WO2021028142A1 - Gehäuse, batteriezelle sowie verfahren zur herstellung eines gehäuses einer batteriezelle - Google Patents

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Simon LUX
Lilo DIEGELMANN
Matthias Schroeder
Jochen FRIEDL
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Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a housing, in particular a battery housing, a battery cell, a use of an aluminum composite plate and a method for producing a housing of or for a battery cell.
  • Electrical energy storage devices for example battery cells such as lithium ion cells, as used in traction batteries in motor vehicles, generally have metallic housings.
  • DE 10 2012 213 868 A1 discloses, for example, a battery with a metallic housing, an outer surface of the metallic housing having an insulating coating which is applied in one or more layers and is firmly connected to the metallic outer surface of the battery.
  • the cell housing can be insulated using the following methods, for example: pneumatic spraying of a paint, dip painting, roller, pad or screen printing, electrostatic spraying, thermal spraying with inorganic components or anodizing with subsequent compression and / or sealing.
  • the actual housing shape is realized, for example, by deep drawing. Overall, this leads to a very time-consuming and complex manufacturing process.
  • a housing in particular a battery housing, or more generally a storage housing for electrical energy, comprises a wall, the Wall is at least partially, according to one embodiment also fully dig, formed from a multi-layer material, and wherein the wall encloses an arrangement space which is formed by bending the material.
  • bending preferably includes, among other things, folding, kinking, folding, rolling and / or rolling the material to the desired shape.
  • the material is expediently available as a plate-shaped or flat starting material.
  • This starting material is advantageously brought into the desired shape by means of bending, in the case of a prismatic housing, for example for a lithium ion cell, in particular by means of folding or folding or, as in the case of a round cell, in particular by means of rollers or cylinders.
  • the multilayer material is expediently a layer material comprising at least two layers, a first layer being based on a metallic material or on a metal, in particular on an aluminum material, and a second layer being based on a plastic material.
  • a first layer being based on a metallic material or on a metal, in particular on an aluminum material
  • a second layer being based on a plastic material.
  • the necessary electrical insulation of the cell housing is already provided in the starting material.
  • the second layer is used to provide a desired electrical insulation effect.
  • no further isolation step is expediently necessary.
  • a plurality of first layers and / or also second layers are also preferably provided.
  • the bending process as such can be carried out so gently that the insulation is not destroyed or damaged during forming.
  • the layer material has a different number of layers or plies in areas or sections. This allows z. B. a housing can be provided, the bottom of which is formed exclusively from metal or from a metallic layer, in particular from the first layer.
  • the multilayer material can therefore also only have one layer in some areas.
  • the different number of layers or layers can be taken into account when producing the starting material. Alternatively, one or more layers can also be subsequently removed in areas or sections.
  • the housing is not formed entirely from the multilayer material.
  • the floor is recessed and is through a subsequently arranged component, such as a metal plate, in particular an aluminum plate, is formed.
  • the wall is designed so that an inner layer adjoining the arrangement space is the first layer and an outwardly directed outer layer is the second layer.
  • the aluminum layer is directed inwards, while the plastic layer is directed outwards.
  • the material or the starting material is an aluminum composite plate.
  • the aluminum composite panel has three layers, the outer layers or outer layers being made of aluminum or based on an aluminum material and an intermediate layer arranged in between on a plastic material such as polyethylene (PE) or polypropylene (PP) or a mixture of the above Materials.
  • a plastic material such as polyethylene (PE) or polypropylene (PP) or a mixture of the above Materials.
  • Alternative plastics, or even composite materials which are designed, for example, to provide an, in particular electrical, insulating effect, are also preferred.
  • Typical wall thicknesses of preferred composite panels are, for example, in a range from approximately 0.3 to 2.5 mm, in particular in a range from approximately 0.5 to 1.5 mm, a total thickness being referred to here.
  • Preferred composite materials are also known under the (brand) name “Dibond”.
  • the composite panel can expediently be shaped into a housing by means of folding. Processing takes place, for example, with the help of a bending bench, a bending press, a roller bending machine, etc.
  • a recess such as a groove, preferably a V-shaped groove, is made along the folding surface before folding or bending or folding. or Bie geline introduced in order to achieve a narrow bending or edge radius and the starting material, which is relatively stiff, not to damage.
  • the composite plate has two layers, for example an aluminum layer and a plastic layer or even more than three layers.
  • the composite material is a starting material that has stability or strength.
  • the starting material is z. B. plate-shaped before.
  • a composite or layer material, such as a film, for example can be used as the starting material, which is only brought into a solid or permanent shape after bending, for example by applying a suitable temperature.
  • the bending itself can also take place under the influence of temperature in order to facilitate the bending as such or to simplify the process and / or to protect the material during forming.
  • the wall has at least one joint, one or more layers of the material being connected / joined at the joint, in particular in a materially bonded manner.
  • the at least one joint is in particular, in the case of a prismatic housing, on an edge of the housing.
  • the joining process can be designed differently depending on the layers to be joined. For example, the aluminum layers are connected by welding, while the plastic layers are glued. Alternatively, all layers can be glued together.
  • a prismatic housing has, for. B. four Fü frames, which, when the housing is standing, are formed on the vertically extending edges.
  • the layers in the wall are continuously / circumferentially closed.
  • a safe and circumferential insulation effect can be provided in this way.
  • the material is joined with a miter at the at least one joint, for example.
  • the layers can also abut one another.
  • the at least one joint or joints are provided in particular in the edges or edge regions of the later housing. Alternatively, they can also be provided in the surface areas, in particular on the side walls or also on the floor element.
  • the housing comprises a cover element which is designed to close an opening in the housing, the cover element being formed from the multilayer material, in particular from the same material as the rest of the housing.
  • the cover element includes, for example, the poles of the later battery cell.
  • the cover element rests positively on the opening in such a way that the layers of the material are continuous / closed all round. In this way, an optimal insulation effect can expediently be achieved.
  • cover elements can also be provided in order to provide a closed arrangement space.
  • the invention is also directed to a battery cell comprising a housing according to the invention.
  • the housing is a prismatic battery or cell housing.
  • Alternative geometries deviating therefrom can, however, be represented at any time, especially made possible by the very flexible bending process.
  • a size adjustment or variation can also be implemented very quickly.
  • layers of the wall are connected to different potentials of the battery.
  • a metallic inner layer is set to the potential of the positive (or negative) terminal, with a metallic outer layer being set to terminal voltage or OCV (open circuit voltage).
  • a plastic layer, in particular for insulation, is preferably arranged as the intermediate layer. In this way, sensory deficits can advantageously be shown.
  • the invention is also directed to the use of an aluminum composite plate for producing a housing for an electrical energy storage device, in particular a lithium ion cell.
  • the invention is also directed to a method for producing a housing for a battery cell, comprising the steps: Providing a multilayer material;
  • the advantages and features mentioned in connection with the housing and the battery cell apply analogously and accordingly, and vice versa and with one another.
  • the bending involves folding, folding, kinking, rolling and / or rolling.
  • the bending, such as folding, of the starting material, such as a composite panel offers the possibility of ensuring a particularly homogeneous and defined insulation layer. As a result, a very high level of manufacturing accuracy can be achieved. In addition, the flexibility of the method in terms of cell size should be mentioned. While traditional processes such as deep drawing or extrusion, for example, result in very high tool costs when changing a cell geometry, this can be done very easily with bending.
  • the method comprises the step:
  • recesses for example in the form of grooves, are made in the starting material along the fold or bending lines. This is particularly advantageous in the case of solid materials / starting materials, such as composite panels, since this allows tight bending radii to be achieved. In addition, the material is protected during forming. V-shaped grooves are particularly preferred if the later wall forms a 90 ° angle.
  • Fig. 3 a further schematic sketch of an embodiment of a Ge housing
  • 4 a schematic view of an embodiment of a starting material before it is bent into a housing and corresponding detailed views
  • 5 a further embodiment of a starting material
  • FIG. 1 shows three different embodiments of materials 10 or starting materials.
  • the materials 10 are each formed from multiple layers.
  • a first layer 11 is e.g. B. formed from aluminum or an aluminum alloy.
  • a second layer 12 is formed, for example, from a plastic material such as PP or PE.
  • the materials 10 or the starting materials are bent into housings, as they are sketched in the right half of the figure.
  • Reference numeral 20 denotes the wall of the respective housing. Arrangement spaces A are provided for the arrangement of the electrical components of the battery cell, such as the electrodes, etc.
  • the top variant on the right shows an embodiment in which the wall 20 has an aluminum layer on its inside and an insulation layer on the outside. This configuration is ideal for lithium ion cells in particular.
  • an embodiment can also be implemented as shown in the middle on the right.
  • a three- or multi-layer starting material is particularly preferred, such as an aluminum composite panel, see the embodiment below or below right.
  • the metallic layers are preferably set to different potentials of the battery cell.
  • FIG. 2 shows a further embodiment of a housing, comprising a Wan extension 20, made of a multilayer material, in particular a three-layer material, the wall 20 enclosing an arrangement space A.
  • the wall 20 further forms an opening 24, this being closed or closable by means of a cover element 26.
  • the right half of the picture shows a closed representation. 2 shows in particular that the cover element 26 is advantageously formed from the same starting material or from the same material as the wall 20 of the housing itself.
  • the opening 24 and the cover element 26 are designed so that they are congruent to one another, that the layers in the closed state of the housing, see the right half of the picture, are designed to be circumferentially closed.
  • FIG. 3 shows a further embodiment of a housing, the essential features from FIG.
  • Fig. 4 shows in its left half of the picture an embodiment 10 of a, in particular plate-shaped, material 10.
  • a starting material is already cut here in such a way that all parts of the later housing can be seen. These are in particular a floor 28 and corresponding side walls 30 of the later Ge housing.
  • Reference numeral 14 denotes bending or folding lines along which the material 10 is folded in a later method step.
  • a lid element 26 is also already cut out. If the material 10 or the starting material is now bent over the fold lines 14, so in particular the side walls 30 are bent upwards by 90 ° out of the plane of the drawing, in the embodiment shown here in particular "folded", a housing is advantageously created, as shown in the right half of the picture above.
  • a top view of the Ge housing is a top view of the Ge housing.
  • the cover element 26 is not yet arranged, so that an arrangement space A can be seen.
  • the starting material was shaped into a prismatic housing which has four vertically running edges.
  • the material 10 is connected / joined at the edges.
  • the circle directs the focus onto one of the edges of the housing: it is shown that an edge can have several joining points 22 at which the various layers of the material 10 are connected, in particular joined.
  • the individual layers of the material 10 can be joined to one another.
  • material-locking joining methods are preferred, depending on the material, for example welding or gluing.
  • the example on the left shows that the material is mitred on the edge, while in the right half of the picture it is butted.
  • the layers of the material are continuous or circumferential, so that, for example, an optimal insulation effect is retained.
  • the starting material can be designed in such a way that the base 28 comprises only one layer, in particular a metallic layer, for example.
  • FIG. 5 shows a further embodiment of a material 10 or a starting material, with a folding diagram being constructed differently than in FIG. 4.
  • the material 10 or the starting material in this embodiment also includes a cover element 26, which is virtually not present as a separate part.
  • Fig. 6 shows a further embodiment of a material 10 or a starting material from, this showing a further bending or folding scheme.
  • Reference numeral 28 denotes a base which is connected to a side wall 30 via a fold line. On this side wall 30, the further side walls 30 are arranged, which are then connected to the bottom 28 after a corresponding bending or folding process. The great flexibility of the manufacturing process becomes clear here.

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Abstract

Gehäuse, insbesondere Batteriegehäuse, umfassend eine Wandung, wobei die Wandung zumindest bereichsweise aus einem mehrlagigen Werkstoff gebildet ist, und wobei die Wandung einen Anordnungsraum umschließt, welcher durch Biegen des Werkstoffs geformt ist.

Description

Gehäuse, Batteriezelle sowie Verfahren zur Herstellung eines Gehäuses einer Batteriezelle
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gehäuse, insbesondere ein Batteriegehäuse, eine Batteriezelle, eine Verwendung einer Aluminiumverbundplatte sowie ein Ver fahren zum Herstellen eines Gehäuses einer oder für eine Batteriezelle.
Elektrische Energiespeicher, beispielsweise Batteriezellen, wie Lithiumionenzellen, wie sie in Traktionsbatterien von Kraftfahrzeugen Verwendung finden, weisen in der Regel metallische Gehäuse auf. Die DE 10 2012 213 868 A1 offenbart beispiels weise eine Batterie mit einem metallischen Gehäuse, wobei eine Außenfläche des metallischen Gehäuses eine isolierende Beschichtung aufweist, die ein- oder mehr lagig aufgetragen und fest mit der metallischen Außenfläche der Batterie verbunden vorliegt. Eine Isolation des Zellgehäuses kann beispielsweise mittels folgender Ver fahren erfolgen: pneumatisches Zerstäuben eines Lackes, Tauchlackieren, Roll-, Tampon- oder Siebdruck, elektrostatisches Sprühen, thermisches Spritzen mit anor ganischen Bestandteilen oder Eloxieren mit anschließender Nachverdichtung und/o der Versiegelung. Die eigentliche Gehäuseform wird beispielsweise über Tiefziehen realisiert. In der Gesamtheit führt dies zu einem sehr aufwändigen und komplexen Herstellungsprozess.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Gehäuse, eine Batteriezelle, eine Verwendung einer Aluminiumverbundplatte sowie ein Verfahren zur Herstel lung eines Gehäuses einer oder für eine Batteriezelle anzugeben, welche die be kannten Lösungsansätze weiterentwickeln und insbesondere zu einer Verfahrens vereinfachung und Kostenreduktion in der Herstellung von Gehäusen elektrischer Speicher führen.
Diese Aufgabe wird durch ein Gehäuse gemäß Anspruch 1, durch eine Batteriezelle gemäß Anspruch 11, durch eine Verwendung gemäß Anspruch 13 sowie durch ein Verfahren gemäß Anspruch 14 gelöst. Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der Beschreibung und den beigefügten Figuren.
Erfindungsgemäß umfasst ein Gehäuse, insbesondere ein Batteriegehäuse, oder allgemeiner ein Speichergehäuse für elektrische Energie, eine Wandung, wobei die Wandung zumindest bereichsweise, gemäß einer Ausführungsform auch vollstän dig, aus einem mehrlagigen Werkstoff gebildet ist, und wobei die Wandung einen Anordnungsraum umschließt, welcher durch Biegen des Werkstoffs geformt ist. Der Ausdruck „Biegen“ umfasst dabei bevorzugt unter anderem Falten, Knicken, Abkan ten, Walzen und/oder Rollen des Werkstoffs zur gewünschten Form.
Zweckmäßigerweise liegt der Werkstoff als plattenförmiges oder flächiges Aus gangsmaterial vor. Dieses Ausgangsmaterial wird vorteilhafterweise mittels Biegen in die gewünschte Form gebracht, im Falle eines prismatischen Gehäuses, bei spielsweise für eine Lithiumionenzelle, insbesondere mittels Falten bzw. Abkanten oder, wie im Falle einer Rundzelle, insbesondere mittels Rollen oder Walzen.
Zweckmäßigerweise ist der mehrlagige Werkstoff ein Schichtwerkstoff, umfassend zumindest zwei Lagen, wobei eine erste Lage auf einem metallischen Werkstoff o- der auf einem Metall, insbesondere auf einem Aluminiumwerkstoff, basiert, und wo bei eine zweite Lage auf einem Kunststoffwerkstoff basiert. Zweckmäßigerweise ist also die notwendige elektrische Isolation des Zellgehäuses bereits im Ausgangsma terial vorgesehen. Insbesondere dient die zweite Lage dazu, eine gewünschte elekt rische Isolationswirkung bereitzuzustellen. Nach dem Formen der eigentlichen Ge häusegeometrie ist zweckmäßigerweise kein weiterer Isolationsschritt notwendig. Weiter bevorzugt sind mehrere erste Lagen und/oder auch zweite Lagen vorgese hen.
Dabei ist der Biegeprozess als solcher so schonend durchführbar, dass die Isolation beim Umformen auch nicht zerstört oder beschädigt wird.
Gemäß einer Ausführungsform weist der Schichtwerkstoff bereichs- oder abschnitts weise eine unterschiedliche Schicht- oder Lagenzahl auf. Dadurch kann z. B. ein Gehäuse bereitgestellt werden, dessen Boden ausschließlich aus Metall gebildet ist bzw. aus einer metallischen Lage, insbesondere aus der ersten Lage. Der mehrla gige Werkstoff kann also bereichsweise auch nur eine Lage aufweisen. Die unter schiedliche Schicht- oder Lagenzahl kann bei der Herstellung des Ausgangsmateri als bereits berücksichtigt werden. Alternativ können auch nachträglich eine oder mehrere Lagen bereichs- oder abschnittsweise entfernt werden.
Gemäß einer Ausführungsform ist das Gehäuse nicht vollständig aus dem mehrlagi gen Werkstoff gebildet. Der Boden ist beispielsweise ausgespart und wird durch eine nachträglich angeordnete Komponente, wie beispielsweise eine Metallplatte, insbesondere eine Aluminiumplatte, gebildet.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Wandung ausgelegt, dass eine an den Anord nungsraum angrenzende Innenlage die erste Lage ist und eine nach außen gerich tete Außenlage die zweite Lage. Mit anderen Worten ist gemäß einer Ausführungs form nach innen die Aluminiumlage gerichtet, während nach außen die Kunststoff lage gerichtet ist.
Als weiterer Vorteil ist zu nennen, dass das Biegen sowohl maschinell als auch von Hand realisiert werden kann. Insofern ist ein derartiges Gehäuse, wie auch das spä ter erwähnte Verfahren, sowohl für die Prototypenfertigung wie auch für die Serien fertigung optimal geeignet.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Werkstoff bzw. das Ausgangs material eine Aluminiumverbundplatte. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Aluminiumverbundplatte drei Schichten auf, wobei die Außenlagen oder Außenschichten aus Aluminium sind oder auf einem Aluminiumwerkstoff basieren und eine dazwischen angeordnete Zwischenlage auf einem Kunststoffwerkstoff, wie beispielsweise Polyethylen (PE) oder Polypropylen (PP) bzw. einer Mischung der vorgenannten Materialien. Alternative Kunststoffe oder auch Komposit- oder Ver bundstoffe, welche beispielsweise ausgelegt sind, eine, insbesondere elektrische, Isolationswirkung, bereitzustellen, sind ebenfalls bevorzugt. Typische Wandstärken bevorzugter Verbundplatten liegen beispielsweise in einem Bereich von etwa 0,3 bis 2,5 mm, insbesondere in einem Bereich von etwa 0,5 bis 1,5 mm, wobei hierbei eine Gesamtdicke bezeichnet ist. Bevorzugte Verbundmaterialien sind auch unter dem (Marken-)Namen „Dibond“ bekannt.
Die Verbundplatte kann zweckmäßigerweise mittels Abkanten zu einem Gehäuse geformt werden. Eine Verarbeitung erfolgt beispielsweise mit Hilfe einer Biegebank, einer Biegepresse, einer Walzenrundbiegemaschine etc. Gemäß einer Ausfüh rungsform wird vor dem Falten oder Biegen, bzw. Abkanten, eine Ausnehmung, wie beispielsweise eine Nut, bevorzugt eine V-förmigen Nut, entlang der Falt- bzw. Bie gelinie eingebracht, um einen engen Biege- bzw. Kantenradius erzielen zu können und das Ausgangsmaterial, welches relativ steif ist, nicht zu beschädigen. Alternativ weist die Verbundplatte zwei Schichten auf, beispielsweise eine Alumini umschicht und eine Kunststoffschicht oder auch mehr als drei Schichten.
Zweckmäßigerweise handelt es sich bei dem Verbundmaterial um ein Ausgangsma terial, welches eine Stabilität bzw. Festigkeit aufweist. Das Ausgangsmaterial liegt z. B. plattenförmig vor. Alternativ kann auch ein Verbund- oder Schichtmaterial, wie beispielsweise eine Folie, als Ausgangsmaterial verwendet werden, welches erst nach dem Biegen, beispielsweise durch geeignete Temperatureinwirkung, in eine feste bzw. dauerhafte Form gebracht wird.
Auch das Biegen selbst kann unter Temperatureinfluss stattfinden, um das Biegen als solches zu erleichtern bzw. den Prozess zu vereinfachen und/oder den Werk stoff beim Umformen zu schonen.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Wandung zumindest eine Fügestelle auf, wobei eine oder mehrere Lagen des Werkstoffs an der Fügestelle, insbesondere stoffschlüssig, verbunden/gefügt sind. Die zumindest eine Fügestelle liegt insbeson dere, im Falle eines prismatischen Gehäuses, an einer Kante des Gehäuses. Der Fügeprozess kann dabei abhängig von den zu verbindenden Lagen unterschiedlich ausgebildet sein. Beispielsweise werden die Aluminiumlagen mittels Schweißen ver bunden, während die Kunststofflagen verklebt werden. Alternativ können auch alle Lagen zueinander verklebt werden. Ein prismatisches Gehäuse weist z. B. vier Fü gestellen auf, wobei diese, wenn das Gehäuse steht, an den vertikal verlaufenden Kanten ausgebildet sind.
Bevorzugt sind die Lagen in der Wandung, insbesondere auch über die Fügestellen hinweg, fortlaufend/umlaufend geschlossen ausgebildet. Insbesondere kann so eine sichere und umlaufende Isolationswirkung bereitgestellt werden.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Werkstoff an der zumindest einen Fügestelle beispielsweise auf Gehrung gefügt. Alternativ können die Lagen auch auf Stoß anei nander anliegen. Wie bereits erwähnt, ist die zumindest eine Fügestelle oder sind die Fügestellen insbesondere in den Kanten oder Kantenbereichen des späteren Gehäuses vorgesehen. Alternativ können sie auch in den Flächenbereichen, insbe sondere also an den Seitenwänden oder auch am Bodenelement, vorgesehen sein. Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Gehäuse ein Deckelelement, welches ausgelegt ist, eine Öffnung des Gehäuses zu schließen, wobei das Deckelelement aus dem mehrlagigen Werkstoff, insbesondere aus demselben Werkstoff wie das restliche Gehäuse, gebildet ist. Das Deckelelement umfasst beispielsweise die Pole der späteren Batteriezelle.
Gemäß einer Ausführungsform liegt das Deckelelement derart formschlüssig an der Öffnung an, dass die Lagen des Werkstoffs fortlaufen/umlaufend geschlossen sind. Zweckmäßigerweise kann damit eine optimale Isolationswirkung erzielt werden.
Gemäß einer Ausführungsform, wie beispielsweise im Falle einer Rundzelle, können auch mehrere Deckelelemente vorgesehen sind, um einen geschlossenen Anord nungsraum bereitzustellen.
Die Erfindung richtet sich auch auf eine Batteriezelle, umfassend ein erfindungsge mäßes Gehäuse.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem Gehäuse um ein prismatisches Batterie- oder Zellgehäuse. Alternative, davon abweichende Geo metrien, sind aber, insbesondere ermöglicht durch den sehr flexiblen Biegeprozess, jederzeit darstellbar. Auch ein Größenanpassung bzw. -Variation ist sehr schnell re alisierbar.
Gemäß einer Ausführungsform sind Lagen/Schichten der Wandung an verschie dene Potentiale der Batterie angeschlossen. Gemäß einer Ausführungsform ist eine metallische Innenlage auf das Potential des positiven (oder negativen) Terminals gesetzt, wobei eine metallische Außenlage auf Klemmenspannung oder OCV (Leer laufspannung) gesetzt ist. Als Zwischenlage ist bevorzugt eine Kunststofflage, ins besondere zur Isolation, angeordnet. Damit können mit Vorteil sensorische Defizite aufgezeigt werden.
Die Erfindung richtet sich auch auf die Verwendung einer Aluminiumverbundplatte zum Herstellen eines Gehäuses für einen elektrischen Energiespeicher, insbeson dere eine Lithiumionenzelle.
Weiter richtet sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung eines Gehäuses einer Batteriezelle, umfassend die Schritte: Bereitstellen eines mehrlagigen Werkstoffs;
Formen eines Anordnungsraums durch Biegen des Werkstoffs.
Für die Verwendung, wie auch für das Verfahren, gelten die im Zusammenhang mit dem Gehäuse und der Batteriezelle erwähnten Vorteile und Merkmale analog und entsprechend, sowie umgekehrt und untereinander. Insbesondere handelt es sich bei dem Biegen um ein Falten, Abkanten, Knicken, Walzen und/oder Rollen.
Das Biegen, wie beispielsweise das Falten, des Ausgangsmaterials, wie einer Ver bundplatte, bietet die Möglichkeit, eine insbesondere sehr homogene und definierte Isolationsschicht zu gewährleisten. In der Folge kann eine sehr hohe Fertigungs genauigkeit realisiert werden. Darüber hinaus ist die Flexibilität des Verfahrens in Bezug auf die Zellgröße zu erwähnen. Während beispielsweise bei klassischen Ver fahren, wie Tiefziehen oder Fließpressen, sehr hohe Werkzeugkosten bei der Ände rung einer Zellgeometrie entstehen, ist dies beim Biegen sehr leicht realisierbar.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt:
Einbringen von Faltlinien und/oder Schlitzen in den Werkstoff vor dem For men der Wandung.
Gemäß einer Ausführungsform werden in das Ausgangsmaterial entlang der Falt oder Biegelinien Ausnehmungen, beispielsweise in Form von Nuten, eingebracht. Dies ist insbesondere bei festen Werkstoffen/Ausgangsmaterialien, wie Verbund platten, vorteilhaft, da so enge Biegeradien erzielt werden können. Zudem wird der Werkstoff beim Umformen geschont. Besonders bevorzugt sind V-förmige Nuten, wenn die spätere Wandung einen 90°-Winkel formt.
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen mit Bezug auf die beigefügten Figuren. Dabei können un terschiedliche Merkmale im Rahmen der Erfindung miteinander kombiniert werden.
Es zeigen:
Fig. 1 : drei Ausführungsformen von Werkstoffen, gebogen zu Gehäusen;
Fig. 2: eine schematische Skizze einer Ausführungsform eines Gehäuses;
Fig. 3: eine weitere schematische Skizze einer Ausführungsform eines Ge häuses; Fig. 4: eine schematische Ansicht einer Ausführungsform eines Ausgangs materials vor dem Biegen zu einem Gehäuse sowie entsprechende Detailansichten; Fig. 5: eine weitere Ausführungsform eines Ausgangsmaterials;
Fig. 6: eine weitere Ausführungsform eines Ausgangsmaterials.
Fig. 1 zeigt in der linken Bildhälfte drei verschiedene Ausführungsformen von Werk- stoffen 10 bzw. Ausgangsmaterialien. Die Werkstoffe 10 sind jeweils mehrlagig aus gebildet. Eine erste Lage 11 ist z. B. aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gebildet. Eine zweite Lage 12 ist beispielsweise aus einem Kunststoffwerkstoff, wie PP oder PE, gebildet. Die Werkstoffe 10 bzw. die Ausgangsmaterialien werden zu Gehäusen gebogen, wie sie in der rechten Bildhälfte skizziert sind. Bezugszeichen 20 bezeichnet dabei die Wandung des jeweiligen Gehäuses. Anordnungsräume A sind zur Anordnung der elektrischen Komponenten der Batteriezelle, wie der Elekt roden etc., vorgesehen. Die oberste Variante rechts zeigt eine Ausführungsform, bei welcher die Wandung 20 auf ihrer Innenseite eine Aluminiumlage aufweist und an der Außenseite eine Isolationslage. Gerade für Lithiumionenzellen ist diese Ausge- staltung optimal. Alternativ kann auch eine Ausführungsform realisiert werden, wie sie in der Mitte rechts dargestellt ist. Weiter alternativ ist besonders ein drei- oder mehrlagiges Ausgangsmaterial bevorzugt, wie beispielsweise eine Aluminium-Ver bundplatte, vgl. die Ausführungsform unten bzw. unten rechts. Bevorzugt sind bei spielsweise die metallischen Lagen auf verschiedene Potentiale der Batteriezelle gesetzt.
Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Gehäuses, umfassend eine Wan dung 20, aus einem mehrlagigen Werkstoff, insbesondere aus einem dreilagigen Werkstoff, wobei die Wandung 20 einen Anordnungsraum A umschließt. Die Wan- düng 20 formt weiter eine Öffnung 24, wobei diese mittels eines Deckelelements 26 verschlossen oder verschließbar ist. Die rechte Bildhälfte zeigt eine geschlossene Darstellung. Fig. 2 zeigt insbesondere, dass das Deckelelement 26 vorteilhafter weise aus dem gleichen Ausgangsmaterial bzw. aus dem gleichen Werkstoff ge formt ist, wie die Wandung 20 des Gehäuses selbst. Die Öffnung 24 sowie das De- ckelelement 26 sind dabei derart kongruent zueinander ausgebildet, dass die Lagen im geschlossenen Zustand des Gehäuses, vgl. die rechte Bildhälfte, umlaufend ge schlossen ausgebildet sind. Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Gehäuses, wobei die wesentlichen Merkmale aus der Fig. 2 bekannt sind. Lediglich eine Kontaktstelle zwischen einer Öffnung 24 der Wandung 20 und dem Deckelelement 26 ist hier unterschiedlich ausgebildet. So liegen hier die einzelnen Lagen zueinander auf Stoß an und nicht, wie in der Fig. 2, auf Gehrung bzw. unter einem 45° Winkel. Auch dadurch kann al lerdings der vorteilhafte, umlaufende Lagenaufbau realisiert werden.
Fig. 4 zeigt in seiner linken Bildhälfte eine Ausführungsform 10 eines, insbesondere plattenförmigen, Werkstoffs 10. Ein Ausgangsmaterial ist hier bereits derart zuge schnitten, dass sämtliche Teile des späteren Gehäuses zu erkennen sind. Dies sind insbesondere ein Boden 28 sowie entsprechende Seitenwände 30 des späteren Ge häuses. Bezugszeichen 14 bezeichnet Biege- oder Faltlinien, entlang derer der Werkstoff 10 in einem späteren Verfahrensschritt gefaltet wird. Auch ein Deckelele ment 26 ist bereits ausgeschnitten. Wird nun der Werkstoff 10 bzw. das Ausgangs material über die Faltlinien 14 gebogen, werden also insbesondere die Seitenwände 30 aus der Zeichenebene heraus um 90° nach oben gebogen, in der hier dargestell ten Ausführungsform insbesondere „gefaltet“, entsteht mit Vorteil ein Gehäuse, wie es in der rechten Bildhälfte oben dargestellt ist. Hier ist eine Draufsicht auf das Ge häuse dargestellt. Das Deckelelement 26 ist noch nicht angeordnet, sodass ein An ordnungsraum A erkennbar ist. Vorliegend wurde das Ausgangsmaterial zu einem prismatischen Gehäuse geformt, welches vier vertikal verlaufende Kanten aufweist. Im vorliegenden Fall ist der Werkstoff 10 an den Kanten verbunden/gefügt. Der Kreis richtet den Fokus auf eine der Kanten des Gehäuses: Dargestellt ist, dass eine Kante mehrere Fügestellen 22 aufweisen kann, an welchen die verschiedenen Lagen des Werkstoffs 10 verbunden, insbesondere gefügt, sind. Insbesondere kön nen die einzelnen Lagen des Werkstoffs 10 zueinander gefügt sein. Bevorzugt sind beispielsweise stoffschlüssige Fügeverfahren, je nach Werkstoff, beispielsweise Schweißen oder Kleben. Das linke Beispiel zeigt, dass der Werkstoff an der Kante auf Gehrung anliegt, während er in der rechten Bildhälfte auf Stoß gefügt ist. In bei den Fällen sind allerdings die Lagen des Werkstoffs fortlaufend bzw. umlaufend er halten, so dass beispielsweise eine Isolationswirkung optimal erhalten bleibt. Das Ausgangsmaterial kann so ausgebildet sein, dass der Boden 28 nur eine Lage um fasst, insbesondere beispielsweise ein metallische Lage. Da Gehäuse weist in der Folge einen Metallboden auf.
Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Werkstoffs 10 bzw. eines Aus gangsmaterials, wobei hierbei ein Faltschema anders aufgebaut ist als in der Fig. 4. Insbesondere umfasst der Werkstoff 10 bzw. das Ausgangsmaterial in dieser Aus führungsform auch ein Deckelelement 26, welches quasi nicht als gesondertes Teil vorliegt. Fig. 6 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Werkstoffs 10 bzw. eines Aus gangsmaterials, wobei dieses ein weiteres Biege- bzw. Faltschema zeigt. Bezugs zeichen 28 bezeichnet einen Boden, welcher über eine Faltlinie mit einer Seiten wand 30 verbunden ist. An dieser Seitenwand 30 sind die weiteren Seitenwände 30 angeordnet, welche nach einem entsprechenden Biege- oder Klappprozess dann jeweils mit dem Boden 28 verbunden werden. Deutlich wird hierbei die große Flexi bilität des Fertigungsverfahrens.
Bezugszeichenliste
10 Werkstoff
11 erste Lage 12 zweite Lage
13 dritte Lage
14 Faltlinie 20 Wandung 22 Fügestelle 24 Öffnung
26 Deckelelement 28 Boden 30 Seitenwand 60 Anordnungsraum

Claims

Ansprüche
1. Gehäuse, insbesondere Batteriegehäuse, umfassend eine Wandung (20), wobei die Wandung (20) zumindest bereichsweise aus einem mehrlagigen Werkstoff (10) gebildet ist, und wobei die Wandung (20) einen Anordnungsraum (60) umschließt, welcher durch Biegen des Werkstoffs (10) geformt ist.
2. Gehäuse nach Anspruch 1 , wobei der Werkstoff (10) als plattenförmiges oder flächiges Ausgangsmaterial vorliegt.
3. Gehäuse nach Anspruch 1 oder 2, wobei der mehrlagige Werkstoff (10) ein Schichtwerkstoff ist, umfassend zu- mindest zwei Lagen (11, 12), wobei eine erste Lage (11) auf einem metallischen Werkstoff, insbesondere Aluminium, basiert, und wobei eine zweite Lage (12) auf einem Kunststoffwerkstoff basiert.
4. Gehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Wandung (20) ausgelegt ist, dass eine an den Anordnungsraum (60) angrenzende Innenlage die erste Lage (11) ist und eine nach außen ge richtete Außenlage die zweite Lage (12).
5. Gehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Werkstoff (10) eine Aluminiumverbundplatte ist.
6. Gehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche wobei die Wandung (20) zumindest eine Fügestelle (22) aufweist, und wobei eine oder mehrere Lagen des Werkstoffs (10) an der Fügestelle (22), insbesondere stoffschlüssig, verbunden/gefügt sind.
7. Gehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Lagen in der Wandung (20), insbesondere auch über die zumindest eine Fügestelle (22) hinweg, fortlaufend/umlaufend geschlossen ausgebildet sind.
8. Gehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Werkstoff (10) an der zumindest einen Fügestelle (22) auf Gehrung gefügt ist.
9. Gehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend ein Deckelelement (26), welches ausgelegt ist, eine Öffnung (24) des Gehäuses zu schließen, wobei das Deckelelement (26) aus dem mehrlagigen Werkstoff (10) gebildet ist.
10. Gehäuse nach Anspruch 9, wobei das Deckelelement (26) derart formschlüssig an der Öffnung (24) an liegt, dass die Lagen des Werkstoffs (10) fortlaufend/umlaufend geschlossen sind.
11. Batteriezelle, umfassend ein Gehäuse nach einem der vorhergehenden An sprüche.
12. Batteriezelle nach Anspruch 11 , wobei Lagen der Wandung (20) an verschiedene Potentiale der Batteriezelle angeschlossen sind.
13. Verwenden einer Aluminiumverbundplatte zum Herstellen eines Gehäuses für einen elektrischen Energiespeicher, insbesondere eine Lithiumionen-Zelle.
14. Verfahren zur Herstellung eines Gehäuses einer Batteriezelle, umfassend die Schritte:
Bereitstellen eines mehrlagigen Werkstoffs (10);
Formen eines Anordnungsraums (60) durch Biegen des Werkstoffs (10).
15. Verfahren nach Anspruch 14, umfassend den Schritt: Einbringen von Faltlinien (14) und/oder Schlitzen in den Werkstoff (10) vor dem Formen der Wandung (20).
PCT/EP2020/069829 2019-08-12 2020-07-14 Gehäuse, batteriezelle sowie verfahren zur herstellung eines gehäuses einer batteriezelle WO2021028142A1 (de)

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