DE102022001429A1 - Battery cell for a battery, battery or battery module, and method for producing a battery cell - Google Patents

Battery cell for a battery, battery or battery module, and method for producing a battery cell Download PDF

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Alfonso GALAN VENTOSA
Akramullah Aminy
Thomas Stolk
Alexander von Gaisberg-Helfenberg
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Batteriezelle (100) für eine Batterie, insbesondere für eine Hochvolt-Batterie eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs, mit einem, insbesondere prismatischen, Zellgehäuse (10) mit einem ersten elektrischen Pol (20) und einem zweiten elektrischen Pol (22), wobei das Zellgehäuse (10) wenigstens eine Entlüftungsöffnung (18) aufweist, welche im bestimmungsgemäßen Betrieb mit einem Berstverschluss (24) verschlossen ist, wobei die Entlüftungsöffnung (18) vor dem Verschließen mit dem Berstverschluss (24) zur Befüllung des Zellgehäuses (10) mit einem Elektrolyt vorliegt.Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen einer Batteriezelle (100) für eine Batterie, insbesondere für eine Hochvolt-Batterie eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs.The invention relates to a battery cell (100) for a battery, in particular for a high-voltage battery of an electrically operable vehicle, with an in particular prismatic cell housing (10) with a first electrical pole (20) and a second electrical pole (22), wherein the cell housing (10) has at least one ventilation opening (18) which is closed with a bursting closure (24) during normal operation, the ventilation opening (18) being used for filling the cell housing (10) with an electrolyte.The invention also relates to a method for producing a battery cell (100) for a battery, in particular for a high-voltage battery of an electrically operated vehicle.

Description

Die Erfindung betrifft eine Batteriezelle für eine Batterie, insbesondere für eine Hochvolt-Batterie eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs, eine Batterie oder ein Batteriemodul, umfassend eine Mehrzahl von Batteriezellen sowie ein Verfahren zum Herstellen einer Batteriezelle.The invention relates to a battery cell for a battery, in particular for a high-voltage battery of an electrically operable vehicle, a battery or a battery module, comprising a plurality of battery cells, and a method for producing a battery cell.

In Batterien von Elektrofahrzeugen oder Hybridfahrzeugen werden üblicherweise Lithiumlonen-Batteriezellen eingesetzt, welche eine hohe elektrische Energiedichte aufweisen. Solche Batteriezellen können als sogenannte Pouchzellen mit einem aus einer Folie bestehenden Zellgehäuse, als prismatische Hardcase-Zellen mit einem metallischen Zellgehäuse oder als zylindrische Zellen mit einem metallischen Zellgehäuse vorliegen.Lithium ion battery cells, which have a high electrical energy density, are usually used in batteries of electric vehicles or hybrid vehicles. Such battery cells can be present as so-called pouch cells with a cell housing consisting of a foil, as prismatic hard case cells with a metal cell housing or as cylindrical cells with a metal cell housing.

Prismatische Batteriezellen weisen üblicherweise wenigstens ein Elektrodenpaket als Elektrodenwickel oder Elektrodenstapel auf, welche aus Folgen von Separator-Anode-Separator-Kathode-Separator-Anordnungen aufgebaut sind. Mehrere Elektrodenpakete können dabei elektrisch miteinander kontaktiert und in einer Batteriezelle angeordnet sein. Die Elektrodenpakete sind meistens von einem flüssigen Elektrolyten umgeben, der das Wandern positiv geladener Lithium-Ionen von einer Elektrode zu der anderen Elektrode ermöglicht.Prismatic battery cells usually have at least one electrode pack as an electrode coil or electrode stack, which is made up of sequences of separator-anode-separator-cathode-separator arrangements. A number of electrode packages can be electrically connected to one another and arranged in a battery cell. The electrode packs are usually surrounded by a liquid electrolyte, which allows positively charged lithium ions to migrate from one electrode to the other electrode.

Der Elektrolyt wird üblicherweise am Ende des Montageprozesses in das Zellgehäuse der Batteriezelle eingefüllt. Dieser Füllprozess geschieht meistens durch eine dafür vorgesehene Bohrung, welche nach einem folgenden Formierungsprozess wieder verschlossen wird. Diese Füllbohrung ist normalerweise klein dimensioniert, da sie nur dazu dient, den Füllprozess und die Entgasung während des folgenden Formierungsprozesses zu ermöglichen. Außerdem ist meist auf dem Gehäusedeckel der Batteriezelle wenig Platz dafür vorhanden.The electrolyte is usually filled into the cell housing of the battery cell at the end of the assembly process. This filling process usually takes place through a hole provided for this purpose, which is closed again after a subsequent forming process. This filling bore is normally small in size, as it only serves to enable the filling process and degassing during the subsequent forming process. In addition, there is usually little space on the housing cover of the battery cell.

Der Füllprozess läuft entsprechend langsam ab, weil gleichzeitig der Elektrolyt hineinfließt und die Luft aus dem Zellgehäuse entweichen muss.The filling process is correspondingly slow, because at the same time the electrolyte flows in and the air has to escape from the cell housing.

Der Füllprozess erfolgt normalerweise in zwei Schritten. Zuerst wird der Elektrolyt eingefüllt und danach wird die Füllbohrung beispielsweise mit einer Verschlusskugel oder einem Stopfen für eine Übergangszeit verschlossen, um eine Verunreinigung in der Batteriezelle während des Transports zu vermeiden. Beim Formierungsprozess wird die Zelle geladen und es findet ein definierter Alterungsprozess in einer reineren Umgebung statt. Dabei wird das Verschlusselement entfernt, um die Entlüftung der Gase, die im Alterungsprozess produziert werden, zu ermöglichen. Nach Abschließen des Formierungsprozesses wird die Füllbohrung dauerhaft verschlossen, beispielsweise mit einem Niet oder durch Verschweißen.The filling process is usually done in two steps. First, the electrolyte is filled in and then the filling hole is sealed, for example with a sealing ball or a plug, for a transitional period in order to avoid contamination in the battery cell during transport. During the formation process, the cell is charged and a defined aging process takes place in a cleaner environment. In doing so, the closure member is removed to allow venting of the gases produced during the aging process. After the formation process is complete, the filling bore is permanently closed, for example with a rivet or by welding.

Die US 3,909,302 A offenbart eine Entlüftungskappenbaugruppe, die ein Diaphragma oder eine Membran enthält, die für Sauerstoff- und Wasserstoffgas durchlässig ist und für Schwefelsäureelektrolyt im Wesentlichen undurchlässig ist. Die Membran liegt in Form einer dünnen mikroporösen Polytetrafluorethylen-Membran mit ausgewählter Porengröße vor.the US 3,909,302A discloses a vent cap assembly that includes a diaphragm or membrane that is permeable to oxygen and hydrogen gas and substantially impermeable to sulfuric acid electrolyte. The membrane is in the form of a thin microporous polytetrafluoroethylene membrane of selected pore size.

Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine Batteriezelle für eine Batterie zu schaffen, welche einen schnelleren Befüllungsvorgang des Elektrolyten und eine ausreichende Entgasung während des Formierungsprozesses ermöglicht.One object of the invention is to provide a battery cell for a battery which enables the electrolyte to be filled more quickly and allows adequate degassing during the formation process.

Eine weitere Aufgabe ist es, eine Batterie mit einer solchen Batteriezelle zu schaffen.A further object is to create a battery with such a battery cell.

Eine weitere Aufgabe ist es, ein Verfahren zum Herstellen einer Batteriezelle anzugeben, welche einen schnelleren Befüllungsvorgang des Elektrolyten und eine ausreichende Entgasung während des Formierungsprozesses ermöglicht.A further object is to specify a method for producing a battery cell which enables the electrolyte to be filled more quickly and allows adequate degassing during the formation process.

Die vorgenannten Aufgaben werden mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst.The aforementioned objects are solved with the features of the independent claims.

Günstige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.Favorable configurations and advantages of the invention result from the further claims, the description and the drawing.

Nach einem Aspekt der Erfindung wird eine Batteriezelle für eine Batterie vorgeschlagen, insbesondere für eine Hochvolt-Batterie eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs, mit einem, insbesondere prismatischen, Zellgehäuse, mit einem ersten elektrischen Pol und einem zweiten elektrischen Pol. Das Zellgehäuse weist wenigstens eine Entlüftungsöffnung auf, welche im bestimmungsgemäßen Betrieb mit einem Berstverschluss verschlossen ist. Dabei liegt die Entlüftungsöffnung vor dem Verschließen mit dem Berstverschluss zur Befüllung des Zellgehäuses mit einem Elektrolyt vor.According to one aspect of the invention, a battery cell for a battery is proposed, in particular for a high-voltage battery of an electrically operable vehicle, with a cell housing, in particular a prismatic one, with a first electrical pole and a second electrical pole. The cell housing has at least one ventilation opening, which is closed with a rupture seal during normal operation. In this case, the ventilation opening is present before the closure with the bursting seal for filling the cell housing with an electrolyte.

Batteriezellen für Hochvolt-Batterien elektrisch betreibbarer Fahrzeuge weisen üblicherweise wenigstens eine Entlüftungsöffnung auf, welche im Normalbetrieb mit einem Berstverschluss, wie beispielsweise einer sogenannten Berstmembran, fest verschlossen ist. Der Berstverschluss, beziehungsweise die Berstmembran, kann als metallische Platte oder als metallische Folie ausgebildet sein, die bei einem Überdruck im Zellgehäuse auf Grund eines Fehlers in der Batteriezelle, beispielsweise bei einem thermischen Ereignis, aufreißt und das entstandene Gas entweichen lässt. Da der Überdruck schnell abgebaut werden muss, weist die Entlüftungsöffnung einen großen Öffnungsquerschnitt auf.Battery cells for high-voltage batteries for vehicles that can be operated electrically usually have at least one ventilation opening which, during normal operation, is tightly sealed with a bursting seal, such as a so-called bursting membrane. The bursting seal or the bursting membrane can be designed as a metal plate or as a metal foil that ruptures when there is overpressure in the cell housing due to a fault in the battery cell, for example in the event of a thermal event, and allows the gas that has formed to escape. Because the overpressure has to be dismantled quickly, the ventilation opening has a large opening cross section.

Bei der vorgeschlagenen Batteriezelle dient nun diese Entlüftungsöffnung vor dem Verschließen mit dem beispielsweise als Berstmembran ausgeführten Berstverschluss zum Befüllen der Batteriezelle mit dem Elektrolyt. Auf Grund der Größe der Entlüftungsöffnung kann dies den Füllprozess deutlich beschleunigen.In the proposed battery cell, this venting opening serves to fill the battery cell with the electrolyte before it is closed with the bursting closure, which is designed, for example, as a bursting membrane. Due to the size of the vent opening, this can significantly speed up the filling process.

Die Größe der Elektrolytbefüllungsöffnung bestimmt die Effizienz des Befüllungsvorgangs. Einerseits soll der Elektrolyt in die Batteriezelle gefüllt werden, anderseits soll die vorhandene Luft aus der Batteriezelle entweichen können. Beide Prozesse erfolgen durch dieselbe Öffnung. Die Nutzung der Entlüftungsöffnung für die Befüllung mit dem Elektrolyten kann auf Grund der vorhandenen Fläche die Effizienz des Füllprozesses um ein Vielfaches erhöhen, da die Fläche der Entlüftungsöffnung wesentlich größer als übliche Befüllungsöffnungen ist.The size of the electrolyte filling hole determines the efficiency of the filling process. On the one hand, the electrolyte should be filled into the battery cell, on the other hand, the existing air should be able to escape from the battery cell. Both processes occur through the same opening. The use of the vent opening for filling with the electrolyte can increase the efficiency of the filling process many times over due to the available area, since the area of the vent opening is significantly larger than usual filling openings.

Die Entlüftungsöffnung wird weiter vorteilhaft nach dem Befüllungsvorgang mit dem Elektrolyten während des Formierungsprozesses zum Abführen des dabei entstehenden Gases verwendet. Auf diese Weise wird die Entlüftungsöffnung vorteilhaft für verschiedene Funktionen verwendet. Dadurch kann die Zahl der Einzelteile des Zellgehäuses günstigerweise verringert werden.The ventilation opening is also advantageously used after the filling process with the electrolyte during the formation process for discharging the gas that is produced in the process. In this way, the vent is advantageously used for various functions. As a result, the number of individual parts of the cell housing can be advantageously reduced.

Nach Abschluss des Formierungsprozesses wird die Entlüftungsöffnung wie üblich mit dem Berstverschluss verschlossen. Dazu werden Vorrichtungen zum Befüllen mit Elektrolyt bzw. zum Abführen des bei der Formierung entstehenden Gases entfernt. Der Berstverschluss kann auf dem Gehäusedeckel angeordnet und beispielsweise mit dem Gehäusedeckel verschweißt werden.After completion of the formation process, the vent opening is closed with the bursting seal as usual. For this purpose, devices for filling with electrolyte or for discharging the gas produced during formation are removed. The bursting seal can be arranged on the housing cover and, for example, welded to the housing cover.

Vorteilhaft lässt sich so eine wesentlich höhere Geschwindigkeit des Elektrolyteinfüllprozesses und der Entgasung während des Formierungsprozesses erreichen.Advantageously, a significantly higher speed of the electrolyte filling process and the degassing during the formation process can be achieved in this way.

Auf Teile wie Verschlusskugeln und/oder Verschlussplatten der Einfüllbohrung oder sonstige Teile, die während der Montage oder während des Schweißprozesses sonst benötigt werden, kann verzichtet werden. So können vorteilhaft Fertigungskosten und Fertigungszeit der Batteriezelle verringert werden.Parts such as sealing balls and/or sealing plates of the filling hole or other parts that are otherwise required during assembly or during the welding process can be dispensed with. Manufacturing costs and manufacturing time for the battery cell can thus advantageously be reduced.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Batteriezelle kann das Zellgehäuse mit dem Berstverschluss bündig abgeschlossen sein. Dadurch ist die Zugänglichkeit zum Verschließen des Zellgehäuses mit dem Berstverschluss, beispielsweise durch Verschweißen des Berstverschlusses mit dem Zellgehäuse, günstig gegeben.According to an advantageous embodiment of the battery cell, the cell housing can be flush with the bursting seal. As a result, accessibility for closing the cell housing with the bursting seal, for example by welding the bursting seal to the cell housing, is favorable.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Batteriezelle kann der Berstverschluss an seinem Außenrand mit der Entlüftungsöffnung verbunden, insbesondere verschweißt sein. So kann die Entlüftungsöffnung auf sichere Weise dauerhaft und zuverlässig verschlossen werden.According to an advantageous embodiment of the battery cell, the bursting seal can be connected, in particular welded, to the ventilation opening at its outer edge. In this way, the ventilation opening can be closed permanently and reliably in a safe manner.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Batteriezelle kann die Entlüftungsöffnung eine umlaufende Nut zur Aufnahme des Berstverschlusses aufweisen. Der Berstverschluss kann in die Nut eingelegt werden, sodass er bündig mit der Außenfläche des Zellgehäuses abschließt und dennoch für den Schweißprozess gut zugänglich ist.According to an advantageous embodiment of the battery cell, the ventilation opening can have a circumferential groove for accommodating the rupture seal. The rupture seal can be placed in the groove so that it is flush with the outer surface of the cell housing and is still easily accessible for the welding process.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Batteriezelle kann eine elektrische Isolationsschicht an einer zum Gehäuseinneren gerichteten Seite des Zellgehäuses angeordnet sein, welche Isolationsschicht eine Öffnung aufweist, die einer Fläche der Entlüftungsöffnung entspricht. Die elektrische Isolationsschicht isoliert das Elektrodenpaket im Inneren des Zellgehäuses gegen das elektrisch leitende metallische Zellgehäuse. Vorteilhaft weist die Isolationsschicht eine Öffnung zur Entlüftung des Zellinneren auf, welche denselben Querschnitt hat wie die eigentliche Entlüftungsöffnung. Dadurch kann entstandenes Gas genügend schnell aus dem Zellgehäuse entweichen.According to an advantageous embodiment of the battery cell, an electrical insulation layer can be arranged on a side of the cell housing that faces the inside of the housing, which insulation layer has an opening that corresponds to a surface of the ventilation opening. The electrical insulation layer insulates the electrode pack inside the cell housing from the electrically conductive metallic cell housing. Advantageously, the insulation layer has an opening for venting the interior of the cell, which has the same cross section as the actual vent opening. This allows the gas that has formed to escape from the cell housing quickly enough.

Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Batterie oder ein Batteriemodul, insbesondere eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs, vorgeschlagen, welches eine Mehrzahl von Batteriezellen umfasst.According to a further aspect of the invention, a battery or a battery module, in particular of an electrically operable vehicle, is proposed, which comprises a plurality of battery cells.

Bei den Batteriezellen dient die üblicherweise vorhandene Entlüftungsöffnung des Zellgehäuses vor dem Verschließen mit dem Berstverschluss zum Befüllen der Batteriezelle mit dem Elektrolyten. Auf Grund der Größe der Entlüftungsöffnung gegenüber einer sonst üblichen Füllbohrung des Zellgehäuses kann dies den Füllprozess deutlich beschleunigen.In the case of the battery cells, the vent opening that is usually present in the cell housing is used to fill the battery cell with the electrolyte before it is closed with the rupture seal. Due to the size of the ventilation opening compared to the usual filling hole in the cell housing, this can significantly speed up the filling process.

Die Entlüftungsöffnung wird weiter nach dem Befüllungsvorgang mit dem Elektrolyten während des Formierungsprozesses zum Abführen des dabei entstehenden Gases verwendet. Auf diese Weise wird die Entlüftungsöffnung vorteilhaft für verschiedene Funktionen verwendet. Dadurch kann die Zahl der Einzelteile des Zellgehäuses günstigerweise verringert werden.The ventilation opening is also used after the filling process with the electrolyte during the formation process for discharging the gas that is produced in the process. In this way, the vent is advantageously used for various functions. As a result, the number of individual parts of the cell housing can be advantageously reduced.

Nach Abschluss des Formierungsprozesses wird die Entlüftungsöffnung wie üblich mit dem Berstverschluss verschlossen. Der Berstverschluss wird auf dem Gehäusedeckel angeordnet und beispielsweise mit dem Gehäusedeckel verschweißt.After completion of the formation process, the vent opening is closed with the bursting seal as usual. The rupture seal will arranged on the housing cover and, for example, welded to the housing cover.

Vorteilhaft lässt sich so eine wesentlich höhere Geschwindigkeit des Elektrolyteinfüllprozesses und der Entgasung während des Formierungsprozesses erreichen.Advantageously, a significantly higher speed of the electrolyte filling process and the degassing during the formation process can be achieved in this way.

Mit diesen Batteriezellen kann vorteilhaft eine kostengünstige Batterie oder ein kostengünstiges Batteriemodul realisiert werden.A low-cost battery or a low-cost battery module can advantageously be realized with these battery cells.

Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen einer Batteriezelle für eine Batterie vorgeschlagen, insbesondere für eine Hochvolt-Batterie eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs, wenigstens umfassend die Schritte Bereitstellen eines Zellgehäuses mit einem ersten elektrischen Pol und einem zweiten elektrischen Pol, wobei das Zellgehäuse wenigstens eine Entlüftungsöffnung aufweist; Installieren wenigstens eines Elektrodenstapels in dem Zellgehäuse; Kontaktieren des wenigstens einen Elektrodenstapels und elektrisches Verbinden mit dem ersten elektrischen Pol und dem zweiten elektrischen Pol; Verschließen des Zellgehäuses; Befüllen des Zellgehäuses durch die Entlüftungsöffnung mit einem Elektrolyt; Formieren der Batteriezelle unter Ableiten eines entstehendes Gases durch die als Entgasungsöffnung dienende wenigstens eine Entlüftungsöffnung; Nach Beenden des Formierungsprozesses Verschließen der wenigstens einen Entlüftungsöffnung mit einem Berstverschluss.According to a further aspect of the invention, a method for producing a battery cell for a battery is proposed, in particular for a high-voltage battery of an electrically operable vehicle, at least comprising the steps of providing a cell housing with a first electrical pole and a second electrical pole, the cell housing has at least one vent opening; installing at least one electrode stack in the cell housing; contacting the at least one electrode stack and electrically connecting to the first electrical pole and the second electrical pole; closing the cell housing; filling the cell case with an electrolyte through the vent opening; Forming the battery cell while discharging a gas that is produced through the at least one ventilation opening serving as a degassing opening; After the formation process is complete, the at least one ventilation opening is closed with a rupture seal.

Batteriezellen für Hochvolt-Batterien elektrisch betreibbarer Fahrzeuge weisen üblicherweise Entlüftungsöffnungen auf, welche im Normalbetrieb mit einem häufig als sogenannter Berstmembran ausgeführten Berstverschluss fest verschlossen sind. Der Berstverschluss beziehungsweise die Berstmembran, kann als metallische Platte oder als metallische Folie ausgebildet sein, die bei einem Überdruck im Zellgehäuse auf Grund eines Fehlers in der Batteriezelle, beispielsweise bei einem thermischen Ereignis, aufreißt und das entstandene Gas entweichen lässt. Da der Überdruck schnell abgebaut werden muss, weist die Entlüftungsöffnung einen großen Öffnungsquerschnitt auf.Battery cells for high-voltage batteries of vehicles that can be operated electrically usually have ventilation openings which, during normal operation, are tightly sealed with a bursting seal, which is often designed as a so-called bursting membrane. The bursting seal or the bursting membrane can be designed as a metallic plate or as a metallic foil that ruptures when there is overpressure in the cell housing due to a fault in the battery cell, for example in the event of a thermal event, and allows the gas that has formed to escape. Since the excess pressure has to be released quickly, the ventilation opening has a large opening cross section.

Nach dem vorgeschlagenen Verfahren wird zunächst ein Zellgehäuse mit einer solchen Entlüftungsöffnung bereitgestellt. Danach wird wenigstens ein Elektrodenstapel in dem Zellgehäuse angeordnet und mit den elektrischen Polen, welche beispielsweise in einem Gehäusedeckel angeordnet sind, elektrisch verbunden. Anschließend wird das Zellgehäuse mit dem Gehäusedeckel verschlossen.According to the proposed method, a cell housing with such a ventilation opening is first provided. At least one electrode stack is then arranged in the cell housing and electrically connected to the electrical poles, which are arranged, for example, in a housing cover. The cell housing is then closed with the housing cover.

Bei der vorgeschlagenen Batteriezelle dient nun die Entlüftungsöffnung vor dem Verschließen mit dem Berstverschluss zum Befüllen der Batteriezelle mit dem Elektrolyten. Auf Grund der Größe der Entlüftungsöffnung kann dies den Füllprozess deutlich beschleunigen.In the proposed battery cell, the ventilation opening is now used to fill the battery cell with the electrolyte before it is closed with the rupture seal. Due to the size of the vent opening, this can significantly speed up the filling process.

Die Größe der Elektrolytbefüllungsöffnung bestimmt die Effizienz des Befüllungsvorgangs. Einerseits soll der Elektrolyt in die Batteriezelle gefüllt werden, anderseits soll die vorhandene Luft aus der Batteriezelle entweichen können. Beide Prozesse erfolgen durch dieselbe Öffnung. Die Nutzung der Entlüftungsöffnung für die Befüllung mit dem Elektrolyten kann auf Grund der vorhandenen Fläche die Effizienz des Füllprozesses um ein Vielfaches erhöhen, da die Fläche der Entlüftungsöffnung wesentlich größer als übliche Befüllungsöffnungen ist.The size of the electrolyte filling hole determines the efficiency of the filling process. On the one hand, the electrolyte should be filled into the battery cell, on the other hand, the existing air should be able to escape from the battery cell. Both processes occur through the same opening. The use of the vent opening for filling with the electrolyte can increase the efficiency of the filling process many times over due to the available area, since the area of the vent opening is significantly larger than usual filling openings.

Die Entlüftungsöffnung wird weiter nach dem Befüllungsvorgang mit dem Elektrolyten während des Formierungsprozesses zum Abführen des dabei entstehenden Gases verwendet. Auf diese Weise wird die Entlüftungsöffnung vorteilhaft für verschiedene Funktionen verwendet. Dadurch kann die Zahl der Einzelteile des Zellgehäuses günstigerweise verringert werden.The ventilation opening is also used after the filling process with the electrolyte during the formation process for discharging the gas that is produced in the process. In this way, the vent is advantageously used for various functions. As a result, the number of individual parts of the cell housing can be advantageously reduced.

Nach Abschluss des Formierungsprozesses wird die Entlüftungsöffnung wie üblich mit dem Berstverschluss verschlossen. Dazu werden Vorrichtungen zum Befüllen mit Elektrolyt bzw. zum Abführen des bei der Formierung entstehenden Gases entfernt. Der Berstverschluss kann auf dem Gehäusedeckel angeordnet und beispielsweise mit dem Gehäusedeckel verschweißt werden.After completion of the formation process, the vent opening is closed with the bursting seal as usual. For this purpose, devices for filling with electrolyte or for discharging the gas produced during formation are removed. The bursting seal can be arranged on the housing cover and, for example, welded to the housing cover.

Vorteilhaft lässt sich so eine wesentlich höhere Geschwindigkeit des Elektrolyteinfüllprozesses und der Entgasung während des Formierungsprozesses erreichen.Advantageously, a significantly higher speed of the electrolyte filling process and the degassing during the formation process can be achieved in this way.

Auf Teile wie Verschlusskugeln und/oder Verschlussplatten der Einfüllbohrung oder sonstige Teile, die während der Montage oder während des Schweißprozesses sonst benötigt werden, kann verzichtet werden. So können vorteilhaft Fertigungskosten und Fertigungszeit der Batteriezelle verringert werden.Parts such as sealing balls and/or sealing plates of the filling hole or other parts that are otherwise required during assembly or during the welding process can be dispensed with. Manufacturing costs and manufacturing time for the battery cell can thus advantageously be reduced.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann der Berstverschluss an einer Außenseite des Zellgehäuses angeordnet werden. Insbesondere kann der Berstverschluss in eine umlaufende Nut der Entlüftungsöffnung eingelegt werden. So kann die Entlüftungsöffnung auf sichere Weise dauerhaft und zuverlässig verschlossen werden.
Der Berstverschluss kann insbesondere in die Nut eingelegt werden, sodass er bündig mit der Außenfläche des Zellgehäuses abschließt und dennoch für den Schweißprozess gut zugänglich istAccording to an advantageous embodiment of the method, the bursting seal can be arranged on an outside of the cell housing. In particular, the bursting seal can be placed in a circumferential groove of the ventilation opening. In this way, the ventilation opening can be closed permanently and reliably in a safe manner.
In particular, the bursting seal can be inserted into the groove so that it is flush with the outside surface of the cell housing and is nevertheless easily accessible for the welding process

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann der Berstverschluss an seinem Außenrand mit der Entlüftungsöffnung verbunden, insbesondere verschweißt werden. So kann die Entlüftungsöffnung auf sichere Weise dauerhaft und zuverlässig verschlossen werden.According to an advantageous embodiment of the method, the bursting closure can be connected, in particular welded, to the vent opening at its outer edge. In this way, the ventilation opening can be closed permanently and reliably in a safe manner.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann die Entlüftungsöffnung nach Befüllen mit dem Elektrolyten mit einer vorläufigen Abdeckung, insbesondere einer gasdurchlässigen Abdeckung, verschlossen werden. Insbesondere kann dabei die vorläufige Abdeckung vor dem Verschließen der Entlüftungsöffnung mit dem Berstverschluss entfernt werden. Auf diese Weise kann die Entlüftungsöffnung vorläufig verschlossen werden, um eine Verunreinigung in der Batteriezelle während des Transports zu vermeiden. Während des Formierungsprozesses kann die vorläufige Abdeckung bereits abgenommen werden, damit das entstehende Gas entweichen kann. Spätestens bevor der Berstverschluss angeordnet wird, kann die vorläufige Abdeckung sinnvollerweise wieder abgenommen werden.According to an advantageous embodiment of the method, the ventilation opening can be closed with a temporary cover, in particular a gas-permeable cover, after it has been filled with the electrolyte. In particular, the provisional cover can be removed before closing the ventilation opening with the rupture seal. In this way, the vent hole can be temporarily closed to avoid contamination in the battery cell during transportation. During the formation process, the temporary cover can already be removed so that the resulting gas can escape. At the latest before the bursting seal is arranged, the provisional cover can be removed again, which makes sense.

Dabei zeigen:

  • 1 eine isometrische Darstellung einer Batteriezelle für eine Batterie, insbesondere für eine Hochvolt-Batterie eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs, nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 2 einen Längsschnitt durch eine Deckelbaugruppe der Batteriezelle nach 1 im Bereich einer Entlüftungsöffnung; und
  • 3 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen einer Batteriezelle nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
show:
  • 1 an isometric view of a battery cell for a battery, in particular for a high-voltage battery of an electrically operated vehicle, according to an embodiment of the invention;
  • 2 a longitudinal section through a cover assembly of the battery cell 1 in the area of a ventilation opening; and
  • 3 a flowchart of a method for producing a battery cell according to an embodiment of the invention.

In den Figuren sind gleiche oder gleichartige Komponenten mit gleichen Bezugszeichen beziffert. Die Figuren zeigen lediglich Beispiele und sind nicht beschränkend zu verstehen.In the figures, the same or similar components are denoted by the same reference symbols. The figures only show examples and are not to be understood as limiting.

1 zeigt eine isometrische Darstellung einer Batteriezelle 100 für eine Batterie, insbesondere für eine Hochvolt-Batterie eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs, nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. 2 zeigt dazu einen Längsschnitt durch eine Deckelbaugruppe 14 der Batteriezelle 100 nach 1 im Bereich einer Entlüftungsöffnung 18. 1 shows an isometric representation of a battery cell 100 for a battery, in particular for a high-voltage battery of an electrically operable vehicle, according to an exemplary embodiment of the invention. 2 shows a longitudinal section through a cover assembly 14 of the battery cell 100 1 in the area of a ventilation opening 18.

Die Batteriezelle 100 mit einem prismatischen Zellgehäuse 10 weist ein Gehäuseteil 12 und eine Deckelbaugruppe 14 auf, die zum Verschließen des Gehäuseteils 12 ausgebildet ist. Die Deckelbaugruppe 12 weist einen Gehäusedeckel 16, einen ersten elektrischen Pol 20 und einen zweiten elektrischen Pol 22 auf. Der Gehäusedeckel 16 weist eine Entlüftungsöffnung 18 auf, welche im bestimmungsgemäßen Betrieb der Batteriezelle 100 mit einem beispielsweise als Berstmembran ausgeführten Berstverschluss 24 verschlossen ist.The battery cell 100 with a prismatic cell housing 10 has a housing part 12 and a cover assembly 14 which is designed to close the housing part 12 . The cover assembly 12 has a housing cover 16 , a first electrical pole 20 and a second electrical pole 22 . The housing cover 16 has a ventilation opening 18 which, when the battery cell 100 is operated as intended, is closed with a bursting seal 24 embodied, for example, as a bursting membrane.

Bei der vorgeschlagenen Batteriezelle 100 wird die Entlüftungsöffnung 18 vor dem Verschließen mit dem Berstverschluss 24 zur Befüllung des Zellgehäuses 10 mit einem Elektrolyten und als Entgasungsöffnung während eines Formierungsprozesses der Batteriezelle 10 verwendet.In the proposed battery cell 100, the vent opening 18 is used before it is closed with the rupture seal 24 to fill the cell housing 10 with an electrolyte and as a degassing opening during a battery cell 10 formation process.

Vorteilhaft kann der Gehäusedeckel 16 mit dem Berstverschluss 24 bündig abgeschlossen sein. Dadurch kann der Berstverschluss 24 auf günstige Art und Weise an ihrem Außenrand 26 mit der Entlüftungsöffnung 18 verbunden, insbesondere verschweißt werden.The housing cover 16 can advantageously be flush with the rupture seal 24 . As a result, the bursting seal 24 can be connected, in particular welded, to the ventilation opening 18 at its outer edge 26 in a favorable manner.

Wie insbesondere in dem Längsschnitt in 2 erkennbar ist, kann die Entlüftungsöffnung 18 eine umlaufende Nut 28 zur Aufnahme des Berstverschlusses 24 aufweisen. Dadurch kann der Berstverschluss 24 zweckmäßigerweise in die Nut 28 eingelegt werden und so bündig mit der Oberfläche des Gehäusedeckels 16 abschließen. Dadurch kann der Berstverschluss 24 besonders einfach mit dem Gehäusedeckel 16 verschweißt werden.As in particular in the longitudinal section in 2 As can be seen, the ventilation opening 18 can have a circumferential groove 28 for receiving the rupture seal 24 . As a result, the rupture seal 24 can be expediently placed in the groove 28 and thus end flush with the surface of the housing cover 16 . As a result, the bursting seal 24 can be welded to the housing cover 16 in a particularly simple manner.

Im Längsschnitt in 2 ist die Entlüftungsöffnung 18 dargestellt, welche als Öffnung 40 über die volle Höhe des Gehäusedeckels 16 vorliegt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine elektrische Isolationsschicht 30 zur elektrischen Isolation zwischen einem Elektrodenpaket und dem Zellgehäuse 12 an einer zum Gehäuseinneren 32 gerichteten Seite 34 des Gehäusedeckels 16 angeordnet. Diese Isolationsschicht 30 weist dabei eine Öffnung 36 auf, die ebenfalls einer Fläche der Entlüftungsöffnung 18 entspricht, also ebenso groß ist wie die Öffnung 40 im Gehäusedeckel 14.In longitudinal section 2 the ventilation opening 18 is shown, which is present as an opening 40 over the full height of the housing cover 16. In the exemplary embodiment shown, an electrical insulation layer 30 for electrical insulation is arranged between an electrode assembly and the cell housing 12 on a side 34 of the housing cover 16 that faces the housing interior 32 . This insulating layer 30 has an opening 36, which also corresponds to an area of the ventilation opening 18, i.e. is just as large as the opening 40 in the housing cover 14.

3 zeigt weiter ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen einer Batteriezelle 100 wie in den 1 und 2 dargestellt nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. 3 FIG. 10 further shows a flow chart of a method for producing a battery cell 100 as in FIG 1 and 2 shown according to an embodiment of the invention.

Das vorgeschlagene Verfahren umfasst wenigstens die folgenden Schritte.The proposed method includes at least the following steps.

Zunächst wird in Schritt S100 ein Zellgehäuse 10 bereitgestellt. Das Zellgehäuse 10 umfasst einen ersten elektrischen Pol 20 und einen zweiten elektrischen Pol 22. Das Zellgehäuse 10 weist wenigstens eine Entlüftungsöffnung 18 auf.First, in step S100, a cell case 10 is provided. The cell housing 10 comprises a first electrical pole 20 and a second electrical pole 22. The cell housing 10 has at least one ventilation opening 18.

In Schritt S102 wird wenigstens ein Elektrodenstapel in dem Zellgehäuse 10 installiert.At least one electrode stack is installed in the cell casing 10 in step S102.

Dieser wenigstens eine Elektrodenstapel wird in Schritt S104 kontaktiert und mit dem ersten elektrischen Pol 20 und dem zweiten elektrischen Pol 22 des Zellgehäuses 10 elektrisch verbunden.This at least one electrode stack is contacted in step S104 and electrically connected to the first electrical pole 20 and the second electrical pole 22 of the cell housing 10 .

Anschließend wird in Schritt S106 das Zellgehäuse 10 verschlossen.The cell housing 10 is then closed in step S106.

In Schritt S108 wird nun das Zellgehäuse 10 durch die Entlüftungsöffnung 18 mit einem Elektrolyt befüllt.In step S108 the cell housing 10 is now filled with an electrolyte through the ventilation opening 18 .

Vorteilhaft kann die Entlüftungsöffnung 18 nach Befüllen mit dem Elektrolyten mit einer vorläufigen Abdeckung, insbesondere einer gasdurchlässigen Abdeckung, verschlossen werden, um ein Verunreinigen des Zellinneren während eines eventuell erforderlichen Transports zum Formieren der Batteriezelle 100 zu vermeiden. Diese vorläufige Abdeckung kann dann vor dem endgültigen Verschließen der Entlüftungsöffnung 18 mit dem Berstverschluss 24 wieder entfernt werden.Advantageously, after filling with the electrolyte, the ventilation opening 18 can be closed with a temporary cover, in particular a gas-permeable cover, in order to avoid contamination of the cell interior during any transport that may be required to form the battery cell 100 . This provisional cover can then be removed again before the vent opening 18 is finally closed with the rupture seal 24 .

Nach Abschluss des Befüllungsvorgangs wird in Schritt S110 die Batteriezelle 100 formiert, wobei das dabei entstehende Gas durch die als Entgasungsöffnung dienende wenigstens eine Entlüftungsöffnung 18 abgeleitet wird.After completion of the filling process, the battery cell 100 is formed in step S110, with the resulting gas being discharged through the at least one ventilation opening 18 serving as a degassing opening.

Nach Beenden des Formierungsprozesses wird in Schritt S112 die wenigstens eine Entlüftungsöffnung 18 mit einem Berstverschluss 24 verschlossen.After the formation process has ended, the at least one ventilation opening 18 is closed with a rupture seal 24 in step S112.

Dabei kann der Berstverschluss 24 zweckmäßigerweise an einer Außenseite 38 des Zellgehäuses 10 angeordnet werden, und insbesondere in eine umlaufende Nut 28 der Entlüftungsöffnung 18 eingelegt werden. Auf diese Weise kann der Berstverschluss 24 günstigerweise an seinem Außenrand 26 mit der Entlüftungsöffnung 18 verbunden, insbesondere verschweißt werden.In this case, the bursting seal 24 can expediently be arranged on an outside 38 of the cell housing 10 and, in particular, can be inserted into a circumferential groove 28 of the ventilation opening 18 . In this way, the bursting closure 24 can advantageously be connected, in particular welded, to the ventilation opening 18 at its outer edge 26 .

BezugszeichenlisteReference List

1010
Zellgehäusecell case
1212
Gehäuseteilhousing part
1414
Deckelbaugruppelid assembly
1616
Gehäusedeckelhousing cover
1818
Entlüftungsöffnungvent hole
2020
erster Polfirst pole
2222
zweiter Polsecond pole
2424
Berstverschlussrupture seal
2626
Außenrandouter edge
2828
Nutgroove
3030
Isolationsschichtinsulation layer
3232
Gehäuseinnerescase interior
3434
Seiteside
3636
Öffnungopening
3838
Außenseiteoutside
4040
Öffnungopening
100100
Zellecell

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • US 3909302 A [0007]US3909302A [0007]

Claims (10)

Batteriezelle (100) für eine Batterie, insbesondere für eine Hochvolt-Batterie eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs, mit einem, insbesondere prismatischen, Zellgehäuse (10) mit einem ersten elektrischen Pol (20) und einem zweiten elektrischen Pol (22), wobei das Zellgehäuse (10) wenigstens eine Entlüftungsöffnung (18) aufweist, welche im bestimmungsgemäßen Betrieb mit einem Berstverschluss (24) verschlossen ist, wobei die Entlüftungsöffnung (18) vor dem Verschließen mit dem Berstverschluss (24) zur Befüllung des Zellgehäuses (10) mit einem Elektrolyt vorliegt.Battery cell (100) for a battery, in particular for a high-voltage battery of an electrically operable vehicle, with an in particular prismatic cell housing (10) with a first electrical pole (20) and a second electrical pole (22), the cell housing ( 10) has at least one ventilation opening (18) which is closed with a bursting closure (24) during normal operation, the ventilation opening (18) being present before it is closed with the bursting closure (24) for filling the cell housing (10) with an electrolyte. Batteriezelle nach Anspruch 1, wobei das Zellgehäuse (10) mit dem Berstverschluss (24) bündig abgeschlossen ist.battery cell after claim 1 , wherein the cell housing (10) is flush with the bursting seal (24). Batteriezelle nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Berstverschluss (24) an seinem Außenrand (26) mit der Entlüftungsöffnung (18) verbunden, insbesondere verschweißt ist.battery cell after claim 1 or 2 , wherein the bursting seal (24) is connected, in particular welded, to the vent opening (18) at its outer edge (26). Batteriezelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Entlüftungsöffnung (18) eine umlaufende Nut (28) zur Aufnahme des Berstverschlusses (24) aufweist.Battery cell according to one of the preceding claims, wherein the ventilation opening (18) has a circumferential groove (28) for receiving the bursting seal (24). Batteriezelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine elektrische Isolationsschicht (30) an einer zum Gehäuseinneren (32) gerichteten Seite (34) des Zellgehäuses (10) angeordnet ist, welche Isolationsschicht (30) eine Öffnung (36) aufweist, die einer Fläche der Entlüftungsöffnung (18) entspricht.Battery cell according to one of the preceding claims, wherein an electrical insulation layer (30) is arranged on a side (34) of the cell housing (10) facing the housing interior (32), which insulation layer (30) has an opening (36) which is a surface of the Vent opening (18) corresponds. Batterie oder Batteriemodul, insbesondere eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs, umfassend eine Mehrzahl von Batteriezellen (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Battery or battery module, in particular of an electrically operated vehicle, comprising a plurality of battery cells (100) according to one of the preceding claims. Verfahren zum Herstellen einer Batteriezelle (100) für eine Batterie, insbesondere für eine Hochvolt-Batterie eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs, nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wenigstens umfassend die Schritte - Bereitstellen eines Zellgehäuses (10) mit einem ersten elektrischen Pol (20) und einem zweiten elektrischen Pol (22), wobei das Zellgehäuse (10) wenigstens eine Entlüftungsöffnung (18) aufweist; - Installieren wenigstens eines Elektrodenstapels in dem Zellgehäuse (10); - Kontaktieren des wenigstens einen Elektrodenstapels und elektrisches Verbinden mit dem ersten elektrischen Pol (20) und dem zweiten elektrischen Pol (22); - Verschließen des Zellgehäuses (10); - Befüllen des Zellgehäuses (10) durch die Entlüftungsöffnung (18) mit einem Elektrolyt; - Formieren der Batteriezelle (100) unter Ableiten eines entstehendes Gases durch die als Entgasungsöffnung dienende wenigstens eine Entlüftungsöffnung (18); - Nach Beenden des Formierungsprozesses Verschließen der wenigstens einen Entlüftungsöffnung (18) mit einem Berstverschluss (24).Method for producing a battery cell (100) for a battery, in particular for a high-voltage battery of an electrically operable vehicle, according to one of Claims 1 until 5 , at least comprising the steps - providing a cell housing (10) with a first electrical pole (20) and a second electrical pole (22), wherein the cell housing (10) has at least one ventilation opening (18); - Installing at least one electrode stack in the cell housing (10); - Contacting the at least one electrode stack and electrically connecting to the first electrical pole (20) and the second electrical pole (22); - Closing the cell housing (10); - Filling the cell housing (10) through the ventilation opening (18) with an electrolyte; - Forming the battery cell (100) while discharging a resulting gas through the serving as a vent opening at least one vent (18); - After the end of the formation process, the at least one ventilation opening (18) is closed with a rupture seal (24). Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Berstverschluss (24) an einer Außenseite (38) des Zellgehäuses (10) angeordnet wird, insbesondere wobei der Berstverschluss (24) in eine umlaufende Nut (28) der Entlüftungsöffnung (18) eingelegt wird.procedure after claim 7 , wherein the bursting seal (24) is arranged on an outside (38) of the cell housing (10), in particular wherein the bursting seal (24) is inserted into a circumferential groove (28) of the vent opening (18). Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei der Berstverschluss (24) an seinem Außenrand (26) mit der Entlüftungsöffnung (18) verbunden, insbesondere verschweißt wird.procedure after claim 7 or 8th , wherein the bursting seal (24) is connected, in particular welded, to the vent opening (18) at its outer edge (26). Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die Entlüftungsöffnung (18) nach Befüllen mit dem Elektrolyt mit einer vorläufigen Abdeckung, insbesondere einer gasdurchlässigen Abdeckung, verschlossen wird, insbesondere wobei die vorläufige Abdeckung vor dem Verschließen der Entlüftungsöffnung (18) mit dem Berstverschluss (24) entfernt wird.Procedure according to one of Claims 7 until 9 , wherein the ventilation opening (18) is closed with a temporary cover, in particular a gas-permeable cover, after filling with the electrolyte, in particular the temporary covering is removed before the ventilation opening (18) is closed with the rupture seal (24).
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2024046792A3 (en) * 2022-08-31 2024-06-13 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Cover assembly, energy storage cell, battery module and method for producing a cover assembly

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US3909302A (en) 1973-06-21 1975-09-30 Tyco Laboratories Inc Vent cap for batteries

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