DE102016223194A1

DE102016223194A1 - Batteriezelle umfassend mindestens eine galvanische Zelle, Batterie und Verfahren zum Herstellen einer Batteriezelle

Info

Publication number: DE102016223194A1
Application number: DE102016223194.4A
Authority: DE
Inventors: Robert Hafenbrak; Leonhard Ferdinand Schulz; Martin Stoev
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2016-11-23
Filing date: 2016-11-23
Publication date: 2018-05-24
Anticipated expiration: 2036-11-24
Also published as: US20190280276A1; DE102016223194B4; KR20190077569A; JP2020513673A; CN109964337A; WO2018095734A1; CN109964337B; US11699826B2

Abstract

Es wird eine Batteriezelle (20) vorgeschlagen, umfassend mindestens eine galvanische Zelle, und ein erstes Zellgehäuseelement (12) und ein zweites Zellgehäuseelement (16), wobei die zwei Zellgehäuseelemente (12, 16) die galvanischen Zelle gemeinsam im Wesentlichen vollständig umschließen, wobei das erste Zellgehäuseelement (12) auf seiner Innenoberfläche (13) Innenvertiefungen (30) aufweist, die auf einer der Innenoberfläche (13) unmittelbar gegenüberliegenden Außenoberfläche (14) des ersten Zellgehäuseelements (12) Außenvorsprünge (30) zum elektrischen Kontaktieren einer ersten weiteren Batteriezelle (20) sind, und/oder das zweite Zellgehäuseelement (16) auf seiner Innenoberfläche (17) Innenvorsprünge (40) aufweist, die auf einer der Innenoberfläche (17) unmittelbar gegenüberliegenden Außenoberfläche (18) des zweiten Zellgehäuseelements (16) Außenvertiefungen (40) zum elektrischen Kontaktieren einer zweiten weiteren Batteriezelle (20) sind, gekennzeichnet durch erste Ausgleichselemente (50, 65-69) und/oder zweite Ausgleichselemente (62, 63), wobei die ersten Ausgleichselemente (50, 65-69) derart komplementär zu den Innenvertiefungen (30) ausgebildet und derart in den Innenvertiefungen (30) angeordnet sind, dass die ersten Ausgleichselemente (50, 65-69) zusammen mit den Innenvertiefungen (30) eine im Wesentlichen flache Innenoberfläche (13) des ersten Zellgehäuseelements (12) bilden, und/oder die zweiten Ausgleichselemente (62, 63) derart komplementär zu den Innenvorsprüngen (40) ausgebildet und derart angeordnet sind, dass die zweiten Ausgleichselemente (62, 63) zusammen mit den Innenvorsprüngen (40) eine im Wesentlichen flache Innenoberfläche (17) des zweiten Zellgehäuseelements (16) bilden.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Batteriezelle umfassend mindestens eine galvanische Zelle, eine Batterie und ein Verfahren zum Herstellen einer Batteriezelle.
Stand der Technik
Eine Vielzahl von Batteriezellen, die eine oder mehrere galvanische Zellen umfassen ist bekannt. Die Batteriezellen umfassen typischerweise jeweils ein Zellgehäuse, das die galvanischen Zellen umschließt bzw. umgibt.
Die Zellgehäuse der Batteriezellen weisen oft Vorsprünge und/oder Vertiefungen auf, damit die Zellgehäuse bzw. die galvanischen Zellen in den Zellgehäusen elektrisch mit weiteren Batteriezellen verbunden werden können. Die Vorsprünge und/oder Vertiefungen können beispielsweise durch Tiefziehen gebildet werden. Dadurch stellt jeder Vorsprung auf der Außenoberfläche des Zellgehäuses eine Vertiefung auf der Innenoberfläche des Zellgehäuses dar und jede Vertiefung auf der Außenoberfläche des Zellgehäuses stellt einen Vorsprung auf der Außenoberfläche des Zellgehäuses dar.
Nachteilig hieran ist, dass im Allgemeinen Druckspitzen an der galvanischen Zelle in dem Zellgehäuse auftreten können, da die galvanische Zelle die Innenoberfläche des Zellgehäuses nur punktuell bzw. nicht großflächig berührt. Dies trifft insbesondere für Batteriezellen zu, die eine Vielzahl von galvanischen Zellen, z.B. drei oder mehr, aufweisen, die übereinander angeordnet sind. Hierbei kann durch die Gewichtskraft und/oder Verpresskraft typischerweise eine inhomogene Druckverteilung in der (untersten) galvanischen Zelle auftreten. Zudem können sich die galvanischen Zellen in der Regel während des Ladens/Entladens ausdehnen, wodurch diese gegen die unebene Innenoberfläche des Zellgehäuses gedrückt werden, wodurch üblicherweise ebenfalls eine inhomogene Druckverteilung entsteht.
Dies kann unter ungünstigen Umständen zu Beschädigungen der galvanischen Zelle führen. Auch kann dies unter ungünstigen Umständen die Lebensdauer der Batteriezelle verkürzen. Darüber hinaus muss in der Regel das Zellgehäuse stabiler ausgelegt werden, um Druckspitzen auszuhalten, wodurch das Zellgehäuse typischerweise ein höheres Gewicht aufweist.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können in vorteilhafter Weise ermöglichen, eine Batteriezelle, insbesondere eine Lithiumionen-Batteriezelle bzw. eine Batterie, insbesondere eine Lithiumionen-Batterie bzw. ein Verfahren zum Herstellen einer Batteriezelle aufzuzeigen, bei der eine homogene Verteilung des Drucks des Zellgehäuses auf die galvanische Zelle auftritt.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Batteriezelle vorgeschlagen, umfassend mindestens eine galvanische Zelle, und ein erstes Zellgehäuseelement und ein zweites Zellgehäuseelement, wobei die zwei Zellgehäuseelemente die galvanischen Zelle gemeinsam im Wesentlichen vollständig umschließen, wobei das erste Zellgehäuseelement auf seiner Innenoberfläche Innenvertiefungen aufweist, die auf einer der Innenoberfläche unmittelbar gegenüberliegenden Außenoberfläche des ersten Zellgehäuseelements Außenvorsprünge zum elektrischen Kontaktieren einer ersten weiteren Batteriezelle sind, und/oder das zweite Zellgehäuseelement auf seiner Innenoberfläche Innenvorsprünge aufweist, die auf einer der Innenoberfläche unmittelbar gegenüberliegenden Außenoberfläche des zweiten Zellgehäuseelements Außenvertiefungen zum elektrischen Kontaktieren einer zweiten weiteren Batteriezelle sind, gekennzeichnet durch erste Ausgleichselemente und/oder zweite Ausgleichselemente, wobei die ersten Ausgleichselemente derart komplementär zu den Innenvertiefungen ausgebildet und derart in den Innenvertiefungen angeordnet sind, dass die ersten Ausgleichselemente zusammen mit den Innenvertiefungen eine im Wesentlichen flache Innenoberfläche des ersten Zellgehäuseelements bilden, und/oder die zweiten Ausgleichselemente derart komplementär zu den Innenvorsprüngen ausgebildet und derart angeordnet sind, dass die zweiten Ausgleichselemente zusammen mit den Innenvorsprüngen eine im Wesentlichen flache Innenoberfläche des zweiten Zellgehäuseelements bilden.
Ein Vorteil hiervon ist, dass auf die galvanische Zelle üblicherweise geringe Kräfte wirken bzw. die auftretenden Kräfte zwischen galvanischer Zelle und Zellgehäuse homogen verteilt sind. Die galvanische Zelle kontaktiert die Innenoberfläche des Zellgehäuses bzw. des Zellgehäuseelements bzw. die Innenoberflächen des Zellgehäuseelements großflächig. In der Regel treten in der Batteriezelle bzw. in der galvanischen Zelle keine oder nur geringe Druckspitzen auf und der auftretende Druck, insbesondere Gewichtsdruck, wird im Wesentlichen homogen über die galvanische Zelle verteilt. Dies führt typischerweise dazu, dass das Zellgehäuse als auch die Außenhülle der galvanischen Zelle dünnwandig ausgebildet sein kann und folglich ein geringes Gewicht aufweist. Zudem weist die Batteriezelle in der Regel eine hohe Lebensdauer auf. Darüber hinaus wirken üblicherweise geringe Kräfte auf die galvanische Zelle.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird eine Batterie umfassend mindestens zwei erfindungsgemäße Batteriezellen vorgeschlagen, wobei die Außenvorsprünge einer ersten der Batteriezellen zumindest teilweise in Außenvertiefungen einer zweiten der Batteriezellen angeordnet sind, wobei die Batteriezellen über die Außenvorsprünge und Außenvertiefungen miteinander elektrisch verbunden sind.
Hierdurch wird in der Regel eine technisch einfach elektrische Verbindung zwischen den Batteriezellen erreicht. Darüber hinaus ist die Batterie in der Regel besonders formstabil ausgebildet.
Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen einer Batteriezelle vorgeschlagen, wobei die Batteriezelle mindestens eine galvanische Zelle und ein Zellgehäuse umfasst, wobei das Zellgehäuse mindestens ein erstes Zellgehäuseelement und mindestens ein zweites Zellgehäuseelement aufweist, wobei die zwei Zellgehäuseelemente die galvanischen Zelle gemeinsam im Wesentlichen vollständig umschließen, wobei das erste Zellgehäuseelement eine Innenoberfläche mit Innenvertiefungen, die auf einer der Innenoberfläche unmittelbar gegenüberliegenden Außenoberfläche des ersten Zellgehäuseelements Außenvorsprünge zum elektrischen Kontaktieren einer ersten weiteren Batteriezelle sind, aufweist, und/oder das zweite Zellgehäuseelement eine Innenoberfläche mit Innenvorsprüngen, die auf einer der Innenoberfläche unmittelbar gegenüberliegenden Außenoberfläche des zweiten Zellgehäuseelements Außenvertiefungen zum elektrischen Kontaktieren einer zweiten weiteren Batteriezelle sind, aufweist, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Bereitstellen des ersten Zellgehäuseelements und des zweiten Zellgehäuseelements; Bereitstellen der galvanischen Zelle; Aufbringen eines Ausgleichsmaterials auf die Innenoberfläche des zweiten Zellgehäuseelements um die Innenvorsprünge herum zum Bilden einer flachen Oberfläche der Innenoberfläche des zweiten Zellgehäuseelements und/oder in die Innenvertiefungen des ersten Zellgehäuseelements zum Bilden einer flachen Oberfläche der Innenoberfläche des ersten Zellgehäuseelements; und im Wesentlichen vollständiges Umschließen der galvanischen Zelle mit den beiden Zellgehäuseelementen derart, dass die galvanische Zelle zwischen den Innenoberflächen der beiden Zellgehäuseelemente in einem von den beiden Zellgehäuseelementen gebildeten Hohlraum eingeschlossen ist.
Ein Vorteil hiervon ist, dass bei der hierdurch hergestellten Batteriezelle auf die galvanische Zelle üblicherweise geringe bzw. gleichmäßig verteilte Kräfte wirken. Die galvanische Zelle kontaktiert die Innenoberfläche des Zellgehäuseelements bzw. die Innenoberflächen des Zellgehäuseelements großflächig. In der Regel treten in der Batteriezelle keine oder nur geringe Druckspitzen auf und der auftretende Druck, insbesondere Gewichtsdruck, wird im Wesentlichen homogen über die galvanische Zelle verteilt. Dies führt typischerweise dazu, dass das Zellgehäuse als auch die Außenhülle der galvanischen Zelle dünnwandig ausgebildet sein kann und folglich ein geringes Gewicht aufweist. Zudem weist die durch das Verfahren hergestellte Batteriezelle in der Regel eine hohe Lebensdauer auf. Darüber hinaus wirken üblicherweise geringe Kräfte auf die galvanische Zelle.
Auch ist das Verfahren in der Regel technisch einfach durchführbar. Zudem ist die Innenoberfläche des Zellgehäuseelements besonders plan ausgebildet.
Ideen zu Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können unter anderem als auf den nachfolgend beschriebenen Gedanken und Erkenntnissen beruhend angesehen werden.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Innenoberfläche des ersten Zellgehäuseelements und/oder die Innenoberfläche des zweiten Zellgehäuseelements jeweils einen im Wesentlichen flachen Schwellbereich, wobei die Innenvertiefungen des ersten Zellgehäuseelements den Schwellbereich des ersten Zellgehäuseelements umschließen und die Innenvorsprünge des zweiten Zellgehäuseelements den Schwellbereich des zweiten Zellgehäuseelements umschließen. Ein Vorteil hiervon ist, dass in der Regel sich die galvanische Zelle im Schwellbereich ausdehnen kann, ohne dass Kräfte auf zu der Batteriezelle benachbarte Batteriezellen übertragen werden. Beim Anschwellen der galvanischen Zellen wird somit in der Regel der mechanische und/oder elektrische Kontakt zwischen der Batteriezellen und einer weiteren Batteriezelle nicht beeinträchtigt.
Gemäß einer Ausführungsform sind die ersten Ausgleichselemente miteinander verbunden und/oder die zweiten Ausgleichselemente miteinander verbunden. Hierdurch können die Ausgleichselemente in der Regel technisch einfach angeordnet und ausgerichtet werden. Dies senkt typischerweise die Zeit zur Herstellung der Batteriezelle.
Gemäß einer Ausführungsform umfassen die ersten Ausgleichselemente und/oder die zweiten Ausgleichselemente ein Kunststoffmaterial, insbesondere bestehen die ersten Ausgleichselemente und/oder die zweiten Ausgleichselemente aus einem Kunststoffmaterial. Ein Vorteil hiervon ist, dass üblicherweise die Herstellungskosten der Batteriezelle gering sind.
Gemäß einer Ausführungsform sind die ersten Ausgleichselemente und/oder die zweiten Ausgleichselemente nur bereichsweise zwischen der Innenoberfläche des ersten Zellgehäuseelements und der galvanischen Zelle und/oder zwischen der Innenoberfläche des zweiten Zellgehäuseelements und der galvanischen Zelle angeordnet. Ein Vorteil hiervon ist, dass im Allgemeinen möglichst wenig Material bzw. Raum für die Ausgleichselemente benötigt wird, da nur soviel Material für die Ausgleichselemente verwendet wird, wie unbedingt zum Herstellen einer flachen Innenoberfläche notwendig. Ein Überdecken bereits flacher Bereiche der Innenoberfläche des Zellgehäuseelements wird hierdurch üblicherweise vermieden. Dies erhöht üblicherweise den Raum bzw. Platz für die galvanische Zelle bzw. die galvanischen Zellen und folglich die Speicherkapazität der Batteriezelle. Darüber hinaus werden hierdurch in der Regel die Kosten gesenkt.
Gemäß einer Ausführungsform wird das Ausgleichsmaterial nur bereichsweise auf die Innenoberfläche des ersten Zellgehäuseelements und/oder zweiten Zellgehäuseelements aufgebracht. Ein Vorteil hiervon ist, dass bei diesem Verfahren im Allgemeinen möglichst wenig Material bzw. Raum für die Ausgleichselemente benötigt wird, da nur soviel Material für die Ausgleichselemente verwendet wird bzw. aufgebracht wird, wie unbedingt zum Herstellen einer flachen Innenoberfläche notwendig. Ein Überdecken bereits flacher Bereiche der Oberfläche des Zellgehäuseelements wird hierdurch üblicherweise vermieden. Dies erhöht üblicherweise den Raum bzw. Platz für die galvanische Zelle bzw. die galvanischen Zellen und folglich die Speicherkapazität der Batteriezelle. Darüber hinaus werden hierdurch in der Regel die Kosten gesenkt.
Gemäß einer Ausführungsform wird das Ausgleichsmaterial um einen Schwellbereich des ersten Zellgehäuseelements und/oder zweiten Zellgehäuseelements herum aufgebracht. Ein Vorteil hiervon ist, dass in der Regel sich die galvanische Zelle im Schwellbereich ausdehnen kann, ohne dass Kräfte auf zu der Batteriezelle benachbarte Batteriezellen übertragen werden. Beim Anschwellen der galvanischen Zellen wird somit in der Regel der mechanische und/oder elektrische Kontakt zwischen der Batteriezellen und einer weiteren Batteriezelle nicht beeinträchtigt.
Gemäß einer Ausführungsform wird das Ausgleichsmaterial derart aufgebraucht, dass das Ausgleichsmaterial eine zusammenhängende Fläche bildet. Ein Vorteil hiervon ist, dass das Ausgleichsmaterial in der Regel schnell aufgebracht werden kann. Dies senkt üblicherweise die Herstellungszeit.
Es wird darauf hingewiesen, dass einige der möglichen Merkmale und Vorteile der Erfindung hierin mit Bezug auf unterschiedliche Ausführungsformen der Batteriezelle bzw. des Verfahrens zur Herstellung der Batteriezelle beschrieben sind. Ein Fachmann erkennt, dass die Merkmale in geeigneter Weise kombiniert, angepasst oder ausgetauscht werden können, um zu weiteren Ausführungsformen der Erfindung zu gelangen.
Figurenliste
Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei weder die Zeichnungen noch die Beschreibung als die Erfindung einschränkend auszulegen sind.

1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Matte mit ersten Ausgleichselementen von einer Batteriezelle gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform;
2 zeigt eine perspektivische Ansicht auf die Oberseite eines Zellgehäuseelements einer Batteriezelle gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform;
3 zeigt eine perspektivische Ansicht auf die Unterseite des Zellgehäuseelements aus 2, wobei die Matte aus 1 in dem Zellgehäuseelement angeordnet ist;
4 zeigt mehrere einzelne erste Ausgleichselemente;
5 zeigt eine Matte mit zweiten Ausgleichselementen;
6 zeigt eine Querschnittsansicht einer Batteriezelle mit angeordneten Ausgleichselementen;
7 zeigt eine Querschnittsansicht eine Batteriezelle mit angeordneten Ausgleichselementen; und
8 zeigt eine Pseudoexplosionsdarstellung einer Batteriezelle mit ersten und zweiten Ausgleichselementen ohne galvanische Zelle.

Die Figuren sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in den Figuren gleiche oder gleichwirkende Merkmale.
Ausführungsformen der Erfindung
1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Matte 60 mit ersten Ausgleichselementen 50, 65-69 einer Batteriezelle 20 gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht auf die Oberseite eines ersten Zellgehäuseelements 12 einer Batteriezelle 20 gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform. 3 zeigt eine perspektivische Ansicht auf die Unterseite des ersten Zellgehäuseelements 12 aus 2, wobei die Matte 60 aus 1 in dem ersten Zellgehäuseelement 12 angeordnet ist.
Die erfindungsgemäße Batteriezelle 20 weist eine oder mehrere galvanische Zellen, ein erstes Zellgehäuseelement 12 und ein zweites Zellgehäuseelement 16 auf. Die beiden Zellgehäuseelemente 12, 16 umgeben bzw. umschließen gemeinsam die galvanische Zelle oder galvanische Zellen. Die beiden Zellgehäuseelemente 12, 16 bilden zusammen einen im Wesentlichen quaderförmigen Innenraum bzw. Hohlraum, in dem die galvanische Zelle angeordnet ist. Die galvanische Zelle ist, z.B. an einer Seitenfläche des Hohlraums, mit dem ersten Zellgehäuseelement 12 und dem zweiten Zellgehäuseelement 16, die elektrisch gegeneinander isoliert sind, verbunden, so dass das erste Zellgehäuseelement 12 und das zweite Zellgehäuseelement 16 sich auf unterschiedlichen elektrischen Potentialen befinden.
Das erste Zellgehäuseelement 12 weist auf seiner Außenoberfläche 14 Außenvorsprünge 30 auf, die auf seiner Innenoberfläche 13, die der Außenoberfläche 14 unmittelbar gegenüberliegt, Innenvertiefungen 30 darstellen bzw. sind. Die Innenoberfläche 17 des zweiten Zellgehäuseelements 16 weist auf seiner Außenoberfläche 18 Außenvertiefungen 40 auf, die auf seiner Innenoberfläche 17, die der Außenoberfläche 18 unmittelbar gegenüberliegt, Innenvorsprünge 40 darstellen bzw. sind.
In 2 sind die Außenvorsprünge 30 auf der Außenoberfläche 14 (in 2 oben) des ersten Zellgehäuseelements 12 zu sehen. Die Außenvorsprünge 30 umlaufen einen rechteckigen flachen Schwellbereich 25 des ersten Zellgehäuseelements 12. 3 eine perspektivische Ansicht auf die Unterseite des Zellgehäuseelements 12 aus 2, wobei die Matte 60 aus 1 in dem ersten Zellgehäuseelement 12 angeordnet ist zeigt die Innenoberfläche 13 des ersten Zellgehäuseelements 12, wobei das erste Zellgehäuseelements 12 in 3 gegenüber 1 um eine horizontal verlaufende Achse um 180° gedreht wurde.
Die Außenvorsprünge 30 und/oder Außenvertiefungen 40 sind zum physischen Kontaktieren der unmittelbar benachbarten Batteriezelle 20 ausgebildet. Die Außenvorsprünge 30 und/oder Außenvertiefungen 40 sind auch zum elektrischen Verbinden der Batteriezelle 20 mit einer unmittelbar benachbarten Batteriezelle 20 ausgebildet.
Beim Übereinanderstapeln bzw. -anordnen der Batteriezellen 20, wobei die Positionen der Batteriezellen 20 rein translatorisch in einer Richtung parallel zur Gravitation verschoben sind, weisen die unmittelbar zueinander benachbarten Batteriezellen 20 einen Abstand zueinander in den Schwellbereichen 25 der Zellgehäuseelemente 12, 16 auf. Hier kann sich die galvanische Zelle bzw. das Zellgehäuseelement 12, 16 in diesem Bereich ausdehnen, ohne dass Spannungen entstehen und ohne dass die Kontaktierung zwischen den unmittelbar zueinander benachbarten Batteriezellen 20 sich verändert.
Um eine flache bzw. plane bzw. ebene Innenoberfläche 13 zum Kontaktieren einer galvanischen Zelle zu erreichen, sind erste Ausgleichselemente 50, 65-69 in den Innenvertiefungen 30 des ersten Zellgehäuseelements 12 angeordnet. Die ersten Ausgleichselemente 50, 65-69 sind in den Innenvertiefungen 30 bzw. Aussparungen bzw. Außenvorsprüngen 30 des ersten Zellgehäuseelements 12 angeordnet. Hierfür kann bei dem in den 2 und 3 gezeigten Zellgehäuseelement 12 die in 1 gezeigte Matte 60 mit Ausgleichselementen 50, 65-69 verwendet werden. Die Matte 60 weist eine Vielzahl von ersten Ausgleichselementen 50, 65-69 in Form von Vorsprüngen auf, die komplementär zu den Innenvertiefungen 30 auf der Innenoberfläche 13 des ersten Zellgehäuseelements 12 ausgebildet sind. Die Vorsprünge der Matte 60 sind in 3 in den Innenvertiefungen 30 der Innenoberfläche 13 des ersten Zellgehäuseelements 12 angeordnet.
Die Matte 60 ist im Wesentlichen rechteckig ausgebildet. Die Matte 60 umläuft einen freien Bereich (in dem kein Material der Matte 60 ist). Dieser freie Bereich dient dazu, Volumen zum Anschwellen der galvanischen Zelle zur Verfügung zu stellen. Zudem ist in diesem freien Bereich der Matte 60 die Innenoberfläche 13 des ersten Zellgehäuseelements 12 bereits flach bzw. plan ausgebildet.
Durch Anordnen der Matte 60 mit ersten Ausgleichselementen 50, 65-69 auf der Innenoberfläche 13 des ersten Zellgehäuseelements 12 und Einführen der Vorsprünge bzw. ersten Ausgleichselemente 50, 65-69 der Matte 60 in die Innenvertiefungen 30 des ersten Zellgehäuseelements 12 wird eine flache bzw. ebene Innenoberfläche 13 des ersten Zellgehäuseelements 12 gebildet. Diese Innenoberfläche 13 des ersten Zellgehäuseelements 12 kontaktiert nach Einbringen der galvanischen Zelle in das Zellgehäuse die galvanische Zelle großflächig.
Die galvanische Zelle weist auf seiner Außenoberfläche ebenfalls eine flache bzw. plane bzw. ebene Oberfläche auf. Hierdurch können Kräfte, insbesondere Gewichtskräfte, großflächig von der galvanischen Zelle auf das Zellgehäuse bzw. das Zellgehäuseelement 12 und umgekehrt übertragen werden. Eine gleichmäßige Kräfteverteilung ohne Druckspitzen wird hierdurch erreicht.
Das Zellgehäuseelement 12, 16 kann eine Hälfte des Zellgehäuses sein. Das erste Zellgehäuseelement 12 kann baugleich zu dem zweiten Zellgehäuseelement 16 ausgebildet sein.
4 zeigt mehrere einzelne erste Ausgleichselemente 50, 65-69. Die Ausgleichselemente 50, 65-69 können einzelne Ausgleichselemente 50, 65-69 sein, wie in 4 gezeigt. Die einzelnen Ausgleichselemente 50, 65-69 werden in die Innenvertiefungen 30 der galvanischen Zelle eingebracht.
5 zeigt eine Matte 61 mit zweiten Ausgleichselementen 62, 63. In 5 sind die zweiten Ausgleichselemente 62, 63 flache Elemente, die einen Durchgang bzw. ein Loch jeweils in ihrer Mitte aufweisen. Das Loch dient zum Aufnehmen eines Innenvorsprungs der Innenoberfläche 17 des zweiten Zellgehäuseelements 16.
Zum Ausgleich von Innenvorsprüngen 40 der Innenoberfläche 17 des zweiten Zellgehäuseelements 16 wird eine Matte 61 mit Aussparungen bzw. Vertiefungen verwendet. Die Innenvorsprünge 40 der Innenoberfläche 17 des zweiten Zellgehäuseelements 16 werden in die Aussparungen bzw. Vertiefungen der Matte 61 eingeführt. Auf diese Weise wird eine plane bzw. flache bzw. ebene Innenoberfläche 17 des zweiten Zellgehäuseelements 16 zum Kontaktieren der flachen bzw. ebenen bzw. planen Oberfläche der galvanischen Zelle gebildet. Die Aussparungen bzw. Vertiefungen durchlaufen die gesamte Höhe der Matte 61. Dies bedeutet, dass die Aussparungen bzw. Vertiefungen Löcher in der Matte 61 sind.
Die Ausgleichselemente 50, 65-69 bzw. die flache Oberfläche der galvanischen Zelle können/kann auch gebildet werden, indem ein Ausgleichsmaterial auf eine erste Innenoberfläche 13 des ersten Zellgehäuseelement 12 und/oder des zweiten Zellgehäuseelements 16 aufgebracht wird. Die Oberfläche des aufgebrachten Materials wird glatt gestrichen bzw. flach gehalten während der Herstellung oder danach.
Nach dem Aufbringen des Ausgleichsmaterials in flüssiger oder zähflüssiger Form (z.B. durch Dispensen), umgibt das Ausgleichsmaterial die Innenvorsprünge 40 der Innenoberfläche 17 des zweiten Zellgehäuseelements 16 und/oder dringt in die Innenvertiefungen 30 des ersten Zellgehäuseelements 12 ein. Auf diese Weise werden die Ausgleichselemente 50, 65-69 gebildet. Hierdurch können auch ungleichmäßige bzw. unregelmäßige Innenvorsprünge 40 und/oder Innenvertiefungen 30 mittels des Ausgleichsmaterials ausgeglichen werden.
Vorstellbar ist auch, dass die Ausgleichselemente 50, 65-69 in fester Form auf Innenoberfläche 13 des ersten Zellgehäuseelements 12 und/oder die Innenoberfläche 17 des zweiten Zellgehäuseelements 16 aufgebracht werden.
6 zeigt eine Querschnittsansicht einer Batteriezelle 20 mit angeordneten einzelnen ersten Ausgleichselementen 50. In die Außenvorsprünge 30 der (in 6 unteren Seite der) Batteriezelle 20 sind einzelne erste Ausgleichselemente 50 eingebracht. Hierdurch wird auf der in 6 unteren Seite eine plane bzw. ebene Oberfläche zum Kontaktieren einer (planen bzw. flachen) Innenoberfläche des Zellgehäuses 10 gebildet. Bei dem in 7 oberen zweiten Zellgehäuseelements 16 sind auf seiner Innenoberfläche Innenvorsprünge 40 ausgebildet, die von zweiten Ausgleichselementen 62, 63 umgeben sind.
7 zeigt eine Querschnittsansicht eine Batteriezelle 20 mit angeordneten Ausgleichselementen 50, 65-69, 62, 63. Hier sind einzelne erste Ausgleichselemente 50, 65-69 in den Innenvertiefungen 30 des ersten Zellgehäuseelements 12 (in 7 oben) angeordnet. Die Innenvorsprünge 40 des zweiten Zellgehäuseelements 16 (in 7 unten) sind von einer Matte 61 mit zweiten Ausgleichselementen 62, 63 umrahmt, die die Innenvorsprünge 40 des zweiten Zellgehäuseelements 16 umgeben. Somit sind durch die ersten 50, 65-69 und zweiten 62, 63 Ausgleichselemente eine flache Innenoberfläche 13 des ersten Zellgehäuseelements 12 (in 7 oben) und eine flache Innenoberfläche 17 des zweiten Zellgehäuseelements 16 (in 7 unten) gebildet.
Die Matte 61 umgibt die Innenvorsprünge 40 der galvanischen Zelle. Die Aussparungen der Matte 61 sind komplementär zu den Innenvorsprüngen 40 der Innenoberfläche 17 des zweiten Zellgehäuseelements 16 ausgebildet. Die einzelnen ersten Ausgleichselemente 50, 65-69 sind komplementär zu den Innenvertiefungen 30 der Innenoberfläche 13 des ersten Zellgehäuseelements 12 ausgebildet.
Das Füllen der Freiräume zwischen den Innenvorsprüngen 40 und das Füllen der Innenvertiefungen 30 erhöht bzw. verbessert die Materialelastizitätskonstante der Innenvorsprünge 40 und der Innenvertiefungen 30 in eine Richtung parallel zu der Oberfläche, aus der die Innenvorsprünge 40 bzw. Außenvorsprünge 30 hervorstehen. Dies erhöht somit die Stabilität bzw. Elastizität der Batteriezelle 20.
Die Ausgleichselemente 50, 65-69, 62, 63 können somit entweder ein Positiv oder ein Negativ darstellen, das jeweils komplementär zu den Innenvorsprüngen 40/Außenvertiefungen 40 und/oder Innenvertiefungen 30/Außenvorsprüngen 30 ausgebildet ist.
Die Anzahl der Batteriezellen 20, die übereinander angeordnet sind bzw. übereinander gestapelt sind kann zwei, drei, vier, fünf oder mehr als fünf betragen.
Die Batteriezellen 20 können mittels der Außenvorsprünge 30 und Außenvertiefungen 40 technisch einfach elektrisch miteinander verbunden werden.
Es ist ebenfalls vorstellbar, dass kein Schwellbereich bei den Zellgehäuseelementen 12, 16 vorhanden ist.
Das Material der Ausgleichselemente 50, 65-69, 62, 63 kann Kunststoff oder natürliche Materialien, wie z.B. Gummi oder ähnliches umfassen. Die Ausgleichselemente 50, 65-69, 62, 63 können aus einem Schaumstoff bestehen oder diesen umfassen. Auch vorstellbar ist, dass die Ausgleichselemente 50, 65-69, 62, 63 eine harte Oberfläche umfassen oder aus einem harten Material bestehen. Hierdurch können auftretende Kräfte besonders gut übertragen werden.
Das Zellgehäuse kann Metall und/oder eine Metalllegierung umfassen. Auch vorstellbar ist, dass das Zellgehäuse aus Metall und/oder einer Metalllegierung besteht. Vorstellbar ist auch, dass das Zellgehäuse aus einem Kunststoff besteht oder einen Kunststoff umfasst.
Das Zellgehäuse ist im Wesentlichen quaderförmig ausgebildet. Andere Formen sind vorstellbar.
8 zeigt eine Pseudoexplosionsdarstellung einer Batteriezelle 20 mit ersten 50, 65-69 und zweiten 62, 63 Ausgleichselementen ohne galvanische Zelle. Die galvanische Zelle wird zwischen den Innenoberflächen 13, 17 der beiden Zellgehäuseelemente 12, 16 angeordnet. Die Innenoberfläche 13 des ersten Zellgehäuseelements 12 (in 8 unten) weist durch die einzelnen ersten Ausgleichselemente 50, 65-69, die jeweils in den Innenvertiefungen 30 des ersten Zellgehäuseelements 12 angeordnet sind, eine flache Innenoberfläche 13 auf. Die Innenoberfläche 17 des zweiten Zellgehäuseelements 16 (in 8 oben) weist durch die Matte 61 mit zweiten Ausgleichselementen 62, 63, die die Innenvorsprünge 40 der Innenoberfläche 17 umgeben, ebenfalls eine flache Innenoberfläche 17 auf. Somit kontaktiert das galvanische Element zwei plane bzw. flache Innenoberflächen 13, 17 der beiden Zellgehäuseelemente 12, 16, die zusammen das Zellgehäuse bilden. Gleichzeitig weist das Zellgehäuse auf seiner Außenoberfläche Außenvorsprünge 30 (in 8 nicht zu sehen) und Außenvertiefungen 40 (in 8 oben) auf.
Abschließend ist darauf hinzuweisen, dass Begriffe wie „aufweisend“, „umfassend“, etc. keine anderen Elemente oder Schritte ausschließen und Begriffe wie „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließen. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.

Claims

Batteriezelle (20) umfassend mindestens eine galvanische Zelle, und ein erstes Zellgehäuseelement (12) und ein zweites Zellgehäuseelement (16), wobei die zwei Zellgehäuseelemente (12, 16) die galvanischen Zelle gemeinsam im Wesentlichen vollständig umschließen, wobei das erste Zellgehäuseelement (12) auf seiner Innenoberfläche (13) Innenvertiefungen (30) aufweist, die auf einer der Innenoberfläche (13) unmittelbar gegenüberliegenden Außenoberfläche (14) des ersten Zellgehäuseelements (12) Außenvorsprünge (30) zum elektrischen Kontaktieren einer ersten weiteren Batteriezelle (20) sind, und/oder das zweite Zellgehäuseelement (16) auf seiner Innenoberfläche (17) Innenvorsprünge (40) aufweist, die auf einer der Innenoberfläche (17) unmittelbar gegenüberliegenden Außenoberfläche (18) des zweiten Zellgehäuseelements (16) Außenvertiefungen (40) zum elektrischen Kontaktieren einer zweiten weiteren Batteriezelle (20) sind, gekennzeichnet durch erste Ausgleichselemente (50, 65-69) und/oder zweite Ausgleichselemente (62, 63), wobei die ersten Ausgleichselemente (50, 65-69) derart komplementär zu den Innenvertiefungen (30) ausgebildet und derart in den Innenvertiefungen (30) angeordnet sind, dass die ersten Ausgleichselemente (50, 65-69) zusammen mit den Innenvertiefungen (30) eine im Wesentlichen flache Innenoberfläche (13) des ersten Zellgehäuseelements (12) bilden, und/oder die zweiten Ausgleichselemente (62, 63) derart komplementär zu den Innenvorsprüngen (40) ausgebildet und derart angeordnet sind, dass die zweiten Ausgleichselemente (62, 63) zusammen mit den Innenvorsprüngen (40) eine im Wesentlichen flache Innenoberfläche (17) des zweiten Zellgehäuseelements (16) bilden.
Batteriezelle (20) nach Anspruch 1, wobei die Innenoberfläche (13) des ersten Zellgehäuseelements (12) und/oder die Innenoberfläche (17) des zweiten Zellgehäuseelements (16) jeweils einen im Wesentlichen flachen Schwellbereich (25) umfassen, wobei die Innenvertiefungen (30) des ersten Zellgehäuseelements (12) den Schwellbereich (25) des ersten Zellgehäuseelements (12) umschließen und die Innenvorsprünge (40) des zweiten Zellgehäuseelements (16) den Schwellbereich des zweiten Zellgehäuseelements (16) umschließen.
Batteriezelle (20) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die ersten Ausgleichselemente (50, 65-69) miteinander verbunden sind und/oder die zweiten Ausgleichselemente (62, 63) miteinander verbunden sind.
Batteriezelle (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die ersten Ausgleichselemente (50, 65-69) und/oder die zweiten Ausgleichselemente (62, 63) ein Kunststoffmaterial umfassen, insbesondere aus einem Kunststoffmaterial bestehen.
Batteriezelle (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die ersten Ausgleichselemente (50, 65-69) und/oder die zweiten Ausgleichselemente (62, 63) nur bereichsweise zwischen der Innenoberfläche (13) des ersten Zellgehäuseelements (12) und der galvanischen Zelle und/oder zwischen der Innenoberfläche (17) des zweiten Zellgehäuseelements (16) und der galvanischen Zelle angeordnet sind.
Batterie umfassend mindestens zwei Batteriezellen (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Außenvorsprünge (30) einer ersten der Batteriezellen (20) zumindest teilweise in Außenvertiefungen (40) einer zweiten der Batteriezellen (20) angeordnet sind, wobei die Batteriezellen (20) über die Außenvorsprünge (30) und Außenvertiefungen (40) miteinander elektrisch verbunden sind.
Verfahren zum Herstellen einer Batteriezelle (20), wobei die Batteriezelle (20) mindestens eine galvanische Zelle und ein Zellgehäuse umfasst, wobei das Zellgehäuse mindestens ein erstes Zellgehäuseelement (12) und mindestens ein zweites Zellgehäuseelement (16) aufweist, wobei die zwei Zellgehäuseelemente (12, 16) die galvanischen Zelle gemeinsam im Wesentlichen vollständig umschließen, wobei das erste Zellgehäuseelement (12) eine Innenoberfläche (13) mit Innenvertiefungen (30), die auf einer der Innenoberfläche (13) unmittelbar gegenüberliegenden Außenoberfläche (14) des ersten Zellgehäuseelements (12) Außenvorsprünge (30) zum elektrischen Kontaktieren einer ersten weiteren Batteriezelle (20) sind, aufweist, und/oder das zweite Zellgehäuseelement (16) eine Innenoberfläche (17) mit Innenvorsprüngen (40), die auf einer der Innenoberfläche (17) unmittelbar gegenüberliegenden Außenoberfläche (18) des zweiten Zellgehäuseelements (16) Außenvertiefungen (40) zum elektrischen Kontaktieren einer zweiten weiteren Batteriezelle (20) sind, aufweist, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Bereitstellen des ersten Zellgehäuseelements (12) und des zweiten Zellgehäuseelements (16); Bereitstellen der galvanischen Zelle; Aufbringen eines Ausgleichsmaterials auf die Innenoberfläche (17) des zweiten Zellgehäuseelements (16) um die Innenvorsprünge (40) herum zum Bilden einer flachen Oberfläche der Innenoberfläche (17) des zweiten Zellgehäuseelements (16) und/oder in die Innenvertiefungen (30) des ersten Zellgehäuseelements (12) zum Bilden einer flachen Oberfläche der Innenoberfläche (13) des ersten Zellgehäuseelements (12); und im Wesentlichen vollständiges Umschließen der galvanischen Zelle mit den beiden Zellgehäuseelementen (12, 16) derart, dass die galvanische Zelle zwischen den Innenoberflächen (13, 17) der beiden Zellgehäuseelemente (12, 16) in einem von den beiden Zellgehäuseelementen (12, 16) gebildeten Hohlraum eingeschlossen ist.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Ausgleichsmaterial nur bereichsweise auf die Innenoberfläche (13, 17) des ersten Zellgehäuseelements (12) und/oder zweiten Zellgehäuseelements (16) aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei das Ausgleichsmaterial um einen Schwellbereich (25) des ersten Zellgehäuseelements (12) und/oder zweiten Zellgehäuseelements (16) herum aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7-9, wobei das Ausgleichsmaterial derart aufgebraucht wird, dass das Ausgleichsmaterial eine zusammenhängende Fläche bildet.