DE102021211615A1

DE102021211615A1 - Batteriezellgehäuse mit Berstelement und/oder Elektrolytreservoir sowie Verfahren zur Herstellung eines Batteriezellgehäuses

Info

Publication number: DE102021211615A1
Application number: DE102021211615.9A
Authority: DE
Inventors: Tanja Graf
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2021-10-14
Filing date: 2021-10-14
Publication date: 2023-04-20

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Batteriezellgehäuse mit einem einstückig hergestellten, zumindest einseitig offenen Behälter zur Aufnahme eines Zellstapels, der einen Bodenabschnitt (10) und mindestens eine sich an den Bodenabschnitt (10) nach oben erstreckenden Wandabschnitt (14) aufweist, wobei im Bodenabschnitt (10) mindestens eine als Elektrolytreservoir (24) oder als Berstelement (22) vorgesehene Vertiefung (20) ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Batteriezellgehäuse sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Batteriezellgehäuses. Insbesondere betrifft die Erfindung prismatische Batteriezellgehäuse für Batteriezellen mit einer Zellspannung von 1 V bis 10 V, bevorzugt mit 2 V bis 8 V und besonders bevorzugt mit 2,5 V bis 5 V. Derartige Batteriezellgehäuse werden insbesondere für die Erstellung von Batteriemodulen für Fahrzeuge verwendet, wobei in der Praxis häufig mehrere Module zu einem Batteriesystem zusammengeschaltet werden. Es ist alternativ möglich, alle Batteriezellen bzw. Batteriezellgehäuse direkt in einen Batteriekasten einzubauen oder unmittelbar im Bereich eines Fahrzeugbodens eines Kraftfahrzeuges zu befestigen.
Die Spannung der Batteriesysteme von Fahrzeugen liegt in der Praxis üblicherweise bei mindestens 48 V, insbesondere in einem Bereich zwischen 48 V und 800 V, bevorzugt zwischen 200 V und 800 V und besonders bevorzugt zwischen 400 V und 800 V.
Die aus der Praxis bekannten Batteriezellgehäuse prismatischer Batteriezellen werden häufig mittels Umformtechnik hergestellt, insbesondere durch Tiefziehen in meist 10 bis 15 Verfahrensschritten. Es sind innenseitig der Batteriezellgehäuse üblicherweise ebene Oberflächen vorgesehen. Hauptaufgabe der Batteriezellgehäuse ist es, die Batteriezelle bzw. einen Zellstack einzuhausen und eine thermische Verbindung mit einem Kühlsystem aufzubauen, damit beim Betrieb der Zellen entstandene Wärme über das Batteriezellgehäuse und das Kühlsystem abgeführt werden kann. Ein in das Batteriezellgehäuse einzusetzender Zellstapel wird vor dem Einführen in das Batteriezellgehäuse üblicherweise mit einer Folie verpackt, die mehrere Funktionen erfüllt. Die Folie schützt den Zellstapel vor Beschädigungen, dient als Einführhilfe und dient als elektrische Isolierung. Zusätzlich wird an der zum Bodenabschnitt des Batteriezellgehäuses gerichteten Seite des Zellstapels ein strukturiertes, dünnes Plastikplättchen oder eine strukturierte Folie vorgesehen, welche aufgrund ihrer Struktur zwischen Zellstapel und Bodenabschnitt des Batteriezellgehäuses ein Reservoir für Elektrolyt bereitstellt und eine Wärmebrücke zwischen Batteriezellgehäuse und Zellstapel im Bodenabschnitt darstellt. Das Plastikplättchen oder die strukturierte Folie muss faltenfrei verklebt werden, was einen zusätzlichen Arbeitsschritt erfordert und mit entsprechenden Kosten verbunden ist.
Aus der Praxis bekannte Batteriezellgehäuse enthalten meist entweder in einem oberseitigen Deckel oder im Bereich der Bodenwanne eine Öffnung, die mit einer Berstmembran verschlossen ist. Die Aufgabe der Berstmembran ist das Öffnen einer Zelle, in welcher ein bestimmter Überdruck überschritten wird, um den Druck im Inneren der Zelle abzubauen und eine Explosion zu vermeiden.
Aus DE 10 2015 014 343 A1 ist ein Zellhalter mit einer rahmenförmigen Schale für eine Anzahl von jeweils ein Sicherheitsventil zum Überdruckabbau aufweisenden Einzelzellen für einen elektrochemischen Energiespeicher bekannt. Die Schale weist eine Öffnung auf, an oder in welcher eine Berstmembran oder eine Berstklappe zum Überdruckabbau angeordnet ist. Als Berstmembran ist insbesondere eine Metallfolie oder eine Metallverbundfolie beschrieben, die an die Unterseite der Schale geklebt oder gesiegelt ist. Wenn ein bestimmter Überdruck erreicht ist, reißt die Berstmembran auf oder ab. Unter einer Berstklappe wird die Anordnung einer federbelasteten Klappe verstanden, die bei Überdruck nicht zerstörend öffnet und sich bei nachlassendem Überdruck wieder verschließt. Sowohl die Variante mit Berstmembran als auch die Variante mit Berstklappe ist mit dem Nachteil verbunden, dass separate Elemente erforderlich sind, die im Bereich der Öffnung positioniert und montiert werden müssen, was mit Herstellungs- und Montageaufwand verbunden ist.
Aus DE 10 2013 127 637 A1 ist ein elektrischer Energiespeicher für ein Kraftfahrzeug mit zumindest zwei Batteriezellen bekannt, die auf einer Kühlplatte angeordnet sind, wobei an einem Batteriezellengehäuse in einem Bereich zwischen den jeweiligen Batteriezellen und der Kühlplatte an Öffnungen Berstmembranen angeordnet sind. Die Berstmembranen sind so ausgelegt, dass diese bei einem thermischen Durchgehen einer der Batteriezellen bersten, so dass ein entstandenes heißes Gas zur Kühlplatte abgeführt wird. Auch bei diesem Energiespeicher sind die Berstmembranen als separate Elemente vorgesehen, welche im Bereich der jeweiligen Öffnung positioniert und montiert werden müssen.
Die aus dem Stand der Technik bekannten Batteriezellgehäuse mit Berstmembran und Elektrolytreservoir basieren auf mehrteiligen Anordnungen, deren Herstellung zeit- und kostenintensiv ist. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass folienartig ausgebildete Berstmembranen üblicherweise innenseitig des Batteriezellgehäuses im Bereich einer Durchgangsöffnung montiert werden. Dadurch entsteht außenseitig eine Vertiefung, die in etwa die Wandstärke der Bodens oder des Deckels aufweist, abhängig davon, ob die Berstmembran im Boden oder im Deckel vorgesehen ist. Da sich in solchen Vertiefungen beim Betrieb des Batteriezellgehäuses Feuchtigkeit niederschlagen kann, die zu lokaler Korrosion der Berstmembran führen kann, insbesondere wenn es sich um ein in einem Kraftfahrzeug installiertes Batteriezellgehäuse handelt, muss die Vertiefung in diesem Fall auch von der Außenseite geschützt werden. Dies geschieht in der Praxis häufig durch Aufbringen einer Abdeckung aus Kunststoff, die so dünn ist, dass sie im Falle einer Gasfreisetzung durch die Membran ebenfalls öffnet. Dies ist nicht nur mit Zusatzkosten verbunden. Es führt bei Positionierung im Boden auch zu Bauraumverlust und damit zu einer Reduzierung der Energiedichte der Batteriezelle.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Batteriezellgehäuse mit Berstelement und/oder Elektrolytreservoir sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Batteriezellgehäuses zur Verfügung zu stellen, welche eine einfache und kostengünstige Herstellung ermöglichen.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Weitere praktische Ausführungsformen und Vorteile der Erfindung sind in Verbindung mit den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Ein erfindungsgemäßes Batteriezellgehäuse weist einen einstückig hergestellten, zumindest einseitig offenen Behälter zur Aufnahme eines Zellstapels mit einem Bodenabschnitt und mindestens einem, sich an dem Bodenabschnitt nach oben erstreckenden Wandabschnitt auf. Dabei ist im Bodenabschnitt mindestens eine als Elektrolytreservoir oder als Berstelement vorgesehene Vertiefung ausgebildet. Die Grundidee der Erfindung besteht insoweit darin, die Herstellung eines erfindungsgemäßen Batteriezellgehäuses dadurch zu vereinfachen, dass unmittelbar bei der Herstellung des Batteriezellgehäuses auch mindestens eine Vertiefung im Bodenabschnitt ausgebildet wird, die als Elektrolytreservoir und/oder als Berstelement ausgelegt ist, vorzugsweise als Elektrolytreservoir oder als Berstelement.
So kann beispielsweise im Falle eines Berstelements die Wandstärke im Bereich der Vertiefung so ausgelegt sein, dass bei Übersteigen eines bestimmten Grenzdrucks innerhalb des Behälters durch Materialversagen im Bereich der Vertiefung eine Berstöffnung entsteht. In diesem Fall ist die Beschaffung und das separate Montieren einer Berstmembran nicht mehr erforderlich. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Vertiefung auf einfache und kostengünstige Art und Weise innenseitig ausgebildet werden kann, so dass der Behälter außenseitig auch im Bereich des Bodenabschnitts eine glatte Oberfläche aufweist. Zusätzliche Abdeckungen sind dementsprechend nicht erforderlich.
Ist eine als Elektrolytreservoir vorgesehene Vertiefung vorgesehen, entfällt das zusätzliche Anbringen eines Plastikplättchens oder einer strukturierten Folie an der Unterseite eines Zellstapels vor dem Einsetzen des Zellstapels in das Batteriezellgehäuse. Mit anderen Worten ausgedrückt, können bei der Herstellung des Behälters eines Batteriezellgehäuses unmittelbar die Funktionen Berstelement und/oder Elektrolytreservoir vollständig ausgebildet oder zumindest durch Ausbildung der Vertiefung weitestgehend vorbereitet werden.
Dadurch ergibt sich ein insgesamt einfaches und somit auch kostengünstig durchzuführendes Herstellungsverfahren, wodurch die Kosten für die Fertigung erfindungsgemäßer Batteriezellgehäuse gering gehalten werden können.
In einer praktischen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Batteriezellgehäuses ist der Behälter mit der mindestens einen Vertiefung einstückig im Fließpressverfahren hergestellt. Die Herstellung im Fließpressverfahren ist, insbesondere im Vergleich zu Tiefziehprozessen, einfach, zeitsparend und damit sehr kosteneffizient. In diesem Zusammenhang hat sich insbesondere das Rückwärtsfließpressen als besonders geeignetes Herstellungsverfahren für erfindungsgemäße Batteriezellgehäuse erwiesen. Insbesondere kann die Herstellung dadurch erfolgen, dass eine Ronde, beispielsweise ein Aluminium-Halbzeug, in eine Matrize eingelegt wird, um anschließend durch Einfahren eines Stempels mit strukturierter Unterseite in einem einfachen und kostengünstig umsetzbaren Rückwärtsfließpressverfahren ein erfindungsgemäßes Batteriezellgehäuse auszubilden.
In einer weiteren praktischen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Batteriezellgehäuses ist mindestens eine als Berstelement vorgesehene Vertiefung und mindestens eine als Elektrolytreservoir vorgesehen Vertiefung vorgesehen, wobei der Bodenabschnitt im Bereich der als Berstelement vorgesehenen Vertiefung einen geringere Wandstärke aufweist als im Bereich der als Elektrolytreservoir vorgesehenen Vertiefung. Durch eine solche konstruktive Auslegung kann sichergestellt werden, dass im Falle mehrerer Vertiefungen bei Erreichen bzw. Überschreiten eines bestimmten Maximal-Innendrucks im Batteriezellgehäuse das Material des Behälters im Bereich der als Berstöffnung vorgesehenen Vertiefung versagt und nicht im Bereich einer als Elektrolytreservoir vorgesehenen Vertiefung. Vorzugsweise weist die Wandstärke im Bereich einer als Berstöffnung vorgesehenen Vertiefung ein Wandstärkenminimum mit einem gewissen Sicherheitsabstand zu sämtlichen anderen Wandstärkenbereichen auf, beispielsweise eine Wandstärke, die maximal 70 Prozent, bevorzugt maximal 60 Prozent und besonders bevorzugt maximal 50 Prozent im Vergleich zu sämtlichen anderen Wandstärkenbereichen des Batteriezellgehäuses auf.
Wenn mindestens eine als Berstelement vorgesehene Vertiefung und mindestens eine als Elektrolytreservoir vorgesehen Vertiefung vorgesehen ist, ist es weiter bevorzugt, wenn die als Berstelement vorgesehene Vertiefung eine größere Querschnittsfläche aufweist als die als Elektrolytreservoir vorgesehene Vertiefung. Dies ist zwar nicht zwingend erforderlich, es hat aber den Vorteil, dass in diesem Fall eine - relativ große - als Berstöffnung vorgesehene Vertiefung mit mehreren, über den Boden verteilten als Elektrolytreservoir vorgesehenen Vertiefungen kombiniert werden kann. So können eine Vielzahl von Elektrolytreservoirs über den Bodenabschnitt verteilt vorgesehen sein, was insoweit vor Vorteil ist, als Elektrolyt innerhalb des Batteriezellgehäuses über einen Großteil der Bodenfläche verteilt in geeigneten Vertiefungen vorgehalten werden kann. So kann Elektrolyt bei Bedarf auf kurzen Wegen zu allen Bereichen eines Zellstapels diffundieren.
In einer weiteren praktischen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Batteriezellgehäuses ist der Behälter aus einem Metallwerkstoff gebildet. Bevorzugt sind in diesem Zusammenhang insbesondere Stahlwerkstoffe und Aluminiumwerkstoffe. Aluminium hat zusätzliche Gewichtsvorteile.
Wenn in der mindestens einen als Berstelement vorgesehenen Vertiefung mindestens eine zusätzliche Soll-Schwachstelle ausgebildet ist, kann die Dimensionierung auch dann besonderes genau erfolgen, wenn der Werkstoff des erfindungsgemäßen Batteriezellgehäuses im Bereich einer als Berstelement vorgesehenen Vertiefung schon bei verhältnismäßig geringem Drücken versagen soll. Derartige Soll-Schwachstellen können bereits während der Herstellung durch einen geeigneten Zusatzvorsprung oder mehrere Zusatzvorsprünge ausgebildet werden, insbesondere indem im Bereich eines Stempels mit einem Vorsprung zur Ausbildung einer als Berstelement vorgesehenen Vertiefung ein Zusatzvorsprung vorgesehen ist, beispielsweise in Form einer hervorragenden Grats, einer Sternstruktur oder einer sonstigen Zusatzstruktur, um eine zusätzliche Partialvertiefung zu erzielen. Solche Soll-Schwachstellen können alternativ oder in Ergänzung auch durch nachträgliche Materialbearbeitung im Bereich einer als Berstelement vorgesehenen Vertiefung ausgebildet werden, insbesondere durch mechanische Bearbeitung wie Einritzen, Schleifen oder Fräsen und/oder durch Laserbearbeitung.
Hinsichtlich der Dimensionierung der Wandstärke(n) eines erfindungsgemäßen Batteriezellgehäuses hat es sich als besonders geeignet erwiesen, wenn die Wandstärke im Bodenabschnitt maximal 3 mm beträgt. Bevorzugt sind Wandstärken zwischen 0,5 und 2,0 mm, weiter bevorzugt zwischen 0,6 bis 1,5 mm und besonders bevorzugt zwischen 0,8 und 1,2 mm. Die genannten Wandstärkenbereiche sind insbesondere für die Herstellung eines erfindungsgemäßen Batteriezellgehäuses im Fließpressverfahren geeignet.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung eines Batteriezellgehäuses mit einem zumindest einseitig offenen Behälter zur Aufnahme eines Zellstapels, der einen Bodenabschnitt und mindestens einen sich an den Bodenabschnitt nach oben erstreckenden Wandabschnitt aufweist, wobei im Bodenabschnitt mindestens eine als Elektrolytreservoir oder als Berstelement vorgesehene Vertiefung ausgebildet ist. Dabei wird die Herstellung des Behälters mit der mindestens einen Vertiefung einstückig im Fließpressverfahren durchgeführt. Auf die vorstehend bereits in Verbindung mit dem Batteriezellgehäuse beschriebenen Vorteile wird hiermit noch einmal verwiesen. Ferner wird noch einmal betont, dass sich die Herstellung im Rückwärtsfließpressverfahren als für die Praxis besonders geeignet erwiesen hat.
In einer praktischen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zur Ausbildung der mindestens einen Vertiefung ein Stempel mit mindestens einem an der Unterseite ausgebildeten Vorsprung verwendet, wobei der Vorsprung an die mindestens eine auszubildende Vertiefung angepasst ist. Insbesondere ist der Vorsprung in seinen geometrischen Abmessungen im Wesentlichen komplementär oder im Wesentlichen komplementär zur der auszubildenden Vertiefung dimensioniert. Der Vollständigkeit halber wird darauf hingewiesen, dass vorzugsweise mehrere Vorsprünge vorgesehen sind, insbesondere ein oder mehrere Vorsprünge mit größerer Länge zur Ausbildung von ein oder mehreren als Berstelement vorgesehenen Vertiefungen und/oder ein oder mehrere Vorsprünge mit reduzierter Länge zur Ausbildung von ein oder mehreren als Elektrolytreservoir dienenden Vertiefungen.
Wenn an mindestens einem, für die Ausbildung einer als Berstelement vorgesehenen Vertiefung mindestens ein Zusatzvorsprung ausgebildet ist, um so beim Fließpressen eine Soll-Schwachstelle auszubilden, können ein oder mehrere Soll-Schwachstellen ohne zusätzliche Arbeitsschritte bereits bei der Herstellung eines erfindungsgemäßen Behälters ausgebildet werden. Alternativ oder in Ergänzung dazu kann in einer als Berstelement vorgesehenen Vertiefung auch durch nachträgliche Bearbeitung mindestens eine Soll-Schwachstelle ausgebildet werden. Auf die vorstehend beschriebenen Möglichkeiten und die damit verbundenen Vorteile wird hiermit noch einmal verwiesen.
Weitere praktische Ausführungsformen der Erfindung sind nachfolgend im Zusammenhang mit den Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

1 einen Bodenabschnitt eines erfindungsgemäßen Batteriezellgehäuses mit einer als Berstelement vorgesehenen Vertiefung und zwei als Elektrolytreservoir vorgesehenen Vertiefungen in einer isometrischen Halbschnittdarstellung,
2 eine Anordnung aus einer in eine Matrize eingelegten Ronde mit einem oberseitig der Ronde vorgesehenen Stempel zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Batteriezellgehäuses im Rückwärtsfließpressverfahren,
3 ein erfindungsgemäßes Batteriezellgehäuses in einer isometrischen Ansicht auf den äußeren Bodenabschnitt von schräg unten,
4 den Bodenabschnitt einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Batteriezellgehäuses mit einer als Berstelement vorgesehenen Vertiefung und 14 als Elektrolytreservoir vorgesehenen Vertiefungen in einer Ansicht von oben,
5 eine Schnittdarstellung durch eine Vertiefung eines erfindungsgemäßen Batteriezellgehäuses mit schräg verlaufenden Vertiefungs-Seitenwänden,
6 eine Schnittdarstellung durch eine Vertiefung eines erfindungsgemäßen Batteriezellgehäuses mit senkrechten Vertiefungs-Seitenwänden,
7-15 verschiedene Ausführungsformen von Bodenabschnitten mit einer Vielzahl jeweils gleichartiger Vertiefungen in einer Ansicht von oben und
16 einen Bodenabschnitt mit einer als Berstelement vorgesehenen Vertiefung und zwei unmittelbar angrenzenden, als Elektrolytreservoir vorgesehenen Vertiefungen.

1 zeigt den Bodenabschnitt 10 eines erfindungsgemäßen Batteriezellgehäuses 12. Das Batteriezellgehäuse 12 weist in der gezeigten Ausführungsform eine quaderförmige Geometrie auf, welche in 3 gut erkennbar ist. An den Bodenabschnitt 10 schließen sich dementsprechend in der gezeigten Ausführungsform vier sich nach oben erstreckende Wandabschnitte 14 an. In 3, welche das Batteriezellgehäuse 12 aus 1 in einer isometrischen Ansicht auf den äußeren Bodenabschnitt 10 von schräg unten zeigt, ist auch gut erkennbar, dass der Bodenabschnitt 10 und die Wandabschnitte 14 jeweils eine ebene Oberfläche aufweisen.
Zum besseren Verständnis der in 1 dargestellten Halbschnittansicht ist in 3 mit den Pfeilen I-I der Verlauf der Längsschnittlinie und die Blickrichtung der isometrischen Darstellung gemäß 1 gekennzeichnet.
Der Vollständigkeit halber wird darauf hingewiesen, dass in 1 die drei erkennbaren Wandabschnitte 14 insoweit nur schematisch dargestellt sind, als nur die jeweiligen Innenflächen 16 der Wände dargestellt sind. Im Gegensatz dazu ist der Bodenabschnitt 10 mit der vollen Wandstärke W in der Schnittebenenfläche 18 erkennbar.
In 1 ist gut erkennbar, dass im Bodenabschnitt 10 der gezeigten Ausführungsform drei Vertiefungen 20 ausgebildet sind.
Dabei ist eine Vertiefung 20 mit großer Querschnittsfläche und größerer Tiefe als Berstelement 22 vorgesehen. Die zwei übrigen Vertiefungen 20, welche eine geringere Tiefe und geringere Querschnittsfläche aufweisen, sind als Elektrolytreservoirs 24 vorgesehen. Die im Bereich der als Berstelement 22 vorgesehen Vertiefung 20 verbleibende Wandstärke w_B beträgt in dem gezeigten Ausführungsbeispiel etwa 50 % der Wandstärke W im Bodenabschnitt 10.
Die im Bereich der als Elektrolytreservoir 24 vorgesehenen Vertiefungen 20 verbleibende Wandstärke w_E beträgt etwa 70 % der Wandstärke W im Bereich des Bodenabschnitts 10.
In der in 1 gezeigten Ausführungsform ist die Wandstärke w_B im Bereich der als Berstelement 22 dienenden Vertiefung 20 so klein gewählt, dass bei übersteigen eines bestimmten Grenzdrucks innerhalb des durch das Batteriezellgehäuse 12 gebildeten Behälters, der oberseitig üblicherweise durch einen Deckel (nicht dargestellt) verschlossen ist, das Material im Bereich mit der Wandstärke w_B versagt, so dass eine Berstöffnung entsteht.
2 zeigt eine Anordnung aus einer in eine Matrize 26 eingelegten Ronde 28 mit einem oberseitig der Ronde 28 vorgesehenen Stempel 30 zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Batteriezellgehäuses 12 im Rückwärts-Fließpressverfahren.
Bei der Matrize 26 handelt es sich um einen oberseitig offenen Behälter, welcher in seinen Abmessungen komplementär zu der Geometrie des zu erzeugenden Batteriezellgehäuses 12 gestaltet ist. Wie aus 2 ersichtlich ist, sind an der Unterseite 32 des Stempels 30 Vorsprünge 34 ausgebildet.
Der in 2 gezeigte Stempel 30 weist einen Vorsprung 34 mit großer Länge L auf, welcher komplementär zu einer als Berstelement 22 dienenden Vertiefung 20 gestaltet ist. Ferner weist der Stempel 30 sechs Vorsprünge 34 mit einer geringeren Länge I auf, welche zur Herstellung von als Elektrolytreservoir 24 dienenden Vertiefungen 20 dient. Die eine Vertiefung 20 mit der großen Länge L ist etwa mittig vorgesehen, während die sechs Vertiefungen 20 mit der geringeren Länge I jeweils rechts und links des Vorsprungs 34 mit der großen Länge L angeordnet sind.
Um ein erfindungsgemäßen Batteriezellgehäuse herzustellen, muss lediglich der Stempel 30 mit ausreichend großem Druck nach unten gemäß dem Pfeil D gegen die Ronde 28 gedrückt werden. Der auf die Ronde 28 wirkende Druck führt dazu, dass das Material der Ronde 28 in der Matrize 26 entgegen der Richtung des Pfeils D fließt, so dass sich ein Behälter mit Seitenwänden mit der Wandstärke s ausbildet. Die Wandstärke W im Bodenabschnitt 10 ist dadurch vorgegeben, dass der Stempel 30 bis auf ein vorgegebenes Niveau in Richtung des Pfeils D verfahren wird, so dass nach Ausfahren des Stempels 30 aus der Matrize 26 ein Bodenabschnitt 10 mit der Wandstärke W verbleibt.
4 zeigt eine Ansicht auf einen Bodenabschnitt 10 einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Batteriezellgehäuses 12 mit einer als Berstelement 22 vorgesehenen Vertiefung 20 und insgesamt 14 als Elektrolytreservoir 24 vorgesehenen Vertiefungen 20 in einer Ansicht von oben. Bei dieser Ausführungsform ist die als Berstelement 22 vorgesehene Vertiefung 20 oval ausgebildet und erstreckt sich nahezu über die Hälfte der gesamten Länge und weit mehr als die Hälfte der gesamten Breite des Bodenabschnitts 10. Ferner ist in Längsrichtung eine Soll-Schwachstelle 36 in Form einer zusätzlichen Partialvertiefung 38 vorgesehen. Bei der Partialvertiefung 38 handelt es sich in der gezeigten Ausführungsform um einen Ritzengraben, der sich parallel zur Längserstreckungsrichtung des Bodenabschnitts 10 über die gesamte Länge der Vertiefung 20 erstreckt.
In den 5 und 6 ist jeweils eine Vertiefung 20 dargestellt, wobei es sich bei dieser Vertiefung 20 entweder um eine als Berstelement 22 dienende Vertiefung 20 oder um eine als Elektrolytreservoir 24 dienende Vertiefung 20 handeln kann.
Bei der in 5 gezeigten Vertiefung 20 handelt es sich um eine Vertiefung 20 mit schräg verlaufenden Vertiefungs-Seitenwänden 40.
Bei der 6 gezeigten Ausführungsform handelt es sich um eine Vertiefung 20 mit senkrecht verlaufenden Vertiefungs-Seitenwänden 40.
Vertiefungen 20 mit schräg verlaufenden Vertiefungs-Seitenwänden 40 gemäß 5 haben den Vorteil, dass diese Vorteile hinsichtlich der Herstellung bieten und mit einer höheren langfristigen Haltbarkeit und höheren Robustheit verbunden sind.
Die in 6 dargestellte Ausführungsform mit senkrechten Vertiefungs-Seitenwänden 40 wird bevorzugt für als Berstelement 22 dienende Vertiefungen 20 verwendet. Bei dieser Ausführungsform kann insbesondere der Bereich der senkrechten Kanten für eine mechanische Schwächung durch Partialvertiefungen 38 oder sonstige Strukturen genutzt werden, um das Niveau des Versagens mit geringem zusätzlichen Fertigungsaufwand auszulegen.
In den 7 bis 15 sind verschiedene Ausführungsformen von Bodenabschnitten 10 jeweils in einer Ansicht von oben dargestellt. Diese Ausführungsformen weisen ausschließlich als Elektrolytreservoir 24 dienende Vertiefungen 20 auf. Es ist ersichtlich, dass derartige Vertiefungen 20 nahezu beliebig an den jeweiligen Anwendungsfall anpassbar sind. Insbesondere ist die Zahl und Größe der Strukturen variabel. In den gezeigten Ausführungsbeispielen wurden zwar jeweils gleichartige Vertiefungen 20 gewählt. Der Vollständigkeit halber wird jedoch darauf hingewiesen, dass die Art und Anzahl der Vertiefungen 20 auch beliebig kombiniert werden kann. Insbesondere können auch verschiedene Typen von Vertiefungen 20 aus den 7 bis 15 miteinander kombiniert werden. Ferner können auch andere Vertiefungsgeometrien gewählt werden.
16 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, von welchen nur der Bodenabschnitt 10 dargestellt ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist eine Vertiefung 20 mit der bereits in Verbindung mit 4 beschriebenen Gestaltung kombiniert mit zwei als Elektrolytreservoir 24 dienenden Vertiefungen 20, welche bis an die als Berstelement 22 vorgesehene Vertiefung 20 herangetragen und somit in diese übergehen. Dadurch entsteht im Bereich des Bodenabschnitts 10 der in 16 gezeigten Ausführungsform insgesamt eine Vertiefung 20, welche in den äußeren Bereichen eine geringere Tiefe aufweist als im mittleren Bereich mit der als Berstelement 22 dienenden Vertiefung 20.
Die in der vorliegenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein. Die Erfindung kann im Rahmen der Ansprüche und unter Berücksichtigung der Kenntnisse des zuständigen Fachmanns variiert werden.
Bezugszeichenliste

10: Bodenabschnitt
12: Batteriezellgehäuse
14: Wandabschnitt
16: Innenfläche
18: Schnittebenenfläche
20: Vertiefung
22: Berstelement
24: Elektrolytreservoir
26: Matrize
28: Ronde
30: Stempel
32: Unterseite
34: Vorsprung
36: Soll-Schwachstelle
38: Partialvertiefung
40: Vertiefungs-Seitenwand

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102015014343 A1 [0005]
DE 102013127637 A1 [0006]

Claims

Batteriezellgehäuse mit einem einstückig hergestellten, zumindest einseitig offenen Behälter zur Aufnahme eines Zellstapels, der einen Bodenabschnitt (10) und mindestens eine sich an den Bodenabschnitt (10) nach oben erstreckenden Wandabschnitt (14) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass im Bodenabschnitt (10) mindestens eine als Elektrolytreservoir (24) oder als Berstelement (22) vorgesehene Vertiefung (20) ausgebildet ist.
Batteriezellgehäuse nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter mit der mindestens einen Vertiefung (20) einstückig im Fließpressverfahren hergestellt ist.
Batteriezellgehäuse nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine als Berstelement (22) vorgesehene Vertiefung (20) und mindestens eine als Elektrolytreservoir (24) vorgesehen Vertiefung (20) vorgesehen ist, wobei der Bodenabschnitt (10) im Bereich der als Berstelement (22) vorgesehenen Vertiefung (20) einen geringere Wandstärke (w_B) aufweist als im Bereich der als Elektrolytreservoir (24) vorgesehenen Vertiefung (20).
Batteriezellgehäuse nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine als Berstelement (22) vorgesehene Vertiefung (20) und mindestens eine als Elektrolytreservoir (24) vorgesehen Vertiefung (20) vorgesehen ist, wobei die als Berstelement (22) vorgesehene Vertiefung (20) eine größere Querschnittsfläche aufweist als die als Elektrolytreservoir (24) vorgesehene Vertiefung (20).
Batteriezellgehäuse nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter aus einem Metallwerkstoff gebildet ist.
Batteriezellgehäuse nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der mindestens einen als Berstelement (22) vorgesehenen Vertiefung (20) mindestens eine zusätzliche Soll-Schwachstelle (36) ausgebildet ist.
Batteriezellgehäuse nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandstärke (W) im Bodenabschnitt (10) maximal 3 mm beträgt.
Verfahren zur Herstellung eines Batteriezellgehäuses (12) mit einem zumindest einseitig offenen Behälter zur Aufnahme eines Zellstapels, der einen Bodenabschnitt (10) und mindestens einen sich an den Bodenabschnitt (10) nach oben erstreckenden Wandabschnitt (14) aufweist, wobei im Bodenabschnitt (10) mindestens eine als Elektrolytreservoir (24) oder als Berstelement (22) vorgesehene Vertiefung (20) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Herstellung des Behälters mit der mindestens einen Vertiefung (20) einstückig im Fließpressverfahren durchgeführt wird.
Verfahren nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ausbildung der mindestens einen Vertiefung (20) ein Stempel (30) mit mindestens einem an der Unterseite (32) ausgebildeten Vorsprung (34) verwendet wird, wobei der Vorsprung (34) an die mindestens eine auszubildende Vertiefung (20) angepasst ist.
Verfahren nach einem der beiden vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an mindestens einem, für die Ausbildung einer als Berstelement (22) vorgesehenen Vertiefung (20) mindestens ein Zusatzvorsprung ausgebildet ist, um so beim Fließpressen eine Soll-Schwachstelle (36) auszubilden und/oder in einer als Berstelement (22) vorgesehene Vertiefung (20) durch nachträgliche Bearbeitung mindestens eine Soll-Schwachstelle (36) ausgebildet wird.