WO2025157352A1 - Verfahren zum herstellen eines gehäuses einer batteriezelle, gehäuse einer batteriezelle, batterie und verwendung der batterie - Google Patents

Verfahren zum herstellen eines gehäuses einer batteriezelle, gehäuse einer batteriezelle, batterie und verwendung der batterie

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WO2025157352A1
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WO
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housing
battery
predetermined breaking
breaking point
sheet metal
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René Daikeler
Johannes Arnold
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Schaeffler Technologies AG and Co KG
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    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a housing of a battery cell, a housing of a battery cell, a battery and the use thereof.
  • Thermal runaway In batteries, especially lithium-ion batteries, thermal runaway must be reliably prevented. Thermal runaway is a self-reinforcing, heat-generating process that can occur, for example, due to inadequate cooling or exogenous shocks such as accidents and the associated mechanical damage. Thermal runaway can lead to fire or explosion. Without safety mechanisms, the battery will burst uncontrollably.
  • AT 518 161 B1 discloses a battery with a plurality of battery cells arranged in a housing.
  • at least two battery cells arranged in a row in a stacking direction are arranged in the housing so that they can be moved in the stacking direction.
  • Two neighboring battery cells can be thermally insulated by a - preferably intumescent - protective material above a predetermined temperature.
  • the protective material is arranged between neighboring battery cells in such a way that the neighboring battery cells can be moved away from each other in the stacking direction into a fire protection position by the protective material. This protection requires additional installation space and requires intumescent material.
  • CN 217 848 163 U describes an explosion-proof assembly for a battery enclosure with a circular vent in one of the enclosure walls.
  • the enclosure wall is covered by a plastic plate that covers an outlet opening.
  • the plastic plate has weakened areas and is screwed to the enclosure wall and sealed with a sealing ring. Explosion protection with such a safety valve is relatively complex and requires many individual parts.
  • Another safety valve is disclosed in JP-H11250885 A. It is constructed by forming a thin metal section in a portion of the housing. When the internal pressure in the housing reaches or exceeds a predetermined value (relief pressure), the gas in the housing is released by rupturing the thin section, thereby reducing the internal pressure in the housing. The metal plate is welded, and heat can be transferred to the thin part of the safety valve during welding. As a result, the thin part of the safety valve, which has been work-hardened, is difficult to adjust to a specific valve opening pressure.
  • US 2012/0 114 988 A1 proposes a battery housing with a housing cover.
  • the cover has an elliptical recessed area in which a V-shaped break groove is located.
  • the recessed area is flanked by slots opposite the break groove, which are intended to impair heat transfer.
  • the production of a housing with such a housing cover is still comparatively complex.
  • the object of the present invention is to propose a method for producing a housing for a battery cell that avoids the aforementioned disadvantages. Furthermore, the object of the invention is to provide a housing for a battery cell, to create a battery with such a battery cell, and to demonstrate a use.
  • the housing according to the invention is manufactured from sheet metal.
  • a strip of material can first be cut to length.
  • the sheet metal strip (bare) formed from the semi-finished product can be coated.
  • the sheet metal strip is an essentially two-dimensional structure and has two opposing sheet metal edges.
  • the sheet metal strip is cold-formed, whereby after cold-forming, two sheet metal edges face each other and are then firmly joined.
  • the connection is preferably made by a material bond. Before the sheet metal edges are firmly joined, the sheet metal is provided with a material taper as a predetermined breaking point.
  • the manufacturing of the housing according to the invention is particularly simple because the predetermined breaking point can be created using the same process steps used to form the sheet metal strip. This eliminates the need for additional components and eliminates the need for machining different sides of the sheet metal strip, simplifying tooling and handling. Finally, only a single (linear) weld seam is required, eliminating the need to reposition the housing blank and thus enabling short cycle times.
  • the material taper is preferably introduced by embossing into the preferably still flat sheet metal. This allows it to be introduced directly during the production of the cell housing, avoiding the use of a separate component. Particularly preferred, but not necessarily, the material taper is created during the production of the cell housing by forming, so that it does not require an additional, non-process step.
  • the material taper can take the form of a longitudinal groove and represents a weakening of the housing, forming a predetermined breaking point. It thus represents a burst contour.
  • the material taper is introduced into the cell casing by scoring or engraving. By machining the material taper in this way, the casing's opening pressure can be precisely adjusted.
  • Cold forming techniques include, in particular, stamping, deep drawing, squaring, and bending. This ensures optimal material utilization, as virtually no waste is generated. Eliminating machining ensures that the housing's interior remains free from contamination, potentially eliminating the need for cleaning and deburring.
  • the housing is thus manufactured from a single circuit board, with the remaining separation point subsequently joined.
  • the separation point is positioned opposite the predetermined breaking point. This maximum distance ensures that the heat generated by welding the separation point has minimal impact on the predetermined breaking point.
  • the process is generally suitable for producing housings for round cells, but is primarily intended for prismatic cells.
  • the sheet metal strip is formed in such a way that it ultimately describes the envelope of a cuboid (surface area) without the two end walls, i.e., a cuboid open on both ends. The edges of the cuboid can be rounded for process-related reasons.
  • the body thus formed is also referred to as a square tube.
  • two ends of the sheet metal formed into a square tube are connected to each other by a weld.
  • the weld can be a weld seam or one or more spot welds.
  • the predetermined breaking point and the weld are located on different side surfaces of the square tube.
  • the predetermined breaking point can be designed as a longitudinal groove. In one embodiment, it runs parallel to the length of the square tube. It is advantageous if it is spaced from the end faces. This ensures that the housing does not accidentally burst anywhere along its entire length. This not only keeps any material escaping away from the end walls, so their connection is subjected to less stress, but also allows the material to be collected in a common chamber that can extend across several battery cells.
  • the width- The size of the chamber can be limited to the length of the predetermined breaking points, and its volume can be adjusted to the total number of battery cells to be secured.
  • the longitudinal groove extends over 10% to 30% of the distance between the end faces of the housing.
  • the two opposite open end faces of the housing can be subsequently closed with sheet-metal end caps—i.e., after the sheet metal has been formed and the two ends of the sheet metal have been welded together to form a shell—so that the battery cell can be formed into a pressure chamber.
  • the end caps can also be integrally bonded to the housing.
  • the battery cell thus comprises at least the shell and the parts that close the interior of the can shell, in particular the end caps.
  • the end caps can have a thicker wall than the shell.
  • the end caps preferably contain the battery cell's electrical contacts.
  • the jacket has a substantially constant wall thickness of 0.2 to 1 mm, preferably 0.25 to 0.8 mm, particularly preferably 0.3 to 0.5 mm.
  • a coating can be applied to the outer surface of the casing, at least in certain areas.
  • the coating is intended for electrical insulation of the housing.
  • the housing is provided with a coating or prepared for it as a single part or subassembly, i.e., before the sheet metal is formed into the housing. Processes such as anodizing, coating, painting, gluing, etching, blasting, embossing, brushing, or the like are suitable for this purpose.
  • the coating is preferably a UV varnish.
  • the corresponding embodiments preferably refer to all battery cells arranged in the battery, wherein the battery cells are arranged next to one another in a so-called stack in the battery housing.
  • the battery cells can be immersion-cooled, i.e., they are designed for immersion temperature control in the battery housing.
  • housing can be surrounded at least in part by a dielectric immersion fluid.
  • elastic elements such as disc springs, can be used at the ends of the battery cell rows to preload the stack.
  • the battery assembly can be used in a variety of applications, particularly in cars, trucks, buses, construction vehicles, machinery, or marine applications.
  • the battery assembly can also be understood as a battery pack with multiple battery cells.
  • the battery assembly is, in particular, a lithium-ion accumulator.
  • Figure 1 is a perspective partial view of a battery cell according to the invention in a first embodiment
  • Figure 2 is a simplified perspective view of a second battery cell according to the invention.
  • Figure 3 is a perspective partial view of a battery cell according to the invention in a third embodiment
  • Figure 4a is a schematic representation of a first embodiment of a predetermined breaking point and Figure 4b is a schematic representation of a second embodiment of a predetermined breaking point.
  • Figure 1 shows at least a partial view of a housing 1 for a battery cell for a motor vehicle (not shown here).
  • a battery cell for a motor vehicle (not shown here).
  • several battery cells with similar housings 1 form a battery.
  • the housing 1 is intended for a prismatic battery cell and has a shell 2 made of sheet metal.
  • the sheet metal from which the housing 1 is formed by forming has a substantially constant thickness of between 0.2 and 1 mm.
  • the shell 2 is cuboid-shaped and has two opposing, wide side surfaces 3, 4 and two perpendicularly arranged, likewise opposing, narrow side surfaces 5, 6.
  • the housing 1 is hollow inside and can be subsequently equipped via the initially open end faces 7, 8 of the housing 1. After the sheet metal has been formed and the ends of the sheet metal have been welded to form the shell 2, the open end faces 7, 8 can be closed by covers (not shown here) which can be welded to the shell 2 in order to form the cell can 4 into a pressure vessel.
  • the shell 2 formed from a previously flat sheet metal strip, has two opposing sheet metal edges 9, 10 after forming.
  • the sheet metal edges 9, 10 are firmly connected to each other by a weld seam 11, wherein the weld seam 11 extends parallel to the longitudinal direction of the side surfaces 5, 6.
  • the weld seam 11 is arranged in the second narrow side surface 6 according to Figure 2.
  • a predetermined breaking point 12 in the form of a material taper is arranged on the opposite, first narrow side surface 5, a predetermined breaking point 12 in the form of a material taper is arranged.
  • the predetermined breaking point 12 is a longitudinal groove with reduced material thickness, which is spaced from the end faces 7, 8.
  • the longitudinal groove extends over the entire length of the narrow side surface 5.
  • the rear region 13 of the groove base arranged on the inside of the housing 1, does not protrude into the formed cavity 14.
  • the housing 1 has further grooves 15, 16.
  • the further grooves 15, 16 can in turn represent predetermined breaking points, but can also relieve the predetermined breaking point 12 or stiffen the housing 1.
  • Figures 4a and 4b show different shapes of predetermined breaking points 12.
  • the predetermined breaking point 12 shown in Figure 4a is designed as a longitudinal groove, and in the predetermined breaking point 12 shown in Figure 4b, V-shaped recesses adjoin the longitudinal groove, so that the areas adjacent to the longitudinal groove form a flap-like closure. This ensures that a large amount of gas escapes quickly in the event of a burst, thus rapidly reducing the internal pressure.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Gehäuses (1) einer Batteriezelle, ein Gehäuse (1) einer Batteriezelle, eine Batterie sowie deren Verwendung. Ein Blech mit zwei Blechkanten (9, 10) wird als Ausgangsmaterial bereitgestellt, eine Materialverjüngung wird als Sollbruchstelle (12) in das Blech eingebracht, und das Blech wird zu einem dreidimensionalen Körper so umgeformt, dass die zwei Blechkanten (9, 10) aneinander anliegen. Anschließend werden die beiden aneinander liegenden Blechkanten (9, 10) miteinander fest verbunden.

Description

Verfahren zum Herstellen eines Gehäuses einer Batteriezelle, Gehäuse einer Batteriezelle, Batterie und Verwendung der Batterie
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Gehäuses einer Batteriezelle, ein Gehäuse einer Batteriezelle, eine Batterie sowie deren Verwendung.
Bei Batterien, insbesondere bei Lithiumionenbatterien, muss ein thermisches Durchgehen sicher verhindert werden. Thermisches Durchgehen bezeichnet einen sich selbst verstärkenden, Wärme produzierenden Prozess, der beispielsweise aufgrund unzureichender Kühlung oder exogenen Schocks wie Unfällen und damit verbundener mechanischer Beschädigung eintreten kann. Das thermische Durchgehen kann zum Brand oder zur Explosion führen. Ohne Sicherungsmechanismen zerbirst die Batterie unkontrolliert.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Sicherheitsmechanismen bekannt, ein unkontrolliertes Bersten von Batterien zu vermeiden. So geht aus AT 518 161 B1 geht eine Batterie mit einer Vielzahl von in einem Gehäuse angeordneten Batteriezellen hervor. Um bei einem thermischen Durchgehen einer schadhaften Batteriezelle eine Infizierung benachbarter schadloser Batteriezellen zu vermeiden, ist vorgesehen, dass zumindest zwei in einem Zellenstapel in einer Stapelrichtung aneinandergereiht angeordnete Batteriezellen in Stapelrichtung verschiebbar im Gehäuse angeordnet sind. Jeweils zwei benachbarte Batteriezellen sind durch ein - vorzugsweise intumeszentes - Schutzmaterial ab einer vorgegebenen Temperatur thermisch isolierbar. Das Schutzmaterial ist zwischen benachbarten Batteriezellen so angeordnet, dass die benachbarten Batteriezellen durch das Schutzmaterial in Stapelrichtung voneinander weg in eine Brandschutzstellung verschiebbar sind. Dieser Schutz erfordert zusätzlichen Bauraum und benötigt intumezentes Material.
CN 217 848 163 U beschreibt eine explosionssichere Baugruppe für ein Batteriegehäuse mit einer kreisförmigen Entlüftung in einer der Gehäusewände. Die Gehäusewand ist von einer Kunststoffplatte bedeckt, die eine Auslassöffnung abdeckt. Die Kunststoffplatte weist geschwächte Bereiche auf und ist mit der Gehäusewand verschraubt und über einen Dichtring abgedichtet. Ein Explosionsschutz mit einem derartigen Sicherheitsventil ist relativ aufwändig und erfordert viele Einzelteile. Ein anderes Sicherheitsventil geht aus JP-H11250885 A hervor. Es ist so aufgebaut, dass ein dünner Abschnitt aus Metall in einem Teil des Gehäuses gebildet wird, so dass das Gas im Gehäuse durch Brechen des dünnen Abschnitts freigegeben wird, wenn der Innendruck im Gehäuse gleich oder höher als ein vorbestimmter Wert (Ablassdruck) wird, um dadurch den Innendruck im Gehäuse zu senken. Die Metallplatte wird verschweißt, wobei beim Schweißen Wärme wird auf den dünnen Teil des Sicherheitsventils übertragen werden kann. Dies hat zur Folge, dass der dünne Teil des Sicherheitsventils, der kaltverfestigt wurde, sich schwer auf einen bestimmten Ventilöffnungsdruck einstellen lässt.
Zur Lösung dieses Problems schlägt US 2012/ 0 114 988 A1 ein Batteriegehäuse mit einem Gehäusedeckel vor. Der Deckel weist einen ellipsenförmig vertieften Bereich auf, in dem eine V-förmige Bruchrille angeordnet ist. Damit die beim Verschweißen des Gehäuses eingebrachte Hitze sich nicht nachteilig auf das Sicherheitsventil auswirkt, wird der vertiefte Bereich durch der Bruchrille gegenüberliegende Schlitze flankiert, die die Wärmeübertragung verschlechtern sollen. Die Herstellung eines Gehäuses mit einem derartigen Gehäusedeckel ist immer noch vergleichsweise aufwändig.
Aufgabe der Erfindung
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines Gehäuses einer Batteriezelle vorzuschlagen, das die vorstehend genannten Nachteile vermeidet. Weiter ist es Aufgabe der Erfindung, ein Gehäuse für eine Batteriezelle anzugeben sowie eine Batterie mit einer derartigen Batteriezelle zu schaffen und eine Verwendung aufzuzeigen.
Die Aufgaben werden durch ein Verfahren nach Anspruch 1 , durch eine Verwendung nach Anspruch 10 und durch Vorrichtungen der Ansprüche 5 und 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Im Zusammenhang mit dem Verfahren beschriebene Vorteile und Ausgestaltungen gelten sinngemäß auch für die Vorrichtungen sowie umgekehrt gelten im Zusammenhang mit den Vorrichtungen beschriebene Vorteile und Ausgestaltungen sinngemäß auch für die Verfahren. Das erfindungsgemäße Gehäuse wird aus einem Blech hergestellt. Dazu kann zunächst ein Bandmaterial abgelängt werden. Der aus dem Halbzeug gebildete Blechstreifen (blank) kann beschichtet werden. Der Blechstreifen ist ein im Wesentlichen zweidimensionales Gebilde und weist zwei gegenüberliegende Blechkanten auf. Der Blechstreifen wird kaltumgeformt, wobei nach dem Kaltumformen zwei Blechkanten zueinander weisen und abschließend miteinander fest verbunden werden. Vorzugsweise erfolgt die Verbindung durch einen Stoffschluss. Vor dem festen Verbinden der Blechkanten wird das Blech mit einer Materialverjüngung als Sollbruchstelle versehen.
Die Herstellung des erfindungsgemäßen Gehäuses gelingt besonders einfach, weil die Sollbruchstelle mit den gleichen Prozessschritten eingebracht werden kann, mit denen auch der Blechstreifen umgeformt wird. Damit sind weder zusätzliche Bauteile erforderlich noch die Bearbeitung von unterschiedlichen Seiten, so dass des Blechstreifens, so dass die Werkzeuge und das Handling einfacher ausfallen können. Schließlich ist nur eine (lineare) Schweißnaht erforderlich, was kein Repositionieren des Gehäuserohlings erfordert und damit geringe Taktzeiten ermöglicht.
Die Materialverjüngung wird bevorzugt durch Prägen in das vorzugsweise noch ebene Blech eingebracht. Damit kann diese unmittelbar bei der Herstellung des Zellgehäuses unter Umgehung der Verwendung eines separaten Bauteils eingebracht werden. In besonders bevorzugter, jedoch nicht notwendiger Weise wird die Materialverjüngung bei einer umformtechnisch umgesetzten Herstellung des Zellgehäuses erzeugt, so dass diese keines zusätzlichen, prozessfremden Schrittes bedarf. Die Materialverjüngung kann dabei die Form einer Längsnut annehmen und stellt eine Schwächung des Gehäuses dar, so dass sie eine Sollbruchstelle ausbildet. Sie stellt damit eine Berstkontur dar.
In einer alternativen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Materialverjüngung durch Ritzen oder Gravieren in das Zellgehäuse eingebracht. Durch derartiges spanabhebendes Einbringen der Materialverjüngung lässt sich der Öffnungsdruck des Gehäuses präzise einstellen. In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass vor dem abschließenden Verbinden der Blechenden lediglich Kaltumformtechniken zur Gehäuseherstellung erforderlich sind. Als Kaltumformtechniken sind insbesondere Prägen, Tiefziehen, Durchstellen und Biegen vorgesehen. Es erfolgt eine optimale Ausnutzung des Materials, da nahezu kein Verschnitt anfällt. Durch den Verzicht auf spanabhebende Vorgänge kann sichergestellt werden, dass das Gehäuse innenseitig nicht verunreinigt wird, so dass auf Reinigungsvorgänge und Entgraten ggf. verzichtet werden kann.
Das Gehäuse wird somit aus einer einzelnen Platine mit abschließendem Verbinden der verbleibenden Trennstelle hergestellt. Vorzugsweise ist die Trennstelle der Sollbruchstelle gegenüberliegend angeordnet. Durch den maximalen Abstand kann gewährleistet werden, dass die durch ein Verschweißen der Trennstelle eingebrachte Hitze sich nur wenig auf die Sollbruchstelle auswirkt.
Das Verfahren eignet sich prinzipiell zur Herstellung von Gehäusen von Rundzellen, ist aber bevorzugt für prismatische Zellen vorgesehen. Dabei wird der Blechstreifen so umgeformt, dass er am Ende die Einhüllende eines Quaders (Mantelfläche) ohne die beiden Stirnwände beschreibt, also einen zu beiden Stirnseiten offenen Quader beschreibt. Die Kanten des Quaders können aus prozesstechnischen Gründen verrundet sein. Der so gebildete Körper wird nachfolgend auch als Vierkantrohr bezeichnet.
Vorzugsweise sind zwei Blechenden des zum Vierkantrohr umgeformten Blechs miteinander durch eine Schweißstelle verbunden. Bei der Schweißstelle kann es sich um eine Schweißnaht oder um einen oder mehrere Schweißpunkte handeln. Besonders bevorzugt sind die Sollbruchstelle und die Schweißstelle auf unterschiedlichen Seitenflächen des Vierkantrohres angeordnet.
Die Sollbruchstelle kann als eine Längsnut ausgebildet sein. Sie verläuft in einer Ausgestaltung parallel zur Länge des Vierkantrohres. Vorteilhaft ist es, wenn sie von den Stirnseiten beabstandet ist. Damit wird sichergestellt, dass das Gehäuse nicht irgendwo auf seiner gesamten Länge zufällig birst. Dadurch erfolgt zum einen ein eventueller Materialaustritt von den Stirnwänden entfernt, so dass deren Verbindung weniger belastet wird, zum anderen kann das Material in einer gemeinsamen Kammer gesammelt werden, die sich quer über mehrere Batteriezellen erstrecken kann. Die Brei- te der Kammer lässt sich auf die Länge der Sollbruchstellen eingrenzen, und ihr Volumen kann auf die zu sichernde Gesamtzahl der Batteriezellen abgestimmt werden.
Vorzugsweise erstreckt sich die Längsnut sich über 10% bis 30% des Abstands zwischen den Stirnseiten des Gehäuses.
Die beiden gegenüberliegenden offenen Stirnseiten des Gehäuses können nachträglich, das heißt nach dem Umformen des Blechs und dem Verschweißen der beiden Enden des Blechs zu einem Mantel, durch blechförmige Stirndeckel verschlossen werden, sodass die Batteriezelle zu einer Druckkammer ausgebildet werden kann. Demnach können auch die Stirndeckel stoffschlüssig mit dem Gehäuse verbunden werden. Die Batteriezelle umfasst somit wenigstens den Mantel und die den Innenraum des Bechermantels verschließenden Teile, insbesondere die Stirndeckel. Die Stirndeckel können eine dickere Wandstärke aufweisen als der Mantel. Dabei weisen die Stirndeckel vorzugsweise die elektrischen Kontakte der Batteriezelle auf.
Vorzugsweise weist der Mantel vollumfänglich eine im Wesentlichen konstante Wandstärke von 0,2 bis 1 mm, bevorzugt von 0,25 bis 0,8 mm, besonders bevorzugt von 0,3 bis 0,5 mm auf.
An der Außenseite des Mantels kann wenigstens bereichsweise eine Beschichtung angeordnet sein. Die Beschichtung ist zur elektrischen Isolation des Gehäuses vorgesehen. Das Gehäuse wird bereits im Einzelteil bzw. im Unterzusammenbau, das heißt vor der Umformung des Blechs zum Gehäuse, mit einer Beschichtung versehen oder dafür vorbereitet. Dafür kommen Verfahren wie Eloxieren, Beschichten, Lackieren, Bekleben, Ätzen, Strahlen, Prägen, Bürsten oder dergleichen in Frage. Die Beschichtung ist bevorzugt ein UV-Lack.
Aus Gründen der Lesbarkeit wurde die Erfindung an einer Batteriezellen beschrieben. Vorzugsweise beziehen sich die zugehörigen Ausführungen auf alle in der Batterie angeordneten Batteriezellen, wobei die Batteriezellen im Batteriegehäuse nebeneinander in einem sogenannten Stack angeordnet sind. Die Batteriezellen können immersionsgekühlt sein, das heißt, sie sind zur Immersionstemperierung im Batteriege- häuse zumindest bereichsweise von einem dielektrischen Immersionsfluid umström- bar.
Um eine optional gewünschte Vorspannung der Batteriezellen, insbesondere bei Inbetriebnahme bzw. im Neuzustand, zu realisieren, können elastische Elemente, wie z. B. Tellerfedern, an den Enden der Batteriezellreihen zur Vorspannung des Stacks verwendet werden.
Die Batterieanordnung kann in unterschiedlichen Anwendungen, insbesondere in PKW, LKW, Bussen, Baufahrzeugen, Maschinen oder marinen Anwendungen, zum Einsatz kommen. Die Batterieanordnung ist auch als Batteriepack mit mehreren Batteriezellen zu verstehen. Die Batterieanordnung ist insbesondere ein Lithium-Ionen- Akkumulator.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt, wobei gleiche oder ähnliche Bauteile mit demselben Bezugszeichen versehen sind. Es zeigen
Figur 1 eine perspektivische Teilsicht einer erfindungsgemäßen Batteriezelle in einer ersten Ausführungsform,
Figur 2 eine vereinfachte, perspektivische Ansicht einer zweiten erfindungsgemäßen Batteriezelle,
Figur 3 eine perspektivische Teilsicht einer erfindungsgemäßen Batteriezelle in einer dritten Ausführungsform,
Figur 4a eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer Sollbruchstelle und Figur 4b eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer Sollbruchstelle.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Gemäß Figur 1 ist ein Gehäuse 1 für eine Batteriezelle für ein - hier nicht gezeigtes - Kraftfahrzeug wenigstens teilweise dargestellt. Vorzugsweise bilden mehrere Batteriezellen mit gleichartigen Gehäusen 1 eine Batterie aus.
Die Gehäuse 1 ist für eine prismatische Batteriezelle vorgesehen und weist einen Mantel 2 aus Blech auf. Das Blech, aus dem das Gehäuse 1 durch Umformen ausgebildet wird, weist eine im Wesentlichen konstante Dicke zwischen 0,2 und 1 mm auf. Der Mantel 2 ist quaderförmig ausgebildet und weist zwei gegenüberliegende, breite Seitenflächen 3, 4 sowie zwei senkrecht dazu angeordnete, ebenfalls gegenüberliegende, schmale Seitenflächen 5, 6 auf. Das Gehäuse 1 ist innen hohl ausgebildet und kann nachträglich über die zunächst offenen Stirnseiten 7, 8 des Gehäuses 1 bestückt werden. Die offenen Stirnseiten 7, 8 sind nach Umformung des Blechs und Verschweißen der Enden des Blechs zur Ausbildung des Mantels 2 durch - hier nicht gezeigte - Deckel verschließbar, die mit dem Mantel 2 verschweißbar sind, um den Zellbecher 4 zu einem Druckbehälter auszubilden.
An der Außenseite Mantels 2 ist wenigstens bereichsweise eine - hier nicht näher gezeigte - Beschichtung angeordnet, die zur elektrischen Isolierung und als Schutz vor mechanischer Beanspruchung, beispielsweise in Folge von Vibrationen, ausgebildet ist.
Wie Figur 2 zeigt, weist der aus einem vormals ebenen Blechstreifen ausgebildete Mantel 2 nach dem Umformen zwei gegenüberliegende Blechkanten 9, 10 auf. Die Blechkanten 9, 10 sind miteinander durch eine Schweißnaht 11 fest verbunden, wobei sich die Schweißnaht 11 parallel zur Längsrichtung der Seitenflächen 5, 6 erstreckt.
Die Schweißnaht 11 ist gemäß Figur 2 in der zweiten schmalen Seitenfläche 6 angeordnet. Auf der gegenüberliegenden, ersten schmalen Seitenfläche 5 ist eine Sollbruchstelle 12 in Form einer Materialverjüngung angeordnet. In der Ausführungsform nach Figur 2 ist die Sollbruchstelle 12 eine Längsnut mit verringerter Materialstärke, welche von den Stirnseiten 7, 8 beabstandet ist. In der Ausführungsform nach Figur 1 erstreckt sich die Längsnut über die gesamte Länge der schmalen Seitenfläche 5. Der innenseitig des Gehäuses 1 angeordnete, rückseitige Bereich 13 des Nutgrunds steht dabei in den gebildeten Hohlraum 14 nicht hervor.
In der Ausführungsform nach Figur 3 weist das Gehäuse 1 weitere Nuten 15, 16 auf.
Die weiteren Nuten 15, 16 können ihrerseits Sollbruchstellen darstellen, können aber auch die Sollbruchstelle 12 entlasten oder das Gehäuse 1 versteifen.
In den Figuren 4a und 4b sind schließlich unterschiedliche Formen von Sollbruchstellen 12 gezeigt. Die Sollbruchstelle 12 nach Figur 4a ist als Längsnut ausgebildet, und in der Sollbruchstelle 12 nach Figur 4b schließen sich an die Längsnut V-förmige Vertiefungen an, so dass die an die an die Längsnut angrenzenden Bereiche einen klap- penartigen Verschluss bilden. Damit kann im Berstfall sichergestellt werden, dass schnell eine größere Menge Gas entweicht, so dass der Innendruck schnell absinkt.
Bezuqszeichenliste
1 Gehäuse
2 Mantel 3 erste, breite Seitenfläche
4 zweite, breite Seitenfläche
5 erste, schmale Seitenfläche
6 zweite, schmale Seitenfläche
7 erste Stirnseite 8 zweite Stirnseite
9 erste Blechkante
10 zweite Blechkante
11 Schweißnaht
12 Sollbruchstelle 13 rückseitiger Bereich
14 Hohlraum
15 erste, weitere Nut
16 zweite, weitere Nut

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Herstellen eines Gehäuses (1 ) einer Batteriezelle, dadurch gekennzeichnet, dass
- ein Blech mit zwei Blechkanten (9, 10) als Ausgangsmaterial bereitgestellt wird,
- eine Materialverjüngung als Sollbruchstelle (12) in das Blech eingebracht wird und
- das Blech zu einem dreidimensionalen Körper so umgeformt wird, dass die zwei Blechkanten (9, 10) aneinander anliegen und
- die beiden aneinander liegenden Blechkanten (9, 10) miteinander fest verbunden werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Sollbruchstelle (12) zeitgleich mit einem Umformschritt des ebenen Blechs zu einem dreidimensionalen Körper eingebracht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sollbruchstelle (12) umformtechnisch in das Blech eingebracht wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sollbruchstelle (12) durch Ritzen oder Gravieren eingebracht wird.
5. Gehäuse (1 ) für eine prismatische Batteriezelle mit einer Sollbruchstelle (12) für thermisches Durchgehen der Batteriezelle, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (1 ) aus einem zu einem Vierkantrohr umgeformten Blech ausgebildet und die Sollbruchstelle (12) einteilig mit diesem ausgebildet ist.
6. Gehäuse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das zwei Blechkanten (9, 10) des zum Vierkantrohr umgeformten Blechs miteinander durch eine Schweißstelle (11 ) verbunden sind, wobei die die Sollbruchstelle (12) und die Schweißstelle (11 ) auf unterschiedlichen Seitenflächen (5, 6) des Vierkantrohres angeordnet sind.
7. Gehäuse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Sollbruchstelle (12) umformtechnisch oder durch Ritzen oder Gravieren in das Blech eingebracht ist.
8. Gehäuse nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Vierkant- rohr zwei durch einen Stirnseitenabstand beabstandete Stirnseiten (7, 8) aufweist und dass die Sollbruchstelle (12) als eine Längsnut ausgebildet ist, die sich über 10% bis 30% des Stirnseitenabstands erstreckt und von beiden Stirnseiten (7, 8) beabstandet ist.
9. Batterie mit einer Anordnung von mehreren, in eine Längsrichtung hintereinander angeordneten Batteriezellen, die jeweils ein Gehäuse (1 ) nach Anspruch 5 bis 8 aufweisen, gekennzeichnet durch eine gemeinsame, sich in Längsrichtung erstreckende Kammer, welche die Sollbruchstellen (12) überdeckt.
10. Verwendung einer Batterie nach Anspruch 9 als Fahrzeugbatterie.
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