang der Verstellrichtung ausgenommene Nut zum Umlegen eines Randbereichs des Überstands mitsamt dem den Überstand kantenschutzartig einfassenden Isolationsband aufweist. Die Nut weist eine sich über die Verstellrichtung ändernde Kontur ihres Querschnitts auf, der so ausgebildet ist, dass der Randbereich des - noch falzfreien - Überstands mitsamt dem Isolationsband mittels der Vorrichtung unter Erzeugung des Falzes umgelegt wird, wenn der Überstand mitsamt dem Isolationsband entlang der Verstellrichtung durch die Nut gezogen wird. Es versteht sich, dass alternativ oder zusätzlich die Leiste über den Überstand gezogen werden kann. Die Leiste kann mittels eines urformenden, insbesondere mittels eines additiven Herstellungsverfahrens hergestellt sein. Die Leiste kann ein Kunststoffmaterial aufweisen Beziehungsweise aus einem solchen Kunststoffmaterial bestehen. Die Leiste kann ein Metallmaterial aufweisen bzw. aus einem solchen Metallmaterial bestehen. Die oben dargelegten Vorteile der erfindungsgemäßen Batteriezelle übertragen sich mutatis mutandis auch auf die erfindungsgemäße Vorrichtung für die Herstellung einer derartigen Batteriezelle. Zusätzlich erlaubt die erfindungsgemäße Vorrichtung vorteilhaft - binnen einer mittels der Vorrichtung herzustellenden Serie an Batteriezellen - eine, im Hinblick auf eine wünschenswert hohe Maßhaltigkeit, reproduzierbare Erzeugung des Falzes.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Vorrichtung ändert sich die Kontur des Querschnitts der Nut über die Verstellrichtung in der Art einer diskreten Bildfolge aus mehreren Bildern, die durch zeitlich aufeinanderfolgende Momentaufnahmen einer Bewegung des Randbereichs bei seinem Umlegen festgelegt sind.
Eine Bildfolgefrequenz dieser Bildfolge kann gegen unendlich streben. Dies erlaubt eine besonders materialschonende Erzeugung des Falzes.
Bei einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Vorrichtung weist die Nut bezüglich der Verstellrichtung einen Ends eine Einführöffnung zur Aufnahme des - noch falzfreien - Überstands mitsamt dem Isolationsband auf, wobei die Nut bezüglich der Verstellrichtung anderen Ends eine Austragsöffnung zum Austragen des gefalzten Überstands mitsamt Isolationsband aufweist. Unter „Überstand mitsamt Isolationsband“ ist in diesem Zusammenhang vorzugsweise jene Anordnung zu verstehen, in welcher das Isolationsband den Überstand in der Art eines Kantenschutzes U-förmig einfasst. Die Einführöffnung weist eine U-förmige Einführ-Geometrie mit einer Einführ-U-Basis und mit zwei davon abstehenden Einführ-U-Schenkeln auf. Ein sich an die Einführ-U-Basis direkt anschließender Anlaufabschnitt eines ersten der Einführ-U-Schenkel ist enthalten in einer Anlauffläche der Leiste, über welche Anlauffläche der Randbereich des Überstands mitsamt Isolationsband zu seiner Umformung - also zur Erzeugung des Falzes - gleiten kann, wenn er durch die Nut gezogen wird. Somit lässt sich der Überstand besonders präzise und schonend auf Maß falzen.
Zweckmäßig verläuft die Anlauffläche der Leiste über die Verstellrichtung vom Anlaufabschnitt des ersten Einführ-U-Schenkels ausgehend zur Austragsöffnung hin schraubenartig gewunden. Damit lässt sich die mechanische Beanspruchung der Leiste bei der Erzeugung des Falzes in wünschenswerter Weise gering halten.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Vorrichtung weist die Austragsöffnung eine von der U-förmigen Einführ-Geometrie der Einführöffnung verschiedene U-förmige Austrags-Geometrie mit einer Austrags-U-Basis und mit zwei davon abstehenden Austrags-U-Schenkeln auf. Dabei fluchtet ein erster der Austrags-U-Schenkel bezüglich der Verstellrichtung mit einem sich an den Anlaufabschnitt von der Einführ-U-Basis abgewandt direkt anschließenden Stützbereich des ersten Einführ-U-Schenkels. Der Stützbereich und der erste Austrags-U-Schenkel sind in einer im Wesentlichen ebenen und parallel zur Verstellrichtung verlaufenden Stützfläche der Leiste bzw. der Nut enthalten. Dabei ist ein dem ersten quer zur Verstellrichtung gegenüberliegender zweiter der Austrags-U-Schenkel in der Anlauffläche der Leiste bzw. der Nut enthalten. Vorteilhaft lässt sich so ein besonders präziser Falz erzeugen.
Zweckmäßig ist die Anlauffläche entlang der Verstellrichtung von dem Anlaufabschnitt ausgehend zum zweiten Austrags-U-Schenkel hin um etwa 180° gewunden. Der Falz kann also nahezu vollständig geschlossen werden.
Besonders zweckmäßig ändert sich ein Winkel, unter welchem die Anlauffläche der Leiste gegenüber der Stützfläche der Leiste angestellt ist, über die Verstellrichtung kontinuierlich, vorzugsweise stetig, besonders bevorzugt linear. Höchst vorzugsweise ändert sich der Winkel über die Verstellrichtung binnen einer entlang der Verstellrichtung gemessenen Länge der Leiste von 0° nach 180° oder - je nach Richtung der Betrachtung - umgekehrt. Damit lässt sich die Länge der Leiste besonders gut ausnutzen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Vorrichtung weist die Leiste eine Deckfläche auf, die mittels der Nut entlang der Verstellrichtung auf gesamter Länge der Leiste unterbrochen ist. Diese Deckfläche kann vorteilhaft für eine besonders präzise Justierung der Leiste relativ zur Batteriezelle oder umgekehrt herangezogen werden. Zweckmäßig verläuft die Deckfläche hierzu parallel zur Verstellrichtung.
Bei einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Vorrichtung ist vorgesehen, dass die Einführ-U-Basis senkrecht von der Deckfläche weg gemessen in einer Einführ-Tiefe und die Austrags-U-Basis senkrecht von der Deckfläche weg gemessen in einer Austrags-Tiefe angeordnet ist, wobei die Austrags-Tiefe vorzugsweise in etwa halb so groß ist wie die Einführ-Tiefe. Alternativ oder zusätzlich legt ein kleinster Abstand zwischen den Austrags-U-Schenkeln eine Austrags-Breite und ein kleinster Abstand zwischen den Einführ-U-Schenkeln eine Einführ-Breite fest, wobei die Austrags-Breite vorzugsweise in etwa so groß ist wie die Einführ-Breite. Somit lässt sich ein starkes Rückfedern des nahezu vollständig geschlossenen Falzes, also ein sich wieder Öffnen des umgeformten seitlichen Randbereichs verringern.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Vorrichtung umfasst diese eine Fixiereinrichtung, mittels welcher der - insbesondere bereits mittels der Naht verschlossene - Beutel für das Erzeugen des Falzes fixierbar ist. Die Vorrichtung umfasst ferner eine um eine Schwenkachse schwenkbare Gabel mit einem sich entlang der Schwenkachse erstreckenden Gabeljoch und mit zwei drehstarr mit dem Gabeljoch verbundenen Gabelarmen, zwischen welchen das elektrisch isolierende Isolationsband aufgespannt werden und abseits der Gabelarme abgelängt werden kann. Dabei kann das Isolationsband derart aufgespannt und abgelängt werden, dass ein Zuschnitt an den Gabelarmen befestigtem, insbesondere selbsthaftendem, Isolationsband durch Schwenken der Gabel um die Schwenkachse an der Außenseite eines ersten der Folienabschnitte derart anbringbar ist, dass ein Abschnitt des zugeschnittenen und an der Außenseite des ersten Folienabschnitts angebrachten Isolationsbands quer zur Verstellrichtung die Stoßkanten überragt. Darüber hinaus umfasst die Vorrichtung eine verstellbewegliche Umlegleiste, mittels welcher der Abschnitt des Isolationsbands unter Überdeckung der Stoßkanten an die Außenseite eines zweiten der Folienabschnitte umlegbar ist. Eine solche Vorrichtung lässt sich vollautomatisiert oder zumindest teilautomatisiert betreiben, was im Hinblick auf den Arbeitsschutz eines mit der Herstellung der elektrischen Batteriezelle betrauten Werkers - sofern ein solcher denn beim Einsatz der Vorrichtung überhaupt benötigt wird - als besonders vorteilhaft erweist.
Zweckmäßig weist die Vorrichtung einen Roboterarm mit Greifer, insbesondere mit Sauggreifer, zum Bestücken der Fixiereinrichtung und zum Entfernen der Batteriezelle aus der Fixiereinrichtung nach der Erzeugung des Falzes auf. Dies steigert den Automatisierungsgrad, unter welchem die Vorrichtung betreibbar ist.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
Es zeigen, jeweils schematisch

1 in einer perspektivischen Teildarstellung, ein Beispiel einer erfindungsgemäßen elektrischen Batteriezelle,
2 in einer anderen perspektivischen Teildarstellung, die elektrischen Batteriezelle der 1,
3 ein Ablaufschaubild, welches beispielhaft den Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen einer erfindungsgemä-ßen elektrischen Batteriezelle wie jener der 1 und 2 veranschaulicht,
4 in einer perspektivischen Darstellung, ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung für die Herstellung einer erfindungsgemäßen elektrischen Batteriezelle wie jener der 1 und 2,
5 und 6 eine Variante der Vorrichtung der 4 je in einer vogelperspektivischen Momentaufnahme während der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens der 3,
7 eine weitere Variante der Vorrichtung der 4 in einer seitlichen Momentaufnahme während der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens der 3,
8 beispielhaft eine elektrischen Batteriezelle als Zwischenprodukt bei der Durchführung des Verfahrens der 3 in einer Seitenansicht, die sich in der Art einer Momentaufnahme zeitlich an jene der 7 anschließt,
9 eine weitere Variante der Vorrichtung der 4 bis 7 in einer vogelperspektivischen Momentaufnahme während der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens der 3,
10 ein weiteres Beispiel einer erfindungsgemäßen elektrischen Batteriezelle in einer Seitenansicht,
11 eine weitere Variante der Vorrichtung der 4 bis 7 und 9 in einer vogelperspektivischen Momentaufnahme während der Durchführung einer Variante des Verfahrens der 3.

In der 1 ist in einer perspektivischen Teildarstellung ein Beispiel einer erfindungsgemäßen elektrischen Batteriezelle 1 gezeigt. Bei der elektrischen Batteriezelle 1 der 1 handelt es sich um eine Pouch-Zelle 2. Die elektrische Batteriezelle 1 umfasst einen Beutel 3 aus Metallverbundfolie 4. Der Beutel 3 weist eine Naht 6 auf, die beispielsweise eine Siegelnaht ist. Die Naht 6 verläuft entlang einer Nahtrichtung N und verschließt einen Beutelinnenraum 5 des Beutels 3 fluiddicht. Die elektrische Batteriezelle 1 umfasst ferner wenigstens ein galvanisches Element 7, welches im Beutelinnenraum 5 angeordnet ist. Dabei sind im Bereich der Naht 6 zwei Folienabschnitte 8 des Beutels 3 flächig aufeinandergelegt. Die Folienabschnitte 8 können Zonen des Beutels 3 sein. Dabei sind die beiden Folienabschnitte 8 derart aufeinandergelegt, dass sie an der Naht 6 gemeinsam einen vom Beutelinnenraum 5 weg gerichtet abstehenden Überstand 9 ausbilden. Im Überstand 9 enden die Folienabschnitte 8 in Stoßkanten 10. Die Naht 6 kann die Überstände 9 der Folienabschnitte 8 flächig - beispielsweise vollflächig - miteinander verbinden, obgleich sie in 1 vereinfacht linienförmig dargestellt ist. Die Naht 6 kann mittels einer Heizpresse erzeugt werden.
Im Beispiel der 1 schließen die Stoßkanten 10 bündig ab. Die Stoßkanten 10 können aber alternativ hierzu auch mit einem Versatz zueinander angeordnet sein. Die Stoßkanten 10 sind wenigstens bereichsweise von einem elektrisch isolierenden Isolationsband 11 überdeckt, welches in der 1 zur besseren Übersichtlichkeit ausgeblendet dessen Lage aber mittels des Bezugszeichens 11 stellvertretend eingezeichnet ist. Das Isolationsband 11 kann selbsthaftend ausgebildet und hierzu beispielsweise einseitig mit Klebstoff beschichtet sein. Das Isolationsband 11 ist quer zur Nahtrichtung N beiden Ends zu zwei sich an die Stoßkanten 10 gegenüberliegend anschließende Außenseiten 12 der Folienabschnitte 8 hin umgeschlagen. Dabei weist jeder der Folienabschnitte 8 eine solche Außenseite 12 auf, auf welche hin das Isolationsband 11 jeweils umgeschlagen ist. Der Überstand 9 umfasst - bezüglich der Nahtrichtung - wenigstens bereichsweise einen Falz 13, der im Beispiel der 1 U-förmig ausgebildet ist. In dem Falz 13 sind die Folienabschnitte 8 mitsamt dem in 1 nicht erkennbaren Isolationsband 11 in Richtung des Beutelinnenraums 5 umgelegt.
Der 1 ist ferner zu entnehmen, dass der Beutel 3 der elektrischen Batteriezelle 1 beispielsweise zwei Beutelsegmente 14 aus Metallverbundfolie umfassen kann. Die Beutelsegmente 14 können als halbschalenförmige Beutelhälften ausgebildet sein. Die Beutelsegmente 14 sind unter fluiddichtem Einschluss des Beutelinnenraums 5 stoffschlüssig zum Beutel 3 gefügt. Jedes der Beutelsegmente 14 umfasst dabei einen der Folienabschnitte 8 des Beutels 3 bzw. bildet einen der Folienabschnitte 8 des Beutels 3 aus. Der Überstand 9 an der Naht 6 läuft entlang einer Umfangsrichtung U, die der Nahtrichtung N entspricht, saumartig um.
In der 2 ist die elektrische Batteriezelle 1 der 1 in einer anderen perspektivischen Teildarstellung gezeigt. Gemäß den 1 und 2 weist der Beutel 3 eine rechteckige Geometrie mit zwei schmalen und mit zwei breiten Seiten 16, 17 auf. Dabei ist wenigstens eine der Seiten 16, 17 durch den Überstand 9 mit Falz 13 festgelegt. Im Beispiel der 1 und 2 sind zwei einander gegenüberliegende Seiten 17 durch den Überstand 9 mit Falz 13 festgelegt. Dabei ist wenigstens eine der Seiten 16, 17 falzfrei ausgebildet.
Im Beispiel der 1 und 2 ist eine der schmalen Seiten 16 falzfrei ausgebildet. Auch die andere schmale Seite 16 - die in den 1 und 2 nicht gezeigt ist - kann falzfrei ausgebildet sein. An der falzfreien Seite 16 ist wenigstens eine nach außen ragende vom Beutelinnenraum 5 ausgehende elektrische Anschlusselektrode 18 vorhanden, die im Beutelinnenraum 5 an das wenigstens eine galvanische Element 7 elektrisch angeschlossen ist. Die Metallverbundfolie 4 des Beutels 3 ist beispielsweise außenseitig sowie - alternativ oder zusätzlich - innenseitig beschichtet. Die Stoßkanten 10 der Metallverbundfolie 4 der Folienabschnitte 8 sind demgegenüber beschichtungsfrei. Die Beschichtungsfreiheit der Stoßkanten 10 kann sich aus einem Zuschnitt der Folienabschnitte 8 aus einem Halbzeug an beschichteter Metallverbundfolie 4 ergeben.
Die 3 illustriert mittels eines Ablaufschaubilds ein Beispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen einer elektrischen Batteriezelle 1, die jener der 1 und 2 entsprechen kann. Gemäß 3 umfasst das Verfahren sechs Maßnahmen a), b), c), d), e) und f). In einer ersten Maßnahme a) des Verfahrens erfolgt ein Bereitstellen wenigstens eines geöffneten Beutelhalbzeugs aus Metallverbundfolie 4, welches einen Beutelinnenraum 5 wenigstens teilweise begrenzt. Bei dem Beutelhalbzeug kann es sich um ein sackförmiges Halbzeug handeln, welches eine den Beutelinnenraum 5 freigebende Öffnung aufweist. Alternativ können aber auch zwei Beutelhalbzeuge in der Art der Beutelsegmente 14 (vgl. 1 und 2) verwendet werden, die gemeinsam den Beutelinnenraum 5 definieren. Anschließend wird in einer zweiten Maßnahme b) des Verfahrens das wenigstens eine galvanische Element 7 im Beutelinnenraum 5 des in Maßnahme a) bereitgestellten Beutelhalbzeugs angeordnet. Gemäß einer dritten Maßnahme c) des Verfahrens erfolgt ein Lokales Aneinanderlegen der Folienabschnitte 8 sowie ein Erzeugen der Naht 6. Damit einhergehend werden in Maßnahme c) der Beutelinnenraum 5 mit darin infolge Maßnahme b) aufgenommenem wenigstens einem galvanischen Element 7 unter Erzeugung des Beutels 3 fluiddicht verschlossen und der Überstand 9 ausgebildet.
Es folgt beim Verfahren der 3 eine vierte Maßnahme d), gemäß welcher - bezüglich der Nahtrichtung N - wenigstens bereichsweise das elektrisch isolierende Isolationsband 11 an der Außenseite 12 eines ersten der Folienabschnitte 8, 8a im gemäß Maßnahme c) ausgebildeten Überstand 9 angebracht wird. Dabei wird das Isolationsband 11 in Maßnahme d) derart angebracht, dass ein Abschnitt 19 (mehr dazu im Laufe der nachfolgenden Beschreibung, insbesondere zu 7) des Isolationsbands 11 vom Beutelinnenraum 5 abgewandt die Stoßkanten 10 überragend vorsteht. Anschließend wird in einer fünften Maßnahme e) der Abschnitt 19 des in Maßnahme d) angebrachten Isolationsbands 11 umgeschlagen, sodass mittels des Isolationsbands 11 die Stoßkanten 10 überdeckt und der Abschnitt 19 quer zur Nahtrichtung N an der Außenseite 12 eines zweiten der Folienabschnitte 8, 8b angelegt wird, um den Überstand 9 in der Art eines Kantenschutzes U-förmig einzufassen. In einer sechsten Maßnahme f) wird dann ein Randbereich 20 des Überstands 9 mitsamt dem in Maßnahme e) umgeschlagenen Isolationsband 11 derart umgelegt dass der Falz 13 erzeugt wird.
Die 4 veranschaulicht in einer perspektivischen Darstellung beispielhaft eine erfindungsgemäße Vorrichtung 21 für die Herstellung einer erfindungsgemäßen elektrischen Batteriezelle 1, die jener der 1 und 2 entsprechen kann. Beispielsweise kann die Vorrichtung 21 zur Durchführung des beispielhaft mittels der 3 veranschaulichten und voranstehend erläuterten erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden.
Die Vorrichtung 21 gemäß 4 umfasst eine Leiste 22, die entlang einer Verstellrichtung V verstellbeweglich ist. Bei der Herstellung der Batteriezelle 1 mittels der Vorrichtung 21 kann die Verstellrichtung V wenigstens einem Segment der Nahtrichtung N entsprechen. Die Leiste 22 weist eine entlang der Verstellrichtung V ausgenommene Nut 23 zum Umlegen eines Randbereichs 20 des Überstands 9 der Batteriezelle 1 mitsamt dem den Überstand 9 kantenschutzartig einfassenden Isolationsband 11 auf. Dabei weist die Nut 23 einen sich über die Verstellrichtung V ändernde Kontur ihres Querschnitts 24 auf. Der Querschnitt 24 ist derart ausgebildet, dass der Randbereich 20 des - noch falzfreien - Überstands 9 mitsamt dem Isolationsband 11 mittels der Vorrichtung 21 unter Erzeugung des Falzes 13 umgelegt wird, wenn der Überstand 9 mitsamt dem Isolationsband 11 entlang der Verstellrichtung V durch die Nut 23 gezogen wird. Es versteht sich, dass auch in umgekehrter Weise die Nut 23 unter Erzeugung des Falzes 13 über den Überstand 9 mitsamt dem Isolationsband 11 gezogen werden kann. Bezogen auf das Verfahren der 3 kann mittels der Leiste 22 bzw. Nut 23 also die Maßnahme f) realisiert werden.
4 lässt ferner erkennen, dass sich die Kontur des Querschnitts 24 der Nut 23 über die Verstellrichtung V in der Art einer diskreten Bildfolge 25 ändert. Diese Bildfolge 25 ist durch zeitlich aufeinanderfolgende Momentaufnahmen 26 einer Bewegung des Randbereichs 20 bei seinem Umlegen festgelegt. In der 4 ist zur Veranschaulichung eine solche Bildfolge 25 mit sieben einzelnen Momentaufnahmen 26 des Querschnitts 24 dargestellt. Es versteht sich aber, dass eine Bildfolgefrequenz der Momentaufnahmen 26 der Bildfolge 25 zur Beschreibung der Änderung des Querschnitts 24 gegen unendlich gehen kann, sodass der Querschnitt 24 sich über die Verstellrichtung V kontinuierlich, insbesondere stufenfrei, ändern kann. Die komplexe Geometrie der Leiste 22 bzw. Nut 23 kann durch Herstellung der Leiste 22 mittels eines urformenden Verfahrens - beispielsweise eines additiven Verfahrens - realisiert werden.
Aus der 4 ergibt es sich darüber hinaus, dass die Nut 23 bezüglich der Verstellrichtung V einen Ends eine Einführöffnung 27 zur Aufnahme des - noch falzfreien - Überstands 9 mitsamt dem Isolationsband 11 aufweist, wobei die Nut 23 bezüglich der Verstellrichtung V anderen Ends eine Austragsöffnung 28 zum Austragen des dann gefalzten Überstands 9 mitsamt dem Isolationsband 11 aufweist. Unter dem Begriff „Überstand 9 mitsamt dem Isolationsband 11“ ist in diesem Zusammenhang jene Anordnung aus Überstand 9 und Isolationsband 11 zu verstehen, in welcher der Überstand 9 bzw. die Stoßkanten 10 mittels des Isolationsbands 11 in der Art eines Kantenschutzes eingefasst sind. Dabei weist die Einführöffnung 27 eine U-förmige Einführ-Geometrie 29 mit einer Einführ-U-Basis 30 und mit zwei davon abstehenden Einführ-U-Schenkeln 31 auf. Ein erster der Einführ-U-Schenkeln 31, 31a umfasst einen Anlaufabschnitt 32, der sich direkt an die Einführ-U-Basis 30 anschließt. Der Anlaufabschnitt 32 des ersten Einführ-U-Schenkels 31, 31a ist in einer Anlauffläche 33 der Leiste 22 bzw. Nut 23 enthalten. Über diese Anlauffläche 33 kann der Randbereich 20 des Überstands 9 mitsamt Isolationsband 11 zu seiner Umformung - also zu seiner Falzung - gleiten, wenn er durch die Nut 23 bewegt wird.
4 zeigt außerdem, dass die Anlauffläche 33 der Leiste 22 bzw. der Nut 23 über die Verstellrichtung V vom Anlaufabschnitt 32 des ersten Einführ-U-Schenkels 31a ausgehend zur Austragsöffnung 28 hin schraubenartig gewunden verläuft. Es ist ferner erkennbar, dass die Austragsöffnung 28 eine von der U-förmigen Einführ-Geometrie 29 der Einführöffnung 27 verschiedene U-förmige Austrag-Geometrie 34 aufweist. Die Austrag-Geometrie 34 umfasst eine Austrags-U-Basis 35 sowie zwei davon abstehende Austrags-U-Schenkel 36. Ein erster dieser Austrags-U-Schenkel 36, 36a fluchtet bezüglich der Verstellrichtung V mit einem Stützbereich 37 des ersten Einführ-U-Schenkels 31a, wobei der Stützbereich 37 des ersten Einführ-U-Schenkels 31a sich von der Einführ-U-Basis 30 abgewandt direkt an den Anlaufabschnitt 32 des ersten Einführ-U-Schenkels 31a anschließt.
Dabei sind der Stützbereich 37 des ersten Einführ-U-Schenkels 31a und der erste Austrags-U-Schenkel 36a gemäß 4 in einer Stützfläche 38 der Leiste 22 bzw. Nut 23 enthalten. Die Stützfläche 38 verläuft eben. Die Stützfläche 38 verläuft parallel zur Verstellrichtung V. Die Austrags-Geometrie 34 umfasst außerdem einen zweiten Austrags-U-Schenkel 36, 36b, der dem ersten Austrags-U-Schenkel 36, 36a quer zur Verstellrichtung V gegenüberliegt. Der zweite Austrags-U-Schenkel 36, 36b ist in der Anlauffläche 33 der Leiste 22 bzw. Nut 23 enthalten. Die Anlauffläche 33 ist entlang der Verstellrichtung V vom Anlaufabschnitt 32 des ersten Einführ-U-Schenkels 31, 31a ausgehend zum zweiten Austrags-U-Schenkel 36b hin um etwa 180° gewunden.
Im Beispiel der 4 ändert sich ein Winkel α, unter welchem die Anlauffläche 33 der Leiste 22 gegenüber der Stützfläche 38 der Leiste 22 angestellt ist über die Verstellrichtung V kontinuierlich. Beispielsweise ändert sich der Winkel α über die Verstellrichtung V stetig. Beispielsweise ändert sich der Winkel α über die Verstellrichtung V linear. Die Anlauffläche 33 kann als unter einer konstanten Steigung gewunden sein. Gemäß 4 ändert sich der Winkel α binnen einer entlang der Verstellrichtung V gemessenen Länge L der Leiste 22 von 0° nach 180° oder - je nach Richtung der Betrachtung - umgekehrt.
Der 4 ist darüber hinaus zu entnehmen, dass die Leiste 22 eine Deckfläche 39 aufweist. Die Deckfläche 39 der Leiste 22 ist mittels der Nut 23 entlang der Verstellrichtung V auf gesamter Länge L der Leiste 22 unterbrochen. Die Nut 23 teilt die Deckfläche 39 also quer zur Verstellrichtung V. Dabei ist die Einführ-U-Basis 30 senkrecht von der Deckfläche 39 weg gemessen in einer Einführ-Tiefe angeordnet. Die Austrags-U-Basis 35 ist senkrecht von der Deckfläche 39 weg gemessen in einer Austrags-Tiefe angeordnet. Im Beispiel der 4 ist die Austrags-Tiefe in etwa halb so groß wie die Einführ-Tiefe. Eine Folienstärke der Metallverbundfolie 4 kann sich zu 0,11 Millimeter belaufen. Eine Stärke des Isolierbands 11 kann sich zu 0,065 Millimeter belaufen. Eine Breite des Isolierbands 11 kann zwischen 8 und 16 Millimeter betragen. Das Isolierband 11 kann ein elektrisch isolierendes Material wie einem Kunststoff umfassen oder aus einem solchen bestehen. Das Isolierband 11 kann ein Polyimid umfassen. Die Länge L der Leiste 22 kann sich zu zwischen 130 und 200 mm belaufen.
In den 5 und 6 ist eine Variante der Vorrichtung 21 der 4 jeweils in einer vogelperspektivischen Momentaufnahme während der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens der 3 gezeigt. Die Momentaufnahme der 6 folgt zeitlich auf jene der 5. Demnach umfasst die Vorrichtung 21 eine Fixiereinrichtung 40, mittels welcher der - insbesondere bereits mittels der Naht 6 verschlossene - Beutel 3 für das Erzeugen des Falzes 13 fixierbar ist. Die Fixiereinrichtung 40 kann Spannbacken umfassen. Die Fixiereinrichtung 40 kann - alternativ oder zusätzlich - eine Saugvorrichtung umfassen, die den Beutel 3 für das Erzeugen des Falzes 13 mittels Unterdrucks festhalten kann. Die 5 lässt außerdem erkennen, dass die Vorrichtung 21 einen Roboterarm 46 mit Greifer 47 zum Bestücken der Fixiereinrichtung 40 und zum Entfernen der Batteriezelle 1 aus der Fixiereinrichtung 40 nach Erzeugung des Falzes 13 umfasst. Gemäß 5 ist der Greifer 47 als Sauggreifer 48 ausgebildet.
Die Vorrichtung 21 der 5 und 6 umfasst ferner eine um eine Schwenkachse S schwenkbare Gabel 41. Die Gabel 41 weist ein sich entlang der Schwenkachse S erstreckendes Gabeljoch 42 sowie zwei drehstarr mit dem Gabeljoch 42 verbundene Gabelarme 43 auf. Zwischen den Gabelarmen 43 kann das elektrisch isolierende Isolationsband 11 aufgespannt werden. Hierzu kann das Isolationsband 11 von einer das Isolationsband 11 bevorratenden Rolle 49 abgerollt werden. Nachdem das Isolationsband 11 zwischen den Gabelarmen 43 aufgespannt wurde, kann das Isolationsband 11 im Abstand zu den Gabelarmen 43 abgelängt werden, sodass ein Zuschnitt 44 an an den Gabelarmen 43 befestigtem Isolationsband 11 ausgebildet wird. Das Ablängen des Isolationsbands 11 zum Zuschnitt 44 kann außerhalb eines zwischen den Gabelarmen 43 vorhandenen Zwischenraums erfolgen. Der Zuschnitt 44 kann beispielsweise durch Selbsthaftung des Isolationsbands 11 an den Gabelarmen 43 befestigt sein. Der Zuschnitt 44 kann dann - wie anhand eines Vergleichs der 5 mit der 6 nachvollziehbar - durch Schwenken der Gabel 41 um die Schwenkachse S an der Außenseite 12 eines ersten der Folienabschnitte 8, 8a der Batteriezelle 1 angebracht werden. Dabei kann der Zuschnitt 44 derart angebracht werden, dass ein freier Abschnitt 19 des zugeschnittenen Isolationsbands 11 quer zur Verstellrichtung V die Stoßkanten 10 überragt. Anschließend können entlang der Verstellrichtung V überstehende Rest-Überstände des Zuschnitts 44 bündig mit der Batteriezelle 1 abgetrennt werden. Das Ablängen sowie - alternativ oder zusätzlich - das Abtrennen des Isolationsbands 11 bzw. des Zuschnitts 44 kann manuell oder automatisiert erfolgen.
Ein derart angebrachter Zuschnitt 44 ist beispielsweise in der 7 erkennbar, welche beispielhaft eine weitere Variante der Vorrichtung 21 der 4 in einer Seitenansicht zeigt. Die Seitenansicht der 7 kann ebenfalls wie die 5 und 6 als zeitlich aufeinanderfolgende Momentaufnahmen während der Durchführung des Verfahrens der 3 aufgefasst werden, wobei die Momentaufnahme der 7 dann auf jene der 6 zeitlich folgt. 7 lässt erkennen, dass die Vorrichtung 21 eine verstellbewegliche Umlegleiste 45 umfasst, mittels welcher der freie Abschnitt 19 des Isolationsbands 11 unter Überdeckung der Stoßkanten 10 an die Außenseite 12 eines zweiten der Folienabschnitte 8, 8b umgelegt werden kann. Statt der Umlegleiste 45 - oder zusätzlich - ist es auch denkbar, dass wenigstens eine drehgelagerte und entlang der Verstellrichtung V verstellbewegliche Rolle zum Umlegen des freien Abschnitts 19 des Isolationsbands 11 verwendet wird.
Infolge dieses Umlegens des freien Abschnitts 19 des Isolationsbands 11 7 ergibt sich beispielsweise eine in der 8 als Seitenansicht gezeigte Momentaufnahme während der Durchführung des Verfahrens der 3. Die Momentaufnahme der 8 folgt also zeitlich auf jene der 7. Es ist erkennbar, dass der noch nicht gefalzte Überstand 9 in der Art eines Kantenschutzes mittels des Isolationsbands 11 eingefasst ist. Das Isolationsband 11 ist dabei zu Überdeckung der Stoßkanten 10 U-förmig von der einen Außenfläche 12 auf die andere, gegenüberliegende Außenfläche 12 umgelegt.
Die 9 zeigt eine weitere Variante der Vorrichtung 21 der 4 in einer vogelperspektivischen Momentaufnahme während der Durchführung des Verfahrens der 3. Gemäß 4 ist die Nut 23 der Leiste 22 zum Erzeugen des Falzes 13 gerade an den Überstand 9 der Batteriezelle 1 angesetzt. Ausgehend von der Momentaufnahme der 9 wird nun die Leiste 22 relativ zur mittels der Fixiereinrichtung 40 festgehaltenen Batteriezelle 1 entlang der Verstellrichtung V bzw. der Nahtrichtung N über den Überstand 9, der mittels des Isolationsbands 11 kantenschutzartig eingefasst ist, gezogen. Die Momentaufnahme der 9 kann sich also zeitlich an jene der 8 anschließen.
In der 10 ist ein weiteres Beispiel einer erfindungsgemäßen Batteriezelle 1 in einer Seitenansicht gezeigt, die einer Momentaufnahme während der Durchführung des Verfahrens der 3 entspricht. Dabei kann sich die Momentaufnahme der 10 zeitlich an jene der 9 anschließen. Gemäß 10 ist der Falz 13 des mittels des Isolationsbands 11 eingefasst Überstands 9 erzeugt.
11 zeigt eine weitere Variante der Vorrichtung 21 der 4 in einer vogelperspektivischen Darstellung. Mittels der Vorrichtung 21 der 11 kann eine gegenüber dem Verfahren der 3 zusätzliche Maßnahme g) durchgeführt werden, die sich zeitlich an Maßnahme f) anschließt. Hierzu weist die Vorrichtung 21 der 11 eine drehbare Rolle 50 auf, die entlang der Verstellrichtung V bzw. der Nahtrichtung N verstellbar ist. Mittels der Rolle 50 kann der bereits gefalzte Überstand 9 aufgestellt werden, um eine der 1 entsprechende Ausformung zu erreichen. Sehr verständlich ist es auch denkbar, statt der Rolle 50 eine Leiste mit entsprechender Nut zu verwenden, die in Anlehnung an jene der 4 ausgelegt ist.
Die Maßnahmen a) bis c) des Verfahrens der 3 können mittels einer gesonderten oder mittels der Vorrichtung 21 der 4, 5, 6, 7, 9 sowie 11 durchgeführt werden. Gegebenenfalls können die Maßnahmen a) bis c) des Verfahrens der 3 als gesonderter Produktionsschritt betrachtet werden. Das bedeutet, dass gemäß den Maßnahmen a) bis c) vorgefertigte und zwischenlagerbare Beutel 3 verwendet werden können, um schließlich die Verfahrensschritte d) bis f) bzw. bis g) mittels der Vorrichtung 21 durchzuführen.

Claims

Elektrische Batteriezelle (1), insbesondere Pouch-Zelle (2), - mit einem Beutel (3) aus einer Metallverbundfolie (4), wobei der Beutel (3) eine entlang einer Nahtrichtung (N) verlaufende und einen Beutelinnenraum (5) des Beutels (3) fluiddicht verschließende Naht (6), insbesondere Siegelnaht, aufweist, - mit wenigstens einem galvanischen Element (7), das im Beutelinnenraum (5) angeordnet ist, - wobei im Bereich der Naht (6) zwei Folienabschnitte (8) des Beutels (3) flächig aneinander anliegen , wobei die Folienabschnitte (8) an der Naht (6) gemeinsam einen vom Beutelinnenraum (5) weg gerichtet abstehenden Überstand (9) ausbilden, und wobei die Folienabschnitte (8) im Überstand (9) in Stoßkanten (10) enden, - wobei die Stoßkanten (10) wenigstens bereichsweise von einem elektrisch isolierenden, insbesondere selbsthaftenden, Isolationsband (11) überdeckt sind, welches quer zur Nahtrichtung (N) beiden Ends zu zwei sich an die Stoßkanten (10) gegenüberliegend anschließende Außenseiten (12) der Folienabschnitte (8) hin umgeschlagen ist, - wobei der Überstand (9) wenigstens bereichsweise einen - insbesondere U-förmigen - Falz (13) umfasst, in welchem die Folienabschnitte (8) mitsamt dem Isolationsband (11) in Richtung des Beutelinnenraums (5) umgelegt sind.
Elektrische Batteriezelle (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass - der Beutel (3) zwei Beutelsegmente (14), insbesondere halbschalenförmige Beutelhälften, aus Metallverbundfolie (4) umfasst, die unter fluiddichtem Einschluss des Beutelinnenraums (5) stoffschlüssig zum Beutel (3) gefügt sind und von welchen je eines einen der Folienabschnitte (8) ausbildet; - der Überstand (9) an der Naht (6) entlang einer der Nahtrichtung (N) entsprechenden Umfangsrichtung (U) saumartig umläuft.
Elektrische Batteriezelle (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass - der Beutel (3) eine rechteckartige Geometrie mit zwei schmalen und zwei breiten Seiten (16, 17) aufweist; - wenigstens eine, vorzugsweise zwei einander gegenüberliegende, der Seiten (16, 17) durch den Überstand (9) mit Falz (13) festgelegt ist/sind, - wobei wenigstens eine der Seiten (16, 17) falzfrei ausgebildet ist; - wobei an der wenigstens einen falzfreien Seite (16, 17) wenigstens eine nach außen ragende vom Beutelinnenraum (5) ausgehende elektrische Anschlusselektrode (18) vorhanden ist, die im Beutelrinnenraum (5) an das wenigstens eine galvanische Element (7) elektrisch angeschlossen ist.
Elektrische Batteriezelle (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass - die Metallverbundfolie (4) außenseitig oder/und innenseitig beschichtet ist; - die Stoßkanten (10) beschichtungsfrei sind.
Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Batteriezelle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend nachfolgende Maßnahmen: a) Bereitstellen wenigstens eines geöffneten Beutelhalbzeugs aus einer Metallverbundfolie (4), welches einen Beutelinnenraum (5) teilweise begrenzt, b) Anordnen des wenigstens einen galvanischen Elements (7) im Beutelinnenraum (5) des in Maßnahme a) bereitgestellten Beutelhalbzeugs, c) Lokales Aneinanderlegen der Folienabschnitte (8) und Erzeugen der Naht (6), sodass unter Erzeugung des Beutels (3) der Beutelinnenraum (5) mit darin infolge Maßnahme b) aufgenommenem wenigstens einem galvanischem Element (7) fluiddicht verschlossen und der Überstand (9) ausgebildet werden, d) Wenigstens bereichsweises Anbringen des elektrisch isolierenden Isolationsbands (11) an der Außenseite (12) eines ersten der Folienabschnitte (8, 8a) im gemäß Maßnahme c) ausgebildeten Überstand (9), sodass ein Abschnitt (19) des Isolationsbands (11) vom Beutelinnenraum (5) abgewandt die Stoßkanten (10) überragend vorsteht, e) Umschlagen des Abschnitts (19) des gemäß Maßnahme d) angebrachten Isolationsbands (11), sodass mittels des Isolationsbands (11) die Stoßkanten (10) überdeckt und der Abschnitt (19) quer zur Nahtrichtung (N) an der Außenseiten (12) eines zweiten der Folienabschnitte (8, 8b) angelegt wird, um den Überstand (9) in der Art eines Kantenschutzes U-förmig einzufassen, f) Umlegen eines Randbereichs (20) des Überstands (9) mitsamt dem in Maßnahme e) umgeschlagenen Isolationsband (11), sodass der Falz (13) erzeugt wird.
Vorrichtung (21) für die Herstellung einer elektrischen Batteriezelle (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, insbesondere mittels eines Verfahrens nach Anspruch 5, - mit einer entlang einer Verstellrichtung (V) - die bei der Herstellung der Batteriezelle (1) mittels der Vorrichtung (21) wenigstens teilweise der Nahtrichtung (N) entspricht - verstellbeweglichen Leiste (22), die eine entlang der Verstellrichtung (V) ausgenommene Nut (23) zum Umlegen eines Randbereichs (20) des Überstands (9) mitsamt dem den Überstand (9) kantenschutzartig einfassenden Isolationsband (11) aufweist, - wobei die Nut (23) eine sich über die Verstellrichtung (V) ändernde Kontur ihres Querschnitts (24) aufweist, der so ausgebildet ist, dass der Randbereich (20) des - noch falzfreien - Überstands (9) mitsamt dem Isolationsband (11) mittels der Vorrichtung (21) unter Erzeugung des Falzes (13) umgelegt wird, wenn der Überstand (9) mitsamt dem Isolationsband (11) entlang der Verstellrichtung (V) durch die Nut (23) gezogen wird.
Vorrichtung (21) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontur des Querschnitts (24) der Nut (23) sich über die Verstellrichtung (V) in der Art einer diskreten Bildfolge (25) ändert, die durch zeitlich aufeinanderfolgende Momentaufnahmen (26) einer Bewegung des Randbereichs (20) bei seinem Umlegen festgelegt ist.
Vorrichtung (21) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass - die Nut (23) bezüglich der Verstellrichtung (V) einen Ends eine Einführöffnung (27) zur Aufnahme des - noch falzfreien - Überstands (9) mitsamt dem Isolationsband (11) aufweist, wobei die Nut (23) bezüglich der Verstellrichtung (V) anderen Ends eine Austragsöffnung (28) zum Austragen des gefalzten Überstands (9) mitsamt Isolationsband (11) aufweist; - die Einführöffnung (27) eine U-förmige Einführ-Geometrie (29) mit einer Einführ-U-Basis (30) und mit zwei davon abstehenden Einführ-U-Schenkeln (31) aufweist; - ein sich an die Einführ-U-Basis (30) direkt anschließender Anlaufabschnitt (32) eines ersten der Einführ-U-Schenkel (31, 31a) enthalten ist in einer Anlauffläche (33) der Leiste (22), über welche Anlauffläche (33) der Randbereich (20) des Überstands (9) mitsamt Isolationsband (11) zu seiner Umformung gleiten kann, wenn er durch die Nut (23) gezogen wird.
Vorrichtung (21) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlauffläche (33) der Leiste (22) über die Verstellrichtung (V) vom Anlaufabschnitt (32) des ersten Einführ-U-Schenkels (31 a) ausgehend zur Austragsöffnung (28) hin schraubenartig gewunden verläuft.
Vorrichtung (21) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass - die Austragsöffnung (28) eine von der U-förmigen Einführ-Geometrie (29) der Einführöffnung (27) verschiedene U-förmige Austrags-Geometrie (34) mit einer Austrags-U-Basis (35) und mit zwei davon abstehenden Austrags-U-Schenkeln (36) aufweist; - ein erster der Austrags-U-Schenkel (36, 36a) bezüglich der Verstellrichtung (V) fluchtet mit einem sich an den Anlaufabschnitt (32) von der Einführ-U-Basis (30) abgewandt direkt anschließenden Stützbereich (37) des ersten Einführ-U-Schenkels (31a), - wobei der Stützbereich (37) und der erste Austrags-U-Schenkel (36a) in einer im Wesentlichen eben und parallel zur Verstellrichtung (V) verlaufenden Stützfläche (38) der Leiste (22) enthalten sind, - ein dem ersten quer zur Verstellrichtung (V) gegenüberliegender zweiter der Austrags-U-Schenkel (36, 36b) in der Anlauffläche (33) der Leiste (22) enthalten ist.
Vorrichtung (21) nach Anspruch 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlauffläche (33) entlang der Verstellrichtung (V) von dem Anlaufabschnitt (32) ausgehend zum zweiten Austrags-U-Schenkel (36b) hin um etwa 180° gewunden ist.
Vorrichtung (21) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Winkel (α), unter welchem die Anlauffläche (33) der Leiste (22) gegenüber der Stützfläche (38) der Leiste (22) angestellt ist, sich über die Verstellrichtung (V) kontinuierlich, vorzugsweise stetig, besonders bevorzugt linear, ändert, insbesondere binnen einer entlang der Verstellrichtung (V) gemessenen Länge (L) der Leiste (22) von 0° nach 180° oder umgekehrt.
Vorrichtung (21) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiste (22) eine Deckfläche (39) aufweist, die mittels der Nut (23) entlang der Verstellrichtung (V) auf gesamter Länge (L) der Leiste (22) unterbrochen ist.
Vorrichtung (21) nach Anspruch 13 , dadurch gekennzeichnet, dass - die Einführ-U-Basis (30) senkrecht von der Deckfläche (39) weg gemessen in einer Einführ-Tiefe angeordnet und die Austrags-U-Basis (35) senkrecht von der Deckfläche (39) weg gemessen in einer Austrags-Tiefe angeordnet ist, wobei die Austrags-Tiefe vorzugsweise in etwa halb so groß ist wie die Einführ-Tiefe; oder/und dass - ein kleinster Abstand zwischen den Austrags-U-Schenkeln (36, 36a, 36b) eine Austrags-Breite und ein kleinster Abstand zwischen den Einführ-U-Schenkeln (31, 31a, 31b) eine Einführ-Breite festlegt, wobei die Austrags-Breite in etwa so groß ist wie die Einführ-Breite.
Vorrichtung (21) nach einem der Ansprüche 6 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass - die Vorrichtung (21) eine Fixiereinrichtung (40) umfasst, mittels welcher der - insbesondere mittels der Naht (6) verschlossene - Beutel (3) für das Erzeugen des Falzes (13) fixierbar ist, - die Vorrichtung (21) eine um eine Schwenkachse (S) schwenkbare Gabel (41) mit einem sich entlang der Schwenkachse (S) erstreckenden Gabeljoch (42) und mit zwei drehstarr mit dem Gabeljoch (42) verbundenen Gabelarmen (43) umfasst, zwischen welchen das elektrisch isolierende Isolationsband (11) aufgespannt werden und abseits der Gabelarme (43) abgelängt werden kann, sodass ein Zuschnitt (44) an an den Gabelarmen (43) befestigtem, insbesondere selbsthaftenden, Isolationsband (11) durch Schwenken der Gabel (41) um die Schwenkachse (S) an der Außenseite (12) eines ersten der Folienabschnitte (8, 8a) derart anbringbar ist, dass ein Abschnitt (19) des zugeschnittenen Isolationsbands (11) quer zur Verstellrichtung (V) die Stoßkanten (10) überragt; - die Vorrichtung (21) eine verstellbewegliche Umlegleiste (45) umfasst, mittels welcher der Abschnitt (19) des Isolationsbands (11) unter Überdeckung der Stoßkanten (10) an die Außenseite (12) eines zweiten der Folienabschnitte (8, 8b) umlegbar ist.
Vorrichtung (21) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (21) einen Roboterarm (46) mit Greifer (47), insbesondere mit Sauggreifer (48), zum Bestücken der Fixiereinrichtung (40) und zum Entfernen der Batteriezelle (1) aus der Fixiereinrichtung (40) nach der Erzeugung des Falzes (13) umfasst.