WO2025209674A1 - Deckelbaugruppe mit kappe für batteriezellen - Google Patents

Deckelbaugruppe mit kappe für batteriezellen

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WO2025209674A1
WO2025209674A1 PCT/EP2025/050019 EP2025050019W WO2025209674A1 WO 2025209674 A1 WO2025209674 A1 WO 2025209674A1 EP 2025050019 W EP2025050019 W EP 2025050019W WO 2025209674 A1 WO2025209674 A1 WO 2025209674A1
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terminal
sealing element
cap
base plate
cover assembly
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PCT/EP2025/050019
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Stefan Morgenstern
Dr. Tim LEICHNER
Olaf Nahrwold
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Carl Freudenberg KG
Original Assignee
Carl Freudenberg KG
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Publication date
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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 sealing element is arranged in the through-opening of the base plate and designed to seal a first leakage path between the terminal and the sealing element and a second leakage path between the base plate and the sealing element, and to provide a connection and fixation between the terminal and the base plate.
  • the sealing element has an outer side, with a cap arranged on the outer-facing regions of the sealing element. The cap completely covers all outer-facing regions of the sealing element. This provides improved protection for the sealing element, ensuring complete protection against external influences throughout the entire service life of the cover assembly. This allows the sealing element to adequately seal a battery cell and thus fully meet the necessary safety requirements throughout the entire service life of the cover assembly.
  • a positive first clip connection is formed between the base plate and the cap.
  • a positive second clip connection is formed between the terminal and the cap.
  • the first and/or second clip connection are designed such that, when the cap is clipped in, a preload is exerted on the cap.
  • a preload is exerted on the cap.
  • the cap is provided as an electrical connection element between the terminal and the base plate, when the terminal is designed as a cathode.
  • the base plate is preferably designed with a circumferential groove and/or individual embossings to accommodate a first free end region of the cap.
  • the terminal preferably has embossing and/or an undercut.
  • the undercut is preferably a protruding, circumferential edge on which a second free end region of the cap is arranged.
  • the cap is preferably made of a thermoplastic material. More preferably, the cap is made of a flame-retardant material.
  • the cap is particularly preferably an injection-molded component made of a plastic, in particular a thermoplastic. PPS (polyphenylene sulfide) or PP (polypropylene) is preferably used as the thermoplastic.
  • the cover assembly comprises a first terminal and a second terminal.
  • the first terminal is the cathode and the second terminal is the anode of the battery cell.
  • the sealing element is an elastomer, in particular an electrically conductive elastomer, if the sealing element is arranged on the cathode.
  • the elastomer can be produced, for example, by injection molding in a vulcanization tool in which the base plate and the terminal(s) are inserted as inserts. If the cover assembly comprises two terminals, it is possible to use different materials for the first terminal and the second terminal. In particular, an electrically insulating elastomer is used for the anode, and an electrically conductive elastomer is used for the cathode.
  • EPDM ethylene propylene diene rubber
  • FKM fluoroelastomer rubber
  • EPDM ethylene propylene diene rubber
  • FKM fluoroelastomer rubber
  • the materials for the sealing elements on the first and second terminals be the same and preferably made of an electrically non-conductive material.
  • the cap on the cathode can then be made of an electrically conductive material, thus establishing electrical contact between the cathode and the base plate.
  • the cap on the anode is made of an electrically non-conductive material.
  • the terminal is preferably made entirely of aluminum or an aluminum-copper composite.
  • the base plate is more preferably made of aluminum.
  • the terminals also preferably have a square, particularly rectangular, basic shape.
  • the sealing element is preferably formed as a single piece.
  • the sealing element can thus be manufactured simply and cost-effectively.
  • the sealing element is a component manufactured by injection molding that is molded onto the terminal.
  • the sealing element is constructed such that the sealing element has an outer region, a central region arranged in the through-opening, and an inner region, wherein the outer region and the inner region extend parallel to the base plate and enclose at least part of the base plate. This allows for a particularly secure fixation of the sealing element to the base plate.
  • the outer region lies outside the battery cell, and the inner region lies inside the battery cell.
  • a surface of the terminal against which the sealing element rests and seals, and/or a surface of the base plate against which the sealing element rests and seals is formed as a surface-treated surface.
  • the surface-treated surface enables a secure connection between the sealing element and the terminal and/or the base plate.
  • the terminal and the base plate are processed with the same surface treatment on the surfaces against which the sealing element rests.
  • the present invention relates to a battery cell comprising a cover assembly according to the invention.
  • Fig. 1 is a schematic sectional view of a cover assembly according to a first embodiment of the invention
  • Fig. 2 is a schematic, enlarged partial sectional view of a first terminal of the cover assembly of Fig. 1,
  • Fig. 4 is a schematic representation of a battery cell with a cover assembly according to the invention.
  • Fig. 5 is a schematic representation of a battery cell with a cover assembly according to a second embodiment of the invention.
  • a cover assembly 1 according to a first preferred embodiment of the invention will be described in detail below with reference to Figs. 1 to 4.
  • the cover assembly 1 comprises, as shown in Fig. 1, a metallic base plate 2. Two through openings 20 are formed in the metallic base plate 2.
  • the first terminal 3, which forms the cathode, is made entirely of aluminum.
  • the second terminal 4 which forms the anode, is made of a first part 4a made of aluminum and a second part 4b made of copper.
  • the first and second terminals have the same geometric structure and are rectangular in shape (see Fig. 4).
  • the cover assembly 1 further comprises a first sealing element 5, which seals the first
  • the first sealing element 5 is made of an electrically conductive material.
  • the first sealing element 5 comprises an outer region 50, a central region 51, and an inner region 52.
  • the outer region 50 is directed toward the outside of the cover assembly.
  • the inner region 52 is arranged on an inner side of the cover assembly 1.
  • the sealing element is designed in a C-shaped section by two legs which are formed by the outer region 50 and the inner region 52 and the central region 51 connecting the outer region 50 and the inner region 52.
  • the first terminal 3 as further shown in Fig. 1, has a main area and a peripheral edge area 30, which is arranged on the inside of the cover assembly 1 and runs completely around the main area of the first terminal 3.
  • the corners of the first terminal which is square, are rounded. This ensures a secure connection between the sealing element 5 and the first terminal 3.
  • a surface-treated surface is formed on a surface of the terminal 3 and a surface of the base plate 2, against which the sealing element 5 rests and seals.
  • the surface-treated surface is electrically conductive and can be created, for example, by plasma activation, the application of a primer, an adhesion promoter, or mechanical surface treatment such as roughening, pickling, or etching.
  • the surface-treated surface in the contact areas with the sealing element 5 creates a gas-tight and media-tight bond to the first terminal 3 and the base plate 2 that lasts for the service life of the cover assembly 1.
  • the sealing element 5 can be injection-molded onto the first terminal 3 and the base plate 2 by an injection-molding process, which can be inserted, for example, as inserts into an injection-molding tool.
  • the cover assembly 1 comprises a cap 11 on the first terminal 3 and a cap 1T on the second terminal 4.
  • the two caps 11, 1T are made of a particularly flame-retardant material and form a protection for the sealing elements 5 and 5'.
  • the two sealing elements 5 can be made of the same material, in particular an elastomer. If the elastomer of the sealing element 5 at the first terminal 3 is made of an electrically non-conductive material, the cap 11 can be made of an electrically conductive material. and thus establish the electrical connection between the first terminal 3 and the base plate 2 in order to provide corrosion protection for the first terminal 3.
  • a positive-locking first clip connection 12 is formed between the cap 11 and the base plate 2.
  • a positive-locking second clip connection 13 is formed between the cap 11 and the first terminal 3.
  • two clip connections are also provided on the cap 11 and the second terminal 4.
  • the cap 11 is arranged at a first free end region in a circumferential groove 21 in the base plate 2.
  • a second free end of the cap is arranged at the second clip connection 13 behind an undercut provided by a protruding, circumferential edge 31 of the first terminal 3. This allows a clip connection to be achieved in a simple and secure manner.
  • the cap 11 is designed such that, when the cap is mounted, a preload of the cap is created in the first clip connection 12 and in the second clip connection 13. This ensures secure contact between the cap 11, on the one hand, and the base plate 2, on the other hand, and the first terminal 3.
  • a secure electrical connection can be realized between the first terminal 3 and the base plate 2, particularly at the first terminal 3 designed as a cathode. This also improves the sealing properties of the cap with respect to the base plate 2 and the first terminal 3.
  • the preload is achieved, for example, by a small oversize of the two legs of the cap 11 visible in the section.
  • the electrical conductivity of the cap 11 on the first terminal 3 can preferably also be achieved by a coating provided on the inside and/or outside with an electrically conductive material, wherein the material for the cap can then be selected from an electrically non-conductive material.
  • the number of identical parts for the cover assembly can be increased by using identical caps 11 and 1T, and the cap provided on the first terminal 3 can then be provided with an electrically conductive coating.
  • the electrically conductive coating can be provided entirely on the outside and/or inside or only partially on the outside and/or inside.
  • the C-shaped design of the sealing element 5 results in a relatively long first connection area 6, which ensures the media tightness between the sealing element 5 and first terminal 3.
  • a relatively long second connection area 7 also results between the sealing element 5 and the base plate 2.
  • the combination of surface treatment on the first and second connection areas 6, 7 between the sealing element 5 and the first terminal 3 or between the sealing element 5 and the base plate 2 ensures a media-tight connection throughout the service life, preventing any leakage through the first and second connection areas 6, 7, either from the inside out or from the outside in.
  • the caps 11, 1T additionally protect the sealing element 5 against external influences, ensuring a secure seal at the through-opening 20 throughout the service life of the cover assembly.
  • the sealing element 5 also serves as a fixing device for fixing the first terminal 3 in the through-opening 20 of the base plate 2.
  • the first terminal 3 with the circumferential edge region 30 and a step on the base plate 2, which lies at least partially over the circumferential edge region 30, a positive, secure fixing of the first terminal 3 can be realized.
  • a filling opening 8 and a bursting area 9 are also provided in the base plate 2.
  • an insulation plate 10 is provided on the inside of the base plate 2, which can be clipped to the base plate 2 before the injection process of the sealing elements 5.
  • the insulation plate 10 has a circumferential edge 10a in the area of the through-openings 20, which ensures correct positioning during the injection process of the injected sealing element 5.
  • the sealing element 5 is formed on the second terminal 4 and the cap 1T is formed on the first terminal 3, since the second terminal 4 is also geometrically designed the same as the first terminal 3.
  • the two sealing elements 5 are designed such that the inner region 52 partially encompasses the edge region 30, 40 of the two terminals 3, 4. This achieves an even better fixation of the terminals 3, 4 to the base plate 2.
  • the contact areas on the anode are preferably pretreated in the same way as the contact areas on the cathode.
  • Fig. 4 shows an assembled battery cell 100 in which the cover assembly 1 is fixed on a prismatic battery housing 101.
  • the battery housing 101 is preferably made of the same material as the metallic base plate 2, in particular aluminum. This enables a connection between the cover assembly 1 and the battery housing 101 in a simple manner, for example by welding.
  • Fig. 5 shows an alternative embodiment of a battery cell 100, in which two cell covers 1a and 1b are provided, each of which is arranged on opposite narrow sides of the battery cell 100 and covers the battery housing 101.
  • the first terminal 3 is arranged on the first cell cover 1a and the second terminal 4 is arranged on the second cell cover 1b.
  • the second cell cover 1b additionally has the filling opening 8.
  • the bursting area 9 is provided in the battery housing 101 on the long narrow side (cf. Fig. 5).
  • the sealing elements in Fig. 5 are designed in the same way as in the first exemplary embodiment.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Deckelbaugruppe einer Batteriezelle, umfassend: eine metallische Basisplatte (2), wenigstens ein Terminal (3, 4), welches in einer Durchgangsöffnung (20) der Basisplatte (2) angeordnet ist, ein Abdichtelement (5), welches das Terminal an der Basisplatte (2) befestigt und abdichtet, wobei das Abdichtelement (5) eine Außenseite aufweist, wobei das Abdichtelement (5) in der Durchgangsöffnung (20) angeordnet ist und eingerichtet ist, einen ersten Verbindungsbereich (6) zwischen dem Terminal (3, 4) und dem Abdichtelement (5) und einen zweiten Verbindungsbereich (7) zwischen der Basisplatte (2) und dem Abdichtbereich (5) abzudichten und eine Verbindung zwischen dem Terminal (3, 4) und der Basisplatte (2) bereitzustellen, und eine Kappe (11,11'), welche das Abdichtelement (5) vollständig an dessen zur Außenseite liegenden Bereich abdeckt.

Description

Deckelbaugruppe mit Kappe für Batteriezellen
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Deckelbaugruppe mit einer Kappe für eine Batteriezelle, insbesondere eine prismatische Zelle, sowie eine Batteriezelle mit einer derartigen Deckelbaugruppe.
Batteriezellen, wie z.B. prismatische Zellen, kommen z.B. in aufladbaren Lithium-Ionen- Batterien oder Natrium-Ionen-Batterien oder Superkondensatoren zum Einsatz. Dabei umfasst die Batteriezelle ein Gehäuse, welches üblicherweise aus Aluminium hergestellt ist und eine Deckelbaugruppe, die am Gehäuse angeordnet ist und das Gehäuse verschließt. Die Deckelbaugruppe hat somit die Aufgabe, das Batteriegehäuse mediendicht zu verschließen, um die Umgebung vor der Zellchemie zu schützen. Auch soll die Deckelbaugruppe ein Eindringen von Störsubstanzen wie Sauerstoff oder Wasser von Außen in das Zelleninnere verhindern. Weiter soll die Deckelbaugruppe einen Anschluss von Elektroden im Inneren der Batteriezelle und das elektrische Kontaktieren außerhalb der Batteriezelle ermöglichen.
Es ist Aufgabe der Erfindung, bei einfacher und kostengünstiger Herstellbarkeit eine verbesserte Deckelbaugruppe sowie eine Batteriezelle mit einer derartigen Deckelbaugruppe bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch eine Deckelbaugruppe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Batteriezelle mit den Merkmalen des Anspruchs 15 gelöst.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
Die erfindungsgemäße Deckelbaugruppe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist den Vorteil auf, dass eine signifikant verbesserte Abdichtung im Bereich der elektrischen Pole, welche durch Durchgangsöffnungen in der Deckelbaugruppe hindurchreichen, möglich ist. Dabei weist die erfindungsgemäße Deckelbaugruppe einen besonders einfachen und kostengünstigen Aufbau auf. Ein Spalt an der Poldurchführung kann dabei in allen Betriebssituationen, insbesondere bei sehr kalten und sehr heißen Temperaturen sicher abgedichtet werden, so dass eine Leckage über den Spalt an den Poldurchführungen erfindungsgemäß vermieden werden kann. Das Vorsehen einer Kappe ermöglicht einen besonders guten Schutz, insbesondere an Bereichen, die benachbart zur Poldurchführung liegen.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass die Deckelbaugruppe einer Batteriezelle eine metallische Basisplatte und wenigstens ein Terminal (elektrischer Pol), welches in einer Durchgangsöffnung der Basisplatte angeordnet ist, umfasst. Das Terminal ist eingerichtet, eine elektrische Kontaktierung zwischen einer Außenseite der Batteriezelle und einer Innenseite der Batteriezelle zu ermöglichen. Ferner umfasst die Deckelbaugruppe ein Abdichtelement, welches das Terminal an der Basisplatte befestigt und abdichtet. Das Abdichtelement hat somit eine Doppelfunktion einerseits zur Abdichtung am Terminal und zur Befestigung des Terminals. Das Abdichtelement ist dabei in der Durchgangsöffnung der Basisplatte angeordnet und eingerichtet, einen ersten Leckagepfad zwischen dem Terminal und dem Abdichtelement sowie einen zweiten Leckagepfad zwischen der Basisplatte und dem Abdichtelement abzudichten und eine Verbindung und Fixierung zwischen dem Terminal und der Basisplatte bereitzustellen. Das Abdichtelement weist eine Außenseite auf, wobei eine Kappe an den zur Außenseite liegenden Bereichen des Abdichtelements angeordnet ist. Die Kappe deckt dabei vollständig alle zur Außenseite liegenden Bereich des Abdichtelements ab. Dadurch wird ein verbesserter Schutz des Abdichtelements erreicht, sodass über eine Nutzungsdauer der Deckelbaugruppe ein vollständiger Schutz des Abdichtelements gegen äußere Einflüsse vorhanden ist. Dadurch ist es möglich, dass das Abdichtelement über die gesamte Lebensdauer der Deckelbaugruppe eine ausreichende Abdichtung einer Batteriezelle und somit die notwendigen Sicherheitsanforderungen, vollständig erfüllen kann.
Besonders bevorzugt ist zwischen der Basisplatte und der Kappe eine formschlüssige erste Clipverbindung ausgebildet. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist zwischen dem Terminal und der Kappe eine formschlüssige zweite Clipverbindung ausgebildet. Die Clipverbindungen haben den Vorteil einer einfachen und sicheren Montage. Weiterhin ermöglichen die Clipverbindungen eine zerstörungsfreie Demontage der Kappe im Falle von notwendigen Wartungs- und/oder Reparaturarbeiten.
Besonders bevorzugt sind die erste und/oder zweite Clipverbindung derart ausgebildet, dass im eingeklipsten Zustand der Kappe eine Vorspannung auf die Kappe ausgeübt wird. Dadurch kann eine sichere Verbindung zwischen der Kappe und dem Terminal und der Kappe und der Basisplatte ermöglicht werden. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die Kappe als elektrisches Verbindungselement zwischen dem Terminal und der Basisplatte vorgesehen ist, wenn das Terminal als Kathode ausgebildet ist. Zur sicheren Verbindung ist vorzugsweise die Basisplatte mit einer umlaufenden Nut und/oder einzelnen Prägungen ausgebildet, um einen ersten freien Endbereich der Kappe aufzunehmen.
Weiter bevorzugt weist das Terminal Prägungen und/oder eine Hinterschneidung auf. Die Hinterschneidung ist vorzugsweis ein vorstehender, umlaufender Rand, an welchem ein zweiter freier Endbereich der Kappe angeordnet ist.
Die Kappe ist vorzugsweise aus einem thermoplastischen Material hergestellt. Weiter bevorzugt ist die Kappe aus einem flammgeschützten Material hergestellt. Die Kappe ist dabei besonderes bevorzugt ein Spritzgussbauteil aus einem Kunststoff und insbesondere aus einem Thermoplast hergestellt. Als Thermoplast wird vorzugsweise PPS (Polyphenylensulfid) oder PP (Polypropylen) verwendet.
Weiter bevorzugt umfasst die Deckelbaugruppe ein erstes Terminal und ein zweites Terminal. Das erste Terminal ist die Kathode und das zweite Terminal ist die Anode der Batteriezelle.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Abdichtelement ein Elastomer, insbesondere ein elektrisch leitfähiges Elastomer, wenn das Abdichtelement an der Kathode angeordnet ist. Das Elastomer kann beispielsweise durch Anspritzen in einem Vulkanisationswerkzeug, in welchem die Basisplatte und das oder die Terminals als Einlegeteile eingelegt sind, hergestellt werden. Wenn die Deckelbaugruppe zwei Terminals umfasst, ist es möglich, dass für das erste Terminal und das zweite Terminal unterschiedliche Materialien verwendet werden. Für die Anode wird insbesondere ein elektrisch isolierendes Elastomer verwendet, für die Kathode wird ein elektrisch leitfähiges Elastomer verwendet. Als Elastomer wird vorzugsweise EPDM (Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk) oder FKM (Fluorelastomer-Kautschuk) verwendet. Besonders bevorzugt sind allerdings die Materialien für die Abdichtelemente am ersten und am zweiten Terminal gleich gewählt und vorzugsweise aus einem elektrisch nicht-leitenden Material hergestellt. Dann kann an der Kathode die Kappe aus einem elektrisch leitfähigen Material hergestellt werden und somit den elektrischen Kontakt zwischen der Kathode und der Basisplatter herstellen. Die Kappe an der Anode ist aus einem elektrisch nicht-leitenden Material hergestellt.
Das Terminal ist vorzugsweise vollständig aus Aluminium oder aus einem Aluminium-Kupfer- Verbund hergestellt. Die Basisplatte ist weiter bevorzugt aus Aluminium hergestellt. Weiter bevorzugt weisen die Terminals eine viereckige, insbesondere rechteckige, Grundgestalt auf.
Vorzugsweise ist an den Terminals ein umlaufender Randbereich vorgesehen, welcher zur Innenseite der Deckelbaugruppe gerichtet ist. Durch den umlaufenden Randbereich wird ein Absatz am Terminal ausgebildet, an welchem das Abdichtelement zusätzlich anliegen kann. Dadurch kann eine Kontaktfläche zwischen dem Terminal und dem Abdichtelement vergrößert werden, so dass eine noch sicherere Abdichtung und Fixierung des Terminals an der Basisplatte möglich ist.
Das viereckige Terminal ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass keine scharfen Ecken vorhanden sind. Die Ecken des viereckigen Terminals sind vorzugsweise abgerundet ausgebildet.
Vorzugsweise ist das Abdichtelement einteilig ausgebildet. Das Abdichtelement kann somit einfach und kostengünstig hergestellt werden. Besonders bevorzugt ist das Abdichtelement ein mittels Spritzen hergestelltes Bauteil, welches an das Terminal angespritzt ist.
Besonders bevorzugt ist das Abdichtelement derart aufgebaut, dass das Abdichtelement einen Außenbereich, einen in der Durchgangsöffnung angeordneten Mittelbereich und einen Innenbereich aufweist, wobei sich der Außenbereich und der Innenbereich parallel zur Basisplatte erstrecken und wenigstens einen Teil der Basisplatte umschließen. Dadurch kann eine besonders sichere Fixierung des Abdichtelements an der Basisplatte erreicht werden. Im montierten Zustand liegt der Außenbereich außerhalb der Batteriezelle und der Innenbereich in der Batteriezelle.
Weiter bevorzugt ist eine Oberfläche des Terminals, an der das Abdichtelement anliegt und abdichtet, und/oder eine Oberfläche der Basisplatte, an der das Abdichtelement anliegt und abdichtet, als oberflächenbehandelte Fläche ausgebildet. Durch die oberflächenbehandelte Fläche kann eine sichere Verbindung zwischen dem Abdichtelement und dem Terminal und/oder der Basisplatte ermöglicht werden. Vorzugsweise sind das Terminal und die Basisplatte an den Oberflächen, an denen das Abdichtelement anliegt, mit der gleichen Oberflächenbehandlung bearbeitet.
Weiter bevorzugt ist die oberflächenbehandelte Fläche elektrisch leitfähig. Die elektrische Leitfähigkeit ist insbesondere an der Kathode vorgesehen. Hierdurch kann insbesondere die Kathode mit der metallischen Basisplatte verbunden werden, um einen Korrosionsschutz für die Kathode bereitzustellen.
Die Oberflächenbehandlung des Terminals und/oder der Basisplatte an den Oberflächen, welche mit dem Abdichtelement in Kontakt sind, werden vorzugsweise mittels Plasmaaktivieren und/oder Aufbringen eines Primers und/oder Aufbringen eines Haftvermittlers und/oder einer mechanischen Oberflächenbearbeitung, beispielsweise Aufrauen, Beizen, Plasma behandeln und/oder Ätzen, durchgeführt. Weiter bevorzugt ist das Abdichtelement ein angespritztes Spritzbauteil. Insbesondere kann dadurch auf einfache Weise eine formschlüssige Anpassung des Abdichtelements an das Terminal und/oder die Basisplatte ermöglicht werden.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Batteriezelle, umfassend eine erfindungsgemäße Deckelbaugruppe.
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
Fig. 1 eine schematische Schnittansicht einer Deckelbaugruppe gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 2 eine schematische, vergrößerte Teilschnittansicht eines ersten Terminals der Deckelbaugruppe von Fig. 1,
Fig. 3 eine schematische, vergrößerte Teilschnittansicht eines zweiten Terminals der Deckelbaugruppe von Fig. 1,
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Batteriezelle mit einer erfindungsgemäßen Deckelbaugruppe, und
Fig. 5 eine schematische Darstellung einer Batteriezelle mit einer Deckelbaugruppe gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 4 eine Deckelbaugruppe 1 gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben.
Die Deckelbaugruppe 1 umfasst, wie in Fig. 1 gezeigt, eine metallische Basisplatte 2. In der metallischen Basisplatte 2 sind zwei Durchgangsöffnungen 20 ausgebildet.
Die Deckelbaugruppe 1 umfasst ferner ein erstes Terminal (Kathode) 3 und ein zweites Terminal (Anode) 4. Jeweils ein Terminal ist in einer der Durchgangsöffnungen 20 in der Basisplatte 2 angeordnet.
Das erste Terminal 3, welches die Kathode bildet, ist vollständig aus Aluminium hergestellt.
Das zweite Terminal 4, welches die Anode bildet, ist aus einem ersten Teil 4a aus Aluminium und einem zweiten Teil 4b aus Kupfer hergestellt.
Das erste und zweite Terminal sind geometrisch gleich aufgebaut und weisen eine rechteckige Form auf (vgl. Fig. 4).
Die Deckelbaugruppe 1 umfasst ferner ein erstes Abdichtelement 5, welches das erste
Terminal 3 an der Basisplatte 2 fixiert. Das erste Abdichtelement 5 ist aus einem elektrisch leitfähigen Material hergestellt. Das erste Abdichtelement 5 umfasst einen Außenbereich 50, einen Mittelbereich 51 und einen Innenbereich 52. Der Außenbereich 50 ist zur Außenseite der Deckelbaugruppe gerichtet. Der Innenbereich 52 ist an einer Innenseite der Deckelbaugruppe 1 angeordnet.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, ist das Abdichtelement im Schnitt durch zwei Schenkel, welche durch den Außenbereich 50 und den Innenbereich 52 gebildet sind und den Außenbereich 50 und den Innenbereich 52 verbindenden Mittelbereich 51 im Schnitt C-förmig ausgestaltet.
Das erste Terminal 3 weist, wie weiter in Fig. 1 gezeigt, einen Hauptbereich und einen umlaufenden Randbereich 30 auf, welcher an der Innenseite der Deckelbaugruppe 1 angeordnet ist und vollständig um den Hauptbereich des ersten Terminals 3 herumläuft. Die Ecken des ersten Terminals, welches viereckig ist, sind dabei abgerundet. Dadurch ist eine sichere Verbindung zwischen dem Abdichtelement 5 und dem ersten Terminal 3 sichergestellt.
An einer Oberfläche des Terminals 3 und einer Oberfläche der Basisplatte 2, an denen das Abdichtelement 5 anliegt und abdichtet, ist jeweils eine oberflächenbehandelte Fläche ausgebildet. Die oberflächenbehandelte Fläche ist elektrisch leitfähig und kann beispielsweise durch Plasma-Aktivieren oder Aufbringen eines Primers oder Aufbringen eines Haftvermittlers oder einer mechanischen Oberflächenbearbeitung wie Aufrauen, Beizen oder Ätzen, hergestellt werden. Durch die oberflächenbehandelte Fläche an den Kontaktbereichen zum Abdichtelement 5 wird ein über die Lebensdauer der Deckelbaugruppe 1 vorhandener gasdichter und mediendichter Verbund zum ersten Terminal 3 und zur Basisplatte 2 hergestellt.
Das Abdichtelement 5 kann durch einen Spritzvorgang an das erste Terminal 3 und die Basisplatte 2 angespritzt werden, welche beispielsweise als Einlegeteile in ein Spritzwerkzeug eingelegt werden können.
Ferner umfasst die Deckelbaugruppe 1 eine Kappe 11 am ersten Terminal 3 und eine Kappe 1 T am zweiten Terminal 4. Die beiden Kappen 11, 1 T sind aus einem insbesondere flammgeschützten Material hergestellt und bilden einen Schutz für die Abdichtelemente 5 und 5‘.
Somit ist es möglich, dass die beiden Abdichtelemente 5 aus dem gleichen Material, insbesondere einem Elastomer, hergestellt werden können. Wenn das Elastomer des Abdichtelements 5 am ersten Terminal 3 aus einem elektrisch nicht leitfähigen Material hergestellt ist, kann die Kappe 11 aus einem elektrisch leitfähigen Material hergestellt sein und somit die elektrische Verbindung zwischen dem ersten Terminal 3 und der Basisplatte 2 herstellen, um einen Korrosionsschutz für das erste Terminal 3 bereitzustellen.
Wie insbesondere aus den Figuren 2 und 3 ersichtlich ist, ist zwischen der Kappe 11 und der Basisplatte 2 eine formschlüssige erste Clipverbindung 12 ausgebildet. Zwischen der Kappe 11 und dem ersten Terminal 3 ist eine formschlüssige zweite Clipverbindung 13 ausgebildet. In gleicher Weise sind auch zwei Clipverbindungen an der Kappe 1 T am zweiten Terminal 4 vorgesehen.
Genauer ist die Kappe 11 an einem ersten freien Endbereich in einer umlaufenden Nut 21 in der Basisplatte 2 angeordnet. Ein zweites freies Ende der Kappe ist an der zweiten Clipverbindung 13 hinter einer Hinterschneidung, welche durch einen vorstehenden, umlaufenden Rand 31 des ersten Terminals 3 vorgesehen ist, angeordnet. Dadurch kann auf einfacher und sicherer Weise eine Clipverbindung erreicht werden.
Weiterhin ist die Kappe 11 derart ausgebildet, dass im montierten Zustand der Kappe eine Vorspannung der Kappe in der ersten Clipverbindung 12 und in der zweiten Clipverbindung 13 ausgebildet. Dadurch wird eine sichere Kontaktierung der Kappe 11 einerseits an der Basisplatte 2 und andererseits am ersten Terminal 3 hergestellt. Somit kann insbesondere an dem als Kathode ausgebildeten ersten Terminal 3 eine sichere elektrische Verbindung zwischen dem ersten Terminal 3 und der Basisplatte 2 realisiert werden. Auch kann dadurch eine Abdichtungseigenschaft der Kappe zur Basisplatte 2 und zum ersten Terminal 3 verbessert werden.
Die Vorspannung wird bspw. durch ein kleines Übermaß der im Schnitt sichtbaren beiden Schenkel der Kappe 11 erreicht.
Es sei angemerkt, dass vorzugsweise die elektrische Leifähigkeit der Kappe 11 am ersten Terminal 3 auch durch eine auf der Innenseite und/oder Außenseite vorgesehene Beschichtung mit einem elektrisch leitfähigen Material hergestellt werden kann, wobei das Material für die Kappe dann aus einem elektrisch nicht-leitenden Material gewählt werden kann. Dadurch kann eine Gleichteileanzahl für die Deckelbaugruppe durch Verwendung gleicher Kappen 11 und 1 T erhöht werden und die am ersten Terminal 3 vorgesehene Kappe kann dann mit einer elektrisch leitfähigen Beschichtung versehen werden. Die elektrisch leitfähige Beschichtung kann dabei vollständig an der Außenseite und/oder Innenseite oder nur teilweise an der Außenseite und/oder Innenseite vorgesehen werden.
Durch die im Schnitt C-förmige Ausgestaltung des Abdichtelements 5 ergibt sich ein relativ langer erster Verbindungsbereich 6, welcher die Mediendichtheit zwischen Abdichtelement 5 und erstem Terminal 3 bereitstellt. Ebenfalls ergibt sich ein relativ langer zweiter Verbindungsbereich 7 zwischen dem Abdichtelement 5 und der Basisplatte 2.
Insbesondere durch die Kombination der Oberflächenbehandlung an den ersten und zweiten Verbindungsbereichen 6, 7 zwischen dem Abdichtelement 5 und dem ersten Terminal 3 bzw. dem Abdichtelement 5 und der Basisplatte 2 kann über die Lebensdauer ein mediendichter Verbund sichergestellt werden, so dass keine Leckage über den ersten und zweiten Verbindungsbereich 6, 7, weder von innen nach außen, noch von außen nach innen, möglich ist. Die Kappen 11, 1 T schützen zusätzlich noch gegenüber äußeren Einflüssen auf das Abdichtelement 5, sodass über die Lebensdauer der Deckelbaugruppe eine sichere Abdichtung an der Durchgangsöffnung 20 möglich ist.
Das Abdichtelement 5 dient neben der Abdichtung zum ersten Terminal 3 bzw. zur Basisplatte 2 auch als Fixiereinrichtung zur Fixierung des ersten Terminals 3 in der Durchgangsöffnung 20 der Basisplatte 2. Insbesondere durch die Ausgestaltung des ersten Terminals 3 mit dem umlaufenden Randbereich 30 und einer Abstufung an der Basisplatte 2, welche zumindest teilweise über dem umlaufenden Randbereich 30 liegt, kann eine formschlüssige sichere Fixierung des ersten Terminals 3 realisiert werden.
In der Basisplatte 2 ist ferner noch eine Befüllöffnung 8 und ein Berstbereich 9 vorgesehen.
Weiterhin ist an der Innenseite der Basisplatte 2 eine Isolationsplatte 10 vorgesehen, welche vor dem Einspritzvorgang der Abdichtelemente 5 an die Basisplatte 2 angeclipst werden kann. Die Isolationsplatte 10 weist hierbei jeweils im Bereich der Durchgangsöffnungen 20 einen umlaufenden Rand 10a auf, welcher eine richtige Positionierung während des Spritzvorgangs des eingespritzten Abdichtelements 5 sicherstellt.
Am zweiten Terminal 4 ist das Abdichtelement 5 und die Kappe 1 T am ersten Terminal 3 ausgebildet, da auch das zweite Terminal 4 geometrisch gleich wie das erste Terminal 3 ausgebildet ist.
Wie weiter aus Fig. 1 ersichtlich ist, sind die beiden Abdichtelemente 5 derart ausgebildet, dass der Innenbereich 52 teilweise den Randbereich 30, 40 der beiden Terminals 3, 4 umgreift. Dadurch wird eine noch bessere Fixierung der Terminals 3, 4 an der Basisplatte 2 erreicht.
Die Kontaktbereiche an der Anode sind vorzugsweise in gleicher Weise wie die Kontaktbereiche an der Kathode vorbehandelt.
Fig. 4 zeigt eine zusammengebaute Batteriezelle 100, bei der die Deckelbaugruppe 1 auf einem prismatischen Batteriegehäuse 101 fixiert ist. Das Batteriegehäuse 101 ist vorzugsweise aus dem gleichen Material wie die metallische Basisplatte 2, insbesondere aus Aluminium. Dadurch ist eine Verbindung zwischen der Deckelbaugruppe 1 und dem Batteriegehäuse 101 auf einfache Weise, beispielsweise durch einen Schweißvorgang, möglich. Fig. 5 zeigt eine alternative Ausgestaltung einer Batteriezelle 100, bei der zwei Zelldeckel 1a und 1b vorgesehen sind, welche jeweils an einander gegenüberliegenden Schmalseiten der Batteriezelle 100 angeordnet sind und das Batteriegehäuse 101 abdecken. Dabei ist das erste Terminal 3 am ersten Zelldeckel 1a angeordnet und das zweite Terminal 4 am zweiten Zelldeckel 1b angeordnet. Der zweite Zelldeckel 1b weist zusätzlich noch die Befüllöffnung 8 auf. Der Berstbereich 9 ist im Batteriegehäuse 101 an der langen Schmalseite (vgl. Fig. 5) vorgesehen. Die Abdichtelemente sind in Fig. 5 in gleicher Weise wie im ersten Ausführungsbeispiel ausgebildet.

Claims

Ansprüche
1. Deckelbaugruppe einer Batteriezelle, umfassend: eine metallische Basisplatte (2), wenigstens ein Terminal (3, 4), welches in einer Durchgangsöffnung (20) der Basisplatte (2) angeordnet ist, ein Abdichtelement (5), welches das Terminal an der Basisplatte (2) befestigt und abdichtet, wobei das Abdichtelement (5) eine Außenseite aufweist, wobei das Abdichtelement (5) in der Durchgangsöffnung (20) angeordnet ist und eingerichtet ist, einen ersten Verbindungsbereich (6) zwischen dem Terminal (3, 4) und dem Abdichtelement (5) und einen zweiten Verbindungsbereich (7) zwischen der Basisplatte (2) und dem Abdichtbereich (5) abzudichten und eine Verbindung zwischen dem Terminal (3, 4) und der Basisplatte (2) bereitzustellen, und eine Kappe (11 ,1 T), welche das Abdichtelement (5) vollständig an dessen zur Außenseite liegenden Bereich abdeckt.
2. Deckelbaugruppe nach Anspruch 1, wobei zwischen der Basisplatte (2) und der Kappe (11 , 1 T) eine formschlüssige erste Clipverbindung (12) ausgebildet ist.
3. Deckelbaugruppe nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei zwischen dem Terminal (3, 4) und der Kappe (11, 1 T) eine formschlüssige zweite Clipverbindung (13) ausgebildet ist
4. Deckelbaugruppe nach Anspruch 2 oder 3, wobei die erste Clipverbindung (12) und/oder die zweite Clipverbindung (13) derart ausgebildet sind, dass im eingeklipsten Zustand eine Vorspannung auf die Kappe (11 , 1 T) ausgeübt wird.
5. Deckelbaugruppe nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Basisplatte (2) eine umlaufende Nut (21) oder einzelne Prägungen zur Aufnahme eines ersten freien Endbereichs der Kappe (11, 1 T) aufweist.
6. Deckelbaugruppe nach Anspruch einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Terminal (3, 4) Prägungen und/oder eine Hinterschneidung, insbesondere einen vorstehenden, umlaufenden Rand (31), aufweist, an welchem ein zweiter freier Endbereich der Kappe (11 , 1 T) angeordnet ist.
7. Deckelbaugruppe nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Kappe (11, 1 T) aus einem thermoplastischen Material und/oder einem flammgeschützten Material hergestellt ist.
8. Deckelbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welche ein erstes Terminal (3) und ein zweites Terminal (4) umfasst.
9. Deckelbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Abdichtelement (5) aus einem elastomeren Material, insbesondere EPDM oder FKM, hergestellt ist.
10. Deckelbaugruppe nach einem der Ansprüche 8 oder 9, wobei die Kappe (11 , 1 T) am ersten Terminal (3) aus einem elektrisch leitfähigen Material hergestellt ist und das Abdichtelement (5) am ersten Terminal (3) aus einem elektrisch nicht-leitenden Material hergestellt ist und/oder wobei die Kappe (11, 1 T) und das Abdichtelement (5) am zweiten Terminal (4) aus einem elektrisch nicht-leitenden Material hergestellt sind.
11. Deckelbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Terminal (3, 4) rechteckig ist und insbesondere einen umlaufenden Randbreich (40) aufweist.
12. Deckelbaugruppe nacheinem der Ansprüche 8 und 9, wobei das Abdichtelement (5) am ersten Terminal (3) aus einem elektrisch leitfähigen Material hergestellt ist und das Abdichtelement (5) am zweiten Terminal (4) aus einem elektrisch nicht-leitenden Material hergestellt ist.
13. Deckelbaugruppe nach Anspruch 12, wobei die Kappe (11) am ersten Terminal (3) und die Kappe (1 T) am zweiten Terminal (4) aus dem gleichen Material, insbesondere elektrisch nicht-leitenden Material, hergestellt sind.
14. Deckelbaugruppe nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Abdichtelement (5) einteilig ausgebildet ist und insbesondere wobei das Abdichtelement (5) einen Außenbereich (50), einen in der Durchgangsöffnung (20) angeordneten Mittelbereich (51) und einen Innenbereich (52) aufweist, wobei sich der Außenbereich und der Innenbereich im Wesentlichen parallel zur Basisplatte (2) erstrecken und einen Teil der Basisplatte (2) umschließen.
15. Batteriezelle umfassend eine Deckelbaugruppe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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