WO2023180004A1 - Abschlussplatte für ein zellgehäuse einer batteriezelle, zellgehäuse und batteriezelle - Google Patents

Abschlussplatte für ein zellgehäuse einer batteriezelle, zellgehäuse und batteriezelle Download PDF

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WO2023180004A1
WO2023180004A1 PCT/EP2023/054461 EP2023054461W WO2023180004A1 WO 2023180004 A1 WO2023180004 A1 WO 2023180004A1 EP 2023054461 W EP2023054461 W EP 2023054461W WO 2023180004 A1 WO2023180004 A1 WO 2023180004A1
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WO
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groove
end plate
circular shape
cell housing
cell
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/054461
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French (fr)
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Simon Haerle
Seokyoon Yoo
Christoph Born
Felix Laasch
Alexander UNTERKREUTER
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
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Publication date
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/102—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by their shape or physical structure
    • H01M50/107—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by their shape or physical structure having curved cross-section, e.g. round or elliptic
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
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    • H01M50/152—Lids or covers characterised by their shape for cells having curved cross-section, e.g. round or elliptic
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    • H01M50/30—Arrangements for facilitating escape of gases
    • H01M50/342—Non-re-sealable arrangements
    • H01M50/3425—Non-re-sealable arrangements in the form of rupturable membranes or weakened parts, e.g. pierced with the aid of a sharp member

Definitions

  • the present invention relates to an end plate for a cell housing of a battery cell, a cell housing and a battery cell.
  • an energy storage device and associated electrodes can be arranged within a cell housing. Electrical power can be tapped from outside the cell housing via provided electrical connections to the electrodes.
  • the energy storage may have chemical compounds that can lead to gas emissions within the cell housing. If the temperature is high at the same time, high pressure can arise within the cell housing, which increases the risk of uncontrolled destruction of the battery cell.
  • a predetermined breaking point can be provided in the cell housing, in particular an end plate of the cell housing, which breaks above a predetermined minimum pressure, so that the gas can escape and the gas pressure within the cell housing cannot increase further.
  • the present invention is based on the object of providing an end plate for a cell housing of a battery cell with a predetermined breaking point, which can be easily manufactured and in which a required low pressure tolerance of a triggering pressure can be achieved in the installed state.
  • a first aspect of the invention relates to an end plate for a cell housing of a battery cell, comprising: (i) a first side and a second side arranged opposite the first side; (ii) a first groove forming a first circular shape; (iii) a second groove forming a second circular shape; (iv) wherein an opening of the first groove or another opening of the second groove is formed on the first side or the second side; (v) wherein the first groove and the second groove are mechanically coupled to one another.
  • a condition A or B is satisfied by one of the following conditions: A is true (or present) and B is false (or absent), A is false (or absent) and B is true (or present), and both A and B are true (or present).
  • the term “configured” or “set up” to fulfill a specific function (and respective modifications thereof) means that the corresponding device is already in a configuration or setting in which it can carry out the function or at least they can be adjusted like this - i.e. configurable - is that it can carry out the function after being set accordingly.
  • the configuration can be carried out, for example, by appropriately setting parameters of a process flow or switches or the like to activate or deactivate functionalities or settings.
  • the device can have several predetermined configurations or operating modes, so that the configuration can be carried out by selecting one of these configurations or operating modes.
  • the end plate according to the first aspect can ensure that the first groove and the second groove act as a common predetermined breaking point. This can be advantageous when the end plate is mounted on a cell housing of a battery cell.
  • An energy storage device through which gases can be emitted can be arranged inside the cell housing, which can be sealed in a gas-tight manner. If the gas pressure inside the cell housing increases, there may be a risk of the battery cell housing bursting open in an uncontrolled manner.
  • a predetermined breaking point can be provided on the end plate, which breaks at a predetermined gas pressure, so that gas can escape from the cell housing and the gas pressure in the cell housing cannot increase any further.
  • a deformation or "bending" of the groove of the two grooves which has a smaller radius of the circular shapes, can occur when the gas pressure in the cell housing increases, as a result of which an opening angle of this groove increases.
  • This can result in only a tensile stress acting in the other of the two grooves with the larger radius, which leads to a taper and eventual breakage of the material and an opening of the cell housing on the end plate.
  • This mechanical coupling allows the predetermined breaking point to break at a lower gas pressure compared to a predetermined breaking point that is formed by a single groove.
  • a larger remaining bottom thickness which is a thickness of the end plate between a bottom area of a groove and the remaining material on the corresponding side of the end plate, can be provided in order to prevent breaking at the predetermined breaking point to bring about a predetermined pressure.
  • This allows a higher tolerance when producing the individual grooves.
  • the first groove and the second groove as a circular shape, simple production can also be achieved. Overall, one can therefore Manufacturing the end plate with the two grooves can be simplified by the present invention. Furthermore, a greater overall mechanical stability of the end plate can be achieved by increasing the remaining base thickness of the grooves. In addition, it would be conceivable that by using two grooves, a lower minimum pressure could be provided at which the end plate would break.
  • the first circular shape of the first groove has a first radius
  • the second circular shape of the second groove has a second radius
  • the first circular shape and the second circular shape have a common center, and wherein the first radius (r1) is at least 0.8 times as large as the second radius (r2).
  • one opening of the first groove and the other opening of the second groove are respectively arranged on the first side or on the second side.
  • one opening of the first groove is located on the first side and the other opening of the second groove is located on the second side.
  • the first groove and/or the second groove has a V-shaped cross section. The V-shape can promote force transmission to the other groove because the V-shape has an oblique wall that faces the other groove. Furthermore, possible contamination in the groove area can be removed more easily.
  • the first groove and/or the second groove has a rectangular cross section. This makes production simple, since a tool for forming the groove can have a simple rectangular shape and the groove has correspondingly straight walls.
  • the first circular shape and/or the second circular shape forms a circular arc. Because the circular shape of a circular arc is not closed, it can be achieved that when the end plate breaks at the grooves, a broken-out part of the end plate does not fall out or fall into the cell housing, since the part that breaks out is at least at the point where the Circular shape is not continuous, remains attached to the end plate.
  • the end plate has a circular shape. This allows simple production to be achieved.
  • a second aspect of the invention relates to a cell housing for a battery cell, having a hollow cylinder and an end plate according to the first aspect which closes the hollow cylinder on one of its end faces.
  • a third aspect of the invention relates to a battery cell, having a cell housing according to the second aspect and an energy storage device.
  • Fig. 1 shows a schematic top view of an end plate
  • FIG. 2A schematically shows an end plate according to a first embodiment in a side view with a first and a second V-shaped groove with openings on the same side;
  • FIG. 2B schematically shows an end plate according to a second embodiment in a side view with a first and a second V-shaped groove, with openings on different sides;
  • Fig. 3 shows a schematic of a battery cell with a cell housing and an end plate.
  • a circular end plate 100 according to a first exemplary embodiment according to Figure 2A is shown schematically in a top view.
  • the end plate 100 has a first side 130 and a second side 140 (see Figures 2A and 2B).
  • the circular end plate 100 and correspondingly the first side 130 and the second side 140, has a radius r.
  • the end plate 100 has a first groove 110 and a second groove 120, each of which forms a circular shape on the first side 130.
  • the first groove 110 has a first radius r1 and the second groove 120 has a second radius r2, the second radius r2 being larger than the first radius r1.
  • r1 > 0.8 r2 is preferred. This can ensure that a relative minimum distance between the first groove 110 and the second groove 120 is not exceeded.
  • a mechanical interaction between the first groove 110 and the second groove 120 can be achieved when a mechanical force is exerted on the end plate 100, for example by gas pressure, on the first side 130 or on the second side 140.
  • FIG. 2A shows schematically an end plate 100 according to the invention according to a first embodiment in a side view with a first V-shaped groove 110 and a second V-shaped groove 120, the openings of which are arranged on the same side 130 of the end plate 100, which is the first side 130.
  • the first groove 110 has an opening with a first width on a first side 130 of the end plate 100, and a first bottom region 170 with a second width, the first bottom region 170 being between the first side 130 and a second side 140 of the end plate 100 is arranged.
  • the first width is larger than the second width, whereby the cross section of the first groove 110 is designed as a V-shape.
  • the cross section of the first groove 110 tapers from the first side 130 towards the bottom region 170.
  • the first groove 110 therefore extends from the opening of the first side 130 into the end plate 100 in the direction of a second side 140, which is arranged opposite the first side 130 and parallel to the first side 130.
  • the end plate 100 has a thickness D, and in the area of the first groove 110 a first residual thickness RD1, which extends from the bottom area of the first groove 110 to the second side 140.
  • the opening of the second groove 120 has a third width and a second bottom region 180 with a fourth width, the second bottom region 180 being arranged between the first side 130 and a second side 140 of the end plate 100.
  • the third width is larger than the fourth width.
  • the second groove 120 also has a V-shaped cross section. In other words, the cross section of the second groove 120 tapers from the first side 130 towards the bottom region 180. Between the second bottom region 180 of the second groove 120 and the second side 140, the end plate 100 has the first remaining thickness RD1.
  • the first groove 110 and the second groove 120 have a cross-section of the same size, with the first width being the same size as the third width, and the second width being the same size as the fourth width. However, it is also conceivable that the cross sections have a different size, and the first width is different in size than the third width and/or the second width is different in size than the fourth width.
  • the openings of the first groove 110 and the second groove 120 are arranged at a distance from one another. Between the first groove 110 and the second A first wall region 150 is arranged in groove 120. This first wall area 150 extends from the first side 130 into the end plate 100 with increasing wall thickness. The wall thickness on the first side 130 corresponds to a distance between the openings of the first groove 110 and the second groove 120.
  • the first groove 110 and the second groove 120 are mechanically coupled to one another.
  • This mechanical coupling allows the first groove 110 and the second groove 120 to act as a common predetermined breaking point.
  • the end plate 100 is mechanically weakened in its mechanical stability in this area of the predetermined breaking point. If a force is applied to the end plate 100, for example by a gas pressure from within a gas-tight cell housing 210 (see Figure 3) on which the end plate 100 is mounted, the end plate 100 would initially break at this predetermined breaking point, and gas could escape, so that a Gas pressure increasing in the cell housing 210 cannot increase further.
  • the aim is for the predetermined breaking point to be configured in such a way that the predetermined breaking point breaks at a predetermined gas pressure. For this it is necessary that the two grooves 110, 120 are manufactured within predetermined manufacturing tolerances in order to bring about a break in the predetermined breaking point at a gas pressure that is as close as possible to the previously determined gas pressure.
  • the first groove 110 When the gas pressure in the cell housing 210 increases, the first groove 110 can be deformed or “bent,” causing an opening angle of the first groove 110 to increase. This can result in only a tensile stress being applied in the second groove 120, which leads to a taper and ultimately to the material breaking and opening of the cell housing at the end plate.
  • An end plate 100 with two grooves 110, 120, which are mechanically coupled to one another, can enable larger residual base thicknesses RD1, RD2 compared to a single groove, which leads to easier manufacturability.
  • FIG. 2B shows schematically an end plate 190 according to a second embodiment in a side view with the first V-shaped groove 110 and the second V-shaped groove 120 shown, the openings of which are arranged on different sides 130, 140 of the end plate 190.
  • the opening of the first groove 110 is on the first side 130 and the opening of the second groove 120 is on the second side 140.
  • the first groove 110 extends from its opening towards the second side 140
  • the second groove 120 extends from its opening towards the first side 130.
  • the end plate 190 points between the first bottom region 170 of the first groove 110 and the second side 140 the first remaining thickness RD1. Between the second bottom region 180 of the second groove 120 and the first side 130, the end plate 190 has a second remaining thickness RD2.
  • the first groove 110 and the second groove 120 have the same cross section. Furthermore, the first residual thickness RD1 and the second residual thickness RD2 are the same size, although it is also conceivable that they are different sizes. Likewise, according to the embodiment according to FIG. 2B, it is also conceivable that the cross sections are of different sizes.
  • a second wall region 160 with a constant wall thickness is arranged between the first groove 110 and the second groove 120, via which a mechanical interaction between the first groove 110 and the second groove 120 can take place.
  • FIG. 3 shows schematically a battery cell 200 with a cell housing 210 and an end plate 100 of the first embodiment.
  • the cell housing 210 has a hollow cylinder 220, the end plate 100 according to the first embodiment with the first side 130 and the second side, and a cover 230.
  • the cell housing 210 may have an end plate 190 according to the second embodiment.
  • the end plate 100 can be designed as a base plate of the cell housing 210.
  • the cell housing 210 is designed to be gas-tight.
  • An energy storage device 240 is arranged within the cell housing 210.
  • the energy storage 240 can generate electrical current through chemical reactions, which can be tapped from outside the cell housing 210. Chemical reactions within the housing can cause gas to be emitted and a gas pressure inside the cell housing 210 to increase.
  • the end plate 100 can break at a minimum pressure and an uncontrolled increase in pressure in the cell housing 210, which can lead to uncontrolled destruction of the cell housing 210, can be avoided. While at least one exemplary embodiment has been described above, it should be noted that a large number of variations exist. It should also be noted that the exemplary embodiments described are only non-limiting examples and are not intended to limit the scope, applicability, or configuration of the devices and methods described herein.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Abschlussplatte (100, 190) für ein Zellgehäuse (210) einer Batteriezelle (200), aufweisend: (i) eine erste Seite (130) und eine zweite Seite (140), die gegenüberliegend zur ersten Seite (130) angeordnet ist; (ii) eine erste Nut (110), die eine erste Kreisform ausbildet; (iii) eine zweite Nut (120), die eine zweite Kreisform ausbildet; (iv) wobei eine Öffnung der ersten Nut (110) oder eine andere Öffnung der zweiten Nut (120) an der ersten Seite (130) oder der zweiten Seite (140) ausgebildet ist; (vi) wobei die erste Nut (110) und die zweite Nut (120) mechanisch miteinander gekoppelt sind; wobei die erste Kreisform der ersten Nut (110) einen ersten Radius (r1) aufweist; wobei die zweite Kreisform der zweiten Nut (120) einen zweiten Radius (r2) aufweist; und wobei die erste Kreisform und die zweite Kreisform einen gemeinsamen Mittelpunkt aufweisen; und wobei der erste Radius (r1) wenigstens 0,8-mal so groß ist wie der zweite Radius (r2).

Description

ABSCHLUSSPLATTE FÜR EIN ZELLGEHÄUSE EINER BATTERIEZELLE, ZELLGEHÄUSE UND BATTERIEZELLE
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abschlussplatte für ein Zellgehäuse einer Batteriezelle, ein Zellgehäuse und eine Batteriezelle.
Auf dem Gebiet der Batteriezellen sind insbesondere zylindrische, prismatische und pouch-förmige Lithium-Ionen Batteriezellen bekannt. Bei Batteriezellen kann ein Energiespeicher und damit verbundene Elektroden innerhalb eines Zellgehäuses angeordnet sein. Über vorgesehene elektrische Verbindungen mit den Elektroden kann eine elektrische Leistung von außerhalb des Zellengehäuses abgegriffen werden. Der Energiespeicher kann chemische Verbindungen aufweisen, die zu Gasemissionen innerhalb des Zellgehäuses führen können. Bei gleichzeitiger hoher T emperatur kann innerhalb des Zellgehäuses ein hoher Druck entstehen, wodurch sich eine Gefahr einer unkontrollierten Zerstörung der Batteriezelle erhöht. Um dies zu vermeiden, kann bei dem Zellgehäuse, insbesondere einer Abschlussplatte des Zellgehäuses, eine Sollbruchstelle vorgesehen sein, die ab einem vorher bestimmten Mindestdruck bricht, so dass das Gas entweichen kann, und sich der Gasdruck innerhalb des Zellgehäuses nicht weiter erhöhen kann. Dabei hat sich herausgestellt, dass eine Anforderung einer geringen Drucktoleranz eines Auslösedrucks, der zum Brechen der Sollbruchstelle führt, eine aufwändige Herstellung der Abschlussplatte erfordert, da eine Wandstärke der Sollbruchstelle entsprechend mit einer geringen Toleranz gefertigt werden muss.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Abschlussplatte für ein Zellgehäuse einer Batteriezelle mit einer Sollbruchstelle bereitzustellen, die einfach gefertigt werden kann, und bei der im eingebauten Zustand eine erforderliche geringe Drucktoleranz eines Auslösedrucks erreicht werden kann.
Eine Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Lehre der unabhängigen Ansprüche erreicht. Verschiedene Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Abschlussplatte für ein Zellgehäuse einer Batteriezelle, aufweisend: (i) eine erste Seite und eine zweite Seite, die gegenüberliegend zur ersten Seite angeordnet ist; (ii) eine erste Nut, die eine erste Kreisform ausbildet; (iii) eine zweite Nut, die eine zweite Kreisform ausbildet; (iv) wobei eine Öffnung der ersten Nut oder eine andere Öffnung der zweiten Nut an der ersten Seite oder der zweiten Seite ausgebildet ist; (v) wobei die erste Nut und die zweite Nut mechanisch miteinander gekoppelt sind.
Die hierein gegebenenfalls verwendeten Begriffe "umfasst", "beinhaltet", "schließt ein", "weist auf", "hat", "mit", oder jede andere Variante davon sollen eine nicht ausschließliche Einbeziehung abdecken. So ist beispielsweise ein Verfahren oder eine Vorrichtung, die eine Liste von Elementen umfasst oder aufweist, nicht notwendigerweise auf diese Elemente beschränkt, sondern kann andere Elemente einschließen, die nicht ausdrücklich aufgeführt sind oder die einem solchen Verfahren oder einer solchen Vorrichtung inhärent sind.
Ferner bezieht sich "oder", sofern nicht ausdrücklich das Gegenteil angegeben ist, auf ein inklusives oder und nicht auf ein exklusives „oder“. Zum Beispiel wird eine Bedingung A oder B durch eine der folgenden Bedingungen erfüllt: A ist wahr (oder vorhanden) und B ist falsch (oder nicht vorhanden), A ist falsch (oder nicht vorhanden) und B ist wahr (oder vorhanden), und sowohl A als auch B sind wahr (oder vorhanden).
Die Begriffe "ein" oder "eine", wie sie hier verwendet werden, sind im Sinne von „ein/eine oder mehrere“ definiert. Die Begriffe "ein anderer" und „ein weiterer“ sowie jede andere Variante davon sind im Sinne von „zumindest ein Weiterer“ zu verstehen.
Der Begriff "Mehrzahl", wie er hier verwendet wird, ist im Sinne von „zwei oder mehr“ zu verstehen.
Unter dem Begriff „konfiguriert“ oder „eingerichtet“ eine bestimmte Funktion zu erfüllen, (und jeweiligen Abwandlungen davon) ist im Sinne der Erfindung zu verstehen, dass die entsprechende Vorrichtung bereits in einer Ausgestaltung oder Einstellung vorliegt, in der sie die Funktion ausführen kann oder sie zumindest so einstellbar - d.h. konfigurierbar - ist, dass sie nach entsprechender Einstellung die Funktion ausführen kann. Die Konfiguration kann dabei beispielsweise über eine entsprechende Einstellung von Parametern eines Prozessablaufs oder von Schaltern oder ähnlichem zur Aktivierung bzw. Deaktivierung von Funktionalitäten bzw. Einstellungen erfolgen. Insbesondere kann die Vorrichtung mehrere vorbestimmte Konfigurationen oder Betriebsmodi aufweisen, so dass das Konfigurieren mittels einer Auswahl einer dieser Konfigurationen bzw. Betriebsmodi erfolgen kann.
Durch die Abschlussplatte nach dem ersten Aspekt kann erreicht werden, dass die erste Nut und die zweite Nut als eine gemeinsame Sollbruchstelle wirken. Dies kann im montierten Zustand der Abschlussplatte auf einem Zellgehäuse einer Batteriezelle vorteilhaft sein. Dabei kann im Inneren des Zellgehäuses, das gasdicht verschlossen sein kann, ein Energiespeicher angeordnet sein, durch den Gase emittiert werden können. Wenn sich im Inneren des Zellgehäuses der Gasdruck erhöht, kann eine Gefahr eines unkontrollierten Aufplatzens des Zellgehäuses der Batteriezelle entstehen. Um dies zu vermeiden kann bei der Abschlussplatte eine Sollbruchstelle vorgesehen sein, die bei einem vorher festgelegten Gasdruck bricht, so dass Gas aus dem Zellgehäuse entweichen kann, und der Gasdruck im Zellgehäuse nicht weiter ansteigen kann. Gemäß der vorliegenden Lösung mit zwei mechanisch miteinander gekoppelten Nuten kann bei einem steigenden Gasdruck im Zellgehäuse eine Verformung bzw. ein "Abknicken" der Nut der beiden Nuten erfolgen, die einen kleineren Radius der Kreisformen aufweist, wodurch sich ein Öffnungswinkel dieser Nut vergrößert. Dies kann dazu führen, dass in der anderen der beiden Nuten mit dem größeren Radius nur eine Zugspannung wirkt, die zu einer Verjüngung und schließlich zum Brechen des Materials und einer Öffnung des Zellgehäuses an der Abschlussplatte führt. Durch diese mechanische Kopplung kann ein Bruch der Sollbruchstelle bei einem geringeren Gasdruck erfolgen, verglichen mit einer Sollbruchstelle, die durch eine einzelne Nut ausgebildet ist. Dadurch kann bei einer Fertigung der vorliegenden Lösung mit zwei Nuten im Vergleich zu einer Nut eine größere Restbodendicke, die einer Dicke der Abschlussplatte zwischen einem Bodenbereich einer Nut und dem verbleibenden Material zur entsprechenden Seite der Abschlussplatte, vorgesehen sein, um ein Brechen an der Sollbruchstelle bei einem vorgegebenen Druck herbeizuführen. Dadurch kann eine höhere Toleranz bei einer Fertigung der einzelnen Nuten ermöglicht werden. Durch die Ausbildung der ersten Nut und der zweiten Nut als Kreisform kann ebenso eine einfache Fertigung erreicht werden. Insgesamt kann daher eine Herstellung der Abschlussplatte mit den beiden Nuten durch die vorliegende Erfindung vereinfacht werden. Weiterhin kann durch eine größere Restbodendicke der Nuten eine insgesamt höhere mechanische Stabilität der Abschlussplatte erreicht werden. Darüber hinaus wäre es denkbar, dass durch die Verwendung von zwei Nuten ein geringerer Mindestdruck vorgesehen werden kann, bei dem ein Brechen der Abschlussplatte erfolgt.
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der Abschlussplatte beschrieben, die jeweils, soweit dies nicht ausdrücklich ausgeschlossen wird oder technisch unmöglich ist, beliebig miteinander sowie mit den weiteren beschriebenen anderen Aspekten der Erfindung kombiniert werden können.
Bei einigen Ausführungsformen weist (i) die erste Kreisform der ersten Nut einen ersten Radius auf; (ii) die zweite Kreisform der zweiten Nut einen zweiten Radius auf; (iii) wobei die erste Kreisform und die zweite Kreisform einen gemeinsamen Mittelpunkt aufweisen, und wobei der erste Radius (r1) wenigstens 0,8-mal so groß ist wie der zweite Radius (r2). Dies kann mathematisch wie folgt ausgedrückt werden: r1 > 0,8 r2. Dadurch kann sichergestellt werden, dass ein relativer Abstand zwischen der ersten Nut und der zweiten Nut nicht überschritten wird, wodurch eine Mindeststärke der mechanischen Kopplung zwischen der ersten Nut und der zweiten Nut erreicht wird.
Bei einigen Ausführungsformen sind die eine Öffnung der ersten Nut und die andere Öffnung der zweiten Nut jeweils auf der ersten Seite oder jeweils auf der zweiten Seite angeordnet. Dadurch, dass die Öffnungen der ersten Nut und der zweiten Nut auf derselben Seite der Abschlussplatte angeordnet sind, kann eine einfachere Fertigung der Abschlussplatte und damit des Zellgehäuses ermöglicht werden, da die Abschlussplatte nur von einer Seite bearbeitet werden muss.
Bei einigen Ausführungsformen ist die eine Öffnung der ersten Nut auf der ersten Seite angeordnet, und die andere Öffnung der zweiten Nut auf der zweiten Seite angeordnet. Hierdurch kann durch die asymmetrische Anordnung eine größere Steifheit der Abschlussplatte erreicht werden. Dies kann gegenüber äußeren mechanischen Einwirkungen vorteilhaft sein. Bei einigen Ausführungsformen weist die erste Nut und/oder die zweite Nut einen V- förmigen Querschnitt auf. Durch die V-Form kann eine Kraftübertragung auf die andere Nut begünstigt werden, weil die V-Form eine schräge Wand aufweist, die zur anderen Nut zeigt. Weiterhin können mögliche Verunreinigungen im Nut-Bereich einfacher entfernen werden.
Bei einigen Ausführungsformen weist die erste Nut und/oder die zweite Nut einen rechteckigen Querschnitt auf. Dadurch ist eine einfache Fertigung möglich, da ein Werkzeug für eine Ausbildung der Nut eine einfache rechteckige Form aufweisen kann, und die Nut entsprechend gerade Wände aufweist.
Bei einigen Ausführungsformen bildet die erste Kreisform und/oder die zweite Kreisform einen Kreisbogen aus. Dadurch, dass bei einem Kreisbogen die Kreisform nicht geschlossen ist, kann erreicht werden, dass beim Brechen der Abschlussplatte an den Nuten, ein herausgebrochener Teil der Abschlussplatte nicht herausfällt oder in das Zellgehäuse hineinfällt, da der herausbrechende Teil zumindest an der Stelle, an der die Kreisform nicht durchgehend ist, an der Abschlussplatte befestigt bleibt.
Bei einigen Ausführungsformen weist die Abschlussplatte eine Kreisform auf. Hierdurch kann eine einfache Fertigung erreicht werden.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Zellgehäuse für eine Batteriezelle, aufweisend einen Hohlzylinder und eine den Hohlzylinder an einer seiner Stirnseiten abschließende Abschlussplatte nach dem ersten Aspekt.
Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft eine Batteriezelle, aufweisend ein Zellgehäuse gemäß dem zweiten Aspekt und einen Energiespeicher.
Die in Bezug auf den ersten Aspekt der Erfindung erläuterten Merkmale und Vorteile gelten entsprechend auch für die weiteren Aspekte der Erfindung.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung im Zusammenhang mit den Figuren. Dabei zeigt
Fig. 1 schematisch eine Abschlussplatte in einer Draufsicht;
Fig. 2A schematisch eine Abschlussplatte gemäß einer ersten Ausführungsform in einer Seitenansicht mit einer ersten und einer zweiten V-förmigen Nut mit Öffnungen auf derselben Seite;
Fig. 2B schematisch eine Abschlussplatte gemäß einer zweiten Ausführungsform in einer Seitenansicht mit einer ersten und einer zweiten V-förmigen Nut, mit Öffnungen auf unterschiedlichen Seiten; und
Fig. 3 schematisch eine Batteriezelle mit einem Zellgehäuse und einer Abschlussplatte.
In den Figuren werden durchgängig dieselben Bezugszeichen für dieselben oder einander entsprechenden Elemente der Erfindung verwendet.
In Figur 1 ist schematisch eine kreisförmige Abschlussplatte 100 gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels gemäß Figur 2A in einer Draufsicht gezeigt. Die Abschlussplatte 100 weist eine erste Seite 130 und eine zweite Seite 140 (siehe Figuren 2A und 2B) auf. Die kreisförmige Abschlussplatte 100, und entsprechend die erste Seite 130 und die zweite Seite 140, weist einen Radius r auf. Die Abschlussplatte 100 weist eine erste Nut 110 und eine zweite Nut 120 auf, die jeweils eine Kreisform auf der ersten Seite 130 ausbilden. Die erste Nut 110 weist einen ersten Radius r1 und die zweite Nut 120 einen zweiten Radius r2 auf, wobei der zweite Radius r2 größer als der erste Radius r1 ist. Bevorzugt ist r1 > 0,8 r2. Dadurch kann erreicht werden, dass ein relativer Mindestabstand zwischen der ersten Nut 110 und der zweiten Nut 120 nicht überschritten wird. Dadurch kann eine mechanische Wechselwirkung zwischen der ersten Nut 110 und der zweiten Nut 120 erreicht werden, wenn auf die Abschlussplatte 100 eine mechanische Kraft, beispielsweise durch einen Gasdruck, auf die erste Seite 130 oder auf die zweite Seite 140 ausgeübt wird.
In Figur 2A ist schematisch eine erfindungsgemäße Abschlussplatte 100 gemäß einer ersten Ausführungsform in einer Seitenansicht mit einer ersten V-förmigen Nut 110 und einer zweiten V-förmigen Nut 120 gezeigt, wobei deren Öffnungen auf derselben Seite 130 der Abschlussplatte 100 angeordnet sind, welches die erste Seite 130 ist.
Dabei weist die erste Nut 110 eine Öffnung mit einer ersten Breite an einer ersten Seite 130 der Abschlussplatte 100 auf, und einen ersten Bodenbereich 170 mit einer zweiten Breite, wobei der erste Bodenbereich 170 zwischen der ersten Seite 130 und einer zweiten Seite 140 der Abschlussplatte 100 angeordnet ist. Dabei ist die erste Breite größer als die zweite Breite, wodurch der Querschnitt der ersten Nut 110 als V-Form ausgebildet ist. Mit anderen Worten verjüngt sich der Querschnitt der ersten Nut 110 von der ersten Seite 130 zum Bodenbereich 170 hin. Die erste Nut 110 erstreckt sich also von der Öffnung von der ersten Seite 130 in die Abschlussplatte 100 hinein in Richtung einer zweiten Seite 140, die gegenüber der ersten Seite 130 und parallel zur ersten Seite 130 angeordnet ist.
Die Abschlussplatte 100 weist eine Dicke D auf, und in dem Bereich der ersten Nut 110 eine erste Restdicke RD1 , die sich vom Bodenbereich der ersten Nut 110 bis zur zweiten Seite 140 erstreckt.
Die Öffnung der zweiten Nut 120 weist eine dritte Breite auf, und einen zweiten Bodenbereich 180 mit einer vierten Breite, wobei der zweite Bodenbereich 180 zwischen der ersten Seite 130 und einer zweiten Seite 140 der Abschlussplatte 100 angeordnet ist. Die dritte Breite ist größer als die vierte Breite. Entsprechend weist die zweite Nut 120 ebenfalls einen V-förmigen Querschnitt auf. Mit anderen Worten verjüngt sich der Querschnitt der zweiten Nut 120 von der ersten Seite 130 zum Bodenbereich 180 hin. Zwischen dem zweiten Bodenbereich 180 der zweiten Nut 120 und der zweiten Seite 140 weist die Abschlussplatte 100 die erste Restdicke RD1 auf.
Dabei weisen die erste Nut 110 und die zweite Nut 120 einen gleich großen Querschnitt auf, wobei die erste Breite gleich groß ist wie die dritte Breite, und die zweite Breite gleich groß ist wie die vierte Breite. Es ist aber auch denkbar, dass die Querschnitte eine unterschiedliche Größe aufweisen, und die erste Breite unterschiedlich groß ist wie die dritte Breite und/oder die zweite Breite unterschiedlich groß ist wie die vierte Breite. Dabei sind die Öffnungen der ersten Nut 110 und der zweiten Nut 120 beabstandet zueinander angeordnet. Zwischen der ersten Nut 110 und der zweiten Nut 120 ist ein erster Wandbereich 150 angeordnet. Dieser erste Wandbereich 150 erstreckt sich von der ersten Seite 130 in die Abschlussplatte 100 mit ansteigender Wanddicke hinein. Wobei die Wanddicke auf der ersten Seite 130 einem Abstand zwischen den Öffnungen der ersten Nut 110 und der zweiten Nut 120 entspricht.
Durch diese Anordnung sind die erste Nut 110 und die zweite Nut 120 mechanisch miteinander gekoppelt. Durch diese mechanische Kopplung können die erste Nut 110 und die zweite Nut 120 als eine gemeinsame Sollbruchstelle wirken. Dadurch wird die Abschlussplatte 100 in ihrer mechanischen Stabilität in diesem Bereich der Sollbruchstelle mechanisch geschwächt. Bei einer Krafteinwirkung auf die Abschlussplatte 100, beispielsweise durch einen Gasdruck von innerhalb eines gasdichten Zellgehäuses 210 (siehe Figur 3) auf dem die Abschlussplatte 100 montiert ist, würde die Abschlussplatte 100 zunächst an dieser Sollbruchstelle brechen, und Gas könnte entweichen, so dass sich ein im Zellgehäuse 210 erhöhender Gasdruck nicht weiter erhöhen kann. Dabei ist das Ziel, dass die Sollbruchstelle so konfiguriert ist, dass ab einem vorher festgelegten Gasdruck die Sollbruchstelle bricht. Hierfür ist es erforderlich, dass die beiden Nuten 110, 120 innerhalb vorgegebener Fertigungstoleranzen gefertigt werden, um einen Bruch der Sollbruchstelle bei einem Gasdruck herbeizuführen, der möglichst nah bei dem vorher festgelegten Gasdruck liegt.
Bei einem steigenden Gasdruck im Zellgehäuse 210 kann eine Verformung bzw. ein "Abknicken" der ersten Nut 110 erfolgen, wodurch sich ein Öffnungswinkel der ersten Nut 110 vergrößert. Dies kann dazu führen, dass in der zweiten Nut 120 nur eine Zugspannung aufgebracht wird, die zu einer Verjüngung und schließlich zum Brechen des Materials und Öffnung des Zellgehäuses an der Abschlussplatte führt.
Eine Abschlussplatte 100 mit zwei Nuten 110, 120, die mechanisch miteinander gekoppelt sind, kann im Vergleich zu einer einzelnen Nut größere Restbodendicken RD1 , RD2 ermöglichen, was zu einer leichteren Herstellbarkeit führt. Durch die Funktionstrennung von "Abknicken" und "reine Zugspannung" auf die beiden Nuten 110, 120 können größere Herstellungstoleranzen bei der ersten Restdicke RDI und der zweiten Restdicke RD2 ermöglicht werden.
In Figur 2B ist schematisch eine Abschlussplatte 190 gemäß einer zweiten Ausführungsform in einer Seitenansicht mit der ersten V-förmigen Nut 110 und der zweiten V-förmigen Nut 120 gezeigt, wobei deren Öffnungen auf unterschiedlichen Seiten 130, 140 der Abschlussplatte 190 angeordnet sind. Die Öffnung der ersten Nut 110 ist auf der ersten Seite 130 und die Öffnung der zweiten Nut 120 ist auf der zweiten Seite 140 angeordnet. Entsprechend erstreckt sich die erste Nut 110 von ihrer Öffnung in Richtung der zweiten Seite 140, und die zweite Nut 120 von ihrer Öffnung in Richtung der ersten Seite 130. Zwischen dem ersten Bodenbereich 170 der ersten Nut 110 und der zweiten Seite 140 weist die Abschlussplatte 190 die erste Restdicke RD1 auf. Zwischen dem zweiten Bodenbereich 180 der zweiten Nut 120 und der ersten Seite 130 weist die Abschlussplatte 190 eine zweite Restdicke RD2 auf. Wie in Figur 2B gezeigt weisen die erste Nut 110 und die zweite Nut 120 einen gleich großen Querschnitt auf. Weiterhin sind die erste Restdicke RD1 und die zweite Restdicke RD2 gleich groß, wobei auch denkbar ist, dass sie unterschiedlich groß sind. Ebenso ist auch gemäß der Ausführung gemäß Figur 2B denkbar, dass die Querschnitte unterschiedlich groß sind. Zwischen der ersten Nut 110 und der zweiten Nut 120 ist ein zweiter Wandbereich 160 mit einer konstanten Wanddicke angeordnet, worüber eine mechanische Wechselwirkung zwischen der ersten Nut 110 und der zweiten Nut 120 erfolgen kann.
In Figur 3 ist schematisch eine Batteriezelle 200 mit einem Zellgehäuse 210 und einer Abschlussplatte 100 der ersten Ausführungsform gezeigt. Das Zellgehäuse 210 weist einen Hohlzylinder 220, die Abschlussplatte 100 gemäß der ersten Ausführungsform mit der ersten Seite 130 und der zweiten Seite, sowie einen Deckel 230 auf. Genauso kann das Zellgehäuse 210 eine Abschlussplatte 190 gemäß der zweiten Ausführungsform aufweisen. Die Abschlussplatte 100 kann als Bodenplatte des Zellgehäuses 210 ausgebildet sein. Im montierten Zustand ist das Zellgehäuse 210 gasdicht ausgebildet. Innerhalb des Zellgehäuses 210 ist ein Energiespeicher 240 angeordnet. Der Energiespeicher 240 kann durch chemische Reaktionen elektrischen Strom erzeugen, der von außerhalb des Zellgehäuses 210 abgegriffen werden kann. Durch chemische Reaktionen innerhalb des Gehäuses kann Gas emittiert werden, und ein Gasdruck im Inneren des Zellgehäuses 210 ansteigen. Durch die erfindungsgemäße Abschlussplatte 100 und den vorgesehenen Nuten 110, 120 kann ein Brechen der Abschlussplatte 100 bei einem Mindestdruck erfolgen, und ein unkontrollierter Druckanstieg im Zellgehäuse 210, der zu einer unkontrollierten Zerstörung des Zellgehäuses 210 führen kann, vermieden werden. Während vorausgehend wenigstens eine beispielhafte Ausführungsform beschrieben wurde, ist zu bemerken, dass eine große Anzahl von Variationen dazu existiert. Es ist dabei auch zu beachten, dass die beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen nur nichtlimitierende Beispiele darstellen, und es nicht beabsichtigt ist, dadurch den Umfang, die Anwendbarkeit oder die Konfiguration der hier beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren zu beschränken. Vielmehr wird die vorausgehende Beschreibung dem Fachmann eine Anleitung zur Implementierung mindestens einer beispielhaften Ausführungsform liefern, wobei sich versteht, dass verschiedene Änderungen in der Funktionsweise und der Anordnung der in einer beispielhaften Ausführungs- form beschriebenen Elemente vorgenommen werden können, ohne dass dabei von dem in den angehängten Ansprüchen jeweils festgelegten Gegenstand sowie seinen rechtlichen Äquivalenten abgewichen wird.
BEZUGSZEICHENLISTE
100, 190 Abschlussplatte
110 Erste Nut 120 Zweite Nut
130, 140 Erste und zweite Seite
150, 160 Erster und zweiter Wandbereich
170, 180 Erster und zweiter Bodenbereich 200 Batteriezelle
210 Zellgehäuse
220 Hohlzylinder
230 Deckel
240 Energiespeicher
D Dicke Abschlussplatte
RD1, RD2 Erste und zweite Restdicke r Radius Abschlussplatte r1 , r2 Erster und zweiter Radius

Claims

ANSPRÜCHE Abschlussplatte (100, 190) für ein Zellgehäuse (210) einer Batteriezelle (200), aufweisend: eine erste Seite (130) und eine zweite Seite (140), die gegenüberliegend zur ersten Seite (130) angeordnet ist; eine erste Nut (110), die eine erste Kreisform ausbildet; eine zweite Nut (120), die eine zweite Kreisform ausbildet; wobei eine Öffnung der ersten Nut (110) oder eine andere Öffnung der zweiten Nut (120) an der ersten Seite (130) oder der zweiten Seite (140) ausgebildet ist; wobei die erste Nut (110) und die zweite Nut (120) mechanisch miteinander gekoppelt sind; wobei die erste Kreisform der ersten Nut (110) einen ersten Radius (r1) aufweist; wobei die zweite Kreisform der zweiten Nut (120) einen zweiten Radius (r2) aufweist; und wobei die erste Kreisform und die zweite Kreisform einen gemeinsamen Mittelpunkt aufweisen; und wobei der erste Radius (r1) wenigstens 0,8-mal so groß ist wie der zweite Radius (r2). Abschlussplatte (100, 190) nach Anspruch 1 , wobei die eine Öffnung der ersten Nut (110) und die andere Öffnung der zweiten Nut (120) jeweils auf der ersten Seite (130) oder jeweils auf der zweiten Seite (140) angeordnet sind. Abschlussplatte (100, 190) nach Anspruch 1 , wobei die eine Öffnung der ersten Nut (110) auf der ersten Seite (130) angeordnet ist, und die andere Öffnung der zweiten Nut (120) auf einer zweiten Seite (140) angeordnet ist. Abschlussplatte (100, 190) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die erste Nut (110) und/oder die zweite Nut (120) einen V-förmigen Querschnitt aufweist.
5. Abschlussplatte (100, 190) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die erste Nut (110) und/oder die zweite Nut (120) einen rechteckigen Querschnitt aufweist. 6. Abschlussplatte (100, 190) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die erste Kreisform und/oder die zweite Kreisform einen Kreisbogen ausbildet.
7. Abschlussplatte (100, 190) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Abschlussplatte (100, 190) eine Kreisform aufweist.
8. Zellgehäuse (210) für eine Batteriezelle (200), aufweisend: einen Hohlzylinder (220); eine den Hohlzylinder (220) an einer seiner Stirnseiten abschließende Abschlussplatte (100, 190) nach einem der vorherigen Ansprüche.
9. Batteriezelle (200), aufweisend ein Zellgehäuse (210) gemäß Anspruch 8 und einen Energiespeicher (240).
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