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Die Erfindung betrifft eine elektrische Batteriezelle für einen elektrischen Energiespeicher eines zumindest teilweise elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer solchen elektrischen Batteriezelle.
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Aus dem Stand der Technik ist bereits bekannt, dass es bei Batteriezellen aufgrund von Korrosion zu Qualitätsproblemen kommen kann. Um der Korrosion entgegenzuwirken, sind bereits Batteriezellen bekannt, welche lackiert sind und somit vor einer Korrosion geschützt sind. Ferner ist bereits bekannt, dass zusätzliche Abdeckungen aus Stahl beziehungsweise aus Kunststoff, insbesondere eine sogenannte Schalenbauweise, die elektrische Batteriezelle vor einer Korrosion schützen.
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Die
DE 10 2013 201 638 A1 offenbart eine Batteriezelle, insbesondere einen Lithium-Ionen-Akkumulator. Die Batteriezelle weist ein Gehäuse und ein Elektrodenelement auf. Das Elektrodenelement ist dabei im Gehäuse angeordnet. Ferner weist die Batteriezelle eine Schutzfolie auf, die zwischen dem Elektrodenelement und dem Gehäuse angeordnet ist. Die Schutzfolie ist ausgeführt, das Elektrodenelement vor mechanischen Einwirkungen durch das Gehäuse zu schützen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine elektrische Batteriezelle sowie ein Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Batteriezelle zu schaffen, mittels welchen ein verbesserter Schutz vor Korrosion der elektrischen Batteriezelle realisiert werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch eine elektrische Batteriezelle sowie durch ein Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Batteriezelle gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Ein Aspekt der Erfindung betrifft eine elektrische Batteriezelle für einen elektrischen Energiespeicher eines zumindest teilweise elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs, mit zumindest einem Innenraum, in welchem ein Elektrodenwickel angeordnet ist, und mit zumindest zwei Elektroden zum elektrischen Kontaktieren der elektrischen Batteriezelle.
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Es ist vorgesehen, dass zumindest der Elektrodenwickel und die zwei Elektroden mit einer luftdichten Korrosionsschutzfolie ummantelt sind, und der Innenraum als luftevakuiert bereitgestellt ist.
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Durch das luftdichte Ummanteln und das Luftevakuieren kann somit die Luftfeuchtigkeit im Innenraum reduziert werden, sodass der Elektrodenwickel und die zwei Elektroden verbessert vor Korrosion geschützt sind.
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Insbesondere eine elektrische Batteriezelle weist aufgrund ihrer Anordnung im Kraftfahrzeug sowohl bei Leistungsentnahme als auch bei Leistungsaufnahme wechselnde Temperaturen durch Wärmeentwicklung auf. Dabei kommt es besonders beispielsweise in Ländern mit hoher Luftfeuchtigkeit zur Bildung von Kondensat, welches die Korrosion bedingt und damit zur Reduzierung der Lebensdauer oder auch zum Ausfall der elektrischen Batteriezelle führen kann.
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Durch die erfindungsgemäße Lösung ist nun eine kostengünstige und gewichtsreduzierte Gegenmaßnahme in Form der luftdichten, und insbesondere reißfesten, Korrosionsschutzfolie um die elektrische Batteriezelle inklusive der Elektroden vorgestellt.
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Insbesondere ist vorliegend von einer elektrischen Batteriezelle auszugehen. Es ist selbstverständlich, dass auch die elektrische Batteriezelle mit weiteren elektrischen Batteriezellen zu beispielsweise einem Batteriepack zusammengefügt werden kann, wobei dann wiederum dieses Batteriepack ebenfalls mit der Korrosionsschutzfolie ummantelt sein kann. Insbesondere kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Batteriezellen ohne die Korrosionsschutzfolie zusammengefasst sind, und dann die zwei, oder mehr, Batteriezellen zu einem Batteriepack zusammengefasst sind und das Batteriepack mit der Korrosionsschutzfolie ummantelt und luftevakuiert ist. Ferner kann auch vorgesehen sein, dass der Batteriepack zu entsprechenden Batteriemodulen und die Batteriemodule wiederum zu dem elektrischen Energiespeicher zusammengefasst werden können. Analoge Argumentation zum Batteriepack gilt für das Batteriemodul sowie den elektrischen Energiespeicher.
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Unter luftevakuiert ist insbesondere zu verstehen, dass mittels einer Absaugeinrichtung Luft aus dem Innenraum abgesaugt wird. Insbesondere weist somit der Innenraum einen geringeren Druck auf als die Umgebung. Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass im Wesentlichen ein Vakuum im Innenraum erzeugt wird.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsform ist die Korrosionsschutzfolie aus Kunststoff ausgebildet und/oder die Korrosionsschutzfolie weist zumindest eine Aluminiumschicht und/oder eine Teflonschicht auf. Insbesondere ist die Kunststofffolie somit luftdicht und reißfest ausgebildet. Dadurch ist es ermöglicht, dass auf einfache Art und Weise und kostengünstig die Korrosionsschutzfolie ausgebildet sein kann und somit einfach den Elektrodenwickel und die zwei Elektroden ummanteln kann. Ferner kann durch die Teflonschicht und/oder die Aluminiumschicht ein verbesserter thermischer Durchschlagsschutz realisiert werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform weist die Korrosionsschutzfolie ein Absaugventil zum Absaugen der Luft im Innenraum auf. Das Absaugventil kann beispielsweise vor dem Absaugen geschlossen sein und erst während des Absaugvorgangs beziehungsweise erst während des Luftevakuierens geöffnet werden, sodass das Luftevakuieren durchgeführt werden kann. Direkt nach dem Luftevakuieren kann dann das Absaugventil wieder geschlossen werden. Insbesondere wird über das Absaugventil ein endgültiger Verschluss der elektrischen Batteriezelle realisiert. Mittels des Absaugventils kann jedoch ein Wiederöffnen des Absaugventils realisiert werden, sodass beispielsweise ein erneutes Luftevakuieren über das Absaugventil ermöglicht ist.
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Ferner hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Korrosionsschutzfolie eine Schweißnaht aufweist, welche nach dem Luftevakuieren verschweißt ist. Insbesondere kann somit ein Restspalt als Absaugpunkt dienen, an welchem die Ansaugeinrichtung ansetzt und den Innenraum luftevakuieren kann. Im Anschluss daran kann dieser Spalt wiederum mittels der Schweißnaht verschweißt werden, sodass der Innenraum luftevakuiert bereitgestellt ist. Insbesondere durch die Ausgestaltung der Korrosionsschutzfolie als Kunststoff kann auf einfache Art und Weise der Schweißvorgang und dadurch die Erzeugung der Schweißnaht realisiert werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform ist in dem Innenraum ein Luftentfeuchtungselement angeordnet. Somit kann alternativ oder zusätzlich auch an einer Stelle das Luftentfeuchtungselement angeordnet sein, welches zur Aufnahme der Restfeuchtigkeit mit in dem Innenraum angeordnet ist. Das Luftentfeuchtungselement kann beispielsweise ein Salzbeutel sein. Dadurch ist es auf einfache Art und Weise ermöglicht, dass eine weitere Luftentfeuchtung im Innenraum durchgeführt werden kann.
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Ferner kann beispielsweise auch bei einer minimalen Perforation der Korrosionsschutzfolie dennoch weiterhin Luftfeuchtigkeit dem Innenraum entzogen werden, indem das Luftentfeuchtungselement diese Luftfeuchtigkeit aufnehmen kann.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform ist die Korrosionsschutzfolie zusätzlich als Propagationsschutzfolie und/oder als Durchschlagspannungsschutzfolie ausgebildet. Insbesondere dient die Propagationsschutzfolie dazu, dass ein thermisches Durchgehen einer Nachbarbatteriezelle verhindert wird, sollte beispielsweise die elektrische Batteriezelle thermisch durchgehen. Ergänzend kann das Durchgehen der elektrischen Batteriezelle verhindert werden, sollte beispielsweise eine Nachbarbatteriezelle thermisch durchgehen. Ferner kann die Korrosionsschutzfolie eine Durchschlagspannungsschutzfolie sein, sodass beispielsweise auch Überspannungen der elektrischen Batteriezelle nicht zu einem Durchschlagen von beispielsweise Spannungsbögen innerhalb der elektrischen Batteriezelle führen. Somit kann eine hochfunktionelle Korrosionsschutzfolie bereitgestellt werden, welche zusätzlich einen Propagationsschutz sowie einen Durchschlagspannungsschutz realisiert.
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Weiterhin vorteilhaft ist, wenn zumindest eine Leistungselektronik für die elektrische Batteriezelle mit von der Korrosionsschutzfolie ummantelt ist. Beispielsweise können entsprechende elektronische Schaltkreise in der Leistungselektronik, beispielsweise eine Halbleiterbrücke, mit angeordnet sein, welche dann ebenfalls mit der Korrosionsschutzfolie ummantelt sind, sodass auch eine Korrosion an der Leistungselektronik verhindert ist. Es kann ferner auch eine Kontaktierung mit von der Korrosionsschutzfolie ummantelt sein.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform ist zumindest eine Anschlussverkabelung aus der luftdichten Korrosionsschutzfolie herausgeführt. Insbesondere ist die Anschlussverkabelung derart an der Korrosionsschutzfolie angeordnet, dass diese dennoch luftdicht den Innenraum abschließt. Dadurch kann eine Anschlussverkabelung bereitgestellt werden, welche zur weiteren Kontaktierung mit weiteren elektrischen Bauteilen, beispielsweise weiteren elektrischen Batteriezellen, ausgebildet ist, wobei dennoch die Batteriezelle vor Korrosion geschützt werden kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform weist die Korrosionsschutzfolie zumindest eine verschweißte Aussparung auf, welche zum Durchführen von zumindest einem Halteelement zum Halten der elektrischen Batteriezelle an einem Trägerelement ausgebildet ist. Beispielsweise können hierzu zusätzliche Schraubstellen durch die Bodenplatte durch die verschweißte Aussparung an der Korrosionsschutzfolie realisiert werden. Somit kann die elektrische Batteriezelle vor Korrosion geschützt werden und gleichzeitig kann ein sicheres Anordnen der elektrischen Batteriezelle beispielsweise an deren Trägerelement realisiert werden.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Batteriezelle nach dem vorhergehenden Aspekt. Es erfolgt ein Anordnen einer luftdichten Korrosionsschutzfolie auf einem Trägerelement. Der Elektrodenwickel mit den zumindest zwei Elektroden wird auf der Korrosionsschutzfolie angeordnet. Der Elektrodenwickel mit den zwei Elektroden wird mittels der Korrosionsschutzfolie ummantelt. Es erfolgt ein Verschweißen der Korrosionsschutzfolie an den jeweiligen Rändern der Korrosionsschutzfolie und dadurch ein Erzeugen eines Innenraums der elektrischen Batteriezelle. Im Anschluss daran wird der Innenraum luftevakuiert. Abschließend erfolgt die Schließung der Evakuierungsstelle an der Korrosionsschutzfolie.
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Bevorzugt laufen die Herstellungsschritte in der angegebenen Reihenfolge ab. Weitere vorteilhafte zusätzliche Verfahrensschritte zur Herstellung der elektrischen Batteriezelle können beispielsweise die Montage des geschützten Umfangs beziehungsweise der elektrischen Batteriezelle in einem Hochvoltspeichergehäuse oder im Kraftfahrzeug sein. Ferner kann das Anordnen der elektrischen Batteriezelle an dem Trägerelement über entsprechende Aussparungen an der Korrosionsschutzfolie durchgeführt werden.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einer elektrischen Batteriezelle nach dem vorhergehenden Aspekt. Das Kraftfahrzeug ist insbesondere als elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug ausgebildet.
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Ein unabhängiger Aspekt der Erfindung betrifft ein Batteriemodul mit zumindest zwei elektrischen Batteriezellen, wobei das Batteriemodul mit einer luftdichten Korrosionsschutzfolie ummantelt ist und ein Innenraum des Batteriemoduls luftevakuiert bereitgestellt ist.
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Ein nochmals unabhängiger Aspekt der Erfindung betrifft einen elektrischen Energiespeicher für ein zumindest teilweise elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug mit zumindest zwei Batteriemodulen, wobei die zumindest zwei Batteriemodule mit einer Korrosionsschutzfolie ummantelt sind, und ein Innenraum des elektrischen Energiespeichers als luftevakuiert bereitgestellt ist. Insbesondere kann eine Leistungselektronik des Energiespeichers mit in dem Innenraum angeordnet sein und somit mit von der Korrosionsschutzfolie ummantelt sein.
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Vorteilhafte Ausgestaltungsformen der elektrischen Batteriezelle können als analoge vorteilhafte Ausgestaltungsformen des Batteriemoduls sowie des elektrischen Energiespeichers angesehen werden.
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Ferner sind vorteilhafte Ausgestaltungsformen der elektrischen Batteriezelle als vorteilhafte Ausgestaltungsformen des Verfahrens anzusehen.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar.
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Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- Dabei zeigen:
- 1 eine schematische Seitenansicht einer Ausführungsform einer elektrischen Batteriezelle; und
- 2 ein schematisches Ablaufdiagramm eines Herstellungsverfahrens zur Erzeugung einer elektrischen Batteriezelle.
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In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt in einer schematischen Seitenansicht eine Ausführungsform einer elektrischen Batteriezelle 10 für einen nicht gezeigten elektrischen Energiespeicher eines nicht gezeigten zumindest teilweise elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs. Das Kraftfahrzeug weist insbesondere eine elektrische Antriebseinrichtung auf, wobei elektrische Energie für die elektrische Antriebseinrichtung von dem elektrischen Energiespeicher bereitgestellt ist. Insbesondere kann der elektrische Energiespeicher als Hochvoltenergiespeicher bereitgestellt werden. Das Kraftfahrzeug ist ferner insbesondere als vollelektrisch betriebenes Kraftfahrzeug ausgebildet.
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Die nachfolgenden Ausführungsformen zu einer elektrischen Batteriezelle können als analoge Ausführungsformen für einen Batteriepack und/oder einem Batteriemodul und/oder den elektrischen Energiespeichers selbst angesehen werden.
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Die elektrische Batteriezelle 10 weist zumindest einen Innenraum 12 auf, in welchem ein Elektrodenwickel 14 angeordnet ist, und die elektrische Batteriezelle 10 weist zumindest zwei Elektroden 16, 18 auf, insbesondere eine erste Elektrode 16 sowie eine zweite Elektrode 18. Die erste Elektrode 16 und die zweite Elektrode 18 sind insbesondere zum elektrischen Kontaktieren der elektrischen Batteriezelle 10 ausgebildet.
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Es ist vorgesehen, dass zumindest der Elektrodenwickel 14 und die zwei Elektroden 16, 18 mit einer luftdichten Korrosionsschutzfolie 20 ummantelt sind, und der Innenraum 12 als luftevakuiert bereitgestellt ist.
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Insbesondere sind somit zumindest der Elektrodenwickel 14 und die zwei Elektroden 16, 18 luftdicht vor einer Umgebung 22 der elektrischen Batteriezelle 10 abgeschlossen.
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Insbesondere ist somit eine kostengünstige und effektive Lösung für einen Korrosionsschutz vorgeschlagen, indem eine luftdichte, reißfeste Korrosionsschutzfolie 20 um die elektrische Batteriezelle 10 inklusive deren Verschaltungs- und Anschlussbauteile vorgestellt ist.
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Die Korrosionsschutzfolie 20 ist insbesondere aus Kunststoff ausgebildet. Alternativ oder ergänzend weist die Korrosionsschutzfolie 20 zumindest eine Aluminiumschicht und/oder eine Teflonschicht auf. Insbesondere ist die Korrosionsschutzfolie 20 ferner zusätzlich als Propagationsschutzfolie und/oder als Durchschlagspannungsschutzfolie ausgebildet. Bevorzugt ist die Korrosionsschutzfolie 20 sowohl als Propagationsschutzfolie als auch als Durchschlagspannungsschutzfolie ausgebildet. Dadurch kann mittels der Korrosionsschutzfolie 20 vorteilhaft die elektrische Batteriezelle 10 vor einem thermischen Durchgehen sowie vor einem Spannungsdurchschlag geschützt sein.
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Ferner zeigt die 1, dass die Korrosionsschutzfolie 20 ein Absaugventil 24 zum Absaugen der Luft im Innenraum 12 aufweisen kann. Alternativ oder ergänzend kann die Korrosionsschutzfolie 20 eine Schweißnaht 26 aufweisen, welche nach dem Luftevakuieren verschweißt ist.
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Weiterhin kann vorgesehen sein, dass in dem Innenraum 12 ein Luftentfeuchtungselement 28, beispielsweise in Form eines Salzbeutels, angeordnet ist, sodass weiterhin, insbesondere nach einem Verschließen der Korrosionsschutzfolie 20, Luftfeuchtigkeit im Innenraum 12 entfernt werden kann.
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Ferner kann insbesondere vorgesehen sein, dass zumindest eine Leistungselektronik 30 für die elektrische Batteriezelle 10 mit von der Korrosionsschutzfolie 20 ummantelt ist. Insbesondere ist ferner, wie in der 1 gezeigt, eine Anschlussverkabelung 32 aus der luftdichten Korrosionsschutzfolie 20 herausgeführt.
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1 zeigt ferner, dass die Korrosionsschutzfolie 20 zumindest eine verschweißte Aussparung 34 aufweisen kann, welche zum Durchführen von zumindest einem Halteelement 36, welches vorliegend beispielsweise als Schraube ausgebildet ist, zum Halten der elektrischen Batteriezelle 10 an einem Trägerelement 38 ausgebildet ist. Mit anderen Worten können zusätzliche Schraubstellen durch das Trägerelement 38 über die verschweißte Aussparung 34 in der Korrosionsschutzfolie 26 realisiert sein.
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Mit anderen Worten wird die Korrosionsschutzfolie 20 direkt um die bereits verschaltete elektrische Batteriezelle 10 oder einem Batteriemodul oder um die miteinander verschalteten Batteriemodule inklusive Kontaktierung und Anschlussverkabelung 32 oder um die verschalteten Batteriemodule inklusive Kontaktierung und Anschlussverkabelung 32 und Leistungselektronik 30 luftdicht verschlossen. Um die Luftmenge im Innenraum 12 zu reduzieren, wird eine Absaugung der Luft vor endgültigem Verschluss vorgeschlagen. Dabei kann der Absaugvorgang durch das wiederöffnenbare Absaugventil 24 und/oder beispielsweise durch die Schweißnaht 26 in der Korrosionsschutzfolie 20 ausgeführt werden. Alternativ oder zusätzlich kann auch an geeigneter Stelle das Luftentfeuchtungselement 28 zur Aufnahme der Restfeuchtigkeit mit in den Innenraum 12 eingebracht werden.
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2 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Herstellen der elektrischen Batteriezelle gemäß 1. In einem ersten Schritt S1 erfolgt das Anordnen der luftdichten Korrosionsschutzfolie 20 auf dem Trägerelement 38. In einem zweiten Schritt S2 erfolgt das Anordnen des Elektrodenwickels 14 mit den zumindest zwei Elektroden 16, 18 auf der Korrosionsschutzfolie 20. In einem dritten Schritt S3 erfolgt das Ummanteln des Elektrodenwickels 14 mit den zumindest zwei Elektroden 16, 18 mit der Korrosionsschutzfolie 20. In einem vierten Schritt S4 erfolgt das Verschweißen der Korrosionsschutzfolie 20 an den jeweiligen Rändern der Korrosionsschutzfolie 20 und dadurch Erzeugen des Innenraums 12 der elektrischen Batteriezelle 10. Es erfolgt in einem fünften Schritt S5 das Luftevakuieren des Innenraums 12. Hierzu kann beispielsweise die Absaugung der Luft zwischen der Korrosionsschutzfolie 20 und der Batteriezelle 10 über das Absaugventil 24 oder den Restspalt, insbesondere die Schweißnaht 26, durchgeführt werden. In einem sechsten Schritt S6 erfolgt dann die Schließung der Absaugstelle, insbesondere die Schließung einer Evakuierungsstelle, an der Korrosionsschutzfolie 20. In einem zusätzlichen vorteilhaften weiteren siebten Schritt S7 kann die Anordnung der elektrischen Batteriezelle 10 in beispielsweise einem Hochvoltspeichergehäuse oder in das Kraftfahrzeug realisiert werden.
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Insgesamt zeigt die Erfindung eine Korrosionsschutzfolie 20 für elektrische Batteriezellen 10.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- elektrische Batteriezelle
- 12
- Innenraum
- 14
- Elektrodenwickel
- 16
- erste Elektrode
- 18
- zweite Elektrode
- 20
- Korrosionsschutzfolie
- 22
- Umgebung
- 24
- Absaugventil
- 26
- Schweißnaht
- 28
- Luftentfeuchtungselement
- 30
- Leistungselektronik
- 32
- Anschlussverkabelung
- 34
- Aussparung
- 36
- Halteelement
- 38
- Trägerelement
- S1
- erster Schritt
- S2
- zweiter Schritt
- S3
- dritter Schritt
- S4
- vierter Schritt
- S5
- fünfter Schritt
- S6
- sechster Schritt
- S7
- siebter Schritt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013201638 A1 [0003]
