DE102022206029A1

DE102022206029A1 - Batteriezelle mit einem Batteriezellgehäuse sowie Anordnung von mindestens zwei solcher Batteriezellen unmittelbar benachbart zueinander

Info

Publication number: DE102022206029A1
Application number: DE102022206029.6A
Authority: DE
Inventors: Kristian Lippky; Carsten Lueg
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2022-06-14
Filing date: 2022-06-14
Publication date: 2023-12-14
Also published as: CN117239317A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Batteriezelle mit einem Batteriezellgehäuse (32) und zwei aus dem Batteriezellgehäuse (32) herausragenden Zellpolen (20, 22), wobei das Batteriezellgehäuse (32) durch einen mindestens einseitig offenen Gehäusegrundkörper (12) und mindestens einen Gehäusedeckel (16, 18) gebildet ist und wobei durch den Gehäusegrundkörper (12) und den mindestens einen Gehäusedeckel (16, 18) ein verschlossener Zellinnenraum gebildet ist, wobei der mindestens eine Gehäusedeckel (16, 18) mit mindestens einem, den Gehäusegrundkörper (12) und den mindestens einen Gehäusedeckel (16, 18) zumindest teilweise umschließenden Spannband (26) verschlossen ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Batteriezelle mit einem Batteriezellgehäuse gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie eine Anordnung von mindestens zwei solcher Batteriezellen unmittelbar benachbart zueinander.
Insbesondere betrifft die Erfindung eine Batteriezelle für einen Antriebsenergiespeicher eines Kraftfahrzeuges, wobei im Speziellen auf Batteriezellen mit einem formstabilen Batteriezellgehäuse verwiesen wird, insbesondere auf Batteriezellen mit einem prismatischen (z.B. einem quaderförmigen) oder mit einem zylindrischen Batteriezellgehäuse.
Unter einer Batteriezelle im Sinne der Erfindung sind insbesondere solche Batteriezellen zu verstehen, welche bestimmungsgemäß in einem Antriebsenergiespeicher (auch Traktionsbatterie) eines Fahrzeuges verwendet werden. Derartige Batteriezellen weisen häufig eine Zellspannung von 1,5 V bis 10 V und bevorzugt 2,5 V bis 4,5 V auf. Die Batteriezellen können vorzugsweise formstabile Batteriezellen sein.
In Bezug auf prismatische Batteriezellen wird insbesondere auf Batteriezellgehäuse verwiesen, die eine Länge von 100 mm bis 300 mm, bevorzugt 180 mm bis 280 mm aufweisen. Die Breite einer solchen prismatischen Batteriezelle beträgt insbesondere 50 mm bis 150 mm, bevorzugt 80 mm bis 120 mm. Die Höhe einer prismatischen Batteriezelle beträgt vorzugsweise 10 mm bis 50 mm, bevorzugt 20 mm bis 40 mm.
Batteriezellen im Sinne der Erfindung weisen vorzugsweise ein Gewicht von 1 kg bis 10 kg auf, besonders bevorzugt 1 kg bis 5 kg und weiter bevorzugt 1,5 kg bis 2,5 kg.
In Bezug auf die Verwendung der Begriffe Länge und Breite im Zusammenhang mit Batteriezellen wurde vorstehend als Länge die größte Dimension, als Breite die zweitgrößte Dimension und als Höhe die kleinste Dimension bezeichnet, und zwar unabhängig davon, wie die Batteriezellen in einem Batteriegehäuse in einem Kraftfahrzeug angeordnet sind. In der Praxis ist die sich in Einbaulage in einem Kraftfahrzeug in Fahrzeughochrichtung nach oben erstreckende Höhe oft die zweitgrößte Längendimension. In diesem Fall weisen die Batteriezellen mit einen langen Grundkörper mit einer relativ geringen, sich in horizontaler Richtung senkrecht zur Längsrichtung erstreckenden Breite und eine im Vergleich zur Breite größeren, sich in Fahrzeughochrichtung erstreckende Höhe auf.
In der Praxis werden mehrere wie vorstehend beschriebene Batteriezellen üblicherweise zu einem Antriebsenergiespeicher oder zu einem Batteriemodul für einen Antriebsenergiespeicher zusammengeschaltet. Wenn Batteriemodule vorgesehen sind, sind üblicherweise mehrere Batteriemodule zu einem Antriebsenergiespeicher zusammengeschaltet.
Bei aus der Praxis bekannten Batteriezellgehäusen für Antriebsenergiespeicher sind der Gehäusegrundkörper und der mindestens eine Gehäusedeckel häufig stoffschlüssig miteinander verbunden, insbesondere verschweißt. Ferner weisen derartige Batteriezellgehäuse ein separates Berstelement auf für den Fall, dass der Gehäuseinnendruck einen Schwellwert überschreitet. In diesem Fall soll über das Berstelement eine Entgasung der Batteriezelle ermöglicht werden. Nachteilig an Batteriezellgehäusen, deren Gehäusedeckel mittels Schweißverbindung verschlossen sind, ist aufgrund der schlechten Lösbarkeit der Schweißverbindung das spätere Recycling der Batteriezelle, welches ein vollständiges Schreddern der Batteriezellen erfordert. Dies ist nicht nur mit hohem Zeit- und Kostenaufwand verbunden, sondern verhindert auch die Wiederverwendung von Einzelelementen der Batteriezellen, die beim Schreddern unbrauchbar werden. Das Verschweißen von Batteriezellgehäusen hat den weiteren Nachteil, dass der Schweißprozess vor der Befüllung der Batteriezelle mit Elektrolyt durchgeführt werden muss und dazu in dem Gehäusegrundkörper oder in dem Gehäusedeckel eine Befüllöffnung vorgesehen sein muss, um die Batteriezelle nach dem Verschweißen noch mit Elektrolyt befüllen zu können.
Aus US 2,657,249 A1 ist eine Batteriezelle mit einem Batteriezellgehäuse bekannt, das aus einem Gehäusegrundkörper und einem Gehäusedeckel gebildet ist. Dabei ist der Gehäusedeckel über eine Vielzahl von umlaufend angeordneten Klammern an dem Gehäusegrundkörper befestigt. Die Klammern weisen eine c-förmige Grundform auf und greifen zum einen oberseitig in eine Vertiefung des Gehäusedeckels ein und zum anderen im Bereich der Gehäusewand jeweils in eine in diesem ausgebildete Vertiefung ein. Nachteilig an dieser Gestaltung ist, dass eine Vielzahl von Klammern erforderlich sind und betätigt werden müssen, um das Gehäuse zu verschließen und wieder zu öffnen. Mit den vielen Klammern geht auch eine merkliche Erhöhung des Gesamtgewichts der Batteriezelle einher. Auf eine Batteriezelle, die Teil eines Antriebsenergiespeichers eines Kraftfahrzeuges ist, wird nicht Bezug genommen.
Aus US 2,464,842 A1 ist eine Batteriezelle mit einem Batteriezellgehäuse bekannt, das aus einem Gehäusegrundkörper und einem Gehäusedeckel gebildet ist. Dabei ist der Gehäusedeckel mit zwei c-förmig geformten Klammern an dem Gehäusegrundkörper befestigt, wobei die Klammern sich jeweils von einer Oberseite des Gehäusedeckels zu einem Bodenabschnitt des Gehäusegrundkörpers und sich damit vollständig über die Höhe des Gehäusegrundkörpers erstrecken. Die Klammern weisen ferner jeweils zwei Umklammerungsabschnitte auf, welche sich oberseitig über den Bereich des Gehäusedeckels und unterseitig über den Bodenabschnitt des Gehäusegrundkörpers erstrecken. Nachteilig an dieser Gestaltung ist, dass die Klammern jeweils recht massiv ausgebildet sind und damit mit einem hohen Gewicht und mit hohem Platzbedarf bei der Herstellung, Zwischenlagerung und Montage verbunden sind. Auf eine Batteriezelle, die Teil eines Antriebsenergiespeichers eines Kraftfahrzeuges ist, wird nicht Bezug genommen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Batteriezelle mit einem Batteriezellgehäuse sowie eine Anordnung von mindestens zwei solcher Batteriezellen unmittelbar benachbart zueinander zur Verfügung zu stellen, die ein geringes Bauteilgewicht aufweisen und eine einfache Montage und Demontage eines Gehäusedeckels ermöglichen, insbesondere wenn es sich um eine Batteriezelle für einen Antriebsenergiespeicher eines Kraftfahrzeuges handelt.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Weitere praktische Ausführungsformen und Vorteile der Erfindung sind in Verbindung mit den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Eine erfindungsgemäße Batteriezelle weist ein Batteriezellgehäuse und zwei aus dem Batteriezellgehäuse herausragende Zellpole auf, wobei das Batteriezellgehäuse durch einen mindestens einseitig offenen Gehäusegrundkörper und mindestens einen Gehäusedeckel gebildet ist und wobei durch den Gehäusegrundkörper und den mindestens einen Gehäusedeckel ein verschlossener Zellinnenraum gebildet ist. Der Zellinnenraum dient insbesondere dazu, die für eine Batteriezelle erforderlichen Elemente der Batteriezelle unterzubringen, insbesondere Anode, Kathode, Separator und Elektrolyt. Bei einer erfindungsgemäßen Batteriezelle ist der mindestens eine Gehäusedeckel mit mindestens einem, den Gehäusegrundkörper und den mindestens einen Gehäusedeckel zumindest teilweise umschließenden Spannband verschlossen. Dabei wird unter einem Spannband insbesondere ein biegeelastisches, nicht vorgeformtes Element verstanden, das durch relative Anordnung zu dem Gehäusedeckel und dem Gehäusegrundkörper eine Spannung des Gehäusedeckels in Richtung des Gehäusegrundkörpers erzeugt und somit den Zellinnenraum verschließt. Dabei kann es sich bei einem Spannband einer erfindungsgemäßen Batteriezelle insbesondere um ein aus einem faserverstärkten Kunststoff oder aus einem metallischen Werkstoff oder aus einem anderen geeigneten Werkstoff gebildetes bandartiges Element handeln, das zu einem wie vorstehend beschriebenen Verschließen eines Gehäusegrundkörpers einer erfindungsgemäßen Batteriezelle geeignet ist.
Ein wesentlicher Vorteil erfindungsgemäßer Batteriezellen besteht darin, dass das Batteriezellgehäuse für Recyclingzwecke durch einfaches Durchtrennen, Zerstören oder Entfernern des mindestens einen Spannbandes und Öffnen des mindestens einen Gehäusedeckels auf einfache Art und Weise in seine Zellkomponenten zerlegbar ist. Dadurch können die einzelnen Zellkomponenten oder Baugruppen der Batteriezelle - sofern noch technisch brauchbar, wie beispielsweise ein Gehäusedeckel mit daran befestigten Zellkomponenten, wie z.B. die Zellpole, und/oder eine vollständig montierter Gehäusedeckel (auch Deckelbaugruppe genannt) und/oder in dem Gehäusegrundkörper angeordnete Zellkomponenten, wie z. B. Anode, Kathode, Separator - wiederverwendet oder sortenrein getrennt und kostengünstig und zielgerichtet recycelt werden. Ein vollständiges Schreddern nicht mehr benötigter Batteriezellen ist dann nicht erforderlich, wodurch die Recycling kosten geringgehalten werden können und die Umwelt geschont wird.
Ein weiterer mit der erfindungsgemäßen Batteriezelle verbundener Vorteil ist, dass bei geeigneter Auslegung des Spannbandes und/oder eines Dichtelements auf das Vorsehen eines zusätzlichen Berstelements verzichtet werden kann.
Ein weiterer mit der erfindungsgemäßen Batteriezelle verbundener Vorteil, der insbesondere in Verbindung mit einseitig geöffneten Gehäusegrundkörpern nutzbar ist, besteht darin, dass das Befüllen des Gehäusegrundkörpers mit Elektrolyt vor dem Aufsetzen des Gehäusedeckels unter Nutzung einer großen Gehäuseöffnung erfolgen kann, da das Verschließen mit dem mindestens einen Spannband ohne nennenswerte Wärmeentwicklung erfolgt.
In einer praktischen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Batteriezelle ist das Batteriezellgehäuse durch einen einseitig offenen Gehäusegrundkörper mit genau einem Gehäusedeckel und zwei in dem einen Deckel angeordneten Zellpolen gebildet. In einer alternativen Ausführungsform ist das Batteriezellgehäuse durch einen zweiseitig offenen Gehäusegrundkörper mit zwei Gehäusedeckeln und jeweils einem in dem jeweiligen Deckel angeordneten Zellpol gebildet.
Wenn es sich um ein Batteriezellgehäuse mit genau einem Gehäusedeckel handelt, wird der Gehäusedeckel vorzugsweise mit ein, zwei oder drei Spannbändern gegenüber dem Batteriezellgehäuse befestigt.
Wenn es sich um ein Batteriezellgehäuse mit einem zweiseitig offenen Gehäusegrundkörper und zwei Gehäusedeckeln mit jeweils einem in dem jeweiligen Gehäusedeckel angeordneten Zellpol handelt, kann der jeweilige Gehäusedeckel entweder mit einem oder mehreren separaten Spannbändern gegenüber dem Gehäusegrundkörper befestigt sein oder es können beide Gehäusedeckel mit jeweils den gleichen Spannbändern gegenüber dem Gehäusegrundkörper befestigt sein. Bevorzugt ist es, wenn im zuletzt genannten Fall beide Gehäusedeckel jeweils mit einem oder mehreren Spannbändern gemeinsam gegenüber dem Gehäusegrundkörper befestigt sind, da dann die Zahl der benötigten Spannbänder besonders geringgehalten werden kann, obwohl zwei Gehäusedeckel gegenüber dem Gehäusegrundkörper befestigt werden müssen. In einer weiteren praktischen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Batteriezelle ist mindestens ein Spannband den Gehäusegrundkörper und den mindestens einen Gehäusedeckel vollständig umschließend angeordnet. Damit ist gemeint, dass das Spannband sich vollständig über den Umfang eines Batteriezellgehäuses einer erfindungsgemäßen Batteriezelle erstreckt, so dass ein Anfangsbereich und ein Endbereich eines Spannbandes miteinander verbindbar sind. Das Spannband kann bei dieser Ausführungsform insbesondere auch als Umreifungsband eines Batteriezellgehäuses bezeichnet werden.
In einer anderen praktischen Ausführungsform, die alternativ oder in Ergänzung vorgesehen sein kann, ist an dem Gehäusegrundkörper und/oder an die mindestens einen Gehäusedeckel ein Umlenkelement zur Umlenkung des Spannbandes angeordnet oder ausgebildet. Bei einer solchen Ausführungsform kann anstelle einer vollständigen Umreifung eines Batteriegehäuses mit einem Spannband ein nur kurzes Spannband verwendet werden, um den Gehäusedeckel gegenüber dem Gehäusegrundkörper mittels eines relativ kurzen Spannbandes zu verbinden. So kann beispielsweise ein an einem Gehäusedeckel befestigtes Spannband zu einem am Gehäusegrundkörper befestigten Umlenkelement geführt, an diesem Element umgelenkt werden und etwas oberseitig des Umlenkelements wiederum an dem Spannband selbst befestigt werden. Mit mehreren solchen Umlenkelementen kann insbesondere eine zweiseitige, dreiseitige oder vierseitige Befestigung erfolgen. Bei zylindrischen Batteriezellgehäusen kann über den Umfang verteilt mit mehreren solchen Befestigungen eine gleichmäßige Kraftverteilung über den Umfang erfolgen.
Alternativ kann eine Befestigung auch mit relativ kurzen Spannbändern dadurch erfolgen, dass die Spannbänder mit einem Ende an dem Gehäusedeckel und mit dem anderen Ende an dem Gehäusegrundkörper befestigt werden.
Da Spannbänder, insbesondere wenn diese aus Kunststoff hergestellt sind, jedoch nur ein relativ geringes Bauteilgewicht aufweisen und mit sehr geringen Dicken ausgebildet sein können, ist es besonders bevorzugt, wenn mindestens ein Spannband den Gehäusegrundkörper und den mindestens einen Gehäusedeckel vollständig umschließend angeordnet ist, denn in diesem Fall sind keine weiteren Elemente an dem Gehäusegrundkörper oder an dem Gehäusedeckel erforderlich, wenn die Spannung des Spannbandes ausreichend groß ist.
In einer weiteren praktischen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Batteriezelle ist mindestens ein umlaufendes Dichtelement zwischen dem mindestens einen Gehäusedeckel und dem Gehäusegrundkörper angeordnet oder ausgebildet. Damit ist insbesondere ein Dichtelement gemeint, welches als geschlossenes, ringförmiges Element entlang des Umfangs des Gehäusegrundkörpers und des damit korrespondierenden Gehäusedeckels angeordnet ist und sich somit flächig zwischen die Elemente fügt, um diese gegeneinander abzudichten. Dabei kann es sich insbesondere um ein in eine Dichtnut eingelegtes Element oder ein angespritztes Element handeln, welches an einem oder beiden der Elemente Gehäusedeckel und Gehäusegrundkörper angeordnet ist.
Wenn die Breite mindestens eines Spannbandes sich über mindestens die Hälfte der Breite des Gehäusedeckels erstreckt, kann eine erfindungsgemäße Batteriezelle mit nur einem Spannband verschlossen werden, da mit dem recht breit ausgebildeten Spannband ein ausreichender Flächendruck zwischen Gehäusedeckel und Gehäusegrundkörper erzeugt werden kann. Wenn es sich bei dem Spannband um ein den Gehäusedeckel und den Gehäusegrundkörper vollständig umschließendes Spannband handelt, sind im Bereich der Zellpole vorzugsweise entsprechende Ausschnitte (Aussparungen) an dem breit ausgebildeten Spannband vorgesehen, so dass die Zellpole durch das Spannband hindurchragen oder zumindest durch den Ausschnitt bzw. die Aussparung kontaktierbar sind.
In einer alternativen Ausführungsform, die auch ergänzend zu dem vorstehend beschriebenen breiten Spannband realisiert sein kann, sind mindestens zwei Spannbänder auf jeweils einer der Hälften des Batteriezellgehäuses angeordnet. In diesem Fall kann mit relativ schmal ausgebildeten Spannbändern von nur wenigen Millimetern Breite ein dichtes Verschließen des Gehäusedeckels gegenüber dem Gehäusegrundkörper erfolgen, indem lediglich zwei Spannbänder zum Einsatz kommen. Vorzugsweise sind in diesem Fall die Spannbänder den Gehäusegrundkörper und den Gehäusedeckel vollständig umschließend ausgebildet.
Unabhängig davon, welche der vorstehend beschriebenen praktischen Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Batteriezelle realisiert ist, sind das mindestens eine Spannband oder, falls mehrere Spannbänder vorgesehen sind, vorzugsweise alle Spannbänder und/oder das mindestens eine Dichtelement, sofern ein solches vorgesehen ist, so ausgelegt, dass bei Erreichen oder Überschreiten eines vorgegebenen Innendrucks in dem Batteriezellgehäuse der mindestens eine Gehäusedeckel durch Versagen des mindestens einen Spannbandes bzw. aller Spannbänder und/oder durch Versagen des Dichtelements eine Entgasungsöffnung zwischen Gehäusedeckel und Gehäusegrundkörper entsteht. Dazu können ein oder mehrere Spannbänder selbst geeignet ausgelegt sein. Ferner kann an dem Spannband und/oder an dem Dichtelement eine Soll-Versagensstelle vorgesehen sein, wenn gewünscht ist, dass ein Versagen an einer bestimmten Position des entsprechenden Elements stattfindet. Es ist auch möglich, ein Spannband von mehreren Spannbändern mit einer erhöhten Elastizität auszulegen, so dass bei Überschreiten eines bestimmten Innendrucks das elastisch ausgelegt Spannband ein teilweises Abheben des Deckelelements zur Entgasung ermöglicht. Dies hat den Vorteil, dass sich das Deckelelement wieder anlegen kann, wenn der Innendruck wieder absinkt. Wenn das Spannband bzw. die Spannbänder und/oder das Dichtelement wie vorstehend beschrieben auf Versagen ausgelegt ist, kann auf ein Berstelement, insbesondere auf eine Berstmembran, an dem Batteriegehäuse verzichtet werden, weil eine Entgasung der Batteriezelle durch Öffnen des Deckelelements bzw. des Dichtelements ermöglicht wird.
Die Erfindung betrifft auch eine Anordnung von mindestens zwei wie vorstehend beschriebenen Batteriezellen mit Batteriezellgehäusen unmittelbar benachbart zueinander, wobei sich jeweils mindestens ein Spannband eines Batteriezellgehäuses in einen Kontaktbereich erstreckt, in welchem die Batteriezellen zumindest teilweise miteinander in Berührung sind, wobei das Spannband mit mindestens einem Element des anderen Batteriezellgehäuses in dem Kontaktbereich derart zusammenwirkend angeordnet ist, dass sich eine formschlüssige Sicherung gegen eine Relativverschiebung der Batteriezellgehäuse zueinander ergibt. Dabei kann es sich bei dem Element des anderen Batteriezellgehäuses insbesondere um eine Vertiefung handeln, in welche sich das mindestens eine Spannband erstreckt, so dass die beiden Batteriezellgehäuse quer zur Erstreckungsrichtung des Spannbandes gegen Relativverschiebung gesichert sind. Dabei erstreckt sich das Spannband in den Kontaktbereich vorzugsweise über eine gesamte Seitenlänge und wirkt zusammen mit einer Vertiefung an dem anderen Batteriezellgehäuse, welche sich korrespondierend zu dem Spannband ebenfalls über die Länge einer Batteriezellgehäuseseite erstreckt.
In einer alternativen praktischen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung kann das Zusammenwirken auch dadurch erfolgen, dass an jedem Batteriezellgehäuse jeweils zwei Spannbänder versetzt zueinander angeordnet sind. Die Anordnung kann dabei insbesondere derart erfolgen, dass zwei Spannbänder jeweils weiter außen an dem Batteriezellgehäuse angeordnet sind und die beiden anderen Spannbänder in dem Kontaktbereich jeweils innenseitig der Spannbänder des benachbarten Batteriezellgehäuses angeordnet sind, so dass ein Verschieben der Batteriezellgehäuse innerhalb der Kontaktebene entlang der Erstreckungsrichtung des Kontaktbereichs in zumindest eine Richtung nicht möglich ist. Vorzugsweise sind eine Vielzahl von Batteriezellgehäusen derart angeordnet, dass sich durch die jeweilige formschlüssige Sicherung von zwei benachbarten Batteriezellgehäusen zueinander über die gesamte Länge einer Vielzahl von Batteriezellgehäusen ein gegen Relativverschiebung gesicherter „Batteriezellen-Riegel“ ergibt. Der „Batteriezellen-Riegel“ kann insbesondere dadurch gesichert sein, dass die Vielzahl von Batteriezellen mit geringer Toleranz in einem Batteriegehäuse angeordnet sind, so dass ein Aneinanderanliegen der Batteriezellen in dem jeweiligen Kontaktbereich aufgrund des die Batteriezellen umschließenden Batteriegehäuses sichergestellt ist.
In einer weiteren praktischen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung ist der Kontaktbereich an einer polfreien Gehäuseseite des Batteriezellgehäuses vorgesehen. Damit ist gemeint, dass die formschlüssige Sicherung gegen eine Relativverschiebung der Batteriezellgehäusen zueinander, vorzugsweise an einer Gehäuseseite des Batteriezellgehäuses vorgesehen ist, an welcher kein Zellpol aus dem Batteriezellgehäuse herausragend angeordnet ist.
In Bezug auf die vorstehend beschriebene Ausführungsform, gemäß welcher an jedem Batteriezellgehäuse jeweils zwei Spannbänder versetzt zueinander angeordnet sind wird darauf hingewiesen, dass vorzugsweise an den Batteriezellgehäusen jeweils wechselweise Spannbänder in einer „Innenkonfiguration“ und einer „Außenkonfiguration“ angeordnet sind, um durch wechselweise Anordnung von Batteriezellen mit „Innenkonfiguration“ und „Außenkonfiguration“ eine formschlüssige Sicherung gegen Relativverschiebung der Batteriezellgehäuse zueinander zu bewirken. Alternativ oder in Ergänzung dazu können auch wechselweise erfindungsgemäße Batteriezellen mit Spannbändern angeordnet werden. Mit Batteriezellgehäusen, die komplementär zu den Spannbändern ausgebildete Vertiefungen im Bereich des Batteriezellgehäuses aufweisen, so dass durch das Eingreifen der Spannbänder in die korrespondierenden Vertiefungen des benachbarten Batteriezellgehäuses eine formschlüssige Sicherung gegen eine Relativverschiebung der Batteriezellgehäuse bewirkt ist.
Weitere praktische Ausführungsformen der Erfindung sind nachfolgend im Zusammenhang mit den Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

1 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Batteriezelle mit auf gegenüberliegenden Gehäuseseiten des Batteriegehäuses angeordneten Zellpolen ohne Spanbänder in einer Explosionsdarstellung in einer Seitenansicht,
2 die Batteriezelle aus 1 mit zwei Spannbändern in einem montierten Zustand in einer Seitenansicht,
3 die Batteriezelle aus den 1 und 2 in einem montierten Zustand in einer Horizontalschnittdarstellung gemäß den Pfeilen III-III in 2,
4 eine erfindungsgemäße Anordnung von Batteriezellen gemäß den 1-3 mit wechselweise unterschiedlicher Positionierung der Spannbänder in einer Seitenansicht mit Blick auf die rechte Zellpolseite gemäß dem Pfeil IV in 2,
5 die in den 1-3 gezeigte Batteriezelle mit symbolischer Darstellung eines Druckanstiegs im Inneren des Batteriezellgehäuses,
6 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Batteriezelle mit zwei auf der gleichen Gehäuseseite des Batteriegehäuses angeordneten Zellpolen ohne Spannbänder in einer Explosionsdarstellung in einer Seitenansicht,
7 die Batteriezelle aus 6 mit zwei Spannbändern in einem montierten Zustand in einer Seitenansicht und
8 die Batteriezelle aus den 6 und 7 in einem montierten Zustand in einer Vertikalschnittdarstellung gemäß den Pfeilen VIII-VIII in 7.

In den 1 bis 3 ist eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Batteriezelle 10 dargestellt. Die Batteriezelle 10 umfasst ein zweiseitig offenes Batteriezellgehäuse 32 mit seitlichen Öffnungen 14, welche auf gegenüberliegenden Seiten des Batteriezellgehäuses 32 angeordnet sind. Zum Verschließen der Öffnungen 14 sind ein erster Gehäusedeckel 16 und ein zweiter Gehäusedeckel 18 vorgesehen. An dem ersten Gehäusedeckel 16 ist ein erster Zellpol 20 angeordnet. An dem zweiten Gehäusedeckel 18 ist ein zweiter Zellpol 22 angeordnet. Zum Verschließen der Öffnungen 14 werden der erste Gehäusedeckel 16 und der zweite Gehäusedeckel 18 in die in 2 gezeigte Position gebracht, wobei jeweils ein Dichtelement 24 zwischen den jeweiligen Gehäusedeckeln 16, 18 und den Gehäusegrundkörper 12 positioniert wird. Das Dichtelement 24 ist jeweils so gestaltet, dass die Gehäusedeckel 16,18, gegenüber dem Gehäusegrundkörper 12 vollständig umlaufend abdichtet. Dies ist aus einer Zusammenschau der 2 und 3 insoweit erkennbar, als sich das Dichtelement 24 in der in 3 gezeigten Horizontalschnittdarstellung auch über die gesamte Breite B des Gehäusegrundkörpers 12 erstreckt. Die Höhe H und die Länge L des Gehäusegrundkörpers 12 ist in 2 eingetragen.
In den 2 und 3 ist ferner erkennbar, dass die beiden Gehäusedeckel 16, 18 mit zwei Spannbändern 26 verschlossen sind. Dabei sind die Spannbänder 26 beide derart an dem Gehäusegrundkörper 12 angeordnet, dass der Gehäusegrundkörper 12 sowie die beiden Gehäusedeckel 16, 18 von jedem der Spannbänder 26 vollständig umschlossen sind. Dies ist in 3 gut zu erkennen, welche einen Horizontalschnitt durch das obere Spannband 26 zeigt.
Bei dem in 3 dargestellten Spannband 26 kann es sich insbesondere um ein Umreifungsband aus Kunststoff, insbesondere aus faserverstärktem Kunststoff, oder aus Metall handeln, das in einem nicht dargestellten, sich überlappenden Bereich zu einem in sich geschlossenen Umreifungsband verbunden ist. Dies kann insbesondere mittels Kunststoffschweißen, mittels Pressen oder mittels einer anderen geeigneten Verbindungsart erfolgen.
4 zeigt vier Batteriezellen 10, die unmittelbar benachbart zueinander angeordnet sind. Aufgrund der Seitenansicht gemäß dem Pfeil IV in 2 sind nur die jeweiligen Gehäusedeckel 18 mit den Zellpolen 22, den Dichtelementen 24 und den Spannbändern 26 zu sehen. Wie aus 4 gut erkennbar ist, sind die Spannbänder 26 wechselweise (von links nach rechts) in einer Außenkonfiguration und in einer Innenkonfiguration angeordnet. Dabei ist die Position der Spannbänder 26 so gewählt, dass die Spannbänder 26 gemäß der Innenkonfiguration innenseitig der Spannbänder 26 gemäß der Außenkonfiguration angeordnet sind, vorzugsweise derart, dass kein Spiel oder nur sehr wenig Spiel zwischen den jeweils in dem entsprechenden Kontaktbereich 28 zwischen benachbarten Batteriezellen 10 in Richtung des Doppelpfeils s vorhanden ist. Dadurch lassen sich die Batteriezellen 10 relativ zueinander in Richtung des Doppelpfeils s nicht oder nur unwesentlich zueinander verschieben, so dass die Batteriezellen 10 in Richtung des Doppelpfeils s formschlüssig gegeneinander fixiert und somit gesichert sind.
Wenn eine Vielzahl von Batteriezellen 10 in einer Reihe gemäß der Darstellung in 4 angeordnet ist, ergibt sich damit ein relativ steifer „Batteriezellen-Riegel“. Auf diese Art und Weise kann mit Hilfe der Spannbänder 26 eine versteifte Struktur aus einer Vielzahl von Batteriezellen 10 gebildet werden, insbesondere wenn die Batteriezellen 10 passgenau in ihrer Länge auf die Länge eines Modulgehäuses oder Batteriegehäuses abgestimmt ist, so dass die Batteriezellen 10 in der Richtung senkrecht zu dem Doppelpfeil s ebenfalls spielfrei oder weitestgehend spielfrei angeordnet sind.
Alternativ zu der in 4 gezeigten Anordnung von Batteriezellen 10 können in einer nicht dargestellten alternativen Ausführungsform Batteriezellen mit zwei Spannbändern mit in benachbart angeordneten Batteriezellgehäusen ausgebildeten Vertiefungen zusammenwirken. In diesem Fall wird die gegenüber dem Batteriezellgehäuse 32 hervorstehende Dicke des Spannbands 26 genutzt, um eine formschlüssige Sicherung in Richtung des Doppelpfeils S herzustellen. Dazu müssen die Batteriezellgehäuse 32 in dem jeweiligen Kontaktbereich 28 unmittelbar aneinander anliegen, so dass eine Sicherung durch das Eingreifen der Spannbänder 26 in die nicht dargestellten Vertiefungen eine formschlüssige Sicherung in Richtung des Doppelpfeils s gewährleistet ist. Diese Ausführungsform führt zu doppelt so vielen formschlüssigen Verbindungen zwischen zwei benachbarten Batteriezellen 10, wenn für jedes Spannband 26 eine korrespondierende Vertiefung in dem benachbarten Batteriezellgehäuse vorgesehen ist und die Spannbänder 26 ebenfalls wie in 4 in jeweils benachbarten Batteriezellen versetzt zueinander vorgesehen sind. Die in 4 gezeigten Anordnung mit wechselweise versetzt angeordneten Spannbändern 26 kann auch als verschachtelte Anordnung bezeichnet werden. Eine solche Anordnung wird vorzugsweise an mehr als 5, weiter bevorzugt mehr als 10, weiter bevorzugt mehr als 20 und besonders bevorzugt an mehr als 50 oder mehr als 80 Batteriezellen 10 hintereinander vorgesehen, um alle in einer Reihe angeordneten Batteriezellen 10 durch die verschachtelte Anordnung zu einem verwindungssteifen „Batteriezellen-Riegel“ zu verbinden. Eine solche Anordnung ist auch mehr drei, vier oder mehr Spannbändern je Batteriezelle 10 möglich.
5 zeigt die in den 1 bis 3 gezeigte Batteriezelle 10 mit symbolischer Darstellung eines Druckanstiegs im Inneren des Batteriezellgehäuses 32. Kommt es zu einem Anstieg des Drucks P, werden der erste Gehäusedeckel 16 und der zweite Gehäusedeckel 18 nach außen gedrückt. Dabei gibt es zwei Varianten, wie sichergestellt werden kann, dass bei Überschreiten eines bestimmten Grenzdrucks P ein Druckausgleich zwischen dem Inneren des Batteriezellgehäuses 32 und der Umgebung 30 stattfinden kann.
In einer ersten Variante sind die Spannbänder 26 so ausgelegt, dass sich die Gehäusedeckel 16, 18 durch den ansteigenden Innendruck P so weit von dem Gehäusegrundkörper 12 entfernen können, dass das Dichtelement 24 nicht mehr wirksam ist und Gas aus dem Inneren des Batteriezellgehäuses entweichen kann.
In einer anderen Variante sind die Spannbänder 26 so ausgelegt, dass diese bei Überschreiten eines gewissen Innendrucks P reißen und sich die Gehäusedeckel 16, 18 vollständig von dem Gehäusegrundkörper 12 lösen können.
In den 6 bis 8 ist eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Batteriezelle 10 in verschiedenen Ansichten gezeigt, wobei für identische oder zumindest funktionsgleiche Elemente die gleichen Bezugszeichen wie in den 1 bis 5 verwendet werden. Bei dem in den 6 bis 8 gezeigten Ausführungsbeispiel handelt es sich um einen Gehäusegrundkörper 12. Dementsprechend ist nur ein Gehäusedeckel 16 erforderlich, um das Batteriezellgehäuse zu bilden. An dem einen Gehäusedeckel 16 sind sowohl der erste Zellpol 20 als auch der zweite Zellpol 22 angeordnet. Ein Dichtelement 24 ist wiederum zwischen dem Gehäusedeckel 16 und dem Gehäusegrundkörper 12 angeordnet.
Der Gehäusedeckel 16 ist bei der in den 6 bis 8 gezeigten Ausführungsform mit drei Spannbändern 26 verschlossen, wobei zwei Spannbänder 26 jeweils außenseitig der Zellpole 20, 22 angeordnet sind und ein Spannband 26 mittig zwischen den Zellpolen 20, 22 angeordnet ist. Es handelt sich auch bei dieser Ausführungsform um Spannbänder 26, welche das Batteriezellgehäuse 32 vollständig umschließend angeordnet sind. Die Spannbänder 26 laufen vollständig über die Oberseite, die Seitenwände und die Unterseite des Batteriezellgehäuses 32.
Die in der vorliegenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein. Die Erfindung kann im Rahmen der Ansprüche und unter Berücksichtigung der Kenntnisse des zuständigen Fachmanns variiert werden.
Bezugszeichenliste

10: Batteriezelle
12: Gehäusegrundkörper
14: Öffnung
16: erster Gehäusedeckel
18: zweiter Gehäusedeckel
20: erster Zellpol
22: zweiter Zellpol
24: Dichtelement
26: Spannband
28: Kontaktbereich
30: Umgebung
32: Batteriezellgehäuse

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

US 2657249 A1 [0009]
US 2464842 A1 [0010]

Claims

Batteriezelle mit einem Batteriezellgehäuse (32) und zwei aus dem Batteriezellgehäuse (32) herausragenden Zellpolen (20, 22), wobei das Batteriezellgehäuse (32) durch einen mindestens einseitig offenen Gehäusegrundkörper (12) und mindestens einen Gehäusedeckel (16, 18) gebildet ist und wobei durch den Gehäusegrundkörper (12) und den mindestens einen Gehäusedeckel (16, 18) ein verschlossener Zellinnenraum gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Gehäusedeckel (16, 18) mit mindestens einem, den Gehäusegrundkörper (12) und den mindestens einen Gehäusedeckel (16, 18) zumindest teilweise umschließenden Spannband (26) verschlossen ist.
Batteriezelle nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriezellgehäuse (32) durch einen einseitig offenen Gehäusegrundkörper (12) mit genau einem Gehäusedeckel (16, 18) und zwei in dem einen Gehäusedeckel (16, 18) angeordneten Zellpolen (20, 22) oder das Batteriezellgehäuse (32) durch einen zweiseitig offenen Gehäusegrundkörper (12) mit zwei Gehäusedeckeln (16, 18) und jeweils einem in dem jeweiligen Gehäusedeckel (16, 18) angeordneten Zellpol (20, 22) gebildet ist.
Batteriezelle nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Spannband (26) den Gehäusegrundkörper (12) und den mindestens einen Gehäusedeckel (16, 18) vollständig umschließend angeordnet ist.
Batteriezelle nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Gehäusegrundkörper (12) und/oder an dem mindestens einen Gehäusedeckel (16, 18) ein Umlenkelement zur Umlenkung des Spannbandes (26) angeordnet oder ausgebildet ist.
Batteriezelle nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein umlaufendes Dichtelement (24) zwischen dem mindestens einen Gehäusedeckel (16, 18) und dem Gehäusegrundkörper (12) angeordnet oder ausgebildet ist.
Batteriezelle nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite mindestens eines Spannbandes (26) sich über mindestens die Hälfte der Breite des Gehäusedeckels (16, 18) erstreckt.
Batteriezelle nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Spannbänder (26) auf jeweils einer der Hälften des Batteriezellgehäuses (32) angeordnet sind.
Anordnung von mindestens zwei Batteriezellen (10) mit Batteriezellgehäusen (32) nach einem der vorstehenden Ansprüche unmittelbar benachbart zueinander, wobei sich jeweils mindestens ein Spannband (26) eines Batteriezellgehäuses (32) in einen Kontaktbereich (28) erstreckt, in welchem die Batteriezellen (10) zumindest teilweise miteinander in Berührung sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannband (26) mit mindestens einem Element des anderen Batteriezellgehäuses (32) derart zusammenwirkend angeordnet ist, dass sich eine formschlüssige Sicherung gegen eine Relativverschiebung der Batteriezellgehäuse (32) zueinander ergibt.
Anordnung nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass an jedem Batteriezellgehäuse (32) jeweils zwei Spannbänder (26) versetzt zueinander angeordnet sind.
Anordnung nach einem der beiden vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktbereich (28) an einer polfreien Seite vorgesehen ist.