DE102022124132A1

DE102022124132A1 - Batteriezelle für einen elektrischen Energiespeicher eines zumindest teilweise elektrisch betriebenen Kraftfarzeugs

Info

Publication number: DE102022124132A1
Application number: DE102022124132.7A
Authority: DE
Inventors: Sung-jin Kim; Hyunchul Roh
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2022-09-20
Filing date: 2022-09-20
Publication date: 2024-03-21

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Batteriezelle (14) für einen elektrischen Energiespeicher (12) eines zumindest teilweise elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs (10), mit zumindest einem Batteriezellengehäuse (16), wobei in dem Batteriezellengehäuse (16) zumindest ein Innenraum (18) ausgebildet ist, wobei in dem Innenraum (18) ein Elektrodenstapel (20) angeordnet ist, und wobei zwischen dem Elektrodenstapel (20) und einer Innenseite (28) des Batteriezellengehäuses (16) zumindest bereichsweise ein Separator (30) angeordnet ist, wobei der Separator (30) zumindest teilweise mit einer Glasfaser ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Batteriezelle für einen elektrischen Energiespeicher eines zumindest teilweise elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs mit zumindest einem Batteriezellengehäuse, wobei in dem Batteriezellengehäuse zumindest ein Innenraum ausgebildet ist, wobei in dem Innenraum ein Elektrodenstapel angeordnet ist, und wobei zwischen dem Elektrodenstapel und dem Innenraum des Batteriezellengehäuses zumindest bereichsweise ein Separator angeordnet ist.
Aus dem Stand der Technik ist bereits bekannt, dass beispielsweise zwischen einem Batteriezellengehäuse, welches beispielsweise aus Aluminium ausgebildet ist, und einem entsprechenden Elektrodenstapel im Innenraum der Batteriezelle ein entsprechender Separator angeordnet ist. Insbesondere ist zu verzeichnen, dass bei einer Nutzung der Batteriezelle Wärme innerhalb des Elektrodenstapels entsteht, welche abgeführt werden muss. Hierzu wird die Wärme wiederum vom Elektrodenstapel an das Batteriezellengehäuse abgeführt, wobei das Batteriezellengehäuse wiederum luftgekühlt oder auch wassergekühlt ausgebildet sein kann. Insbesondere um eine verbesserte Wärmeabfuhr realisieren zu können, ist somit eine verbesserte thermische Anbindung zwischen dem Elektrodenstapel und dem Batteriezellengehäuse notwendig.
Im Stand der Technik sind derzeit die entsprechenden Elektrodenstapel mit einem Polyethylen (PE) umgeben oder weisen beispielsweise Polyesterfolien auf. Diese Folien sind wiederum chemisch resistent und bieten somit einen Schutz vor Zerstörung des Elektrodenstapels.
Die EP 3 780 145 A1 behandelt einen Traktionsakkumulator, bei dem die Sekundärzellen wie Lithium-Ionen-Sekundärzellen nebeneinander angeordnet ein Akkumulatormodul bilden. Mit anderen Worten, die vorliegende Erfindung behandelt einen Traktionsakkumulator für ein Kraftfahrzeug.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Batteriezelle zu schaffen, welche verbessert gekühlt werden kann.
Diese Aufgabe wird durch eine Batteriezelle gemäß dem unabhängigen Patentanspruch gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Ein Aspekt der Erfindung betrifft eine Batteriezelle für einen elektrischen Energiespeicher eines zumindest teilweise elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs, mit zumindest einem Batteriezellengehäuse, wobei in dem Batteriezellengehäuse zumindest ein Innenraum ausgebildet ist, wobei in dem Innenraum ein Elektrodenstapel ausgebildet ist, und wobei zwischen dem Elektrodenstapel und einer Innenseite des Batteriezellengehäuses zumindest bereichsweise ein Separator angeordnet ist.
Es ist dabei vorgesehen, dass der Separator zumindest teilweise mit einer Glasfaser ausgebildet ist.
Dadurch ist es ermöglicht, dass verbessert Wärme von dem Elektrodenstapel an das Batteriezellengehäuse abgeleitet werden kann. Insbesondere, da Glasfasern einen erhöhten Wärmeleitwert aufweisen, als beispielsweise Polyethylen, kann somit verbessert Wärme aus dem Innenraum, insbesondere vom Elektrodenstapel, wo bei der Nutzung die entsprechende Wärme entsteht, über das Batteriezellengehäuse abgeführt werden, so dass eine Überhitzung der Batteriezelle verhindert werden kann. Dies führt zu einer Langlebigkeit der Batteriezelle und es können beispielsweise Zerstörungen auf Basis von Überhitzung ebenfalls verhindert werden. Des Weiteren kann somit die Effizienz der Batteriezelle ebenfalls gesteigert werden.
Der Elektrodenstapel weist insbesondere zumindest eine Anode sowie eine Kathode auf, wobei zwischen der Anode und der Kathode ebenfalls eine nicht leitende Schicht angeordnet ist. Diese können dann wiederum entsprechend gestapelt werden beziehungsweise auch gerollt werden und bilden somit eine so genannte Jelly-Roll. Das Batteriezellengehäuse kann bevorzugt aus Aluminium ausgebildet sein. Insbesondere ist somit zwischen dem Aluminiumgehäuse und dem Elektrodenstapel der Separator ausgebildet und beispielsweise um den Elektrodenstapel herum gewickelt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsform ist der Separator vollständig aus Glasfaser gebildet. Mit anderen Worten ist der Separator ein Glasfasermaterial. Insbesondere das Glasfasermaterial bildet einen Separator mit verbesserter Wärmeabfuhr, wodurch zuverlässig die Wärme des Elektrodenstapels im Betrieb an das Batteriezellengehäuse übertragen werden kann.
Ferner hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Separator aus einem glasfaserverstärkten Polymer ausgebildet ist. Das glasfaserverstärkte Polymer bildet die beiden Vorteile ab, dass verbessert Wärme auf Basis der Glasfaserverstärkung abgeführt werden kann und gleichzeitig eine entsprechende chemische Resistenz durch das Polymermaterial bereitgestellt werden kann. Somit kann eine vorteilhafte Ausgestaltungsform realisiert werden, welche sowohl eine chemische Beständigkeit als auch einen guten Wärmeleitkoeffizienten aufweist.
Bei einer Ausgestaltung ist der Elektrodenstapel als Elektrodenwickel (Jelly Roll) ausgebildet.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltungsform sieht vor, dass die Batteriezelle als Rundzelle ausgebildet ist. Insbesondere kann dabei der Elektrodenstapel als so genannte Jelly-Roll ausgebildet sein. Alternativ oder ergänzend kann die Batteriezelle auch als Pouch-Zelle beziehungsweise als prismatische Zelle ausgebildet sein.
Weiterhin vorteilhaft ist, wenn der Separator den Elektrodenstapel in einer Hochrichtung der Batteriezelle betrachtet vollständig umgibt. Insbesondere ist dabei die Batteriezelle zylindrisch ausgebildet, wobei eine Zylinderhochrichtung als die Hochrichtung angesehen werden kann. Der Separator umgibt dabei den Elektrodenstapel insbesondere vollumfänglich und in der gesamten Höhe des Elektrodenstapels im Innenraum der Batteriezelle. Somit kann die Wärme des Elektrodenstapels zuverlässig an das Batteriezellengehäuse übertragen werden.
Weiterhin vorteilhaft ist, wenn der Separator einen Wärmeleitfähigkeitswert von größer oder gleich eins aufweist. Insbesondere auf Basis des Glasfasermaterials weist der Separator einen Wärmeleitfähigkeitswert von gleich oder größer eins auf. Dies ermöglicht einen verbesserten Wärmetransport vom Elektrodenstapel an die Batteriezellenwand.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltungsform sieht vor, dass der Separator eine Dicke von mindestens 100 µm aufweist. Bevorzugt kann der Separator eine Dicke von mindestens 200 µm aufweisen. Somit kann ein beständiger Separator bereitgestellt werden, welcher zuverlässig die Wärme abführen kann.
Ebenfalls vorteilhaft ist, wenn der Separator mit einem Polyimidband an dem Elektrodenstapel und/oder an der Innenseite befestigt ist. Dadurch kann verbessert der Separator innerhalb des Innenraums angeordnet werden.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft einen elektrischen Energiespeicher mit zumindest einer Batteriezelle nach dem vorhergehenden Aspekt. Ferner betrifft die Erfindung auch ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Energiespeicher nach dem vorhergehenden Aspekt. Das Kraftfahrzeug kann dabei als zumindest teilweise elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug oder als vollständig elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug ausgebildet sein. Der elektrische Energiespeicher kann somit auch als so genannte Traktionsbatterie bezeichnet werden.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren allein gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar.
Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Seitenansicht einer Ausführungsform eines Kraftfahrzeugs mit einer Ausführungsform eines elektrischen Energiespeichers mit einer Ausführungsform einer Batteriezelle; und
2 eine schematische Draufsicht auf eine Ausführungsform einer Batteriezelle.

In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Ausführungsform eines Kraftfahrzeugs 10. Das Kraftfahrzeug 10 ist dabei insbesondere zumindest teilweise elektrisch betrieben beziehungsweise vollelektrisch betrieben. Hierzu weist das Kraftfahrzeug 10 zumindest einen elektrischen Energiespeicher 12 auf, wobei der elektrische Energiespeicher 12 auch als Traktionsbatterie bezeichnet werden kann. Der Energiespeicher 12 weist insbesondere eine Vielzahl von Batteriezellen 14 auf.
2 zeigt eine schematische Schnittansicht einer Ausführungsform einer Batteriezelle 14. Die Batteriezelle 14 ist im folgenden Ausführungsbeispiel insbesondere als Rundzelle ausgebildet. Die Batteriezelle 14 weist hierzu ein Batteriezellengehäuse 16 auf, welches beispielsweise aus Aluminium ausgebildet ist. In einem Innenraum 18 des Batteriezellengehäuses 16 ist insbesondere ein Elektrodenstapel 20 ausgebildet. Im folgenden Ausführungsbeispiel ist der Elektrodenstapel 20 insbesondere als Elektrodenwickel (Jelly-Roll) ausgebildet. Der Elektrodenstapel 20 weist zumindest eine Anode 22 sowie eine Kathode 24 auf. Zwischen der Anode 22 und der Kathode 24 ist insbesondere ein elektrischer Isolator 26 ausgebildet. Bei der Jelly-Roll handelt es sich insbesondere um einen gewickelten Elektrodenstapel 20.
Das Batteriezellengehäuse 16 weist ferner eine Innenseite 28 auf. Es ist nun vorgesehen, dass zwischen dem Elektrodenstapel 20 und der Innenseite 28 des Batteriezellengehäuses 16 zumindest bereichsweise ein Separator 30 ausgebildet ist. Erfindungsgemäß ist der Separator 30 zumindest teilweise mit einer Glasfaser ausgebildet. Dabei kann der Separator 30 vollständig aus Glasfaser ausgebildet sein oder alternativ kann der Separator aus einem glasfaserverstärkten Polymer ausgebildet sein.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Separator 30 den Elektrodenstapel 20 in einer Hochrichtung der Batteriezelle 14 betrachtet vollständig umgibt. Ferner kann vorgesehen sein, dass der Separator 30 einen Wärmeleitfähigkeitswert von größer oder gleich 1 aufweist.
Des Weiteren zeigt die 2, dass der Separator 30 beispielsweise eine Dicke D von mindestens 100 µm aufweist, bevorzugt von mindestens 200 µm.
Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass der Separator 30 mit einem Polyimidband an dem Elektrodenstapel 20 und/oder an der Innenseite 28 befestigt ist.
Insbesondere ist somit vorgeschlagen, dass als Separator 30 Glasfaser oder ein mit glasfaserverstärktes Polymermaterial eingesetzt wird, um einen Wärmetransport vom Elektrodenstapel 20 zum Batteriezellengehäuse 16 durchzuführen. Diese Glasfasermaterialien haben einen hohen Wärmeleitkoeffizienten beziehungsweise Wärmeleitwert und dennoch eine gute mechanische Ausgestaltungsform für den Elektrodenstapel 20.
Bezugszeichenliste

10: Kraftfahrzeug
12: elektrischer Energiespeicher
14: Batteriezelle
16: Batteriezellengehäuse
19: Innenraum
20: Elektrodenstapel
22: Anode
24: Kathode
26: Isolator
28: Innenseite
30: Separator
D: Dicke

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 3780145 A1 [0004]

Claims

Batteriezelle (14) für einen elektrischen Energiespeicher (12) eines zumindest teilweise elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs (10), mit zumindest einem Batteriezellengehäuse (16), wobei in dem Batteriezellengehäuse (16) zumindest ein Innenraum (18) ausgebildet ist, wobei in dem Innenraum (18) ein Elektrodenstapel (20) angeordnet ist, und wobei zwischen dem Elektrodenstapel (20) und einer Innenseite (28) des Batteriezellengehäuses (16) zumindest bereichsweise ein Separator (30) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Separator (30) zumindest teilweise mit einer Glasfaser ausgebildet ist.
Batteriezelle (14) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Separator (30) vollständig aus Glasfaser gebildet ist.
Batteriezelle (14) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Separator (30) aus einem glasfaserverstärktem Polymer ausgebildet ist.
Batteriezelle (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriezelle (14) als Rundzelle ausgebildet ist.
Batteriezelle (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrodenstapel (20) als Elektrodenwickel ausgebildet ist.
Batteriezelle (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Separator (30) den Elektrodenstapel (20) in einer Hochrichtung der Batteriezelle (14) betrachtet vollständig umgibt.
Batteriezelle (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Separator (30) eine Wärmleitfähigkeitswert von größer oder gleich eins aufweist.
Batteriezelle (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Separator (30) eine Dicke von mindestens 100 µm aufweist.
Batteriezelle (14) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Separator (30) eine Dicke von mindestens 200 µm aufweist.
Batteriezelle (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Separator (30) mit einem Polyimidband an dem Elektrodenstapel (20) und/oder an der Innenseite (28) befestigt ist.