DE102022202965A1 - Anschluss einer prismatischen Batteriezelle - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Anschluss (28) einer prismatischen Batteriezelle (14), mit einem flächigen metallischen Grundkörper (30). Auf den flächigen metallischen Grundkörper (30) ist umlaufend ein Isolierkörper (38) aufgetragen, wobei der Isolierkörper (38) umlaufend mit einem metallischen Verbindungselement (42) versehen ist. Die Erfindung betrifft ferner eine prismatische Batteriezelle (14).

Description

• Die Erfindung betrifft einen Anschluss einer prismatischen Batteriezelle. Ferner betrifft die Erfindung eine prismatische Batteriezelle.
• In zunehmendem Maße werden Kraftfahrzeuge zumindest teilweise mittels eines Elektromotors angetrieben, sodass diese als Elektrofahrzeug oder Hybridfahrzeug ausgestaltet sind. Zur Bestromung des Elektromotors wird üblicherweise eine Hochvoltbatterie herangezogen, die mehrere einzelne Batteriemodule umfasst. Die Batteriemodule sind meist zueinander baugleich sowie miteinander elektrisch in Reihe und/oder parallel geschaltet, sodass die an der Hochvoltbatterie anliegende elektrische Spannung einem Vielfachen der mittels jedes der Batteriemodule bereitgestellten elektrischen Spannung entspricht. Jedes Batteriemodul wiederum umfasst mehrere Batteriezellen, die meist in einem gemeinsamen Modulgehäuse angeordnet sind, und die miteinander elektrisch in Reihe und/oder parallel geschaltet sind.
• Jede der Batteriezellen wiederum umfasst üblicherweise mehrere galvanische Elemente. Diese weisen jeweils zwei Elektroden, nämlich eine Anode und eine Kathode, sowie einen dazwischen angeordneten Separator als auch einen Elektrolyten mit freibeweglichen Ladungsträgern auf. Als ein derartiger Elektrolyt wird beispielsweise eine Flüssigkeit herangezogen. In einer Alternative ist die Batteriezelle als Festkörperbatterie ausgestaltet, und der Elektrolyt liegt als Festkörper vor. Die Anode und die Kathode, die die Elektroden der Batteriezelle bilden, umfassen üblicherweise einen Träger, der als Stromableiter fungiert. An diesem ist üblicherweise ein Aktivmaterial befestigt, das ein Bestandteil einer auf den Träger, der auch als Ableiter bezeichnet wird, aufgebrachten Schicht ist. Hierbei ist es möglich, dass in der Schicht bereits der Elektrolyt vorhanden ist, oder dieser wird nachträglich eingebracht. Zumindest jedoch ist das Aktivmaterial zur Aufnahme der Arbeitsionen, z.B. Lithium-Ionen, geeignet. Je nach Verwendung als Anode oder Kathode wird ein anderes Material für den Träger und eine unterschiedliche Art des Materials der Schicht verwendet.
• Zum Schutz der galvanischen Elemente sind diese üblicherweise in einem Zellgehäuse der Batteriezelle angeordnet, das zum Beispiel einen mit einem Deckel verschlossenen Zellbecher umfasst. Auch wird mittels des Zellgehäuses der Elektrolyt vor Umwelteinflüssen geschützt. Damit mittels der jeweiligen Batteriezelle eine vergleichsweise große Kapazität bereitgestellt ist, sind üblicherweise mehrere derartige galvanischen Elemente, üblicherweise bis zu 100 Stück, in dem gemeinsamen Zellgehäuse angeordnet. Um den vorhandenen Platz vergleichsweise effizient auszunutzen und eine Fertigung zu vereinfachen, sind die einzelnen Bestandteile der galvanischen Elemente flächig ausgestaltet und in einer Stapelrichtung übereinander gestapelt, sodass ein im Wesentlichen quaderförmiger Zellstapel gebildet ist. Bei einer alternativen Ausführungsform ist beispielsweise der Separator bandförmig ausgestaltet und auf gegenüberliegenden Seiten jeweils mit mehreren Elektroden versehen. Das Band ist zu einer Rolle aufgewickelt, insbesondere zu einer sogenannten „Jelly Roll“. Somit sind die galvanischen Elemente zu einer Zylinderform aufgerollt. Hierbei ist der Grundkörper der Zylinderform ein Rechteck mit verwundeten Kanten. In einer weiteren Alternative ist beispielsweise ein durchgehendes Separatorband vorhanden, das Z-förmig gefaltet ist. In die Falten sind dabei beispielsweise einzelne Elektrodenblätter eingelegt, oder das Separatorband ist mit den Elektroden bereits vor dem Falten zumindest einseitig beschichtet.
• Je nach verwendeter Anordnung der galvanischen Elemente ist das Zellgehäuse geformt. Hierbei ist es möglich, dieses starr auszugestalten und beispielsweise aus einem Aluminium zu fertigen. Hierbei ist der Form des Zellgehäuse beispielsweise quaderförmig. Eine derartige Batteriezelle wird auch als prismatische Batteriezelle bezeichnet. Zur elektrischen Kontaktierung der galvanischen Elemente, also um ein Einspeisen und/oder eine Entnahme von elektrischer Energie aus der Batteriezelle zu ermöglichen, weist das Zellgehäuse üblicherweise zwei Öffnungen auf, durch die jeweils ein entsprechender Anschluss geführt ist. Hierbei ist jeder der Anschlüsse mit unterschiedlichen der Elektroden elektrisch kontaktiert, sodass bei Betrieb zwischen diesen eine elektrische Spannung anliegt.
• Bei einer Ausführungsform ist an die Elektroden jeweils eine Ableiterfahne angeformt, die mittels eines gemeinsamen metallischen Halteelements des Anschlusses endseitig umgriffen sind, das nach Art einer Niet ausgestaltet ist, und mittels dessen der Rand der jeweils zugeordneten Öffnung umgriffen ist. Zwischen dem Niet und dem Gehäuse ist Isolationsmaterial angeordnet, um einen elektrischen Kurzschluss zu vermeiden. Außenseitig ist auf den Niet eine elektrisch leitende Kappe aufgesetzt, damit bei Anschluss an weiteren Bauteilen die Ableiterfahne nicht beschädigt werden. Bei der Herstellung ist somit zunächst ein Einführen der Ableiterfahne in den Niet erforderlich, der durch die mit dem Isolationskörper ausgekleidete Öffnung geführt und dort nachfolgend plastisch verformt wird. Auch ist anschließend das Befestigen der Kappe erforderlich. Bei jedem dieser Arbeitsschritt ist darauf zu achten, dass das Zellgehäuse aufgrund der wirkenden Kräfte nicht beschädigt wird.
• Bei einer alternativen Ausgestaltungsform sind die Elektroden mit einer gemeinsamen Stromschienen elektrisch kontaktiert, die in dem Zellgehäuse angeordnet ist. Mit der Stromschiene ist ein zylinderförmiger Anschluss elektrisch kontaktiert, der beispielsweise einstückig mit dieser ist. Der Anschluss ist durch die zugeordnete Öffnung des Gehäuses geführt. Der zwischen dem Anschluss und der Öffnung vorhandene Spalt ist mit Glas oder dergleichen aufgefüllt, sodass ein elektrischer Kurzschluss vermieden ist. Auch ist sind vergleichsweise viele Arbeitsschritte erforderlich, wobei sichergestellt werden muss, dass der Spalt vollständig mit dem Glas ausgefüllt ist, damit ein Austritt des Elektrolyten und/oder ein Eindringen von Fremdpartikeln in das Zellgehäuse vermieden ist.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine besonders geeigneten Anschluss einer prismatischen Batteriezelle und eine besonders geeignete prismatische Batteriezelle anzugeben, wobei vorteilhafterweise Material -und/oder Herstellungskosten reduziert sind, und wobei geeigneterweise eine Herstellung vereinfacht ist.
• Hinsichtlich des Anschlusses wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 und hinsichtlich der prismatischen Batteriezelle durch die Merkmale des Anspruchs 10 erfindungsgemäß gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
• Der Anschluss ist im bestimmungsgemäßen Zustand ein Bestandteil einer prismatischen Batteriezelle. Hierfür ist der Anschluss geeignet, bevorzugt vorgesehen und eingerichtet. Die prismatische Batteriezelle, die im nachfolgend insbesondere auch lediglich als Batterie bezeichnet ist, ist vorzugsweise wiederladbar ausgestaltet und zweckmäßigerweise eine Sekundärbatterie. Vorzugsweise ist die prismatische Batteriezelle im bestimmungsgemäßen Zustand ein Bestandteil eines Kraftfahrzeugs. Hierfür ist die prismatische Batteriezelle geeignet, insbesondere vorgesehen und eingerichtet. Im bestimmungsgemäßen Zustand ist die prismatische Batteriezelle beispielsweise ein Bestandteil eines Energiespeichers des Kraftfahrzeugs, der mehrere derartige prismatische Batteriezellen aufweist. Vorzugsweise sind hierbei die prismatischen Batteriezellen auf mehrere Batteriemodule aufgeteilt, die zueinander wiederum baugleich sind. Die prismatischen Batteriezellen sind insbesondere in einem Gehäuse des Energiespeichers bzw. des jeweiligen Batteriemoduls angeordnet und miteinander elektrisch parallel und/oder in Reihe geschaltet. Somit ist die an dem Energiespeicher/Batteriemodul anliegende elektrische Spannung ein Vielfaches der mittels jeder der prismatischen Batteriezellen bereitgestellten elektrischen Spannung. Zweckmäßigerweise sind sämtliche prismatische Batteriezellen dabei zueinander baugleich, was eine Fertigung vereinfacht.
• Das Gehäuse des Energiespeichers bzw. des jeweiligen Batteriemoduls, die somit insbesondere einen Verbund derartiger prismatischer Batteriezellen bilden, ist bevorzugt aus einem Metall gefertigt, beispielsweise einem Stahl, wie einem Edelstahl, oder einer Aluminiumlegierung. Zur Herstellung wird zum Beispiel ein Druckgussverfahren, Tiefzugverfahren, Gießpressen oder Strangpressen verwendet. Insbesondere ist das Gehäuse des Energiespeichers bzw. des jeweiligen Batteriemoduls verschlossen ausgestaltet. Zweckmäßigerweise ist in das Gehäuse des Energiespeichers bzw. des jeweiligen Batteriemoduls eine Schnittstelle eingebracht, die zum Beispiel einen Stecker des Energiespeichers/Batteriemoduls bildet. Die Schnittstelle ist dabei elektrisch mit den prismatischen Batteriezellen kontaktiert, sodass ein Einspeisen von elektrischer Energie und/oder eine Entnahme von elektrischer Energie aus den prismatischen Batteriezellen von außerhalb des Energiespeichers möglich ist, sofern an den Stecker ein entsprechender Gegenstecker gesteckt ist.
• Das Kraftfahrzeug ist beispielsweise ein Schiff oder Boot. Bevorzugt jedoch ist das Kraftfahrzeug landgebunden und weist vorzugsweise eine Anzahl an Rädern auf, von denen zumindest eines, geeigneterweise mehrere oder alle, mittels eines Antriebs, angetrieben sind. Insbesondere ist eines, vorzugsweise mehrere, der Räder steuerbar ausgestaltet. Somit ist es möglich, das Kraftfahrzeug unabhängig von einer bestimmten Fahrbahn, beispielsweise Schienen oder dergleichen, zu bewegen. Dabei ist es zweckmäßigerweise möglich, das Kraftfahrzeug im Wesentlichen beliebig auf einer Fahrbahn zu positionieren, die insbesondere aus einem Asphalt, einem Teer oder Beton gefertigt ist. Das Kraftfahrzeug ist beispielsweise ein Nutzkraftwagen, wie ein Lastkraftwagen (Lkw) oder ein Bus. Besonders bevorzugt jedoch ist das Kraftfahrzeug ein Personenkraftwagen (Pkw).
• Mittels des Antriebs erfolgt zweckmäßigerweise eine Fortbewegung des Kraftfahrzeugs. Zum Beispiel ist der Antrieb, insbesondere der Hauptantrieb, zumindest teilweise elektrisch ausgestaltet, und das Kraftfahrzeug ist beispielsweise ein Elektrofahrzeug. Der Elektromotor wird zum Beispiel mittels des Energiespeichers betrieben, der geeigneterweise als eine Hochvoltbatterie ausgestaltet ist. Mittels der Hochvoltbatterie wird zweckmäßigerweise eine elektrische Gleichspannung bereitgestellt, wobei die elektrische Spannung zum Beispiel zwischen 200 V und 800 V und beispielsweise im Wesentlichen 400 V beträgt. Vorzugsweise ist zwischen dem Energiespeicher und dem Elektromotor ein elektrischer Umrichter angeordnet, mittels dessen die Bestromung des Elektromotors eingestellt wird. In einer Alternative weist der Antrieb zusätzlich einen Verbrennungsmotor auf, sodass das Kraftfahrzeug als Hybrid-Kraftfahrzeug ausgestaltet ist. In einer Alternative wird mittels des Energiespeichers ein Niedervoltbordnetz des Kraftfahrzeugs gespeist, und mittels des Energiespeichers wird insbesondere eine elektrische Gleichspannung von 12 V, 24 V oder 48 V bereitgestellt.
• In einer weiteren Alternative ist die prismatische Batteriezelle ein Bestandteil eines Flurförderfahrzeug, einer Industrieanlage, eines handgeführten Geräts, wie beispielsweise eines Werkzeugs, insbesondere eines Akkuschraubers. In einer weiteren Alternative ist die prismatische Batteriezelle ein Bestandteil einer Energieversorgung und wird dort beispielsweise als sogenannte Pufferbatterie verwendet. Hierbei wird die prismatische Batteriezelle beispielsweise innerhalb eines Kraftwerks oder eines Haushalts/Industrieanlage verwendet. In einer weiteren Alternative ist die prismatische Batteriezelle ein Bestandteil eines tragbaren Geräts, beispielsweise eines tragbaren Mobiltelefons oder eines Wearables, oder eines Computers. Auch ist es möglich, eine derartige prismatische Batteriezelle im Campingbereich, Modellbaubereich oder für sonstige Outdoor-Aktivitäten zu verwenden.
• Die prismatische Batteriezelle weist geeigneterweise mehrere Elektroden auf, also beispielsweise zwei oder bevorzugt mehr. Zweckmäßigerweise sind die Elektroden auf Anoden und Kathoden aufgeteilt, wobei zum Beispiel die Hälfte der Elektroden die Anoden und die andere Hälfte die Kathoden bilden. Vorzugsweise ist jedoch eine Anode mehr als Kathoden vorhanden. Besonders bevorzugt sind sämtliche Anoden und sämtliche Kathoden jeweils zueinander baugleich, was eine Herstellung vereinfacht. Die Elektroden sind beispielsweise flächig ausgestaltet und weisen insbesondere einen Träger auf, der auch als Ableiter bezeichnet ist. Insbesondere ist der jeweilige Träger mittels einer Metallfolie gebildet, die einseitig oder beidseitig mit einer Schicht zumindest abschnittsweise beschichtet ist. Als Metall des Trägers/Ableiters der Kathoden wird beispielsweise Aluminium und als Metall des Ableiters der Anoden Kupfer verwendet.
• Die Schicht weist hierbei eine Dicke unter 1 mm auf. Zweckmäßigerweise weisen die Träger eine Dicke unter 0,1 mm auf. Vorzugsweise weist die jeweilige Schicht ein Aktivmaterial, einen Binder und/oder ein Leitadditiv, wie Leitruß auf. Das Aktivmaterial dient zur Aufnahme von Arbeitsionen, wie Lithium-Ionen, und ist hierfür geeignet sowie vorgesehen und eingerichtet. Als Aktivmaterial wird für die Kathode beispielsweise ein Lithium-Metall-Oxid, wie Lithium-Cobalt(III)-Oxid (LiCoO2), NMC, beispielsweise NMC622 oder NMC811, NCA oder LFP, und/oder für die Anode LTO oder Graphit, Si-basiert, oder Lithium-legierende Materialien verwendet.
• Insbesondere sind die Elektroden im Wesentlichen rechteckförmig. Die Elektroden sind beispielsweise übereinander zu einem Zellstapel gestapelt, wobei die Stapelrichtung senkrecht zu der Ausdehnungsrichtung der Elektroden ist, die zueinander parallel angeordnet sind. Hierbei wechseln sich die Anoden und Kathoden in der Stapelrichtung des Zellstapels vorzugsweise ab. Zweckmäßigerweise ist zwischen benachbarten Elektroden, also insbesondere zwischen jeweils einer der Anoden einer der Kathoden, jeweils ein Separator des Zellstapels angeordnet, der vorzugsweise ebenfalls flächig ausgestaltet. Beispielsweise sind sämtliche Separatoren zueinander baugleich. Insbesondere sind die Elektroden im Wesentlichen bündig übereinander gestapelt, wobei beispielsweise sämtliche Anoden zumindest geringfügig über die Kathoden überstehen. Besonders bevorzugt ist hierbei der Überstand auf einer der Seiten vergrößert. Vorzugsweise stehen ebenfalls auch die Kathoden einseitig über die Anoden über, wobei sich die (vergrößerten) Überstände auf jeweils gegenüberliegenden Seiten des Zellstapels befinden. Auf diese Weise ist eine Kontaktierung der Anoden und Kathoden mit weiteren Bestandteilen vereinfacht. Aufgrund der Stapelung der Elektroden ist der Zellstapels somit ebenfalls im Wesentlichen quaderförmig.
• In einer alternativen Ausgestaltungsform sind beispielsweise sämtliche Anoden, sämtliche Kathoden oder der Separator mittels eines gemeinsamen Bandes gebildet, oder diese sind an einem gemeinsamen Band befestigt. Das Band selbst ist zu einer Zylinderform oder dergleichen aufgerollt, sodass eine sogenannte „Jelly Roll“ gebildet ist.
• Die prismatische Batteriezelle weist vorzugsweise ein metallisches Zellgehäuse auf, innerhalb dessen die Elektroden angeordnet sind, also beispielsweise der Zellstapel oder die „Jelly Roll“. Insbesondere ist mittels des Zellgehäuses ein Volumen zwischen 0,1 dm3 und 10 dm3 umgeben. Beispielsweise ist zusätzlich das Zellgehäuse zumindest teilweise mit einem Elektrolyten befüllt, oder der Elektrolyt ist beispielsweise teilweise bereits mittels des jeweiligen Aktivmaterials gebildet. Da es sich um die prismatische Batteriezelle handelt, ist das Zellgehäuse starr ausgestaltet. Beispielsweise ist das Zellgehäuse quaderförmig oder zylinderförmig ausgestaltet. Beispielsweise weist das Zellgehäuse einen Zellbecher auf, der mittels eines Deckels verschlossen ist. Hierbei ist der Deckel vorzugsweise mit dem Zellbecher verschweißt. Bevorzugt ist hierbei der Deckel eben ausgestaltet. Alternativ hierzu ist bei stoßweise der Deckel ebenfalls schalenförmig, oder das Zellgehäuse weist mehr Bestandteile auf. Aufgrund der Mehrteiligkeit des Zellgehäuses ist ein Einführen der Elektroden in das Zellgehäuse erleichtert. Dabei ist mittels des Zellgehäuses Weise ein Austritt des Elektrolyten und/oder ein Eintritt von Umgebungsluft zu den Elektroden/dem Elektrolyten vermieden. Insbesondere ist das Zellgehäuse aus einem Metall, wie einem Aluminium, also reinem Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gefertigt. Besonders bevorzugt ist dabei der etwaige Zellbecher sowie der etwaige Deckel aus dem gleichen Material gefertigt, was eine Verbindung dieser erleichtert.
• Der Anschluss dient der Verbindung von innerhalb des Zellgehäuses angeordneten Bauteilen mit außerhalb des Zellgehäuses angeordneten Bauteilen. Insbesondere dient der Anschluss der elektrischen Verbindung der etwaigen innerhalb des Zellgehäuses angeordneten Elektroden mit außerhalb des Zellgehäuses angeordneten Bauteilen, die insbesondere kein Bestandteil der prismatischen Batteriezelle sind, wie einer Stromschiene oder eines sonstigen elektrischen Leiters. Hierfür ist der Anschluss geeignet, insbesondere vorgesehen und eingerichtet. Vorzugsweise dient somit der Anschluss der elektrischen Kontaktierung.
• Der Anschluss umfasst einen metallischen Grundkörper. Mittels des metallischen Grundkörpers wird bei Betrieb der prismatischen Batteriezelle elektrische Energie geführt, und über diesen fließt insbesondere ein elektrischer Strom. Alternativ oder in Kombination hierzu liegt an dem metallischen Grundkörper ein elektrisches Potential an. Der Grundkörper ist flächig ausgestaltet, sodass dieser in einer Dimension eine vergleichsweise geringe Ausdehnung aufweist, zumindest im Vergleich zu den verbleibenden Dimensionen. Insbesondere ist der Grundkörper hierbei streifenförmig ausgestaltet.
• Ferner weist der Anschluss einen Isolierkörper auf, der umlaufend auf den Grundkörper aufgetragen ist. Hierbei ist der Grundkörper nicht vollständig mit dem Isolierkörper versehen, sondern lediglich abschnittsweise, wobei die Abschnitte um den Grundkörper herumreichen. Zweckmäßigerweise befindet sich dabei der Isolierkörper auf den beiden gegenüberliegenden Seiten des flächigen Grundkörpers und reicht über einen Rand dieser. Mit anderen Worten ist innerhalb des Isolierkörpers ein Schlitz gebildet, durch den der Grundkörper gesteckt ist. Mit nochmals anderen Worten ist der Isolierkörper ringförmig ausgestaltet. Beispielsweise ist hierbei der Isolierkörper einstückig oder aus mehreren separaten zur Bauteilen gefertigt, die aneinander gefügt sind. Insbesondere ist der Isolierkörper ebenfalls flächig ausgestaltet und zum Beispiel mittels zweier Streifen gebildet, die auf die gegenüberliegende Seiten des Grundkörpers geklebt oder in anderweitiger Weise daran befestigt sind. Der Isolierkörper ist elektrisch isolierend ausgestaltet und weist somit einen vergleichsweise hohen elektrischen Widerstand auf. Der elektrische Widerstand ist hierbei insbesondere größer als 50 kΩ. Vorzugsweise ist der Isolierkörper aus einem Kunststoff erstellt, was eine Fertigung vereinfacht.
• Der Isolierkörper ist umlaufend mit einem metallischen Verbindungselement versehen, das somit ebenfalls ringförmig ausgestaltet ist. Aufgrund des Isolierkörpers ist somit ein elektrischer direkter Kontakt zwischen dem Verbindungselement und dem Grundkörper vermieden. Beispielsweise ist der vollständige Isolierkörper mittels des Verbindungselements versehen, oder lediglich ein Teil des Isolierkörpers, sodass dieser insbesondere über das Verbindungselement übersteht, vorzugsweise beidseitig. Insbesondere ist das Verbindungselement ebenfalls flächig ausgestaltet.
• Bevorzugt liegt der Isolierkörper mechanisch direkt an dem Grundkörper an, sodass eine Baugröße verringert ist. Alternativ hierzu ist zwischen dem Isolierkörper und dem Grundkörper ein weiteres Bauteil vorhanden. Alternativ oder in Kombination hierzu ist zwischen dem Verbindungselement und dem Isolierkörper ein weiteres Bauteil vorhanden, oder besonders bevorzugt liegen diese mechanisch direkt aneinander an. Besonders bevorzugt ist der Isolierkörper an dem Grundkörper und/oder dem Verbindungselement befestigt, sodass eine Stabilität größer ist.
• Aufgrund des Grundkörpers ist mittels des Anschlusses ein Führen eines elektrischen Stroms ermöglicht. Dabei ist mittels des Verbindungselements eine vergleichsweise einfache mechanische Verbindung mit dem etwaigen Zellgehäuse möglich, nämlich mittels Schweißens. Auf diese Weise ist eine Herstellung vereinfacht. Aufgrund des Isolierkörpers ist dabei ein elektrischer Kurzschluss zwischen dem Zellgehäuse und dem Grundkörper vermieden, weswegen eine Betriebssicherheit verbessert ist. Aufgrund der flächigen Ausgestaltung des Grundkörpers ist lediglich vergleichsweise wenig Material für den Grundkörper und somit auch für den Isolierkörper und das Verbindungselement erforderlich, weswegen Materialkosten reduziert sind.
• Besonders bevorzugt ist der Grundkörper mit dem Isolierkörper zumindest teilweise beschichtet, sodass der Isolierkörper auf den Grundkörper aufgetragen ist. Somit ist eine Herstellung vereinfacht und Herstellungskosten reduziert. Alternativ oder in Kombination hierzu ist das Verbindungselement mit dem Isolierkörper beschichtet. Somit ist eine Fertigung vereinfacht. Zum Beispiel wird zunächst das Verbindungselement mit den Isolierkörper beschichtet, und der Verbund dieser beiden Schichten wird nachfolgend auf den Grundkörper aufgetragen. Alternativ hierzu erfolgt beispielsweise ein stoffschlüssiges verpressen des Grundkörpers, des Isolierkörpers und des Verbindungselements in einem Arbeitsschritt, wofür zum Beispiel der Isolierkörper erwärmt wird, sodass dieser bei dem Verpressen zumindest geringfügig plastisch verformt wird. Auf diese Weise ist einerseits eine vergleichsweise stabile Verbindung realisiert. Andererseits ist sind eine Herstellung vereinfacht.
• Im Montagezustand ist der Anschluss insbesondere innerhalb einer Öffnung des etwaigen Zellgehäuses der Batteriezelle angeordnet, wobei der Grundkörper durch die Öffnung hindurchragt. Geeigneterweise ist der Verlauf des Grundkörpers senkrecht zu der Öffnung angeordnet. Vorzugsweise ist die Öffnung im Wesentlichen schlitzförmig ausgestaltet. Die Öffnung ist ferner mit dem Isolierkörper sowie dem Verbindungselement ausgefüllt, die geeigneterweise derart angeordnet sind, dass zwischen dem Rand der Öffnung und dem Grundkörper stets das Verbindungselement und der Isolierkörper vorhanden sind, insbesondere umlaufend. Auf diese Weise ist eine Befestigung des Anschlusses an dem Zellgehäuse mittels Verschweißens des Verbindungselements mit dem Zellgehäuse möglich, sodass eine umlaufende dichte Verbindung geschaffen ist. Zusammenfassend sind bevorzugt im Montagezustand der Isolierkörper und das Verbindungselement, geeigneterweise vollständig, in der Ebene an geordnet, innerhalb derer die Wand des Zellgehäuses liegt, die die Öffnung aufweist.
• Beispielsweise ist der Grundkörper aus Nickel gefertigt. Auf diese Weise sind Herstellungskosten reduziert. Besonders bevorzugt jedoch ist der Grundkörper aus einem Aluminium, also reinem Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, oder einem Kupfer gefertigt, also reinem Kupfer oder einer Kupferlegierung. Somit ist ein elektrischer Widerstand reduziert, wobei aufgrund der flächigen Ausgestaltung die Materialkosten nicht übermäßig erhöht sind. Besonders bevorzugt ist im Montagezustand der Anschluss mit einer der etwaigen Elektroden der prismatischen Batteriezelle elektrisch kontaktiert. Besonders bevorzugt ist hierbei der Anschluss aus dem gleichen Material gefertigt, wie die Elektrode oder zumindest ein Teil der Elektrode, insbesondere der etwaige Träger/Ableiter. Wenn der Anschluss mit einer Anode elektrisch direkt verbunden ist, ist der Grundkörper bevorzugt aus Kupfer gefertigt. Falls dahingegen der Anschluss im Montagezustand mit einer Kathode elektrisch direkt kontaktiert ist, ist der Grundkörper vorzugsweise aus einem Aluminium gefertigt. Aufgrund einer derartigen Wahl ist insbesondere eine Kontaktkorrosion vermieden. Geeigneterweise ist der Grundkörper zumindest teilweise an die jeweilige Elektrode angeformt und insbesondere einstückig mit dem jeweiligen Ableiter. Vorzugsweise werden diese urgeformt und zum Beispiel aus einer gemeinsamen Folie ausgeschnitten. Auf diese Weise ist eine zusätzliche Anbindung des Grundkörpers an der jeweiligen Elektrode nicht erforderlich, weswegen eine Herstellung weiter vereinfacht und eine Robustheit erhöht ist.
• Beispielsweise ist das Verbindungselement aus einem Stahl gefertigt. Somit weist das Verbindungselement einen vergleichsweise hohen Schmelzpunkt auf, und eine Verbindung mit dem etwaigen Zellgehäuse ist vergleichsweise sicher, auch bei einer übermäßigen thermischen Belastung. Besonders bevorzugt jedoch ist das Verbindungselement aus einem Aluminium gefertigt, also reinem Aluminium oder einer Aluminiumlegierung. Auf diese Weise sind Herstellungskosten und ein Gewicht reduziert. Zweckmäßigerweise ist das Verbindungselement aus dem gleichen Material wie das etwaige Zellgehäuse oder zumindest der Teil des Zellgehäuses gefertigt, der die Öffnung aufweist, durch die der Anschluss geführt ist, zum Beispiel Aluminium. Auf diese Weise ist eine Kontaktkorrosion zwischen dem Verbindungselement und dem Zellgehäuse vermieden. Auch ist eine Befestigung dieser aneinander vereinfacht
• Beispielsweise ist der Isolierkörper aus einem Glas gefertigt. Vorzugsweise jedoch ist der Isolierkörper aus einem Kunststoff und besonders bevorzugt aus einem Polypropylen gefertigt. Somit ist der Isolierkörper fluiddicht und auch elektrolytdicht ausgestaltet. Fener ist es somit möglich, den Isolierkörper zu verschweißen, weswegen eine Montage auf dem Grundkörper und dem Verbindungselement vereinfacht ist. Zudem ist es möglich, den Isolierkörper zu versiegeln. Mit anderen Worten ist der Isolierkörper siegelbar. Vorzugsweise ist der Isolierkörper mit dem Grundkörper und dem Verbindungselement versiegelt und auf diese Weise an diesen befestigt. Somit ist einerseits eine Dichtigkeit erhöht. Andererseits ist eine Montage vereinfacht.
• In einer Ausführungsform ist das Polypropylen rein ausgestaltet. Auf diese Weise ist eine Isolationswirkung erhöht. Alternativ sind beispielsweise in das Polypropylen weitere Materialien eingebracht, sodass dieses zumindest teilweise elektrisch leitfähig ist. Beispielsweise sind in das Polypropylen metallische Partikel eingebracht. Besonders bevorzugt jedoch ist in das Polypropylen Kohlenstoff eingebracht, zumindest, wenn der Anschluss im Montagezustand mit einer Kathode elektrisch kontaktiert und hierfür vorgesehen und somit eingerichtet ist. Auf diese Weise ist der Isolierkörper (geringfügig) elektrisch leitfähig, wobei mittels dessen ein vergleichsweise hoher elektrischer Widerstand bereitgestellt ist. Insbesondere ist hierbei der Anteil von Kohlenstoff derart gewählt, dass ein elektrischer Widerstand zwischen dem Grundkörper und dem Verbindungselement größer als 50 kΩ ist. Vorzugsweise ist dabei der elektrische Widerstand geringer als 200 mΩ. Auf diese Weise erfolgt wird über den Isolierkörper das Verbindungselement und somit auch das etwaige Zellgehäuse, sofern das Verbindungselement mit diesem verschweißt ist, auf das gleiche elektrische Potenzial wie der Grundkörpern bei Betrieb gebracht. Somit ist ein Lochfraß in dem Zellgehäuse vermieden. Aufgrund des vergleichsweise großen elektrischen Widerstands ist dabei der fließende elektrischer Strom gering, weswegen eine Gefährdung von in der Umgebung der prismatischen Batteriezelle angeordneten Bauteilen vermieden ist. Folglich ist auch weiterhin ein Berührschutz realisiert. Auch ist auf diese Weise ein ungewolltes Abfließen von elektrischer Energie vermieden. Alternativ oder in Kombination zu dem Kohlenstoff ist ein Abstand zwischen dem Verbindungselement und dem Grundkörper derart gewählt, dass zwischen diesen über den Isolationskörper ein entsprechender elektrischer Stromfluss möglich ist, wobei dennoch der hohe elektrische Widerstand realisiert ist. Hierfür ist der Isolationskörper geeignet geformt.
• Beispielsweise ist der Grundkörper gebogen. Besonders bevorzugt ist der Grundkörper rechteckförmig. Auf diese Weise ist eine Herstellung vereinfacht und ein Verschnitt verringert. Insbesondere weist hierbei der Grundkörper eine Länge zwischen 1 cm und 5 cm auf. Die Länge entspricht hierbei der Ausdehnung des Grundkörpers in die Richtung, in der dieser durch die etwaige Öffnung des Zellgehäuses im Montagezustand geführt ist. Auf diese Weise ist auch ein Anschluss von vergleichsweise weit entfernten Bauteilen ermöglicht. Alternativ oder in Kombination hierzu ist eine Breite des Grundkörpers zwischen 0,5 cm und 2 cm. Die Breite ist hierbei insbesondere senkrecht zur Länge, und der flächigen der Grundkörper erstreckt sich insbesondere entlang der Länge und der Breite. Aufgrund derartiger Abmessungen ist mittels des Grundkörpers auch ein Tragen eines vergleichsweise großen elektrischen Stroms möglich, wobei ein elektrischer Widerstand vergleichsweise gering ist. Geeigneterweise ist der Grundkörper an dessen Rand, zumindest im Bereich des Isolierkörpers, angefast oder weist einen trapezförmigen Querschnitt auf. Vorzugsweise ist somit der Grundkörper randseitig trapezförmig zulaufend ausgestaltet. Auf diese Weise ist eine fluiddichte Anbindung oder Befestigung des Isolierkörpers an dem Grundkörper vereinfacht.
• Besonders bevorzugt ist die Dicke des Grundkörpers, also dessen Ausdehnung senkrecht zu der Fläche, innerhalb derer der flächige Grundkörper angeordnet ist, zwischen 0,1 mm und 0,5 mm. Mit anderen Worten ist die Dicke senkrecht zur der Länge und der Breite des Grundkörpers. Bevorzugt ist die Dicke des Grundkörpers konstant. Geeigneterweise ist der Grundkörper folien- und/oder streifenartig. Auf diese Weise ist es möglich, den Grundkörper aus einer Metallfolie zu fertigen, weswegen eine Herstellung vereinfacht ist. Ferner ist eine elastische und/oder plastische Verformung des Grundkörpers zur Anpassung des Anschlusses an bestimmte Einbaubedingungen mit vergleichsweise geringem Kraftaufwand möglich.
• Vorzugsweise ist die Dicke des Grundkörpers abhängig von dem Material des Grundkörpers. Wenn der Grundkörper aus Kupfer gefertigt ist, ist die Dicke zweckmäßigerweise im Wesentlichen gleich 0,2 mm. Falls hingegen der Grundkörper aus einem Aluminium gefertigt ist, ist die Dicke geeigneterweise größer und zum Beispiel gleich 0,4 mm, wobei jeweils insbesondere eine Abweichung von 10 %, 5 % oder 0 % vorhanden ist. Aufgrund der vergrößerten Dicke bei dem Aluminium ist die verringerte Stromtragfähigkeit des Materials des Grundkörper ausgeglichen, sodass der Grundkörper stets einen geringen elektrischen Widerstand aufweist.
• Vorzugsweise ist die Dicke des Isolierkörpers, die insbesondere parallel zur Dicke des Grundkörpers ist, zwischen 0,1 mm und 0,2 mm. Besonders bevorzugt ist die Dicke des Isolierkörpers gleich 0,15 cm. Auf diese Weise weist Anschluss eine vergleichsgeringe Dicke auf, wobei dennoch eine sichere elektrische Isolierung erfolgt. Insbesondere beträgt die Dicke des Isolierkörpers beträgt diesen, wenn dieser an dem Grundkörper anliegt. Vorzugsweise ist der Isolierkörper streifenförmig, und die beiden Streifen stehen über den Grundkörper einseitig oder bevorzugt beidseitig über. In diesem Bereich liegen die beiden Streifen des Isolierkörpers zweckmä-ßiger aneinander an und sind vorzugsweise aneinander befestigt. Dort weist der Isolierkörper somit die doppelte Dicke auf. Vorzugsweise weist der Isolierkörper eine Länge auf, die größer als die Breite des Grundkörpers ist. Vorzugsweise ist die Breite des Isolierkörpers, die parallel zur Länge des Grundkörpers ist, geringer als 2 cm und vorzugsweise größer als 0,5 cm. Auf diese Weise ist eine vergleichsweise sichere Isolierung des Verbindungselements von dem Grundkörper mittels des Isolierkörpers realisiert, wobei ein Materialbedarf verringert ist. Auch ist auf diese Weise ein Kontaktierung von weiteren Bauteilen mit dem Grundkörper ungestört möglich.
• Besonders bevorzugt weist das Verbindungselements eine Dicke zwischen 0,5 mm und 10 mm auf. Hierbei ist die Dicke des Verbindungselements insbesondere parallel zur Dicke des Grundkörpers und/oder des Isolierkörpers. Vorzugsweise ist die Dicke des Isolierkörpers gleich 1 mm und vorzugsweise gleich der Dicke des etwaigen Zellgehäuses. Auf diese Weise ist es möglich, das Verbindungselement aus dem gleichen Material zu fertigen, das auch für die Fertigung des Zellgehäuses verwendet wird. Somit ist eine Anzahl an unterschiedlichen Materialien verringert, weswegen Herstellungskosten verringert sind. Auch ist bei einer derartigen Dicke ein Verschweißen des Verbindungselements mit dem Zellgehäuse möglich, ohne dass aufgrund des Schweißens das Verbindungselements übermäßig beschädigt wird, weswegen ein Ablösen von dem Isolierkörper erfolgt. Mit anderen Worten ist ein Abstand des Isolierkörpers zur Wärmeeinflusszone der Schweißnaht vergleichsweise groß.
• Vorzugsweise ist die Länge des Verbindungselements parallel zur Breite des Grundkörper angeordnet. Die Länge des Verbindungselements ist zweckmäßigerweise größer als die Breite des Grundkörpers und/oder die Länge des Isolierkörpers. Somit steht das Verbindungselement insbesondere randseitig über den Grundkörper und vorzugsweise auch über den Isolierkörper über. Somit ist die umlaufende Ausgestaltung des Isolierkörpers realisiert. Geeigneterweise ist das Verbindungselement aus zwei Streifen gebildet, die endseitig aneinander befestigt sind, sodass zwischen diesen der Isolierkörper und der Grundkörper angeordnet und gehalten sind. Vorzugsweise ist die Breite des Verbindungselements geringer als die Breite des Isolierkörpers oder maximal gleich groß. Auf diese Weise ist ein elektrischer Kurzschluss vermieden.
• Die prismatische Batteriezellen weist ein Zellgehäuse auf, das aus einem Metall gefertigt ist. Als Metall wird vorzugsweise Aluminium verwendet, also reines Aluminium oder eine Aluminiumlegierung. Insbesondere ist das Zellgehäuse zylinderförmig oder quaderförmige ausgestaltet. Vorzugsweise weist das Zellgehäuse einen Zellbecher sowie einen Deckel auf. Der Zellbecher ist hierbei topf- oder becherförmig, und der Deckel ist geeigneterweise eben ausgestaltet. Auf diese Weise ist eine Fertigung erleichtert. Zweckmäßigerweise sind der Deckel und der Zellbecher aus dem gleichen Material gefertigt und im Montagezustand vorzugsweise umlaufend miteinander verschweißt. Auf diese Weise sind die in dem Zellgehäuse angeordneten Komponenten der Batteriezelle vor Umgebungseinflüssen oder Fremdpartikeln geschützt. Insbesondere sind in dem Zellgehäuse etwaige Elektroden der Batteriezelle angeordnet.
• Das Zellgehäuse weist eine Öffnung auf, die zum Beispiel in den Deckel eingebracht ist. Die Öffnung ist insbesondere schlitzförmig. Durch die Öffnung ist ein Anschluss geführt, der sich somit teilweise innerhalb des Zellgehäuses und teilweise außerhalb des Zellgehäuses befindet. Der Grundkörper umfasst einen flächigen metallischen Grundkörper, auf den umlaufend ein Isolierkörper aufgetragen ist. Der Isolierkörper ist umlaufend mit einem metallischen Verbindungselement versehen. Hierbei ist das Verbindungselement mit dem Zellgehäuse verschweißt, insbesondere umlaufend, sodass eine fluiddichte Verbindung zwischen dem Verbindungselement und dem Zellgehäuse realisiert ist. Somit ist trotz der Öffnung und des Anschlusses das Zellgehäuse weiterhin fluiddicht ausgestaltet. Besonders bevorzugt ist das Verbindungselement und/oder Isolierkörper derart angeordnet, dass sich diese innerhalb der Öffnung befinden, sodass die Öffnung mittels des Grundkörpers, des Isolierkörpers und des Verbindungselements vollständig ausgefüllt ist. Der Isolierkörper und das Verbindungselement sind somit in einer Ebene angeordnet, in der sich auch der Teil des Zellgehäuses befindet, der die Öffnung aufweist, beispielsweise der Deckel.
• Besonders bevorzugt weist die prismatische Batteriezelle zwei derartige Anschlüsse auf, wobei jedem der Anschlüsse jeweils eine entsprechende Öffnung zugeordnet ist. Hierbei ist einer der Anschlüsse vorzugsweise etwaigen Anoden und der andere etwaigen Kathoden der prismatischen Batteriezelle zugeordnet. In einer weiteren Alternative sind mehr derartige Anschlüsse vorhanden, wobei zum Beispiel den Anoden und den Kathoden jeweils zwei der Anschlüsse zugeordnet sind. Beispielsweise unterscheiden sich die den Anoden und Kathoden zugeordnete Anzahl der Anschlüsse, oder diese ist gleich. Geeigneterweise ist jeder Grundkörper oder zumindest eine hiervon elektrisch mit einer der jeweils zugeordneten Elektroden der prismatischen Batteriezelle kontaktiert und zum Beispiel an dieser angeformt. Vorzugsweise ist der Grundkörper aus einer gemeinsamen Folie mit dem etwaiger Träger der zugeordneten Elektroden gefertigt. Zum Beispiel sind hierbei die Anschlüsse zueinander baugleich oder bevorzugt auf die jeweilige Elektrode abgestimmt. Hierbei ist das Material des Grundkörpers zweckmäßigerweise entsprechend angepasst und/oder dessen Dicke. Beispielsweise unterscheiden sich die Anschlüsse ansonsten nicht. Vorzugsweise jedoch ist bei einem der Anschlüsse, nämlich bei dem, der der Kathode zugeordnet ist, der Isolationskörper mit Kohlenstoff versetzt, sodass das Zellgehäuse das gleiche elektrische Potential wie der zugeordnete Grundkörper aufweist. Auf diese Weise ist ein Lochfraß des Zellgehäuses vermieden.
• Die Erfindung betrifft ferner einen Verbund derartiger prismatischer Batteriezellen, wobei der Verbund vorzugsweise ein Batteriemodul oder eine Hochvoltbatterie ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug, wie einen Personenkraftwagen (PKW), mit einer derartigen prismatischen Batteriezelle, insbesondere einem derartigen Verbund. Die prismatische Batteriezelle wird insbesondere zur Bestromung eines Hauptantriebs des Kraftfahrzeugs verwendet.
• Die im Zusammenhang mit dem Anschluss beschriebenen Vorteile und Weiterbildungen sind sinngemäß auch auf die prismatische Batteriezelle / den Verbund / das Kraftfahrzeug sowie untereinander zu übertragen und umgekehrt.
• Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
• 1 schematisch vereinfacht ein Kraftfahrzeug, das mehrere baugleiche Batteriezellen aufweist,
• 2 schematisch in einer Schnittdarstellung eine der ein Zellgehäuse aufweisenden Batteriezellen, die zwei Anschlüsse umfasst,
• 3, 4 perspektivisch bzw. ausschnittsweise in einer Schnittdarstellung einen der Anschlüsse, und
• 5 perspektivisch eine alternative Ausgestaltungsform des Anschlusses.
• Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
• In 1 ist schematisch vereinfacht ein Kraftfahrzeug 2 in Form eines Personenkraftwagens (Pkw) dargestellt. Das Kraftfahrzeug 2 weist eine Anzahl an Rädern 4 auf, von denen zumindest einige mittels eines Antriebs 6 angetrieben sind, der einen Elektromotor umfasst. Somit ist das Kraftfahrzeug 2 ein Elektrofahrzeug oder ein Hybrid-Fahrzeug. Der Antrieb 6 weist einen Umrichter auf, mittels dessen der Elektromotor gespeist ist. Der Umrichter des Antriebs 6 wiederum ist mittels eines Energiespeichers 8 in Form einer Hochvoltbatterie bestromt. Hierfür ist der Antrieb 6 mit einer Schnittstelle 10 des Energiespeichers 8 verbunden, die in ein Energiespeichergehäuse 12 des Energiespeichers 8 eingebracht ist, das aus einem Edelstahl erstellt ist.
• Innerhalb des Energiespeichergehäuses 12 des Energiespeichers 8 sind mehrere nicht näher dargestellte zueinander baugleiche Batteriemodule angeordnet, die jeweils mehrerer Batteriezellen 14 umfassen. Die Batteriezellen 14 jedes Batteriemoduls sind dabei zueinander teilweise elektrisch in Reihe sowie teilweise zueinander elektrisch parallel geschaltet. Ein Teil der Batteriemodule wiederum ist zueinander elektrisch in Reihe und diese wiederum elektrisch zueinander parallel geschaltet sind. Der elektrische Verband der Batteriemodule ist mit der Schnittstelle 10 elektrisch kontaktiert, sodass bei Betrieb des Antriebs 6 ein Entladen oder Laden (Rekuperation) der Batteriemodule und somit auch der Batteriezellen 14 erfolgt. Aufgrund der elektrischen Verschaltung ist dabei die an der Schnittstelle 10 bereitgestellte elektrische Spannung, die 400 V beträgt, ein Vielfaches der mit jedem der Batteriemodule und auch mit jedem der Batteriezellen 14 bereitgestellten elektrischen Spannung.
• In 2 ist in einer Schnittdarstellung eine der zueinander baugleichen Batteriezellen 14 dargestellt. Die Batteriezelle 14 weist mehrere Anoden 16 und Kathoden 18 auf, von denen jeweils lediglich zwei dargestellt sind. Die Anoden 16 und die Kathoden 18, die die Elektroden 20 der Batteriezelle 14 bilden, sind jeweils flächig ausgestaltet und zu einem Zellstapel abwechselnd aufeinandergeschichtet, wobei zwischen jeweils benachbarten Anoden 16 und Kathoden 18 ein nicht näher dargestellter Separator angeordnet ist. Die Anoden 16 stehen auf einer gemeinsamen Seite über die Kathoden 18 über, nämlich jeweils ein jeweiliger Ableiter, der mittels einer jeweiligen Metallfolie gebildet ist. Bei dem Kathoden 18 wird hierbei als Metallfolie eine Aluminiumfolie und bei den Anoden 16 eine Kupferfolien verwendet. In dem Bereich des Überstands ist dabei der jeweilige Ableiter frei von weiteren Bestandteilen, jedoch in den sonstigen Bereichen ist eine Schicht auf den jeweiligen Ableiter, der auch als Träger bezeichnet wird, aufgebracht, der ein Aktivmaterial umfasst. Auch die Kathoden 18 stehen in gleicher Weise über die Anoden 16 über, wobei sich die Überstände auf gegenüberliegenden Seiten des mittels der Anode 16 und Kathoden 18 gebildeten Stapels befinden.
• Die Überstände der Anoden 16 und der Kathoden 18 sind an einer jeweiligen Stromschiene 22 angeschweißt. Die Stromschiene 22 besteht dabei aus dem Material, aus dem auch die Träger der jeweiligen Elektroden 20 erstellt sind. So ist die Stromschiene 22, an der die Anoden 16 angeschweißt sind, aus einem Kupfer erstellt. Die Stromschienen 22, an der die Kathoden 18 angeschweißt sind, ist aus einem Aluminium gefertigt.
• Die Elektroden 20 und die Stromschienen 22 sind innerhalb eines Zellgehäuses 24 angeordnet, das starr ausgestaltet und aus einem Aluminium gefertigt ist. Somit handelt es sich bei der Batteriezelle 14 um eine prismatische Batteriezelle. Das Zellgehäuse 24 weist einen nicht näher dargestellten Zellbecher auf, an dem einen Deckel angeschweißt ist, sodass das Zellgehäuse 24 fluiddicht ausgestaltet ist. Das Zellgehäuse 24 ist mit einem nicht näher dargestellten flüssigen Elektrolyten befüllt. Das Zellgehäuse 24 weist auf gegenüberliegenden Seiten jeweils eine Öffnung 26 auf, die schlitzförmig ausgestaltet und vollständig mit einem jeweiligen Anschluss 28 ausgefüllt ist, der durch die jeweilige Öffnung 28 ragt. Dabei ist trotz der Öffnungen 26 das Zellgehäuse 24 fluiddicht ausgestaltet, sodass ein Eintritt von Fremdpartikeln in das Zellgehäuse 24 oder ein Austritt des Elektrolyten vermieden ist.
• Einer der Anschlüsse 28, die zueinander ähnlich aufgebaut sind, ist in 3 perspektivisch und in 4 in einer Schnittdarstellung ausschnittsweise gezeigt. Jeder Anschluss 28 weist einen flächigen Grundkörper 30 auf, der rechteckförmig ausgestaltet ist. Der Grundkörper 30 weist somit im Wesentlichen eine Ausdehnung in lediglich zwei Dimensionen auf und weist folglich eine Länge 32 auf, die bei dieser Variante 4 cm beträgt. Eine Breite 34 des Grundkörpers 30 beträgt 1 cm. Der Grundkörper 30 ist dabei derart orientiert, dass die Ausdehnung in der Länge 32 senkrecht zu der Wand des Zellgehäuses 24 ist, die die jeweilige Öffnung 26 aufweist. Der Grundkörper 30 jedes Anschlusses 28 ist an jeweils einer der Stromschienen 22 angeschweißt. Hierbei ist das Material des Grundkörpers 30, der an der Stromschiene 22 angeschweißt ist, die den Anoden 16 zugeordnet ist, Kupfer, wohingegen der Grundkörper 30, der an der Stromschiene 22 angeschweißt ist, die den Kathoden 18 zugeordnet ist, aus Aluminium gefertigt ist. Die Dicke des Grundkörpers 30, also dessen Ausdehnung senkrecht zu der Länge 32 und der Breite 34, beträgt 0,4 mm, wenn der Grundkörper 30 aus Aluminium gefertigt ist. Bei dem aus Kupfer gefertigten Grundkörper 30 ist die Dicke 36 gleich 0,2 mm.
• Auf jeden der Grundkörper 30 ist umlaufend ein Isolierkörper 38 aufgetragen, der aus einem Polypropylen gefertigt ist. Der Isolierkörper 38 ist jeweils mittels zweier Streifen gebildet, die parallel zur Breite des Grundkörpers 30 orientiert und auf gegenüberliegenden Seiten des Grundkörpers 30 an diesem befestigt sind. Hierbei steht jeder Streifen des Isolierkörpers 38 beidseitig über den Grundkörper 30 über, und die Enden der Streifen sind aneinander befestigt. Somit läuft der Isolierkörper 38 um den Grundkörper 30 um. Die Ausdehnung des Grundkörpers 38 parallel zur Länge 32 des Grundkörpers 30 ist 0,5 cm und somit geringer als die Länge 32 des Grundkörpers 30. Auch ist der Isolierkörper 38 von diesen beiden Enden des Grundkörpers 30 wegversetzt. Jeder Isolierkörper 38 weist im Bereich der direkten Anlage an dem jeweiligen Grundkörper 30 eine Dicke 40 von 0,15 mm auf. Im Bereich des Überstands der Streifen ist die Dicke 40 somit das Doppelte hiervon und folglich gleich 0,3 mm. Zur Befestigung wurde der Isolierkörper 38 erwärmt und plastisch verformt, sodass der Isolierkörper 38 mit dem Grundkörper 30 versiegelt ist. Der Grundkörper 30 ist an dessen Rand, zumindest in dem Bereich, an dem die Streifen des Isolierkörpers 38 überstehen, trapezförmig oder dreiecksförmig zulaufend ausgestaltet, wie in 4 gezeigt. Auf diese Weise erfolgt sicher eine fluiddichte Anbindung der beiden Streifen des Isolierkörpers 38 an dem Grundkörper 30, und zwischen diesen ist kein Spalt oder sonstiger Freiraum gebildet.
• Der Isolierkörper 38 ist umlaufend mit einem metallischen Verbindungselement 42 versehen, das direkt an dem Isolierkörper 38 befestigt ist. Auch hier erfolgt die Befestigung mittels plastischen Verformen des Isolierkörpers 38. Das Verbindungselement 42 ist ebenfalls aus zwei Streifen erstellt, die parallel zu den Streifen des Isolierkörpers 38 und auf diesen angeordnet sind. Dabei stehen die Streifen des Verbindungselements 42 über den Isolierkörper 38 endseitig beidseitig über. Die Enden sind aneinander befestigt, sodass der Isolierkörper 38 mittels des metallischen Verbindungselements 42 umlaufenden umschlossen ist. Hierbei ist die Ausdehnung des Verbindungselements 42 parallel zur Länge 32 des Grundkörpers 30 geringer als die Ausdehnung des Isolierkörpers 38 in diese Richtung, wobei der Isolierkörper 38 in dieser Richtung beidseitig über das metallische Verbindungselement 42 übersteht.
• Das metallische Verbindungselement 42 ist aus einem Aluminium gefertigt, nämlich dem gleichen Material, aus dem auch das Zellgehäuse 24 erstellt ist. Eine Dicke 44 des Verbindungselements 42 beträgt 1 mm und ist gleich der Dicke des Zellgehäuses 24. Somit ist es möglich, das Zellgehäuse 24 und das Verbindungselement 42, nämlich jeweils die Streifen, aus dem gleichen Halbzeug oder sonstigen Elementen herzustellen, weswegen eine Lagerhaltung vereinfacht ist.
• Im Montagezustand liegt das Verbindungselement 42 an dem Rand der jeweils zugeordneten Öffnung 26 an und ist unter Ausbildung einer jeweiligen Schweißnaht 46 mit dem Zellgehäuse 24 verschweißt. Somit ist eine fluiddichte Verbindung zwischen diesem und dem Zellgehäuse 24 mittels der Schweißnaht 46 wird. Mittels dieser werden ebenfalls etwaige Fertigungstoleranzen ausgeglichen, sodass ein Ausschuss verringert ist. Der Bereich zwischen dem Grundkörper 30 und dem Verbindungselement 42 ist mittels Isolierkörpers 38 elektrolytdicht ausgestaltet, sodass ein Austritt des Elektrolyten sicher vermieden ist.
• Der Isolierkörper 38 des Anschluss 28, der mit der den Anoden 16 zugeordnete Stromschienen 22 elektrisch kontaktiert ist, ist ein rein und besteht lediglich aus Polypropylen. Der Isolierkörper 38 des anderen Anschlusses 28 weist ferner Kohlenstoff auf, der in das Polypropylen eingebracht ist. Somit ist der Isolierkörper 38 nicht vollständig elektrisch isolierend, wobei ein elektrischer Widerstand vergleichsweise groß ist, nämlich 100 mΩ. Aufgrund des Kohlenstoffs weist bei Betrieb das Zellgehäuse 24 ein elektrisches Potential auf, das dem elektrischen Potential der Kathoden 18 entspricht. Aufgrund dessen ist ein Lochfraß in dem Zellgehäuse 24 trotz der Verwendung des Elektrolyten verhindert. Aufgrund der vergleichsweise hochohmigen elektrischen Verbindung ist dabei ein Stromfluss zwischen den Kathoden 18 und dem Zellgehäuse 24 vergleichsweise gering, sodass im Wesentlichen keine Beeinträchtigung oder Beschädigung von weiteren Bestandteilen des Kraftfahrzeugs 2 erfolgt. Aufgrund der unterschiedlichen Ausgestaltung der Isolierkörper 38 ist ein elektrischer Kurzschluss zwischen den beiden Grundkörpern 30 vermieden.
• Mit Ausnahme des eingebrachten Kohlenstoffs, der unterschiedlichen Materialien für den Grundkörper 30 und der unterschiedlichen Dicke 36 der Grundkörper 30 sind die beiden Anschlüsse 28 zueinander baugleich. Beide Anschlüsse 28 können dabei separat von dem Zellgehäuse 24 sowie den Stromschienen 22 und den Elektroden 20 gefertigt werden.
• In 5 ist eine alternative Ausführungsform des Anschlusses 28 dargestellt. Die Ausgestaltung des Grundkörpers 30 sowie des Isolierkörpers 38 ist dabei nicht verändert. Lediglich das Verbindungelement 42 ist verbreitert ausgestaltet, sodass dessen Ausdehnung parallel zur Länge 32 des Grundkörpers 30 gleich der Ausdehnung des Isolierkörpers 38 in dieser Richtung entspricht. Hierbei sind die den Isolierkörper 38 und den Verbindungelement 42 in dieser Richtung begrenzenden Kanten bündig zueinander angeordnet.
• Bei dieser Ausgestaltungsform ist es möglich, jeden Streifen des Verbindungselements 42 bereits mit jeweils einem der Streifen des Isolierkörpers 38 zu versehen, vorzugsweise zu beschichten, bevor diese gemeinsam an dem Grundkörper 30 befestigt werden. Auch ist bei dieser Ausgestaltungsform aufgrund des vergleichsweise geringen Abstands des Verbindungselements 42 zu dem Grundkörper 30 ein Übertragen des elektrischen Potentials von dem Grundkörper 30 über das Verbindungselement 42 auf das Zellgehäuse 24 vereinfacht.
• Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit den einzelnen Ausführungsbeispielen beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.
• Bezugszeichenliste

2

Kraftfahrzeug

4

Rad

6

Antrieb

8

Energiespeicher

10

Schnittstelle

12

Energiespeichergehäuse

14

Batteriezelle

16

Anode

18

Kathode

20

Elektrode

22

Stromschiene

24

Zellgehäuse

26

Öffnung

28

Anschluss

30

Grundkörper

32

Länge

34

Breite

36

Dicke des Grundkörpers

38

Isolierkörper

40

Dicke des Isolierkörpers

42

Verbindungselement

44

Dicke des Verbindungselements

46

Schweißnaht

Claims (10)

1. Anschluss (28) einer prismatischen Batteriezelle (14), mit einem flächigen metallischen Grundkörper (30), auf den umlaufend ein Isolierkörper (38) aufgetragen ist, wobei der Isolierkörper (38) umlaufend mit einem metallischen Verbindungselement (42) versehen ist.
2. Anschluss (28) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (30) aus einem Aluminium oder Kuper gefertigt ist.
3. Anschluss (28) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (42) aus einem Aluminium gefertigt ist.
4. Anschluss (28) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolierkörper (38) aus einem Polypropylen gefertigt ist.
5. Anschluss (28) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in das Polypropylen Kohlenstoff eingebracht ist.
6. Anschluss (28) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (30) rechteckförmig ist.
7. Anschluss (28) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dicke (36) des Grundkörpers (30) zwischen 0,1 mm und 0,5 mm beträgt.
8. Anschluss (28) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dicke (40) des Isolierkörpers (38) zwischen 0,1 mm und 0,2 mm beträgt.
9. Anschluss (28) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dicke (44) des Verbindungselements (42) zwischen 0,5 mm und 10 mm beträgt.
10. Prismatische Batteriezelle (14) mit einem metallischen Zellgehäuse (24), das eine Öffnung (26) aufweist, durch die ein Anschluss (28) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 geführt ist, wobei das Verbindungselement (42) mit dem Zellgehäuse (24) verschweißt ist.

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