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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Deckelbaugruppe, eine Energiespeicherzelle, ein Batteriemodul und ein Verfahren zur Herstellung einer Deckelbaugruppe.
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Auf dem Gebiet von Energiespeicherzellen, insbesondere Batteriezellen, insbesondere Lithium-Ionen-Batteriezellen, sind vor allem zylindrische, prismatische und pouch-förmige Batteriezellen bekannt. Batteriezellen zur Speicherung elektrischer Energie spielen auf dem Gebiet der sog. Elektromobilität sowohl bei Fahrzeugen mit reinem Elektroantrieb als auch bei Fahrzeugen mit Hybridantrieb eine zentrale Rolle. Beispielsweise kann ein Batteriemodul für eine 12V Starter-Batterie vier Batteriezellen aufweisen, wohingegen ein Hochvoltspeicher mehrere Batteriemodule aufweisen kann.
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Bei den Batteriezellen kann ein Energiespeicher und damit verbundene Elektroden innerhalb eines Zellgehäuses angeordnet sein. Über vorgesehene elektrische Verbindungen mit den Elektroden kann eine elektrische Leistung von außerhalb des Zellgehäuses abgegriffen werden. Der Energiespeicher kann chemische Verbindungen aufweisen, die zu Gasemissionen innerhalb des Zellgehäuses führen können. Bei gleichzeitiger hoher Temperatur kann innerhalb des Zellgehäuses ein hoher Druck entstehen, wodurch sich eine Gefahr eines thermischen Durchgehens der Batteriezelle erhöht.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, eine Deckelbaugruppe, eine Energiespeicherzelle, ein Batteriemodul, ein Kraftfahrzeug sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Deckelbaugruppe anzugeben, welche bzw. welches hinsichtlich der vorstehend genannten Probleme verbessert ist.
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Diese Aufgabe wird durch eine Deckelbaugruppe gemäß Anspruch 1, eine Energiespeicherzelle, ein Batteriemodul, ein Kraftfahrzeug sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Deckelbaugruppe gelöst.
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Ein erster Aspekt der Lösung betrifft eine Deckelbaugruppe für ein Zellgehäuse einer Energiespeicherzelle, wobei die Deckelbaugruppe im eingebauten Zustand dazu eingerichtet ist, ein Befüllen des Zellgehäuses mit einem Elektrolyten zu ermöglichen, wobei die Deckelbaugruppe aufweist: (i) eine Abschlussplatte mit einer Befestigungsbaugruppe, die eine Öffnung aufweist, (ii) wobei die Abschlussplatte ferner eine umlaufende Nut aufweist; (iii) ein erstes Verschlusselement, welches dazu eingerichtet ist, vor dem Befüllen des Zellgehäuses die Öffnung zu verschlie-ßen und zum Befüllen des Zellgehäuses von einem Einfüllelement, durch welches der Elektrolyt in das Zellgehäuse eingefüllt werden kann, durchdrungen zu werden; (iv) ein zweites Verschlusselement, welches dazu eingerichtet ist, die Öffnung nach dem Befüllen des Zellgehäuses zu verschließen; (v) wobei die umlaufende Nut dazu eingerichtet ist, ein Aufbrechen der Abschlussplatte im Bereich der Nut zu ermöglichen, wenn im Zellgehäuse ein bestimmter Überdruck erreicht oder überschritten wurde, so dass ein zumindest teilweises Austreten des Elektrolyten durch den aufgebrochenen Bereich ermöglicht wird.
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Die hierein gegebenenfalls verwendeten Begriffe „umfasst“, „beinhaltet“, „schließt ein“, „weist auf“, „hat“, „mit“, oder jede andere Variante davon sollen eine nicht ausschließliche Einbeziehung abdecken. So ist beispielsweise ein Verfahren oder eine Vorrichtung, die eine Liste von Elementen umfasst oder aufweist, nicht notwendigerweise auf diese Elemente beschränkt, sondern kann andere Elemente einschlie-ßen, die nicht ausdrücklich aufgeführt sind oder die einem solchen Verfahren oder einer solchen Vorrichtung inhärent sind.
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Ferner bezieht sich „oder“, sofern nicht ausdrücklich das Gegenteil angegeben ist, auf ein inklusives oder und nicht auf ein exklusives „oder“. Zum Beispiel wird eine Bedingung A oder B durch eine der folgenden Bedingungen erfüllt: A ist wahr (oder vorhanden) und B ist falsch (oder nicht vorhanden), A ist falsch (oder nicht vorhanden) und B ist wahr (oder vorhanden), und sowohl A als auch B sind wahr (oder vorhanden).
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Die Begriffe „ein“ oder „eine“, wie sie hier verwendet werden, sind im Sinne von „ein/eine oder mehrere“ definiert. Die Begriffe „ein anderer“ und „ein weiterer“ sowie jede andere Variante davon sind im Sinne von „zumindest ein Weiterer“ zu verstehen.
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Der Begriff „Mehrzahl“, wie er hier verwendet wird, ist im Sinne von „zwei oder mehr“ zu verstehen.
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Unter dem Begriff „konfiguriert“ oder „eingerichtet“ eine bestimmte Funktion zu erfüllen, (und jeweiligen Abwandlungen davon) wie er hier verwendet ist zu verstehen, dass die entsprechende Vorrichtung bereits in einer Ausgestaltung oder Einstellung vorliegt, in der sie die Funktion ausführen kann oder sie zumindest so einstellbar - d.h. konfigurierbar - ist, dass sie nach entsprechender Einstellung die Funktion ausführen kann. Die Konfiguration kann dabei beispielsweise über eine entsprechende Einstellung von Parametern eines Prozessablaufs oder von Schaltern oder ähnlichem zur Aktivierung bzw. Deaktivierung von Funktionalitäten bzw. Einstellungen erfolgen. Insbesondere kann die Vorrichtung mehrere vorbestimmte Konfigurationen oder Betriebsmodi aufweisen, so dass das Konfigurieren mittels einer Auswahl einer dieser Konfigurationen bzw. Betriebsmodi erfolgen kann.
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Unter dem Begriff „Elektrodenwickel“ wie er hier verwendet wird ist insbesondere eine Einrichtung zu verstehen, welche als Baugruppe einer galvanischen Zelle, insbesondere einer Batteriezelle, auch der Speicherung chemischer Energie und zur Abgabe elektrischer Energie dient. Dazu weist der Elektrodenwickel wenigstens zwei Elektroden, nämlich eine Anode und eine Kathode, und einen Separator, insbesondere einen elektrisch isolierenden Separator, auf, der einen Elektrolyten wenigstens teilweise aufnehmen kann. Dabei sind Anode, Separator und Kathode um eine Achse herum zu einem Elektrodenwickel aufgewickelt. Vor der Abgabe von elektrischer Energie wird gespeicherte chemische Energie in elektrische Energie umgewandelt. Während des Ladens der Zelle wird die dem Elektrodenwickel zugeführte elektrische Energie in chemische Energie umgewandelt und abgespeichert. Besonders bevorzugt sind einige Elektroden untereinander insbesondere elektrisch miteinander verbunden.
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Unter dem Begriff „Separatorschicht“ bzw. einem „Separator“ wie er hier verwendet wird ist insbesondere eine elektrisch isolierende Einrichtung zu verstehen, welche eine Anode von einer Kathode trennt und beabstandet. Vorzugsweise ist eine Separatorschicht auf eine Anodenschicht und/oder eine Kathodenschicht aufgetragen. Vorzugsweise ist die Separatorschicht als unabhängiger Körper ausgebildet. Die Separatorschicht bzw. der Separator kann auch einen Elektrolyten wenigstens teilweise aufnehmen, wobei der Elektrolyt vorzugsweise Lithium-Ionen enthält. Der Elektrolyt kann auch mit benachbarten Schichten des Elektrodenstapels elektrochemisch wirkverbunden sein. Vorzugsweise entspricht die Gestalt eines Separators im Wesentlichen der Gestalt einer Anode des Elektrodenstapels. Vorzugsweise ist ein Separator dünnwandig ausgebildet, besonders bevorzugt als mikroporöse Folie. Vorzugsweise ist die Separatorschicht bzw. der Separator mit einem Additiv benetzt, welches auch die Beweglichkeit der Separatorschicht bzw. des Separators erhöht. Besonders bevorzugt erfolgt die Benetzung mit einem ionischen Additiv. Vorzugsweise erstreckt sich die Separatorschicht bzw. der Separator wenigstens bereichsweise über eine Begrenzungskante wenigstens einer Elektrode. Besonders bevorzugt erstreckt sich die Separatorschicht bzw. der Separator über sämtliche Begrenzungskanten benachbarter Elektroden hinaus.
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Unter dem Begriff „Elektrolyt“ wie er hier verwendet wird ist insbesondere ein flüssiges oder festes Material zu verstehen, durch das Ionen geleitet werden können, wodurch ein Stromtransport zwischen Elektroden einer Batterie, insbesondere zwischen einer Kathode und einer Anode, ermöglicht wird. Anders als bei der elektronischen Leitfähigkeit (durch Elektronen) in den Elektrodenmaterialien, muss der Elektrolyt ionisch leitfähig sein, d. h. den elektrischen Strom durch Transport geladener Atome oder Moleküle (Ionen) leiten. Der Elektrolyt ist vorteilhaft in einem weiten Temperaturfenster chemisch und in einem möglichst großen Spannungsfenster elektrochemisch stabil gegen Zersetzung. Idealerweise ist er ungiftig und nicht brennbar und besitzt zumindest einen hohen Flammpunkt und eine geringe Verbrennungswärme. Flüssige Systeme können wegen einer besseren Leitfähigkeit gegenüber Polymer- und Festelektrolyten bevorzugt sein.
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Durch die Energiespeicherzelle nach dem ersten Aspekt kann erreicht werden, dass im eingebauten Zustand der Deckelbaugruppe an einem Zellgehäuse einer Energiespeicherzelle bei einem Erreichen oder Übersteigen eines bestimmten Druckes im Zellgehäuse ein Aufbrechen der Abschlussplatte im Bereich der umlaufenden Nut erfolgen kann. Dadurch kann verhindert werden, dass ein aktuell im Zellgehäuse vorherrschender Druck weiter ansteigt. Dadurch wird vorzugsweise eine kontrollierte, gerichtete und damit sichere Druckentlastung erreicht. Die Deckelbaugruppe ermöglicht dadurch nicht nur eine zuverlässige und sichere Elektrolytbefüllung unter Normalbedingungen, sondern dient gleichzeitig dazu, einen unter Umständen auftretenden Überdruck, beispielsweise infolge einer starken Erwärmung aufgrund zellinterner Kurzschlüsse, in der Zelle abzubauen. Ferner kann die Deckelbaugruppe separat zum Zellgehäuse hergestellt werden. Dies kann bei der Montage der Deckelbaugruppe am Zellgehäuse vorteilhaft sein, da die Öffnung, das erste Verschlusselement, die Befestigungsbaugruppe und die Nut bereits angeordnet bzw. ausgebildet werden können, bevor die Deckelbaugruppe am Zellgehäuse befestigt wird. Lediglich durch das zweite Anschlusselement wird im Anschluss an die Befüllung des Elektrolyten die Öffnung geschlossen. Ein Ausbilden der Öffnung, beispielsweise durch einen Bohrvorgang, wenn die Deckelbaugruppe bereits am Zellgehäuse befestigt ist, kann dazu führen, dass Verunreinigungen, insbesondere Metallspäne, in das Zellgehäuse gelangen, wodurch die Funktion der Energiespeicherzelle beeinträchtigen kann. Dies kann durch eine separate Herstellung der Deckelbaugruppe vermieden werden.
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Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der Deckelbaugruppe beschrieben, die jeweils, soweit dies nicht ausdrücklich ausgeschlossen wird oder technisch unmöglich ist, beliebig miteinander sowie mit den weiteren beschriebenen anderen Aspekten kombiniert werden können.
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Bei einigen Ausführungsformen weist das erste Verschlusselement eine Membran und/oder eine Folie auf, welche in der Öffnung angebracht ist. Unter einer Membran bzw. Folie ist hierbei vorzugsweise jede dünne flächige Struktur etwa aus Kunststoff, Gummi, Metall oder anderen Materialien oder einer Kombination aus zwei oder mehreren unterschiedlichen Materialien zu verstehen, die im Verhältnis zu ihrer Dicke eine große flächige Ausdehnung aufweist. Dadurch kann einerseits eine gute Abdichtung der Öffnung und andererseits eine gute Penetrierbarkeit des ersten Verschlusselements erreicht werden. Vorzugsweise ist die Membran bzw. Folie aus einem elastischen Material hergestellt. Dadurch kann erreicht werden, dass an der Stelle, an welcher das Einfüllelement die Membran bzw. Folie durchdringt, kein oder nur relativ wenig Elektrolyt bzw. Lösungsmittel austritt.
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Bei einigen Ausführungsformen ist das erste Verschlusselement dazu eingerichtet, zum Befüllen des Zellgehäuses von einem als Hohlnadel ausgebildeten Einfüllelement durchstochen und/oder durchstoßen zu werden. Hierdurch kann ein Befüllen eines geschlossenen Zellgehäuses erfolgen.
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Bei einigen Ausführungsformen ist das zweite Verschlusselement dazu eingerichtet, mit der Befestigungsbaugruppe kraftschlüssig, insbesondere durch Verschrauben, verbunden zu werden, um die Öffnung zu verschließen, insbesondere hermetisch zu verschließen. Beispielsweise kann hierbei die Öffnung mit einem Innengewinde und das zweite Verschlusselement mit einem Außengewinde versehen sein, so dass das zweite Verschlusselement in die Öffnung geschraubt werden kann. Dadurch lässt sich auf besonders einfache Weise eine zuverlässige Abdichtung der Öffnung nach dem Befüllen der Energiespeicherzelle erreichen.
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Bei einigen Ausführungsformen ist das zweite Verschlusselement dazu eingerichtet, mit der Befestigungsbaugruppe stoffschlüssig, insbesondere durch Schweißen und/oder Löten, verbunden zu werden, um die Öffnung zu verschließen, insbesondere hermetisch zu verschließen. Beispielsweise können zu diesem Zweck am zweiten Verschlusselement Flansche vorgesehen sein, die mit der Befestigungsbaugruppe des Füllanschluss verschweißt bzw. verlötet werden. Auch hierdurch lässt sich auf einfache Weise eine zuverlässige Abdichtung der Öffnung nach dem Befüllen der Zelle erreichen.
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Bei einigen Ausführungsformen ist das erste Verschlusselement in der Öffnung lösbar angebracht, so dass das erste Verschlusselement durch den Überdruck zumindest teilweise aus der Öffnung entfernt, insbesondere herausgedrückt, werden kann. Beispielsweise kann in der Öffnung eine umlaufende Nut vorgesehen sein, in welcher das erste Verschlusselement gehalten wird. Überschreitet der Überdruck in der Zelle einen bestimmten Wert, so wird das erste Verschlusselement aus der umlaufenden Nut der Öffnung gelöst, wodurch ein Überdruck im Zellgehäuse verringert werden kann.
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Bei einigen Ausführungsformen weist das zweite Verschlusselement eine Berstmembran oder Berstscheibe auf, welche dazu eingerichtet ist, die Öffnung zumindest teilweise zu öffnen oder freizugeben, um ein zumindest teilweises Austreten des Elektrolyten durch die Öffnung zu ermöglichen, wenn im Zellgehäuse ein bestimmter Überdruck erreicht oder überschritten wird. Eine Berstmembran oder Berstscheibe besteht aus einem geeigneten Material, wie etwa Aluminium, einer Aluminiumlegierung, Stahl oder PTFE, und ist so beschaffen, dass sie im Falle eines Erreichens oder Überschreitens eines bestimmten Überdrucks in der Zelle bersten und/oder die Öffnung freigegeben kann. Dadurch wird vorzugsweise eine kontrollierte, gerichtete und damit sichere Druckentlastung erreicht. Die Deckelbaugruppe ermöglicht dadurch einen unter Umständen auftretenden Überdruck, beispielsweise infolge einer starken Erwärmung aufgrund zellinterner Kurzschlüsse, in der Zelle abzubauen.
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Ein zweiter Aspekt der Lösung betrifft ein Energiespeicherzelle aufweisend: (i) ein Zellgehäuse; (ii) zwei Elektroden, die in dem Zellgehäuse angeordnet sind; (iii) eine Deckelbaugruppe nach dem ersten Aspekt, wobei die Deckelbaugruppe am Zellgehäuse befestigt ist, so dass das Zellgehäuse geschlossen ist, insbesondere gasdicht.
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Ein dritter Aspekt der Lösung betrifft ein Batteriemodul mit mehreren Energiespeicherzellen gemäß dem zweiten Aspekt.
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Ein vierter Aspekt der Lösung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einem Elektroantrieb oder einem Hybridantrieb und einem Batteriemodul gemäß dem dritten Aspekt.
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Ein fünfter Aspekt der Lösung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Deckelbaugruppe nach dem ersten Aspekt, aufweisend die Schritte: (i) Bereitstellen einer Abschlussplatte mit einer kreisförmigen Grundfläche und einer senkrecht zur kreisförmigen Grundfläche verlaufenden Längsachse (L); (ii) Ausbilden einer im Wesentlichen mittig angeordneten durchgehenden Öffnung entlang der Längsachse an der kreisförmigen Abschlussplatte; (iii) Ausbilden einer in Bezug auf die Längsachse umlaufenden Nut an einer Oberfläche der kreisförmigen Abschlussplatte; (iv) Anordnen einer Befestigungsbaugruppe im Randbereich der Öffnung; (v) Anordnen eines ersten Verschlusselements zum Verschließen der Öffnung, wobei das erste Verschlusselement dazu eingerichtet ist, im eingebauten Zustand vor dem Befüllen des Zellgehäuses mit einem Elektrolyten die Öffnung zu verschließen und zum Befüllen des Zellgehäuses von einem Einfüllelement, durch welches der Elektrolyt in das Zellgehäuse eingefüllt werden kann, durchdrungen, insbesondere durchstochen oder durchstoßen, zu werden; (vi) Anordnen eines zweiten Verschlusselements im eingebauten Zustand und im Anschluss an die Befüllung des Zellgehäuses, welches dazu eingerichtet ist, die Öffnung nach dem Befüllen des Zellgehäuse zu verschließen.
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Die in Bezug auf den ersten Aspekt der Lösung erläuterten Merkmale und Vorteile gelten entsprechend auch für die weiteren beschriebenen Aspekte.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen im Zusammenhang mit den Figuren.
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Dabei zeigt
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- 1 schematisch eine Batteriezelle gemäß einer Ausführungsform;
- 2 schematisch eine Deckelbaugruppe gemäß einer Ausführungsform;
- 3A bis 3D schematisch Herstellungszustände einer Deckelbaugruppe gemäß einer Ausführungsform; und
- 4 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung einer bevorzugten Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung einer Batteriezelle.
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In den Figuren werden durchgängig dieselben Bezugszeichen für dieselben oder einander entsprechenden Elemente verwendet.
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In 1 ist schematisch eine Batteriezelle 100 gemäß einer Ausführungsform gezeigt. Die Batteriezelle 100 weist ein hohlzylinderförmiges Zellgehäuse 110 mit einer Längsachse L auf. Das Zellgehäuse 110 kann ebenso quaderförmig ausgebildet sein. Das Zellgehäuse 110 weist ein elektrisch leitendes Material auf. Es ist aber auch denkbar, dass das Zellgehäuse 110 ein elektrisch isolierendes Material aufweist. Das Zellgehäuse 110 ist auf einer Seite durch eine Bodenplatte 130 verschlossen. Auf einer zur Bodenplatte 130 gegenüberliegenden Seite ist das Zellgehäuse 110 durch eine Deckelbaugruppe 140 geschlossen. Die Deckelbaugruppe 140 weist eine Abschlussplatte 120 auf, und wird in 2 näher beschrieben. Die Abschlussplatte 120 ist in einer umlaufenden Nut des Zellgehäuses 110 angeordnet, wobei zwischen der Abschlussplatte 120 und der Nut ein elektrisch isolierendes Element 150 angeordnet ist, welches die Abschlussplatte 120 gegenüber dem Zellgehäuse 110 elektrisch isoliert. Zusätzlich wirkt das elektrisch isolierende Element 150 gasdichtend, so dass durch die Deckelbaugruppe 140 das Zellgehäuse 110 gasdicht verschlossen werden kann. Dabei zeigt die Öffnung der Nut zur Längsachse L.
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Es ist aber auch denkbar, dass zwischen der Abschlussplatte 120 und der Nut kein elektrisch isolierendes Element 150 angeordnet ist. Das kann dann sinnvoll sein, wenn das Zellgehäuse 110 ein elektrisch isolierendes Material aufweist. Weiterhin ist denkbar, dass eine Elektrode einer Polung durch die Bodenplatte 130 des Zellgehäuses 110 geführt wird, wobei die Durchführung gegenüber dem Zellgehäuse 110 elektrisch isoliert ist und sich ebenfalls in die Bodenplatte 130 eingebaut befindet. Auch in diesem Fall kann der Deckel direkt mit dem Zellgehäuse 110 verbunden werden, insbesondere verschweißt werden.
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Im Zellgehäuse 110 ist ein Elektroden-Wickel 160 angeordnet. Der Elektroden-Wickel 160 weist Elektroden mit einer ersten, positiven, Polung 170, und Elektroden mit einer zweiten, negativen, Polung 175 auf. Der Elektroden-Wickel 160 kann aber auch so aufgebaut sein, dass die erste Polung negativ ist und die zweite Polung positiv ist. Der Elektroden-Wickel 160 ist im Zellgehäuse 110 so angeordnet, dass in radialer Richtung abwechselnd Elektroden positiver Polung 170 und Elektroden negativer Polung 175 angeordnet sind. Zwischen den positiv gepolten Elektroden 170 und den negativ gepolten Elektroden 175 ist jeweils ein Separator 180 angeordnet, so dass die unterschiedlich gepolten Elektroden 170, 175 zueinander elektrisch isoliert sind, wobei der Separator 180 ein elektrisch isolierendes Material aufweist. Ferner ist im Zellgehäuse 110 schematisch ein Elektrolyt 190 dargestellt. Der Elektrolyt 190 wird durch die Deckelbaugruppe 140 in das Zellgehäuse 110 gefüllt.
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In 2 ist schematisch eine Deckelbaugruppe 140 gemäß einer Ausführungsform gezeigt. Die Deckelbaugruppe 140 weist eine Abschlussplatte 120 auf. Die Abschlussplatte 120 weist eine in Bezug auf eine Längsachse L umlaufende Nut 210 auf. Die Nut 210 weist einen dreieckigen Querschnitt auf. Ebenso kann der Querschnitt einen Halbkreis, ein Rechteck oder eine andere Form aufweisen. Die Abschlussplatte 120 weist im Bereich der Nut 210 eine geringere Dicke als die Dicke der Abschlussplatte 120 bei ihrer Herstellung auf, und kann dadurch in diesen Bereichen leichter aufbrechen.
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Die Abschlussplatte 120 weist eine Befestigungsbaugruppe 200 mit einer in Bezug auf die Abschlussplatte 120 im Wesentlichen mittig angeordneten Öffnung 220 auf. Die Befestigungsbaugruppe 200 ist symmetrisch zu der Längsachse L angeordnet. Die Befestigungsbaugruppe 200 weist einen ersten Stützring 203, der an einer Seite der Abschlussplatte 120 angeordnet ist, und einen zweiten Stützring 207, der an einer anderen Seite der Abschlussplatte 120 angeordnet ist, auf. Die Öffnung 220 ist durch eine Membran 230 verschlossen. Ebenso kann anstatt der Membran 230 eine Folie die Öffnung 220 verschließen. Durch die Membran 220 kann mittels eines Einfüllwerkzeugs, insbesondere einer Hohlnadel (hier nicht gezeigt), das geeignet ist durch die Membran 230 durchgestoßen zu werden, ein Elektrolyt 190 in das Zellgehäuse 110 gefüllt werden. Nach dem Einfüllen und dem Herausziehen des Einfüllwerkzeugs aus dem Zellgehäuse 110 und der Membran 230 verschließt sich die Membran 230. Das Verschließen soll verhindern, dass erhebliche Mengen des Elektrolyten 190 aus dem Zellgehäuse 110 entweichen können. Gerade bei Elektrolyten 190, deren Siedetemperatur unterhalb der Raumtemperatur liegt, kann ein Absieden erfolgen. Allerdings ist das Verschließen der Membran 230 nur für den Befüllvorgang ausreichend. Im Betrieb der Batteriezelle 100 ist ein stabiler und dauerhafter Verschluss erforderlich. Daher ist zusätzlich ein Deckel 240 vorgesehen, der ein Metall aufweisen kann und gasdicht an der Befestigungsbaugruppe 200 befestigt ist.
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Im Falle eines Überdrucks innerhalb des geschlossenen Zellgehäuses 110, ist vorgesehen, dass die Abschlussplatte 120 im Bereich der Nut 210 aufbricht. Dadurch kann Gas oder auch der Elektrolyt 190 aus dem Zellgehäuse 110 entweichen und ein weiter ansteigender Druck kann vermieden werden.
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In den 3A bis 3D sind schematisch Herstellungszustände einer Deckelbaugruppe gemäß einer Ausführungsform gezeigt.
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In 3A ist eine Abschlussplatte 120 mit einer Längsachse L in einer Seitenansicht gezeigt. Die Längsachse L verläuft in der Seitenansicht der Abschlussplatte 120 im Wesentlichen senkrecht zur Abschlussplatte 120.
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In 3B weist die Abschlussplatte 120 eine im Wesentlichen mittig angeordneten Öffnung 220 auf. An einer Seite der Öffnung 220 ist ein erster Stützring 203 befestigt. Die Befestigung ist bevorzugt stoffschlüssig ausgebildet. Der erste Stützring 203 ist achssymmetrisch zu der Längsachse L angeordnet. Die Abschlussplatte 120 weist ferner eine umlaufende Nut 210 auf, die in Bezug auf die Längsachse L radial weiter außen angeordnet ist als der erste Stützring 203. Die Öffnung 220 ist durch eine Membran 230 verschlossen, die in der Öffnung 220 auf dem ersten Stützring 203 aufliegt.
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In 3C ist eine Anordnung gemäß 3B gezeigt, wobei zusätzlich an einer anderen Seite der Öffnung 220 ein zweiter Stützring 207 befestigt ist. Auch diese Befestigung ist bevorzugt stoffschlüssig ausgebildet. Dadurch ist die Membran 230 zwischen dem ersten Stützring 203 und dem zweiten Stützring 207 angeordnet.
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Die in 3D gezeigte Anordnung entspricht der Anordnung von 2. Im Vergleich zu 3C ist in Bezug auf die Zeichenebene am oberen Bereich der Befestigungsbaugruppe 200 ein Deckel 240 befestigt.
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Es ist auch denkbar, dass anstatt des ersten Stützrings 203 und des zweiten Stützrings 207 die Befestigungsbaugruppe 200 einteilig ausgebildet ist, und eine umlaufende Nut ausbildet. Dabei ist die Nut an einem Abschnitt so geöffnet, dass die Membran 230 in der Nut angeordnet werden kann. Dabei ist die Membran 230 bevorzugt deformierbar. Im Anschluss kann diese Öffnung durch mechanisches Umformen geschlossen werden. Die einteilige Befestigungsbaugruppe 200 kann entsprechend an einer Innenseite der Öffnung 220 stoffschlüssig befestigt werden (hier nicht gezeigt).
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In 4 ist ein Flussdiagramm 400 zur Veranschaulichung einer Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung einer Deckelbaugruppe 140 einer Ausführungsform gezeigt.
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In einem ersten Schritt 410 des Verfahrens erfolgt ein Bereitstellen einer Abschlussplatte 120 mit einer kreisförmigen Grundfläche und einer senkrecht zur kreisförmigen Grundfläche verlaufenden Längsachse L.
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In einem weiteren Schritt 420 des Verfahrens erfolgt ein Ausbilden einer im Wesentlichen mittig angeordneten durchgehenden Öffnung 220 entlang der Längsachse L an der kreisförmigen Abschlussplatte 120. Die Öffnung 220 kann insbesondere durch einen Bohrschritt ausgebildet werden.
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In einem weiteren Schritt 430 des Verfahrens erfolgt ein Ausbilden einer in Bezug auf die Längsachse L umlaufenden Nut 210 an einer Oberfläche der kreisförmigen Abschlussplatte 120. Die umlaufende Nut 210 kann insbesondere durch eine Fräsung oder Lasergravur ausgebildet werden.
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In einem weiteren Schritt 440 des Verfahrens erfolgt ein Anordnen eines Befestigungsbaugruppe 200 im Randbereich der Öffnung 220. Insbesondere kann die Befestigungsbaugruppe 200 einen ersten Stützring 203 und einen zweiten Stützring 207 aufweisen, wobei während des Anordnens einer der Stützringe 203, 207 an der Abschlussplatte 120 befestigt wird, und der andere Stützring 203, 207 bereitgestellt wird.
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In einem weiteren Schritt 450 des Verfahrens erfolgt ein Anordnen einer Membran 230 zum Verschließen der Öffnung 220, wobei die Membran 230 dazu eingerichtet ist, im eingebauten Zustand vor dem Befüllen des Zellgehäuses 110 mit einem Elektrolyten 190 die Öffnung 220 zu verschließen und zum Befüllen des Zellgehäuses 110 von einem Einfüllelement, durch welches der Elektrolyt 190 in das Zellgehäuse 110 eingefüllt werden kann, durchdrungen, insbesondere durchstochen oder durchstoßen, zu werden. Beim Verschließen der Öffnung wird die Membran 230 auf dasjenige Stützelement 203, 207 gelegt, das an der Abschlussplatte 120 befestigt ist.
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In einem weiteren Schritt 460 erfolgt ein Auflegen des anderen Stützrings 203, 207, der bereitgestellt wurde, unter Anpressdruck an der Öffnung 220. Dann wird dieser andere Stützring 203, 207 stoffschlüssig mit der Abschlussplatte 120 verbunden, so dass die Membran 230 zwischen den beiden Stützringen 203, 207 angeordnet ist. Denkbar ist auch, dass einer der Stützringe 203, 207 oder beide Stützringe 203, 207 kraftschlüssig mit der Abschlussplatte 120 verbunden werden. Das stoffschlüssige Verbinden kann durch einen Schweißvorgang erfolgen, und das kraftschlüssige Verbinden kann durch eine Schraubverbindung erfolgen.
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In einem weiteren Schritt 470 des Verfahrens erfolgt ein Anordnen eines Deckels 240 im eingebauten Zustand und im Anschluss an die Befüllung des Zellgehäuses 110, welches dazu eingerichtet ist, die Öffnung 220 nach dem Befüllen des Zellgehäuse 110 zu verschließen.
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Während vorausgehend wenigstens eine beispielhafte Ausführungsform beschrieben wurde, ist zu bemerken, dass eine große Anzahl von Variationen dazu existiert. Es ist dabei auch zu beachten, dass die beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen nur nichtlimitierende Beispiele darstellen, und es nicht beabsichtigt ist, dadurch den Umfang, die Anwendbarkeit oder die Konfiguration der hier beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren zu beschränken. Vielmehr wird die vorausgehende Beschreibung dem Fachmann eine Anleitung zur Implementierung mindestens einer beispielhaften Ausführungsform liefern, wobei sich versteht, dass verschiedene Änderungen in der Funktionsweise und der Anordnung der in einer beispielhaften Ausführungsform beschriebenen Elemente vorgenommen werden können, ohne dass dabei von dem in den angehängten Ansprüchen jeweils festgelegten Gegenstand sowie seinen rechtlichen Äquivalenten abgewichen wird.
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BEZUGSZEICHENLISTE
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- 100
- Batteriezelle
- 110
- Zellgehäuse
- 120
- Abschlussplatte
- 130
- Bodenplatte
- 140
- Deckelbaugruppe
- 150
- Isolierendes Element
- 160
- Elektrodenwickel
- 170
- Elektroden positiver Polung
- 175
- Elektroden negativer Polung
- 180
- Separator
- 190
- Elektrolyt
- 200
- Befestigungsbaugruppe
- 203
- Erster Stützring
- 207
- Zweiter Stützring
- 210
- Nut
- 220
- Öffnung
- 230
- Membran
- 240
- Deckel
- 400
- Flussdiagramm zur Veranschaulichung einer Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung einer Deckelbaugruppe
- 410
- Bereitstellen einer Abschlussplatte
- 420
- Ausbilden einer im Wesentlichen mittig angeordneten durchgehenden Öffnung
- 430
- Ausbilden einer umlaufenden Nut
- 440
- Anordnen einer Befestigungsbaugruppe
- 450
- Anordnen einer Membran
- 460
- Verbinden der Befestigungsbaugruppe
- 470
- Anordnen eines Deckels
