WO2014082780A1 - Batterie mit gehäuse aus kunststoff laminiertem faserverbund sowie batteriesystem und kraftfahrzeug mit batterie - Google Patents

Batterie mit gehäuse aus kunststoff laminiertem faserverbund sowie batteriesystem und kraftfahrzeug mit batterie Download PDF

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WO2014082780A1
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battery
housing
fiber composite
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plastic
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PCT/EP2013/070992
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Markus Kohlberger
Johannes BIEDERT
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Robert Bosch Gmbh
Samsung Sdi Co., Ltd.
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    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • the present invention relates to a battery having a housing and an electrochemical cell arranged in the housing for storing electrical energy. Furthermore, the invention relates to a battery system and a motor vehicle, each with at least one battery.
  • Batteries and battery systems and motor vehicles with batteries of the type mentioned are well known.
  • the battery when the battery is to be used in a mobile device, such as a mobile phone, a portable computer or a motor vehicle, it is advantageous if the so-called specific energy of the battery is as high as possible.
  • the specific energy of the battery is measured in watt-hours per kilogram and indicates how much energy can be stored in one kilogram of battery.
  • One way to increase the specific energy of the battery is to increase the amount of energy that can be stored in the battery.
  • the increase in the storable amount of energy is not readily available, and
  • Another way to increase the specific energy of the battery is to build the battery with the lowest possible weight.
  • Many batteries use a metal case that makes a large contribution to the weight of the battery.
  • To reduce the weight of the battery is known
  • a battery is provided with a housing, wherein the housing laminated at least one wall of a plastic
  • a battery system and a motor vehicle are provided according to the invention, wherein the battery of the battery system or the motor vehicle is a battery according to the invention.
  • the plastic laminated fiber composite has a higher mechanical stability than the plastic film of the known plastic bag and thereby a lower specific weight than the metals used for many housings.
  • a housing with a wall of the plastic laminated fiber composite is therefore more stable than the plastic bag and lighter than a metal housing.
  • a housing having at least one wall of the plastic laminated fiber composite is cheaper to produce than a metal housing.
  • the fiber composite may be equipped on its inside facing the inside of the housing electrolyte resistant and -dicht.
  • the electrolyte-resistant and -dynamic design of the fiber composite Due to the electrolyte-resistant and -dynamic design of the fiber composite, the use of a separately formed protection of the fiber composite is present the electrolyte is not necessary. The construction and handling of the housing are therefore simple and inexpensive.
  • the fiber composite may be permanently moisture-resistant and -dicht equipped on its facing away from the interior of the housing outside.
  • Fiber composite from the outside penetrating moisture would not only affect the mechanical stability of the fiber composite and thus at least the at least one wall of the housing. Rather, moisture that penetrates through the fiber composite into the interior of the housing, could also react with the electrolyte, which would lead to malfunction of the battery.
  • the fiber composite can be formed in multiple layers, so that individual layers can be designed specifically for the function of electrolyte resistance and electrolyte tightness, moisture resistance and moisture-tightness and / or mechanical stability.
  • the fiber composite can be constructed with an outer layer, an inner layer and an intermediate layer arranged between the outer layer and the inner layer.
  • the outer layer may be formed to be moisture resistant and dense.
  • the outer layer may be formed as a film containing at least one plastic or may be a plastic film.
  • the inner layer may be formed electrolyte resistant and -dicht and have at least one at least one plastic-containing film or a plastic film.
  • Suitable plastic films for the outer layer and / or inner layer are
  • films with or made of a polymer such as polyethylene
  • the inner layer can comprise polyolefin, polyethylene, polypropylene or polar modified variants of these plastics, possibly in combination with other plastics.
  • the outer layer or the inner layer have, for example, thicknesses between 5 and 150 ⁇ and preferably of 23 ⁇ .
  • the intermediate layer may be formed as a substantially dimensionally stable support layer, wherein the intermediate layer alone or in the fiber composite has a higher stability than the plastic bag of the prior art and in particular substantially self-supporting and by their own weight not only locally but along their entire outer or Inside bending is formed.
  • the intermediate layer is preferably made of a material comprising a fiber material and may in particular consist of the fiber material.
  • the fiber material is, for example, base paper, cardboard or a textile fiber, for example nonwoven material. Such fiber materials are inexpensive to manufacture and process and have in comparison to the plastic film of the plastic bag on a high mechanical stability.
  • the intermediate layer may have a thickness of between 50 ⁇ m and 2 mm and preferably of 0.5 mm.
  • the fiber composite may have a gas barrier forming separating layer.
  • the separating layer is preferably arranged between the inner layer and the outer layer, so that they are not contaminated with ambient humidity or with the
  • Electrolyte comes into contact.
  • the separating layer between the intermediate layer and the inner layer may be arranged.
  • a suitable separating layer is, for example, a metal foil which
  • a metal foil made of aluminum is inexpensive to manufacture and has a low weight compared to metal foils of other metals.
  • the metal foil can be made of a substantially pure metal, for example of a 99% aluminum, or of a metal alloy, for example an aluminum alloy, with a thickness between 5 and 150 ⁇ m.
  • the separating layer may have, for example, a thickness of 15 ⁇ m.
  • the release liner can be applied by a coating method, such as vapor deposition, on the intermediate layer or the inner layer and as a metal film have a thickness between preferably of 0.5 ⁇ and 10 ⁇ and 5 ⁇ .
  • this can be materially connected to the intermediate layer.
  • the fiber composite may have a laminate layer which is arranged between the separating layer and the intermediate layer and connects them to one another in a material-locking manner.
  • Laminate layer may comprise a thermoplastic, a binder-containing and / or an adhesive-containing material, so that the release liner and the liner are fastened to each other simply and at low cost by the laminate layer.
  • the laminate layer of polyethylene, polypropylene, polar modified variants of these plastics or combinations of these plastics or combinations of one of these plastics with another plastic or a plastic mixture is formed.
  • the laminate layer may be a thermoplastic, so that the intermediate layer and the separating layer are joined to the laminate layer by heating.
  • Laminate layer may have a thickness between 5 ⁇ and 150 ⁇ and preferably of 23 ⁇ .
  • thermoplastic material As an alternative to the use of a thermoplastic material, the
  • Laminate also be a paint, for example, based on acrylate.
  • the electrolyte may react to a hydrogen fluoride which attacks the housing.
  • the fiber composite can have a corrosion protection layer, which can be arranged on a side facing away from the interior of the housing side of the inner layer.
  • the anticorrosive layer can in particular protect the inner layer from the hydrogen fluoride and as a
  • Hydrogen fluoride barrier be formed. In tests, it has been found that anti-corrosion layers of coatings based on chromium VI free
  • Chromium phosphate, zirconium fluoride and / or titanium fluoride form particularly effective anti-corrosion layers.
  • Corrosion protection layer is preferably arranged between the interior of the housing and the gas barrier.
  • the housing can be largely and even completely formed from the fiber composite. It can the
  • the fiber composite can be folded into a cylindrical or prismatic shape and, for example, box-shaped, wherein the interior of the housing is formed block-shaped.
  • the fiber composite can be folded cup-shaped with an example rectangular opening, so that the electrochemical cell can be easily inserted into the interior of the housing.
  • two oppositely arranged sides of a collar of the housing, which surrounds the opening can be brought into abutment against one another and, for example, glued together to form a sealed seam or thermally welded.
  • Housing protruding ends of the seal can be folded down on side surfaces of the housing in order to save space required for the housing.
  • the protruding ends can, for example, with the
  • the cover may have two lead-through openings for connection electrodes.
  • the connection electrodes can electrically contact the electrochemical cell and have sections arranged outside the interior of the housing for connecting a power consumer and / or a current source.
  • the electrodes may at least partially co-exist with a material of the fiber composite bounding the lead-through openings be encapsulated in a plastic.
  • a polar-modified polymer can connect the electrodes and the fiber composite in a fluid-tight manner.
  • the housing During operation of the battery, gas may be released within the housing, increasing the internal pressure of the housing.
  • the pressure can be so great that the housing can not always resist it. Consequently, the housing according to the invention has a pressure relief device.
  • Pressure relief device may be formed as a projecting through the fiber composite into the interior of the housing pressure relief valve, which like the
  • Fiber composite is connected.
  • a pressure relief valve is costly and complicates the manufacture of the housing through the additional overmolding process.
  • An edge of the pressure release opening is preferably at least electrolyte-resistant and -dicht and corrosion-resistant.
  • the pressure relief opening may be closed with a rupture disk, for example a film or a film stack.
  • the film or film stack is preferably moisture and
  • electrolyte-resistant and -proof and corrosion-resistant gives the internal pressure of the housing only at a predetermined pressure difference between the internal pressure in the housing and an ambient pressure.
  • the electrolyte can be filled through the opening, for example, like the electrochemical cell.
  • the housing may have an electrolyte fill port which may be formed corresponding to the pressure release port or may be the pressure release port. After filling the electrolyte, the filling opening can be closed permanently or as a pressure release opening, for example with a film.
  • the housing is, for example, a housing of the electrochemical cell, for
  • Example a battery cell the battery. Does the battery have multiple battery cells? with the housing according to the invention, so increases the
  • the battery cells When assembling the battery, the battery cells can thus be handled more easily.
  • the battery is preferably a rechargeable battery that can be repeatedly charged with electrical energy. At least one of the
  • electrochemical cells may be a lithium-based electrochemical cell, and preferably a lithium-ion cell.
  • a drive system of the motor vehicle can be connected to the battery, receiving drive energy from the battery, and the motor vehicle is preferably a motor vehicle which can be driven at least partially or completely by electric energy.
  • Figure 1 is a schematic representation of a plastic laminated
  • FIG. 2 is a schematic representation of a battery with a housing made of a plastic laminated fiber composite.
  • Figure 1 shows sections of a wall 1 of a housing of a battery.
  • the wall 1 has at least partially a material of a plastic laminated fiber composite 2 and can in particular from the
  • Fiber composite 2 exist.
  • the fiber composite 2 is formed with a plurality of layers 3 to 8, which are shown fanned out in the embodiment of Figure 1 for the sake of clarity.
  • the wall 1 at least
  • sections 3 to 8 are attached to one another so that the layers 3 to 8 form a fiber composite
  • An inside 9 of the fiber composite 2 facing inside the housing is formed by an inner layer 3.
  • the inner layer 3 is in
  • the inner layer 3 may be durable electrolyte resistant and -dicht, wherein the minimum duration of the resistance and tightness of the life of the housing or the battery may correspond.
  • the inner layer 3 is preferably a plastic film comprising at least one plastic and for example polyethylene, polypropylene, polyamide, polyolefin or polyethylene terephthalate or a combination of one or more of these plastics with each other or with another plastic.
  • a plastic film comprising at least one plastic and for example polyethylene, polypropylene, polyamide, polyolefin or polyethylene terephthalate or a combination of one or more of these plastics with each other or with another plastic.
  • One of the inner layer 3 with respect to the fiber composite 2 opposite arranged outer layer 4 of the fiber composite 2 is permanently moisture resistant and -dicht to protect against moisture entering the housing educated.
  • the outer layer 4 may be formed so as not to allow condensed air moisture or water vapor to pass. Again, the duration of the tightness and durability at least equal
  • the outer layer 4 can consist of at least one plastic or of a mixture of plastics and, in particular, be designed as a plastic film with a thickness of between 5 ⁇ m and 150 ⁇ m, and preferably of 23 ⁇ m.
  • the outer layer 4 preferably forms an outer side 9 of the housing.
  • the fiber composite 2 has an intermediate layer 5 of a material comprising a fiber material.
  • the intermediate layer 5 is in the thickness direction d, for example between 50 ⁇ and 2 mm and preferably 0.5 mm thick. Due to the mechanical properties of the intermediate layer in conjunction with its thickness or thickness in the thickness direction d, the intermediate layer 5 forms a supporting layer which, by itself or in conjunction with at least one or all of the other layers 3, 4, 6, 7, 8, is substantially dimensionally stable is. Under mechanical load, for example, by its own weight, the dimensionally stable intermediate layer 5 and the fiber composite 2 kinks not locally limited, but bends rather spreads over their or its surface 10. The surface 10 of the intermediate layer 5 points in or against the thickness direction d.
  • the intermediate layer 5 is formed at least partially from a material comprising a fiber material.
  • the intermediate layer 5 consists of the fiber material.
  • Suitable fiber materials are, for example, base paper, cardboard or textile fibers, for example nonwoven material.
  • the mechanical stability of the intermediate layer 5 can be affected by moisture. In order to avoid contact of the intermediate layer 5 with moisture and the electrolyte, this is arranged between the inner layer 3 and the outer layer 4. For example, the intermediate layer 5 is attached directly to the outer layer 4.
  • the electrolyte can be impaired in its function by gases which penetrate into the housing, in particular oxygen.
  • the fiber composite 2 preferably has a gas- and in particular oxygen-tight separating layer 6, which is arranged between the inner layer 3 and the outer layer 4.
  • the separating layer 6 forms a gas barrier, which not only prevents gas from entering through the fiber composite 2 into the interior of the housing from the outside, but can also escape from the interior of the housing through the fiber composite 2 from the housing.
  • the separating layer 6 can in particular between the inner layer 3 and the
  • Intermediate layer 5 may be arranged so that gases that are present in the interior of the housing do not reach the intermediate layer 5.
  • a metal foil is suitable as a gas barrier.
  • the metal foil may be made of a substantially pure metal or of a metal alloy.
  • a light suitable metal is aluminum, so that the separating layer 6 is preferably formed as an aluminum foil with a thickness between 5 ⁇ and 150 ⁇ , preferably 15 ⁇ .
  • the separating layer 6 may be formed by a coating process in the fiber composite 2.
  • the metal and in particular the aluminum may be applied by evaporation with a layer thickness of, for example, 5 ⁇ m.
  • the separating layer 6 can be integrally connected to the intermediate layer 5.
  • the cohesive connection for example, by the
  • Coating process of the release liner 6 may be formed on the intermediate layer 5. If the separating layer 6 is formed as a film, then it can be glued to the intermediate layer 5, for example. In particular, the separating layer 6 and the intermediate layer 5 can be connected to one another by a laminate layer 7.
  • the laminate layer 7 may be a thermoplastic, for example
  • thermoplastic does not require that solvents escape from the laminate layer 7. It is sufficient to arrange the thermoplastic between the intermediate layer 5 and the separating layer 6 and to heat this layer package sufficiently to laminate the intermediate layer 6 and the separating layer 6 together.
  • gases for example hydrogen fluoride
  • the separation layer 6 can damage by corrosion.
  • a corrosion protection layer 8 can be arranged between the separating layer 6 and the inner layer 3.
  • the inner layer 3 and the separating layer 6 may adjoin the anti-corrosion layer 8 and be secured thereto.
  • chromium VI free chromium phosphate, zirconium fluoride or titanium fluoride have been found to be useful.
  • At least one of the walls 1 of the battery is at least partially formed from the fiber composite 2, wherein the fiber composite 2 a plurality of layers 3 to 8 and preferably the electrolyte-resistant and - réellen inner layer 3, the moisture-proof and - resistant outer layer 4, the Self-supporting intermediate layer 5, the gas from the interior of the housing does not pass through the fiber composite 2 to the outside leaving release liner 6 and the intermediate layer 5 on the release liner 6 fixing laminate layer 7.
  • the fiber composite 2 may optionally have the anti-corrosion layer 8, which is arranged between the inner side 9 and the separating layer 6 and firmly connected to the separating layer 6, for example, via the laminate layer 7. All layers 3 to 8 of the fiber composite 2 can be attached to adjacent layers by gluing or laminating.
  • FIG. 2 shows an embodiment of an inventively designed battery 1 1 with a housing 12 and two connecting elements 13, 14 for connecting the electrochemical cell to an energy consumer and / or an energy source.
  • the housing 12 is substantially prismatic, cylindrical or box-shaped and formed with a substantially rectangular base.
  • the housing 12 has six sides, wherein a top 15 with the
  • Connection elements 13, 14 is provided. One of the top 15
  • the housing 12 is used in Embodiment of Figure 2 the housing 12 as a base, on which the housing 12 may stand independently on a substrate.
  • the top 15 may be referred to as an upper and the bottom 16 as a lower wall 1 of the housing 12.
  • the housing 12 has four lateral walls 1 which, together with the upper side 15 and the lower side 16, enclose the interior of the housing 12. Of the side walls 1 arranged between the upper side 15 and the lower side 16, only the lateral walls 17, 18 are visible in FIG.
  • Each of the walls 15 to 18 may be made at least in sections from the fiber composite 2. In order to achieve maximum weight savings with respect to a metal housing, preferably the entire housing 12 is made of the fiber composite 2.
  • the fiber composite 2 may initially be formed tubular, in particular those forming the top 15 and the bottom 16
  • Sections of the fiber composite 2 are formed as a collar of the tubular fiber composite 2.
  • oppositely formed sides 19, 20 of the collar can first be brought into contact with each other and at least one sealing seam 21 forming so attached to each other, so that they have an opening of the tubular fiber composite 2 and the
  • the opposing sides 19, 20 may be welded or glued together along the sealing seam 21.
  • the fiber composite 2 can be folded box-shaped or box-shaped, so that it has folded edges 22.
  • the folding edges 22 can form the outer edges of the housing 12 and stabilize it so that the housing 12 is easy to handle, without that arranged in the housing 12
  • the electrochemical cell is mechanically overloaded. As long as the top 15 is still open, the electrochemical cell can be readily inserted into the housing 12. Once the electrochemical cell is inserted into the housing 12, the housing 12 can also be closed at the top 15. For example, each other
  • connection elements 13, 14 are electrically conductively connected to the electrochemical cell in the interior of the housing 12 and protrude through the top 15.
  • the top 15 with lead-through openings for the
  • connection elements 13, 14 provided. To prevent moisture or gases from passing through the passage openings, the
  • connection elements 13, 14 provided with sealing elements 28, 29, wherein the sealing elements 28, 29 sealingly abut against the connecting elements 13, 14 and the fiber composite 2.
  • the sealing elements 28, 29 are preferably made of a plastic and in particular by encapsulation of the connection elements 13, 14 and a part of the fiber composite 12.
  • gases may arise during operation of the battery, which may cause the internal pressure of the housing 12 to rise.
  • the rising internal pressure of the housing 12 deforms this not intolerable, has the Housing 12 to a pressure relief port 30, the gas can escape from the housing 12 upon reaching a predetermined internal pressure.
  • the pressure release opening 30 may be sealed with a fluid-tight and electrolyte-resistant film, which is glued, for example on the inside 9 and / or the outside 9 'on the fiber composite 2. If the internal pressure exceeds the predetermined maximum pressure, the film may break and gas can escape from the housing 12 through the pressure release opening 30.
  • the pressure-releasing opening 30 can be sealed by the separating layer 4 and optionally additionally by the anti-corrosion layer 8 and / or the inner layer 3.
  • the fiber composite 2 may be formed in the region of the pressure release opening 30 at least without the intermediate layer 5.
  • An electrolyte which may be required to operate the battery 11 may be introduced into the housing 12 together with the electrochemical cell.
  • connection elements 13, 14 connected to the electrode assembly and the housing 12 at the top 15 and the bottom 16 are closed.
  • the housing 12 may have a filling opening for the electrolyte, which may be closed in accordance with the pressure release opening 13, for example with films.
  • the electrolyte may be filled into the housing 12 through the pressure release port 13 before the pressure release port 13 is closed.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Batterie (11) mit einem Gehäuse (12). Ferner betrifft die Erfindung ein Batteriesystem sowie ein Kraftfahrzeug mit jeweils wenigstens einer Batterie (11). Um die spezifische Energie der Batterie (11) zu erhöhen, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Gehäuse (12) wenigstens eine Wandung (1) aus einem Kunststoff laminierten Faserverbund (2) aufweist.

Description

Beschreibung
Titel
Batterie mit Gehäuse aus Kunststoff laminiertem Faserverbund sowie Batteriesystem und Kraftfahrzeug mit Batterie
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Batterie mit einem Gehäuse und einer im Gehäuse angeordneten elektrochemischen Zelle zur Speicherung elektrischer Energie. Ferner betrifft die Erfindung ein Batteriesystem sowie ein Kraftfahrzeug, jeweils mit wenigstens einer Batterie.
Stand der Technik
Batterien sowie Batteriesysteme und Kraftfahrzeuge mit Batterien der eingangs genannten Art sind allgemein bekannt. Insbesondere wenn die Batterie in einem mobilen Gerät, beispielsweise einem Mobiltelefon, einem tragbaren Computer oder einem Kraftfahrzeug verwendet werden soll, ist es vorteilhaft, wenn die sogenannte spezifische Energie der Batterie möglichst hoch ist. Die spezifische Energie der Batterie wird in Wattstunden pro Kilogramm gemessen und gibt an, wie viel Energie in einem Kilogramm Batterie gespeichert werden kann.
Eine Möglichkeit zur Erhöhung der spezifischen Energie der Batterie besteht darin, die in der Batterie speicherbare Energiemenge zu erhöhen. Die Erhöhung der speicherbaren Energiemenge ist jedoch nicht ohne Weiteres, und
insbesondere nur mit einem hohen Entwicklungsaufwand möglich.
Eine weitere Möglichkeit zur Erhöhung der spezifischen Energie der Batterie besteht darin, die Batterie mit einem möglichst geringen Gewicht zu bauen. Viele Batterien verwenden ein Metallgehäuse, das einen großen Anteil am Gewicht der Batterie hat. Zur Verringerung des Gewichtes der Batterie ist bekannt, das
Metallgehäuse durch eine Kunststofftasche zu ersetzen. Eine solche Batterie mit einer Kunststofftasche als Gehäuse ist beispielsweise in der WO 02/101849 A2 beschrieben. Derartige Batterien haben jedoch den Nachteil, dass sie die elektrochemische Zelle der Batterie wenn überhaupt nur geringfügig gegen äußere mechanische Belastungen schützen. Bei der Handhabung einer solchen Batterie ist also große Vorsicht walten zu lassen, um einer Beschädigung der elektrochemischen Zelle vorzubeugen.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird eine Batterie mit einem Gehäuse bereitgestellt, wobei das Gehäuse wenigstens eine Wandung aus einem Kunststoff laminierten
Faserverbund aufweist. Ferner werden erfindungsgemäß ein Batteriesystem und ein Kraftfahrzeug bereitgestellt, wobei die Batterie des Batteriesystems beziehungsweise des Kraftfahrzeuges eine erfindungsgemäße Batterie ist.
Der Kunststoff laminierte Faserverbund weist eine höhere mechanische Stabilität als die Kunststofffolie der bekannten Kunststofftasche und dabei ein geringeres spezifisches Gewicht als die für viele Gehäuse verwendeten Metalle auf. Ein Gehäuse mit einer Wandung aus dem Kunststoff laminierten Faserverbund ist daher stabiler als die Kunststofftasche und leichter als ein Gehäuse aus Metall. Ferner ist ein Gehäuse mit wenigstens einer Wandung aus dem Kunststoff laminierten Faserverbund preiswerter herzustellen als ein Metallgehäuse.
Die erfindungsgemäße Lösung kann durch verschiedene, jeweils für sich vorteilhafte, beliebig miteinander kombinierbare Ausgestaltungen weiter verbessert werden. Auf diese Ausgestaltungsformen und die mit ihnen verbundenen Vorteile ist im Folgenden eingegangen.
In einer ersten vorteilhaften Ausgestaltungsform kann der Faserverbund an seiner ins Innere des Gehäuses weisenden Innenseite elektrolytbeständig und -dicht ausgerüstet sein. Insbesondere kann der Faserverbund an seiner
Innenseite dauerhaft, also für die erwartete Lebensdauer des Gehäuses und/oder der Batterie, elektrolytbeständig und -dicht ausgebildet sein.
Durch die elektrolytbeständige und -dichte Ausgestaltung des Faserverbundes ist die Verwendung eines separat ausgebildeten Schutzes des Faserverbundes vor dem Elektrolyt nicht notwendig. Der Aufbau und die Handhabung des Gehäuses sind daher einfach und kostengünstig.
Gemäß einer weiteren möglichen vorteilhaften Ausgestaltungsform kann der Faserverbund an seiner vom Inneren des Gehäuses wegweisenden Außenseite dauerhaft feuchtigkeitsbeständig und -dicht ausgerüstet sein. In den
Faserverbund von außen eindringende Feuchtigkeit würde nicht nur die mechanische Stabilität des Faserverbundes und somit zumindest der wenigstens einen Wandung des Gehäuses beeinträchtigen. Vielmehr würde Feuchtigkeit, die durch den Faserverbund ins Innere des Gehäuses eindringt, auch mit dem Elektrolyt reagieren können, was zu einer Fehlfunktion der Batterie führen würde.
Der Faserverbund kann gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform mehrlagig ausgebildet sein, sodass einzelne Lagen speziell auf die Funktion Elektrolytbeständigkeit sowie Elektrolytdichtheit, Feuchtigkeitsbeständigkeit sowie Feuchtigkeitsdichtheit und/oder mechanische Stabilität ausgelegt sein können. Insbesondere kann der Faserverbund mit einer Außenlage, einer Innenlage und einer zwischen der Außenlage und der Innenlage angeordneten Zwischenlage aufgebaut sein.
Die Außenlage kann ausgebildet sein, feuchtigkeitsbeständig und -dicht zu sein. Insbesondere kann die Außenlage als eine zumindest einen Kunststoff enthaltende Folie ausgeformt oder eine Kunststofffolie sein. Die Innenlage kann elektrolytbeständig und -dicht ausgebildet sein und zumindest eine wenigstens einen Kunststoff enthaltende Folie aufweisen oder eine Kunststofffolie sein.
Geeignete Kunststofffolien für die Außenlage und/oder Innenlage sind
beispielsweise Folien mit oder aus einem Polymer, etwa Polyethylen,
Polypropylen, Polyamid, Polyethylenterphthalat, Polyolefin oder Kombinationen aus diesen oder anderen Kunststoffen. Auch polar modifizierte Varianten dieser Kunststoffe können verwendet werden. Die Innenlage kann insbesondere Polyolefin, Polyethylen, Polypropylen oder polar modifizierte Varianten dieser Kunststoffe, womöglich in Kombination mit anderen Kunststoffen, aufweisen. Die Außenlage beziehungsweise die Innenlage weisen beispielsweise Dicken zwischen 5 und 150 μηι und vorzugsweise von 23 μηι auf. Die Zwischenlage kann als eine im Wesentlichen formstabile Stützlage ausgebildet sein, wobei die Zwischenlage allein oder im Faserverbund eine höhere Stabilität als der Kunststoffbeutel des Standes der Technik aufweist und insbesondere im Wesentlichen selbsttragend und durch ihr Eigengewicht nicht nur lokal, sondern entlang ihrer gesamten Außen- oder Innenseite biegend ausgebildet ist.
Die Zwischenlage ist vorzugsweise aus einem ein Fasermaterial aufweisenden Material gefertigt und kann insbesondere aus dem Fasermaterial bestehen. Das Fasermaterial ist beispielsweise Rohpapier, Karton oder eine Textilfaser, zum Beispiel Vliesmaterial. Derartige Fasermaterialien sind preiswert herzustellen und zu verarbeiten und weisen im Vergleich zur Kunststofffolie der Kunststofftasche eine hohe mechanische Stabilität auf. Die Zwischenlage kann eine Dicke zwischen 50 μηι und 2 mm und vorzugsweise von 0,5 mm aufweisen.
Um zu vermeiden, dass Fluide und beispielsweise Gase wie etwa Sauerstoff von außen in das Gehäuse eindringen und mit dem Elektrolyt reagieren, kann der Faserverbund eine eine Gasbarriere ausbildende Trennlage aufweisen. Die Trennlage ist vorzugsweise zwischen der Innenlage und der Außenlage angeordnet, sodass sie weder mit Umgebungsfeuchtigkeit noch mit dem
Elektrolyt in Kontakt kommt. Beispielsweise kann die Trennlage zwischen der Zwischenlage und der Innenlage angeordnet sein.
Eine geeignete Trennlage ist beispielsweise eine Metallfolie, die
gasundurchlässig ausgeformt ist. Eine Metallfolie aus Aluminium ist preiswert herzustellen und hat im Vergleich zu Metallfolien aus anderen Metallen ein geringes Gewicht. Die Metallfolie kann aus einem im Wesentlichen reinen Metall, beispielsweise aus einem 99%igen Aluminium, oder aus einer Metalllegierung, beispielsweise einer Aluminiumlegierung, mit einer Dicke zwischen 5 und 150 μηι ausgebildet sein. Als Metallfolie in den Faserverbund eingebracht kann die Trennlage beispielsweise eine Dicke von 15 μηι aufweisen. Alternativ kann die Trennlage durch ein Beschichtungsverfahren, beispielsweise Bedampfen, auf die Zwischenlage oder die Innenlage aufgebracht sein und als ein Metallfilm eine Stärke zwischen vorzugsweise von 0,5 μηι und 10 μηι und 5 μηι aufweisen. Zur Fixierung der Trennlage im Faserverbund kann diese stoffschlüssig mit der Zwischenlage verbunden sein. Beispielsweise kann der Faserverbund eine Laminatschicht aufweisen, die zwischen der Trennlage und der Zwischenlage angeordnet ist und diese stoffschlüssig miteinander verbindet. Die
Laminatschicht kann ein thermoplastisches, ein bindemittelhaltiges und/oder ein klebstoffhaltiges Material aufweisen, sodass die Trennlage und die Zwischenlage einfach und zu geringen Kosten durch die Laminatschicht aneinander befestigt sind. Vorzugsweise ist die Laminatschicht aus Polyethylen, Polypropylen, polar modifizierten Varianten dieser Kunststoffe oder Kombinationen aus diesen Kunststoffen oder Kombinationen eines dieser Kunststoffe mit einem anderen Kunststoff oder einem Kunststoffgemisch ausgeformt. Die Laminatschicht kann insbesondere ein thermoplastischer Kunststoff sein, sodass die Zwischenlage und die Trennlage durch Erwärmen mit der Laminatschicht verbunden sind. Die
Laminatschicht kann eine Dicke zwischen 5 μιη und 150 μηι und vorzugsweise von 23 μηι aufweisen.
Alternativ zum Einsatz eines thermoplastischen Kunststoffes kann die
Laminatschicht auch ein Lack, beispielsweise auf Acrylatbasis, sein.
Während der Lebensdauer der Batterie können durch chemische Prozesse innerhalb der Batterie korrosive Materialien entstehen. Beispielsweise kann der Elektrolyt zu einem Fluorwasserstoff reagieren, welches das Gehäuse angreift. Zum Schutz des Gehäuses kann der Faserverbund eine Korrosionsschutzlage aufweisen, die auf einer vom Inneren des Gehäuses wegweisenden Seite der Innenlage angeordnet sein kann. Die Korrosionsschutzlage kann insbesondere die Innenlage vor dem Fluorwasserstoff schützen und als eine
Fluorwasserstoffbarriere ausgebildet sein. In Versuchen hat sich herausgestellt, dass Korrosionsschutzlagen aus Beschichtungen auf Basis von Chrom VI freiem
Chromphosphat, Zirkonfluorid und/oder Titanfluorid besonders wirksame Korrosionsschutzlagen bilden.
Insbesondere greift Fluorwasserstoff Aluminium an, sodass die
Korrosionsschutzlage vorzugsweise zwischen dem Innenraum des Gehäuses und der Gasbarriere angeordnet ist. Um das Gewicht des Gehäuses weiter zu reduzieren, kann nicht nur eine Wandung des Gehäuses, sondern das Gehäuse größtenteils und sogar vollständig aus dem Faserverbund ausgeformt sein. Dabei kann der
Faserverbund zur Ausformung des Gehäuses gefaltet sein. Insbesondere kann der Faserverbund zu einer zylindrischen oder prismatischen Form und zum Beispiel kastenförmig gefaltet sein, wobei das Innere des Gehäuses blockförmig ausgeformt ist. Zunächst kann der Faserverbund becherförmig mit einer beispielsweise rechteckigen Öffnung gefaltet sein, sodass die elektrochemische Zelle ins Innere des Gehäuses einfach eingesetzt werden kann. Zum Schließen der Öffnung können zwei sich gegenüberliegend angeordnete Seiten eines die Öffnung umlaufenden Kragens des Gehäuses gegeneinander in Anlage gebracht und beispielsweise miteinander zu einer Siegelnaht verklebt oder thermisch verschweißt werden.
Um ein kastenförmiges Gehäuse zu erhalten, kann der verklebte bzw.
verschweißte Kragen quer zu seiner Längsrichtung umgefaltet werden. In beziehungsweise entgegen seiner Längsrichtung über einen mittleren Teil des
Gehäuses überstehende Enden der Siegelnaht können auf Seitenflächen des Gehäuses heruntergeklappt werden, um für das Gehäuse benötigten Bauraum einzusparen. Die überstehenden Enden können beispielsweise mit den
Seitenwänden verklebt oder verschweißt werden. Derart kann nicht nur ein Deckel, sondern auch ein Boden des Gehäuses ausgebildet werden.
Der Deckel kann zwei Durchführungsöffnungen für Anschlusselektroden aufweisen. Die Anschlusselektroden können die elektrochemische Zelle elektrisch kontaktieren und außerhalb des Inneren des Gehäuses angeordnete Abschnitte zum Anschluss eines Stromverbrauchers und/oder einer Stromquelle aufweisen.
Um zu verhindern, dass durch die Durchführungsöffnungen Feuchtigkeit oder Gase ins Innere des Gehäuses hinein- oder aus dem Inneren des Gehäuses heraustreten, können die Elektroden wenigstens teilweise zusammen mit einem die Durchführungsöffnungen begrenzenden Material des Faserverbundes mit einem Kunststoff umspritzt sein. Beispielsweise kann ein polar modifiziertes Polymer die Elektroden und den Faserverbund fluiddicht miteinander verbinden.
Im Betrieb der Batterie kann innerhalb des Gehäuses Gas freigesetzt werden, wodurch der Innendruck des Gehäuses ansteigt. Der Druck kann so groß werden, dass das Gehäuse diesem nicht immer widerstehen kann. Folglich weist das erfindungsgemäße Gehäuse eine Druckablasseinrichtung auf. Die
Druckablasseinrichtung kann als ein durch den Faserverbund ins Innere des Gehäuses ragendes Überdruckventil ausgebildet sein, das wie die
Anschlusselektroden durch einen Umspritzprozess fluiddicht mit dem
Faserverbund verbunden ist. Die Verwendung eines Überdruckventils ist jedoch kostspielig und verkompliziert die Herstellung des Gehäuses durch den zusätzlichen Umspritzprozess.
Vorteilhafter, weil weniger aufwendig, ist es, den Faserverbund lokal mechanisch geschwächt auszubilden, sodass der Faserverbund an einem definierten Ort dem Überdruck nachgibt und Gas austreten lässt. Zum Beispiel kann eine
Druckablassöffnung durch den Faserverbund ins Innere des Gehäuses führen. Ein Rand der Druckablassöffnung ist vorzugsweise zumindest elektrolytbeständig und -dicht sowie korrosionsgeschützt. Um ein ungewolltes Austreten von Fluiden aus dem Gehäuse zu verhindern, kann die Druckablassöffnung mit einer Berstscheibe, beispielsweise eine Folie oder ein Folienstapel, verschlossen sein. Die Folie oder der Folienstapel ist vorzugsweise feuchtigkeits- und
elektrolytbeständig sowie -dicht und korrosionsfest und gibt dem Innendruck des Gehäuses erst bei einer vorbestimmten Druckdifferenz zwischen dem Innendruck im Gehäuse und einem Umgebungsdruck nach.
Um den Elektrolyt in das Gehäuse einfüllen zu können, kann der Elektrolyt beispielsweise wie die elektrochemische Zelle durch die Öffnung eingefüllt werden. Alternativ kann das Gehäuse eine Elektrolyteinfüllöffnung aufweisen, die entsprechend der Druckablassöffnung ausgebildet oder die Druckablassöffnung sein kann. Nach dem Einfüllen des Elektrolyten kann die Einfüllöffnung dauerhaft oder als Druckablassöffnung beispielsweise mit einer Folie verschlossen sein. Das Gehäuse ist beispielsweise ein Gehäuse der elektrochemischen Zelle, zum
Beispiel eine Batteriezelle, der Batterie. Weist die Batterie mehrere Batteriezellen mit dem erfindungsgemäßen Gehäuse auf, so vergrößert sich die
Gewichtsersparnis durch das erfindungsgemäße Gehäuse im Vergleich zum bekannten Metallgehäuse durch die Verwendung mehrerer solcher Batteriezellen weiter. Darüber hinaus ist die elektrochemische Zelle der Batteriezelle durch das erfindungsgemäße Gehäuse besser geschützt, als durch die Kunststofftasche.
Beim Zusammenbau der Batterie können die Batteriezellen folglich einfacher gehandhabt werden.
Die Batterie ist vorzugsweise eine wiederaufladbare Batterie, die wiederholt mit elektrischer Energie aufgeladen werden kann. Zumindest eine der
elektrochemischen Zellen kann eine elektrochemische Zelle auf Lithiumbasis und vorzugsweise eine Lithium-Ionen-Zelle sein.
Ein Antriebssystem des Kraftfahrzeuges kann, Antriebsenergie von der Batterie empfangend, mit der Batterie verbunden sein, und das Kraftfahrzeug ist vorzugsweise ein wenigstens teilweise oder vollständig mit elektrischer Energie antreibbares Kraftfahrzeug.
Zeichnungen
Im Folgenden ist die Erfindung beispielhaft anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die Zeichnungen erläutert. Die unterschiedlichen Merkmale der Ausführungsformen können dabei unabhängig voneinander kombiniert werden, wie es bei den einzelnen vorteilhaften Ausgestaltungen bereits dargelegt wurde.
Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines Kunststoff laminierten
Faserverbundes; und
Figur 2 eine schematische Darstellung einer Batterie mit einem Gehäuse aus einem Kunststoff laminierten Faserverbund. Ausführungsformen der Erfindung
Zunächst sind Aufbau und Funktion eines erfindungsgemäßen
Kunststoff-Laminat-Faserverbundes mit Bezug auf das Ausführungsbeispiel der
Figur 1 beschrieben.
Figur 1 zeigt abschnittsweise eine Wandung 1 eines Gehäuses einer Batterie. Die Wandung 1 weist zumindest abschnittsweise ein Material aus einem Kunststoff laminierten Faserverbund 2 auf und kann insbesondere aus dem
Faserverbund 2 bestehen. Der Faserverbund 2 ist mit mehreren Lagen 3 bis 8 ausgebildet, die im Ausführungsbeispiel der Figur 1 der Deutlichkeit halber aufgefächert dargestellt sind. In einem die Wandung 1 zumindest
abschnittsweise ausbildenden Zustand des Faserverbundes 2 sind die Lagen 3 bis 8 jedoch aneinander befestigt, sodass die Lagen 3 bis 8 einen Faserverbund
2 mit einer ausreichend festen und insbesondere selbsttragenden Struktur ausbilden.
Eine ins Innere des Gehäuses weisende Innenseite 9 des Faserverbundes 2 ist durch eine Innenlage 3 ausgebildet. Die Innenlage 3 steht im
zusammengebauten Zustand der Batterie womöglich mit einem Elektrolyten der Batterie in Verbindung und ist bevorzugt elektrolytbeständig und -dicht ausgebildet. Insbesondere kann die Innenlage 3 dauerhaft elektrolytbeständig und -dicht sein, wobei die Mindestdauer der Beständigkeit und Dichtheit der Lebensdauer des Gehäuses bzw. der Batterie entsprechen kann.
Die Innenlage 3 ist vorzugsweise eine Kunststofffolie, die zumindest einen Kunststoff und beispielsweise Polyethylen, Polypropylen, Polyamid, Polyolefin oder Polyethylenterphtalat oder eine Kombination eines oder mehrerer dieser Kunststoffe miteinander oder mit einem anderen Kunststoff aufweist. In einer
Dickenrichtung d des Faserverbundes 2 weist die Innenlage 3 beispielsweise eine Dicke zwischen 5 μηι und 150 μηι und vorzugsweise von 23 μηι auf.
Eine der Innenlage 3 bezüglich des Faserverbundes 2 gegenüberliegend angeordnete Außenlage 4 des Faserverbundes 2 ist zum Schutz gegen in das Gehäuse eindringende Feuchtigkeit dauerhaft feuchtigkeitsbeständig und -dicht ausgebildet. Insbesondere kann die Außenlage 4 ausgebildet sein, um kondensierte Luftfeuchtigkeit oder Wasserdampf nicht passieren zu lassen. Auch hier entspricht die Dauer der Dichtheit und Beständigkeit zumindest der
Lebensdauer des Gehäuses oder der Batterie. Die Außenlage 4 kann wie die Innenlage 3 aus wenigstens einem Kunststoff oder aus einer Mischung von Kunststoffen bestehen und insbesondere als eine Kunststofffolie mit einer Dicke zwischen 5 μηι und 150 μηι und vorzugsweise von 23 μηι ausgebildet sein. Die Außenlage 4 bildet vorzugsweise eine Außenseite 9 des Gehäuses.
Zwischen der Innenlage 3 und der Außenlage 4 weist der Faserverbund 2 eine Zwischenlage 5 aus einem ein Fasermaterial aufweisenden Material auf. Die Zwischenlage 5 ist in Dickenrichtung d beispielsweise zwischen 50 μηι und 2 mm und vorzugsweise 0,5 mm dick. Aufgrund der mechanischen Eigenschaften der Zwischenlage in Verbindung mit ihrer Stärke beziehungsweise Dicke in der Dickenrichtung d bildet die Zwischenlage 5 eine Stützlage aus, die alleine oder in Verbindung mit wenigstens einer der oder allen anderen Lagen 3, 4, 6, 7, 8 im Wesentlichen formstabil ist. Bei mechanischer Belastung, beispielsweise durch ihr Eigengewicht, knickt die formstabile Zwischenlage 5 beziehungsweise der Faserverbund 2 nicht lokal begrenzt ab, sondern biegt sich vielmehr verteilt über ihre beziehungsweise seine Oberfläche 10. Die Oberfläche 10 der Zwischenlage 5 weist in die oder entgegen der Dickenrichtung d.
Die Zwischenlage 5 ist zumindest teilweise aus einem ein Fasermaterial aufweisenden Material gebildet. Insbesondere besteht die Zwischenlage 5 aus dem Fasermaterial. Geeignete Fasermaterialien sind beispielsweise Rohpapier, Karton oder Textilfasern, beispielsweise Vliesmaterial.
Die mechanische Stabilität der Zwischenlage 5 kann durch Feuchtigkeit beeinträchtigt werden. Um einen Kontakt der Zwischenlage 5 mit Feuchtigkeit und dem Elektrolyt zu vermeiden, ist diese zwischen der Innenlage 3 und der Außenlage 4 angeordnet. Beispielsweise ist die Zwischenlage 5 direkt an der Außenlage 4 befestigt.
Im Inneren des Gehäuses angeordnete Bestandteile der Batterie und
insbesondere der Elektrolyt kann in seiner Funktion durch in das Gehäuse eindringende Gase, insbesondere Sauerstoff, beeinträchtigt werden. Um zu verhindern, dass Gase wie Sauerstoff durch den Faserverbund 2 ins Innere des Gehäuses eindringen, weist der Faserverbund 2 vorzugsweise eine gas- und insbesondere sauerstoffdichte Trennlage 6 auf, die zwischen der Innenlage 3 und der Außenlage 4 angeordnet ist. Die Trennlage 6 bildet eine Gasbarriere aus, die nicht nur verhindert, dass Gas von außen durch den Faserverbund 2 ins Innere des Gehäuses ein-, sondern auch vom Inneren des Gehäuses durch den Faserverbund 2 aus dem Gehäuse austreten kann.
Die Trennlage 6 kann insbesondere zwischen der Innenlage 3 und der
Zwischenlage 5 angeordnet sein, sodass im Inneren des Gehäuses vorhandene Gase nicht zur Zwischenlage 5 gelangen.
Insbesondere eine Metallfolie ist als Gasbarriere geeignet. Die Metallfolie kann aus einem im Wesentlichen reinen Metall oder aus einer Metalllegierung gefertigt sein. Ein leichtes geeignetes Metall ist Aluminium, sodass die Trennlage 6 vorzugsweise als eine Aluminiumfolie mit einer Dicke zwischen 5 μιη und 150 μιη, vorzugsweise 15 μιη ausgebildet ist. Alternativ kann die Trennlage 6 durch ein Beschichtungsverfahren im Faserverbund 2 ausgebildet sein. Beispielsweise kann das Metall und insbesondere das Aluminium durch Verdampfen mit einer Schichtdicke von zum Beispiel 5 μιη aufgebracht sein.
Die Trennlage 6 kann stoffschlüssig mit der Zwischenlage 5 verbunden sein. Die stoffschlüssige Verbindung kann beispielsweise durch den
Beschichtungsprozess der Trennlage 6 auf der Zwischenlage 5 ausgebildet sein. Ist die Trennlage 6 als eine Folie ausgebildet, so kann sie mit der Zwischenlage 5 beispielsweise verklebt sein. Insbesondere können die Trennlage 6 und die Zwischenlage 5 miteinander durch eine Laminatschicht 7 verbunden sein. Die Laminatschicht 7 kann ein thermoplastischer Kunststoff, beispielsweise
Polyolefin, oder ein Lack sein. Im Lack enthaltende Lösungsmittel können jedoch womöglich nur schwer durch die anderen Lagen des Faserverbundes 2 hindurch aus der Laminatschicht 7 heraustreten. Die Verwendung des thermoplastischen Kunststoffes erfordert nicht, dass Lösungsmittel aus der Laminatschicht 7 austreten. Es reicht aus, den thermoplastischen Kunststoff zwischen der Zwischenlage 5 und der Trennlage 6 anzuordnen und dieses Lagenpaket ausreichend zu erwärmen, um die Zwischenlage 6 und die Trennlage 6 miteinander zu verlaminieren. Im Betrieb der Batterie können im Inneren der Batterie korrosive Materialen und insbesondere Gase, beispielsweise Fluorwasserstoffe, entstehen, die
insbesondere die Trennlage 6 durch Korrosion beschädigen können. Um eine Beschädigung der Trennlage 6 und dadurch eine potenzielle Beeinträchtigung der Funktion der Batterie durch eindringenden Sauerstoff zu verhindern, kann zwischen der Trennlage 6 und der Innenlage 3 eine Korrosionsschutzlage 8 angeordnet sein. Insbesondere können die Innenlage 3 und die Trennlage 6 an die Korrosionsschutzlage 8 angrenzen und an dieser befestigt sein. Für den Schutz der Trennlage 6 vor der Korrosion durch Fluorwasserstoffe haben sich Chrom VI freies Chromphosphat, Zirkonfluorid oder Titanfluorid als brauchbar erwiesen.
Zusammenfassend ist also festzuhalten, dass zumindest eine der Wandungen 1 der Batterie wenigstens abschnittsweise aus dem Faserverbund 2 gebildet ist, wobei der Faserverbund 2 mehrere Lagen 3 bis 8 und vorzugsweise die elektrolytbeständige und -dichte Innenlage 3, die feuchtigkeitsdichte und - beständige Außenlage 4, die selbsttragende Zwischenlage 5, die Gas aus dem Inneren des Gehäuses nicht durch den Faserverbund 2 nach außen treten lassende Trennlage 6 und die die Zwischenlage 5 an der Trennlage 6 fixierende Laminatschicht 7 aufweist. Zum Schutz der Trennlage 6 kann der Faserverbund 2 optional die Korrosionsschutzlage 8 aufweisen, die zwischen der Innenseite 9 und der Trennlage 6 angeordnet und beispielsweise über die Laminatschicht 7 mit der Trennlage 6 fest verbunden ist. Alle Lagen 3 bis 8 des Faserverbundes 2 können an benachbarten Lagen durch Verkleben oder Laminieren befestigt sein.
Figur 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäß ausgestalteten Batterie 1 1 mit einem Gehäuse 12 und zwei Anschlusselementen 13, 14 zum Anschließen der elektrochemischen Zelle an einen Energieverbraucher und/oder eine Energiequelle.
Das Gehäuse 12 ist im Wesentlichen prismatisch, zylindrisch oder kastenförmig und mit einer im Wesentlichen rechteckförmigen Grundfläche ausgebildet. Das Gehäuse 12 weist sechs Seiten auf, wobei eine Oberseite 15 mit den
Anschlusselementen 13, 14 versehen ist. Eine der Oberseite 15
gegenüberliegend angeordnete Unterseite 16 des Gehäuses 12 dient im Ausführungsbeispiel der Figur 2 dem Gehäuse 12 als Standfläche, auf dem das Gehäuse 12 auf einem Untergrund selbstständig stehen kann. Die Oberseite 15 kann als eine obere und die Unterseite 16 als eine untere Wandung 1 des Gehäuses 12 bezeichnet werden.
Zwischen der Oberseite 15 und der Unterseite 16 weist das Gehäuse 12 vier seitliche Wandungen 1 auf, die zusammen mit der Oberseite 15 und der Unterseite 16 das Innere des Gehäuses 12 umschließen. Von den zwischen der Oberseite 15 und der Unterseite 16 angeordneten seitlichen Wandungen 1 sind nur die seitlichen Wandungen 17, 18 in der Figur 2 sichtbar.
Jede der Wandungen 15 bis 18 kann zumindest abschnittsweise aus dem Faserverbund 2 gefertigt sein. Um eine maximale Gewichtsersparnis mit Bezug auf ein Metallgehäuse zu erreichen, ist vorzugsweise das gesamte Gehäuse 12 aus dem Faserverbund 2 gefertigt.
Der Faserverbund 2 kann zunächst schlauchförmig ausgebildet vorliegen, wobei insbesondere die die Oberseite 15 und die Unterseite 16 ausbildenden
Abschnitte des Faserverbundes 2 als Kragen des rohrförmigen Faserverbundes 2 ausgebildet sind.
Um die Unterseite 16 auszuformen, können einander gegenüberliegend ausgebildete Seiten 19, 20 eines der Kragen zunächst miteinander in Kontakt gebracht und wenigstens eine Siegelnaht 21 ausbildend so aneinander befestigt werden, sodass sie eine Öffnung des röhrenförmigen Faserverbundes 2 und die
Unterseite 16 ausbildend schließen. Beispielsweise können die einander gegenüberliegenden Seiten 19, 20 entlang der Siegelnaht 21 miteinander verschweißt oder verklebt sein. Um die Stabilität des aus dem Faserverbund 2 gefertigten Gehäuses 12 zu verbessern, kann der Faserverbund 2 box- oder kistenförmig gefaltet werden, sodass er Faltkanten 22 aufweist. Die Faltkanten 22 können die Außenkanten des Gehäuses 12 ausbilden und dieses so stabilisieren, dass das Gehäuse 12 einfach handhabbar ist, ohne dass die im Gehäuse 12 angeordnete
elektrochemische Zelle mechanisch überlastet wird. Solange die Oberseite 15 noch offen ist, kann die elektrochemische Zelle in das Gehäuse 12 ohne Weiteres eingesetzt werden. Sobald die elektrochemische Zelle in das Gehäuse 12 eingesetzt ist, kann das Gehäuse 12 auch an der Oberseite 15 geschlossen werden. Zum Beispiel können einander
gegenüberliegend angeordnete Seiten 23, 24 des der Unterseite 16
gegenüberliegenden Kragens der Oberseite 15 wie die Seiten 19, 20 miteinander in Kontakt gebracht und eine Siegelnaht 25 ausformend aneinander befestigt werden.
Durch den Faltvorgang zur Ausbildung der Faltkanten 22 und das Verschließen der Oberseite 15 und der Unterseite 16 stehen im Bereich der Oberseite 15 und der Unterseite 16 laschenförmige Abschnitte 26, 27 des Faserverbundes 2 über einander gegenüberliegenden seitlichen Wandungen 17 über, wobei im
Ausführungsbeispiel der Figur 2 nur die aus der Zeichenebene hinausweisenden laschenförmigen Abschnitte 26, 27 der Oberseite 15 und der Unterseite 16 gezeigt sind. Um die Handhabung des Gehäuses 12 zu vereinfachen, sind die laschenförmigen Abschnitte 26, 27 auf die seitliche Wandung 17 gefaltet und dort befestigt. Durch ein Umfalten der laschenförmigen Abschnitte 26, 27 auf die seitlichen Wandungen 17 vereinfacht sich nicht nur die Handhabung des
Gehäuses 12. Vielmehr entstehen dadurch weitere Faltkanten 22, welche die Stabilität des Gehäuses 12 zusätzlich verbessern.
Die Anschlusselemente 13, 14 sind elektrisch leitfähig mit der elektrochemischen Zelle im Inneren des Gehäuses 12 verbunden und ragen durch die Oberseite 15. Beispielsweise ist die Oberseite 15 mit Durchführungsöffnungen für die
Anschlusselemente 13, 14 versehen. Um zu verhindern, dass Feuchtigkeit oder Gase durch die Durchführungsöffnungen hindurchtreten, sind die
Anschlusselemente 13, 14 mit Dichtelementen 28, 29 versehen, wobei die Dichtelemente 28, 29 dichtend an den Anschlusselementen 13, 14 und dem Faserverbund 2 anliegen. Die Dichtelemente 28, 29 sind vorzugsweise aus einem Kunststoff und insbesondere durch Umspritzen der Anschlusselemente 13, 14 und eines Teils des Faserverbundes 12 gefertigt.
Im Inneren des Gehäuses 12 können im Betrieb der Batterie Gase entstehen, die den Innendruck des Gehäuses 12 ansteigen lassen können. Damit der steigende Innendruck des Gehäuses 12 dieses nicht untolerierbar verformt, weist das Gehäuse 12 eine Druckablassöffnung 30 auf, die Gas bei Erreichen eines vorgegebenen Innendruckes aus dem Gehäuse 12 entweichen lässt. Die Druckablassöffnung 30 kann mit einer fluiddichten und elektrolytbeständigen Folie abgedichtet sein, die beispielsweise auf der Innenseite 9 und/oder der Außenseite 9' auf den Faserverbund 2 geklebt ist. Übersteigt der Innendruck den vorgegebenen Maximaldruck, so kann die Folie reißen und Gas durch die Druckablassöffnung 30 aus dem Gehäuse 12 entweichen.
Alternativ zu der aufgeklebten Folie kann die Druckablassöffnung 30 durch die Trennlage 4 und optional zusätzlich durch die Korrosionsschutzlage 8 und/oder die Innenlage 3 gedichtet sein. Insbesondere kann der Faserverbund 2 im Bereich der Druckablassöffnung 30 zumindest ohne die Zwischenlage 5 ausgeformt sein.
Ein zum Betrieb der Batterie 11 gegebenenfalls benötigter Elektrolyt kann zusammen mit der elektrochemischen Zelle in das Gehäuse 12 eingeführt werden. Es kann jedoch vorteilhaft sein, zunächst lediglich die elektrochemische Zelle, beispielsweise eine Elektrodenanordnung, in das Gehäuse 12 einzusetzen und den Elektrolyt erst in das Gehäuse 12 einzufüllen, wenn die
Anschlusselemente 13, 14 mit der Elektrodenanordnung verbunden und das Gehäuse 12 an der Oberseite 15 und der Unterseite 16 geschlossen sind. Hierzu kann das Gehäuse 12 eine Einfüllöffnung für den Elektrolyt aufweisen, die entsprechend der Druckablassöffnung 13 beispielsweise mit Folien verschlossen sein kann. Alternativ kann der Elektrolyt durch die Druckablassöffnung 13 in das Gehäuse 12 eingefüllt werden, bevor die Druckablassöffnung 13 geschlossen wird.

Claims

Ansprüche
1. Batterie (1 1) mit einem Gehäuse (12) und einer im Gehäuse (12)
angeordneten elektrochemischen Zelle zur Speicherung elektrischer Energie, dadurch gekennzeichnet, dass
das Gehäuse (12) wenigstens eine Wandung (1) aus einem Kunststoff laminierten Faserverbund (2) aufweist.
2. Batterie (11) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der
Faserverbund (2) an seiner ins Innere des Gehäuses (12) weisenden Innenseite (9) dauerhaft elektrolytbeständig und -dicht ausgebildet ist.
3. Batterie (11) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Faserverbund (2) an seiner vom Inneren des Gehäuses (12) wegweisenden Außenseite (9') dauerhaft feuchtigkeitsbeständig und -dicht ausgebildet ist.
4. Batterie (11) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Faserverbund (2) mehrlagig mit einer Innenlage (3), einer
Außenlage (4) und einer zwischen der Innenlage (3) und der Außenlage (4) angeordneten Zwischenlage (5) aufgebaut ist, wobei die Zwischenlage (5) im Wesentlichen formstabil und aus einem ein Fasermaterial aufweisenden Material gefertigt ist.
5. Batterie (1 1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Faserverbund (2) eine eine Gasbarriere ausbildende Trennlage (6) aufweist.
6. Batterie (11) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Faserverbund (2) eine Korrosionsschutzlage (8) aufweist.
7. Batterie (11) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (12) aus dem Faserverbund (2) ausgeformt ist, wobei der Faserverbund (2) zur Ausformung des Gehäuses (12) gefaltet ist.
8. Batterie (11) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (12) ein Gehäuse (12) einer Batteriezelle der Batterie (1 1) ist.
9. Batteriesystem mit wenigstens einer Batterie (1 1), dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie (11) eine Batterie (1 1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ist.
10. Kraftfahrzeug mit wenigstens einer Antriebsenergie übertragend, mit einer Antriebsvorrichtung des Kraftfahrzeuges verbundenen Batterie (11), dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie (1 1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ist.
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