EP3679609A1 - Batteriezelle mit isolationsschicht - Google Patents

Batteriezelle mit isolationsschicht

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Publication number
EP3679609A1
EP3679609A1 EP18762287.3A EP18762287A EP3679609A1 EP 3679609 A1 EP3679609 A1 EP 3679609A1 EP 18762287 A EP18762287 A EP 18762287A EP 3679609 A1 EP3679609 A1 EP 3679609A1
Authority
EP
European Patent Office
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cell
battery
battery cell
insulation layer
housing
Prior art date
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Pending
Application number
EP18762287.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Peter BAUCKHAGE
Claus Gerald Pflueger
Torsten Koller
Markus Schmitt
Andreas Ruehle
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP3679609A1 publication Critical patent/EP3679609A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a battery cell with an electrical insulation layer, to a battery and to a use of the battery cell and / or the battery according to the preamble of the independent claims.
  • a battery is an electrochemical energy store that, when discharged, converts the stored chemical energy into electrical energy through an electrochemical reaction. It is becoming apparent that in the future both in stationary applications, such as wind turbines, in motor vehicles that are designed as hybrid or electric motor vehicles, as well as in
  • the operating temperature has one
  • Battery module usually includes several battery cells.
  • the document US 2013/0122331 describes a cooling system for a lithium-ion battery.
  • the cooling system comprises a closed sealed container in which a dielectric fluid is used as the coolant.
  • the publication DE 10 2013 218 489 discloses a battery module with a plurality of battery cells, which are flowed around by a dielectric cooling fluid.
  • a battery cell with an electrical insulation layer a battery and the use of the battery cell and / or the battery with the characterizing features of the independent claims are provided.
  • a battery cell in particular a lithium-ion battery cell
  • a cell housing wherein a first electrical insulation layer is at least partially applied to the outer surface of the cell housing.
  • the electrical insulation layer reliably shields the battery cell from cooling media with a resistance of less than 10 10 0 * m (ohms times meters), in particular a water-glycol mixture, so that the battery cell directly from the cooling medium, in particular the water-glycol Mixture, can flow around.
  • the advantage here is that a direct cooling of the battery cells with cooling media is ensured with a resistance of less than 10 10 0 * m, and thus no dielectric cooling media must be used. This will be the
  • the electrical insulation layer is particularly resistant to conventionally used cooling media with a resistance of less than 10 10 0 * m, such as water-glycol mixtures.
  • Insulation layer an unreinforced polypropylene, an acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer and / or a polyethylene terephthalate.
  • An unreinforced polypropylene has a high strength, is temperature and chemical resistant and has very good electrical
  • Acrylonitrile-butadiene-styrene copolymers have, inter alia, a high
  • Polyethylene terephthalates are, inter alia, very break-resistant and dimensionally stable.
  • the battery cell has a second insulating layer which is between the outer surface of the cell housing and the first
  • Insulating layer is arranged and comprises aluminum.
  • the advantage here is that the second insulating layer of aluminum, the tightness with respect to steam and fluid reliably ensures and thus a particularly dense and secure construction of the electrical insulation layer comprising the first and the second insulating layer, is guaranteed.
  • aluminum has a low weight and is easy to work with.
  • the battery cell has a third insulating layer which is arranged between the outer surface of the cell housing and the second insulating layer and comprises a polypropylene, an acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer, a polyethylene terephthalate and / or a polyamide.
  • the third insulating layer protects the second insulating layer of aluminum from environmental influences and covers, such as mechanical effects and damage caused thereby, contact with oxygen and corrosion caused thereby. Furthermore, the second insulation layer prevents electrically conductive connections between external components and the aluminum foil.
  • the battery cell has a fourth insulation layer, which is arranged between the outer surface of the cell housing and one of the insulation layers and comprises a glass fiber fleece and / or a carbon fiber network.
  • the advantage here is that the mechanical properties of the insulating layer are further improved.
  • a glass fiber fleece is very robust and tear-resistant, so that the insulation layer is given a high stability.
  • a carbon fiber net has a low weight, gives the insulation layer a high strength and a good damping against movement and is at the same time elastic.
  • the electrical insulation layer is made in one piece, in particular by deep drawing, thermoforming, injection molding and / or lamination.
  • the insulating layer can be glued or shrunk onto the battery cell.
  • the electrical insulation layer has a thickness of 0.05-0.5 mm.
  • An advantage of this thickness is that the electrical insulation layer optimally seals and isolates, but at the same time has a low weight and occupies little space.
  • the electrical insulation layer is applied to a bottom wall of the cell housing and / or on at least one side wall of the cell housing and / or at least partially on a cover plate of the cell housing.
  • the advantage here is that the bottom wall of the cell housing and / or at least one side wall of the cell housing and / or at least partially the cover plate of the cell housing before cooling media, in particular with a resistance less than 10 10 0 * m, are electrically isolated. As a result, the battery cell can be operated safely and without danger.
  • the cell housing has the
  • Cover plate and a cell container which comprises the bottom wall and the at least one side wall.
  • the cell container has an opening which can be closed by the cover plate and the cover plate has circumferentially larger dimensions than the edge of the side walls, which limits the opening of the cell container.
  • the electrical insulation layer is applied to the bottom wall and the at least one side wall of the cell housing as well as to the part of the cover plate which projects beyond the edge of the at least one side wall and points in the direction of the cell container.
  • a cover plate which circumferentially larger dimensions than the edge of the side walls, which limits the opening of the cell container, that the insulation layer are also applied to the pointing in the direction of the cell container, over the edge of the at least one side wall protruding part of the cover plate can.
  • a battery is disclosed with a battery housing, comprising at least two battery cells according to the invention wherein the battery cells are arranged in the battery, that the electrical insulation layer on all in the
  • Battery housing protruding outer surfaces of the cell housing is applied.
  • Outer surfaces of the cell case, to which no electrical insulation layer is applied in particular the surface facing away from the battery cell surface of the cover plate of the cell housing, protrude from the battery case.
  • a cooling medium with a resistance less than 10 10 0 * m, in particular a water-glycol mixture can be introduced, so that the battery cells are flowed around by this.
  • Insulation layer are reliably shielded.
  • the battery can be operated safely and safely.
  • the electrical insulation layer of the battery cells can for example also serve as a seal between the interior and the surroundings of the battery housing.
  • the electrical insulation layer on the underside of the cover plate, in particular the protruding part of the cover plate and an insulating component of the battery housing, in which the battery cell / s are introduced are in direct contact with each other.
  • the use of a battery cell or battery according to the invention in an electric vehicle, in a hybrid vehicle or in a plug-in hybrid vehicle is the subject of the present invention.
  • the battery is used for example in ships, two-wheelers, aircraft, stationary
  • Figure 1 is a schematic representation of a side view in one
  • Figure 2 is a schematic representation of a frontal plan view of the
  • Figure 3 is a schematic representation of a frontal plan view of the
  • the battery cell 10 has a cell housing 1, in which the, not shown in Figure 1, battery cell components are added.
  • the cell housing 1 includes, for example, aluminum, steel and / or a plastic.
  • the cell housing 1 comprises a cell container 3 and a cover plate 5.
  • the cover plate 5 has a positive terminal 7a and a negative terminal 7b.
  • the cell container 3 comprises a bottom wall 3a and four side walls 3b, of which two side walls 3b are visible in the sectional view in FIG. Alternatively, the cell container 3 comprises, for example, only one side wall 3b, in particular in the case of round battery cells.
  • the cell container 3 has an opening which can be closed by the cover plate 5.
  • the cover plate 5 has circumferentially larger dimensions than the edge of the side walls 3b, which limits the opening of the cell container 3.
  • the electrical insulation layer 9 shields the battery cell 10 from cooling media, in particular with a resistance of less than 10 10 * m, such as a water-glycol mixture, from.
  • the battery cell 10 can be flowed around directly by the cooling medium.
  • the electrical insulation layer 9 comprises, for example, a first electrical insulation layer 9a comprising an unreinforced polypropylene, an acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer and / or a polyethylene terephthalate.
  • the electrical insulation layer 9 is constructed, for example, multi-layered.
  • the battery cell 10 for example, also has a second
  • Insulation layer 9b which is disposed between the outer surface of the cell case 1 and the first insulating layer 9a and comprises aluminum.
  • the battery cell 10 has, for example, a third insulating layer 9c disposed between the outer surface of the cell case 1 and the second insulating layer 9b and comprising a polypropylene, an acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer, a polyethylene terephthalate and / or a polyamide.
  • the battery cell 10 also has, for example, a fourth insulation layer 9d which is arranged between the outer surface of the cell housing 1 and one of the first, second or third insulation layers 9a, 9b, 9c and comprises a glass fiber fleece and / or a carbon fiber network.
  • Insulation layers 9a, 9b, 9c, 9d are not shown separately in FIG. 1 but as a single layer.
  • the electrical insulation layer 9 is, for example, produced in one piece, in particular by deep drawing, thermoforming, injection molding and / or lamination.
  • the electrical insulation layer 9 has, for example, a thickness of 0.05-0.5 mm.
  • FIG. 2 shows the battery cell 10 according to FIG. 1 in a plan view of the bottom wall 3 a, onto which the electrical insulation layer 9 is applied. It is also pointing in the direction of the cell container 3, over the edge of the Side walls 3b protruding part 5a of the cover plate 5 visible on soft also the electrical insulation layer 9 is applied.
  • FIG. 3 shows the battery cell 10 according to FIG. 1 in a plan view of the upper side of the cover plate 5.
  • the cover plate 5 has a positive terminal 7a and a negative terminal 7b, which act as a current tap.
  • the cover plate 5 Through the cover plate 5, the opening of the cell container 3 is closed.
  • the edge of the side walls 3b of the present under the cover plate 5 cell container 3 is indicated by the dashed line 11.
  • the cover plate 5 has circumferentially larger dimensions than the edge of the side walls 3b. This over the edge of the side walls 3b of the cell container 3 protruding part 5a of the cover plate 5 is visible in Figure 3.
  • On the top of the cover plate 5 no electrical insulation layer 9 is applied. In an alternative embodiment, the electrical insulation layer 9 is also applied to the top of the cover plate 5.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Batteriezelle (10), insbesondere eine Lithiumionen-Batteriezelle, mit einem Zellgehäuse (1), wobei eine erste elektrische Isolationsschicht (9a) zumindest teilweise auf die Außenfläche des Zellgehäuses (1) aufgebracht ist, welche die Batteriezelle (10) vor Kühlmedien mit einem Widerstand kleiner als 1010 Ω*m, insbesondere einem Wasser-Glykol-Gemisch, abschirmt, sodass die Batteriezelle (10) direkt von dem Kühlmedium, insbesondere dem Wasser-Glykol-Gemisch, direkt umströmt werden kann.

Description

Beschreibung
Titel
Batteriezelle mit Isolationsschicht
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Batteriezelle mit einer elektrischen Isolationsschicht, auf eine Batterie sowie auf eine Verwendung der Batteriezelle und/oder der Batterie nach dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche.
Stand der Technik
Eine Batterie ist ein elektrochemischer Energiespeicher, der bei seiner Entladung die gespeicherte chemische Energie durch eine elektrochemische Reaktion in elektrische Energie umwandelt. Es zeichnet sich ab, dass in der Zukunft sowohl bei stationären Anwendungen, wie Windkraftan lagen, in Kraftfahrzeugen, die als Hybrid- oder Elektrokraftfahrzeuge ausgelegt sind, wie auch bei
Elektronikgeräten neue Batteriesysteme zum Einsatz kommen werden, an die sehr hohe Anforderungen bzgl. Zuverlässigkeit, Sicherheit, Leistungsfähigkeit und Lebensdauer gestellt werden. Aufgrund ihrer großen Energiedichte werden insbesondere Lithium-Ionen-Batterien als Energiespeicher für elektrisch angetriebene Kraftfahrzeuge verwendet.
Für eine optimale Leistungsbilanz und eine ausreichend hohe Lebensdauer derartiger Batteriesysteme ist es von Bedeutung, diese innerhalb eines optimalen Temperaturbereiches zu betreiben. Die Betriebstemperatur hat einen
wesentlichen Einfluss auf den Grad der Leistungsbereitstellung, das Ausmaß der Alterung, die erreichbare Lebensdauer und die Gewährleistung der
Betriebssicherheit eines Batteriesystems. Aus diesem Grund wird das Batteriesystem gezielt geheizt bzw. gekühlt. Standardmäßig werden dabei eines oder mehrere Batteriemodule in thermischem Kontakt mit einer sogenannten
Kühlplatte gebracht und durch direkte Wärmeleitung temperiert. Ein
Batteriemodul umfasst in der Regel mehrere Batteriezellen.
In der Druckschrift US 2013/0122331 ist ein Kühlsystem für eine Lithiumionenbatterie beschrieben. Das Kühlsystem umfasst einen geschlossenen abgedichteten Container, in welchen eine dielektrische Flüssigkeit als Kühlmittel verwendet wird.
Die Druckschrift DE 10 2013 218 489 offenbart ein Batteriemodul mit mehreren Batteriezellen, die von einem dielektrischen Kühlfluid umströmt werden.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß werden ein eine Batteriezelle mit einer elektrischen Isolationsschicht, eine Batterie sowie die Verwendung der Batteriezelle und/oder der Batterie mit den kennzeichnenden Merkmalen der unabhängigen Ansprüche bereitgestellt.
Erfindungsgemäß ist eine Batteriezelle, insbesondere eine Lithiumionen- Batteriezelle, mit einem Zellgehäuse offenbart, wobei eine erste elektrische Isolationsschicht zumindest teilweise auf die Außenfläche des Zellgehäuses aufgebracht ist. Die elektrische Isolationsschicht schirmt die Batteriezelle vor Kühlmedien mit einem Widerstand von kleiner als 1010 0*m (Ohm mal Meter), insbesondere einem Wasser-Glykol-Gemisch, zuverlässig ab, sodass die Batteriezelle direkt von dem Kühlmedium, insbesondere dem Wasser-Glykol- Gemisch, umströmt werden kann.
Vorteilhaft hierbei ist, dass eine Direktkühlung der Batteriezellen mit Kühlmedien mit einem Widerstand von kleiner als 1010 0*m gewährleistet ist, und somit keine dielektrischen Kühlmedien verwendet werden müssen. Dadurch werden die
Nachteile dielektrischer Kühlmedien umgangen. Im Vergleich zu dielektrischen Kühlmedien sind die Viskosität und Oberflächenspannung von Kühlmedien mit einem Widerstand von kleiner als 1010 0*m höher, sodass die Abdichtung der Batteriezellen gegenüber dem Kühlfluid einfacher ist und somit weniger
Dichtungsaufwand betrieben werden muss, was zudem Kosten, Bauteile und Arbeitszeit eingespart. Die elektrische Isolationsschicht ist besonders beständig gegenüber konventionell eingesetzten Kühlmedien mit einem Widerstand von kleiner als 1010 0*m, wie beispielsweise Wasser-Glykol-Gemischen.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Batteriezelle ergeben sich aus den Unteransprüchen.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die erste elektrische
Isolationsschicht ein unverstärktes Polypropylen, ein Acrylnitril-Butadien-Styrol- Copolymer und/oder ein Polyethylenterephthalat.
Vorteilhaft hierbei ist, dass diese Materialien besonders beständig gegenüber Kühlmedien sind, insbesondere gegenüber Kühlmedien mit einem Widerstand von kleiner als 1010 0*m, und somit direkt mit diesen in Kontakt stehen können ohne beschädigt, porös und undicht zu werden.
Ein unverstärktes Polypropylen weist zudem unter anderem eine hohe Festigkeit auf, ist temperatur- und chemikalienbeständig und hat sehr gute elektrische
Isolationseigenschaften.
Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymere weisen unter anderem eine hohe
Temperaturbeständigkeit sowie eine hohe Beständigkeit gegenüber
Witterungseinflüssen auf.
Polyethylenterephthalate sind unter anderem sehr bruchfest und formbeständig.
In einer weiteren Ausführungsform ist die elektrische Isolationsschicht
mehrschichtig aufgebaut. Vorteilhaft hierbei ist, dass somit ein nach Funktion getrennter Aufbau der elektrischen Isolationsschicht möglich ist, wobei jede
Schicht verschiedene vorteilhafte Eigenschaften aufweist. ln einer Ausführungsform weist die Batteriezelle eine zweite Isolationsschicht auf, welche zwischen der Außenfläche des Zellgehäuses und der ersten
Isolationsschicht angeordnet ist und Aluminium umfasst.
Vorteilhaft hierbei ist, dass die zweite Isolationsschicht aus Aluminium die Dichtheit hinsichtlich Dampf und Fluid zuverlässig sicherstellt und somit ein besonders dichter und sicherer Aufbau der elektrischen Isolationsschicht, umfassend die erste und die zweite Isolationsschicht, gewährleistet ist. Zudem hat Aluminium ein geringes Gewicht und ist einfach zu bearbeiten.
In einer Ausführungsform weist die Batteriezelle eine dritte Isolationsschicht auf, welche zwischen der Außenfläche des Zellgehäuses und der zweiten Isolationsschicht angeordnet ist und ein Polypropylen, ein Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymer, ein Polyethylenterephthalat und/oder ein Polyamid umfasst.
Vorteilhaft hierbei ist dass die dritte Isolationsschicht die zweite Isolationsschicht aus Aluminium vor Einflüssen aus der Umgebung schützt und abdeckt, wie beispielsweise mechanische Einwirkungen und dadurch verursachte Schäden, Kontakt mit Sauerstoff und dadurch verursachte Korrosionsvorgänge. Des Weiteren werden durch die zweite Isolationsschickt elektrisch leitfähige Verbindungen zwischen externen Bauteilen und der Aluminiumfolie verhindert.
In einer Ausführungsform weist die Batteriezelle eine vierte Isolationsschicht auf, welche zwischen der Außenfläche des Zellgehäuses und einer der Isolationsschichten angeordnet ist und ein Glasfaservlies und/oder ein Kohlefasernetz umfasst.
Vorteilhaft hierbei ist, dass die mechanischen Eigenschaften der Isolationsschicht weiter verbessert werden.
Ein Glasfaserflies ist sehr robust und reißfest, sodass der Isolationsschicht eine hohe Stabilität verliehen wird.
Ein Kohlefasernetz weist ein niedriges Gewicht auf, verleiht der Isolationsschicht eine hohe Festigkeit sowie eine gute Dämpfung gegenüber Bewegungen und ist gleichzeitig elastisch.
In einer Ausführungsform ist die elektrische Isolationsschicht einstückig gefertigt, insbesondere durch Tiefziehen, Thermoformen, Spritzguss und/oder Laminieren. Vorteilhaft bei einer einstückigen Isolationsschicht ist, dass es im Bereich des Kontakts mit dem Kühlmedium keine Stoßstellen gibt und somit die Dichtigkeit der elektrischen Isolationsschicht gewährleistet ist.
Desweiteren kann die Isolationsschicht in einer Ausführungsform auf die Batteriezelle aufgeklebt oder aufgeschrumpft sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die elektrische Isolationsschicht eine Dicke von 0,05-0,5 mm auf. Vorteilhaft bei dieser Dicke ist, dass die elektrische Isolationsschicht optimal abdichtet und isoliert, gleichzeitig aber ein geringes Gewicht aufweist und nur wenig Platz einnimmt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die elektrische Isolationsschicht auf einer Bodenwand des Zellgehäuses und/oder auf zumindest einer Seitenwand des Zellgehäuses und/oder zumindest teilweise auf einer Deckplatte des Zellgehäuses aufgebracht.
Vorteilhaft hierbei ist, dass die Bodenwand des Zellgehäuses und/oder zumindest die eine Seitenwand des Zellgehäuses und/oder zumindest teilweise die Deckplatte des Zellgehäuses vor Kühlmedien, insbesondere mit einem Widerstand kleiner als 1010 0*m, elektrisch isoliert sind. Hierdurch kann die Batteriezelle sicher und gefahrenfrei betrieben werden.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist das Zellgehäuse die
Deckplatte und einen Zellcontainer auf, welcher die Bodenwand und die zumindest eine Seitenwand umfasst. Der Zellcontainer weist eine Öffnung auf, welche durch die Deckpatte verschließbar ist und die Deckplatte weist umlaufend größere Abmessungen auf als der Rand der Seitenwände, welcher die Öffnung des Zellcontainers begrenzt. Die elektrische Isolationsschicht ist auf der Bodenwand und der zumindest einen Seitenwand des Zellgehäuses sowie auf den in Richtung des Zellcontainers weisenden über den Rand der zumindest einen Seitenwand überstehenden Teil der Deckplatte aufgebracht.
Vorteilhaft bei einer Deckplatte, welche umlaufend größere Abmessungen als der Rand der Seitenwände, welcher die Öffnung des Zellcontainers begrenzt, aufweist ist, dass die Isolationsschicht auch auf den in Richtung des Zellcontainers weisenden, über den Rand der zumindest einen Seitenwand überstehenden Teil der Deckplatte aufgebracht werden kann. Somit ist die Dichtigkeit der Batteriezelle gewährleistet und die Gefahr, dass Kühlmedium an der Verbindungsstelle zwischen dem Zellcontainer und der Deckplatte in die Batteriezelle eindringen kann wird verhindert.
Es ist außerdem von Vorteil, wenn die elektrische Isolationsschicht auf der Bodenwand und der zumindest einen Seitenwand des Zellgehäuses sowie auf den in Richtung des Zellcontainers weisenden über den Rand der zumindest einen Seitenwand
überstehenden Teil der Deckplatte aufgebracht ist, da somit alle Außenflächen der Batteriezelle, welche mit dem Kühlmedium mit insbesondere einen Widerstand von kleiner als 1010 0*m, in Berührung kommen bzw. kommen könnten von diesem durch die elektrische Isolationsschicht zuverlässig abgeschirmt sind. Die Batteriezelle ist hierdurch dicht und kann sicher und gefahrenfrei betrieben werden.
Zudem ist eine Batterie mit einem Batteriegehäuse offenbart, umfassend zumindest zwei erfindungsgemäße Batteriezellen wobei die Batteriezellen derart in der Batterie angeordnet sind, dass die elektrische Isolationsschicht auf allen in das
Batteriegehäuse hineinragenden Außenflächen des Zellgehäuses aufgebracht ist. Außenflächen des Zellgehäuses, auf weiche keine elektrische Isolationsschicht aufgebracht ist, insbesondere die von der Batteriezelle weg weisende Oberfläche der Deckplatte des Zellgehäuses, ragen aus dem Batteriegehäuse heraus. In das Innere des Batteriegehäuses ist ein Kühlmedium mit einem Widerstand kleiner als 1010 0*m, insbesondere ein Wasser-Glykol-Gemisch einbringbar, sodass die Batteriezellen von diesem umströmt werden.
Vorteilhaft hierbei ist, dass alle Außenflächen der Batteriezellen der Batterie, welche mit dem Kühlmedium mit insbesondere einen Widerstand von kleiner als 1010 0*m, in Berührung kommen bzw. kommen könnten von diesem durch die elektrische
Isolationsschicht zuverlässig abgeschirmt sind. Die Batterie kann hierdurch sicher und gefahrenfrei betrieben werden.
Die elektrische Isolationsschicht der Batteriezellen kann beispielsweise auch als Abdichtung zwischen dem Inneren und der Umgebung des Batteriegehäuses dienen. Hierzu stehen die elektrische Isolationsschicht auf der Unterseite der Deckplatte, insbesondere des überstehenden Teils der Deckplatte und ein Isolationsbauteil des Batteriegehäuses, in welches die Batteriezelle/n eingebracht sind, in direktem Kontakt miteinander. Desweiteren ist die Verwendung einer erfindungsgemäßen Batteriezelle bzw. Batterie in einem Elektrofahrzeug, in einem Hybridfahrzeug oder in einem Plug-In- Hybridfahrzeug Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Alternativ findet die Batterie beispielsweise Anwendung in Schiffen, Zweirädern, Flugzeugen, stationären
Energiespeichern, Elektrowerkzeugen, Unterhaltungselektronik, Smartphones und/oder Haushaltsgeräten.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigt
Figur 1 eine schematische Darstellung einer Seitenansicht in einem
Schnitt durch eine erfindungsgemäße Batteriezelle mit einer elektrischen Isolationsschicht,
Figur 2 eine schematische Darstellung einer frontalen Draufsicht auf die
Bodenwand der erfindungsgemäßen Batteriezelle gemäß Figur 1 mit einer elektrischen Isolationsschicht,
Figur 3 eine schematische Darstellung einer frontalen Draufsicht auf die
Deckplatte der erfindungsgemäßen Batteriezelle gemäß Figur 1.
Figur 1 zeigt eine Schnittansicht durch eine Batteriezelle 10. Die Batteriezelle 10 weist ein Zellgehäuse 1 auf, in welchem die, in Figur 1 nicht dargestellten, Batteriezellkomponenten aufgenommen sind. Das Zellgehäuse 1 umfasst beispielsweise Aluminium, Stahl und/oder einen Kunststoff.
Das Zellgehäuse 1 umfasst einen Zellcontainer 3 und eine Deckplatte 5. Die Deckplatte 5 weist ein positives Terminal 7a und ein negatives Terminal 7b auf. Der Zellcontainer 3 umfasst eine Bodenwand 3a und vier Seitenwände 3b, von welchen in der Schnittansicht in Figur 1 zwei Seitenwände 3b sichtbar sind. Alternativ umfasst der Zellcontainer 3 beispielsweise nur eine Seitenwand 3b, insbesondere bei runden Batteriezellen. Der Zellcontainer 3 weist eine Öffnung auf, welche durch die Deckpatte 5 verschließbar ist. Die Deckplatte 5 weist umlaufend größere Abmessungen auf als der Rand der Seitenwände 3b, welcher die Öffnung des Zellcontainers 3 begrenzt. Auf die Bodenwand 3a und die Seitenwände 3b des Zellcontainers 3 sowie auf den in Richtung des Zellcontainers 3 weisenden, über den Rand der Seitenwände 3b überstehenden Teil 5a der Deckplatte 5 ist eine elektrische Isolationsschicht 9 aufgebracht. In einer alternativen, nicht dargestellten Ausführungsform steht die Deckplatte 5 nicht über die Seitenwände 3b des Zellcontainers 3 hinaus.
Die elektrische Isolationsschicht 9 schirmt die Batteriezelle 10 vor Kühlmedien insbesondere mit einem Widerstand kleiner als 1010 0*m, wie beispielsweise einem Wasser-Glykol-Gemisch, ab. Die Batteriezelle 10 kann direkt von dem Kühlmedium umströmt werden.
Die elektrische Isolationsschicht 9 umfasst beispielsweise eine erste elektrische Isolationsschicht 9a umfassend ein unverstärktes Polypropylen, ein Acrylnitril- Butadien-Styrol-Copolymer und/oder ein Polyethylenterephthalat.
Die elektrische Isolationsschicht 9 ist beispielsweise mehrschichtig aufgebaut. Hierbei weist die Batteriezelle 10 beispielsweise zudem eine zweite
Isolationsschicht 9b auf, welche zwischen der Außenfläche des Zellgehäuses 1 und der ersten Isolationsschicht 9a angeordnet ist und Aluminium umfasst.
Desweiteren weist die Batteriezelle 10 beispielsweise eine dritte Isolationsschicht 9c auf, welche zwischen der Außenfläche des Zellgehäuses 1 und der zweiten Isolationsschicht 9b angeordnet ist und ein Polypropylen, ein Acrylnitril-Butadien- Styrol-Copolymer, ein Polyethylenterephthalat und/oder ein Polyamid umfasst. Die Batteriezelle 10 weist außerdem beispielsweise eine vierte Isolationsschicht 9d auf, welche zwischen der Außenfläche des Zellgehäuses 1 und einer der ersten, zweiten oder dritten Isolationsschichten 9a, 9b, 9c angeordnet ist und ein Glasfaservlies und/oder ein Kohlefasernetz umfasst. Die verschiedenen
Isolationsschichten 9a, 9b, 9c, 9d sind in Figur 1 nicht separat voneinander, sondern als eine einzige Schicht dargestellt.
Die elektrische Isolationsschicht 9 ist beispielsweise einstückig gefertigt insbesondere durch Tiefziehen, Thermoformen, Spritzguss und/oder Laminieren. Die elektrische Isolationsschicht 9 weist beispielsweise eine Dicke von 0,05-0,5 mm auf.
Figur 2 zeigt die Batteriezelle 10 gemäß Figur 1 in einer Draufsicht auf die Bodenwand 3a, auf weiche die elektrische Isolationsschicht 9 aufgebracht ist. Es ist auch der in Richtung des Zellcontainers 3 weisende, über den Rand der Seitenwände 3b überstehenden Teil 5a der Deckplatte 5 sichtbar, auf weichen ebenfalls die elektrische Isolationsschicht 9 aufgebracht ist.
Figur 3 zeigt die Batteriezelle 10 gemäß Figur 1 in einer Draufsicht auf die Oberseite der Deckpatte 5. Die Deckplatte 5 weist ein positives Terminal 7a und ein negatives Terminal 7b auf, welche als Stromabgriff fungieren. Durch die Deckplatte 5 wird die Öffnung des Zellcontainers 3 verschlossen. Der Rand der Seitenwände 3b des sich unter der Deckplatte 5 befindlichen Zellcontainers 3 ist durch die gestrichelte Linie 11 angedeutet. Die Deckplatte 5 weist umlaufend größere Abmessungen auf als der Rand der Seitenwände 3b. Dieser über den Rand der Seitenwände 3b des Zellcontainers 3 überstehende Teil 5a der Deckplatte 5 ist in Figur 3 sichtbar. Auf die Oberseite der Deckplatte 5 ist keine elektrische Isolationsschicht 9 aufgebracht. In einer alternativen Ausführungsform ist die elektrische Isolationsschicht 9 auch auf die Oberseite der Deckplatte 5 aufgebracht.

Claims

Ansprüche
1. Batteriezelle (10), insbesondere Lithiumionen-Batteriezelle, mit einem Zellgehäuse (1), dadurch gekennzeichnet, dass eine erste elektrische Isolationsschicht (9a) zumindest teilweise auf die Außenfläche des Zellgehäuses (1) aufgebracht ist, welche die Batteriezelle (10) vor Kühlmedien mit einem Widerstand kleiner als 1010 0*m, insbesondere einem Wasser-Glykol-Gemisch, abschirmt, sodass die
Batteriezelle (10) direkt von dem Kühlmedium, insbesondere dem Wasser-Glykol- Gemisch, umströmt werden kann.
2. Batteriezelle (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste
elektrische Isolationsschicht (9a) ein unverstärktes Polypropylen, ein Acrylnitril- Butadien-Styrol-Copolymer und/oder ein Polyethylenterephthalat umfasst.
3. Batteriezelle (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die elektrische Isolationsschicht (9) mehrschichtig aufgebaut ist.
4. Batteriezelle (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriezelle (10) eine zweite Isolationsschicht (9b) aufweist, welche zwischen der Außenfläche des Zellgehäuses (1) und der ersten Isolationsschicht (9a) angeordnet ist und Aluminium umfasst.
5. Batteriezelle (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriezelle (10) eine dritte Isolationsschicht (9c) aufweist, welche zwischen der Außenfläche des Zellgehäuses (1) und der zweiten Isolationsschicht (9b) angeordnet ist und ein Polypropylen, ein Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymer, ein Polyethylenterephthalat und/oder ein Polyamid umfasst.
6. Batteriezelle (10) nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriezelle (10) eine vierte Isolationsschicht (9d) aufweist, welche zwischen der Außenfläche des Zellgehäuses (1) und einer der Isolationsschichten (9a, 9b, 9c) angeordnet ist und ein Glasfaservlies und/oder ein Kohlefasernetz umfasst.
7. Batteriezelle (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die elektrische Isolationsschicht (9) einstückig gefertigt ist, insbesondere durch Tiefziehen, Thermoformen, Spritzguss und/oder Laminieren.
8. Batteriezelle (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die elektrische Isolationsschicht (9) eine Dicke von 0,05-0,5 mm aufweist.
9. Batteriezelle (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die elektrische Isolationsschicht (9) auf einer Bodenwand (3a) des Zellgehäuses (1) und/oder auf zumindest einer Seitenwand (3b) des
Zellgehäuses (1) und/oder zumindest teilweise auf einer Deckplatte (5) des
Zellgehäuses (1) aufgebracht ist.
10. Batteriezelle (10) nach Anspruch 9, wobei das Zellgehäuse (1) die Deckplatte (5) und einen Zellcontainer (3), welcher die Bodenwand (3a) und die zumindest eine
Seitenwand (3b) umfasst, aufweist, und wobei der Zellcontainer (3) eine Öffnung aufweist, welche durch die Deckpatte (5) verschließbar ist und wobei die Deckplatte (5) umlaufend größere Abmessungen aufweist als der Rand der Seitenwände (3b), welcher die Öffnung des Zellcontainers (3) begrenzt, dadurch gekennzeichnet dass die elektrische Isolationsschicht (9) auf der Bodenwand (3a) und der zumindest einen Seitenwand (3b) des Zellgehäuses (1) sowie auf den in Richtung des Zellcontainers (3) weisenden über den Rand der zumindest einen Seitenwand (3b) überstehenden Teil (5a) der Deckplatte (5), aufgebracht ist.
11. Batterie mit einem Batteriegehäuse, umfassend zumindest zwei Batteriezellen (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriezellen (10) derart in der Batterie angeordnet sind, dass die elektrische Isolationsschicht (9) auf allen in das Batteriegehäuse hineinragenden Außenflächen des Zellgehäuses (1) aufgebracht ist und die Außenflächen des Zellgehäuses (1), auf welche keine elektrische Isolationsschicht (9) aufgebracht ist, insbesondere die von der Batteriezelle (10) weg weisende Oberfläche der Deckplatte (5) des Zellgehäuses (1) aus dem Batteriegehäuse herausragen, und, dass ein Kühlmedium mit einem Widerstand kleiner als 1010 0*m, insbesondere ein Wasser-Glykol-Gemisch in das Innere des Batteriegehäuses einbringbar ist, sodass die Batteriezellen (10) von diesem umströmt werden.
12. Verwendung einer Batteriezelle (10) nach einem der Ansprüche 1-10 und/oder einer Batterie nach Anspruch 11 in einem Elektrofahrzeug, in einem
Hybridfahrzeug oder in einem Plug-In-Hybridfahrzeug.
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