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Die Erfindung betrifft eine Batteriezelle für eine Batterie eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Kraftwagens, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Derartige Batteriezellen für Batterien von Kraftfahrzeugen sind aus dem allgemeinen Stand der Technik bereits hinlänglich bekannt. Die jeweilige Batteriezelle weist ein jeweiliges Zellgehäuse auf, in dessen Inneren Elektroden und ein Elektrolyt zum Speichern von elektrischer Energie aufgenommen sind. Die Batteriezelle weist außerdem wenigstens eine eine Entlüftungsöffnung des Zellgehäuses verschließende Berstscheibe auf, welche durch eine im Inneren des Zellgehäuses entstehende Druckerhöhung zerstörbar ist und dadurch eine Entlüftungsöffnung des Zellgehäuses freigibt. Über die freigegebene Entlüftungsöffnung kann ein die Druckerhöhung bewirkendes Gas aus dem Zellgehäuse an dessen Umgebung abgeführt werden. Hierdurch kann beispielsweise ein unkontrolliertes Platzen der Batteriezelle vermieden werden. Des Weiteren ist der
DE 10 2014 017 216 A1 eine Batteriegehäuseanordnung als bekannt zu entnehmen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Batteriezelle der eingangs genannten Art zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird durch eine Batteriezelle mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Um eine Batteriezelle der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art zu verbessern, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass eine die Entlüftungsöffnung in Umfangsrichtung der Entlüftungsöffnung vollständig umlaufend und direkt begrenzende Kante einer Wandung des Zellgehäuses, in dessen Wandung die Entlüftungsöffnung insbesondere als Durchgangsöffnung ausgebildet ist, eine dem Inneren des Zellgehäuses und der Berstscheibe zugewandte, gezielt beispielsweise durch mechanische Bearbeitung der Kante hergestellte Schneide aufweist beziehungsweise gezielt als Schneide ausgebildet ist, insbesondere in Umfangsrichtung der Entlüftungsöffnung vollständig umlaufend. Infolge der in dem Inneren des Zellgehäuses stattfindenden Druckerhöhung wird die Berstscheibe mittels der Schneide durchtrennt und dadurch zerstört, wodurch das Gas vorteilhaft aus dem Zellgehäuse abgeführt und an die Umgebung des Zellgehäuses geführt werden kann. Hierdurch kann das auch als Batteriegehäuse bezeichnete Zellgehäuse gezielt geöffnet werden, wodurch ein unkontrolliertes Platzen der Batteriezelle vermieden werden kann.
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Beispielsweise ist die Batteriezelle Bestandteil eines elektrischen Energiespeichers, welcher ein Speichergehäuse aufweist, in welchem mehrere Batteriezellen wie die erfindungsgemäße Batteriezelle angeordnet sind, wobei die in dem Speichergehäuse angeordneten Batteriezellen beispielsweise elektrisch miteinander verbunden sind. Dabei liegen der Erfindung insbesondere die folgenden Erkenntnisse und Überlegungen zugrunde: Für den Fall einer Beschädigung einer Batteriezelle und einer damit verbundenen Gasbildung, was auch als Venting oder Entlüftung bezeichnet wird, wird bei Gehäusen von beispielsweise als Hardcasezellen ausgebildeten Batteriezellen eine auch als Berstmembran bezeichnete oder als Berstmembran ausgebildete Berstscheibe eingebracht, welche ab einem bestimmten, in dem Inneren des Zellgehäuses herrschenden und auch als Innendruck bezeichneten Druck gerichtet beziehungsweise gezielt versagt und so eine mögliche Explosion der Batteriezelle verhindert. Derartige Berstscheiben werden nach aktuellem Stand perforiert beziehungsweise beispielsweise mittels einer mechanischen Bearbeitung mittels einer Soll-Bruchstelle versehen, sodass das Zellgehäuse in einem Bereich, in welchem die Berstscheibe angeordnet ist, infolge der Druckerhöhung gezielt und dabei insbesondere zuerst versagt, das heißt bezogen auf das gesamte Zellgehäuse zuerst versagt. Ein definiertes Versagen lässt sich üblicherweise allerdings nur sehr aufwendig und vor allem mit vergrößertem Toleranzbereich einstellen. Darüber hinaus ist die Verarbeitung einer geschwächten Berstscheibe in einem Produktionsprozess kompliziert und nur mit erhöhter Sorgfalt möglich, so kann hier bereits ein Versagen der Soll-Bruchstelle eintreten.
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Die zuvor genannten Nachteile und Probleme können nun durch die Erfindung vermieden werden. Die genannte Wandung ist beispielsweise ein Gehäusedeckel des Zellgehäuses und weist einen Berstmechanismus auf, welcher die Berstscheibe und die definierte Schneide umfasst. Die Schneide ist beispielsweise eine als eine einseitige oder zweiseitige Schneide und/oder als eine unsymmetrische oder symmetrische Schneide ausgebildet. Realisierbar ist eine Spannungserhöhung an Berühr- beziehungsweise Auflagepunkten der beispielsweise als Berstmembran ausgebildeten oder als Berstmembran bezeichneten Berstscheibe und der auch als Schneidkante bezeichneten Schneide, was insbesondere durch Kerbwirkung bei erhöhtem Innendruck in dem Inneren des Zellgehäuses zu einem lokalen, definierten Versagen, insbesondere Aufreißen, der einfach auch als Scheibe bezeichneten Berstscheibe führt. Unterschiedliche Gestaltungsmöglichkeiten der Schneide sind ohne weiteres möglich. Ferner ist eine Hybridlösung denkbar, bei der die Berstscheibe eine beispielsweise geringer dimensionierte Soll-Bruchstelle aufweist, die oder deren Versagen durch eine insbesondere durch die Schneide bewirkte Kerbwirkung unterstützt wird. Unter dem Merkmal, dass die Soll-Bruchstelle geringer dimensioniert ist, ist zu verstehen, dass die Soll-Bruchstelle beispielsweise dadurch realisiert ist, dass die Wandung an der Soll-Bruchstelle eine geringere Wanddicke aufweist als in sich, insbesondere direkt, an die Soll-Bruchstelle anschließenden Wandungsbereichen der Wandung. Insbesondere können durch die Erfindung zumindest die folgenden Vorteile realisiert werden:
- - geringeres Toleranzfeld für Versagensfall
- - Hybridlösung aus Soll-Bruchstelle und Schneide möglich
- - Vereinfachung des Produktionsprozesses durch geringere, erforderliche Sorgfalt gegenüber Verwendung einer Scheibe mit Soll-Bruchstellen (zum Beispiel bei einem Einbau der Berstscheibe: Spannen der Bauteile, Verschweißen, Eigenspannungen etc.)
- - Schneide kann in Deckel integriert werden (sowie in dessen Produktionsprozess)
- - für unterschiedliche Zellgeometrien und Abmessungen geeignet: Prismatische Zellen, insbesondere Hardcasezellen, Rundzellen etc.
- - Eignung ebenfalls für unterschiedliche Werkstoffe: Zum Beispiel Stahl (Hilumin), Kupfer und/oder Aluminium sowie deren Legierungen oder Mischverbindungen aus den Werkstoffen.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in:
- 1 ausschnittsweise eine schematische Perspektivansicht einer ersten Ausführungsform einer Batteriezelle für eine Batterie eines Kraftfahrzeugs;
- 2 ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht der Batteriezelle gemäß 1 entlang einer in 1 gezeigten Schnittlinie A-A;
- 3 ausschnittsweise eine weitere schematische Schnittansicht der Batteriezelle bei einem Versagen einer Berstscheibe;
- 4 ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform der Batteriezelle;
- 5 ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht einer dritten Ausführungsform der Batteriezelle;
- 6 ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht einer vierten Ausführungsform der Batteriezelle; und
- 7 ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht einer fünften Ausführungsform der Batteriezelle.
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In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt ausschnittsweise in einer schematischen Perspektivansicht eine erste Ausführungsform einer Batteriezelle 10 für eine Batterie eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Kraftwagens. Die genannte Batterie ist ein elektrischer Energiespeicher und weist in ihrem vollständig hergestellten Zustand mehrere Batteriezellen wie die Batteriezelle 10 auf. Insbesondere weist die Batterie ein Speichergehäuse auf, in welchem die mehreren Batteriezellen 10 angeordnet sind. Die Batteriezelle 10 weist ein auch als Batteriegehäuse bezeichnetes Zellgehäuse 12 auf, in dessen Inneren 14 (2) Elektroden und ein insbesondere flüssiger Elektrolyt zum Speichern, insbesondere zum elektrochemischen Speichern, von elektrischer Energie aufgenommen sind. Besonders gut in Zusammenschau mit 2 ist erkennbar, dass die Batteriezelle 10 wenigstens oder genau eine eine insbesondere als Durchgangsöffnung ausgebildete Entlüftungsöffnung 16 des Zellgehäuses 12 verschließende Berstscheibe 18 aufweist, welche beispielsweise auch als Berstmembran bezeichnet wird oder als Berstmembran ausgebildet ist. Die Berstscheibe 18 ist durch eine im Inneren 14 des Zellgehäuses 12 entstehende Druckerhöhung zerstörbar, wodurch die Berstscheibe 18 die Entlüftungsöffnung 16 zumindest teilweise freigibt. Hierdurch kann ein die Druckerhöhung bewirkendes Gas aus dem Zellgehäuse 12 an dessen Umgebung 20 ausströmen und somit abgeführt werden.
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Um nun auf besonders einfache und insbesondere kostengünstige Weise eine besonders hohe Sicherheit der Batteriezelle 10 und somit der Batterie realisieren zu können, weist eine die Entlüftungsöffnung 16 in Umfangsrichtung der Entlüftungsöffnung 16 vollständig umlaufend und direkt begrenzende Kante 22 einer Wandung 24 des Zellgehäuses 12, in dessen Wandung 24 die insbesondere als Durchgangsöffnung ausgebildete Entlüftungsöffnung 16 ausgebildet ist, eine dem Inneren 14 und der Berstscheibe 18 zugewandte Schneide 26 auf, beziehungsweise die Kante 22 ist zumindest partiell als Schneide 26 ausgebildet, sodass die Kante 22 auch als Schneidkante bezeichnet wird. Bei der in 1 bis 3 gezeigten, ersten Ausführungsform ist die Berstscheibe 18 separat von der Wandung 24 ausgebildet und mit der Wandung 24 verbunden, insbesondere durch wenigstens eine in 2 besonders schematisch dargestellte Fügeverbindung 28, welche beispielsweise als eine Schweißnaht ausgebildet ist. Besonders gut aus 1 ist erkennbar, dass das Zellgehäuse 12 ein erstes Gehäuseteil 30 und ein zweites Gehäuseteil 32 aufweist, wobei die Gehäuseteile 30 und 32 separat voneinander ausgebildet und miteinander verbunden sind. Vorliegend ist das Gehäuseteil 32 ein Deckel, in welchem die Entlüftungsöffnung 16 ausgebildet ist. Des Weiteren ist aus 1 erkennbar, dass die Batteriezelle 10 an dem Zellgehäuse 12, insbesondere an dem Deckel, gehaltene Anschlusselemente 34 aufweist, welche auch als Terminals oder Pole bezeichnet werden oder elektrische Pole der Batteriezelle 10 bilden.
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2 zeigt die Batteriezelle 10 in einem Ausgangszustand, in welchem in dem Inneren 14 ein Druck herrscht, welcher unterhalb einer Schwelle liegt. Beispielsweise infolge eines thermischen Ereignisses der Batteriezelle 10 entsteht im Inneren 14 ein Gas, woraus eine im Inneren 14 stattfindende Druckerhöhung resultiert. Dies bedeutet, dass das genannte Gas im Inneren 14 entsteht, sodass der auch als Innendruck bezeichnete Druck beispielsweise die Schwelle übersteigt. Dies ist beispielsweise in 3 gezeigt. Überschreitet der Innendruck die Schwelle, so wird die Berstscheibe 18 an der Schneide 26 geschert und somit zerstört, wodurch das in 3 durch Pfeile 36 veranschaulichte Gas aus dem Inneren 14 ausströmen und in die Umgebung 20 strömen, mithin aus dem Zellgehäuse 12 ausströmen kann. Dadurch wird ein unkontrolliertes Platzen der Batteriezelle 10, mithin eine Explosion der Batteriezelle 10, vermieden.
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4 zeigt eine zweite Ausführungsform der Batteriezelle 10. Bei der zweiten Ausführungsform weisen die Wandung 24 und somit der Deckel eine lokale Materialausdünnung 38 auf, in welcher die Berstscheibe 18 angeordnet und mit der Wandung 24 verbunden ist. Mit anderen Worten ist die lokale Materialausdünnung 38 in einem Bereich vorgesehen, in welchem die Wandung 24 und die Berstscheibe 18 gegenseitig überlappen.
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5 zeigt eine dritte Ausführungsform der Batteriezelle 10. Bei der dritten Ausführungsform ist eine sogenannte Hybridlösung vorgesehen, da die Berstscheibe 18 eine auch als Soll-Versagensstelle bezeichnete Soll-Bruchstelle 40 aufweist, in welche die Schneide 26 eingreift.
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6 zeigt eine vierte Ausführungsform der Batteriezelle 10. Insbesondere sind in 6 und 7 unterschiedliche Schneidgeometrien, mithin unterschiedliche Geometrien der Schneide 26, gezeigt. Bei der in 6 gezeigten, vierten Ausführungsform ist die Schneide 26 als einseitige Schneide ausgebildet, wobei ein die Schneide 26 zumindest teilweise bildender Wandungsbereich W der Wandung 24 mit einer Ebene E, welche beispielsweise senkrecht zur Durchgangsrichtung der Durchgangsöffnung 16 verläuft, einen Winkel α einschließt. Beispielsweise ist der Winkel α größer gleich 0,1 Grad und kleiner gleich 89,9 Grad.
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In 7 ist veranschaulicht, dass die Schneide 26 als eine zweiseitige Schneide ausgebildet ist. Hierbei ist die Schneide 26 beispielsweise durch den Wandungsbereich W und einen zweiten Wandungsbereich W2 gebildet, wobei sich die Wandungsbereiche W und W2 unter Bildung der Schneide 26 treffen, und zwar in der Ebene E. Es ist erkennbar, dass der Wandungsbereich W mit der Ebene E einen Winkel β einschließt, wobei der Wandungsbereich W2 mit der Ebene E den Winkel α einschließt. Ist die zweiseitige Schneide 26 symmetrisch ausgebildet, so entspricht der Winkel α dem Winkel β. Mithin gilt beispielsweise: α = β. Beispielsweise ist der Winkel α beziehungsweise β größer gleich 0,1 Grad und kleiner gleich 89,9 Grad.
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Ferner ist es denkbar, dass bei einer in den Fig. nicht gezeigten Ausführungsform die zweiseitige Schneide 26 eine unsymmetrische, zweiseitige Schneide 26 ist. Hierbei ist der Winkel α ungleich dem Winkel β, wobei beispielsweise der Winkel α größer gleich 0,1 Grad und kleiner gleich 89,9 Grad ist, und wobei der Winkel β beispielsweise größer gleich 0,1 Grad und kleiner gleich 89,9 Grad ist.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Batteriezelle
- 12
- Zellgehäuse
- 14
- Inneres
- 16
- Entlüftungsöffnung
- 18
- Berstscheibe
- 20
- Umgebung
- 22
- Kante
- 24
- Wandung
- 26
- Schneide
- 28
- Fügeverbindung
- 30
- Gehäuseteil
- 32
- Gehäuseteil
- 34
- Anschlusselement
- 36
- Pfeil
- 38
- lokale Materialausdünnung
- 40
- Soll-Bruchstelle
- E
- Ebene
- W
- Wandungsbereich
- W2
- Wandungsbereich
- α
- Winkel
- β
- Winkel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014017216 A1 [0002]
