Die Erfindung betrifft eine Batterieeinzelzelle für eine Hochvoltbatterie nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art. Außerdem betrifft die Erfindung eine Batterie aus solchen Batterieeinzelzellen.

Hochvoltbatterien bzw. Hochleistungsbatterien sind aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt. Sie werden typischerweise aus einer Mehrzahl von Batterieeinzelzellen zusammengesetzt, welche dann insgesamt, beispielsweise in Reihe miteinander verschaltet, die Hochvoltbatterie ausbilden. Solche Hochvoltbatterien weisen eine große Leistung bei entsprechend hoher Leistungsdichte auf. Sie können beispielsweise in Lithium-Ionen-Technologie realisiert sein. Ein typischer Anwendungszweck für derartige Hochleistungs- oder Hochvoltbatterien ist dabei die Verwendung als Traktionsbatterie, beispielsweise in einem Elektrofahrzeug oder einem Hybridfahrzeug. Die Hochvoltbatterie speichert in einem solchen Fahrzeug elektrische Leistung, welche dann als alleinige oder ergänzende Antriebsleistung zur Verfügung gestellt wird.

Insbesondere für Anwendungen in Fahrzeugen ist es dabei wichtig, dass einerseits die Leistungsdichte und andererseits das Leistungsvolumen vergleichsweise hoch sind, sodass mit einer möglichst kleinen und leichten Batterie eine möglichst große elektrische Leistung gespeichert werden kann. Für solche Anwendungen ist daher häufig die

Ausbildung in Lithium-Ionen-Technologie favorisiert, da hierdurch eine hohe

Leistungsdichte und ein hohes Leistungsvolumen erzielt werden kann. Problematisch bei Batterieeinzelzellen in Lithium-Ionen-Technologie ist es jedoch, dass im Falle einer unerwünschten Fehlreaktion, beispielsweise bei einem Überladen, einem Kurzschluss oder dergleichen, eine unerwünschte exotherme Kettenreaktion der Zellchemie, ein sogenannter„thermal runaway" auftreten kann. Dies kann bis hin zu einem Brand oder einer Explosion führen. Um einer solchen Gefahr einfach und effizient entgegenzuwirken, ist es aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt und beispielsweise in

verschiedenen Ausführungsformen in der DE 10 2009 020 185 A1 oder auch in der DE 10 2008 013 188 A1 beschrieben, eine Abblasöffnung, welche auch als Venting-Öffnung bezeichnet wird vorzusehen. Dies ist im Normalzustand durch eine Materialschicht verschlossen ist und öffnet sich im Falle eines Überdrucks durch Zerstören der

Materialschicht. Die Materialschicht kann dabei beispielsweise das Material einer

Außenhülle der Batterieeinzelzelle sein, welches durch entsprechende beispielsweise eingeprägte Kerben bzw. Nuten mit geeigneten Sollbruchstellen versehen ist. Ergänzend oder alternativ dazu kann eine Membran beispielsweise aus metallischem Material oder aus Kunststoff auf die Abblasöffnung aufgebracht werden, welche dann oberhalb eines kritischen Überdrucks im Inneren der Batterieeinzelzelle zerstört wird und die

Abblasöffnung freigibt, sodass der Überdruck abgebaut werden kann.

Ein Problem dabei kann darin liegen, dass die Zellchemie den gesamten Innenraum der Batterieeinzelzelle ausfüllt und deshalb im Abströmen von Gas durch die Abblasöffnung gegebenenfalls behindert werden kann. Aus der DE 10 2011 109 218 A1 ist es daher bekannt, im Inneren einer Batterieeinzelzelle einen zusätzlichen Raum, beispielsweise einen Kanal, vorzusehen, welcher mit der Abblasöffnung in Verbindung steht und welcher ein sicheres und zuverlässiges Abströmen von Gas aus dem Bereich der Zellchemie gewährleistet. Der Nachteil bei diesem Aufbau besteht im Wesentlichen darin, dass für den Bereich des Freiraums bzw. Kanals zusätzlicher Bauraum benötigt wird und der Aufbau der Batterieeinzelzelle, in diesem Fall einer bipolaren Rahmenflachzelle, entsprechend größer ausgeführt sein muss. Hierdurch sinkt das Leistungsvolumen der Batterieeinzelzelle in unerwünschter Weise.

Es ist die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung eine Batterieeinzelzelle anzugeben, welche diese Nachteile vermeidet, und welche ein hohes Leistungsvolumen ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Batterieeinzelzelle mit den Merkmalen im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Batterieeinzelzelle ergeben sich aus den hiervon abhängigen Unteransprüchen. Im Anspruch 9 ist außerdem eine Batterie mit derartigen Batterieeinzelzellen angegeben. Bei der erfindungsgemäßen Batterieeinzelzelle ist es so, dass wenigstens eines der Hüllbleche einen schalenförmigen Mittelteil aufweist, welcher von einem Siegelflansch umgeben ist, wobei dieser Siegelflansch mit dem Isolierrahmen verbunden ist. Dieser Aufbau ist prinzipiell mit einem einzigen derartigen ausgebildeten Hüllblech möglich, wobei auf der anderen Seite des Isolierrahmens dann ein - beispielsweise ebenes - Hüllblech angeordnet wäre. Insbesondere kann es bei dem Aufbau jedoch vorgesehen sein, dass zwei vergleichbar ausgebildete Hüllbleche, welche jeweils einen

schalenförmigen Mittelteil aufweisen, über einen sehr dünnen Isolierrahmen zwischen den Siegelflanschen miteinander verbunden sind. Die Zellchemie wird dann in dem

schalenförmigen Teil aufgenommen und der Siegelflansch steht quer zur Stapelrichtung über diesen schalenförmigen Teil über und kann beispielsweise durch eine Heißsiegelung mit dem dazwischen angeordneten Isolierrahmen, welcher dann aus thermoplastischem Material ausgebildet sein sollte oder ein derartiges Material aufweist, dicht und isolierend verbunden werden. Die Hüllbleche bilden typischerweise gleichzeitig die Pole der Batterie, sodass es sich um eine bipolare Rahmenflachzelle handelt. Im Bereich des

Siegelflanschs bzw. im um den schalenförmigen Mittelteil umlaufenden Bereich, welcher aus Blickrichtung vom jeweils anderen Hüllblech her hinter dem Siegelflansch liegt, ist dabei ungenutzter Bauraum. Dieser Bauraum wird bei der erfindungsgemäß aufgebauten Batterieeinzelzelle nun genutzt, um in genau diesen Bauraum den Kanal anzuordnen, welcher eine sichere und zuverlässige Verbindung der einzelnen Bereiche der Zellchemie mit der Abblasöffnung gewährleistet. Ohne dass zusätzlicher Bauraum benötigt wird, lässt sich so ein Kanal einbringen und hierdurch die Zuverlässigkeit bei einem eventuellen Abblasen von unter Überdruck stehenden Gasen deutlich verbessern. Das Volumen wird dadurch nicht oder nur minimal erhöht, da der Kanal zumindest größtenteils in einem Bereich angeordnet ist, welcher ansonsten als Totraum im Bereich einer so aufgebauten Batterieeinzelzelle ohnehin vorhanden wäre.

In einer sehr günstigen Weiterbildung der erfindungsgemäßen Batterieeinzelzelle ist es dabei vorgesehen, dass der Kanal quer zur Stapelrichtung der Zellchemie verlaufend angeordnet ist. Dieser Verlauf quer zur Stapelrichtung der Zellchemie erschließt die Verbindung von möglichst vielen Zwischenräumen zwischen Elektroden und Separatoren mit dem Kanal und ermöglicht so die ideale Abführung von im Bereich der Zellchemie im Falle eines unerwünschten Überdrucks entstehender Gase. In einer weiteren sehr günstigen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Batterieeinzelzelle ist es ferner vorgesehen, dass der Kanal umlaufend um den

schalenförmigen Mittelteil des wenigstens einen Hüllbleches ausgebildet ist. Ein solcher Kanal, welcher nicht nur über Teile der Seitenflächen des schalenförmigen Mittelteils verläuft, sondern dieses umlaufend umschließt, ermöglicht durch eine umlaufende

Ausbildung eine sehr gute Verbindung zwischen allen Bereichen der Zellchemie und der Abblasöffnung, sodass ein sehr sicherer und zuverlässiger Aufbau entsteht.

Dementsprechend ist es in einer besonders günstigen Ausgestaltung der

erfindungsgemäßen Batterieeinzelzelle vorgesehen, dass der Kanal den Siegelflansch quer zur Stapelrichtung der Zellchemie nicht überragt. Der Kanal ist also in einer

Projektion der Batterieeinzelzelle in Stapelrichtung in jedem Fall hinter dem Siegelflansch verborgen, sodass der Kanal kein zusätzliches Volumen benötigt und ausschließlich den Totraum nutzt.

In einer weiteren sehr günstigen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen

Batterieeinzelzelle ist es dabei ferner vorgesehen, dass von dem Siegelflansch

wenigstens eine Kühlfahne und/oder Kontaktfahne abgekantet ist. Eine oder mehrere derartige Kühl- und/oder Kontaktfahnen können von dem Siegelflansch idealerweise um 90 Grad abgekantet sein. Sie verlaufen dann parallel zu den in Stapelrichtung der

Zellchemie ausgerichteten Seitenflächen des schalenförmigen Mittelteils, ohne im Bereich hinter dem Siegelflansch Bauraum zu benötigen. Ohne den bei dieser

erfindungsgemäßen Ausführungsform der Batterie für den Kanal genutzten Bauraum zu beeinträchtigen, können also in einfacher und effektiver Art Kontaktfahnen und/oder Kühlfahnen an der Batterieeinzelzelle ausgebildet werden.

Die erfindungsgemäße Batterieeinzelzelle lässt sich entsprechend einfach, sicher und zuverlässig ausbilden. Sie ist insbesondere geeignet, um eine Batterie aus einer Mehrzahl derartiger Batterieeinzelzellen aufzubauen, wobei die Batterieeinzelzellen bevorzugt in Lithium-Ionen-Technologie ausgebildet sind. Der Aufbau der Batterieeinzelzellen im Sinne der Erfindung ermöglicht die einfache und kostengünstige Realisierung einer

Hochvoltbatterie bzw. Hochleistungsbatterie aus Batterieeinzelzellen. Durch den erfindungsgemäßen Aufbau wird eine hohe Sicherheit gewährleistet. Die Batterie eignet sich daher insbesondere zum Einsatz als Traktionsbatterie in einem Fahrzeug,

beispielsweise einem Elektrofahrzeug oder einem HybVidfahrzeug. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Batterieeinzelzelle ergeben sich aus den restlichen abhängigen Unteransprüchen und werden anhand des

Ausführungsbeispiels deutlich, welches nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben ist.

Dabei zeigen:

Fig. 1 eine Batterieeinzelzelle in einer möglichen Ausführungsform gemäß der Erfindung in einer Explosionsdarstellung;

Fig. 2 die Batterieeinzelzelle aus Fig. 1 im zusammengesetzten Zustand;

Fig. 3 eine Schnittdarstellung durch eine Batterieeinzelzelle gemäß Fig. 2;

Fig. 4 eine dreidimensionale Ansicht eines Hüllblechs der Batterieeinzelzelle gemäß Fig.

1 ;

Fig. 5 einen Stapel aus Batterieeinzelzellen im Aufbau gemäß Fig. 1 ;

Fig. 6 eine Schnittdarstellung durch eine Batterieeinzelzelle analog der Darstellung in

Fig. 3 in einer alternativen Ausführungsform; und

Fig. 7 ein Hüllblech der Batterieeinzelzelle in der Ausführungsform gemäß Figur 6.

In der Darstellung der Figur 1 ist eine Batterieeinzelzelle 1 in einer ersten

Ausführungsform dargestellt. Die Batterieeinzelzelle 1 ist in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel als sogenannte bipolare Rahmenflachzelle aufgebaut. Sie weist ein erstes Hüllblech 2 und ein zweites Hüllblech 3 auf, welche in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel jeweils ein schalenförmiges Mittelteil 4 und zur elektrischen

Kontaktierung im oberen Bereich jeweils zwei um 90 Grad abgekantete Kontaktfahnen 5 aufweisen. Um die Batterieeinzelzelle 1 , welche in Lithium-Ionen-Technologie realisiert sein soll, entsprechend kühlen zu können, weisen beide Hüllbleche 2, 3 an ihrem unteren Ende ebenfalls um 90 Grad abgekantete Kühlfahnen 6 auf. Die beiden Hüllbleche 2, 3 bilden, wie bei bipolaren Rahmenflachzellen üblich, neben der Außenhülle der

Batterieeinzelzelle 1 gleichzeitig deren elektrische Pole aus.

In der Mitte der Darstellung in Figur 1 ist eine Zellchemie 7 in Form eines Stapels aus Elektroden und Separatoren zu erkennen. Diese Zellchemie 7 wird nun zwischen die beiden schalenförmig ausgewölbten Mittelteilen 4 der Hüllbleche 2, 3 eingebracht und jeweils im Bereich eines Kontaktelements 8, von denen in der Darstellung der Figur 1 lediglich eines für das eine Hüllblech 3 zu erkennen ist, mit dem jeweiligen Hüllblech 2, 3 verbunden. Umlaufend um den schalenförmigen Mitteleteil 4 weist jedes der Hüllbleche 2, 3 einen Siegelflansch 9 auf, von dem aus die Kontaktfahnen 5 bzw. Kühlfahnen 6 abgekantet sind. Im Bereich dieser Siegelflansche 9 werden die Hüllbleche 2, 3 später miteinander verbunden. Hierfür werden thermoplastische Isolierrahmen 10 zwischen den Siegelflansch 9 positioniert bzw. sind in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel der Fig. 1 mit dem jeweiligen Siegelflansch 9 des jeweiligen Hüllblechs 2, 3 zuvor verbunden worden, beispielsweise auflaminiert. Die Hüllbleche 2, 3 werden dann mit ihren

Siegelflanschen 9 und dem oder den dazwischen angeordneten Isolierrahmen 10 unter Wärmeeinwirkung miteinander verpresst, wodurch die Isolierrahmen 10 zumindest teilweise aufschmelzen und die Hüllbleche 2, 3 miteinander verbinden. Die

Batterieeinzelzelle 1 wird hierdurch verschlossen und der Bereich mit der Zellchemie 7 wird gegenüber der Umgebung abgedichtet.

Im Bereich einer oberen Seitenfläche 11 der Schale des Hüllblechs 3 ist außerdem in der Darstellung der Figur 1 eine Abblasöffnung 12 zu erkennen. Diese Abblasöffnung 12 dient dazu, im Bedarfsfall, wenn sich aufgrund einer Überladung oder eines

Kurzschlusses oder gegebenenfalls auch einer anderen Störung, ein Überdruck im

Bereich der Batterieeinzelzelle 1 ausbildet, diesen Überdruck abzubauen und somit eine exotherme Reaktion der Zellchemie 7 zu verhindern. Im regulären Betrieb wird diese Abblasöffnung 12 dabei verschlossen, was bei dem in Figur 1 gezeigten Aufbau durch eine Membran 13 erfolgt, welche im Falle eines Überdrucks aufreißt und die

Abblasöffnung 12 zumindest teilweise freigibt. Die die Batterieeinzelzelle 1 unter

Überdruck setzenden Gase können so entweichen und eine exotherme Reaktion der Zellchemie 7 wird verhindert. Nach dem Aufreißen der Membran 13 auf der

Abblasöffnung 12, welche auch als Venting-Öffnung bezeichnet wird, ist die

Batterieeinzelzelle 1 dann zwar zerstört, eine kritische Reaktion, wie beispielsweise ein Brand, eine Explosion oder dergleichen ist jedoch verhindert worden.

Die Batterieeinzelle 1 im zusammengebauten Zustand ist in der vergrößerten Darstellung in Figur 2 nochmals besser zu erkennen. Um zu gewährleisten, dass die Abblasöffnung 12 mit möglichst vielen Teilbereichen der Zellchemie 7 in Verbindung steht, ist umlaufend um den schalenförmigen Mittelteil 4 auf der Seitenfläche 12 des Hüllblechs 3 ein Kanal 14 angeordnet, welcher sicherstellt, dass Gase aus allen Bereichen der Zellchemie 7 in den Bereich der Abblasöffnung 12 gelangen können. Hierdurch wird die Sicherheit der so aufgebauten Batterieeinzelzelle erhöht. Wie es insbesondere in der Schnittdarstellung der Batterieeinzelzelle 1 in Figur 3 zu erkennen ist, erstreckt sich der Kanal 14 von der Seitenfläche 1 aus in Richtung der Kühlfahne 6 bzw. der Kontaktfahnen 5 und liegt so seitlich neben dem Siegelflansch 9 in einem ohnehin aufgrund der zwingend notwendigen Ausdehnung des Siegelflansches 9 quer zur Stapelrichtung benötigten Raum. Durch den Kanal 14 wird also kein zusätzliches Volumen beim Aufbau der Batterieeinzelzelle benötigt. Ohne das Leistungsvolumen der Batterieeinzelzelle 1 zu erhöhen, kann somit durch den umlaufend um den

schalenförmigen Mittelteil 4 des Hüllblechs 3 ausgebildeten Kanal 14 die Sicherheit verbessert werden, indem eine sichere und zuverlässige Verbindung zwischen annähernd allen Bereichen der Zellchemie 7 und der Abblasöffnung 12 gewährleistet wird. Der Kanal 14 läuft dabei um den gesamten schalenförmigen Mittelteil 4 des Hüllblechs 3 um und erstreckt sich in seiner größten Ausdehnung quer zu der Stapelrichtung, in welcher die einzelnen beispielsweise in Figur 1 und 3 angedeuteten Elektroden und Separatoren der Zellchemie 7 aufgestapelt sind.

In der Darstellung der Figur 4 ist nochmals eine Ansicht des Hüllblechs 3 zu erkennen. Deutlich ist zu erkennen, dass der Kanal 14 umlaufend um den schalenförmigen Mittelteil

4 ausgebildet ist, und dass die Abblasöffnung 12 in dem Kanal 14 angeordnet ist. Der Kanal 14 kann insbesondere in das Material des Hüllblechs 3 eingeprägt werden oder kann durch andere geeignete Umformmethoden realisiert werden.

In der Darstellung der Figur 5 ist nun ein Stapel 15 aus mehreren der Batterieeinzelzellen 1 zu erkennen, wobei alle Elemente lediglich an einer der Batterieeinzelzellen 1 mit einem Bezugszeichen versehen sind. Dieser Stapel 15 der Batterieeinzelzellen 1 bildet dabei einen Teil einer Batterie aus, welche durch Aufstapeln der Batterieeinzelzellen aufgebaut wird. Sowohl die Kühlfahnen 6 als auch die Kontaktfahnen 7 der jeweils benachbarten Hüllbleche 2, 3 von benachbarten Batterieeinzelzellen 1 werden dabei miteinander verbunden, beispielsweise über ein Ultraschallschweißverfahren. Entsprechende

Ultraschweißpunkte 16 sind in der Darstellung der Figur 5 im Bereich der Kontaktfahnen

5 und der Kühlfahnen 6 angedeutet. Durch diese Verbindung entsteht eine

Reihenschaltung des Stapels 15, welcher dann lediglich an den jeweils außenliegenden Enden über entsprechende Kontaktpole angeschlossen werden muss. In der Schnittdarstellung der Figur 6 ist analog zur Darstellung in Figur 3 eine alternative Ausführungsform der Batterieeinzelzelle bzw. des Hüllblechs 3 der Batterieeinzelzelle 1 zu erkennen. Der erste Unterschied besteht darin, dass hier keine Membran 13 auf die Abblasöffnung 12 aufgebracht worden ist, sondern dass die Abblasöffnung 12 unmittelbar durch das Material des Kanals 14 verschlossen ist. Das im Bereich der Abblasöffnung 12 mit 17 bezeichnete Material des Kanals 14 ist in diesem Bereich über Nuten 18, beispielsweise zwei sich überkreuzende Nuten 18, wie es in der Darstellung der Figur 7 besser zu erkennen ist, entsprechend geschwächt. Im Falle eines Überdrucks im Inneren der Batterieeinzelzelle 1 reißt das Material 17 dann auf und gibt so die Abblasöffnung 12 frei.

Ein weiterer Unterschied in der Darstellung der Batterieeinzelzelle 1 gemäß den Figuren 6 und 7 besteht darin, dass der Kanal 14 nicht umlaufend um den schalenförmigen Mittelteil 4 des Hüllblechs 3 ausgebildet ist, sondern sich lediglich auf einer der Seitenflächen 1 , insbesondere der im bestimmungsgemäßen Gebrauch oben angeordneten Seitenfläche 11 , entsprechend erstreckt. Der Kanal wird damit entsprechend kleiner ausgebildet, was insbesondere in der Darstellung der Figur 7 gut zu erkennen ist. Er erstreckt sich mit seiner längsten Ausdehnung weiterhin quer zur Stapelrichtung der Elektroden und

Separatoren der Zellchemie 7 und gewährleistet hierdurch weiterhin eine gute Verbindung zwischen den einzelnen Bereichen der Zellchemie 7 und der Abblasöffnung 12, sofern eine Strömung zwischen den Separatoren und Elektroden gewährleistet bleibt, was typischerweise der Fall ist.