WO2014040676A1 - Batterieeinzelzelle f?r eine hv-batterie - Google Patents

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battery
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Jens Meintschel
Dirk Schröter
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Daimler Ag
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Definitions

  • the invention relates to a battery single cell for a high-voltage battery according to the closer defined in the preamble of claim 1.
  • High-voltage batteries or high-performance batteries are known from the general state of the art. They are typically composed of a plurality of individual battery cells, which then together, for example, connected in series with each other, form the high-voltage battery. Such high-voltage batteries have a high power with a correspondingly high power density. They can be realized, for example, in lithium-ion technology. A typical application for such high performance or high voltage batteries is the use as a traction battery, for example in an electric vehicle or a hybrid vehicle. The high-voltage battery stores electric power in such a vehicle, which is then provided as sole or supplementary drive power available.
  • a blow-off which is also referred to as venting opening provided. This is normally closed by a layer of material and opens in the event of overpressure by destroying the
  • the material layer may be, for example, the material of a ⁇ outer shell of the unit battery cell, one which is provided by corresponding, for example, impressed notches or grooves with suitable predetermined breaking points. Additionally or alternatively, a membrane, for example made of metallic material or of plastic can be applied to the blow-off, which is then destroyed above a critical pressure inside the battery cell and the
  • they can be damaged, for example, by impact or shock during assembly or when used in a vehicle even in an accident of the vehicle with a corresponding deformation in the area of the battery individual cells.
  • the blow-off can open completely or partially, without this being necessary for security reasons.
  • the single cell battery is destroyed afterwards and must be exchanged correspondingly consuming and expensive. This represents a significant disadvantage both during assembly and during use in a vehicle, since in principle the risk of an accident can never be ruled out.
  • the object of the present invention is now to provide a single battery cell, which still ensures a high level of safety during operation, and which easier to handle and less prone to a possible
  • the outer shell is formed at least partially from a metallic material, wherein the portion is a part of the metallic material.
  • the metal formation also makes it possible for the section to be formed by a lug protruding over the contour of the metallic material at least once
  • the metallic material in the outer sheath of the single battery cell can be cup-shaped, flat or in the manner of a trough, for example, which can then easily be used to survive a single section during manufacture, which can then be used once or possibly several times be folded over and so passes as a protective shield over the trained in the outer shell exhaust opening
  • the production is extremely simple and efficient and ensures a
  • an electrode arrangement is designed in the form of a stack and is inserted between two enveloping plates, which simultaneously form their two poles.
  • Such a construction of the single cell battery as a so-called bipolar cell for example as a bipolar compassionflachzelle is particularly simple and efficient.
  • an electrode arrangement is formed as a winding and is arranged in a cup-shaped part of the outer shell.
  • Blow-off is formed in a lid for the cup-shaped member, wherein a tab of the material of the cup-shaped part is bent over the blow-off.
  • Electrode assembly is placed in the cup, which can serve in particular as one of the poles of the battery.
  • An electrolyte is filled and a lid with the bursting opening mounted therein serves as a blow-off opening for closing the
  • This cover can for example consist of a
  • the battery single cell according to the invention can be correspondingly simple, safe and reliable form. It is particularly suitable for constructing a battery of a plurality of such individual battery cells, wherein the battery individual cells are formed in lithium-ion technology.
  • the structure of the individual battery cells according to the invention enables the simple and cost-effective implementation of a high-voltage battery or high-performance battery of battery cells in lithium-ion technology.
  • the battery is therefore particularly suitable for use as a traction battery in a vehicle, such as a
  • Electric vehicle or a hybrid vehicle.
  • FIG. 1 shows a battery single cell in a possible embodiment according to the prior art in an exploded view
  • FIG. 2 shows the single battery cell according to the prior art from FIG. 1 in FIG.
  • Fig. 3 shows a possible embodiment of the single battery cell according to the invention in a representation analogous to the illustration in Fig. 2;
  • FIG. 4 shows a sectional illustration through a single battery cell according to FIG. 3 in a first possible embodiment
  • Fig. 5 is a sectional view through a single battery cell according to FIG. 3 in a
  • Fig. 6 is an illustration of a single battery cell in an alternative embodiment
  • 7 shows a detail from the illustration of the single battery cell according to FIG. 6 in FIG
  • FIG. 8 is a sectional view through a detail of the single battery cell according to FIG. 6.
  • a single battery cell 1 is shown in an embodiment according to the prior art in a possible variant.
  • Single battery cell 1 is constructed in the embodiment shown here as a so-called bipolar compassionflachzelle. It has a first cladding sheet 2 and a second cladding sheet 3, which in the embodiment shown here in each case
  • the two Hüllbleche 3, 4 form, as usual with bipolar compassionflachzellen, in addition to the outer shell of the battery single cell 1 at the same time their electrical poles. In the illustration of FIG. 1, this is indicated by a minus sign in the region of the first cover plate 2 and a plus sign in the region of the second cover plate 3.
  • Insulation frame or an insulating shell 8 inserted.
  • This serves to isolate the two cladding sheets 2, 3 against each other, so that essentially the flange area, which is crucial in this case as insulating shell 8 parts, which later come to rest between the mutually facing flanges of Hüllbleche 2, 3.
  • the insulation shells 8 can be laminated onto the cladding sheets 2, 3.
  • the enveloping sheets 2, 3 thus provided with the insulation shells 8 are then pressed against one another after the introduction of the electrode arrangement 6 and, if appropriate, the impregnation with electrolyte, for example under the effect of heat, and thus connected to one another.
  • the result is the structure shown in Figure 2.
  • Embodiment analogous to the representation in Figure 2 using the example of an assembled battery single cell 1 in the form of a bipolar compassionflachzelle an improved structure.
  • a section 13 in the form of a tab is over the material of the shell-shaped Hüllblechs 3 in the embodiment described above.
  • This tab-shaped portion 13 is then folded twice in the embodiment shown here and practically along the contour of the shell or of the flange bent so that a portion of the section 13 is parallel to the upper side surface 9 of the shell of the Hüllblechs 2, precisely in the area in which below the section 13, the blow-off opening 10 is arranged.
  • the section 13 is thereby bent over so that a small gap between the upper side surface 9 and the
  • the battery single cell 1 shown in Figure 3 is thus much easier and more efficient to use, for example during assembly. Also, with regard to a possible deformation, which may occur, for example, in the fully assembled battery in the event of an accident, if the battery is used in a vehicle, a protective effect for the blow-off opening 10 and the membrane 11 is achieved by the portion 13. In this way it can be ensured that the blow-off opening 10 normally only opens when this is necessary due to an overpressure for safety reasons.
  • FIG. 3 a cross section through the middle of the upper part of the single battery cell 1 can be seen again in the representation of FIG.
  • the two enveloping plates 2, 3 with the insulation shells 8, which are welded together in the region of flanges of the Hüllbleche 3, can be seen.
  • the section 13 is bent along the contour of the Hüllblechs 3 and secures the blow-off 10 against mechanical interference from above.
  • the membrane 11 extends with the groove 12 known from the representation of FIG. 2.
  • the distance of the section 13 must be selected such that a mechanical securing and stabilization of the area of the blow-off opening 10 is safe and reliable can take place and that at the same time the blowing off of gas in case of overpressure is still guaranteed.
  • FIG. 5 an alternative embodiment of the structure just described can be seen in a representation analogous to that in FIG. The only difference is that the membrane 11 is dispensed with. Rather, the blow-off opening 10 closes the material of the Hüllblechs 3 itself in the embodiment shown in Figure 5.
  • the region of the blow-off 10 is formed as a bursting opening and has a broken over the groove 14 material thickness broken Berstdeckel 15.
  • the material ruptures in the region of the groove 14 and the bursting lid 15 is at least partially separated from the remaining material of the Hüllblechs 2 and the blow-off opening 10 opens. This structure of the blow-off opening 10 is so in
  • Insulating frame to be bent.
  • the electrode arrangement which is not recognizable here, is designed as a winding and is accommodated in a cup-shaped component 16.
  • the cup-shaped component 16 is then closed by a cover 17, wherein through the lid 17 two poles 18, 19 of the single battery cell 1 protrude.
  • this is of secondary importance for the structure. It could just as well be provided that one of the poles protrudes through the cover 17 and the other is formed by the cup-shaped part 16 directly with.
  • the cup-shaped member 16 may be formed of a metallic material. In the illustration of Figure 6 can also be seen that at the
  • cup-shaped part 16 in turn, the portion 13 in the manner of a tab on the material of the cup-shaped member 16 is arranged beyond. In the illustration of Figure 6, this tab is bent along the lid 17.
  • the upper part of the single battery cell 1 is shown again in an enlarged detail in the representation of FIG.
  • the blow-off opening 10 which is formed via a Berstdeckel 15 with bursting groove 14 as a predetermined breaking point.
  • the portion 13 is located on the cup-shaped member 16 laterally adjacent to the blow-off opening 10 and, as shown in the illustration of Figure 6, after mounting the lid 17 on the Bleed opening 10 are bent to protect them mechanically in the manner of a protective shield.
  • Blow-off opening 10 is bent over the region of the blow-off opening 10.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Batterieeinzelzelle (1) für eine Hochvoltbatterie mit einer Außenhülle, einer Abblasöffnung (10), welche im Normalzustand durch eine Materialschicht (11, 15) verschlossen ist und sich im Falle eines Überdrucks durch zumindest teilweises Zerstören der Materialschicht (11, 15) öffnet. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Abschnitt (13) des Materials der Außenhülle auf der Außenseite der Abblasöffnung (10) so über dieser angeordnet ist, dass er diese mechanisch schützt, ohne beim Öffnen das Abströmen von Gas zu blockieren.

Description

Batterieeinzelzelle für eine HV-Batterie
Die Erfindung betrifft eine Batterieeinzelzelle für eine Hochvoltbatterie nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.
Hochvoltbatterien bzw. Hochleistungsbatterien sind aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt. Sie werden typischerweise aus einer Mehrzahl von Batterieeinzelzellen zusammengesetzt, welche dann insgesamt, beispielsweise in Reihe miteinander verschaltet, die Hochvoltbatterie ausbilden. Solche Hochvoltbatterien weisen eine große Leistung bei entsprechend hoher Leistungsdichte auf. Sie können beispielsweise in Lithium-Ionen-Technologie realisiert sein. Ein typischer Anwendungszweck für derartige Hochleistungs- oder Hochvoltbatterien ist dabei die Verwendung als Traktionsbatterie, beispielsweise in einem Elektrofahrzeug oder einem Hybridfahrzeug. Die Hochvoltbatterie speichert in einem solchen Fahrzeug elektrische Leistung, welche dann als alleinige oder ergänzende Antriebsleistung zur Verfügung gestellt wird.
Insbesondere für Anwendungen in Fahrzeugen ist es dabei wichtig, dass einerseits die Leistungsdichte und andererseits das Leistungsvolumen vergleichsweise hoch sind, sodass mit einer möglichst kleinen und leichten Batterie eine möglichst große elektrische Leistung gespeichert werden kann. Für solche Anwendungen ist daher häufig die
Ausbildung in Lithium-Ionen-Technologie favorisiert, da hierdurch eine hohe
Leistungsdichte und ein hohes Leistungsvolumen erzielt werden kann. Problematisch bei Batterieeinzelzellen in Lithium-Ionen-Technologie ist es jedoch, dass im Falle einer unerwünschten Fehlreaktion, beispielsweise bei einem Überladen, einem Kurzschluss oder dergleichen, eine unerwünschte exotherme Kettenreaktion der Zellchemie, ein sogenannter„thermal runaway" auftreten kann. Dies kann bis hin zu einem Brand oder einer Explosion führen. Um einer solchen Gefahr einfach und effizient entgegenzuwirken, ist es aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt und beispielsweise in
verschiedenen Ausführungsformen in der DE 10 2009 020 185 A1 oder auch in der DE 10 2008 013 188 A1 beschrieben, eine Abblasöffnung, welche auch als Venting-Öffnung bezeichnet wird vorzusehen. Dies ist im Normalzustand durch eine Materialschicht verschlossen ist und öffnet sich im Falle eines Überdrucks durch Zerstören der
Materialschicht. Die Materialschicht kann dabei beispielsweise das Material einer ~ Außenhülle der Batterieeinzelzelle sein, welches durch entsprechende beispielsweise eingeprägte Kerben bzw. Nuten mit geeigneten Sollbruchstellen versehen ist. Ergänzend oder alternativ dazu kann eine Membran beispielsweise aus metallischem Material oder aus Kunststoff auf die Abblasöffnung aufgebracht werden, welche dann oberhalb eines kritischen Überdrucks im Inneren der Batterieeinzelzelle zerstört wird und die
Abblasöffnung freigibt, sodass der Überdruck abgebaut werden kann.
Dieser Sicherheitsaspekt, eine Abblasöffnung vorzusehen, ist im Prinzip von Vorteil. Er hat jedoch beim Handling der Batterieeinzelzellen, beispielsweise bei der Montage der Batterieeinzelzellen zu der Gesamtbatterie, erhebliche Nachteile. Die Bereiche der Abblasöffnungen, welche das Innere im normalen Zustand dicht gegenüber der
Umgebung versiegeln müssen, sind als mechanisch geschwächte Bauteile der
Außenhülle empfindlich gegenüber mechanischen Beschädigungen beispielsweise bei einer unsachgemäßen Handhabung der Batterieeinzelzellen. Außerdem können sie beispielsweise durch Stöße oder Schläge während der Montage oder beim Einsatz in einem Fahrzeug auch bei einem Unfall des Fahrzeugs mit einer entsprechenden Deformation im Bereich der Batterieeinzelzellen beschädigt werden. Hierdurch kann sich die Abblasöffnung ganz oder teilweise öffnen, ohne dass dies aus Sicherheitsgründen notwendig wäre. Dennoch ist die Batterieeinzelzelle danach zerstört und muss entsprechend aufwändig und teuer ausgetauscht werden. Dies stellt einen erheblichen Nachteil sowohl bei der Montage als auch bei der Anwendung in einem Fahrzeug dar, da hier die Gefahr eines Unfalls grundsätzlich nie ausgeschlossen werden kann.
Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht nun darin, eine Batterieeinzelzelle anzugeben, welche nach wie vor eine hohe Sicherheit im Betrieb gewährleistet, und welche einfacher in der Handhabung und weniger anfällig gegen eine eventuelle
Beschädigung bei unsachgemäßer Handhabung oder Verformung der Batterieeinzelzelle ist. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Batterieeinzelzelle mit den Merkmalen im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen hiervon ergeben sich aus den abhängigen Unteransprüchen. Außerdem ist eine Batterie mit derartigen Batterieeinzelzellen im Anspruch 10 angegeben.
Bei der erfindungsgemäßen Batterieeinzelzelle ist es vorgesehen, dass ein Abschnitt des Materials der Außenhülle auf der Außenseite der Abblasöffnung so über der
Abblasöffnung angeordnet wird, dass der Abschnitt die Abblasöffnung mechanisch schützt, ohne das Abströmen von Gas bei geöffneter Abblasöffnung zu blockieren. Aus dem Material der Außenhülle der Batterieeinzelzelle wird erfindungsgemäß also ein entsprechender Abschnitt so geformt, dass er eine Art Schutzschild für die äußere Oberfläche der Abblasöffnung ausbildet. Die im Bereich der Abblasöffnung zur
Sicherstellung ihrer Funktionalität geschwächte Außenhülle der Batterieeinzelzelle wird durch diesen schildartigen Abschnitt, welcher die Abblasöffnung entsprechend überdeckt, geschützt. Hierdurch wird eine hohe mechanische Stabilität erreicht und die Gefahr einer eventuellen Beschädigung der Abblasöffnung beispielsweise durch mechanische
Beeinträchtigung von der Außenseite her wird minimiert, da der Abschnitt die
Abblasöffnung sicher und zuverlässig vor einer derartigen mechanischen Einwirkung schützt.
In einer besonders günstigen Weiterbildung der erfindungsgemäßen Batterieeinzelzelle ist dabei vorgesehen, dass die Außenhülle zumindest teilweise aus einem metallischen Material ausgebildet ist, wobei der Abschnitt ein Teil des metallischen Materials ist.
Hierdurch wird eine sehr einfache und sichere Ausführung des Abschnitts als
„Schutzschild" für die Abblasöffnung möglich. Durch die metallische Ausbildung entsteht ein sehr guter mechanischer Schutz. Die metallische Ausbildung ermöglicht dabei gemäß einer sehr günstigen Weiterbildung der erfindungsgemäßen Batterieeinzelzelle ferner, dass der Abschnitt durch eine über die Kontur des metallischen Materials überstehende wenigstens einmal abgekantete Lasche ausgebildet ist. Das metallische Material in der Außenhülle der Batterieeinzelzelle kann beispielsweise becherförmig, flächig oder in der Art einer Wanne ausgebildet sein. Über diese Kontur kann dann beispielsweise bei der Herstellung sehr einfach ein einzelner Abschnitt überstehen bleiben. Dieser kann dann einmal oder gegebenenfalls auch mehrfach abgekantet werden und gelangt so als Schutzschild über die im Bereich der Außenhülle ausgebildete Abblasöffnung. Dies ist in der Herstellung außerordentlich einfach und effizient und gewährleistet einen
kostengünstigen Aufbau.
Gemäß einer sehr günstigen Weiterbildung der erfindungsgemäßen Batterieeinzelzelle ist es dabei vorgesehen, dass eine Elektrodenanordnung in Form eines Stapels ausgebildet und zwischen zwei Hüllblechen, welche gleichzeitig ihre beiden Pole ausbilden, eingebracht ist. Ein solcher Aufbau der Batterieeinzelzelle als sogenannte bipolare Zelle, beispielsweise als bipolare Rahmenflachzelle, ist besonders einfach und effizient. Die typischerweise im Bereich eines Rahmens oder, im Falle einer schalenartigen Ausbildung der beiden Hüllbleche im Bereich einer der Seitenflächen, wenigstens einer der Schale ausgebildete Abblasöffnung, kann so einfach und effizient von einem überstehenden Abschnitt des Materials des jeweiligen Hüllblechs geschützt werden, welches
entsprechend abgekantet wird und parallel zu dem Rahmen oder der Seitenfläche im Falle eines schalenartigen Hüllblechs gebogen ist.
Ebenso ist es selbstverständlich denkbar, die Batterieeinzelzellen in einer alternativen Ausführungsform so auszubilden, dass eine Elektrodenanordnung als Wickel ausgebildet ist und in einem becherförmigen Teil der Außenhülle angeordnet wird. In einer
bevorzugten Weiterbildung hiervon kann es ferner vorgesehen sein, dass die
Abblasöffnung in einem Deckel für das becherförmige Bauteil ausgebildet ist, wobei eine Lasche des Materials des becherförmigen Teils über die Abblasöffnung gebogen wird. Dieser Aufbau, welcher lediglich eine nach oben über den Becher hinausstehende Lasche benötigt, kann sehr einfach und effizient realisiert werden. Die
Elektrodenanordnung wird in den Becher eingelegt, welcher insbesondere als einer der Pole der Batterie dienen kann. Ein Elektrolyt wird eingefüllt und ein Deckel mit der darin angebrachten Berstöffnung als Abblasöffnung dient zum Verschließen des
becherförmigen Gehäuses. Dieser Deckel kann beispielsweise aus einem
Kunststoffmaterial ausgebildet sein und eine Öffnung aufweisen, durch welche der andere Pol der Batterieeinzelzelle hindurchragt. Im Bereich dieses Deckels kann die Abblasöffnung durch eine eingebrachte Berstnut entsprechend vorbereitet sein. Nach dem Verschließen wird lediglich die überstehende Lasche des becherförmigen Bauteils über die Abblasöffnung gebogen und sicher diese in der Art eines Schutzschildes im Sinne der Erfindung. Die erfindungsgemäße Batterieeinzelzelle lässt sich entsprechend einfach, sicher und zuverlässig ausbilden. Sie ist insbesondere geeignet, um eine Batterie aus einer Mehrzahl derartiger Batterieeinzelzellen aufzubauen, wobei die Batterieeinzelzellen in Lithium- Ionen-Technologie ausgebildet sind. Der Aufbau der Batterieeinzelzellen im Sinne der Erfindung ermöglicht die einfache und kostengünstige Realisierung einer Hochvoltbatterie bzw. Hochleistungsbatterie aus Batterieeinzelzellen in Lithium-Ionen-Technologie. Durch den erfindungsgemäßen Aufbau wird eine hohe Sicherheit einerseits und eine einfache und kostengünstige Montage andererseits gewährleistet. Außerdem ist der Schutz vor einer mechanischen Beschädigung, beispielsweise bei einem Unfall, einem Verbiegen der Batterie oder dergleichen, sehr hoch. Die Batterie eignet sich daher insbesondere zum Einsatz als Traktionsbatterie in einem Fahrzeug, beispielsweise einem
Elektrofahrzeug oder einem Hybridfahrzeug.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Batterieeinzelzelle ergeben sich aus den restlichen abhängigen Unteransprüchen und werden anhand des
Ausführungsbeispiels deutlich, welches nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben ist.
Dabei zeigen:
Fig. 1 eine Batterieeinzelzelle in einer möglichen Ausführungsform gemäß dem Stand der Technik in einer Explosionsdarstellung;
Fig. 2 die Batterieeinzelzelle gemäß dem Stand der Technik aus Fig. 1 im
zusammengesetztem Zustand;
Fig. 3 eine mögliche Ausführungsform der Batterieeinzelzelle gemäß der Erfindung in einer Darstellung analog zur Darstellung in Fig. 2;
Fig. 4 eine Schnittdarstellung durch eine Batterieeinzelzelle gemäß Fig. 3 in einer ersten möglichen Ausführungsform;
Fig. 5 eine Schnittdarstellung durch eine Batterieeinzelzelle gemäß Fig. 3 in einer
zweiten möglichen Ausführungsform;
Fig. 6 eine Darstellung einer Batterieeinzelzelle in einer alternativen Ausführungsform; Fig. 7 ein Detail aus der Darstellung der Batterieeinzelzelle gemäß Fig. 6 im
teilmontierten Zustand; und
Fig. 8 eine Schnittdarstellung durch ein Detail der Batterieeinzelzelle gemäß Figur 6. In der Darstellung der Figur 1 ist eine Batterieeinzelzelle 1 in einer Ausführungsform gemäß dem Stand der Technik in einer möglichen Variante dargestellt. Die
Batterieeinzelzelle 1 ist in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel als sogenannte bipolare Rahmenflachzelle aufgebaut. Sie weist ein erstes Hüllblech 2 und ein zweites Hüllblech 3 auf, welche in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel jeweils
schalenförmig ausgebildet sind und zur elektrischen Kontaktierung im oberen Bereich jeweils zwei um 90 Grad abgekantete Kontaktfahnen 4 aufweisen. Um die
Batterieeinzelzelle 1 , welche in Lithium-Ionen-Technologie realisiert sein soll,
entsprechend kühlen zu können, weisen beide Hüllbleche 2, 3 an ihrem unteren Ende ebenfalls um 90 Grad abgekantete Kühlfahnen 5 auf. Die beiden Hüllbleche 3, 4 bilden, wie bei bipolaren Rahmenflachzellen üblich, neben der Außenhülle der Batterieeinzelzelle 1 gleichzeitig deren elektrische Pole aus. In der Darstellung der Figur 1 ist dies durch ein Minuszeichen im Bereich des ersten Hüllblechs 2 und ein Pluszeichen im Bereich des zweiten Hüllblechs 3 angedeutet.
In der Mitte der Darstellung in Figur 1 ist eine Elektrodenanordnung 6 in Form eines Stapels aus Elektroden und Separatoren zu erkennen. Diese Elektrodenanordnung 6 wird nun zwischen die beiden schalenförmig ausgewölbten Hüllbleche 2, 3 eingebracht und jeweils im Bereich eines Kontaktelements 7, von denen in der Darstellung der Figur 1 lediglich eines für das positive Hüllblech 3 zu erkennen ist, mit dem jeweiligen Hüllblech 2, 3 verbunden. In die schalenförmigen Hüllbleche 2, 3 wird zuvor jeweils ein
Isolationsrahmen bzw. eine Isolationsschale 8 eingelegt. Diese dient dazu, die beiden Hüllbleche 2, 3 gegeneinander zu isolieren, sodass im Wesentlichen der Flanschbereich, der in diesem Fall als Isolationsschale 8 ausgebildeten Teile entscheidend ist, welche später zwischen den einander zugewandten Flanschen der Hüllbleche 2, 3 zu liegen kommen. Insbesondere können die Isolationsschalen 8 auf die Hüllbleche 2, 3 auflaminiert sein. Die so mit den Isolationsschalen 8 versehenen Hüllbleche 2, 3 werden nach dem Einbringen der Elektrodenanordnung 6 und gegebenenfalls dem Tränken mit Elektrolyt dann beispielsweise unter Wärmeeinwirkung gegeneinander gepresst und so miteinander verbunden. Es entsteht der in Figur 2 dargestellte Aufbau.
Im Bereich der oberen Seitenfläche 9 der Schale des Hüllblechs 3 ist außerdem in der Darstellung der Figur 1 eine Abblasöffnung 10 zu erkennen. Diese Abblasöffnung 10 dient dazu, im Bedarfsfall, wenn sich aufgrund einer Überladung oder eines
Kurzschlusses oder gegebenenfalls auch einer anderen Störung, ein Überdruck im Bereich der Batterieeinzelzelle 1 ausbildet, diesen Überdruck abzubauen und somit eine exotherme Reaktion der Zellchemie zu verhindern. Im regulären Betrieb wird diese Abblasöffnung 10 dabei verschlossen, was bei dem in Figur 1 gezeigten Aufbau durch eine Membran 1 1 erfolgt, welche, wie es in der Darstellung der Figur 2 besser zu erkennen ist, Nuten 12 umfasst, welche das Material der Membran 11 entsprechen schwächen, sodass diese im Falle eines Überdrucks aufreißt und die Abblasöffnung 10 zumindest teilweise freigibt. Die die Batterieeinzelzelle 1 unter Überdruck setzenden Gase können so entweichen und eine exotherme Reaktion der Zellchemie wird verhindert. Nach dem Aufreißen der Membran 11 auf der Abblasöffnung 10, welche auch als Venting- Öffnung 10 bezeichnet wird, ist die Batterieeinzelzelle 1 dann zwar zerstört, eine kritische Reaktion, wie beispielsweise ein Brand, eine Explosion oder dergleichen ist jedoch verhindert worden.
Problematisch ist es nun, dass im Bereich der Abblasöffnung 10 und der Membran 11 bei dem in Figur 1 und Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel eine mechanische
Schwächung der Außenhülle der Batterieeinzelzelle 1 vorliegt. Diese mechanische Schwächung der Außenhülle der Batterieeinzelzelle 1 kann beispielsweise bei der Montage, bei einem Fallenlassen, oder bei der fertigen Batterie beispielsweise bei einem Unfall eines mit einer solchen Batterie ausgestatteten Fahrzeugs dazu führen, dass dieser Bereich aufgrund seiner verringerten mechanischen Stabilität geschädigt wird. Die Batterieeinzelzelle 1 ist dann nicht mehr abgedichtet und, ohne dass dies aus
Sicherheitsgründen notwendig war, zerstört.
Um dieser Problematik entgegenzuwirken, zeigt die in Figur 3 dargestellte
Ausführungsform analog zur Darstellung in Figur 2 am Beispiel einer zusammengebauten Batterieeinzelzelle 1 in Form einer bipolaren Rahmenflachzelle einen verbesserten Aufbau. Ein Abschnitt 13 in Form einer Lasche steht dabei über das Material des schalenförmigen Hüllblechs 3 in der bisher beschriebenen Ausführungsform über. Dieser laschenförmige Abschnitt 13 wird dann in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel zweifach abgekantet und praktisch entlang der Kontur der Schale bzw. des Flansches so umgebogen, dass ein Teil des Abschnitts 13 parallel zu der oberen Seitenfläche 9 der Schale des Hüllblechs 2 verläuft, und zwar genau in dem Bereich, in dem unter dem Abschnitt 13 die Abblasöffnung 10 angeordnet ist. Der Abschnitt 13 wird dabei so umgebogen, dass ein geringer Spalt zwischen der oberen Seitenfläche 9 und dem
Material des Abschnitts 13 verbleibt. Er bildet damit ein mechanisches„Schutzschild" für die Abblasöffnung 10 bzw. die auf der Abblasöffnung 10 angebrachte Membran 11.
Hierdurch wird diese vor mechanischen Beschädigungen geschützt. Die in Figur 3 dargestellte Batterieeinzelzelle 1 ist somit sehr viel einfacher und effizienter in der Handhabung, beispielsweise während der Montage. Auch hinsichtlich einer eventuellen Verformung, welche beispielsweise in der fertig montierten Batterie im Fall eines Unfalls, falls die Batterie in einem Fahrzeug eingesetzt wird, auftreten kann, wird durch den Abschnitt 13 eine Schutzwirkung für die Abblasöffnung 10 bzw. die Membran 11 erzielt. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass die Abblasöffnung 10 im Normalfall nur dann öffnet, wenn dies aufgrund eines Überdrucks aus Sicherheitsgründen notwendig ist.
Zur Verdeutlichung des in Figur 3 dargestellten Aufbaus ist in der Darstellung der Figur 4 nochmals ein Querschnitt durch die Mitte des oberen Teils der Batterieeinzelzelle 1 zu erkennen. Neben der Elektrodenanordnung 6 sind dabei die beiden Hüllbleche 2, 3 mit den Isolationsschalen 8, welche im Bereich von Flanschen der Hüllbleche 3 miteinander verschweißt sind, zu erkennen. Der Abschnitt 13 ist entlang der Kontur des Hüllblechs 3 gebogen und sichert die Abblasöffnung 10 gegen eine mechanische Beeinträchtigung von oben. Zwischen der Abblasöffnung 10 und dem Abschnitt 13 verläuft dabei die Membran 11 mit der aus der Darstellung der Figur 2 bekannten Nut 12. Der Abstand des Abschnitts 13 muss dabei so gewählt werden, dass eine mechanische Sicherung und Stabilisierung des Bereichs der Abblasöffnung 10 sicher und zuverlässig erfolgen kann und dass gleichzeitig das Abblasen von Gas im Falle eines Überdrucks weiterhin gewährleistet ist.
In der Darstellung der Figur 5 ist eine alternative Ausführungsform des soeben beschriebenen Aufbaus in einer Darstellung analog der in Figur 4 zu erkennen. Der einzige Unterschied besteht darin, dass auf die Membran 11 verzichtet wird. Vielmehr verschließt die Abblasöffnung 10 in dem in Figur 5 dargestellten Ausführungsbeispiel das Material des Hüllblechs 3 selbst. Über eine umlaufend eingebrachte Nut 14 ist der Bereich der Abblasöffnung 10 als Berstöffnung ausgebildet und weist einen über die durch die Nut 14 verringerte Materialstärke angebundenen Berstdeckel 15 auf. Im Falle eines Überdrucks reißt das Material im Bereich der Nut 14 auf und der Berstdeckel 15 wird zumindest teilweise vom restlichen Material des Hüllblechs 2 abgetrennt und die Abblasöffnung 10 öffnet. Auch dieser Aufbau der Abblasöffnung 10 ist so im
Wesentlichen aus dem Stand der Technik bekannt. Im Gegensatz zum Stand der Technik weist er hier jedoch zusätzlich das bereits im Rahmen der vorhergehenden Figuren beschriebene Schutzschild in Form des Abschnitts 13 auf. Dieses ist analog zum soeben beschriebenen Schutzschild durch den Abschnitt 13 in der Darstellung der Figur 4 aufgebaut und erfüllt dieselbe Funktionalität.
Neben der möglichen Ausführungsform der Batterieeinzelzelle 1 als Rahmenflachzelle mit schalenförmig gebogenen bzw. tief gezogenen Hüllblechen 2, 3 wäre es
selbstverständlich auch denkbar und möglich ebene Hüllbleche zu verwenden und die Abblasöffnung 10 im Bereich eines dazwischen angeordneten Isolierrahmens
vorzusehen. Aus einem der Hüllbleche könnte dann der Abschnitt 13 entsprechend überstehen und nach der Montage im Bereich der Abblasöffnung 10 über den
Isolierrahmen gebogen werden.
Eine weitere mögliche Ausführungsform der Batterieeinzelzelle 1 ist in der Darstellung der Figur 6 zu erkennen. Diese zeigt die Batterieeinzelzelle 1 nicht als prismatische
Batterieeinzelzelle 1 , sondern als sogenannte Rundzelle. Die hier nicht erkennbare Elektrodenanordnung ist dabei als Wickel ausgebildet und wird in einem becherförmigen Bauteil 16 untergebracht. Das becherförmige Bauteil 16 wird dann über einen Deckel 17 verschlossen, wobei durch den Deckel 17 zwei Pole 18, 19 der Batterieeinzelzelle 1 ragen. Dies ist für den Aufbau jedoch von untergeordneter Bedeutung. Es könnte genauso gut vorgesehen sein, dass einer der Pole durch den Deckel 17 ragt und der andere durch das becherförmige Teil 16 direkt mit ausgebildet wird. In diesem Fall und zur Erhöhung der Stabilität auch in dem zuvor beschriebenen und in Figur 6 gezeigten Fall kann das becherförmige Teil 16 dabei aus einem metallischen Material ausgebildet sein. In der Darstellung der Figur 6 ist außerdem zu erkennen, dass an dem
becherförmigen Teil 16 wiederum der Abschnitt 13 in der Art einer Lasche über das Material des becherförmigen Teils 16 hinausgehend angeordnet ist. In der Darstellung der Figur 6 ist diese Lasche entlang dem Deckel 17 umgebogen.
Um die Funktionalität zu verdeutlichen, ist in der Darstellung der Figur 7 der obere Teil der Batterieeinzelzelle 1 nochmals in einem vergrößerten Ausschnitt dargestellt. In dem Deckel 17 befindet sich dabei die Abblasöffnung 10, welche über einen Berstdeckel 15 mit Berstnut 14 als Sollbruchstelle ausgebildet ist. Der Abschnitt 13 befindet sich an dem becherförmigen Bauteil 16 seitlich neben der Abblasöffnung 10 und kann, wie in der Darstellung der Figur 6 dargestellt, nach der Montage des Deckels 17 über die Abblassöffnung 10 gebogen werden, um diese mechanisch in der Art eines Schutzschilds zu schützen.
In der Darstellung der Figur 7 ist dies in einer Schnittdarstellung zu erkennen. Im Bereich des Deckels 17 sind wiederum die Nuten 14 zu erkennen, welche den Berstdeckel 15 in dem Material des Deckels 17 ausbilden, welcher die Abblassöffnung 10 im Normalfall verschließt, und welcher im Falle eines Überdrucks entsprechend aufreißt. Mit leichtem Abstand hierzu verläuft der Abschnitt 13, welcher als fahnenartige Lasche aus der Oberkante des becherförmigen Bauteils 16 hervorsteht und zum Schutz der
Abblassöffnung 10 über den Bereich der Abblasöffnung 10 umgebogen ist.
Selbstverständlich wäre es auch bei dem zuletzt beschriebenen Ausführungsbeispiel denkbar, anstelle des Berstdeckels 15 eine Membran 11 einzusetzen, wie dies aus dem Stand der Technik bekannt ist und in der Darstellung der Figuren 1 und 2 ausführlich beschrieben worden ist.
Weitere alternative Ausführungsformen zum Verschließen der Abblasöffnung 10 im Normalbetrieb sind ebenso denkbar und möglich und aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt. Außerdem ist es selbstverständlich möglich, die Abblassöffnung 10 an einem anderen Ort anzuordnen, beispielsweise im Bodenbereich des becherförmigen Teils 16, an einer der seitlichen Seitenflächen oder im unteren Bereich der
Batterieeinzelzelle 1 beim Ausführungsbeispiel der Figuren 3 bis 5.

Claims

Patentansprüche
1. Batterieeinzelzelle (1 ) für eine Hochvoltbatterie mit einer Außenhülle, einer
Abblasöffnung (10), welche im Normalzustand durch eine Materialschicht (11 , 15) verschlossen ist und sich im Falle eines Überdrucks durch zumindest teilweises Zerstören der Materialschicht (11 , 15) öffnet,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein Abschnitt (13) des Materials der Außenhülle auf der Außenseite der
Abblasöffnung (10) so über dieser angeordnet ist, dass er diese mechanisch schützt, ohne beim Öffnen das Abströmen von Gas zu blockieren.
2. Batterieeinzelzelle (1 ) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Außenhülle zumindest teilweise aus einem metallischen Material ausgebildet ist, wobei der Abschnitt (13) ein Teil des metallischen Materials ist.
3. Batterieeinzelzelle (1 ) nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Abschnitt (13) durch eine über die Kontur des metallischen Materials
überstehende wenigstens einmal abgekantete Lasche ausgebildet ist.
4. Batterieeinzelzelle (1 ) nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
das metallische Material einen ihrer Pole (2, 3, 18, 19) bildet.
5. Batterieeinzelzelle (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass eine Elektrodenanordnung (6) in Form eines Stapels ausbildet und zwischen zwei Hüllblechen (2, 3), welche gleichzeitig ihre beiden Pole ausbilden, eingebracht ist.
6. Batterieeinzelzelle (1 ) nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Hüllbleche (2, 3) über wenigstens einen elektrisch isolierenden Rahmen (8) miteinander verbunden sind.
7. Batterieeinzelzelle (1 ) nach Anspruch 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Hüllbleche (2, 3) jeweils schalenartig ausgebildet sind, wobei die Abblasöffnung (10) auf einer der Seitenflächen (9) wenigstens einer der Schalen ausgebildet ist.
8. Batterieeinzelzelle (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Elektrodenanordnung (6) als Wickel ausgebildet und in einem becherförmigen Teil (16) der Außenhülle angeordnet ist.
9. Batterieeinzelzelle (1 ) nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Abblasöffnung (10) in einem Deckel (17) für das becherförmige Teil (16) ausgebildet ist, wobei eine Lasche des Materials des becherförmigen Teils (16) als Abschnitt (13) über die Abblasöffnung (10) gebogen ausgebildet ist.
10. Batterie aus einer Vielzahl von Batterieeinzelzellen (1 ), welche jeweils nach einem der Ansprüche 1 bis 9 ausgebildet sind, wobei die Batterieeinzelzellen (1 ) in Lithium-Ionen-Technologie realisiert sind.
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