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Die Erfindung betrifft ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Verfahrensanspruchs, eine Batteriezelle mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs betreffend eine Batteriezelle sowie ein Batteriesystem mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs betreffend ein Batteriesystem.
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Bekannt sind Batteriezellen zum Bereitstellen von elektrischer Energie. Diese können zu einem Batteriesystem verbunden werden, um beispielsweise in einem (elektrischen) Fahrzeug als Energiequelle verwendet zu werden. Dabei kann es vorgesehen sein, zumindest zwei Batteriezellen miteinander zu verbinden. Beispielsweise können diese mechanisch verbunden, insbesondere verklebt, werden. Alternative Batteriezellen bzw. Systeme werden beispielsweise durch
US 2024/0014479 A1 ,
CN 219203451 oder
US 2022/0045406 A1 offenbart.
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Der Stand der Technik weist dabei Nachteile auf. So kann es sein, dass die Anbindung benachbarter Batteriezellen erschwert ist. Dabei kann insbesondere ein Positionieren relativ zueinander erschwert sein. Es kann auch sein, dass die Robustheit und/oder Stabilität und/oder Langlebigkeit der Verbindung optimierbar ist. Dies kann die Sicherheit reduzieren, beispielsweise bei externer Krafteinwirkung (etwa einem Unfall des Fahrzeugs umfassend eine Batteriezelle). Insbesondere kann es sein, dass keine optimierte Haftkraft zwischen benachbarten Batteriezellen gegeben ist, insbesondere für ein Befestigen, beispielsweise ein Verkleben. Weiterhin kann es sein, dass bekannte Verfahren zur Fertigung nicht ausreichend flexibel und/oder anpassbar sind. Dies kann die Kosten, insbesondere der Herstellung, erhöhen.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, wenigstens einen der voranstehend beschriebenen Nachteile zumindest teilweise zu überwinden. Insbesondere ist es Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren, eine verbesserte Batteriezelle und/oder ein verbessertes Batteriesystem bereitzustellen. Dabei kann es eine Aufgabe sein, die Montage, Robustheit, Stabilität, Langlebigkeit, Sicherheit, Flexibilität und/oder Anpassbarkeit zu verbessern.
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Die voranstehende Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Verfahrensanspruchs, eine Batteriezelle mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs betreffend eine Batteriezelle sowie ein Batteriesystem mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs betreffend ein Batteriesystem. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Batteriezelle und/oder im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Batteriesystem und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann. Insbesondere gelten Vorteile, die im Rahmen des ersten, zweiten und/oder dritten Aspekts beschrieben werden, auch jeweils für den ersten, zweiten und/oder dritten Aspekt.
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Die obenstehende Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt gelöst durch ein (Fertigungs- und/oder Herstellungs-)Verfahren zur Herstellung einer Ausnehmung in einer Außenschicht, insbesondere einer (elektrischen) Isolationsschicht der Außenschicht, einer Batteriezelle (z. B. gemäß dem zweiten Aspekt), insbesondere für ein Batteriesystem (z. B. gemäß dem dritten Aspekt) eines Fahrzeugs, das Verfahren aufweisend:
- - Bereitstellen einer Batteriezelle, aufweisend
- ◯ einen (innenliegenden) Batteriekörper zur (elektrischen und/oder chemischen) Energiespeicherung bzw. Energiebereitstellung und
- ◯ eine den Batteriekörper (vollumfänglich) umgebende (z. B. darüber liegende) und/oder umschließende Außenschicht,
- - Definieren einer Kontur einer Ausnehmung in der Außenschicht durch Abfahren und Bestrahlen der Außenschicht mit einem Laser,
- - Erwärmen der Außenschicht durch Abfahren und Bestrahlen mit dem Laser, in einem von der Kontur definierten Bereich, und
- - zumindest teilweises (flächiges) Ablösen der Außenschicht in dem von der Kontur definierten Bereich, um die Ausnehmung in der Außenschicht herzustellen.
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Dabei kann eine Ausnehmung als Vertiefung ausgestaltet sein, insbesondere im Material der Batteriezelle, insbesondere der Außenschicht, vorzugsweise der Isolationsschicht. Die Ausnehmung kann dabei eine zylindrische oder quaderförmige (Grund-)Form aufweisen. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Kanten der Ausnehmung angeschrägt und/oder rund sind. Dies kann die Montage, insbesondere das Positionieren bei einem Anbinden (siehe unten), und/oder die Haftkraft erhöhen.
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Die Batteriezelle kann dabei zum Bereitstellen von elektrischer Energie eingerichtet sein. Dabei kann die Batteriezelle vorzugsweise zumindest einen, insbesondere zwei, elektrische Kontakte aufweisen, welche dazu eingerichtet sind, elektrische Energie aus dem Batteriekörper von außerhalb der Batteriezelle abzugreifen. Beispielsweise kann dadurch (über die elektrischen Kontakte) eine elektrische Spannung und/oder ein Strom abgegriffen werden.
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Das Definieren einer Kontur einer Ausnehmung in der Außenschicht durch Abfahren und Bestrahlen der Außenschicht mit einem Laser kann dabei eine geschlossene Kontur aufweisen, beispielsweise ein Rechteck (für eine quaderförmige Ausnehmung) oder einen Kreis (für eine zylindrische Ausnehmung). Beispielsweise kann die Kontur der Ausnehmung an einer nach außen weisenden Oberfläche der Batteriezelle, insbesondere der Außenschicht, z. B. der Isolationsschicht, definiert werden. Das Definieren kann dabei ein Herstellen und/oder Einbrennen der Kontur aufweisen. Dabei kann der Laser im Wesentlichen die Kontur oberhalb der Außenschicht abfahren und dabei die Außenschicht mit bestrahlen. Dadurch kann die Außenschicht entlang der Kontur definiert werden, insbesondere (zumindest teilweise) eingebrannt und/oder gelöst und/oder verflüssigt werden. Bevorzugt kann es vorgesehen sein, dass dabei die Außenschicht bis auf und/oder exklusive das/des Gehäuse/s entfernt wird.
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Das Erwärmen der Außenschicht durch Abfahren und Bestrahlen mit dem Laser, in einem von der Kontur definierten Bereich, kann dabei in Abhängigkeit von zumindest einem Laserparameter erfolgen, insbesondere der Laserleistung, Laserwellenlänge und/oder Pulswiederholrate. Durch das Erwärmen, insbesondere das (kontinuierliche) Abfahren und Bestrahlen, kann der von der Kontur definierte (insbesondere [geschlossen] umgebene) Bereich bearbeitet werden. Im einfachsten Fall kann die Kontur ein geschlossenes Rechteck aufweisen. Dabei kann der Bereich die von der Kontur umgebene (Rechtecks-)Fläche aufweisen. Vorzugsweise wird dabei die Außenschicht, insbesondere die Isolationsschicht, in einem von der Kontur definierten Bereich erwärmt. Es kann vorgesehen sein, dass durch das Erwärmen die Außenschicht (zumindest teilweise), insbesondere die Isolationsschicht, besonders bevorzugt der Klebstoff der Isolationsschicht, gelöst wird, sich verflüssigt und/oder verbrennt. Demnach kann das Erwärmen, insbesondere die Dauer und/oder Intensität des Bestrahlens, spezifisch sein für die Dicke und/oder das Material der Außenschicht, insbesondere der Isolationsschicht, vorzugsweise des Klebstoffs. Vorzugsweise kann der zumindest eine Laserparameter eingestellt werden und/oder dafür eingerichtet sein, (nur) den Klebstoff zu erwärmen. Es kann vorgesehen sein, dass sich durch das Erwärmen die Außenschicht, insbesondere die Isolationsschicht und/oder der Klebstoff, (bereits) zumindest teilweise ablöst.
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Das zumindest teilweise Ablösen der Außenschicht in dem von der Kontur definierten Bereich, um die Ausnehmung in der Außenschicht herzustellen, kann dabei beispielsweise mechanisch erfolgen (siehe unten). Es kann ausreichend sein, die Batteriezelle mit dem definierten Bereich nach unten weisend anzuordnen und/oder zu drehen. Dadurch kann die Gravitationskraft das Ablösen erwirken und/oder unterstützen. Es kann zusätzlich oder alternativ ein mechanisches Abziehen durchgeführt werden, beispielsweise (manuell) mit einer Zange/Pinzette und/oder (automatisiert) mit einem Greifarm. Mit anderen Worten kann die Außenschicht (zumindest teilweise), insbesondere die Isolationsschicht, (vollständig) abgelöst werden. Dadurch kann die Ausnehmung entstehen. Mit anderen Worten kann die Ausnehmung eine Vertiefung in der umliegenden (nicht abgelösten) Außenschicht und/oder Isolationsschicht aufweisen. Vorzugsweise bleibt dabei das Gehäuse (unverändert und/oder unverformt, insbesondere abgesehen von einer eventuell leichten [reversiblen] Erwärmung) zurück. Dabei kann das (zumindest teilweise) Ablösen (erst) durch das Definieren und/oder Erwärmen ermöglicht werden. Durch das Definieren kann ein Randbereich der Ausnehmung erzeugt werden. Das Ablösen kann dadurch robust und/oder zuverlässig entlang des Randbereichs ermöglicht werden. Durch das Erwärmen kann bevorzugt der Klebstoff in der Isolationsschicht gelöst werden. Es kann vorgesehen sein, dass dadurch eine schnellere, qualitativ hochwertigere und/oder flexiblere Fertigung ermöglicht wird. Zudem können mit dem Verfahren und/oder einer einzigen Produktionslinie unterschiedliche Batteriezellen (unterschiedlicher Größe und/oder Geometrie) bearbeitet werden. Dadurch kann sich insbesondere durch die Verwendung eines Lasers ein Vorteil bezüglich der Flexibilität ergeben. Der Laser kann beispielsweise durch eine Steuereinheit über eine Datenverbindung gesteuert werden. Die Steuereinheit kann dabei geometrische Informationen über die Batteriezelle, Außenschicht, Isolationsschicht, Klebstoff und/oder entsprechende Materialien und/oder Dicken aufweisen. Dadurch kann eine präzise Fertigung ermöglicht werden. Es kann vorgesehen sein, dass die Ausnehmung, insbesondere der Boden der Ausnehmung, eine verbleibende und/oder spezifische Oberflächenstruktur aufweist, welche durch das Erwärmen erzeugt wird. Demnach kann die Ausnehmung, insbesondere der Boden, dazu eingerichtet sein, ein verbessertes Anbinden an eine benachbarte Batteriezelle bereitzustellen. Dies kann die Fertigung und/oder Montage verbessern.
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Im Rahmen der Erfindung kann es von Vorteil sein, dass das Bereitstellen ein Fertigen der Batteriezelle umfasst, aufweisend:
- - Herstellen des Batteriekörpers zur Energiespeicherung und
- - Herstellen der (den Batteriekörper umgebenden) Außenschicht, umfassend ein (innenliegendes) Gehäuse und eine Isolationsschicht, auf einer nach außen weisenden Oberfläche des Batteriekörpers, umfassend:
- ◯ Anordnen des Gehäuses an dem Batteriekörper, wodurch das Gehäuse den Batteriekörper vollumfänglich umgibt,
- ◯ Anordnen eines Trägersubstrats, insbesondere einer Trägersubstratfolie, (außen) auf dem Gehäuse und
- ◯ Auftragen eines Klebstoffs auf dem Trägersubstrat, um die Isolationsschicht, umfassend das Trägersubstrat und den Klebstoff, zu erhalten,
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Dabei kann die Außenschicht auf, außerhalb, auf einer außenliegenden und/oder auf einer nach außen weisenden Oberfläche der Batteriezelle angeordnet werden. Die Isolationsschicht kann dabei zweischichtig ausgestaltet sein. Dabei kann eine erste (innere) Schicht ein Gehäuse aufweisen. Dieses kann dazu eingerichtet sein, den Batteriekörper zu schützen und/oder ein Austreten von Teilen des Batteriekörpers zu verhindern. Eine zweite (äußere) Schicht kann dabei eine Isolationsschicht aufweisen. Dies kann hergestellt werden, indem ein Trägersubstrat, z. B. ein (elektrisch) isolierendes Kunststoffgeflecht, auf dem Gehäuse angeordnet wird. Weiterhin kann (davor und/oder danach) ein (isolierender) Klebstoff an und/oder auf dem Trägersubstrat und/oder dem Gehäuse aufgetragen werden. Es kann vorgesehen sein, dass das Trägersubstrat und der Klebstoff sich verbinden, um die Isolationsschicht zu bilden. Die Isolationsschicht kann für eine thermische und/oder elektrische Isolation des Gehäuses und/oder des Batteriekörpers eingerichtet sein.
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Im Rahmen der Erfindung ist es denkbar, dass bei dem Definieren die Kontur eine in sich geschlossene Form auf einer nach außen weisenden Oberfläche der Außenschicht aufweist, wobei die Form der Kontur für die Ausnehmung spezifisch ist.
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Dabei kann die Kontur eine geschlossene und/oder zweidimensionale Form aufweisen. Die Kontur kann dabei vorzugsweise eine einfache geometrische Form aufweisen, beispielsweise ein Rechteck und/oder einen Kreis. Dies kann die Fertigungsgeschwindigkeit verbessern (insbesondere kann das Abfahren schnell erfolgen). Es kann auch vorgesehen sein, eine komplexere geometrische Form zu wählen. Beispielsweise kann ein Polygon verwendet werden und/oder eine Sternform. Dies kann einen Formschluss zwischen der (später entstehenden) Ausnehmung und einer benachbarten Batteriezelle, insbesondere für einen Anbindungsklebstoff, der für das Anbinden verwendet wird, verbessern. Es kann auch vorgesehen sein, dass durch die Form der Kontur und/oder Ausnehmung eine Zuverlässigkeit und/oder Sicherheit bei der Fertigung verbessert wird. Beispielsweise können unterschiedliche Batteriezellen, z. B. eingerichtet für unterschiedliche Anwendungen, Spannungen, Ströme und/oder Qualitätslevel, jeweils eigene Formen für die Kontur und/oder Ausnehmung aufweisen. Dadurch kann ein Fehler beim Anbinden verhindert und/oder leichter erkannt werden.
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Es kann im Rahmen der Erfindung vorgesehen sein, dass bei dem Definieren die Kontur in die Außenschicht gebrannt wird, wobei die Außenschicht zumindest teilweise entfernt wird, wobei insbesondere die Isolationsschicht vollständig entfernt wird und das Gehäuse nicht entfernt wird.
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Es ist ferner denkbar, dass, insbesondere vor dem Definieren und/oder Erwärmen, ein Vorbehandeln der Außenschicht, insbesondere der Isolationsschicht, beispielsweise des Trägersubstrats und/oder des Klebstoffs, durch ein Lösungsmittel durchgeführt wird, welches dazu eingerichtet ist, das Definieren und/oder Erwärmen zu erleichtern.
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Dabei kann das Lösungsmittel dazu eingerichtet sein, den Klebstoff und/oder das Trägersubstrat spezifisch vorzubehandeln, insbesondere zu lösen, zu lockern, zu erwärmen, chemisch aufzulösen, und/oder zu erwärmen (z. B. durch eine exotherme Reaktion). Dadurch kann das zumindest teilweise Ablösen beschleunigt und/oder erleichtert werden.
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Auch ist es denkbar, dass das Erwärmen der Außenschicht durch Abfahren und Bestrahlen einen von der Kontur umrahmten Bereich der Außenschicht umfasst, wobei insbesondere die Isolationsschicht, vorzugsweise der Klebstoff in der Isolationsschicht, durch den Laser zumindest teilweise gelöst wird, wobei insbesondere der Klebstoff derart stark erhitzt wird, dass er sich löst (insbesondere zumindest teilweise sich verflüssigt) und/oder verbrannt wird.
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Demnach kann es vorgesehen sein, dass nur der Klebstoff von dem Laser bearbeitet und/oder gelöst und/oder verbrannt wird. Dabei kann zumindest ein Laserparameter des Lasers, insbesondere die Wellenlänge, spezifisch eingestellt werden, um (nur) den Klebstoff zu lösen. Beispielsweise kann eine Wellenlänge von 1 fm bis 10 m, insbesondere von 10 pm bis 10 mm, beispielsweise von 10 nm bis 1 mm, vorzugsweise von 100 nm bis 100 µm, besonders bevorzugt von 1 µm bis 25 µm, idealerweise von 5 µm bis 15 µm verwendet werden. Der Klebstoff kann beispielsweise Epoxidharz aufweisen. Dieses kann eine sehr hohe Robustheit aufweisen. Es kann auch vorgesehen sein, dass der Klebstoff einen UV-Klebstoff aufweist, welcher insbesondere durch UV-Licht gehärtet und/oder gelöst werden kann. Dabei kann bei dem Ablösen der Klebstoff (zusammen mit dem Trägersubstrat) abgelöst werden.
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Im Rahmen der Erfindung ist es optional möglich, dass das zumindest teilweise Ablösen ein mechanisches Abziehen zumindest eines nach außen weisenden Teils der Außenschicht, insbesondere der Isolationsschicht, in dem von der Kontur definierten Bereich umfasst.
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Ferner kann es im Rahmen der Erfindung vorgesehen sein, dass durch das zumindest teilweise Ablösen die Ausnehmung entsteht, wobei ein nach außen (von dem Batteriekörper weg) weisender Boden der Ausnehmung eingerichtet ist für ein Anbinden, insbesondere ein Befestigen und/oder Ankleben, an einer benachbarten Batteriezelle, wobei insbesondere der Boden, insbesondere die verbleibende Isolationsschicht und/oder das Trägersubstrat, eine Oberflächenstruktur aufweist, vorzugsweise aufweisend eine erhöhte Oberflächenrauigkeit, welche beim Anbinden eine erhöhte Haftkraft bereitstellt.
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Dabei kann das das (mechanische) Anbinden ein (aneinander) Anordnen, vorzugsweise ein (irreversibles) Befestigen, insbesondere ein Ankleben, z. B. mit einem Anbindungsklebstoff, umfassen. Dabei kann die benachbarte (anfangs getrennte) Batteriezelle, insbesondere umfassend eine zu der Ausnehmung komplementäre Ausbuchtung, an der Batteriezelle, insbesondere an und/oder in der Ausnehmung, positioniert werden. Davor, danach und/oder währenddessen kann ein Anbinden, insbesondere ein Befestigen und/oder Auftragen eines Anbindungsklebstoffs (dazwischen), durchgeführt werden. Durch das Anbinden kann eine rigide Trägerstruktur und/oder ein Batteriesystem umfassend zumindest zwei Batteriezellen ausgebildet werden. Die Ausnehmung, insbesondere der Boden der Ausnehmung, kann dabei bevorzugt eine Oberflächenstruktur aufweisen. Diese kann auf dem Gehäuse ausgebildet sein. Dabei kann es vorgesehen sein, dass ein Material des Gehäuses, insbesondere durch den Laser, (an der Oberfläche) aufgeraut wird. Alternativ oder zusätzlich (und besonders bevorzugt) kann es vorgesehen sein, dass die Isolationsschicht, insbesondere das Trägersubstrat und/oder der Klebstoff, zumindest teilweise zurückbleibt (beim Ablösen), und vorzugsweise (dadurch) die Rückstände eine (raue) Oberflächenstruktur aufweisen. Dabei kann der Boden für eine erhöhte Oberflächenrauigkeit eingerichtet sein. Dies kann beispielsweise durch den Laser, insbesondere durch die Art des Erwärmens (siehe unten) ermöglicht werden. Dabei kann es vorgesehen sein, die Oberflächenstruktur, insbesondere die Oberflächenrauigkeit, durch eine Rauheitsmessung, also entsprechende rz-Werte, z. B. mit einem Profilometer, nachzuweisen und/oder zu überprüfen. Alternativ oder zusätzlich kann es vorgesehen sein, ein optisches Messverfahren zu verwenden, beispielsweise Lasertriangulation, Fokalmikroskopie und/oder Rasterkraftmikroskopie (AFM). Die Oberflächenstruktur kann dabei ein (sich wiederholendes) Muster aufweisen und/oder geometrische Formen aufweisen. Dies kann die Herstellungsgeschwindigkeit verbessern. Die Oberflächenstruktur kann dabei, zumindest abschnittsweise, terrassenartig ausgebildet sein, insbesondere umfassend unterschiedliche Plateaus. Die Oberflächenstruktur kann dabei (regelmäßige) Berge und/oder Täler (im Boden) der Ausnehmung aufweisen. Diese können vergleichsweise einfach und/oder schnell hergestellt werden. Alternativ oder zusätzlich kann es vorgesehen sein, dass Kreise, Spiralformen, und/oder Polygone, insbesondere Hexagone, ausgebildet werden. Dies kann die Haftkraft (noch weiter) verbessern. Durch die Oberflächenstruktur kann (jeweils) ein verbessertes Anbinden, insbesondere mit einer verbesserten Haftkraft, bereitgestellt werden. Alternativ oder zusätzlich kann es vorgesehen sein, auf den Boden und/oder das Gehäuse eine (raue) Oberflächenstruktur aufzubringen, beispielsweise aufzukleben. Dies kann beispielsweise durch ein (raues) Gitternetz, beispielsweise aus Kunststoff ermöglicht werden.
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In Bezug auf die vorliegende Erfindung ist es vorstellbar, dass bei dem Erwärmen der Außenschicht durch Abfahren und Bestrahlen mit dem Laser das Abfahren und Bestrahlen in Abhängigkeit von einem (geometrischen und/oder angulierten) Bestrahlungsmuster durchgeführt wird, wobei das Bestrahlungsmuster dazu eingerichtet ist, die Außenschicht, insbesondere die Isolationsschicht, vorzugsweise den Klebstoff, derart zu erwärmen, dass darin eine (geometrische) Erwärmungsstruktur ausgebildet wird, welche insbesondere spezifisch, vorzugsweise komplementär, ausgestaltet ist zu der Oberflächenstruktur, die am Boden der Ausnehmung nach dem zumindest teilweisen Ablösen zurückbleibt.
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Dabei kann der Laser und/oder das Verfahren dazu eingerichtet sein, den Laser (den Laserstrahl) beim Abfahren und/oder Bestrahlen an unterschiedlichen Positionen und/oder in unterschiedlichen Winkeln auszurichten. Alternativ oder zusätzlich kann der zumindest eine Laserparameter, insbesondere die Leistung, die Wellenlänge und/oder die Pulsrate, variiert werden. Dadurch kann die Erwärmungsstruktur spezifisch ausgebildet werden. Dabei kann sich ein bestimmter vordefinierter Bereich (eben die Erwärmungsstruktur) in der Außenschicht ausbilden. Bei einem (folgenden) zumindest teilweisen Ablösen, kann dadurch die Oberflächenstruktur (in der und/oder umfassend [zumindest teilweise] die [verbleibende] Isolationsschicht, insbesondere im Kleber und/oder dem Trägersubstrat und/oder der beides umfassenden Verbindung) ausgebildet werden. Die Oberflächenstruktur kann dabei bevorzugt komplementär zu der Erwärmungsstruktur ausgebildet sein.
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Ferner ist es vorstellbar, dass die Erwärmungsstruktur und/oder Oberflächenstruktur zumindest abschnittsweise eine variierende Dicke aufweist, vorzugsweise durch eine Vielzahl an Vertiefungen (Täler) und/oder Erhöhungen (Berge).
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Dabei können die Vertiefungen und/oder Erhöhungen als Rillen und/oder Ausbuchtungen ausgebildet sein. Dabei können die Vertiefungen und/oder Erhöhungen relativ zu einer (nach außen weisenden) Oberfläche des Batteriekörpers, des Gehäuses, der Isolationsschicht, des Trägersubstrats und/oder des Klebstoffs, ausgebildet sein, wobei insbesondere die variierende Dicke, vorzugsweise die Vertiefungen und Erhöhungen zumindest teilweise (im Wesentlichen) senkrecht zu der Oberfläche ausgestaltet sind.
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Im Rahmen der Erfindung kann es von Vorteil sein, dass das Definieren und/oder Erwärmen, insbesondere das Bestrahlungsmuster, eine Vorzugsrichtung aufweist, wodurch die Ausnehmung und/oder der Boden, und insbesondere die Oberflächenstruktur, ein verbessertes Flächenträgheitsmoment, insbesondere für ein Anbinden an einer benachbarten Batteriezelle, bereitstellt.
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Beispielsweise kann die Kontur und/oder der Bereich länglich, rechteckig, streifenförmig, z. B. entlang einer Vertikalen, ausgestaltet sein, wobei die entstehende Ausnehmung entsprechend (ebenfalls) im Wesentlichen entlang der Vertikalen angeordnet ist. Dadurch kann die Haftkraft und/oder das Flächenträgheitsmoment bei dem und/oder durch das Anbinden optimiert werden. Dadurch kann die Robustheit und/oder Festigkeit verbessert werden. Dadurch kann auch die Anzahl und/der Fläche der Ausnehmung (vergleichsweise) reduziert ausgestaltet sein, was insbesondere die Fertigungszeit minimieren kann. Alternativ oder zusätzlich kann (selbstverständlich) auch eine Vorzugsrichtung entlang der Horizontalen und/oder Querrichtung ermöglicht werden (welche jeweils senkrecht zu einander und/oder zur Vertikalen ausgebildet sind). Dadurch kann eine (weiter) verbesserte Verbindung ermöglicht werden. Es kann dadurch auch, in Abhängigkeit von der (finalen) Geometrie und/oder Bauform des Batteriesystems, eine Anordnung und/oder Ausdehnung der Ausnehmungen und/oder Anbindungen ermöglicht werden, welche (insgesamt) eine optimierte (mechanische) Robustheit und/oder (dadurch) Sicherheit ermöglicht. Dadurch können die Batteriezellen und/oder das Batteriesystem eine besonders gute Robustheit gegenüber externer Krafteinwirkung aufweisen.
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Die obenstehende Aufgabe wird ferner gelöst durch eine erfindungsgemäße Batteriezelle, umfassend einen Batteriekörper zur Energiespeicherung und eine den Batteriekörper umgebende Außenschicht, wobei die Außenschicht zumindest eine Ausnehmung aufweist, welche durch das Verfahren gemäß dem ersten Aspekt hergestellt wurde.
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Damit ergeben sich in Bezug auf eine erfindungsgemäße Batteriezelle die gleichen Vorteile, wie sie bereits in Bezug auf ein erfindungsgemäßes Verfahren beschrieben worden sind.
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Die obenstehende Aufgabe wird ferner gelöst durch ein erfindungsgemäßes Batteriesystem, insbesondere für ein Fahrzeug, umfassend zumindest eine Batteriezelle gemäß dem zweiten Aspekt.
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Damit ergeben sich in Bezug auf ein erfindungsgemäßes Batteriesystem die gleichen Vorteile, wie sie bereits in Bezug auf ein erfindungsgemäßes Verfahren und/oder eine erfindungsgemäße Batteriezelle beschrieben worden sind.
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Auch vorgesehen sein kann ein Batteriesystem, umfassend zumindest eine zu der Batteriezelle benachbarte Batteriezelle, welche durch ein Anbinden zumindest teilweise an und/oder in einer Ausnehmung der Batteriezelle angeordnet ist.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Dabei zeigen beispielhaft
- 1 ein Verfahren und
- 2 eine Batteriezelle.
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In den Figuren werden für die gleichen technischen Merkmale, auch von unterschiedlichen Ausführungsbeispielen, die identischen Bezugszeichen verwendet.
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1 zeigt ein Verfahren zur Herstellung einer Ausnehmung 25 in einer Außenschicht 20, insbesondere einer Isolationsschicht 22 der Außenschicht 20, einer Batteriezelle 100, insbesondere für ein Batteriesystem eines Fahrzeugs, das Verfahren aufweisend:
- - Bereitstellen 110 einer Batteriezelle 100, aufweisend
- ◯ einen Batteriekörper 10 zur Energiespeicherung,
- ◯ eine den Batteriekörper 10 umgebende Außenschicht 20,
- - Definieren 120 einer Kontur K einer Ausnehmung 25 in der Außenschicht 20 durch Abfahren und Bestrahlen der Außenschicht 20 mit einem Laser,
- - Erwärmen 130 der Außenschicht 20 durch Abfahren und Bestrahlen mit dem Laser, in einem von der Kontur K definierten Bereich B, und
- - zumindest teilweises Ablösen 140 der Außenschicht 20 in dem von der Kontur K definierten Bereich B, um die Ausnehmung 25 in der Außenschicht 20 herzustellen.
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Im Rahmen der Erfindung kann es von Vorteil sein, dass das Bereitstellen 110 ein Fertigen 111 der Batteriezelle 100 umfasst, aufweisend:
- - Herstellen 112 des Batteriekörpers 10 zur Energiespeicherung,
- - Herstellen 113 der Außenschicht 20, umfassend ein Gehäuse 21 und eine Isolationsschicht 22, auf einer nach außen weisenden Oberfläche des Batteriekörpers 10, umfassend:
- ◯ Anordnen 114 des Gehäuses 21 an dem Batteriekörper 10, wodurch das Gehäuse 21 den Batteriekörper 10 vollumfänglich umgibt,
- ◯ Anordnen 115 eines Trägersubstrats 22.1 auf dem Gehäuse 21 und
- ◯ Auftragen 116 eines Klebstoffs 22.2 auf dem Trägersubstrat 22.1, um die Isolationsschicht 22, umfassend das Trägersubstrat 22.1 und den Klebstoff 22.2, zu erhalten.
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Im Rahmen der Erfindung ist es denkbar, dass bei dem Definieren 120 die Kontur K eine in sich geschlossene Form auf einer nach außen weisenden Oberfläche der Außenschicht 20 aufweist, wobei die Form der Kontur K für die Ausnehmung 25 spezifisch ist.
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Es kann im Rahmen der Erfindung vorgesehen sein, dass bei dem Definieren 120 die Kontur K in die Außenschicht 20 gebrannt wird, wobei die Außenschicht 20 zumindest teilweise entfernt wird, wobei insbesondere die Isolationsschicht 22 vollständig entfernt wird und das Gehäuse 21 nicht entfernt wird.
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Es ist ferner denkbar, dass, insbesondere vor dem Definieren 120 und/oder Erwärmen 130, ein Vorbehandeln 119 der Außenschicht 20, insbesondere der Isolationsschicht 22, durch ein Lösungsmittel durchgeführt wird, welches dazu eingerichtet ist das Definieren 120 und/oder Erwärmen 130 zu erleichtern.
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Auch ist es denkbar, dass das Erwärmen 130 der Außenschicht 20 durch Abfahren und Bestrahlen einen von der Kontur K umrahmten Bereich B der Außenschicht 20 umfasst, wobei insbesondere die Isolationsschicht 22, vorzugsweise der Klebstoff 22.2 in der Isolationsschicht 22, durch den Laser zumindest teilweise gelöst wird, wobei insbesondere der Klebstoff 22.2 derart stark erhitzt wird, dass er sich löst und/oder verbrannt wird.
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Im Rahmen der Erfindung ist es optional möglich, dass das zumindest teilweise Ablösen 140 ein mechanisches Abziehen zumindest eines nach außen weisenden Teils der Außenschicht 20, insbesondere der Isolationsschicht 22, in dem von der Kontur K definierten Bereich B umfasst.
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Ferner kann es im Rahmen der Erfindung vorgesehen sein, dass durch das zumindest teilweise Ablösen 140 die Ausnehmung 25 entsteht, wobei ein nach außen weisender Boden 25.1 der Ausnehmung 25 eingerichtet ist für ein Anbinden 150, insbesondere ein Befestigen und/oder Ankleben, an einer benachbarten Batteriezelle, wobei insbesondere der Boden 25.1 eine Oberflächenstruktur aufweist, vorzugsweise aufweisend eine erhöhte Oberflächenrauigkeit, welche beim Anbinden 150 eine erhöhte Haftkraft bereitstellt.
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In Bezug auf die vorliegende Erfindung ist es vorstellbar, dass bei dem Erwärmen 130 der Außenschicht 20 durch Abfahren und Bestrahlen mit dem Laser das Abfahren und Bestrahlen in Abhängigkeit von einem Bestrahlungsmuster durchgeführt wird, wobei das Bestrahlungsmuster dazu eingerichtet ist, die Außenschicht 20, insbesondere die Isolationsschicht 22, vorzugsweise den Klebstoff 22.2, derart zu erwärmen, dass darin eine Erwärmungsstruktur ausgebildet wird, welche insbesondere spezifisch, vorzugsweise komplementär, ausgestaltet ist zu der Oberflächenstruktur, die am Boden 25.1 der Ausnehmung 25 nach dem zumindest teilweisen Ablösen 140 zurückbleibt.
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Ferner ist es vorstellbar, dass die Erwärmungsstruktur und/oder Oberflächenstruktur zumindest abschnittsweise eine variierende Dicke aufweist, vorzugsweise durch eine Vielzahl an Vertiefungen und Erhöhungen.
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Im Rahmen der Erfindung kann es von Vorteil sein, dass das Definieren 120 und/oder Erwärmen 130, insbesondere das Bestrahlungsmuster, eine Vorzugsrichtung aufweist, wodurch die Ausnehmung 25, und insbesondere die Oberflächenstruktur, ein verbessertes Flächenträgheitsmoment, insbesondere für ein Anbinden 150 an einer benachbarten Batteriezelle, bereitstellt.
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2 zeigt eine Batteriezelle 100 (in einem Schnitt), aufweisend
- - einen Batteriekörper 10 zur Energiespeicherung und
- - eine den Batteriekörper 10 umgebende Außenschicht 20, wobei die Außenschicht 20 ein Gehäuse 21 und eine Isolationsschicht 22 aufweist.
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Dabei kann die Isolationsschicht 22 ein Trägersubstrat 22.1 und einen Klebstoff 22.2 aufweisen. Dabei kann der Klebstoff 22.2 das (z. B. netzartige) Trägersubstrat 22.1 durchdringen und/oder umgeben, um die Isolationsschicht 22 zu bilden, insbesondere nach einem Aushärten. Dabei kann die Isolationsschicht 22 zweiteilig ausgebildet sein und/oder eine Verbindung aus Trägersubstrat 22.1 und Klebstoff 22.2 aufweisen.
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Die Ausnehmung 25 kann dabei in der Außenschicht 20, insbesondere in der Isolationsschicht 22, angeordnet sein. Dabei kann die Kontur K die Ränder der Ausnehmung 25 umfassen. Die Isolationsschicht 22 wurde vorliegend im Bereich B durch ein Erwärmen 130 und/oder Ablösen 140 entfernt. Das Gehäuse 21 kann zurückbleiben.
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Die Ausnehmung 25, insbesondere der Boden 25.1 der Ausnehmung 25, kann dabei zumindest abschnittsweise die Oberflächenstruktur (nicht dargestellt) aufweisen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Batteriekörper
- 20
- Außenschicht
- 21
- Gehäuse
- 22
- Isolationsschicht
- 22.1
- Trägersubstrat
- 22.2
- Klebstoff
- 25
- Ausnehmung
- 25.1
- Boden
- 100
- Batteriezelle
- 110
- Bereitstellen
- 111
- Fertigen
- 112
- Herstellen
- 113
- Herstellen
- 114
- Anordnen
- 115
- Anordnen
- 116
- Auftragen
- 119
- Vorbehandeln
- 120
- Definieren
- 130
- Erwärmen
- 140
- Ablösen
- 150
- Anbinden
- B
- Bereich
- K
- Kontur
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2024/0014479 A1 [0002]
- CN 219203451 [0002]
- US 2022/0045406 A1 [0002]