WO2014012715A1 - Batteriezelle und verfahren zum verschliessen der batteriezelle - Google Patents

Batteriezelle und verfahren zum verschliessen der batteriezelle Download PDF

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WO2014012715A1
WO2014012715A1 PCT/EP2013/062080 EP2013062080W WO2014012715A1 WO 2014012715 A1 WO2014012715 A1 WO 2014012715A1 EP 2013062080 W EP2013062080 W EP 2013062080W WO 2014012715 A1 WO2014012715 A1 WO 2014012715A1
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housing cover
cell
cover
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PCT/EP2013/062080
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Andreas Eichendorf
Martin Zywietz
Rene Deponte
Bernhard Gossen
Markus Feigl
Anselm Berg
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Robert Bosch Gmbh
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Definitions

  • the present invention relates to a battery cell having a cell case having a case container and a case lid, two electrodes disposed in an inside portion of the case case, an electrolyte material disposed in the inside portion of the case case and surrounding the electrodes, and two electrical contacts each electrically coupled to one of the electrodes and extending from the interior of the housing container through the housing cover into an area outside the cell housing.
  • the present invention relates to a method for closing a
  • Battery cell wherein the battery cell, a cell housing having a housing container and a housing cover, two electrodes, which in an inner region of the
  • Housing container are arranged, an electrolyte material, which is arranged in the inner region of the housing container and surrounding the electrodes, and two electrical
  • a battery cell is an electrochemical energy store and an energy converter. When discharging the battery, stored chemical energy is transferred through a
  • the electrical energy can be used by a consumer that is electrically coupled to the battery.
  • the battery additionally serves as an energy store for the electric drive of the motor vehicle.
  • the batteries used in motor vehicles eg lithium-ion batteries
  • the batteries used in motor vehicles often have a prismatic shape for reasons of volumetric efficiency.
  • a flat-pressed coil which is rolled out of an aluminum foil, a copper foil, as well as two plastic or ceramic foils serving as diaphragms.
  • the aluminum foil and the copper foil with reactive cathode and
  • the housing is filled after introduction of the coil and before the pressure-tight closure with a liquid electrolyte.
  • the cathode and anode foil of the coil are not precisely matched, but slightly offset one above the other to allow electrical contact between the two films.
  • the negative voltage at the one narrow side of the winding, and the positive voltage at the other, opposite the narrow side can be picked up on the respective film.
  • the contacting of the projecting film strips takes place with welded strip-shaped sheet metal parts made of copper and / or aluminum, the so-called current collectors.
  • the cell housing of a battery usually has a housing container and a housing cover which, for example, are made of aluminum or stainless steel.
  • the tightness of the current feed through the cell housing must be ensured.
  • the outgassing of the electrolyte material in the cell housing into the environment must be prevented.
  • the cell housing should be able to absorb mechanical loads (mainly internal pressure and compressive forces created by clamping multiple battery cells to a cell module) that act on the cell housing without further damage. Since a large number of battery cells are used in a motor vehicle, a cost-effective solution for sealing the cell housing and for absorbing mechanical loads at the interface of the housing container to the housing cover is desirable.
  • Laser welding seam consists in the fact that so-called Sch thoroughwülste (Sch dipholzorulfe) can arise during the welding process. These beads of sweat prevent a conclusive Concern of the battery cells to each other. Due to the fact that the outer surfaces of the battery cells are not abutting each other over the entire surface, a correct mounting of the battery cells to a cell module can not be guaranteed. Furthermore, the cell housing may deform due to the heat generated by the welding process. This deformation additionally negatively affects the assembly of the
  • the present invention therefore provides a battery cell having a cell case having a case container and a case lid, two electrodes disposed in an inside portion of the case case, an electrolyte material disposed in the inside portion of the case case and surrounding the electrodes. and two electrical contacts, each electrically coupled to one of the electrodes and extending from the interior of the housing container through the housing cover into an area outside the cell housing, the housing cover having an overlap region at an outer edge in which the housing cover and Edge region of the housing container are arranged parallel to each other, wherein in the overlap region a flanged seam is formed to close the cell housing.
  • the present invention provides a method of sealing a battery cell, wherein the battery cell comprises a cell case having a case container and a case lid, two electrodes disposed in an inner portion of the cell
  • Housing container are arranged, an electrolyte material which is disposed in the inner region of the housing container and surrounding the electrodes, and two electrical contacts, which are each electrically coupled to one of the electrodes and from the inner region of the housing container through the housing cover in an area outside the cell housing extending, wherein the housing cover is arranged on the housing container such that an outer edge of the housing cover and an edge region of the housing container are arranged in an overlap region parallel to each other and wherein a flanged seam by crimping the
  • Housing cover and the housing container is formed in the overlap region to close the cell housing.
  • a crimping of the housing cover and the housing container is understood to mean that the housing cover and the housing container are bent together.
  • the outer surfaces of the battery cells can lie against each other in a bracing of several battery cells to form a cell module. This allows a correct installation of a cell module.
  • the flanged seam has a high mechanical stability. As a result, high mechanical loads can be absorbed by the battery cell without damaging the connection between the housing container and the housing cover. In addition, the flanged seam can be produced very easily and inexpensively.
  • the Bördennaht is formed by crimping the housing cover and the housing container in the overlap region.
  • the housing cover and the housing container are arranged substantially parallel to one another.
  • the flanged seam by a common bending of the housing cover and the housing container in the
  • Housing container and the housing cover are reliably closed. In a further embodiment, between the housing cover and the
  • Housing container disposed at least in the overlap region a plastic layer.
  • the battery cell By clamping the plastic layer between the housing cover and the housing container, the battery cell can be sealed even better and more reliable become. Thus, for example, it can be prevented that the electrolyte material in the battery cell leaks out of the battery cell.
  • an outer circumferential surface of the flanged seam is formed by a part of the housing container.
  • the flanged seam is formed by crimping the housing cover and the housing container in the direction of a housing cover center or in the direction of the housing cover.
  • the hemming seam is executed in the overlapping area.
  • an outer circumferential surface of the flanged seam is formed by a part of the housing cover.
  • the hemming seam is produced by crimping the housing cover and the housing container in a direction away from the housing cover center or in the direction of the housing container.
  • the housing container is bent so that the outer surfaces of several battery cells flush
  • Flaring seam essentially with a lateral housing wall of the cell housing.
  • Housing cover center is made opposite direction, it is ensured that the outer peripheral surface of the flanged seam with a side housing wall of the
  • Cell housing is aligned. As a result, a full-surface juxtaposition of the outer surfaces of the battery cells is ensured. This allows a correct mounting of the battery cells to a cell module.
  • Flaring seam formed a bead.
  • a repeated stiffening of the flanged seam and thus the connection between the housing cover and the housing container can be achieved. This results in increased stability and reliability of the battery cell.
  • a plastic layer on the housing cover prior to arranging the housing cover on the housing container, a plastic layer on the
  • the plastic layer can be applied to the housing cover and / or the housing container.
  • the battery cell can be reliably sealed.
  • the leakage of electrolyte material from the battery cell is prevented.
  • the flanged seam is formed by bending over the overlapping area in the direction of the housing cover.
  • the housing cover and the housing container in the overlap region in the direction of the housing cover or the housing cover center is crimped.
  • no protruding beads are generated on the side walls of the housing.
  • the side surfaces of the battery cells are at a Montage to a
  • the flanged seam is formed by bending over the overlapping area in the direction of the housing container.
  • Battery cell are preferably bent so that the side surfaces of the cells can lie against each other in a full-scale in a bracing to a cell module.
  • Fig. 1 shows in schematic form a battery cell, which is closed according to the invention with a flanged seam
  • Fig. 2 shows various embodiments of the hemming seam
  • Fig. 3 is a diagram for explaining an embodiment of a
  • a battery cell is shown schematically and generally designated 10.
  • the battery cell 10 has a cell housing 12 with a housing container 14 and a housing cover 16.
  • a cell coil not shown in FIG. 1, which is rolled out of an aluminum foil, a copper foil and two plastic or ceramic foils serving as diaphragms.
  • Aluminum and copper foil are with active cathode and anode materials
  • an electrolyte material surrounding the electrodes of the cell coil.
  • the contacting of the electrodes of the cell coil via welded electrical contacts made of copper and / or aluminum.
  • the electrical contacts not shown in FIG. 1, extend from the electrodes arranged in the inner region of the housing container 14 through the housing cover 16 into an area outside the housing
  • the cell case 12 is reliably sealed. For example. It must be prevented that the electrolyte material in the cell housing 12 outgassed and thus in an area outside the cell
  • Battery cell 10 passes.
  • the cell housing 12 should be designed so that even high mechanical loads are absorbed without further damage can.
  • the mechanical loads arise, for example, by an internal pressure of
  • Battery cell 10 or by clamping a plurality of battery cells 10 to a cell module.
  • the functions of sealing and receiving mechanical loads place particularly high demands on the interface between the housing container 14 and the housing cover 16.
  • weld beads Furthermore, the heat generated by the welding process may deform the cell housing. This prevents the battery cells from lying flat against each other. Correct mounting to a cell module is therefore not possible.
  • the housing cover 16 therefore has, according to the invention, an overlapping region 18 on an outer edge, in which the housing cover 16 and an edge region of the housing container 14 are arranged parallel to one another.
  • the housing cover 16 and the housing container 14 are crimped in the overlapping area 18 and thus form a flanged seam 20.
  • the housing cover 16 and the housing container 14 are bent together in the overlapping area 18.
  • the hemming seam 20 in this embodiment by crimping the
  • housing cover 16 and the housing container 14 in the direction of a housing cover center 22 and formed in the direction of the housing cover 16.
  • the hemming seam 20 is designed so that an outer circumferential surface of the hemming seam 20 is substantially flush with the lateral housing walls 24 of the cell housing 12.
  • the lateral housing walls 24 of several battery cells 10 can be placed flat against each other.
  • FIG. 2 shows various embodiments of the hemming seam 20.
  • various forms of the hemming seam 20a are shown, which are shown at the top left in FIG.
  • FIG. 2 a shows an embodiment of the hemming seam 20 in which an outer peripheral surface of the hemming seam 20 is formed by a part of the housing container 14. This causes no disturbing beads on the lateral housing wall 24, which prevent a conclusive juxtaposition of the battery cells 10.
  • an outer peripheral surface of the hemming seam 20 is formed by a part of the housing cover 16. So that the outer peripheral surface of
  • Flaring seam 20 is substantially aligned with the lateral housing wall 24, the housing container 14 in the region of the flanged seam 20 has a bend 26.
  • the battery cells 10 can also be stacked plan in this embodiment plan and thus, for example, be braced correctly to a cell module.
  • FIGS. 2c and 2d essentially correspond to the embodiments described in FIGS. 2a and 2b.
  • the embodiments of FIGS. 2 c and 2 d additionally have a bead 28 which is formed in the housing cover 16 and adjacent to the hemming seam 20.
  • the bead 28 leads to a higher mechanical stability of the battery cell 10.
  • Fig. 3 is a diagram for explaining an embodiment of a
  • the method 30 is used to close the battery cell 10 by means of the hemming seam 20.
  • a step 32 first on the housing cover 16 and / or the
  • Housing container 14 disposed a plastic layer. This plastic layer is used for better sealing of the cell housing 12. This is the plastic layer
  • Plastic layer is arranged so that it is arranged after closing the cell housing 12 at least in the overlap region 18 between the housing cover 16 and the housing container 14.
  • the battery cell 10 can be reliably sealed. Leakage of electrolyte material is prevented.
  • the housing cover 16 is arranged on the housing container 14 such that an outer edge of the housing cover 16 and an edge region of the housing container 14 are arranged parallel to one another in the overlapping region 18.
  • the cell housing 12 is closed in a step 36 by the housing cover 16 and the housing container 14 are crimped in the overlap region 18.
  • the housing cover 16 By crimping is in the overlap region 18 a
  • Flaring seam 20 formed.
  • the hemming seam 20 by crimping the
  • Housing cover 16 and the housing container 14 are generated in the direction of the housing cover center 22 or in a direction away from the housing cover center 22 direction.
  • the bead 28 can be formed in the housing cover in order to increase the mechanical stability of the battery cell 10.

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Abstract

Die Erfindungbetrifft eine Batteriezelle (10) mit einem Zellgehäuse (12), das einen Gehäusebehälter (14) und einen Gehäusedeckel (16) aufweist, zwei Elektroden, die in einem Innenbereich des Gehäusebehälters (14) angeordnet sind, einem Elektrolytmaterial, das in dem Innenbereich des Gehäusebehälters (14) angeordnet ist und die Elektroden umgibt, und zwei elektrischen Kontakten, die jeweils mit einer der Elektroden elektrisch gekoppelt sind und sich von dem Innenbereich des Gehäusebehälters (14) durch den Gehäusedeckel (16) in einen Bereich außerhalb des Zellgehäuses (12) erstrecken, wobei der Gehäusedeckel (16) an einer Außenkante einen Überlappungsbereich (18) aufweist, in dem der Gehäusedeckel (16) und ein Randbereich des Gehäusebehälters (14) parallel zueinander angeordnet sind, wobei in dem Überlappungsbereich (18) eine Bördelnaht(20) gebildet ist, um das Zellgehäuse (12) zu verschließen.

Description

Beschreibung Titel
Batteriezelle und Verfahren zum Verschließen der Batteriezelle
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Batteriezelle mit einem Zellgehäuse, das einen Gehäusebehälter und einen Gehäusedeckel aufweist, zwei Elektroden, die in einem Innenbereich des Gehäusebehälters angeordnet sind, einem Elektrolytmaterial, das in dem Innenbereich des Gehäusebehälters angeordnet ist und die Elektroden umgibt, und zwei elektrischen Kontakten, die jeweils mit einer der Elektroden elektrisch gekoppelt sind und sich von dem Innenbereich des Gehäusebehälters durch den Gehäusedeckel in einen Bereich außerhalb des Zellgehäuses erstrecken.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Verschließen einer
Batteriezelle, wobei die Batteriezelle ein Zellgehäuse, das einen Gehäusebehälter und einen Gehäusedeckel aufweist, zwei Elektroden, die in einem Innenbereich des
Gehäusebehälters angeordnet sind, ein Elektrolytmaterial, das in dem Innenbereich des Gehäusebehälters angeordnet ist und die Elektroden umgibt, und zwei elektrische
Kontakte, die jeweils mit einer der Elektroden elektrisch gekoppelt sind und sich von dem Innenbereich des Gehäusebehälters durch den Gehäusedeckel in einen Bereich außerhalb des Zellgehäuses erstrecken, aufweist. Stand der Technik
Eine Batteriezelle ist ein elektrochemischer Energiespeicher und ein Energiewandler. Bei einer Entladung der Batterie wird gespeicherte chemische Energie durch eine
elektrochemische Reaktion in elektrische Energie umgewandelt. Die elektrische Energie kann von einem Verbraucher, der mit der Batterie elektrisch gekoppelt ist, genutzt werden.
In Kraftfahrzeugen dient eine Batterie u.a. dazu, Strom für die Scheinwerfer, die
Bordelektronik und für den Anlasser zum Starten des Verbrennungsmotors zu liefern. In Elektro- oder Hybridfahrzeugen dient die Batterie zusätzlich als Energiespeicher für den elektrischen Antrieb des Kraftfahrzeugs. Die in Kraftfahrzeugen eingesetzten Batterien (z.B. Lithium-Ionen-Akkus) weisen aus Gründen des Volumennutzwertes oftmals eine prismatische Form auf. Im Inneren des Gehäuses befindet sich ein flachgepresster Wickel, der aus einer Aluminiumfolie, einer Kupferfolie, sowie zwei als Diaphragmen dienenden Kunststoff- oder Keramikfolien gerollt wird. Dabei sind die Aluminiumfolie und die Kupferfolie mit reaktiven Kathoden- und
Anodenstoffen beschichtet. Das Gehäuse wird nach Einbringen des Wickels und vor dem druckdichten Verschluss mit einem flüssigen Elektrolyten befüllt.
Die Kathoden- und Anodenfolie des Wickels werden nicht passgenau, sondern leicht versetzt übereinander gelegt, um eine elektrische Kontaktierung der beiden Folien zu ermöglichen. So lässt sich an der einen offenen Schmalseite des Wickels die negative, an der anderen, gegenüberliegenden Schmalseite die positive Spannung an der jeweiligen Folie abgreifen. Die Kontaktierung der überstehenden Folienstreifen erfolgt mit angeschweißten streifenförmigen Blechteilen aus Kupfer und/oder Aluminium, den so genannten Stromkollektoren. Das Zellgehäuse einer Batterie weist üblicherweise einen Gehäusebehälter und einen Gehäusedeckel auf, die bspw. aus Aluminium oder Edelstahl hergestellt sind. Bei der Kontaktierung der oben genannten Stromkollektoren im Inneren des Zellgehäuses und bei der Durchführung der Strompfade durch das Gehäuse hindurch nach draußen sind verschiedene Aspekte zu beachten. So müssen die Strompfade zunächst gegenüber dem metallischen Zellgehäuse elektrisch isoliert werden. Des
Weiteren muss die Dichtheit der Stromdurchführung durch das Zellgehäuse sichergestellt werden. Insbesondere muss bspw. das Ausgasen des in dem Zellgehäuse befindlichen Elektrolytmaterials in die Umwelt verhindert werden. Außerdem sollte das Zellgehäuse mechanische Lasten (hauptsächlich einen Innendruck und Druckkräfte, die durch das Verspannen von mehreren Batteriezellen zu einem Zellmodul entstehen), die auf das Zellgehäuse einwirken, ohne weitere Beschädigungen aufnehmen können. Da in einem Kraftfahrzeug eine große Anzahl von Batteriezellen zum Einsatz kommt, ist eine kostengünstige Lösung für das Abdichten des Zellgehäuses sowie für die Aufnahme von mechanischen Lasten an der Schnittstelle des Gehäusebehälters zu dem Gehäusedeckel wünschenswert.
Bei bekannten Batteriezellen werden der Gehäusebehälter und der Gehäusedeckel mittels einer Laserschweißnaht verbunden. Die Laserschweißnaht übernimmt dabei auch die Funktion des Abdichtens des Zellgehäuses. Die Problematik bei einer
Laserschweißnaht besteht darin, dass beim Schweißprozess so genannte Schweißwülste (Schweißaufwürfe) entstehen können. Diese Schweißwülste verhindern ein schlüssiges Anliegen der Batteriezellen zueinander. Aufgrund der Tatsache, dass die Außenflächen der Batteriezellen nicht vollflächig aneinanderliegen, kann ein korrektes Montieren der Batteriezellen zu einem Zellmodul nicht gewährleistet werden. Des Weiteren kann sich das Zellgehäuse durch die Hitzeeinwirkung, die durch den Schweißprozess entsteht, verformen. Diese Verformung wirkt sich zusätzlich negativ auf die Montage der
Batteriezellen aus.
Offenbarung der Erfindung Die vorliegende Erfindung stellt daher eine Batteriezelle mit einem Zellgehäuse, das einen Gehäusebehälter und einen Gehäusedeckel aufweist, zwei Elektroden, die in einem Innenbereich des Gehäusebehälters angeordnet sind, einem Elektrolytmaterial, das in dem Innenbereich des Gehäusebehälters angeordnet ist und die Elektroden umgibt, und zwei elektrischen Kontakten, die jeweils mit einer der Elektroden elektrisch gekoppelt sind und sich von dem Innenbereich des Gehäusebehälters durch den Gehäusedeckel in einen Bereich außerhalb des Zellgehäuses erstrecken, bereit, wobei der Gehäusedeckel an einer Außenkante einen Überlappungsbereich aufweist, in dem der Gehäusedeckel und ein Randbereich des Gehäusebehälters parallel zueinander angeordnet sind, wobei in dem Überlappungsbereich eine Bördelnaht gebildet ist, um das Zellgehäuse zu verschließen.
Ferner stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Verschließen einer Batteriezelle bereit, wobei die Batteriezelle ein Zellgehäuse, das einen Gehäusebehälter und einen Gehäusedeckel aufweist, zwei Elektroden, die in einem Innenbereich des
Gehäusebehälters angeordnet sind, ein Elektrolytmaterial, das in dem Innenbereich des Gehäusebehälters angeordnet ist und die Elektroden umgibt, und zwei elektrische Kontakte, die jeweils mit einer der Elektroden elektrisch gekoppelt sind und sich von dem Innenbereich des Gehäusebehälters durch den Gehäusedeckel in einen Bereich außerhalb des Zellgehäuses erstrecken, aufweist, wobei der Gehäusedeckel auf dem Gehäusebehälter derart angeordnet wird, dass eine Außenkante des Gehäusedeckels und ein Randbereich des Gehäusebehälters in einem Überlappungsbereich parallel zueinander angeordnet sind und wobei eine Bördelnaht durch Bördeln des
Gehäusedeckels und des Gehäusebehälters in dem Überlappungsbereich gebildet wird, um das Zellgehäuse zu verschließen. lm Sinne der vorliegenden Erfindung wird unter einem Bördeln des Gehäusedeckels und des Gehäusebehälter verstanden, dass der Gehäusedeckel und der Gehäusebehälter gemeinsam miteinander verbogen werden. Vorteile der Erfindung
Durch das Bördeln im Überlappungsbereich werden im Gegensatz zu einem
Schweißprozess keine Wülste oder Aufwürfe erzeugt. Damit können die Außenflächen der Batteriezellen bei einer Verspannung von mehreren Batteriezellen zu einem Zellmodul plan aneinanderliegen. Dies ermöglicht eine korrekte Montage eines Zellmoduls.
Des Weiteren entsteht bei dem Bördelprozess keine relevante Wärme, die zu einer Verformung des Zellgehäuses führen könnte. Dadurch wird zusätzlich sichergestellt, dass die Außenflächen der Batteriezellen vollflächig aneinanderliegen können.
Außerdem weist die Bördelnaht eine hohe mechanische Stabilität auf. Dadurch können von der Batteriezelle hohe mechanische Lasten aufgenommen werden, ohne dass die Verbindung zwischen dem Gehäusebehälter und dem Gehäusedeckel beschädigt wird. Zudem kann die Bördelnaht sehr einfach und kostengünstig hergestellt werden.
Von besonderem Vorzug ist es, wenn die Bördennaht durch Bördeln des Gehäusedeckels und des Gehäusebehälters in dem Überlappungsbereich gebildet ist.
In dem Überlappungsbereich sind der Gehäusedeckel und der Gehäusebehälter im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet. Dabei wird die Bördelnaht durch ein gemeinsames Verbiegen des Gehäusedeckels und des Gehäusebehälters in dem
Überlappungsbereich hergestellt. Somit kann die Schnittstelle zwischen dem
Gehäusebehälter und dem Gehäusedeckel zuverlässig verschlossen werden. In einer weiteren Ausführungsform ist zwischen dem Gehäusedeckel und dem
Gehäusebehälter zumindest in dem Überlappungsbereich eine Kunststoffschicht angeordnet.
Durch das Einklemmen der Kunststoffschicht zwischen dem Gehäusedeckel und dem Gehäusebehälter kann die Batteriezelle noch besser und zuverlässiger abgedichtet werden. Somit kann bspw. verhindert werden, dass das in der Batteriezelle befindliche Elektrolytmaterial aus der Batteriezelle austritt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist eine äußere Umfangsfläche der Bördelnaht durch einen Teil des Gehäusebehälters gebildet.
In dieser Ausführungsform wird die Bördelnaht durch ein Bördeln des Gehäusedeckels und des Gehäusebehälters in Richtung einer Gehäusedeckelmitte bzw. in Richtung des Gehäusedeckels gebildet. Dabei ist die Bördelnaht in dem Überlappungsbereich ausgeführt.
In einer weiteren Ausführungsform ist eine äußere Umfangsfläche der Bördelnaht durch einen Teil des Gehäusedeckels gebildet. In dieser Ausführungsform wird die Bördelnaht durch ein Bördeln des Gehäusedeckels und des Gehäusebehälters in einer von der Gehäusedeckelmitte abgewandten Richtung bzw. in Richtung des Gehäusebehälters erzeugt. Vorzugsweise wird der Gehäusebehälter so gebogen, dass die Außenflächen von mehreren Batteriezellen bündig
aneinanderliegen können.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform fluchtet die äußere Umfangsfläche der
Bördelnaht im Wesentlichen mit einer seitlichen Gehäusewand des Zellgehäuses.
Unabhängig davon, ob die Bördelnaht durch ein Bördeln des Gehäusedeckels und des Gehäusebehälters in Richtung der Gehäusedeckelmitte oder in einer von der
Gehäusedeckelmitte abgewandten Richtung hergestellt ist, wird sichergestellt, dass die äußere Umfangsfläche der Bördelnaht mit einer seitlichen Gehäusewand des
Zellgehäuses fluchtet. Dadurch wird ein vollflächiges Aneinanderliegen der Außenflächen der Batteriezellen gewährleistet. Dies ermöglicht eine korrekte Montage der Batteriezellen zu einem Zellmodul.
In einer weiteren Ausführungsform ist in dem Gehäusedeckel benachbart zu der
Bördelnaht eine Sicke ausgebildet. Durch die Sicke kann eine nochmalige Versteifung der Bördelnaht und damit der Verbindung zwischen dem Gehäusedeckel und dem Gehäusebehälter erreicht werden. Damit ergibt sich eine erhöhte Stabilität und Zuverlässigkeit der Batteriezelle. In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird vor dem Anordnen des Gehäusedeckels auf dem Gehäusebehälter eine Kunststoffschicht auf dem
Gehäusedeckel und/oder dem Gehäusebehälter zumindest in dem Überlappungsbereich derart angeordnet, dass die Kunststoffschicht nach dem Verschließen des Zellgehäuses zwischen dem Gehäusedeckel und dem Gehäusebehälter angeordnet ist.
Die Kunststoffschicht kann auf dem Gehäusedeckel und/oder dem Gehäusebehälter aufgebracht werden. Damit kann die Batteriezelle zuverlässig abgedichtet werden. Das Austreten von Elektrolytmaterial aus der Batteriezelle wird verhindert. Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird die Bördelnaht durch Umbiegen des Überlappungsbereichs in Richtung des Gehäusedeckels gebildet.
In dieser Ausführungsform wird der Gehäusedeckel und der Gehäusebehälter in dem Überlappungsbereich in Richtung des Gehäusedeckels bzw. der Gehäusedeckelmitte gebördelt. Damit werden an den seitlichen Gehäusewänden keine überstehenden Wülste erzeugt. Die Seitenflächen der Batteriezellen liegen bei einer Montage zu einem
Zellmodul plan aneinander.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird die Bördelnaht durch Umbiegen des Überlappungsbereichs in Richtung des Gehäusebehälters gebildet.
Hierbei werden der Gehäusedeckel und der Gehäusebehälter in dem
Überlappungsbereich in Richtung des Gehäusebehälters bzw. in einer von der
Gehäusedeckelmitte abgewandten Richtung gebördelt. Die Seitenflächen der
Batteriezelle werden dabei vorzugsweise derart gebogen, dass die Seitenflächen der Zellen bei einem Verspannen zu einem Zellmodul vollflächig aneinanderliegen können.
Es versteht sich, dass die Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung auch entsprechend auf das erfindungsgemäße Verfahren zutreffen bzw. anwendbar sind. Außerdem versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Fig. 1 zeigt in schematischer Form eine Batteriezelle, die erfindungsgemäß mit einer Bördelnaht verschlossen ist;
Fig. 2 zeigt verschiedene Ausführungsformen der Bördelnaht; und
Fig. 3 zeigt ein Diagramm zur Erläuterung einer Ausführungsform eines
erfindungsgemäßen Verfahrens.
Ausführungsformen der Erfindung
In Fig. 1 ist eine Batteriezelle schematisch dargestellt und generell mit 10 bezeichnet. Die Batteriezelle 10 weist ein Zellgehäuse 12 mit einem Gehäusebehälter 14 und einem Gehäusedeckel 16 auf. Im Inneren des Zellgehäuses 12 befindet sich bspw. ein in Fig. 1 nicht dargestellter Zellwickel, der aus einer Aluminiumfolie, aus einer Kupferfolie sowie zwei als Diaphragmen dienenden Kunststoff- oder Keramikfolien gerollt wird. Die
Aluminium- und die Kupferfolie sind mit aktiven Kathoden- und Anodenstoffen
beschichtet. Außerdem befindet sich in einem Innenbereich des Gehäusebehälters 14 bspw. ein Elektrolytmaterial, das die Elektroden des Zellwickels umgibt. Die Kontaktierung der Elektroden des Zellwickels erfolgt über angeschweißte elektrische Kontakte aus Kupfer und/oder Aluminium. Die in Fig. 1 nicht dargestellten elektrischen Kontakte erstrecken sich von den im Innenbereich des Gehäusebehälters 14 angeordneten Elektroden durch den Gehäusedeckel 16 bis in einen Bereich außerhalb des
Zellgehäuses 12.
Bei der Konstruktion der Batteriezelle 10 ist zu beachten, dass das Zellgehäuse 12 zuverlässig abgedichtet wird. Bspw. muss verhindert werden, dass das im Zellgehäuse 12 befindliche Elektrolytmaterial ausgast und damit in einen Bereich außerhalb der
Batteriezelle 10 gelangt. Außerdem sollte das Zellgehäuse 12 so konstruiert sein, dass auch hohe mechanische Lasten ohne weitere Beschädigungen aufgenommen werden können. Die mechanischen Lasten entstehen z.B. durch einen Innendruck der
Batteriezelle 10 oder auch durch ein Verspannen von mehreren Batteriezellen 10 zu einem Zellmodul. Die Funktionen des Abdichtens und der Aufnahme von mechanischen Lasten stellen insbesondere hohe Anforderungen an die Schnittstelle zwischen dem Gehäusebehälter 14 und dem Gehäusedeckel 16.
Bei bekannten Batteriezellen werden der Gehäusebehälter 14 und der Gehäusedeckel 16 miteinander verschweißt, um die oben genannten Anforderungen erfüllen zu können. Allerdings bilden sich bei dem Schweißprozess üblicherweise so genannte
Schweißwülste. Des Weiteren kann sich durch die Hitze, die durch den Schweißprozess entsteht, das Zellgehäuse verformen. Dadurch wird verhindert, dass die Batteriezellen plan aneinanderliegen können. Eine korrekte Montage zu einem Zellmodul ist somit nicht möglich.
Der Gehäusedeckel 16 weist daher erfindungsgemäß an einer Außenkante einen Überlappungsbereich 18 auf, in dem der Gehäusedeckel 16 und ein Randbereich des Gehäusebehälters 14 parallel zueinander angeordnet sind. Der Gehäusedeckel 16 und der Gehäusebehälter 14 werden in dem Überlappungsbereich 18 gebördelt und bilden somit eine Bördelnaht 20. Mit anderen Worten, werden der Gehäusedeckel 16 und der Gehäusebehälter 14 in dem Überlappungsbereich 18 gemeinsam miteinander verbogen. Dabei ist die Bördelnaht 20 in diesem Ausführungsbeispiel durch Bördeln des
Gehäusedeckels 16 und des Gehäusebehälters 14 in Richtung einer Gehäusedeckelmitte 22 bzw. in Richtung des Gehäusedeckels 16 gebildet. Außerdem ist die Bördelnaht 20 so ausgeführt, dass eine äußere Umfangsfläche der Bördelnaht 20 im Wesentlichen mit den seitlichen Gehäusewänden 24 des Zellgehäuses 12 fluchtet. Damit können die seitlichen Gehäusewände 24 von mehreren Batteriezellen 10 plan aneinandergelegt werden.
Mehrere Batteriezellen 10 können somit ohne Probleme zu einem Zellmodul verspannt werden. Darüber hinaus kann in dem Überlappungsbereich 18 eine Kunststofffolie zwischen dem Gehäusedeckel 16 und dem Gehäusebehälter 14 eingeklemmt sein. Mithilfe dieser Kunststofffolie kann die Abdichtung des Zellgehäuses 12 verbessert werden. Das Elektrolytmaterial kann damit nicht aus dem Zellgehäuse 12 austreten. Außerdem führt die Bördelnaht 20 zu einer zusätzlichen mechanischen Versteifung des Zellgehäuses 12 und damit zu einer höheren Stabilität gegenüber mechanischen Lasten, die z.B. beim Stapeln der Batteriezellen 10 entstehen können. Fig. 2 zeigt verschiedene Ausführungsformen der Bördelnaht 20. Insbesondere sind verschiedene Ausprägungen der Bördelnaht 20a dargestellt, die links oben in der Fig. 1 gezeigt ist. Die in Fig. 2 beschriebenen Ausführungsformen der Bördelnaht 20a können jedoch auch analog auf die Bördelnaht 20b aus Fig. 1 angewendet werden. In der Fig. 2a ist eine Ausführungsform der Bördelnaht 20 gezeigt, bei der eine äußere Umfangsfläche der Bördelnaht 20 durch einen Teil des Gehäusebehälters 14 gebildet ist. Damit entstehen an der seitlichen Gehäusewand 24 keine störenden Wülste, die ein schlüssiges Aneinanderlegen der Batteriezellen 10 verhindern. Bei der Ausführungsform der Bördelnaht 20 aus Fig. 2b ist eine äußere Umfangsfläche der Bördelnaht 20 durch einen Teil des Gehäusedeckels 16 gebildet. Damit die äußere Umfangsfläche der
Bördelnaht 20 im Wesentlichen mit der seitlichen Gehäusewand 24 fluchtet, weist der Gehäusebehälter 14 im Bereich der Bördelnaht 20 eine Biegung 26 auf. Somit können die Batteriezellen 10 auch in dieser Ausführungsform plan aufeinandergestapelt werden und damit bspw. korrekt zu einem Zellmodul verspannt werden.
Die in Fig. 2c und Fig. 2d dargestellten Ausführungsformen entsprechen im Wesentlichen den Ausführungsformen, die bei den Figuren 2a und 2b beschrieben wurden. Allerdings weisen die Ausführungsformen aus den Figuren 2c und 2d zusätzlich eine Sicke 28 auf, die in dem Gehäusedeckel 16 und benachbart zu der Bördelnaht 20 ausgebildet ist. Die Sicke 28 führt zu einer höheren mechanischen Stabilität der Batteriezelle 10.
Mechanische Lasten, die z.B. beim Stapeln der Batteriezellen 10 entstehen, können besser aufgenommen werden.
In Fig. 3 ist ein Diagramm zur Erläuterung einer Ausführungsform eines
erfindungsgemäßen Verfahrens 30 dargestellt. Das Verfahren 30 dient zum Verschließen der Batteriezelle 10 mittels der Bördelnaht 20.
In einem Schritt 32 wird zunächst auf dem Gehäusedeckel 16 und/oder dem
Gehäusebehälter 14 eine Kunststoffschicht angeordnet. Diese Kunststoffschicht dient zum besseren Abdichten des Zellgehäuses 12. Dazu ist die Kunststoffschicht
vorzugsweise in dem Überlappungsbereich 18 angeordnet. Zusätzlich kann die Kunststoffschicht auch in anderen Bereichen des Gehäusedeckels 16 und des
Gehäusebehälters 14 aufgebracht werden. Dabei ist zu beachten, dass die
Kunststoffschicht so angeordnet wird, dass sie nach dem Verschließen des Zellgehäuses 12 zumindest in dem Überlappungsbereich 18 zwischen dem Gehäusedeckel 16 und dem Gehäusebehälter 14 angeordnet ist. Somit kann die Batteriezelle 10 zuverlässig abgedichtet werden. Ein Austreten von Elektrolytmaterial wird verhindert.
In einem Schritt 34 wird der Gehäusedeckel 16 auf dem Gehäusebehälter 14 derart angeordnet, dass eine Außenkante des Gehäusedeckels 16 und ein Randbereich des Gehäusebehälters 14 in dem Überlappungsbereich 18 parallel zueinander angeordnet sind.
Anschließend wird das Zellgehäuse 12 in einem Schritt 36 verschlossen, indem der Gehäusedeckel 16 und der Gehäusebehälter 14 in dem Überlappungsbereich 18 gebördelt werden. Durch das Bördeln wird in dem Überlappungsbereich 18 eine
Bördelnaht 20 gebildet. Dabei kann die Bördelnaht 20 durch ein Bördeln des
Gehäusedeckels 16 und des Gehäusebehälters 14 in Richtung der Gehäusedeckelmitte 22 oder in einer von der Gehäusedeckelmitte 22 abgewandten Richtung erzeugt werden. Zusätzlich kann in dem Gehäusedeckel die Sicke 28 ausgebildet werden, um die mechanische Stabilität der Batteriezelle 10 zu erhöhen.

Claims

Ansprüche 1 . Batteriezelle (10), mit:
- einem Zellgehäuse (12), das einen Gehäusebehälter (14) und einen Gehäusedeckel (16) aufweist,
- zwei Elektroden, die in einem Innenbereich des Gehäusebehälters (14) angeordnet sind,
- einem Elektrolytmaterial, das in dem Innenbereich des Gehäusebehälters (14) angeordnet ist und die Elektroden umgibt, und
- zwei elektrischen Kontakten, die jeweils mit einer der Elektroden elektrisch gekoppelt sind und sich von dem Innenbereich des Gehäusebehälters (14) durch den
Gehäusedeckel (16) in einen Bereich außerhalb des Zellgehäuses (12) erstrecken, wobei der Gehäusedeckel (16) an einer Außenkante einen Überlappungsbereich (18) aufweist, in dem der Gehäusedeckel (16) und ein Randbereich des Gehäusebehälters (14) parallel zueinander angeordnet sind, wobei in dem Überlappungsbereich (18) eine Bördelnaht (20) gebildet ist, um das Zellgehäuse (12) zu verschließen.
2. Batteriezelle nach Anspruch 1 , wobei die Bördelnaht (20) durch Bördeln des
Gehäusedeckels (16) und des Gehäusebehälters (14) in dem Überlappungsbereich (18) gebildet ist.
3. Batteriezelle nach Anspruch 1 oder 2, wobei zwischen dem Gehäusedeckel (16) und dem Gehäusebehälter (14) zumindest in dem Überlappungsbereich (18) eine
Kunststoffschicht angeordnet ist.
4. Batteriezelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine äußere Umfangsfläche der Bördelnaht (20) durch einen Teil des Gehäusebehälters (14) gebildet ist.
5. Batteriezelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine äußere Umfangsfläche der Bördelnaht (20) durch einen Teil des Gehäusedeckels (16) gebildet ist.
6. Batteriezelle nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die äußere Umfangsfläche der Bördelnaht (20) im Wesentlichen mit einer seitlichen Gehäusewand (24) des
Zellgehäuses (12) fluchtet.
7. Batteriezelle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei in dem Gehäusedeckel (16) benachbart zu der Bördelnaht (20) eine Sicke (28) ausgebildet ist.
8. Verfahren (30) zum Verschließen einer Batteriezelle (10), wobei die Batteriezelle (10) ein Zellgehäuse (12), das einen Gehäusebehälter (14) und einen Gehäusedeckel (16) aufweist, zwei Elektroden, die in einem Innenbereich des Gehäusebehälters (14) angeordnet sind, ein Elektrolytmaterial, das in dem Innenbereich des Gehäusebehälters (14) angeordnet ist und die Elektroden umgibt, und zwei elektrische Kontakte, die jeweils mit einer der Elektroden elektrisch gekoppelt sind und sich von dem Innenbereich des Gehäusebehälters (14) durch den Gehäusedeckel (16) in einen Bereich außerhalb des Zellgehäuses (12) erstrecken, aufweist, wobei das Verfahren die Schritte aufweist:
- Anordnen des Gehäusedeckels (16) auf dem Gehäusebehälter (14) derart, dass eine Außenkante des Gehäusedeckels (16) und ein Randbereich des Gehäusebehälters (14) in einem Überlappungsbereich (18) parallel zueinander angeordnet sind, und
- Bilden einer Bördelnaht (20) durch Bördeln des Gehäusedeckels (16) und des
Gehäusebehälters (14) in dem Überlappungsbereich (18), um das Zellgehäuse (12) zu verschließen.
9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei vor dem Anordnen des Gehäusedeckels (16) auf dem Gehäusebehälter (14) eine Kunststoffschicht auf dem Gehäusedeckel (16) und/oder dem Gehäusebehälter (14) zumindest in dem Überlappungsbereich (18) derart angeordnet wird, dass die Kunststoffschicht nach dem Verschließen des Zellgehäuses (12) zwischen dem Gehäusedeckel (16) und dem Gehäusebehälter (14) angeordnet ist.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Bördelnaht (20) durch Umbiegen des Überlappungsbereichs (18) in Richtung des Gehäusedeckels (16) gebildet wird.
1 1. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Bördelnaht (20) durch Umbiegen des Überlappungsbereichs (18) in Richtung des Gehäusebehälters (14) gebildet wird.
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