DE102022203932A1 - Battery cell - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Batteriezelle (14) mit einer Elektrodenanordnung (18), die innerhalb eines Zellgehäuses (16) angeordnet ist. In eine Wand (24) des Zellgehäuses (16) ist ein Überdruckausgleichselement (26) eingebracht, das gasoffen mit der Elektrodenanordnung (18) verbunden ist. In dem Zellgehäuse (16) ist eine Abdeckanordnung (30) angeordnet, mittels derer das Überdruckausgleichselement (26) von einem in dem Zellgehäuse (16) vorhandenen Elektrolyten (36) elektrolytdicht abgetrennt ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren (38) zur Herstellung einer Batteriezelle (14). The invention relates to a battery cell (14) with an electrode arrangement (18) which is arranged within a cell housing (16). An overpressure compensation element (26) is inserted into a wall (24) of the cell housing (16), which is connected to the electrode arrangement (18) in a gas-open manner. A cover arrangement (30) is arranged in the cell housing (16), by means of which the overpressure compensation element (26) is separated in an electrolyte-tight manner from an electrolyte (36) present in the cell housing (16). The invention further relates to a method (38) for producing a battery cell (14).
Description
Die Erfindung betrifft eine Batteriezelle und ein Verfahren zur Herstellung einer Batteriezelle. Die Batteriezelle weist eine Elektrodenanordnung auf, die innerhalb eines Zellgehäuses angeordnet ist.The invention relates to a battery cell and a method for producing a battery cell. The battery cell has an electrode arrangement which is arranged within a cell housing.
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.Increasingly, motor vehicles are at least partially driven by an electric motor, so that they are designed as electric vehicles or hybrid vehicles. A high-voltage battery, which includes several individual battery modules, is usually used to power the electric motor. The battery modules are usually identical to one another and are connected electrically in series and/or parallel, so that the electrical voltage applied to the high-voltage battery corresponds to a multiple of the electrical voltage provided by each of the battery modules. Each battery module in turn comprises several battery cells, which are usually arranged in a common module housing and which are electrically connected to one another in series and/or parallel.
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.Each of the battery cells in turn usually includes several galvanic elements. These each have two electrodes, namely an anode and a cathode, as well as a separator arranged between them and an electrolyte with freely movable charge carriers. A liquid, for example, is used as such an electrolyte. In an alternative, the battery cell is designed as a solid-state battery and the electrolyte is in the form of a solid. The anode and cathode, which form the electrodes of the battery cell, usually include a carrier that acts as a current collector. An active material is usually attached to this, which is part of a layer applied to the carrier, which is also referred to as an arrester. It is possible that the electrolyte is already present in the layer, or it is introduced later. However, at least the active material is suitable for absorbing the working ions, e.g. lithium ions. Depending on the use as an anode or cathode, a different material is used for the carrier and a different type of material of the layer.
Zum Schutz der galvanischen Elemente sind diese üblicherweise in einem Zellgehäuse der Batteriezelle angeordnet, mittels dessen auch der Elektrolyt vor Umwelteinflüssen geschützt wird. To protect the galvanic elements, they are usually arranged in a cell housing of the battery cell, which also protects the electrolyte from environmental influences.
Die bei Betrieb der Batteriezelle ablaufenden chemischen Reaktionen führen auch zu einem ungewünschten geringfügigen Zersetzen des Elektrolyten oder einer sonstigen Alterung. Diese Bestandteil des Elektrolyten können nachfolgend nicht mehr für den Betrieb verwendet werden. Mit anderen Worten sind bei diesen chemischen Stoffen die Arbeitsionen anderweitig gebunden, sodass diese nicht von den Elektroden aufgenommen werden können. Damit dennoch über eine vergleichsweise großen Zeitraum ausreichend Elektrolyt zur Verfügung steht, ist das Zellgehäuse meist mittels eines größeren Volumens des Elektrolyten befüllt, als bei Beginn des Betriebs benötigt wird. Mit anderen Worten steht eine Reserve des Elektrolyten zur Verfügung.The chemical reactions that occur during operation of the battery cell also lead to undesirable minor decomposition of the electrolyte or other aging. These components of the electrolyte can no longer be used for operation. In other words, with these chemical substances the working ions are bound elsewhere so that they cannot be absorbed by the electrodes. To ensure that sufficient electrolyte is available over a comparatively long period of time, the cell housing is usually filled with a larger volume of electrolyte than is required at the start of operation. In other words, a reserve of electrolyte is available.
Bei den ungewollten chemischen Reaktionen ist es möglich, dass Gase entstehen, wobei das benötigte Volumen größer als das Volumen der Ausgangsstoffe ist. Infolgedessen erhöht sich der in dem Zellgehäuse herrschende Druck. Damit aufgrund des zusätzlich benötigten Volumens kein unkontrolliertes Bersten des Zellgehäuses erfolgt, welches zu einer Beschädigung der in der Umgebung der Batteriezelle angeordneten Bauteile führen würde, weist das Zellgehäuse meist ein Überdruckausgleichselement auf, mittels dessen der in dem Zellgehäuse herrschende Überdruck abgebaut wird. Mittels dessen werden meist die in dem Zellgehäuse vorhandenen Gase kontrolliert in die Umgebung abgeleitet. Aufgrund des überschüssigen Elektrolyten in dem Zellgehäuse ist es jedoch möglich, dass die Gase nicht zu dem Überdruckausgleichselement gelangen. Mit anderen Worten werden die Gase aufgrund des Elektrolyten zurückgehalten, und/oder die Funktionsweise des Überdruckausgleichselements wird aufgrund des zusätzlich vorhandenen Elektrolyten beeinträchtigt. Somit ist es möglich, dass der Druck in dem Zellgehäuse ansteigt und zu einem unkontrollierten Bersten des Zellgehäuses führt.In the event of unwanted chemical reactions, it is possible that gases are formed, with the required volume being larger than the volume of the starting materials. As a result, the pressure prevailing in the cell housing increases. To ensure that the cell housing does not burst uncontrollably due to the additional volume required, which would lead to damage to the components arranged in the vicinity of the battery cell, the cell housing usually has an overpressure compensation element, by means of which the excess pressure prevailing in the cell housing is reduced. By means of this, the gases present in the cell housing are usually discharged into the environment in a controlled manner. However, due to the excess electrolyte in the cell housing, it is possible that the gases do not reach the overpressure compensation element. In other words, the gases are retained due to the electrolyte, and/or the functioning of the overpressure compensation element is impaired due to the additional electrolyte present. It is therefore possible that the pressure in the cell housing increases and leads to an uncontrolled rupture of the cell housing.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine besonders geeignete Batteriezelle und ein besonders geeignetes Verfahren zur Herstellung einer Batteriezelle anzugeben, wobei vorteilhafterweise Material -und/oder Herstellungskosten reduziert sind, wobei geeigneterweise eine Verwendungsdauer und/oder Betriebssicherheit erhöht ist.The invention is based on the object of specifying a particularly suitable battery cell and a particularly suitable method for producing a battery cell, with material and/or manufacturing costs advantageously being reduced, and a period of use and/or operational reliability being suitably increased.
Hinsichtlich der Batteriezelle wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 und hinsichtlich des Verfahrens durch die Merkmale des Anspruchs 9 erfindungsgemäß gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.With regard to the battery cell, this task is solved according to the invention by the features of claim 1 and with regard to the method by the features of claim 9. Advantageous further developments and refinements are the subject of the respective subclaims.
Die Batteriezelle, die im nachfolgend insbesondere auch lediglich als Batterie bezeichnet ist, ist vorzugsweise wiederladbar ausgestaltet und zweckmäßigerweise eine Sekundärbatterie. Vorzugsweise ist die Batteriezelle im bestimmungsgemäßen Zustand ein Bestandteil eines Kraftfahrzeugs. Hierfür ist die Batteriezelle geeignet, insbesondere vorgesehen und eingerichtet. Im bestimmungsgemäßen Zustand ist die Batteriezelle beispielsweise ein Bestandteil eines Energiespeichers des Kraftfahrzeugs, der mehrere derartige Batteriezellen aufweist. Vorzugsweise sind hierbei die Batteriezellen auf mehrere Batteriemodule aufgeteilt, die zueinander wiederum baugleich sind. Die 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 Batteriezellen bereitgestellten elektrischen Spannung. Zweckmäßigerweise sind sämtliche Batteriezellen dabei zueinander baugleich, was eine Fertigung vereinfacht.The battery cell, which is hereinafter referred to in particular simply as a battery, is preferably designed to be rechargeable and is expediently a secondary battery. Preferably, the battery cell is a component of a motor vehicle in its intended condition. The battery cell is suitable for this, in particular intended and set up. In its intended condition, the battery cell is, for example, a component of an energy storage unit chers of the motor vehicle, which has several such battery cells. The battery cells are preferably divided into several battery modules, which in turn are structurally identical to one another. The battery cells are arranged in particular in a housing of the energy storage or the respective battery module and are electrically connected in parallel and/or in series with one another. The electrical voltage applied to the energy storage/battery module is therefore a multiple of the electrical voltage provided by each of the battery cells. All battery cells are expediently identical in construction, which simplifies production.
Das Gehäuse des Energiespeichers bzw. des jeweiligen Batteriemoduls, die somit insbesondere einen Verbund derartiger 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 Batteriezellen kontaktiert, sodass ein Einspeisen von elektrischer Energie und/oder eine Entnahme von elektrischer Energie aus den Batteriezellen von außerhalb des Energiespeichers möglich ist, sofern an den Stecker ein entsprechender Gegenstecker gesteckt ist.The housing of the energy storage or the respective battery module, which thus in particular forms a composite of such battery cells, is preferably made of a metal, for example a steel, such as stainless steel, or an aluminum alloy. For example, a die-casting process, deep-drawing process, casting molding or extrusion molding is used for production. In particular, the housing of the energy storage or the respective battery module is designed to be closed. An interface is expediently incorporated into the housing of the energy storage or the respective battery module, which forms, for example, a plug of the energy storage/battery module. The interface is electrically contacted with the battery cells, so that electrical energy can be fed in and/or electrical energy can be withdrawn from the battery cells from outside the energy storage, provided that a corresponding mating connector is plugged into the plug.
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).The motor vehicle is, for example, a ship or boat. Preferably, however, the motor vehicle is land-based and preferably has a number of wheels, at least one of which, suitably several or all of them, are driven by means of a drive. In particular, one, preferably several, of the wheels is designed to be controllable. This makes it possible to move the motor vehicle independently of a specific roadway, for example rails or the like. It is expediently possible to position the motor vehicle essentially anywhere on a road that is made in particular from asphalt, tar or concrete. The motor vehicle is, for example, a commercial vehicle, such as a truck or a bus. However, the motor vehicle is particularly preferably a passenger car (car).
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.The motor vehicle is expediently moved by means of the drive. For example, the drive, in particular the main drive, is at least partially designed to be electrical, and the motor vehicle is, for example, an electric vehicle. The electric motor is operated, for example, by means of the energy storage device, which is suitably designed as a high-voltage battery. An electrical direct voltage is expediently provided by means of the high-voltage battery, the electrical voltage being, for example, between 200 V and 800 V and, for example, essentially 400 V. Preferably, an electrical converter is arranged between the energy storage device and the electric motor, by means of which the current supply to the electric motor is adjusted. In an alternative, the drive also has an internal combustion engine, so that the motor vehicle is designed as a hybrid motor vehicle. In an alternative, a low-voltage electrical system of the motor vehicle is fed by means of the energy storage, and in particular an electrical direct voltage of 12 V, 24 V or 48 V is provided by means of the energy storage.
In einer weiteren Alternative ist die Batteriezelle ein Bestandteil eines Flurförderfahrzeug, einer Industrieanlage, eines handgeführten Geräts, wie beispielsweise eines Werkzeugs, insbesondere eines Akkuschraubers. In einer weiteren Alternative ist die Batteriezelle ein Bestandteil einer Energieversorgung und wird dort beispielsweise als sogenannte Pufferbatterie verwendet. Hierbei wird die Batteriezelle beispielsweise innerhalb eines Kraftwerks oder eines Haushalts/Industrieanlage verwendet. In einer weiteren Alternative ist die Batteriezelle ein Bestandteil eines tragbaren Geräts, beispielsweise eines tragbaren Mobiltelefons oder eines Wearables, oder eines Computers. Auch ist es möglich, eine derartige Batteriezelle im Campingbereich, Modellbaubereich oder für sonstige Outdoor-Aktivitäten zu verwenden.In a further alternative, the battery cell is a component of an industrial truck, an industrial plant, a hand-held device, such as a tool, in particular a cordless screwdriver. In a further alternative, the battery cell is a component of an energy supply and is used there, for example, as a so-called buffer battery. Here, the battery cell is used, for example, within a power plant or a household/industrial facility. In a further alternative, the battery cell is a component of a portable device, for example a portable cell phone or a wearable, or a computer. It is also possible to use such a battery cell in camping, model building or other outdoor activities.
Die Batteriezelle weist eine Elektrodenanordnung mit mehreren Elektroden auf. Die Elektroden sind dabei insbesondere auf Anoden und Kathoden aufgeteilt, wobei beispielsweise genauso viele Anoden wie Kathoden, oder bevorzugt eine zusätzliche Anode vorhanden ist. Besonders bevorzugt sind sämtliche Anoden und sämtliche Kathoden jeweils zueinander baugleich, was eine Herstellung vereinfacht. Die Elektroden, also die Anoden und die Kathoden, sind beispielsweise flächig ausgestaltet und insbesondere im Wesentlichen rechteckförmig. Die Anoden und Kathoden weisen zweckmäßigerweise jeweils 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.The battery cell has an electrode arrangement with several electrodes. The electrodes are divided in particular into anodes and cathodes, with, for example, as many anodes as cathodes, or preferably an additional anode. It is particularly preferred that all anodes and all cathodes are identical in construction, which simplifies production. The electrodes, i.e. the anodes and the cathodes, are, for example, flat and in particular essentially rectangular. The anodes and cathodes each expediently have a carrier, which is also referred to as an arrester. In particular, the respective carrier is formed by means of a metal foil which is coated at least in sections with a layer on one or both sides. For example, aluminum is used as the metal of the carrier/arrestor of the cathodes and copper is used as the metal of the arrester of the anodes.
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, verwendet.The layer has a thickness of less than 1 mm. The carriers expediently have a thickness of less than 0.1 mm. The respective layer preferably has an active material, a binder and/or a conductive additive, such as conductive carbon black. The active material is used to absorb working ions, such as lithium ions, and is suitable, intended and set up for this purpose. The active material used for the cathode is, for example, a lithium metal oxide, such as lithium cobalt (III) oxide (LiCoO2), NMC, for example NMC622 or NMC811, NCA or LFP, and/or LTO or graphite, Si for the anode. based, used.
Die Elektroden, also die Anoden und Kathoden, 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 ab. Zwischen benachbarten Elektroden, also zwischen jeweils einer der Anoden einer der Kathoden, ist 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. Somit ist eine unerwünschte Materialanlagerung an den Randbereichen der Anoden bei Betrieb vermieden. Aufgrund der Stapelung der Elektroden ist der Zellstapel somit ebenfalls im Wesentlichen quaderförmig. Insbesondere bildet der Zellstapels die Elektrodenanordnung. 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 die Elektrodenanordnung insbesondere bildet. In einer weiteren Ausführungsform ist der Separator mittels eines Bandes, eines sogenannten Separatorbandes, gebildet, das mehrmals Z-förmig gefaltet ist. In die auf diese Weise gebildeten Taschen sind die einzelnen Elektroden eingelegt, die insbesondere blattförmig ausgestaltet sind.The electrodes, i.e. the anodes and cathodes, are stacked one above the other to form a cell stack, for example, the stacking direction being perpendicular to the direction of expansion of the electrodes, which are arranged parallel to one another. The anodes and cathodes alternate in the stacking direction of the cell stack. A separator of the cell stack is arranged between adjacent electrodes, that is to say between one of the anodes and one of the cathodes, which is preferably also designed to be flat. For example, all separators are identical to one another. In particular, the electrodes are stacked essentially flush one above the other, with all anodes, for example, protruding at least slightly beyond the cathodes. This avoids undesirable material accumulation on the edge regions of the anodes during operation. Due to the stacking of the electrodes, the cell stack is also essentially cuboid-shaped. In particular, the cell stack forms the electrode arrangement. In an alternative embodiment, for example, all anodes, all cathodes or the separator are formed by means of a common band, or these are attached to a common band. The band itself is rolled up into a cylindrical shape or the like, so that a so-called “jelly roll” is formed, which in particular forms the electrode arrangement. In a further embodiment, the separator is formed by means of a band, a so-called separator band, which is folded several times in a Z shape. The individual electrodes, which are in particular leaf-shaped, are inserted into the pockets formed in this way.
Die Batteriezelle weist ferner ein Zellgehäuse auf, innerhalb dessen die Elektrodenanordnung vollständig angeordnet ist. Das Zellgehäuse ist beispielsweise aus einem Aluminium erstellt und vorzugsweise starr ausgestaltet. Dabei weist das Zellgehäuse insbesondere einen Zellbecher auf, der mittels eines Deckels verschlossen ist. Insbesondere ist das Zellgehäuse zylinder- oder quaderförmig, und die Batteriezelle ist insbesondere als sogenannte prismatische Zelle ausgestaltet. Alternativ hierzu ist das Zellgehäuse beispielsweise mittels einer Folie erstellt, die zum Beispiel eine beschichtete Aluminiumfolie ist. Mit anderen Worten ist die Batteriezelle als Pouch-Zelle ausgestaltet. Zumindest jedoch ist das Zellgehäuse bevorzugt jeweils fluiddicht ausgestaltet, insbesondere elektrolytdicht. Somit ist die Elektrodenanordnung mittels des Zellgehäuses geschützt und ein Eindringen von Fremdpartikeln vermieden.The battery cell also has a cell housing within which the electrode arrangement is completely arranged. The cell housing is made, for example, from aluminum and is preferably designed to be rigid. The cell housing in particular has a cell cup which is closed by a lid. In particular, the cell housing is cylindrical or cuboid-shaped, and the battery cell is designed in particular as a so-called prismatic cell. Alternatively, the cell housing is created, for example, using a film, which is, for example, a coated aluminum foil. In other words, the battery cell is designed as a pouch cell. At least, however, the cell housing is preferably designed to be fluid-tight, in particular electrolyte-tight. The electrode arrangement is therefore protected by the cell housing and penetration of foreign particles is avoided.
Zweckmäßigerweise weist das Zellgehäuse einen oder mehrere Durchbrüche auf, durch die jeweils ein Anschluss geführt ist. Beispielsweise umfasst die Batteriezelle hierbei einen, zwei oder mehrere entsprechende Anschlüsse, den jeweils einer der Durchbrüche zugeordnet ist. Der Bereich zwischen den Anschlüssen und dem Rand der Durchbrüche ist hierbei ebenfalls fluiddicht ausgestaltet, und jeder Anschluss ist mit zumindest jeweils einer der Elektroden der Elektrodenanordnung elektrisch kontaktiert. Somit ist über die Anschlüsse ein Einspeisen und/oder Entnahme von elektrischer Energie in die Elektrodenanordnung von außerhalb des Zellgehäuses möglich.The cell housing expediently has one or more openings through which a connection is guided. For example, the battery cell includes one, two or more corresponding connections, each of which is assigned one of the openings. The area between the connections and the edge of the openings is also designed to be fluid-tight, and each connection is electrically contacted with at least one of the electrodes of the electrode arrangement. It is therefore possible to feed and/or remove electrical energy into the electrode arrangement from outside the cell housing via the connections.
Insbesondere ist das Zellgehäuse nach Fertigung mit einem Elektrolyten teilweise befüllt, wobei der Elektrolyt auf die Elektrodenanordnung, insbesondere das jeweils verwendete Aktivmaterial, abgestimmt ist. Mittels des Elektrolyten werden dabei insbesondere Arbeitsionen bereitgestellt. Elektrolyt ist insbesondere flüssig, also eine Flüssigkeit. Vorzugsweise ist ein größeres Volumen an Elektrolyten in dem Zellgehäuse vorhanden, als für den Betrieb der Elektrodenanordnung zunächst erforderlich ist.In particular, the cell housing is partially filled with an electrolyte after production, the electrolyte being coordinated with the electrode arrangement, in particular the active material used in each case. In particular, working ions are provided by means of the electrolyte. Electrolyte is in particular liquid, i.e. a liquid. Preferably, a larger volume of electrolyte is present in the cell housing than is initially required for the operation of the electrode arrangement.
In eine Wand des Zellgehäuses, die beispielsweise starr oder flexibel ist, und die zweckmäßigerweise im Wesentlichen plan, also eben, ausgestaltet ist, ist ein Überdruckausgleichselement eingebracht. Das Überdruckausgleichselement ist dabei insbesondere kein Bestandteil der Wand, sondern hiervon separat. Dabei ist das Überdruckausgleichselement beispielsweise aus einem anderen Material erstellt als die Wand des Zellgehäuses. Vorzugsweise ist zwischen den Überdruckausgleichselement und der Wand eine fluiddichte Anbindung gegeben, sodass ein Austritt des Elektrolyten zwischen dem Überdruckausgleichselement und der Wand vermieden ist. Auch ist ein Eindringen von Fremdpartikeln dort in das Zellgehäuse vermieden. Zusammenfassend ist das Überdruckausgleichselement somit insbesondere kein Bestandteil des etwaigen Zellbechers oder Deckels, die aus einem starren Metall, wie Aluminium, gefertigt sind, und auch kein Bestandteil der etwaigen Folie. Auch ist das Überdruckausgleichselement mit keinem hiervon jeweils auch nicht teilweise gebildet. Vielmehr handelt es sich bei dem Überdruckausgleichselement um ein zu dem Zellbecher/Deckel/Folie separates Bauelement. Mittels des Überdruckausgleichselement ist es möglich, zumindest in Abhängigkeit von bestimmten Zuständen/Bedingungen einen Überdruck innerhalb des Zellgehäuses im Vergleich zu einem Umgebungsdruck des Zellgehäuse zu reduzieren und vorzugsweise auszugleichen, sodass keine Druckdifferenz mehr besteht. Hierfür werden insbesondere Gase aus dem Inneren des Zellgehäuses, die bei Betrieb aufgrund ungewollter chemische Reaktionen stehen, wie H2, CO oder CO2, aus dem Zellgehäuse in die Umgebung geleitet.An overpressure compensation element is introduced into a wall of the cell housing, which is, for example, rigid or flexible and which is expediently essentially flat, i.e. flat. In particular, the overpressure compensation element is not part of the wall, but is separate from it. The overpressure compensation element is, for example, made of a different material than the wall of the cell housing. Preferably, there is a fluid-tight connection between the overpressure compensation element and the wall, so that leakage of the electrolyte between the overpressure compensation element and the wall is avoided. Penetration of foreign particles into the cell housing is also avoided. In summary, the overpressure compensation element is therefore not a component of any cell cup or lid made of a rigid metal, such as aluminum, nor is it a component of any film. The overpressure compensation element is also not partially formed with any of them. Rather, the overpressure compensation element is a separate component from the cell cup/lid/film ment. By means of the overpressure compensation element, it is possible, at least depending on certain states/conditions, to reduce and preferably compensate for an overpressure within the cell housing compared to an ambient pressure of the cell housing, so that there is no longer a pressure difference. For this purpose, in particular gases from the interior of the cell housing, which occur during operation due to unwanted chemical reactions, such as H2, CO or CO2, are passed out of the cell housing into the environment.
Das Überdruckausgleichselement ist gasoffen mit der Elektrodenanordnung verbunden. Mit anderen Worten herrscht bei dem Überdruckausgleichselement und der Elektrodenanordnung insbesondere der gleiche Druck bei Betrieb der Batteriezelle, und ein Strömen von Gas zwischen der Elektrodenanordnung und dem Überdruckausgleichselement ist insbesondere ungestört möglich, oder es ist lediglich ein vergleichsweise geringer, vorzugsweise vernachlässigbarer, Fließwiderstand vorhanden.The overpressure compensation element is connected to the electrode arrangement in a gas-open manner. In other words, the same pressure prevails in the overpressure compensation element and the electrode arrangement during operation of the battery cell, and a flow of gas between the electrode arrangement and the overpressure compensation element is possible in particular undisturbed, or there is only a comparatively low, preferably negligible, flow resistance.
In dem Zellgehäuse ist ferner eine Abdeckanordnung angeordnet, mittels derer das Überdruckausgleichselement von dem in dem Zellgehäuse vorhandenen Elektrolyten elektrolytdicht abgetrennt ist. Mit anderen Worten wird mittels der Abdeckanordnung ein Gelangen des Elektrolyten zu dem Überdruckausgleichselement verhindert, und der Elektrolyt wird mittels der Abdeckanordnung von dem Überdruckausgleichselement abgehalten. Zusammenfassend ist das Überdruckausgleichselement mittels der Abdeckanordnung gegenüber dem Elektrolyten abgedeckt, wobei jedoch ein Druckunterschied zwischen der Elektrodenanordnung und dem Überdruckausgleichselement vermieden sind.A cover arrangement is also arranged in the cell housing, by means of which the overpressure compensation element is separated from the electrolyte present in the cell housing in an electrolyte-tight manner. In other words, the electrolyte is prevented from reaching the overpressure compensation element by means of the cover arrangement, and the electrolyte is kept away from the overpressure compensation element by means of the cover arrangement. In summary, the overpressure compensation element is covered from the electrolyte by means of the cover arrangement, but a pressure difference between the electrode arrangement and the overpressure compensation element is avoided.
Aufgrund der Abdeckanordnung wird sichergestellt, dass eine Funktionsweise des Überdruckausgleichselement durch den Elektrolyten nicht beeinträchtigt wird, sodass ein etwaiger sich bei Betrieb ergebender Überdruck in dem Zellgehäuse mittels des Überdruckausgleichselements abgebaut werden kann. Somit ist eine Betriebssicherheit erhöht. Dabei kann das Zellgehäuse mit einem größeren Volumen an Elektrolyten befüllt werden, als initial für den Betrieb erforderlich ist. Daher ist es möglich, die Batteriezelle für einen vergrößerten Zeitraum zu verwenden, auch wenn Alterungseffekte des Elektrolyten auftreten. Mit anderen Worten ist eine Verwendungsdauer der Batteriezelle erhöht. Auch wird das Überdruckausgleichselement mittels der Abdeckanordnung von dem Elektrolyten abgetrennt, sodass eine Resistenz des Überdruckausgleichselement gegenüber dem Elektrolyten nicht erforderlich ist. Auf diese Weise sind Materialanforderungen an das Überdruckausgleichselement reduziert, weswegen Material- und Herstellungskosten verringert sind. Zudem wird mittels der Abdeckanordnung sichergestellt, dass bei einem Leiten von Gasen aus dem Zellgehäuses über das Überdruckausgleichselement in die Umgebung kein Elektrolyt aus dem Zellgehäuse austritt, sodass die Umgebung vor dem Elektrolyten geschützt ist, was eine Betriebssicherheit weiter erhöht und einen Einsatzbereich der Batteriezelle vergrößert.The cover arrangement ensures that the functionality of the overpressure compensation element is not impaired by the electrolyte, so that any excess pressure in the cell housing that arises during operation can be reduced by means of the overpressure compensation element. This increases operational reliability. The cell housing can be filled with a larger volume of electrolytes than is initially required for operation. Therefore, it is possible to use the battery cell for an extended period of time even if aging effects of the electrolyte occur. In other words, a service life of the battery cell is increased. The overpressure compensation element is also separated from the electrolyte by means of the cover arrangement, so that resistance of the overpressure compensation element to the electrolyte is not necessary. In this way, material requirements for the overpressure compensation element are reduced, which is why material and manufacturing costs are reduced. In addition, the cover arrangement ensures that when gases are passed from the cell housing into the environment via the overpressure compensation element, no electrolyte escapes from the cell housing, so that the environment is protected from the electrolyte, which further increases operational safety and increases the range of use of the battery cell.
Zweckmäßigerweise wird mittels der Abdeckanordnung zusätzlich die Elektrodenanordnung zumindest teilweise elektrisch isoliert, insbesondere gegenüber dem Überdruckausgleichselement und/oder weiteren Bestandteilen des Zellgehäuses. Hierfür ist die Abdeckanordnung insbesondere elektrisch isoliert ausgestaltet. Somit ist ein Funktionsumfang weiter erhöht, wobei kein zusätzliches Bauteil erforderlich ist. Folglich sind Herstellungskosten reduziert und eine Energiedichte erhöht. Vorzugsweise wird mittels der Abdeckanordnung zumindest auch ein Teil des Zellgehäuses von dem Elektrolyten abgeschirmt, sodass dort eine Wechselwirkung mit dem Elektrolyten, beispielsweise eine Korrosion, vermieden ist. Mit anderen Worten erfolgt eine Trennung des Elektrolyten und zumindest eines Teils des Zellgehäuses insbesondere mittels der Abdeckanordnung. Somit ist eine Verwendungsdauer der Batteriezelle weiter erhöht und eine vergleichsweise lange Zyklenstabilität bereitgestellt.Advantageously, the electrode arrangement is additionally at least partially electrically insulated by means of the cover arrangement, in particular from the overpressure compensation element and/or other components of the cell housing. For this purpose, the cover arrangement is designed to be in particular electrically insulated. The range of functions is thus further increased, with no additional component being required. Consequently, manufacturing costs are reduced and energy density is increased. Preferably, at least part of the cell housing is shielded from the electrolyte by means of the cover arrangement, so that interaction with the electrolyte, for example corrosion, is avoided there. In other words, the electrolyte and at least part of the cell housing are separated, in particular by means of the cover arrangement. This further increases the service life of the battery cell and provides comparatively long cycle stability.
Beispielsweise ist das Überdruckausgleichselement in einen Randbereich des Zellgehäuses eingebracht. Besonders bevorzugt jedoch ist das Überdruckausgleichselement in einen Boden des Zellgehäuses eingebracht. Mit anderen Worten bildet der Boden die Wand des Zellgehäuses, in die das Überdruckausgleichselement eingebracht ist. Der Boden ist insbesondere bei einer bestimmungsgemäßen Anordnung der Batteriezelle der untere Teil des Zellgehäuses in vertikaler Richtung. Sofern die Batteriezelle in einem Kraftfahrzeug eingesetzt wird, befindet sich diese meist unterhalb eines Fahrgastraums. Da das sich des Überdruckausgleichselement an dem dem Fahrgastraum abgewandten Boden des Zellgehäuses befindet, werden die Gase von dem Fahrgastraum des Kraftfahrzeugs abgehalten. Auch werden insbesondere die etwaigen Anschlüsse oder damit elektrisch kontaktierte Verschaltungselemente, die sich zweckmäßigerweise in vertikaler Richtung an dem oberen Ende des Zellgehäuses befinden, insbesondere in einem Deckel, mittels des Überdruckausgleichselements nicht behindert.For example, the overpressure compensation element is introduced into an edge region of the cell housing. However, the overpressure compensation element is particularly preferably introduced into a bottom of the cell housing. In other words, the base forms the wall of the cell housing into which the overpressure compensation element is inserted. The bottom is the lower part of the cell housing in the vertical direction, particularly when the battery cell is arranged as intended. If the battery cell is used in a motor vehicle, it is usually located below a passenger compartment. Since the overpressure compensation element is located on the bottom of the cell housing facing away from the passenger compartment, the gases are kept away from the passenger compartment of the motor vehicle. In particular, any connections or interconnection elements electrically contacted with them, which are expediently located in the vertical direction at the upper end of the cell housing, in particular in a cover, are not hindered by means of the overpressure compensation element.
Sofern das Zellgehäuse den Zellbecher und den Deckel aufweist, ist das Überdruckausgleichselement insbesondere in eine der Wände des Zellbechers eingebracht, vorzugsweise den Boden. Auf diese Weise ist es möglich, den Deckel ohne dass Überdruckausgleichselement zu fertigen, weswegen die Herstellungskosten des Deckels, durch den zweckmäßigerweise die etwaige Anschlüsse geführt sind, vereinfacht ist. Auch ist auf diese Weise eine Funktionstrennung realisiert und eine Montage vereinfacht. Hierbei wird, obwohl sich das Überdruckausgleichselement in dem unteren Teil des Zellgehäuses befindet, in dem sich der Elektrolyt bei Betrieb sammelt, mittels der Abdeckanordnung der Elektrolyt von der Überdruckausgleichselement abgehalten, sodass ein Austritt des Elektrolyten aus dem Zellgehäuse vermieden ist.If the cell housing has the cell cup and the lid, the overpressure compensation element is introduced in particular into one of the walls of the cell cup, preferably the bottom. In this way it is possible to remove the lid without that To produce an overpressure compensation element, which is why the manufacturing costs of the cover, through which any connections are expediently guided, are simplified. In this way, a separation of functions is also achieved and assembly is simplified. Here, although the overpressure compensation element is located in the lower part of the cell housing in which the electrolyte collects during operation, the electrolyte is kept away from the overpressure compensation element by means of the cover arrangement, so that the electrolyte escapes from the cell housing.
Beispielsweise umfasst das Überdruckausgleichselement eine Berstscheibe. Zum Beispiel ist das Überdruckausgleichselement mittels der Berstscheibe gebildet, oder das Überdruckausgleichselement weist zum Beispiel ein oder mehrere weitere Bauteile auf. Diese sind beispielsweise an der Berstscheibe befestigt oder separat zu dieser angeordnet. Hierbei weist insbesondere die Wand mehrere Öffnungen auf, wobei in eine der Öffnungen die Berstscheibe und in die andere das oder eines der etwaigen weiteren Bauteil eingesetzt ist. Die Berstscheibe ist derart ausgebildet, dass diese einreist, insbesondere zerbricht, wenn ein in dem Zellgehäuse herrschende Druck um einen Grenzwert größer als der in der Umgebung des Zellgehäuses herrschende Druck ist. Insbesondere ist der Vorgang des Einreißens/Brechens irreversibel. Hierbei wird trotz der gebrochenen Berstscheibe ein Austritt des Elektrolyten mittels der Abdeckanordnung verhindert. Beispielsweise bricht die Berstscheibe, wenn der die Druckdifferenz größer als der Grenzwert ist, vollständig, oder diese reißt beispielsweise zunächst teilweise ein. Insbesondere ist die Berstscheibe derart konstruiert, dass das Einreißen beendet wird, wenn die Druckdifferenz absinkt. Somit ist zunächst ein vollständiger Ausfall der Batteriezelle vermieden, und diese kann zumindest geringfügig noch weiter verwendet werden. Alternativ hierzu bricht die Berstscheibe bei Überschreiten des Grenzwerts vollständig auf, sodass die Druckdifferenz vergleichsweise schnell abgebaut wird, was eine Sicherheit erhöht. Zusammenfassend ist aufgrund der Berstscheibe ein Bersten des Zellgehäuses vermieden, wenn sich bei Betrieb der Batteriezelle aufgrund einer ungewollten chemischen Reaktion übermäßig viele Gase im Zellgehäuse bilden.For example, the overpressure compensation element comprises a rupture disk. For example, the overpressure compensation element is formed by means of the rupture disk, or the overpressure compensation element has, for example, one or more further components. These are, for example, attached to the rupture disk or arranged separately from it. In particular, the wall has several openings, with the rupture disk being inserted into one of the openings and the or one of the possible further components being inserted into the other. The rupture disk is designed in such a way that it ruptures, in particular breaks, when a pressure prevailing in the cell housing is greater than the pressure prevailing in the area surrounding the cell housing by a limit value. In particular, the tearing/breaking process is irreversible. Despite the broken rupture disk, the electrolyte is prevented from escaping by means of the cover arrangement. For example, if the pressure difference is greater than the limit value, the rupture disk breaks completely or, for example, initially partially tears. In particular, the rupture disk is designed in such a way that the rupture stops when the pressure difference decreases. This initially prevents a complete failure of the battery cell, and it can continue to be used at least to a limited extent. Alternatively, the rupture disk breaks open completely when the limit value is exceeded, so that the pressure difference is reduced comparatively quickly, which increases safety. In summary, the rupture disk prevents the cell housing from bursting if excessive gases form in the cell housing due to an unwanted chemical reaction during operation of the battery cell.
In einer weiteren Alternative umfasst das Überdruckausgleichselement ein Überdruckventil. Beispielsweise ist das Überdruckausgleichselement mittels des Überdruckventils gebildet, oder das Überdruckventil stellt beispielsweise das weitere Bauteil zu der Berstscheibe dar. In einer weiteren Alternative umfasst das Überdruckausgleichselement das Überdruckventil und andere Bauteil. Das Überdruckventil ist insbesondere reversibel betätigbar und ist insbesondere derart ausgestaltet, dass dieses bei Überschreiten eines weiteren Grenzwerts durch die Druckdifferenz zwischen dem Druck in dem Zellgehäuse und der Umgebung des Zellgehäuses öffnet, sodass die Druckdifferenz zumindest bis zu dem weiteren Grenzwert oder einem darunter liegenden anderen Grenzwert abgebaut wird. Insbesondere schließt das Überdruckventil nach Unterschreiten des weiteren/anderen Grenzwerts. Vorzugsweise ist es Überdruckventil nach Art eines Rückschlagventils ausgestaltet. Somit ist eine Robustheit erhöht und ein Eindringen von Fremdpartikeln in das Zellgehäuse vermieden. Mittels des Überdruckventils erfolgt insbesondere bei Betrieb der Batteriezelle ein kontinuierliches Entgasen, sodass die bei Normalbetrieb der Batteriezelle ungewollt entstehenden Gase stets oder zumindest zu bestimmten Zeitpunkten in die Umgebung der Batteriezelle abgeleitet werden. Somit ist eine kontinuierlicher Betrieb der Batteriezelle möglich, wobei eine übermäßige Ansammlung von Gasen in der Batteriezelle in dem Zellgehäuse vermieden ist. Aufgrund der Abdeckanordnung wird hierbei ein Austritt des Elektrolyten aus dem Überdruckventil vermieden und auch eine Funktionsweise des Überdruckventils wird nicht beeinträchtigt.In a further alternative, the overpressure compensation element comprises an overpressure valve. For example, the overpressure compensation element is formed by means of the overpressure valve, or the overpressure valve represents, for example, the further component to the rupture disk. In a further alternative, the overpressure compensation element comprises the overpressure valve and other components. The pressure relief valve is in particular reversibly operable and is in particular designed in such a way that it opens when a further limit value is exceeded by the pressure difference between the pressure in the cell housing and the environment of the cell housing, so that the pressure difference at least up to the further limit value or another limit value below it is dismantled. In particular, the pressure relief valve closes after falling below the further/other limit value. It is preferably designed as a pressure relief valve in the manner of a check valve. This increases robustness and prevents foreign particles from entering the cell housing. By means of the pressure relief valve, a continuous degassing takes place, particularly when the battery cell is in operation, so that the gases that arise unintentionally during normal operation of the battery cell are always or at least at certain times discharged into the environment of the battery cell. Continuous operation of the battery cell is thus possible, with excessive accumulation of gases in the battery cell in the cell housing being avoided. Due to the cover arrangement, an escape of the electrolyte from the pressure relief valve is avoided and the functionality of the pressure relief valve is not impaired.
Beispielsweise ist die Abdeckanordnung mittels einer Labyrinthdichtung oder einer Art Siphon gebildet. Besonders bevorzugt jedoch umfasst die Abdeckanordnung eine Membran und ist zweckmäßigerweise mittels dieser gebildet. Die Membran ist hierbei zwischen dem Überdruckausgleichselement und der Elektrodenanordnung angeordnet befindet sich somit mechanisch zwischen der Elektrodenanordnung und dem Überdruckausgleichselement. Aufgrund der Verwendung der Membran ist ein benötigter Bauraum verringert und somit eine Energiedichte der Batteriezelle vergrößert. Die Membran ist hierbei insbesondere derart ausgestaltet, dass diese gasdurchlässig ist, jedoch nicht für den Elektrolyten. Mit anderen Worten ist die Membran gasoffen und elektrolytdicht ausgestaltet. Beispielsweise ist die Membran aus einem Polymer oder einer Polymermatrix erstellt. Insbesondere ist die Membran aus einem Elastomer, beispielsweise einem thermoplastischen Elastomer, erstellt, wobei das Material insbesondere derart gewählt ist, dass eine Beschädigung aufgrund des oder Wechselwirkung mit dem Elektrolyten vermieden ist. Mit anderen Worten ist das Material insbesondere inert gegenüber dem verwendeten Elektrolyten. Beispielsweise ist wird als Material ein Polypropylen verwendet. Besonders bevorzugt ist die Membran mehrlagig ausgestaltet sind, wobei die einzelnen Lagen auf die jeweilige Verwendung abgestimmt sind, sodass die Funktionen, wonach die Membran elektrolytdicht und gasoffen ist, auf die unterschiedlichen Lagen aufgeteilt werden kann. Somit ist eine Auswahl an verwendbaren Materialien vergrößert und folglich auch Herstellungskosten reduziert.For example, the cover arrangement is formed by means of a labyrinth seal or a type of siphon. However, the covering arrangement particularly preferably comprises a membrane and is expediently formed by means of this. The membrane is arranged between the overpressure compensation element and the electrode arrangement and is therefore mechanically located between the electrode arrangement and the overpressure compensation element. Due to the use of the membrane, the required installation space is reduced and the energy density of the battery cell is therefore increased. The membrane is in particular designed in such a way that it is permeable to gas, but not to the electrolyte. In other words, the membrane is designed to be gas-open and electrolyte-tight. For example, the membrane is made from a polymer or a polymer matrix. In particular, the membrane is made of an elastomer, for example a thermoplastic elastomer, the material being chosen in particular such that damage due to or interaction with the electrolyte is avoided. In other words, the material is in particular inert to the electrolyte used. For example, the material used is polypropylene. Particularly preferably, the membrane is designed in multiple layers, with the individual layers being tailored to the respective use, so that the functions, according to which the membrane is electrolyte-tight and gas-open, can be divided among the different layers. This increases the selection of usable materials and consequently reduces manufacturing costs.
Beispielsweise sind der oder die etwaigen Anschlüsse derart angeordnet, dass diese von der Membran beabstandet sind. Alternativ hierzu ist zumindest einer der Anschlüsse durch die Membran geführt. Auf diese Weise ist eine Gestaltungsfreiheit vergrößert. Insbesondere ist hierbei die Membran zumindest teilweise an dem jeweiligen Anschluss befestigt, beispielsweise direkt oder über weitere Bauteile. Zweckmäßigerweise erfolgt hierbei eine fluiddichte oder zweckmäßigerweise elektrolytdichte Anbindung der Membran an dem Anschluss. Beispielsweise ist die Anbindung hierbei derart, dass diese auch gasundurchlässig ist. Auf diese Weise ist eine Dichtigkeit erhöht. Hierbei ist aufgrund der weiteren Bestandteilen der Membran dennoch ein Gasdurchtritt zu dem Überdruckausgleichselement möglich, weswegen die Funktionsweise aufgrund des Anschlusses nicht eingeschränkt ist.For example, the possible connection or connections are arranged such that they are spaced from the membrane. Alternatively, at least one of the connections is guided through the membrane. In this way, freedom of design is increased. In particular, the membrane is at least partially attached to the respective connection, for example directly or via further components. The membrane is expediently connected to the connection in a fluid-tight or expediently electrolyte-tight manner. For example, the connection here is such that it is also impermeable to gas. In this way, tightness is increased. Due to the other components of the membrane, gas can still pass through to the overpressure compensation element, which is why the functionality is not restricted due to the connection.
Beispielsweise ist mittels der Membran das Überdruckausgleichselement abgedeckt, und die Membran ist (auch)an der Wand befestigt, vorzugsweise fluiddicht. Besonders bevorzugt jedoch ist die vollständige Wand mittels der Membran abgedeckt, und die Membran ist zweckmäßigerweise an weiteren Innenwänden des Zellgehäuses fluiddicht befestigt. Beispielsweise ist die Membran hierfür mittels den weiteren Innenwänden verklebt oder verschweißt. Zwischen der Membran und der Wand ist vorzugsweise ein Abstand gebildet. Auf diese Weise ist ein Bereich vorhanden, in dem sich die etwaigen Gase sammeln können. Auch ist aufgrund der vergleichsweise großen Fläche der Membran ein Gasdurchtritt ermöglicht, auch wenn die Membran vergleichsweise dicht ausgestaltet ist. Beispielsweise ist eine zusätzliche Membran vorhanden, mittels derer zum Beispiel die der Wand gegenüberliegende Wand des Zellgehäuses ebenfalls abgedeckt ist. Somit ist ein vergrößerter Platz zum Sammeln der Gase vorhanden und der Elektrolyt ist insbesondere frei von den etwaigen entstehenden Gasen. Alternativ hierzu ist beispielsweise die Membran hohlzylindrisch ausgestaltet und an zwei der Innenwände angebunden, wohingegen der Rest des Zellgehäuses von der Membran beabstandet ist. Mit anderen Worten ist die Membran und somit auch die Elektrodenanordnung mittels eines Raums umfangsseitig umgeben, der zwischen der Membran und dem Zellgehäuse gebildet ist, und der frei von dem Elektrolyten gehalten wird. Somit ist ein vergleichsweise großer Raumbereich vorhanden, in dem sich die Gase ansammeln können, und einen für den Gasdurchtritt zur Verfügung gestellte Fläche ist vergrößert.For example, the excess pressure compensation element is covered by the membrane, and the membrane is (also) attached to the wall, preferably fluid-tight. Particularly preferably, however, the entire wall is covered by the membrane, and the membrane is expediently fastened in a fluid-tight manner to other inner walls of the cell housing. For example, the membrane is glued or welded to the other inner walls. A distance is preferably formed between the membrane and the wall. This way there is an area where any gases can collect. Due to the comparatively large area of the membrane, gas passage is also possible, even if the membrane is designed to be comparatively dense. For example, an additional membrane is present, by means of which, for example, the wall of the cell housing opposite the wall is also covered. This means there is an increased space for collecting the gases and the electrolyte is particularly free of any gases that may arise. Alternatively, for example, the membrane is designed to be hollow cylindrical and connected to two of the inner walls, whereas the rest of the cell housing is spaced from the membrane. In other words, the membrane and thus also the electrode arrangement is surrounded on the circumference by means of a space which is formed between the membrane and the cell housing and which is kept free of the electrolyte. This means that there is a comparatively large area of space in which the gases can accumulate, and the area made available for the passage of gas is increased.
Beispielsweise ist die Membran flach oder eben ausgestaltet. Zum Beispiel ist hierbei die Membran, sofern diese hohlzylindrisch ist, kontinuierlich gewölbt ausgestaltet. Besonders bevorzugt ist die Membran gewellt. Auf diese Weise ist eine Fläche der Membran weiter vergrößert, weswegen ein Gasdurchtritt durch die Membran erleichtert ist. So ist es möglich, die Membran vergleichsweise dicht auszugestalten, sodass die Elektrolytdichtigkeit weiter verbessert ist.For example, the membrane is flat or flat. For example, if the membrane is hollow cylindrical, it is designed to be continuously curved. The membrane is particularly preferably corrugated. In this way, an area of the membrane is further enlarged, which is why gas passage through the membrane is made easier. This makes it possible to make the membrane comparatively dense, so that the electrolyte tightness is further improved.
In einer alternativen Ausgestaltungsform ist beispielsweise mittels der Membran ein Sack gebildet, innerhalb dessen die Elektrodenanordnung angeordnet ist. Beispielsweise ist der Sack an den Innenwänden und somit auch der Wand des Zellgehäuses befestigt, was eine Robustheit erhöht. Alternativ hierzu ist der Sack lediglich lose innerhalb des Zellgehäuses eingesetzt, sodass was eine Fertigung erleichtert. Mit anderen Beispielsweise ist der Sack geschlossen ausgestaltet und die Elektrodenanordnung außenseitig vollständig mittels der Membran umgeben. Auf diese Weise ist eine Dichtigkeit erhöht. Bevorzugt ist der Sack derart angeordnet, dass dieser einseitig offen ist, vorzugsweise an dem in vertikaler Richtung oberen Ende. Auf diese Weise ist einerseits ein Einfüllen des Elektrolyten erleichtert. Andererseits ist es auf diese Weise möglich, die Membran aus einem elektrolytdicht und gasdichten Material zu fertigen, weswegen Materialkosten reduziert sind. Die gasoffene Verbindung der Elektrolytanordnung mit dem Überdruckausgleichselement erfolgt dabei über den offenen Teil des Sacks.In an alternative embodiment, for example, a bag is formed by means of the membrane, within which the electrode arrangement is arranged. For example, the bag is attached to the inner walls and thus also to the wall of the cell housing, which increases robustness. Alternatively, the bag is simply inserted loosely within the cell housing, making production easier. With other examples, the bag is designed to be closed and the electrode arrangement is completely surrounded on the outside by means of the membrane. In this way, tightness is increased. The bag is preferably arranged in such a way that it is open on one side, preferably at the upper end in the vertical direction. On the one hand, this makes it easier to fill in the electrolyte. On the other hand, it is possible in this way to manufacture the membrane from an electrolyte-tight and gas-tight material, which is why material costs are reduced. The gas-open connection of the electrolyte arrangement with the overpressure compensation element takes place via the open part of the bag.
Hierbei befindet sich die Membran zweckmäßigerweise mechanisch zwischen der Elektrodenanordnung und folglich auch dem Elektrolyten, und dem Überdruckausgleichselement, und der Elektrolyt wird zweckmäßigerweise innerhalb des Sacks gehalten. Besonders bevorzugt steht der Sack bezüglich eines Füllstandes des Elektrolyten in vertikaler Richtung nach oben über, sodass auch bei einer Neigung oder Erschütterung der Batteriezelle ein Gelangen des Elektrolyten zu dem Überdruckausgleichselement vermieden ist. Insbesondere befindet hier das Membran zwischen dem Elektrolyten und dem Überdruckausgleichselement, sodass auch bei einem Spritzen oder eventuellen Blasenwerfen des Elektrolyten mittels der Membran verhindert wird, dass der Elektrolyt zum Überdruckausgleichselement gelangt.Here, the membrane is expediently located mechanically between the electrode arrangement and consequently also the electrolyte and the overpressure compensation element, and the electrolyte is expediently held within the bag. Particularly preferably, the bag protrudes upwards in the vertical direction with respect to a fill level of the electrolyte, so that the electrolyte does not reach the overpressure compensation element even if the battery cell is tilted or shaken. In particular, the membrane is located here between the electrolyte and the overpressure compensation element, so that even if the electrolyte splashes or bubbles, the membrane prevents the electrolyte from reaching the overpressure compensation element.
Das Verfahren zur Herstellung einer Batteriezelle mit einer Elektrodenanordnung, die innerhalb eines Zellgehäuses angeordnet ist, wobei in eine Wand des Zellgehäuses ein Überdruckausgleichselement eingebracht ist, das gasoffen mit der Elektrodenanordnung verbunden ist, und wobei in dem Zellgehäuse eine Abdeckanordnung angeordnet ist, mittels derer das Überdruckausgleichselement von einem in dem Zellgehäuse vorhandenen Elektrolyten elektrolytdicht abgetrennt ist sieht vor, dass zunächst die Elektrodenanordnung, die Abdeckanordnung und das Zellgehäuse bereitgestellt werden, wobei in eine Wand des Zellgehäuses ein separates Überdruckausgleichselement eingebracht ist. Vorzugsweise weist das Zellgehäuse mehrere einzelne Teile auf, die insbesondere noch nicht aneinander befestigt sind. Zumindest jedoch ist das Zellgehäuse offen.The method for producing a battery cell with an electrode arrangement which is arranged within a cell housing, wherein an overpressure compensation element is introduced into a wall of the cell housing, which is connected to the electrode arrangement in a gas-open manner, and wherein a cover arrangement is arranged in the cell housing, by means of which the overpressure compensation element Separated in an electrolyte-tight manner from an electrolyte present in the cell housing, the electrode arrangement, the cover arrangement and the cell housing are first provided, with a separate overpressure compensation element being introduced into a wall of the cell housing. The cell housing preferably has several individual parts, which in particular are not yet attached to each other. At least the cell casing is open.
In einem nachfolgenden Arbeitsschritt werden die Elektrodenanordnung und die Abdeckanordnung derart in dem Zellgehäuse angeordnet, dass das Überdruckausgleichselement gasoffen mit der Elektrodenanordnung verbunden ist, wobei mittels der Abdeckanordnung das Überdruckausgleichselement von einem in dem Zellgehäuse vorhandenen Elektrolyten elektrolytdicht abgetrennt ist. Beispielsweise wird nachfolgend der Elektrolyt in das Zellgehäuse eingefüllt, sofern dies nicht bereits bei Anordnen der Abdeckanordnung und/oder der Elektrodenanordnung in dem Zellgehäuse erfolgt. Alternativ hierzu wird zum Beispiel das Zellgehäuse zunächst verschlossen und über eine weitere Öffnung der Elektrolyt eingefüllt.In a subsequent step, the electrode arrangement and the cover arrangement are arranged in the cell housing in such a way that the overpressure compensation element is connected to the electrode arrangement in a gas-open manner, with the overpressure compensation element being separated in an electrolyte-tight manner from an electrolyte present in the cell housing by means of the cover arrangement. For example, the electrolyte is subsequently filled into the cell housing, unless this already occurs when the cover arrangement and/or the electrode arrangement is arranged in the cell housing. Alternatively, for example, the cell housing is first closed and the electrolyte is filled in through another opening.
In einer Ausführungsform wird beispielsweise zunächst die Elektrodenanordnung und die Abdeckanordnung geeignet zueinander positioniert und beispielsweise aneinander befestigt. Anschließend wird dieser Verbund in dem Zellgehäuse positioniert. In einer Alternative wird zunächst die Abdeckanordnung innerhalb des Zellgehäuses angeordnet, wobei insbesondere die Wand oder weitere Wände des Zellgehäuses mittels des Abdeckelements bezogen werden. Nachfolgend wird die Elektrodenanordnung in dem Zellgehäuse und/oder der Abdeckanordnung positioniert.In one embodiment, for example, the electrode arrangement and the cover arrangement are first positioned in a suitable manner relative to one another and, for example, fastened to one another. This composite is then positioned in the cell housing. In an alternative, the cover arrangement is first arranged within the cell housing, in particular the wall or further walls of the cell housing being covered by means of the cover element. The electrode arrangement is subsequently positioned in the cell housing and/or the cover arrangement.
Die Erfindung betrifft ferner einen Verbund derartiger Batteriezellen, wobei der Verbund vorzugsweise ein Batteriemodul oder eine Hochvoltbatterie ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug, wie einen Personenkraftwagen (PKW), mit einer derartigen Batteriezelle, insbesondere einem derartigen Verbund. Die Batteriezelle wird vorzugsweise zur Bestromung eines Hauptantriebs des Kraftfahrzeugs verwendet.The invention further relates to a composite of such battery cells, the composite preferably being a battery module or a high-voltage battery. The invention further relates to a motor vehicle, such as a passenger car, with such a battery cell, in particular such a composite. The battery cell is preferably used to power a main drive of the motor vehicle.
Die im Zusammenhang mit der Batteriezelle beschriebenen Vorteile und Weiterbildungen sind sinngemäß auch auf das Verfahren / den Verbund / das Kraftfahrzeug sowie untereinander zu übertragen und umgekehrt.The advantages and developments described in connection with the battery cell can also be applied analogously to the process/the network/the motor vehicle and to each other and vice versa.
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 Batteriezellen, -
3 ein Verfahren zur Herstellung der Batteriezelle, -
4 ,5 jeweils in einem Ablaufdiagramm Varianten der Herstellung der Batteriezelle, und -
6 -8 jeweils gemäß2 weitere Varianten der Batteriezelle.
-
1 schematically simplified a motor vehicle that has several identical battery cells, -
2 schematically in a sectional view of one of the battery cells, -
3 a process for producing the battery cell, -
4 ,5 each in a flow chart of variants of the production of the battery cell, and -
6 -8th each according to2 further variants of the battery cell.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts are provided with the same reference numbers in all figures.
In
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.Within the
In
Die Elektrodenanordnung 18 ist mit zwei Anschlüssen 20 elektrisch kontaktiert, wobei beispielsweise einer der Anschlüsse 20 mit sämtlichen Anoden und der andere mit sämtlichen Kathoden der Elektrodenanordnung 18 elektrisch kontaktiert ist. Die beiden Anschlüsse 20 sind durch eine das Zellgehäuse 16 in vertikaler Richtung nach oben begrenzende Begrenzungswand 22 geführt, wofür die Begrenzungswand 22 nicht näher dargestellte Durchbrüche aufweist. Der Bereich zwischen dem Rand der Durchbrüche und der Anschlüsse 20 ist fluiddicht ausgestaltet, wofür die Anschlüsse 20 entsprechend konstruiert sind. An den Anschlüssen 20 liegt bei Betrieb eine elektrische Spannung an, und über dieses ist eine Entnahme und ein Einspeisen von elektrischer Energie in die Elektrodenanordnung 18 bei Betrieb ermöglicht.The
Die Begrenzungswand 22 ist mittels eines nicht näher dargestellten Deckels des Zellgehäuses 16 gebildet, der an einem becherförmigen Zellbecher befestigt ist. In die der Begrenzungswand 22 gegenüberliegende Wand 24, die den Boden des Zellgehäuses 16 bildet, wenn die Batteriezelle 14 bestimmungsgemäß verwendet wird, ist ein Überdruckausgleichselement 26 eingebracht. Hierfür weist die Wand 24 eine Öffnung 28 auf, die vollständig mittels des Überdruckausgleichselements 26 ausgefüllt ist, wobei das Überdruckausgleichselement 26 fluiddicht an der Wand 24 befestigt ist. Das Überdruckausgleichselement 26 ist in dieser Ausgestaltungsform eine Berstscheibe, sodass das Überdruckausgleichselement 26 mittels der Berstscheibe gebildet ist. Die Berstscheibe ist derart konstruiert, dass diese bricht, wenn eine Druckdifferenz zwischen einem Druck im Inneren des Zellgehäuses 16 und der Umgebung des Zellgehäuses 16 einen bestimmten Grenzwert überschreitet. Dabei reißt die Berstscheibe 26 zunächst ein, bis die Druckdifferenz absinkt. Falls dies nicht erfolgt, reist die Berstscheibe 26 vollständig auf und bricht somit.The
Innerhalb des Zellgehäuses 16 ist ferner eine Abdeckanordnung 30 angeordnet, die als ein in vertikaler Richtung nach oben offener Sack ausgestaltet ist, und der aus einer geeignet gefalteten Membran 32 erstellt ist. Die Membran 30 ist hierbei sowohl elektrolyt- als auch gasdicht ausgestaltet. Der Sack ist hierbei fluiddicht ausgestaltet und ist lediglich lose in das Zellgehäuse 16 eingesetzt, sodass ein Gasdurchtritt zwischen dem Zellgehäuse 16 und der Membran 32 ermöglicht ist. Bei einer nicht näher dargestellten Variante ist der Sack abschnittsweise an dem Zellgehäuse 16 befestigt. In den mittels der Abdeckanordnung 30 gebildeten Sack, ist die Elektrodenanordnung 18 eingesetzt, wobei diese in vertikaler Richtung über den Sack hinausragt. Somit ist ein Materialbedarf an der Membran 32 verringert und eine Montage sowie Fertigung erleichtert. Auch ist auf diese Weise die Elektrodenanordnung 18 gasoffen mit dem Überdruckausgleichselement 26 verbunden, und ein Gasdurchtritt von der Elektrodenanordnung 18 zu dem Überdruckausgleichselement 26 wird mittels der Begrenzungswand 22 nicht verhindert behindert. Zusammenfassend weist die Abdeckanordnung 30 somit die Membran 32 auf, die mechanisch zwischen dem Überdruckausgleichselement 26 und der Elektrodenanordnung 18 angeordnet ist.Furthermore, a
Die Abdeckanordnung 30, nämlich der Sack, ist bis zu einem Füllstand 34 mit einem Elektrolyten 36 befüllt. Der Füllstand 34 befindet sich hierbei in vertikaler Richtung unterhalb des oberen Ende des mittels der Membran 32 gebildeten Sacks, sodass auch bei einer Neigung des Zellgehäuses 16 ein Auslaufen des Elektrolyten 36 aus dem Sack vermieden ist. Somit wird mittels der Abdeckanordnung 30 das Überdruckausgleichselement 26 von dem in dem Zellgehäuse 16 vorhandenen Elektrolyten 36 elektrolytdicht abgetrennt.The
Wenn bei Betrieb ungewollte chemische Reaktionen des Elektrolyten 36 mit der Elektrodenanordnung 18 auftreten, können Gase gebildet, und das Volumen an Elektrolyten 36 in dem Zellgehäuse 16 verringert sich, sodass der Füllstand 34 absinkt. Da jedoch vergleichsweise viel Elektrolyt 36 in dem Zellgehäuse 16 vorhanden ist, ist auch weiterhin ein ungehinderter Weiterbetrieb der Batteriezelle 14, nämlich ein Einspeisen/Entnahme von elektrischer Energie, ermöglicht. Aufgrund der Gase entstehet jedoch ein Überdruck in dem Zellgehäuse 16. Die entstehenden Gase können dabei ungestört bis zum Druckausgleichelement 26 gelangen und sich insbesondere an dem Boden des Zellgehäuses 16 ansammeln. Falls der Überdruck den Grenzwert überschreitet, reist das als Berstscheibe ausgestaltete Überdruckausgleichselement 26 ein, sodass die Gas aus dem Zellgehäuse 16 entweichen können. Aufgrund der Abdeckanordnung 30 wird hierbei ein Austritt des Elektrolyten 36 aus dem Zellgehäuses 16 verhindert, sodass die Batteriezelle 14 auch weiterhin noch genutzt werden kann.If unwanted chemical reactions of the
In
In einem sich anschließenden zweiten Arbeitsschritt 42 werden die Elektrodenanordnung 18 und die Abdeckanordnung 30 derart in dem Zellgehäuse 16 angeordnet, dass das Überdruckausgleichselement 26 gasoffen mit der Elektrodenanordnung 18 verbunden ist, wobei mittels der Abdeckanordnung 30 das Überdruckausgleichselement 26 von dem in dem Zellgehäuse 16 vorhandenen Elektrolyten 36 elektrolytdicht abgetrennt ist. Hierfür wird insbesondere der Sack entsprechend in dem Zellgehäuse 16 positioniert. Vorzugsweise wird nachfolgend der Elektrolyt 36 in den Sack eingefüllt und das Zellgehäuse 16 fluiddicht verschlossen.In a subsequent
In
In
In
Die Wand 24 weist auch weiterhin die Öffnung 28 auf, in die das Überdruckausgleichselement 26 fluiddicht eingesetzt ist. Die Wand 24 ist auch hier mittels des Bodens des Zellgehäuses 16 gebildet. Im Vergleich zur vorhergehenden Ausgestaltungsform jedoch ist das Überdruckausgleichselement 26 mittels eines Überdruckventils gebildet. Das Überdruckventil ist derart ausgestaltet, dass dieses bereits bei einer geringeren Druckdifferenz, nämlich eins weiteren Grenzwerts, zwischen dem Druck in dem Zellgehäuse 16 und dem Druck in der Umgebung des Zellgehäuses 16 öffnet, sodass die in dem Zellgehäuse 16 entstehenden Gase über das Überdruckausgleichselement 26 aus dem Zellgehäuse 16 austreten können. Sobald die Druckdifferenz unter einen anderen Grenzwert gesunken ist, schließt das als Rückschlagventil ausgestaltete Überdruckventil, sodass ein Eindringen von Fremdpartikeln in das Zellgehäuse 16 vermieden ist. Bei dieser Variante der Batteriezelle 14 erfolgt aufgrund der Ausgestaltung des Überdruckausgleichselements 26 bei Betrieb im Wesentlichen ein kontinuierliches Entgasen.The
In
Die Membran 32 ist hohlzylindrisch geformt und umgibt die Elektrodenanordnung 18 umfangsseitig vollständig. Die gegenüberliegenden Enden des auf diese Weise gebildeten Hohlzylinders sind fluiddicht, nämlich mittels Verklebens oder Verschweißens, an weiteren Innenwänden 46 des Zellgehäuses 16 befestigt, die mittels der beiden einander gegenüberliegenden Seitenwände 44 bereitgestellt sind. Hierbei ist die Membran 32 von der Wand 24 beabstandet. Infolgedessen ist zwischen dem Zellgehäuses 16 und der Membran 32 ein umlaufender Raum 48 gebildet. Der Elektrolyt 36 ist innerhalb der Membran 32 angeordnet, sodass der Raum 48 frei von dem Elektrolyten 36 ist. Zusammenfassend ist mittels der Membran 32 die vollständige Wand 24 abgedeckt und ein Teil des Zellgehäuses 16 ist nicht in Kontakt mit dem Elektrolyten 36. Folglich ist dort eine Korrosion vermieden, und eine Einsatzdauer der Batteriezelle 14 ist erhöht. Bei dieser Variante ist ein Gelangen des Elektrolyten 36 zu dem Überdruckausgleichselement 26 auch bei einer vergleichsweise großen Erschütterung oder einem Umkippen der Batteriezelle 14 vollständig ausgeschlossen.The
Die bei Betrieb ungewollt entstehenden Gase treten durch die Membran 32 in den Raum 48 ein, wobei aufgrund der vergleichsweise großen Oberfläche der Membran 32 der Gasdurchtritt im Wesentlichen nicht behindert wird, sodass innerhalb der Membran 32 im Wesentlichen der gleiche Druck wie außerhalb der Membran 32, also in dem Raum 48, herrscht. Sofern die Druckdifferenz zwischen dem Druck im Inneren des Zellgehäuses 16 und dem Druck außerhalb des Zellgehäuses 16 wiederum den weiteren Grenzwert überschreitet, werden die Gase über das Überdruckausgleichselement 26 in die Umgebung des Zellgehäuses 16 abgegeben, wobei kein Austritt des Elektrolyten 36 erfolgt.The gases that arise unintentionally during operation enter the
In
In vertikaler Richtung oberhalb der Elektrodenanordnung 18 ist eine weitere Membran 50 angeordnet, die baugleich zu der Membran 32 ausgestaltet ist, und die ebenfalls an den weiteren Innenwänden 46 fluiddicht angebunden ist. Somit ist ein zusätzlicher Raum 52 geschaffen, der ebenfalls frei von dem Elektrolyten 36 ist, und in dem sich die Gase sammeln können. Der zusätzlichen Raum 52 ist mittels eines näher dargestellte Vorrichtung fluidtechnisch mit dem Überdruckausgleichselement 26 verbunden, sodass auch von dort die Gase abgeführt werden können. Aufgrund der gewellten Ausgestaltung der Membran 32 und der weiteren Membran 50 ist eine Fläche, die für den Gasdurchtritt genutzt werden kann, vergrößert.In the vertical direction above the
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 beschriebene Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.The invention is not limited to the exemplary embodiments described above. Rather, other variants of the invention can also be derived from this by the person skilled in the art without departing from the subject matter of the invention. In particular, all of the individual features described in connection with the individual exemplary embodiments can also be combined with one another in other ways without departing from the subject matter of the invention.
BezugszeichenlisteReference symbol list
- 22
- Kraftfahrzeugmotor vehicle
- 44
- Radwheel
- 66
- Antriebdrive
- 88th
- EnergiespeicherEnergy storage
- 1010
- Schnittstelleinterface
- 1212
- EnergiespeichergehäuseEnergy storage enclosure
- 1414
- BatteriezelleBattery cell
- 1616
- ZellgehäuseCell casing
- 1818
- ElektrodenanordnungElectrode arrangement
- 2020
- AnschlussConnection
- 2222
- BegrenzungswandBoundary wall
- 2424
- WandWall
- 2626
- ÜberdruckausgleichselementOverpressure compensation element
- 2828
- Öffnungopening
- 3030
- AbdeckanordnungCover arrangement
- 3232
- Membranmembrane
- 3434
- Füllstandlevel
- 3636
- Elektrolytelectrolyte
- 3838
- VerfahrenProceedings
- 4040
- erster Arbeitsschrittfirst step of work
- 4242
- zweiter Arbeitsschrittsecond step
- 4444
- SeitenwandSide wall
- 4646
- weitere Innenwandanother interior wall
- 4848
- RaumSpace
- 5050
- weitere Membrananother membrane
- 5252
- zusätzlicher Raumadditional space
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-
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Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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