DE102021132478A1

DE102021132478A1 - Zellgehäuseelement für eine Batteriezelle, Kraftfahrzeug und Verfahren zum Herstellen eines Zellgehäuseelements

Info

Publication number: DE102021132478A1
Application number: DE102021132478.5A
Authority: DE
Inventors: Tamas GYULAI
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2021-12-09
Filing date: 2021-12-09
Publication date: 2023-06-15
Also published as: CN116259898A; US20230187770A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Zellgehäuseelement (12a) für eine Batteriezelle (10) einer Kraftfahrzeugbatterie, wobei das Zellgehäuseelement (12a) eine Zellgehäusewand (20) aufweist, in welcher eine die Zellgehäusewand (20) in einer ersten Richtung (z) durchdringende Entgasungsöffnung (30) angeordnet ist, und ein Verschlusselement (24) mit einer Berstmembran (26), das die Entgasungsöffnung (30) vollständig überdeckend an der Zellgehäusewand (20) angeordnet ist. Dabei weist das Zellgehäuseelement (12a) eine Dichtung (40) auf, die zwischen dem Verschlusselement (24) und der Zellgehäusewand (20) umlaufend um die Entgasungsöffnung (30) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Zellgehäuseelement für eine Batteriezelle einer Kraftfahrzeugbatterie, wobei das Zellgehäuseelement eine Zellgehäusewand aufweist, in welcher ein die Zellgehäusewand in einer ersten Richtung durchdringende Entgasungsöffnung angeordnet ist, und ein Verschlusselement mit einer Berstmembran, das die Entgasungsöffnung vollständig überdeckend an der Zellgehäusewand angeordnet ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung auch ein Kraftfahrzeug, sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Zellgehäuseelements.
Ein Zellgehäuseelement stellt dabei zumindest einen Teil eines Zellgehäuses für eine Batteriezelle einer Kraftfahrzeugbatterie dar. Aus dem Stand der Technik bekannte Batteriezellen für Kraftfahrzeuge, insbesondere für Hochvoltbatterien, können unterschiedliche Ausprägungen annehmen. Beispielsweise gibt es prismatische Batteriezellen, bei denen typischerweise die Zellpole oder Zellterminals auf der oberen Seite der Zelle angeordnet sind, und zwischen den Zellterminals befindet sich ein sogenanntes Vent-Element der Zelle, welches vorliegend auch als Verschlusselement bezeichnet wird. Dieses Vent-Element kann mit einer Berstmembran ausgebildet sein, welches eine Öffnung im Zellgehäuse verschließt. Im Falle eines Überdrucks in der Zelle, zum Beispiel im Falle eines thermischen Events, d.h. eines thermischen Durchgehens der Zelle, öffnet sich dieses Vent-Element, indem dieses beispielsweise zerreißt, und das Gas kann durch die Öffnung aus der Zelle entweichen.
Beispielsweise beschreibt die US 2016/0293926 A1 ein Zellgehäuse einer Batteriezelle mit einem Entgasungsventil, das an einer Seite der prismatischen Zelle angeordnet ist, an welchem die Zellterminals nicht angeordnet sind, insbesondere auf einer den Zellterminals gegenüberliegenden Seite. Das Entlastungsventil kann dabei als Sollbruchstelle in einer Wand des Zellgehäuses ausgeführt sein, insbesondere in Form einer entsprechenden Nut, die linear oder kreisförmig verläuft, oder in Form eines dünnwandigen Bereichs der Zellwand.
Dies erschwert jedoch die Ausbildung der Zellgehäuseseite mit der Sollbruchstelle, da die Zellgehäuseseite, gerade wenn sie als Unterseite ausgebildet ist, bis auf den Bereich mit der das Entlastungsventil bereitstellenden Sollbruchstelle deutlich dickwandiger ausgebildet sein soll. Die Bereitstellung einer Zellgehäusewand mit unterschiedlichen Dicken ist jedoch fertigungstechnisch relativ aufwendig und teuer. Grundsätzlich sollte ein solches Entlastungsventil verschiedensten Anforderungen gerecht werden. Es sollte sich möglichst leicht öffnen lassen, falls Gas aus der Zelle abgeführt werden soll, es sollte aber auch möglichst robust gegen äußere Einflüsse sein, und zudem sollte es einfach und kostengünstig bereitstellbar sein.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Zellgehäuseelement, ein Kraftfahrzeug und ein Verfahren bereitzustellen, die eine möglichst einfache und kostengünstige Ausbildung eines Zellgehäuses erlauben, und die zudem die Einsatzmöglichkeiten für eine Batteriezelle auf sichere Weise erhöhen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Zellgehäuseelement, ein Kraftfahrzeug und ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung sowie der Figuren.
Ein erfindungsgemäßes Zellgehäuseelement für eine Batteriezelle einer Kraftfahrzeugbatterie weist dabei eine Zellgehäusewand auf, in welcher eine die Zellgehäusewand in einer ersten Richtung durchdringende Entgasungsöffnung angeordnet ist, und ein Verschlusselement mit einer Berstmembran, das die Entgasungsöffnung vollständig überdeckend an der Zellgehäusewand angeordnet ist. Dabei weist das Zellgehäuseelement eine Dichtung auf, die zwischen dem Verschlusselement und der Zellgehäusewand umlaufend um die Entgasungsöffnung angeordnet ist.
Die Erfindung beruht dabei auf mehreren Erkenntnissen: Zum einen ermöglicht ein separat bereitgestelltes Verschlusselement, welches an die Zellgehäusewand angebunden ist, im Gegensatz zur Ausbildung als Versagensstelle bzw. Sollbruchstelle der Zellgehäusewand selbst, deutlich mehr Flexibilität und Freiheiten bezüglich einer optimierten Ausbildung der Zellgehäusewand einerseits, zum Beispiel hinsichtlich ihrer Dicke, unabhängig von der Ausbildung des Verschlusselements, was daher deutlich einfachere und kostengünstigere Herstellverfahren zur Herstellung des Zellgehäuses für eine Batteriezelle mit einem solchen Zellgehäuseelement erlaubt, sowie auch mehr Flexibilität und Freiheiten bezüglich einer optimierten Ausbildung des Verschlusselements, das das eingangs erwähnte Vent-Element bereitstellt, welches so z.B. auf einfache Weise mit einer besonders dünnen Berstmembran ausgebildet sein kann, die ein Freigeben der Entgasungsöffnung entsprechend schon bei kleinen Überrücken in der Zelle erlaubt. Weiterhin beruht die Erfindung auf der Erkenntnis, dass eine Abführung eines aus einer Batteriezelle entweichenden Gases in eine von der Fahrgastzelle wegweisenden Richtung bezüglich der bestimmungsgemäßen Einbaulage des Zellgehäuseelements in einem Kraftfahrzeug deutlich mehr Sicherheit für Insassen mit sich bringt. Mit anderen Worten hat es sich als sehr vorteilhaft erwiesen, Batteriezellen einer Kraftfahrzeugbatterie derart im Kraftfahrzeug, insbesondere in einem Unterbodenbereich des Kraftfahrzeugs, anzuordnen, dass das Verschlusselement mit der Berstmembran zur Bereitstellung einer Entgasungsmöglichkeit der betreffenden Zellen an einer Unterseite der jeweiligen Zellen angeordnet ist und damit zum Beispiel in Richtung eines Unterfahrschutzes des Kraftfahrzeugs weist und weg von einem Passagierraum. Dies bringt jedoch wiederum andere Herausforderungen mit sich: Durch die unterseitig angeordnete Entgasungsöffnung ist nun erhöhte Vorsicht bezüglich des Eindringens von Flüssigkeit in die Zelle geboten. Bei herkömmlichen Zellen, bei denen das eingangs beschriebene Vent-Element auf der obersten Fläche der Zelle angeordnet ist, sind selbst Szenarien, in denen sehr viel Wasser oder Salzwasser, wie dies bei gewissen Tests der Fall ist, in das Batteriegehäuse eindringt und dort für mehrere Stunden verbleibt, unkritisch, weil bei oben angeordneten Vent-Elementen der Flüssigkeitseintritt in das Batteriegehäuse derartig groß sein müsste, dass die Flüssigkeit die Zelle bis zur Oberkante fluten müsste, um überhaupt durch ein solches Vent-Element in die Zelle eindringen zu können. In einem solchen Fall wäre die Beschädigung der Batterie ohnehin sehr groß. Das Auftreten eines derartigen Fehlers ist sehr unwahrscheinlich und deswegen war bislang eine Dichtung zur Abdichtung eines solchen Vent-Elements auch nicht erforderlich. Da das Zellgehäuseelement gemäß der Erfindung nunmehr eine Dichtung aufweist, die zwischen dem Verschlusselement und der Zellgehäusewand umlaufend um die Entgasungsöffnung angeordnet ist, ermöglicht es nun vorteilhafterweise, eine Batteriezelle auf sichere Weise auf der Art im Kraftfahrzeug anzuordnen, dass die Entgasungsöffnung nach unten gerichtet ist. Selbst im Falle des Eindringens von Wasser kann nun mit deutlich höherer Wahrscheinlichkeit sichergestellt werden, dass dieses nicht durch die Entgasungsöffnung in das Zellinnere gelangen kann. Zwar kann das Verschlusselement durch eine grundsätzlich dichte Verbindungstechnik, zum Beispiel Schweißen, an der Zellgehäusewand angeordnet werden, es hat sich jedoch gezeigt, dass aufgrund der Tatsache, dass sich Zellen im Betrieb typischerweise immer in Bewegung befinden und atmen beziehungsweise einem sogenannten Swelling unterliegen, im Laufe der Zeit sehr einfach kleine Risse in einer solchen Verbindung entstehen können, durch welche Wasser oder andere Flüssigkeiten prinzipiell in die Zelle eindringen könnten. Durch eine Dichtung kann nunmehr vorteilhafterweise die Gefahr vor dem Eindringen von Wasser deutlich reduziert werden. Damit können vorteilhafterweise die Einsatzmöglichkeiten der Batteriezelle, welche das Zellgehäuseelement umfasst, deutlich gesteigert werden, da nunmehr selbst bei unterseitiger Anordnung der Entgasungsöffnung mit dem Verschlusselement ein sicherer Betrieb der Zelle gewährleistet werden kann und gleichzeitig wird eine äußerst einfache und kostengünstige Ausbildung eines Zellgehäuse mit einem solchen Zellgehäuseelement ermöglicht.
Durch das Zellgehäuseelement kann zum Beispiel eine Seite eines Zellgehäuses der Batteriezelle bereitgestellt sein oder auch mehrere solche Seiten eines Zellgehäuses. Insbesondere kann die Zellgehäusewand eine oder mehrere solcher Seiten eines Zellgehäuses für eine Batteriezelle bereitstellen. Das Zellgehäuse einer Batteriezelle, zum Beispiel einer prismatischen Zelle, kann sich dabei aus mehreren separat gefertigten und bereitgestellten Zellgehäuseelementen zusammensetzen, die in einem nachfolgenden Schritt zusammengefügt werden. Beispielsweise kann ein solches Zellgehäuse zusätzlich zum Zellgehäuseelement beispielsweise einen Gehäusedeckel mit einem oder zwei daran angeordneten Zellpolabgriffen beziehungsweise Zellterminals aufweisen. Die erste Richtung ist dabei im Wesentlichen lokal senkrecht zur Zellgehäusewand am Ort der Entgasungsöffnung orientiert. Das Verschlusselement kann dabei einteilig ausgeführt sein, z.B. nur als Berstmembran ausgebildet sein, oder auch mehrteilig ausgeführt sein und zum Beispiel neben der Bestmembran noch weitere Elemente aufweisen, z.B. ein Schutzelement und/oder eine Art Rahmen aufweisen, an welchem die Berstmembran angeordnet ist, wobei der Rahmen in diesem Fall z.B. mit einer dickeren Wandstärke ausgebildet sein kann als das Berstelement. Dies hat den Hintergrund, dass eine Berstmembran typischerweise sehr dünn ausgebildet ist, zum Beispiel mit einer Dicke kleiner als 1 Millimeter, zum Beispiel im Bereich von ca. 0,1 Millimetern im Mittel, wobei die Berstmembran auch eine Solbruchstelle oder Prägung oder Einkerbung aufwiesen kann, die noch dünner ist. Damit ist durch einen dickeren Rahmenteil die Anordnung an der Zellgehäusewand auf robustere Art und Weise möglich. Ein solcher Rahmen und die Berstmembran können auch einteilig ausgeführt sein bzw. aus einem Stück gefertigt sein und eine gleiche Wanddicke bzw. Materialstärke aufweisen.
Das Verschlusselement ist weiterhin derartig die Entgasungsöffnung vollständig überdeckend an der Zellgehäusewand angeordnet, dass sich das Verschlusselement in alle Richtungen senkrecht zur ersten Richtung weiter erstreckt, als die Entgasungsöffnung selbst. Das Verschlusselement erstreckt sich sozusagen noch auf einen die Entgasungsöffnung umlaufenden Randbereich der Zellgehäusewand und kann zum Beispiel in diesem Randbereich an der Zellgehäusewand angeordnet sein. Auch die Dichtung ist dann vorzugsweise entsprechend in diesem Randbereich angeordnet. Die Dichtung selbst ist vorzugsweise aus Kunststoff, da sich hierdurch die Dichtung ausreichend elastisch bereitstellen lässt, um eine gute dichtende Wirkung zu erzielen. Für die Dichtung selbst kommen dabei verschiedene Ausbildungsmöglichkeiten infrage. Diese kann zum Beispiel als Festkörperdichtung ausgebildet sein, zum Beispiel als Dichtungsring beziehungsweise O-Ring, bevorzugt jedoch mit einer anderen als einer kreisförmigen Geometrie, vorzugsweise mit einer eckigen Geometrie. Die Dichtung kann aber auch als aushärtbare Dichtmasse bereitgestellt sein, die bei der Fertigung des Zellgehäuseelements im nicht-festen Zustand auf den abzudichtenden Bereich der Zellgehäusewand und/oder des Verschlusselements aufgebracht wird. Dann wird das Verschlusselement an der Zellgehäusewand bestimmungsgemäß angeordnet und mit der Zellgehäusewand verbunden und anschließend härtet die Dichtung aus. In jedem Fall ist die Dichtung derart um die Entgasungsöffnung umlaufend angeordnet und ausgebildet, dass die Dichtung entlang einer geschlossenen Linie um die Entgasungsöffnung herum verläuft. Dabei kontaktiert die Dichtung sowohl die Zellgehäusewand als auch das Verschlusselement. Die Dichtung verbindet also das Zellgehäuseelement und das Verschlusselement dichtend miteinander.
Die Zellgehäusewand sowie das Verschlusselement, insbesondere die Berstmembran, sind vorzugsweise aus metallischem Material, vorzugsweise Aluminium, gebildet. Das Verschlusselement kann neben der Berstmembran noch weitere Elemente umfassen, die optional auch aus einem nichtmetallischen Material gefertigt sein können, wie dies später noch näher beschrieben wird.
Die Zellgehäusewand kann eine Dicke zwischen 1 Millimeter und 2 Millimeter aufweisen, zum Beispiel 1,2 Millimeter. Damit ist die Zellgehäusewand deutlich dicker als die Bestmembran. Die Berstmembran kann darüber hinaus ebenfalls mit einer Sollbruchstelle ausgebildet sein. Mit anderen Worten muss die Berstmembran keine konstante Dicke aufweisen, sondern kann zum Beispiel auch lokal durch eine Nut oder Ritzung geschwächt ausgeführt sein. Dies ermöglicht ein zuverlässiges Öffnen der Entgasungsöffnung.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Zellgehäuseelement ein Verbindungsmittel auf, welches das Verschlusselement mit der Zellgehäusewand entlang einer geschlossenen Verbindungskontur verbindet, die der Entgasungsöffnung, und insbesondere auch die Dichtung, umlaufend angeordnet ist. Bezogen auf eine zentral durch die Entgasungsöffnung verlaufende und parallel zur ersten Richtung ausgerichtete Achse verläuft eine solche Verbindungskontur also vorzugsweise radial außerhalb der Dichtung. Dies schützt die Dichtung zusätzlich vor Umgebungseinflüssen und stellt damit einen zusätzlichen Schutz vor dem Eindringen von Flüssigkeit in die Zelle dar. Tritt doch aus irgendwelchen Gründen Flüssigkeit durch diese Verbindung hindurch, so wird diese durch die vorhandene Dichtung vorteilhafterweise davon abgehalten, in die Entgasungsöffnung gelangen zu können. In diesem Fall ist also das Verbindungsmittel separat von der Dichtung ausgeführt. Dies erlaubt eine robustere Verbindung zwischen dem Verschlusselement und der Zellgehäusewand.
Bevorzugt ist dabei das Verbindungsmittel als eine Schweißnaht ausgeführt. Mit anderen Worten stellt das Verbindungsmittel in diesem Fall eine Schweißnaht dar. Eine geschweißte Verbindung zwischen der Zellgehäusewand und dem Verschlusselement stellt eine äußerst vorteilhafte, robuste und gleichzeitig zusätzlich abdichtende Verbindungsmöglichkeit dar. Für den Fall, dass die Schweißnaht im Laufe der Lebensdauer der Batteriezelle aufgrund mechanischer Beanspruchungen Risse bekommen sollte, kann durch die zusätzliche Dichtung nun vorteilhafterweise erreicht werden, dass Flüssigkeit dennoch nicht so einfach in die Zelle gelangen kann. Die Schweißnaht kann zum Beispiel am Rand des Verschlusselements bezüglich der oben definierten radialen Dichtung und der bezüglich der ersten Richtung darunterliegenden Zellgehäusewand hergestellt werden.
Alternativ ist es aber auch möglich, das Verbindungsmittel anders auszuführen. Beispielsweise kommt auch ein Verprägen zwischen dem Verschlusselement und der Zellgehäusewand infrage. Ebenso kommt als Verbindungsmittel Kleben infrage. Dabei kann optional die Dichtung selbst auch als solcher Kleber fungieren, zum Beispiel wenn die Dichtung dabei wie oben beschrieben als aushärtbare, nicht feste Masse bereitgestellt und zwischen die Zellgehäusewand und das Verschlusselement eingebracht wird. Mit anderen Worten kann die Dichtung auch selbst das Verbindungsmittel darstellen.
Eine klebende Verbindung oder ein Verbinden durch Verprägen zwischen der Zellgehäusewand und dem Verschlusselemente ist insbesondere dann von Vorteil, wenn sich die Verbindungsstelle an einer schwer zugänglichen Position befindet. Wird dagegen das Verschlusselement außenseitig an der Zellgehäusewand angeordnet, ist es bevorzugt, dass das Verbindungsmittel die Schweißnaht darstellt. Außenseitig bedeutet hierbei, dass sich diese Außenseite auf einer dem Zellinneren abgewandten Seite der Zellgehäusewand befindet, wenn das Zellgehäuseelement bestimmungsgemäß als Teil eines Zellgehäuses einer Batteriezelle Anwendung findet.
Dabei ist es weiterhin bevorzugt, dass das Zellgehäuseelement einen Innenraum umschließend ausgebildet ist, wobei das Verschlusselement auf einer dem Innenraum abgewandten Seite der Zellgehäusewand angeordnet ist. Das Zellgehäuseelement kann zum Beispiel als Gehäusebecher ausgeführt sein, der durch einen entsprechenden eine Seitenwand bereitstellenden Gehäusedeckel zum Zellgehäuse ergänzt wird. Bevorzugt ist das Zellgehäuseelement jedoch als Hohlprofil ausgebildet. Dies hat die später noch näher erläuterten Vorteile. In jedem Fall umschließt das Zellgehäuseelement gemäß einer Ausbildungsgeometrie einen Innenraum.
Dieser kann dann entsprechend zu mindestens einer Seite hin, vorzugsweise zu zwei gegenüberliegenden Seiten hin, offen sein, die mit entsprechenden Zellgehäusedeckeln verschlossen werden können. Weiterhin ist das Verschlusselement dann vorzugsweise außenseitig bezüglich dieses Innenraums angeordnet. Dies hat den großen Vorteil, dass sich die Herstellung des Zellgehäuseelements deutlich vereinfacht, da der Außenbereich deutlich einfacher zugänglich ist. Dies ermöglicht es beispielsweise, die Verbindung zwischen dem Verschlusselement und der Zellgehäusewand als Schweißverbindung auszuführen.
Nichtsdestoweniger ist es auch denkbar, dass das Zellgehäuseelement einen Innenraum umschließend ausgebildet ist und das Verschlusselement auf einer dem Innenraum zugewandten Seite der Zellgehäusewand angeordnet ist. Die Verbindungsstelle zwischen dem Verschlusselement und der Zellgehäusewand ist in diesem Fall also innenseitig, innerhalb des Innenraums, realisiert. Dies hat den Vorteil, dass das Verschlusselement an einer etwas geschützteren Position angeordnet sein kann.
Wie bereits erwähnt, stellt es eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung dar, wenn das Zellgehäuseelement als Hohlprofil ausgebildet ist. Dies ermöglicht eine besonders einfache und kostengünstige Ausbildung des Zellgehäuseelements, welches dann zum Beispiel einfach als Strangpressprofil bereitgestellt werden kann, welches mit einer Entgasungsöffnung versehen wird, in welcher dann ein entsprechendes Verschlusselement angeordnet wird. Das Zellgehäuseelement ist in diesem Fall also an zwei gegenüberliegenden Seiten offen. Zur Bereitstellung eines Gehäuses werden diese beiden Seiten durch entsprechende Gehäusedeckel verschlossen. Dabei ist es weiterhin bevorzugt, dass an diesen beiden sich gegenüberliegenden Seiten die Zellpole der Batteriezelle, welche dieses Zellgehäuse umfasst, bereitgestellt sind. An einer jeweiligen Seite ist dann entsprechend nur ein solcher Zellpol angeordnet. Dies hat zahlreiche große Vorteile. Zum einen kann dadurch, dass die Entgasungsöffnung nicht an einer gleichen Seite wie ein Zellpol angeordnet ist, eine deutlich einfachere Trennung zwischen dem Hochvoltpfad und dem im Falle eines thermischen Events aus der betreffenden Zelle austretenden Gases bereitgestellt werden. Weiterhin lässt sich so eine beidseitige Kühlung für die Batteriezelle auf besonders einfache Weise realisieren, die dann zum Beispiel auf der Seite mit dem Verschlusselement sowie auf der gegenüberliegenden Seite realisiert werden kann, an der sich dann entsprechend ebenfalls keine Zellpole befinden. Zur Bereitstellung des Zellgehäuses können die beschriebenen Deckel dann zum Beispiel einfach an das Zellgehäuseelement beidseitig angeschweißt werden, insbesondere nachdem das Zellinnenleben in das Zellgehäuse eingebracht wurde. Die Elektrolytbefüllung kann auch nachträglich durch eine Öffnung im Zellgehäuse erfolgen.
Bei einer weiteren sehr vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist in der Gehäusewand eine die Entgasungsöffnung umlaufende Nut angeordnet, in welcher die Dichtung vertieft angeordnet ist. Dies hat den Vorteil, dass hierdurch der Abstand zwischen dem Verschlusselement und der Gehäusewand reduziert werden kann. Mit anderen Worten kann hierdurch der Spalt, der im Verbindungsbereich zwischen dem Verschlusselement und der Gehäusewand durch das Einbringen der Dichtung entsteht, durch die Anordnung der Dichtung in einer solchen umlaufenden Nut deutlich reduziert werden. Außerdem kann hierdurch das Verschlusselement im Verbindungsbereich auch auf der Gehäusewand aufliegen, was eine abstützende Wirkung mit sich bringt und das Verschlusselement robuster gegen Beschädigungen durch äußere mechanische Einflüsse. Dies fördert also die Stabilität der Anordnung des Verschlusselements an der Gehäusewand und wirkt sich zudem positiv auf die abdichtende Wirkung aus. Eine solche Nut lässt sich auf besonders einfache Weise realisieren, wenn das Verschlusselement außenseitig an der Zellgehäusewand angeordnet ist, das heißt auf einer dem oben definierten Innenraum abgewandten Seite.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Verschlusselement einen Auflageflanschbereich auf, der in einem die Öffnung umlaufenden Randbereich einer ersten Seite der Zellgehäusewand angeordnet ist und einen der Entgasungsöffnung zugewandten Rand aufweist, und einen am Rand angeordneten, bezüglich der ersten Richtung vom Auflageflanschbereich abstehenden und in die Entgasungsöffnung hineinstehenden Kragen mit einer dem Auflageflanschbereich abgewandten Stirnseite, an welcher die Bestmembran angeordnet ist, insbesondere wobei das Verschlusselement ein Membranschutzelement aufweist, das bezüglich der ersten Richtung vor der Bestmembran und bezüglich der ersten Richtung in einem Abstand zur Berstmembran am Kragen angeordnet ist. Der Auflageflanschbereich sowie eventuell auch der Kragen können dabei zum Beispiel mit einer deutlich höheren Wandstärke ausgebildet sein als die Berstmembran. Dies erleichtert die Anbringung des Verschlusselements an der Zellgehäusewand. Die Ausbildung mit einer gleichen Wandstärke ist ebenso denkbar. Die Gliederung des Verschlusselements in die genannten Abschnitte, nämlich den Auflageflanschbereich, den Kragen und die Berstmembran, dient dabei vornehmlich der besseren Beschreibbarkeit der Geometrie des Verschlusselements und muss nicht implizieren, dass es sich dabei um separat bereitgestellte und miteinander gefügte Bauteile handelt. Diese Abschnitte können auch einstückig ausgebildet sein.
Die oben beschriebene Ausbildung des Verschlusselements ermöglicht eine zurückversetzte Anordnung der Berstmembran in Richtung des vom Zellgehäuseelement umschlossenen Innenraums. Dies ist sehr vorteilhaft, da die Berstmembran aufgrund ihrer sehr dünnen Ausbildung durch äußere mechanische Einflüsse leicht reißen kann. Durch die zurückversetzte Anordnung ist die Berstmembran entsprechend besser vor solchen äußeren mechanischen Einflüssen geschützt.
Zusätzlich kann die Berstmembran noch durch das beschriebene Membranschutzelement geschützt werden. Dies ist vorzugsweise aus Kunststoff gebildet und kann zum Beispiel in einen vom Kragen umschlossenen Innenbereich eingeklippst oder eingesteckt oder anderweitig am Kragen angeordnet und an diesem befestigt werden. Blickt man also beispielsweise bezüglich der ersten Richtung auf das Verschlusselement, vor allem wenn dieses außenseitig am Zellgehäuseelement angeordnet ist, so verdeckt das Membranschutzelement die Sicht auf die Berstmembran vollständig. Dies bietet maximalen Schutz für die Berstmembran. Denkbar wäre es auch, dass das Membranschutzelement den Blick auf die Berstmembran nicht vollständig verdeckt, sondern nur partiell. Mit anderen Worten muss die Berstmembran dabei nicht vollständig vom Membranschutzelement überdeckt sein. Auch in diesem Fall ist das Risiko, die Berstmembran mit einem Finger oder einem anderen Montagewerkzeug beim Zusammenbau der Batteriezelle zu berühren und dadurch zu beschädigen, durch das davor befindliche Membranschutzelement reduziert. Das Verschlusselement kann dabei mit dem Membranschutzelement und den übrigen beschriebenen Bestandteilen bereits vorgefertigt sein und im fertiggestellten Zustand entsprechend an der Entgasungsöffnung der Gehäusewand des Zellgehäuseelements wie beschrieben angeordnet werden.
Wie beschrieben, ist es auch denkbar, dass das Verschlusselement innenseitig, das heißt im Innenraum, welcher vom Zellgehäuseelement umschlossen ist, anzuordnen. In diesem Fall kann beispielsweise auch auf das Membranschutzelement verzichtet werden, da hierbei die Berstmembran ohnehin innenseitig und damit deutlich besser geschützt vor Berührungen angeordnet ist.
Des Weiteren soll auch ein Zellgehäuse mit einem erfindungsgemäßen Zellgehäuseelement oder einer seiner Ausgestaltungen als zur Erfindung gehörend angesehen werden. Ein solches Zellgehäuse kann, wie oben bereits beschrieben, ausgebildet sein.
Des Weiteren soll auch eine Batteriezelle mit einem Zellgehäuseelement, insbesondere mit dem erfindungsgemäßen Zellgehäuse beziehungsweise einer seiner Ausgestaltungen, als zur Erfindung gehörend angesehen werden. Auch eine solche Batteriezelle kann, wie oben bereits beschrieben, ausgebildet sein. Bevorzugt ist die Batteriezelle als prismatische Zelle ausgeführt. Entsprechend weist das Zellgehäuse eine im Wesentlichen quaderförmige Geometrie auf. Das Zellgehäuse und entsprechend auch das Zellgehäuseelement kann beispielsweise eine Länge in eine zur ersten Richtung senkrechte zweite Richtung aufweisen, sowie eine Breite in eine dritte Richtung, die zur ersten und zweiten Richtung senkrecht ist, und eine Höhe in der ersten Richtung. Die Länge stellt dabei die größte Abmessung des Zellgehäuseelements dar, und die Breite die kleinste Abmessung.
Des Weiteren soll auch eine Batterie mit einer erfindungsgemäßen Batteriezelle oder einer ihrer Ausgestaltungen als zur Erfindung gehörend angesehen werden. Eine solche Batterie kann zum Beispiel als Hochvoltbatterie für ein Kraftfahrzeug ausgebildet sein. Weiterhin kann eine solche Batterie mehrere solcher Batteriezellen umfassen, die zum Beispiel in Form einer Zellreihe nebeneinander angeordnet sind, insbesondere bezüglich der oben definierten dritten Richtung. Optional können die Batteriezellen auch zu Batteriemodulen zusammengefasst sein und über ein separates Modulgehäuse verfügen oder alternativ können die so gebildeten Zellreihen beziehungsweise Zellstapel auch direkt in ein Gesamtbatteriegehäuse eingebracht sein. Die Batterie kann also auch ein Batteriegehäuse umfassen, in welchem die Batteriezellen angeordnet sind.
Des Weiteren betrifft die Erfindung auch ein Kraftfahrzeug mit einer Batteriezelle, die ein Zellgehäuse mit einem erfindungsgemäßen Zellgehäuseelement oder eines seiner Ausgestaltungen umfasst. Die Batteriezelle kann dabei ebenfalls wie oben bereits beschrieben ausgebildet sein.
Dabei ist es weiterhin bevorzugt, dass die Batteriezelle derart im Kraftfahrzeug angeordnet ist, dass das Verschlusselement an einer Unterseite der Batteriezelle bezüglich einer Fahrzeughochachse angeordnet ist. Weiterhin ist die die Batteriezelle umfassende Batterie, insbesondere Hochvoltbatterie, die ebenfalls wie oben bereits beschreiben ausgebildet sein kann, in einem Unterbodenbereich des Kraftfahrzeugs angeordnet. Entsprechend weist dann das Verschlusselement der Batteriezelle von einer Fahrgastzelle des Kraftfahrzeugs weg. Damit kann die Sicherheit für Insassen im Falle eines thermischen Durchgehens einer Batteriezelle deutlich erhöht werden.
Des Weiteren betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Herstellen eines Zellgehäuseelements für eine Batteriezelle einer Kraftfahrzeugbatterie, wobei eine Zellgehäusewand bereitgestellt wird, in welcher eine die Zellgehäusewand in einer ersten Richtung durchdringende Entgasungsöffnung angeordnet ist, ein Verschlusselement mit einer Berstmembran bereitgestellt wird und das Verschlusselement derart an der Zellgehäusewand angeordnet wird, dass das Verschlusselement die Entgasungsöffnung vollständig überdeckt. Weiterhin wird eine Dichtung zwischen dem Verschlusselement und der Zellgehäusewand umlaufend um die Entgasungsöffnung angeordnet.
Die mit Bezug auf das erfindungsgemäße Zellgehäuseelement und seine Ausgestaltungen beschriebenen Vorteile gelten in gleicher Weise für das erfindungsgemäße Verfahren.
Die Dichtung wird dabei vorzugsweise angeordnet, bevor das Verschlusselement an der Zellgehäusewand angeordnet wird. Ist die Dichtung zum Beispiel als Festkörperdichtung ausgebildet, zum Beispiel als Dichtring, so wird die Dichtung vorzugsweise zunächst an der Zellgehäusewand angeordnet, zum Beispiel in der oben beschriebenen Nut, und anschließend wird das Verschlusselement an der Zellgehäusewand angeordnet, sodass die Dichtung des Verschlusselements die Zellgehäusewand gleichzeitig berührt und zueinander abdichtet, und dann kann das Verschlusselement beispielsweise durch Verschweißen mit der Zellgehäusewand verbunden werden. Die Dichtung kann aber auch als nichtfeste Dichtmasse im pastösen oder viskosen Zustand entweder um die Entgasungsöffnung umlaufend auf die Zellgehäusewand aufgebracht werden, oder zusätzlich oder alternativ auf das Verschlusselement, zum Beispiel auf dessen oben beschriebenen Auflageflanschbereich, und anschließend kann das Verschlusselement an der Zellgehäusewand angeordnet werden und die Dichtung ausgehärtet werden. Weiterhin kann auch in diesem Fall zusätzlich eine Verbindung, zum Beispiel mittels Schweißens, zwischen dem Verschlusselement und der Zellgehäusewand hergestellt werden. Alternativ kann beispielsweise in diesem Fall auch die Dichtung selbst als Klebedichtung ausgeführt sein, sodass durch das Aushärten der Dichtung gleichzeitig auch eine feste Verbindung zwischen dem Verschlusselement und der Gehäusewand hergestellt ist.
Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Zellgehäuseelements und des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens hier nicht noch einmal beschrieben.
Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, oder als Personenbus oder Motorrad ausgestaltet.
Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen. Die Erfindung umfasst also auch Realisierungen, die jeweils eine Kombination der Merkmale mehrerer der beschriebenen Ausführungsformen aufweisen, sofern die Ausführungsformen nicht als sich gegenseitig ausschließend beschrieben wurden.
Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:

1 eine schematische Darstellung einer Batteriezelle in einer Draufsicht von unten gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2 eine schematische Darstellung der Batteriezelle aus 1 in einer Seitenansicht;
3 eine schematische Darstellung der Batteriezelle aus 1 in einer Draufsicht auf eine Stirnseite mit einem Zellpol gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
4 eine schematische Querschnittsdarstellung eines Querschnitts durch die Gehäusewand mit der Zellentgasungsöffnung der Batteriezelle aus 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Batteriezelle 10 in einer Draufsicht von unten gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Batteriezelle 10 weist dabei ein Zellgehäuse 12 auf, welches sich in verschiedene Elemente gliedern lässt. Das Zellgehäuse 12 umfasst dabei ein Zellgehäuseelement 12a, sowie einen ersten stirnseitigen Deckel 12b und einen zweiten stirnseitigen Deckel 12c, wobei die beiden Deckel 12b, 12c mit dem zentralen Zellgehäuseelement 12a fest verbunden, zum Beispiel verschweißt sein können. An den zweiten stirnseitigen Deckeln 12b, 12c ist jeweils ein Zellterminal 14a, 14b der Batteriezelle 10 angeordnet. Eines dieser Terminals 14a, 14b ist dabei einem Pluspol und das andere einem Minuspol der Zelle 10 zugeordnet. Das Zellgehäuseelement 12a kann als Hohlprofil ausgebildet sein. Das Zellgehäuse 12 separiert dabei ein Zellinneres, welches auch als Innenraum 16 (vergleiche 4) bezeichnet wird, von einer Umgebung 18 der Zelle 10. Das Zellgehäuseelement 12a weist dabei eine Zellgehäusewand 20 auf, die unter anderem eine erste Seite 22 der Batteriezelle 10 bereitstellt, die vorliegend eine Unterseite 22 der Batteriezelle 10 darstellt. In dieser Unterseite 22 befindet sich vorliegend eine Entgasungsöffnung 30 (vergleiche 2 und 4), die von einem Verschlusselement 24 des Zellgehäuseelements 12a verschlossen ist. Dieses Verschlusselement 24 weist dabei eine Berstmembran 26 auf, die im Falle eines thermischen Events der Batteriezelle 10 im Falle eines Überdrucks innerhalb der Zelle 10 zerreißt und dadurch ein kontrolliertes Ausgasen der Zelle 10 ermöglicht.
2 zeigt die Batteriezelle aus 1 noch einmal schematisch in einer Seitenansicht. Hierbei ist zudem noch die der Unterseite 22 gegenüberliegende Oberseite 28 bezüglich der bestimmungsgemäßen Einbaulage der Zelle 10 in einem Kraftfahrzeug dargestellt, insbesondere für den Fall, dass hierbei eine in Richtung der z-Richtung weisende Fahrzeughochachse parallel zu einer Vertikalen ausgerichtet ist. Mit anderen Worten wird eine Hochvoltbatterie des Kraftfahrzeugs, die eine solche Zelle 10 umfasst, derart im Kraftfahrzeug angeordnet, dass sich diese Hochvoltbatterie in einem Unterbodenbereich des Kraftfahrzeugs befindet und die erste Seite 22 eine Unterseite darstellt, die einem Passagierraum beziehungsweise einer Fahrgastzelle des Fahrzeugs abgewandt ist, während entsprechend die Oberseite 28 der Zelle 10 der Fahrgastzelle zugewandt ist.
Die Öffnung 30 in der Gehäusewand 20, die die Unterseite 22 bereitstellt, ist in 2 gestrichelt dargestellt. Ohne das Verschlusselement 24 ist durch diese Entgasungsöffnung 30 also ein Durchgang durch die Gehäusewand 20 bereitgestellt, die ein Äußeres 18 mit dem Inneren 16 der Zelle 10 verbindet. Die Öffnung 30 durchdringt also die Gehäusewand 20 an der ersten Seite 22 in z-Richtung.
3 zeigt eine schematische Darstellung der Batteriezelle 10 aus 1 in einer Draufsicht auf eine der Stirnseiten 12b. Zu erkennen sind hierbei insbesondere zusätzlich noch eine die Zelle 10 in und entgegen y-Richtung begrenzende Vorderseite 32 und Rückseite 34, die die flächenmäßig größten Seiten der Batteriezelle 10 darstellen. Das Zellgehäuseelement 12a kann dabei sowohl die Vorderseite 32 als auch die Rückseite 34, sowie die Oberseite 28 als auch die Unterseite 22 des Zellgehäuses 12 bereitstellen.
4 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung eines Querschnitts durch den Bereich der Zellgehäusewand 20 im Bereich der Entgasungsöffnung 30. Insbesondere ist hierbei ein Schnitt senkrecht zur y-Richtung dargestellt. Die Gehäusewand 20 weist dabei auf der Unterseite 22 einen die Entgasungsöffnung 30 umlaufenden und an dieser angrenzenden Randbereich 20a auf. In diesem Beispiel ist das Verschlusselement 24 außenseitig an der Gehäusewand 20, das heißt auf der Unterseite 22, angeordnet. Dabei ist das Verschlusselement 24 derart angeordnet, dass es die Entgasungsöffnung 30 vollständig überdeckt und sich über diese in x-Richtung und y-Richtung hinaus erstreckt und somit auch den Randbereich 20a überdeckt. In diesem Randbereich 20a ist das Verschlusselement 24 an der Zellgehäusewand 20 angeordnet und befestigt. Im vorliegenden Fall erfolgt die Befestigung mittels einer Schweißnaht 36. Diese ist in 4 ebenfalls in Querschnitt dargestellt und in 1 schematisch in einer Draufsicht auf die Unterseite 22, wobei in 1 diese Schweißnaht 36 durch die gestrichelte Linie veranschaulicht ist. Die Schweißnaht 36 umläuft dabei die Entgasungsöffnung 30 vollständig.
Aufgrund ständiger mechanischer Beanspruchung dieser Verbindung 36 kann es unter Umständen zu kleinen Rissen in dieser Schweißnaht 36 oder im Allgemeinen in einer solchen Verbindungsstelle kommen. Bei herkömmlichen Anordnungen von Zellen in einem Kraftfahrzeug, gemäß welchen die Entgasungsöffnungen typischerweise nach oben gerichtet sind, ist dies bezüglich des Eindringens von Flüssigkeit unproblematisch, da in einem solchen Fall nahezu das komplette Batteriegehäuse mit Flüssigkeit volllaufen müsste, damit auch die Entgasungsöffnung mit dem entsprechenden Berstelement unter Wasser steht. Bei der bevorzugten Anordnung des Entgasungselements, welches vorliegend als Verschlusselement 24 bezeichnet wird, gemäß welcher dieses also nach unten zeigt beziehungsweise an einer Unterseite 22 der Zelle 10 angeordnet ist, wäre bereits eine geringe Menge an Flüssigkeit, die in das Batteriegehäuse eindringt, ausreichend, damit auch dieses Verschlusselement 24 unter Wasser steht. Um mehr Sicherheit bezüglich des Eindringens von Flüssigkeit in die Zelle 10 zu bieten, umfasst das Zellgehäuseelement 12a nun vorteilhafterweise zusätzlich eine Dichtung 40, die ebenfalls entlang einer geschlossenen Linie die Entgasungsöffnung 30 vollständig umlaufend im Randbereich 20a angeordnet ist, insbesondere radial innerhalb der Schweißnaht 36 bezogen auf eine Mitte oder Mittelachse M der Berstmembran 26. Diese verläuft zum Beispiel durch eine Mitte der Bestmembran 26 und ist parallel zur z-Richtung ausgerichtet. Diese Dichtung 40 kann zum Beispiel als O-Ring ausgebildet sein, jedoch vorliegend mit einer rechteckigen statt kreisförmigen Geometrie. Diese Dichtung 40 dichtet entsprechend vorteilhafterweise das Verschlusselement 24 gegenüber der Zellgehäusewand 20 ab. Gerade bei der unterseitigen Anordnung der Entgasungsöffnung 30 kann hierdurch deutlich mehr Sicherheit geboten werden.
Im vorliegenden Beispiel ist im Bereich 20a der Gehäusewand 20, in welchem auch die Dichtung 40 angeordnet ist, an der Unterseite 22 eine die Entgasungsöffnung 30 vollständig umlaufene Nut beziehungsweise Vertiefung 43 ausgebildet, in welcher die Dichtung 40 zumindest zum Teil angeordnet ist, insbesondere vertieft bezüglich der z-Richtung. Dadurch kann ein Spalt in z-Richtung zwischen der Zellgehäusewand 20 und dem Verschlusselement 24 im Randbereich 20a reduziert werden.
Weiterhin ist in diesem Beispiel das Verschlusselement 24 so ausgebildet, dass die Berstmembran 26 vertieft in der Entgasungsöffnung 30 angeordnet ist. Zu diesem Zweck kann das Verschlusselement 24 beispielsweise einen Auflageflanschbereich 42 aufweisen, der am Randbereich 20a der Gehäusewand 20 angeordnet ist, und der einen der Entgasungsöffnung 30 zugewandten Rand 42a aufweist, der diesen Flanschbereich 42 sozusagen in x-Richtung begrenzt. Diese Begrenzung ist in 4 vorliegend als gestrichelte Linie dargestellt. An diesem Rand 42a ist ein vom Auflageflanschbereich 42 abstehender und in die Entgasungsöffnung 30 hineinstehender Kragen 44 angeordnet, der eine dem Auflageflanschbereich abgewandte Stirnseite 44a aufweist, die in 4 wiederum gestrichelt dargestellt ist. An dieser Stirnseite ist nunmehr die Berstmembran 26 angeordnet. Diese kann zudem mit einer Materialschwächung 26a zur Bereitstellung einer Sollbruchstelle ausgebildet sein. Diese befindet sich vorliegend in der Mitte, das heißt im Bereich der Mittelachse M der Berstmembran 26, kann aber grundsätzlich auch an jeder beliebigen anderen Stelle ausgebildet sein. Die Gliederung des Verschlusselements 24 in die genannten Abschnitte, nämlich den Auflageflanschbereich 42, den Kragen 44 und die Berstmembran 26, dient hauptsächlich der besseren Beschreibbarkeit der Geometrie. Grundsätzlich ist es denkbar, eine derartige Geometrie zum Beispiel lediglich durch Prägen oder Formen einer ursprünglich flachen Berstmembranfolie bereitzustellen. Das Verschlusselement 24 kann aber auch aus separaten Teilen zusammengefügt sein. Das Verschlusselement 24 kann zum Beispiel im Flanschbereich 42 und im Kragenbereich 44 eine ähnliche Wandstärke beziehungsweise Wanddicke aufweisen, wie im Bereich der Bestmembran 26, abgesehen von der Sollbruchstelle 26a, oder die Berstmembran 26 kann auch dünner ausgebildet sein als die übrigen Bereiche des Verschlusselements 24. Die Ausbildung mit einer ähnlichen oder gleichen Dicke vereinfacht wiederum die Herstellung des Verschlusselements 24. Weiterhin kann das Verschlusselement 24, welches ein Vent-Element bereitstellt, zusätzlich ein dünnes Plastikteil 46 aufweisen, welches ein Beispiel für ein Membranschutzelement darstellt, und welches dem Schutz der Bestmembran 26 vor Eindrücken dient. Dieses Plastikteil 46 kann mit einer zur Entgasungsöffnung 30 korrespondierenden Geometrie, nur etwas kleiner, ausgebildet sein und entsprechend in dem Bereich innerhalb des Kragens 44 eingeklippst oder anderweitig vom übrigen Verschlusselement 24 angeordnet sein. Die Berstmembran 26 sowie auch die übrigen Komponenten des Verschlusselements 24 bis auf das Membranschutzelement 46, welches vorzugsweise aus Kunststoff ist, sind vorzugsweise aus einem metallischen Werkstoff, bevorzugt Aluminium, gefertigt.
Die Dichtung 40 kann zusammen mit dem Verschlusselement 24 auf der äußeren Seite der Zellwand 20 angeordnet sein, wie in 4 dargestellt, oder analog auch auf einer inneren Seite 48, die sozusagen der Unterseite 22 gegenüberliegt. In diesem Fall ist dann die Dichtung 40 vorzugsweise nicht vertieft in eine Nut 43 angeordnet, da die Einbringung der Nut 43 auf der Innenseite 48 aufgrund der beengten Bauraumsituation schwierig wäre. Auch wäre es dann bevorzugt, die Verbindung zwischen dem Verschlusselement 24 und der Wand 20 nicht als Schweißverbindung 36 auszuführen, sondern zum Beispiel als Verprägung oder Klebung oder ähnliches, da auch dies wiederum die Herstellung vereinfachten würde. Auch könnte dann in diesem Fall auf das Plastikteil 46 verzichtet werden, da dies innenseitig keinen zusätzlichen sonderlichen Schutz bieten würde, und die Membran 26 mit den übrigen Teilen des Verschlusselements 24 innenseitig und damit entsprechend in einer ohnehin besser geschützten Position angeordnet wäre. In diesem Fall müsste die Membran 26 zum Beispiel auch nicht gegenüber dem Auflageflanschbereich 42 zurückversetzt angeordnet sein und auch der Kragen 44 könnte in diesem Fall optional entfallen.
Das Verschlusselement 24, welches das Berstelement beziehungsweise das Vent-Element bereitstellt, kann dabei separat gefertigt sein und bereitgestellt werden. Auch die Zellgehäusewand 20 des Zellgehäuseelements kann entsprechend separat bereitgestellt sein. Diese Zellgehäusewand 20 wird durch einen Ausschnitt nach unten geöffnet, wodurch die Entgasungsöffnung 30 bereitgestellt wird, und dann kann das Vent-Element 24 mit der Bestmembran 26 auf diese Öffnung 30 aufgesetzt und umlaufend geschweißt werden. Zwischen dem Gehäuse, das heißt der Zellgehäusewand 20, und dem Vent-Element, das heißt dem Verschlusselement 24, befindet sich die beschriebene umlaufende Dichtung 40.
Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch die Erfindung ein Einsatz einer Dichtung bei prismatischen Zellen mit Vent nach unten bereitgestellt werden kann. Durch eine solche zusätzliche Dichtung am Vent-Element ist die Schnittstelle und die Zelle als solches in solchen Fällen robuster, wo Flüssigkeit in die Batterie dringt und gegebenenfalls die Zelle für eine längere Zeit in einer Flüssigkeit, wie Kühlflüssigkeit oder Wasser oder Salzwasser steht. Eine robustere Schnittstelle am Vent-Element hilft nicht nur bei der Erfüllung der Anforderung von Tauchtests, sondern verringert auch die Wahrscheinlichkeit, dass die Berstmembran wegen Produktions- oder Logistikfehlern teilweise oder vollständig vor dem Einbau eingedrückt wird. Eine derartige Dichtung ist vor allen Dingen besonders nützlich, wenn die Vent-Öffnung nach unten zeigt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2016/0293926 A1 [0003]

Claims

Zellgehäuseelement (12a) für eine Batteriezelle (10) einer Kraftfahrzeugbatterie, wobei das Zellgehäuseelement (12a) aufweist: - eine Zellgehäusewand (20), in welcher eine die Zellgehäusewand (20) in einer ersten Richtung (z) durchdringende Entgasungsöffnung (30) angeordnet ist, - ein Verschlusselement (24) mit einer Berstmembran (26), das die Entgasungsöffnung (30) vollständig überdeckend an der Zellgehäusewand (20) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Zellgehäuseelement (12a) eine Dichtung (40) aufweist, die zwischen dem Verschlusselement (24) und der Zellgehäusewand (20) umlaufend um die Entgasungsöffnung (30) angeordnet ist.
Zellgehäuseelement (12a) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zellgehäuseelement (12a) ein Verbindungsmittel (36) aufweist, welches das Verschlusselement (24) mit der Zellgehäusewand (20) entlang einer geschlossenen Verbindungskontur verbindet, die die Entgasungsöffnung (30), und insbesondere auch die Dichtung (40), umlaufend angeordnet ist.
Zellgehäuseelement (12a) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsmittel (36) eine Schweißnaht (36) darstellt.
Zellgehäuseelement (12a) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zellgehäuseelement (12a) einen Innenraum (16) umschließend ausgebildet ist, wobei das Verschlusselement (24) auf einer dem Innenraum (16) abgewandten Seite (22) der Zellgehäusewand (20) angeordnet ist.
Zellgehäuseelement (12a) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zellgehäuseelement (12a) einen Innenraum (16) umschließend ausgebildet ist, wobei das Verschlusselement (24) auf einer dem Innenraum (16) zugewandten Seite (48) der Zellgehäusewand (20) angeordnet ist.
Zellgehäuseelement (12a) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zellgehäuseelement (12a) als Hohlprofil ausgebildet ist.
Zellgehäuseelement (12a) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Zellgehäusewand (20) eine die Entgasungsöffnung (30) umlaufende Nut (43) angeordnet ist, in welcher die Dichtung (40) vertieft angeordnet ist.
Zellgehäuseelement (12a) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlusselement (24) einen Auflageflanschbereich (42) aufweist, der in einem die Entgasungsöffnung (30) umlaufenden Randbereich (20a) einer ersten Seite (22, 48) der Zellgehäusewand (20) angeordnet ist und einen der Entgasungsöffnung (30) zugewandten Rand (42a) aufweist, und einen am Rand (42a) angeordneten, bezüglich der ersten Richtung (z) vom Auflageflanschbereich (42) abstehenden und in die Entgasungsöffnung (30) hineinstehenden Kragen (44) mit einer dem Auflageflanschbereich (42) abgewandten Stirnseite (44a), an welcher die Bestmembran (26) angeordnet ist, insbesondere wobei das Verschlusselement (24) ein Membranschutzelement (46) aufweist, das bezüglich der ersten Richtung (z) vor der Berstmembran (26) und bezüglich der ersten Richtung (z) in einem Abstand zur Berstmembran (26) am Kragen (44) angeordnet ist.
Kraftfahrzeug mit einer Batteriezelle (10), die ein Zellgehäuse (12) mit einem Zellgehäuseelement (12a) nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriezelle (10) derart im Kraftfahrzeug angeordnet ist, dass das Verschlusselement (24) an einer Unterseite (22) der Batteriezelle (10) bezüglich einer Fahrzeughochachse angeordnet ist.
Verfahren zum Herstellen eines Zellgehäuseelements (12a) für eine Batteriezelle (10) einer Kraftfahrzeugbatterie, aufweisend die Schritte: - Bereitstellen einer Zellgehäusewand (20), in welcher eine die Zellgehäusewand (20) in einer ersten Richtung (z) durchdringende Entgasungsöffnung (30) angeordnet ist, - Bereitstellen eines Verschlusselements (24) mit einer Berstmembran (26); - Anordnen des Verschlusselements (24) derart an der Zellgehäusewand (20), dass das Verschlusselement (24) die Entgasungsöffnung (30) vollständig überdeckt; dadurch gekennzeichnet, dass eine Dichtung (40) zwischen dem Verschlusselement (24) und der Zellgehäusewand (20) umlaufend um die Entgasungsöffnung (30) angeordnet wird.