DE102022132987A1

DE102022132987A1 - Batteriezelle, Batteriemodul mit wenigstens zwei Batteriezellen und Kraftfahrzeug mit einem Batteriemodul

Info

Publication number: DE102022132987A1
Application number: DE102022132987.9A
Authority: DE
Inventors: Oliver Schieler; Markus Thurmeier
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2022-12-12
Filing date: 2022-12-12
Publication date: 2024-06-13

Abstract

Die Erfindung betrifft eine als Feststoff-Batteriezelle ausgebildete Batteriezelle (1) mit einer elektrochemischen Einheit (2) und einem Gehäuse (6) zum Aufnehmen der elektrochemischen Einheit (2). Die elektrochemische Einheit (2) umfasst zumindest ein Elektrodenpaar und einen als Festkörper ausgebildeten Elektrolyten. Das Gehäuse (6) umfasst zumindest ein Ausdehnungselement (9, 10), welches ausgebildet ist, sich in Abhängigkeit von einem Ladezustand der elektrochemischen Einheit (2) auszudehnen. Dabei erstreckt sich das zumindest eine Ausdehnungselement (9, 10) senkrecht zu einer jeweils vorbekannten, von dem Ladezustand abhängigen Hauptausdehnungsrichtung (R1, R2) der elektrochemischen Einheit (2) umlaufend um das Gehäuse (6). So kann beim Ausdehnen der elektrochemischen Einheit (2) in die jeweiligen Hauptausdehnungsrichtung (R1, R2) eine homogene Ausdehnung des Gehäuses (6) ermöglicht werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Batteriezelle, umfassend eine elektrochemische Einheit und ein Gehäuse zum Aufnehmen der elektrochemischen Einheit. Die Erfindung betrifft auch ein Batteriemodul mit wenigstens zwei entsprechenden Batteriezellen und einem Modulgehäuse zum Aufnehmen der wenigstens zwei Batteriezellen. Schließlich betrifft die Erfindung auch ein Kraftfahrzeug mit einem entsprechenden Batteriemodul.
Es gibt Kraftfahrzeuge, sogenannte Elektrofahrzeuge oder HybridFahrzeuge, oder andere Anwendungen, die mittels eines elektrischen Antriebs betrieben werden können. Der elektrische Antrieb kann zum Beispiel einen Elektromotor und eine zugehörige Antriebsbatterie umfassen. Die Antriebsbatterie dient als Energiequelle oder Energieversorger für den Elektromotor. Umgekehrt gibt es zum Beispiel auch Betriebsformen, bei denen der Elektromotor als Energiequelle für die Antriebsbatterie dient, was insbesondere im Fahrzeugbereich als Rekuperation bezeichnet wird.
Die Antriebsbatterie kann aus einer oder mehreren Batteriezellen aufgebaut sein. Eine Batteriezelle ist ein an sich bekannter elektrochemischer Energiespeicher. Im fahrzeugbereich werden vorzugweise wiederaufladbare Batteriezellen, auch Akkumulatorzelle oder Sekundärbatterie (sonst: Primärzelle) genannt, eingesetzt. Mehrere Batteriezellen, beispielsweise 5 bis 10, können zu einem sogenannten Batteriemodul gruppiert oder verschaltet sein. Die Anzahl und Verschaltung der verwendeten Batteriezellen und/oder Batteriemodule hängt von einer zu speichernden Energiemenge und/oder einer gewünschten Nennspannung ab.
In heutigen Batteriezellen, wie sie zum Beispiel im Fahrzeugbereich eingesetzt werden, wird eine elektrochemische Einheit mit einem flüssigen Elektrolyten eingesetzt. Mit der elektrochemischen Einheit ist vorliegend ein elektrochemisch aktiver Teil der Batteriezelle gemeint. Dieser gibt die Zellchemie vor. Wird ein flüssiger Elektrolyt verwendet, wird die elektrochemischen Einheit auch galvanische Einheit genannt. Die galvanische Einheit umfasst zum Beispiel die Elektroden (Anode, Kathode) den Elektrolyten und einen Separator. Eine Batteriezelle mit galvanischer Einheit wird auch als Redox-Batteriezelle oder galvanische Zelle bezeichnet.
Bei solchen Redox-Batteriezellen kommt es bekanntermaßen abhängig von einem Ladezustand oder abhängig vom Alterungszustand zum sogenannten Swelling. Durch das Swelling verändert sich insbesondere mit jedem Ladezyklus, also beim Laden und Entladen, das Volumen oder die Zelldicke der galvanischen Einheit uns somit der Batteriezelle. Bei herkömmlichen Redox-Batteriezellen sind zum Beispiel Volumenänderungen von bis zu 5 Prozent möglich.
Diese Volumenänderung ist bei der Umsetzung eines Gehäuses für die Batteriezelle zu berücksichtigen. Das Gehäuse hält oder umschließt die galvanische Einheit. Für ein Gehäuse, das für Swelling ausgelegt ist, sind aus dem Stand der Technik verschiedene Möglichkeiten bekannt.
Zum Beispiel offenbart die DE 10 2009 010 146 A1 eine galvanische Zelle mit wenigstens zwei Gehäuseteilen, welche einen Elektrodenstapel zumindest teilweise umschließen. Die Gehäuseteile sind streckenweise durch eine dehnbar ausgestaltete Verbindungsnaht miteinander verbunden.
Die CN 107 160 744 A1 offenbart eine Batteriezelle mit einem flexiblen externen Gehäuse. Zwei Teile des Gehäuses sind mittels zwei flexiblen Puffermaterialien miteinander gekoppelt.
Die DE 10 2011 005 681 A1 offenbart einen Lithium-Ionen-Akkumulator mit einem in einem Gehäuse angeordneten Wickel, der aus zumindest einer Kathode, zumindest einer Anode und zumindest einem Separator und zumindest einem zwischen der Kathode und der Anode angeordneten nichtwässrigen Elektrolyten besteht. Ein Federelement des Akkumulators presst die Kathode, die Anode, den Separator sowie den Elektrolyten im normalen Betriebszustand des Akkumulators aneinander.
Die Zellchemie von Batteriezellen ist heutzutage Gegenstand intensiver Forschungen. Dadurch kommt es zur Weiterentwicklung von verschiedenen Batterietechnologien, so dass ständig neue Arten von Batteriezellen auf dem Markt erscheinen. Eine neue Art von Batterietechnologie stellt zum Beispiel die so genannte Solid State-Batterie oder Festkörper- oder Feststoff-Batterie dar. Hierbei wird eine Batteriezelle eingesetzt, deren Elektrolyt aus einem Feststoff anstatt wie bei galvanischen Zellen aus einer Flüssigkeit besteht. Solche Batteriezellen werden im Folgenden auch als Feststoffzellen bezeichnet.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein verschleißarmes Gehäuse für eine Feststoffzelle bereitzustellen.
Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich durch die abhängigen Patentansprüche, die Beschreibung sowie die Figuren.
Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass für Feststoffzellen die Toleranz oder Flexibilität des Gehäuses, wie sie für galvanische Zellen eingesetzt wird, nicht mehr ausreicht. Solche Feststoffzellen benötigen mehr Platz als galvanische Zellen, um sich ladezustandsabhängig auszudehnen (expandieren) und wieder zusammenziehen (komprimieren). Die einhergehende Volumenveränderung wird bei Feststoffzellen als Zellatmen bezeichnet. Im Gegensatz zum Swelling kann das Zellatmen eine Volumenveränderung von bis zu 25 % bewirken. Für herkömmliche Zellmaße kann dies einer Längenänderung von 1 cm bis 5 cm entsprechen, während beim Swelling die Längenänderungen beispielsweise zwischen 1 mm und 5 mm liegt.
Vorliegend beziehen sich die Angaben insbesondere auf eine zerstörungsfreie und/oder reversible Volumenveränderung. Das heißt, die betroffene Zelle wird in ihrer Funktionsfähigkeit durch die Volumenveränderung nicht oder nicht messbar beeinträchtigt. Toleranzen im Zentimeterbereich können bisher bekannte Gehäuse für Batteriezellen nicht realisieren, ohne dass zur Beschädigung oder einem erhöhten Verscheiß der Zellen kommt.
Um das Gehäuse an die Feststoff-Technologie anzupassen, schlägt die Erfindung gemäß einem Aspekt eine Batteriezelle umfassend eine elektrochemische Einheit und ein Gehäuse zum Aufnehmen der elektrochemischen Einheit vor. Dabei ist die Batteriezelle als Feststoffzelle (kurz für Feststoff-Batteriezelle oder Festkörper-Akkumulator) ausgebildet. Das Gehäuse umfasst zumindest ein Ausdehnungselement, welches ausgebildet ist, sich und somit das Gehäuse, in Abhängigkeit von einem Ladungszustand der elektrochemischen Einheit auszudehnen. Das Ausdehnungselement ist somit Bestandteil des Gehäuses und kann sich beim Atmen der elektrochemischen Einheit, was zum Beispiel durch Laden und Entladen vorkommt, ausweiten oder vergrößern. Anders ausgedrückt, kann das Ausdehnungselement mehrere Gehäuseteile insbesondere stoffschlüssig miteinander verbinden. Das Ausdehnungselement ist dabei dehnbar oder flexibel oder elastisch ausgebildet. Somit ist auch das Gehäuse durch das Ausdehnungselement flexibel ausgestaltet. Beim Ausdehnen kann sich die Oberfläche des Gehäuses vergrößern.
Das zumindest eine Ausdehnungselement erstreckt sich dabei senkrecht zu einer jeweils vorbekannten, von dem Ladungszustand abhängigen Hauptausdehnungsrichtung der elektrochemischen Einheit umlaufend um das Gehäuse. Eine Umlaufrichtung, in der sich das Ausdehnungselement um das Gehäuse herum erstreckt oder an dem Gehäuse angeordnet ist, verläuft somit senkrecht zu einer zugeordneten Hauptausdehnungsrichtung, in die sich die elektrochemische Einheit beim Laden und Entladen ausdehnt. Somit ist das Ausdehnungselement ausgebildet, beim Ausdehnen der elektrochemischen Einheit in die jeweilige Hauptausdehnungsrichtung eine homogene Ausdehnung des Gehäuses zu ermöglichen.
Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass die Zellatmung, wie sie von Feststoffzellen bekannt ist, von dem Gehäuse aufgenommen werden kann. Insbesondere kann sich das Gehäuse so homogen, also gleichmäßig ausdehnen und dem ladezustandsabhängigen Ausdehnen der Feststoffzelle folgen. Dadurch kann vermieden werden, dass die Feststoffzelle an bestimmten Bereichen eingequetscht wird. Insgesamt wird somit ein verbessertes, verschleißarmes Gehäuse für eine Feststoffzelle bereitgestellt.
Das Ausdehnungselement verläuft umlaufend um das Gehäuse herum. Umlaufend bedeutet hier, dass das Ausdehnungselement entlang von Gehäusewänden des Gehäuses einmal vollständig herum verläuft. Das heißt, alle Seiten oder Wänden des Gehäuses, die senkrecht zur Hauptausdehnungsrichtung liegen, umfassen zumindest einen Teil des Ausdehnungselements. In die Hauptausdehnungsrichtung ist somit die Ausdehnung des Gehäuses nach Art einer Ziehharmonika möglich. Mit einer homogenen Ausdehnung ist vorliegend insbesondere eine im Wesentlichen gleichmäßige Ausdehnung gemeint. Das heißt vorzugsweise, alle Seiten des Gehäuses werden bei der Ausdehnung um dieselbe Strecke ausgedehnt oder vergrößert.
Wie eingangs erwähnt, ist mit einer Feststoffzelle eine Batteriezelle gemeint, die ein Festelektrolyt statt einer Flüssigkeit als Elektrolyten umfasst. Ein Festelektrolyt kann aus einem anorganischen kristallinen Material oder aus einem festen Polymer oder einer Kombination davon bestehen. Beispiele für heute bekannte Festelektrolytmaterialien sind unter anderem Lithium-Aluminium, Titanphosphat oder Lithium-Germanium-Phosphorschwefel-Sulfid. Natürlich sind auch andere Elektrolytzusammensetzungen für den Festelektrolyten denkbar.
Die Hauptausdehnungsrichtung meint vorliegend insbesondere eine Richtung, in der die Batteriezelle, insbesondere die elektrochemische Einheit, eine maximale Ausdehnung abhängig vom Ladezustand erfährt. Die Hauptausdehnungsrichtung hängt insbesondere davon ab, wie die elektrochemische Einheit zusammengesetzt ist. Zum Beispiel kann die Hauptausdehnungsrichtung von einer Stapelrichtung der Elektroden oder einer Wicklung der Elektroden zu einem so genannten Wickel abhängen. Üblicherweise ist der Aufbau einer Batteriezelle so gewählt, dass die Hauptausdehnungsrichtung sich parallel zu den Seiten des Gehäuses erstreckt, an denen die Batteriepole ausgeführt sind, die als Schnittstelle zur Kontaktierung der Kathode und der Anode dienen.
Die Batteriezelle ist vorliegend vorzugsweise eine geschlossene Zelle. Das heißt, das Gehäuse kann die galvanische Einheit vollständig umhüllen oder umschließen. Insbesondere kann die Batteriezelle als so genannte prismatische Batteriezelle oder Pouchzelle oder Rundzelle ausgebildet sein. Das heißt, die geometrische Form der Batteriezelle kann der Form eines Quaders oder einer Tasche oder eines Zylinders entsprechen. Insgesamt kann das Gehäuse somit senkrecht zur Hauptausdehnungsrichtung wenigstens zwei Seiten beziehungsweise zwei Kanten umfassen, die die Seiten des Gehäuses voneinander abtrennen.
Die elektrochemische Einheit kann vorzugsweise direkt in das Gehäuse eingepasst sein. Das heißt, das Gehäuse, insbesondere dessen Gehäusewände können die elektrochemische Einheit zumindest in Hauptausdehnungsrichtung, bevorzugt von allen Seiten anliegend kontaktieren. Die Ausdehnung des Gehäuses hängt somit unmittelbar mit der Ausdehnung der elektrochemischen Einheit, also deren Ladezustand zusammen. Das heißt, die Ausdehnung der elektrochemischen Einheit bewirkt insbesondere unmittelbar eine Ausdehnung des Gehäuses.
Mit „Ausdehnen“ ist vorliegend besonders bevorzugt ein Vergrößern und Verkleinern der Oberfläche oder des Volumens oder einer Seitenlänge gemeint. Vorzugsweise ist das Ausdehnelement somit reversibel ausdehnbar. Das bedeutet, dass das Ausdehnelement sowohl das Ausdehnen als auch das Zusammenziehen der elektrochemischen Einheit beim Atmen nachbilden kann. Dazu eignet sich insbesondere ein Ausdehnungselement aus einem elastischen Material.
Beim Ausdehnen kann die Batteriezelle insbesondere zwischen zumindest zwei Zuständen, nämlich einem (vollständig) ausgedehnten und einem (vollständig) unausgedehnten Zustand und umgekehrt wechseln. Der unausgedehnte Zustand kann ein Zustand sein, in dem die Batteriezelle vollständig entladen, also eine gespeicherte Energiemenge oder Kapazität von im Wesentlichen 0 Prozent aufweist. Der ausgedehnte Zustand kann ein Zustand sein, in dem die Batteriezellen vollständig geladen, also eine gespeicherte Energiemenge oder Kapazität von im Wesentlichen 100 Prozent aufweisen. Natürlich sind auch verschiedene Zwischenzustände vorzugsweise stufenlos zwischen den beiden Zuständen möglich.
Mit dem ausgedehnten Zustand ist vorliegend eine Volumenvergrößerung gemeint, die das Gehäuse gerade noch aufnehmen kann, ohne dass es zu einer Beanspruchung oder zu Defekten im Material des Gehäuses kommt. Der ausgedehnte Zustand beschreibt somit die Ausdehnungsgrenze für das Ausdehnungselement. Im Vergleich dazu beschreibt der unausgedehnte Zustand sozusagen einen Ruhezustand des Ausdehnungselements.
Zu der Erfindung gehören auch Ausführungsformen, durch die sich zusätzliche Vorteile ergeben.
Gemäß einer Ausführungsform ist das zumindest eine Ausdehnungselement ausgebildet, in einem vollständig ausgedehnten oder expandierten Zustand in der Seitenlänge des Gehäuses entlang der Hauptausdehnungsrichtung im Vergleich zu einem unausgedehnten Zustand oder Ruhezustand um 15 Prozent, insbesondere um 20 Prozent, vorzugsweise um 25 Prozent zu vergrößern.
Bei Dimensionen, wie sie für heutige Feststoffzellen bekannt sind, ergibt sich somit eine Größenänderung im Bereich von einigen Zentimetern, zum Beispiel im Bereich von 2 bis 5 cm. So kann der notwendige Platz, den eine Feststoffzelle im Gehäuse benötigt, bereitgestellt werden.
Gemäß einer Ausführungsform weist das zumindest eine Ausdehnungselement einen Faltbereich auf. Dabei ist der Faltbereich in einem unausgedehnten Zustand des Ausdehnungselements gefaltet an dem Gehäuse angeordnet. In einem ausgedehnten Zustand des Ausdehnungselements ist der Faltbereich entfaltet an dem Gehäuse angeordnet. Das heißt, das Ausdehnungselement kann durch einen Materialüberschuss des Gehäuses gebildet sein. Dieser kann sich wie der Balg einer Ziehharmonika abhängig von dem Ladezustand falten oder entfalten. Bevorzugt kann das Ausdehnungselement nach Art eines Faltenbalgs ausgebildet sein. Eine Form, in welcher das Ausdehnungselement in dem Faltbereich gefaltet ist, kann frei wählbar sein. Beispiele für verschiedene Formen sind unter anderem eine Sägezahnform, eine Dreiecksform, eine Schlangenform, eine U-Form und/oder Kombinationen hiervon oder eine andere beliebige geometrische Form.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das zumindest eine Ausdehnungselement mehrere Segmente. Diese sind entlang der Hauptausdehnungsrichtung das Gehäuse umlaufend versetzt zueinander angeordnet. Anders ausgedrückt, können jeweils zwei der Segmente entlang der Hauptausdehnungsrichtung, also senkrecht zur Umlaufrichtung zueinander verschoben positioniert sein. Die Enden der Segmente brauchen sich somit nicht berühren. Ein Umlauf des Ausdehnungselements senkrecht zur Umlaufrichtung ist folglich unterbrochen. Das heißt, die Segmente brauchen nicht unmittelbar miteinander verbunden oder kontaktiert sein. Je Seite des Gehäuses kann zum Beispiel genau ein Segment vorgesehen sein. Durch den Versatz können die Segmente entlang der Hauptausdehnungsrichtung an unterschiedlichen Positionen an jeder Seite angeordnet sein.
Im Gegensatz dazu ist gemäß einer Ausführungsform vorgesehen, dass das Ausdehnungselement einteilig ausgebildet ist und sich ununterbrochen umlaufend um das Gehäuse herum erstreckt. Das heißt, das Ausdehnungselement verläuft am Stück entlang des Gehäuses. Eine Segmentierung erfolgt vorzugsweise nicht.
Gemäß einer Ausführungsform sind das zumindest eine Ausdehnungselement und das Gehäuse einstückig aus demselben Material gefertigt. Das Ausdehnungselement kann somit integraler Bestandteil des Gehäuses sein. Das Ausdehnungselement kann beispielsweise durch Biegen oder Falten eines Teils des Gehäuses gebildet werden. Das Gehäuse kann zum Beispiel als Tiefziehkörper aus Aluminium ausgebildet sein. Das Ausdehnungselement kann dabei plastisch ausgebildet sein. Das Ausdehnen ist somit irreversibel, insbesondere nicht selbstständig rückstellbar zumindest ohne externe Krafteinwirkung.
Im Gegensatz dazu ist gemäß einer Ausführungsform vorgesehen, dass das Ausdehnungselement aus einem Material mit einem geringeren Elastizitätsmodul als einem Material des Gehäuses ausgebildet ist. Das heißt, das Ausdehnungselement ist elastischer als das Material des übrigen Gehäuses. Das Ausdehnungselement kann somit nachträglich mit dem übrigen Gehäuse verbunden werden. Zum Verbinden kann das Ausdehnungselement zum Beispiel angeklebt, verschweißt oder verlötet werden. Alternativ kann zum Beispiel ein Fügeverfahren angewendet werden, um das Ausdehnungselement an dem übrigen Gehäuse anzubringen.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Gehäuse zwei Ausdehnungselemente. Ein erstes der Ausdehnungselemente erstreckt sich dabei umlaufend um das Gehäuse senkrecht zu einer ersten Hauptausdehnungsrichtung der elektrochemischen Einheit. Ein zweites der Ausdehnungselemente erstreckt sich umlaufend um das Gehäuse senkrecht zu einer von der ersten unterschiedlichen zweiten Hauptausdehnungsrichtung der elektrochemischen Einheit.
Somit kann ein Gehäuse realisiert werden, welches sich in Abhängigkeit von dem Ladezustand in mehrere Richtungen, vorzugsweise in einer Ebene, ausdehnen kann. Die erste und zweite Hauptausdehnungsrichtung können zum Beispiel in einer Ebene senkrecht zueinander ausgerichtet sein. Vorzugsweise handelt es sich bei der Ebene um eine Ebene, die parallel zu der Seite verläuft, an der die Batteriepole ausgeführt sind.
Gemäß einem Aspekt betrifft die Erfindung auch ein Batteriemodul mit wenigstens zwei Batteriezellen, wie sie zuvor beschrieben worden sind. Vorzugsweise umfasst das Batteriemodul mehr als zwei, insbesondere fünf oder zehn Batteriezellen. Das Batteriemodul kann auch als Batteriepack bezeichnet werden. Das Batteriemodul umfasst außerdem ein Modulgehäuse, in dem die wenigstens zwei Batteriezellen in einer vorgegebenen Stapelrichtung nebeneinander angeordnet sind. Das heißt, das Modulgehäuse nimmt die wenigstens zwei Batteriezellen auf.
Um die zuvor beschriebene Ausdehnung der jeweiligen elektrochemischen Einheit der Batteriezellen zu realisieren, ist das Modulgehäuse analog zu dem Gehäuse der jeweiligen Batteriezelle ausgebildet. Das heißt, das Modulgehäuse umfasst zumindest ein Modulausdehnungselement, welches ausgebildet ist, sich und somit das Modulgehäuse, in Abhängigkeit von dem Ladezustand der elektrochemischen Einheit der wenigstens zwei Batteriezellen auszudehnen. Das zumindest eine Modulausdehnungselement erstreckt sich dabei senkrecht zu einer jeweils vorbekannten, von dem Ladezustand abhängigen Hauptausdehnungsrichtung der elektrochemischen Einheit umlaufend um das Modulgehäuse. Somit ist das Ausdehnungselement ausgebildet, beim Ausdehnen der elektrochemischen Einheiten in die jeweilige Hauptausdehnungsrichtung eine homogene Ausdehnung des Modulgehäuses zu ermöglichen.
In Bezug auf die Ausgestaltungen des Modulgehäuses und des Batteriemoduls sowie des Modulausdehnungselements wird auf das zur Batteriezelle Gesagte verwiesen.
Gemäß einem Aspekt betrifft die Erfindung auch ein Kraftfahrzeug mit einem Batteriemodul, wie es zuvor beschrieben wurde. Das Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen oder als Personenbus oder Motorrad ausgestaltet. Insbesondere kann das Kraftfahrzeug ein Elektrofahrzeug oder ein HybridFahrzeug sein, welches das Batteriemodul zur elektrischen Energieversorgung zum Beispiel für einen Antrieb des Kraftfahrzeugs nutzt. Dabei kann das Batteriemodul zum Beispiel als Antriebsbatterie oder Traktionsbatterie oder als Starterbatterie für das Kraftfahrzeug eingesetzt werden oder ein Teil der Antriebsbatterie sein.
Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Batteriemoduls und des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits in Zusammenhang mit den Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Batteriezelle beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Batteriemoduls und des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs hier nicht noch einmal beschrieben.
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 mit einem Ausdehnungselement gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
2 eine schematische Darstellung für verschiedene beispielhafte Formen für das Ausdehnungselement.

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 in schematischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel für eine Batteriezelle 1. Die Batteriezelle 1 ist ein wiederaufladbarer elektrochemischer Energiespeicher. Die Batteriezelle 1 kann somit auch als Akkumulator bezeichnet werden. Die Batteriezelle 1 umfasst eine elektrochemische Einheit 2 und ein Gehäuse 6 zum Aufnehmen der elektrochemischen Einheit 2. Wie in 1 gezeigt, ist die elektrochemische Einheit 2 dazu vollständig von dem Gehäuse 6 umhüllt oder eingeschlossen.
In 1 ist beispielhaft eine sogenannte prismatische Zelle als die Batteriezelle 1 dargestellt. Das heißt, die Batteriezelle 1 weist eine Quaderform oder Rechteckform auf. Insgesamt weist die Batteriezelle 1 sechs Seiten auf. In der perspektivischen Darstellung der Batteriezelle 1 in 1 sind eine Vorderseite 6a, eine rechte Seite 6b und eine Oberseite 6c sichtbar. Die übrigen drei Seiten sind eine der Vorderseite 6a gegenüberliegende Rückseite, eine der rechten Seite 6b gegenüberliegende linke Seite und eine der Oberseite 6c gegenüberliegende Unterseite. Natürlich sind auch andere geometrische Formen für die Batteriezelle 1, wie sie an sich bekannt sind, denkbar. Zum Beispiel kann die Batteriezelle 1 als Pouchzelle (taschen- oder beutelförmig) oder als zylindrische Zelle ausgebildet sein.
Die elektrochemische Einheit 2 ist der elektrochemisch aktive Teil der Batteriezelle 1. Das heißt, die elektrochemische Einheit 2 gibt die Zellchemie vor und kann zum Speichern oder Bereitstellen von elektrischer Energie in an sich bekannter Weise elektrische in chemische Energieumwandeln und umgekehrt. Vorliegend ist die Batteriezelle 1 als Feststoff-Batteriezelle oder Feststoffzelle ausgebildet. Das heißt, die elektrochemische Einheit weist keine flüssigen Bestandteile auf. Insbesondere ein Elektrolyt der elektrochemischen Einheit 2 ist als Festkörper ausgebildet.
1 zeigt beispielhaft, die Komponenten oder Bestandteilen aus denen die elektrochemische Einheit 2 aufgebaut sein kann. Zum einen umfasst die elektrochemische Einheit 2 eine Anode 3 und eine Kathode 4. Die Anode 3 und Kathode 4 bilden die Elektroden der elektrochemischen Einheit 2. Die Anode 3 und Kathode 4 können zum Beispiel als Folien oder Platten aus einem elektrisch leitfähigen Material ausgebildet sein. Hierzu eignen sich besonders Metalle zum Beispiel auf Basis von Lithium. Die Anode 3 kann zum Beispiel aus Lithiumtitanphosphat bestehen, während die Kathode zum Beispiel als Lithiumvanadiumphosphat besteht, um hier nur ein Beispiel zu nennen. Zwischen der Anode 3 und der Kathode 4 ist ein Festkörperelektrolyt 5 angeordnet. Der Festkörperelektrolyt 5 ist aus einem Feststoff, wie zum Beispiel aus einem anorganischen kristallinen Material oder einem festen Polymer oder einer Kombination davon, gebildet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel kann der Festkörperelektrolyt zum Beispiel aus Lithiumaluminiumtitanphosphat gebildet sein.
Wie in 1 gezeigt, sind die Anode 3, die Kathode 4 und der Festkörperelektrolyt 5 gestapelt, also in einer Sandwich-Bauweise nebeneinander oder benachbart angeordnet. Anders als in der Darstellung in 1 kann die elektrochemische Einheit 2 zum Beispiel aus mehreren solchen Stapeln aus Anode 3, Kathode 4 und Festkörperelektrolyt 5 zusammengesetzt sein. Eine alternative Bauform kann ein sogenannter Zellwickel sein, bei dem die Bauteile der elektrochemischen Einheit 2 aufgerollt sind.
Das Gehäuse 6 kann zum Beispiel aus einem Metall, wie zum Beispiel Aluminium oder einer Aluminiumverbindung hergestellt sein. An dem Gehäuse sind an der Oberseite 6c zwei Batteriepole, nämlich ein Minus-Pol 7 und ein Plus-Pol 8 ausgeführt. Die Batteriepole 7, 8 können auch als elektrischer Anschluss oder elektrischer Kontakt für die Batteriezelle 1. Das heißt, über die Batteriepole 7, 8 kann die Batteriezelle 1 zur elektrischen Energieversorgung an einen Verbraucher oder zum Beispiel mit anderen gleichartigen Batteriezellen zusammengeschlossen werden. Der Minus-Pol 7 ist mit der Anode 3 der elektrochemischen Einheit elektrisch verbunden. Der Plus-Pol 8 ist mit der Kathode 4 der elektrochemischen Einheit 2 verbunden. An den Batteriepolen 7, 8 ist eine Zellspannung der Batteriezelle 1 abgreifbar. Das heißt, über die Batteriepole 7, 8 kann die Batteriezelle 1, insbesondere die elektrochemische Einheit 2, mit elektrischer Energie versorgt, also geladen werden oder elektrische Energie bereitstellen, also entladen werden.
Bei Feststoffzellen tritt beim Laden oder Entladen der Effekt der sogenannten Zellatmung auf. Damit ist gemeint, dass sich ein Volumen der elektrochemischen Einheit 2 abhängig vom Ladezustand, also der gespeicherten oder aufgenommenen Menge an Energie, verändert. Insbesondere vergrößert sich das Zellvolumen, wenn die Zelle geladen ist oder geladen wird und das Zellvolumen verkleinert sich, wenn die Zelle entladen ist oder entladen wird.
Das Atmen bei Feststoffzellen erfolgt üblicherweise homogen. Das heißt, die die Volumenänderung erfolgt entlang einer jeweiligen Hauptausdehnungsrichtung R1, R2 gleichmäßig über eine Seiten verteilt. Im Gegensatz dazu bauchen galvanischen Zellen (Batteriezelle mit flüssigem Elektrolyten) aus, wobei in einem mittleren Bereich mehr Volumen zugelegt wird als in einem Randbereich. Das Ausbauchen wird bei galvanischen Zellen als Swelling bezeichnet.
Ein weiterer Unterschied zum Swelling besteht bei der Zellatmung von Feststoffzellen darin, dass die Volumenänderung sehr viel größer ist. Während bei galvanischen Zellen die Volumenänderung im Bereich von 1 bis 2 Prozent liegt, kann die Volumenänderung bei Feststoff-Zellen im Bereich von 10 bis 25 Prozent liegen. Das heißt, im ausgedehnten Zustand kann sich die Seitenlänge der Feststoffzelle im Vergleich zu einem unausgedehnten Zustand oder Ruhezustand um 15 Prozent, insbesondere um 20 Prozent, vorzugsweise um 25 Prozent vergrößern oder verändern. Bei typischen Abmessungen, wie sie Batteriezellen aufweisen, die heutzutage zum Beispiel im Kraftfahrzeugbereich eingesetzt werden, kann diese Volumenveränderung einer Längenänderung im Zentimeterbereich, also zum Beispiel zwischen 0,5 und 2,5 cm entsprechen.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel gemäß 1 sind beispielhaft zwei Hauptausdehnungsrichtungen R1, R2 für die elektrochemische Einheit 2 dargestellt. Die beiden Hauptausdehnungsrichtungen R1, R2 verlaufen senkrecht zueinander in einer Ebene parallel zu der Oberseite 6c, an der die Batteriepole 7, 8 ausgeführt sind. Eine erste Hauptausdehnungsrichtung R1 verläuft dabei zwischen der Vorderseite 6a und der gegenüberliegenden Rückseite. Eine zweite Hauptausdehnungsrichtung R2 verläuft senkrecht dazu zwischen der rechten Seite 6b und der linken Seite. Wie viele Hauptausdehnungsrichtungen es gibt und wie diese verlaufen ist beispielsweise abhängig von einem Aufbau der elektrochemischen Einheit 2.
1 zeigt die Batteriezelle 1 im unausgedehnten Zustand, also zum Beispiel im Ruhezustand. Dabei weist die Batteriezelle 1 entlang der ersten Hauptausdehnungsrichtung R1 die Länge L1 auf. Befindet sich die elektrochemische Einheit 2 hingegen im ausgedehnten Zustand, also ist entlang der ersten Hauptausdehnungsrichtung R1 ausgedehnt, weist die Batteriezelle 1 die Länge L1' auf. Die Länge L1' kann zum Beispiel der Länge L1 + 20 Prozent entsprechen. Analog dazu weist die Batteriezelle 1 entlang der zweiten Hauptausdehnungsrichtung R2 im unausgedehnten Zustand der elektrochemischen Einheit 2 die Länge L2 auf. Im ausgedehnten Zustand kann die Batteriezelle 1 hingegen die Länge L2` aufweisen. Die Länge L2` kann zum Beispiel der Länge L2 + 20 Prozent entsprechen.
Bei mehr als einer Hauptausdehnungsrichtung, können die Längenänderungen der Batteriezelle 1 in die jeweilige Hauptausdehnungsrichtung verschieden voneinander sein. Bei dem in 1 gezeigten Aufbau kann zum Beispiel die Ausdehnung, also die Längenänderung entlang der Hauptausdehnungsrichtung R1 kleiner sein, als die Längenänderung entlang der Hauptausdehnungsrichtung R2 oder umgekehrt. Alternativ zu dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist beispielsweise eine Ausdehnung und somit eine Volumenveränderung entlang nur einer Hauptausdehnungsrichtungen, hier zum Beispiel R2 oder R1, denkbar.
Eine Volumenänderung von 5 Prozent oder mehr kann ein herkömmliches Gehäuse, wie es bisher für galvanische Zellen eingesetzt wird, in der Regel nicht zerstörungsfrei umsetzen. Solche Volumenveränderungen können zum Defekt oder zur Zerstörung des Gehäuses führen. Deshalb ist für Feststoffzellen ein flexibleres Gehäuse sinnvoll. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein Gehäuse 6 für eine Feststoffzelle, welches eine Ausdehnung oder Volumenvergrößerung in diesem Bereich kompensieren kann.
Dazu umfasst das Gehäuse 6 vorliegend beispielhaft zwei Ausdehnungselemente 9, 10. Ein erstes Ausdehnungselement 9 erstreckt sich dabei senkrecht zu der ersten Hauptausdehnungsrichtung R1 umlaufend um das Gehäuse 6. Das heißt, eine Umlaufrichtung U1 des ersten Ausdehnungselements 9 verläuft senkrecht zur ersten Hauptausdehnungsrichtung R1. Ein zweites Ausdehnungselement 10 erstreckt sich senkrecht zur zweiten Hauptausdehnungsrichtung R2 umlaufend um das Gehäuse 6. Das heißt, eine Umlaufrichtung U2 des zweiten Ausdehnungselements 10 verläuft senkrecht zur zweiten Hauptausdehnungsrichtung R2. Mit umlaufend ist hier gemeint, dass das jeweilige Ausdehnungselement 9, 10 einmal vollständig um das Gehäuse herum verläuft. Das heißt, das erste Ausdehnungselement 9 verläuft im vorliegenden Ausführungsbeispiel vollständig entlang der rechten Seite 6b, der Oberseite 6c, der linken Seite und der Unterseite. Analog dazu verläuft das zweite Ausdehnungselement 10 vollständig entlang der Umlaufrichtung U2 entlang der Vorderseite 6a, der Oberseite 6c, der Rückseite und der Unterseite.
Wie in 1 beispielhaft dargestellt, ist das erste Ausdehnungselement 9 in mehrere Segmente unterteilt oder aufgeteilt. In 1 ist an der Oberseite 6c zum Beispiel ein Segment 9a sichtbar, während an der rechten Seite 6b ein Segment 9b sichtbar ist. Die Unterseite und linke Seite können natürlich ebenfalls ein entsprechendes Segment umfassen. Dabei sind die Segmente 9a, 9b in ihrem Verlauf entlang der Hauptausdehnungsrichtung R1 senkrecht versetzt zueinander am Gehäuse 6 umlaufend angeordnet. In 1 ist dieser Versatz besonders gut an der Kante zwischen rechter Seite 6b und Oberseite 6c zu sehen. Das Segment 9b endet oder mündet an einem Ende an der Kante und auch das Segment 9a endet oder mündet mit seinem Ende an der Kante. Entlang der Kante ist das Segment 9b jedoch zur Rückseite der Batteriezelle 1 verschoben, während das Segment 9a relativ dazu in Richtung der Vorderseite verschoben ist.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel kann somit beispielhaft auf jeder Seite der Batteriezelle 1 genau ein Segment des Ausdehnungselements 9 zugeordnet sein. Alternativ ist natürlich auch denkbar, dass jede Seite zum Beispiel mehrere, also zwei oder mehr solcher versetzter Segmente 9a, 9b umfasst. Die Segmente 9a, 9b sind somit an der Kante nicht unmittelbar miteinander verbunden. Der Umlauf des Ausdehnungselements 9 ist somit entlang der ersten Hauptausdehnungsrichtung R1, aber nicht entlang der Umlaufrichtung U1 unterbrochen.
Im Gegensatz dazu ist das zweite Hauptausdehnungselement 10 im vorliegenden Ausführungsbeispiel einteilig ausgebildet. Das heißt, das Ausdehnungselement 10 erstreckt sich ununterbrochen oder am Stück umlaufend um das Gehäuse 6 herum.
Die Ausdehnungselemente 9, 10 können zum Beispiel integraler Bestandteil des Gehäuses 6 sein. Das heißt, die Ausdehnungselemente 9, 10 können zum Beispiel einstückig aus demselben Material gefertigt sein, wie das Gehäuse, hier zum Beispiel aus Aluminium. Alternativ können die Ausdehnungselemente 9, 10 aus einem Material mit einem geringeren Elastizitätsmodul als das Material des Gehäuses 6 gebildet sein. Hierbei eignet sich zum Beispiel ein Kunststoff mit elastischen Eigenschaften, ein Elastomer oder insbesondere ein thermoplastisches Elastomer. Das jeweilige Ausdehnungselement 9, 10 kann in der Herstellung dabei nachträglich mit dem Rest des Gehäuses 6 verbunden werden. Das kann zum Beispiel durch einen Fügeprozess, durch Kleben, Verschweißen oder Verlöten erfolgen.
Das jeweilige Ausdehnungselement 9, 10 kann sich zum Kompensieren der Volumenvergrößerung in Abhängigkeit von dem Ladezustand der elektrochemischen Einheit 2 ausdehnen, also ausweiten oder vergrößern. Dadurch kann das Gehäuse selbst sein Volumen beziehungsweise seine Oberfläche oder Seitenlänge vergrößern und somit an das Volumen der elektrochemischen Einheit 2 angepasst werden. Dadurch dass die Ausdehnungselemente 9, 10 umlaufend um das Gehäuse 6 angeordnet sind, kann beim Ausdehnen der elektrochemischen Einheit 2 in die jeweilige Hauptausdehnungsrichtung R1, R2 eine homogene Ausdehnung des Gehäuses 6 ermöglicht werden.
Wenn die Ausdehnungselemente 9,10 aus einem elastischen Material gebildet sind, kann das Gehäuse 6 kann auch bei der Volumenverkleinerung der elektrochemischen Einheit 2, also beim Zusammenziehen, mit zusammengezogen werden. Dazu können die Ausdehnungselemente 9, 10 zum Beispiel nach Art einer Feder eine gewisse Federkraft oder Rückstellkraft aufweisen, um von dem ausgedehnten Zustand in den unausgedehnten Zustand rückstellen zu können. Das Gehäuse 6 kann somit die Volumenveränderung der elektrochemischen Einheit 2 nachahmen.
Um die gewünschte Flexibilität des Gehäuses 6 zu erreichen, weisen die Ausdehnungselemente 9, 10 gemäß 1 beispielhaft einen jeweiligen Faltbereich 11 auf. In dem Faltbereich ist das jeweilige Ausdehnungselement 9, 10 in einem unausgedehnten Zustand gefaltet an dem Gehäuse 6 angeordnet. In einem ausgedehnten Zustand ist das jeweilige Ausdehnungselement 9, 10 entfaltet an dem Gehäuse angeordnet. Das heißt, die Ausdehnungselemente 9, 10 sind durch einen Materialüberschuss am Gehäuse gebildet. In 1 sind die Ausdehnungselemente 9, 10 dazu nach Art eines Faltenbalgs ausgebildet. Dieser kann wie bei einer Ziehharmonika je nach Ladezustand der elektrochemischen Einheit 2 zusammengezogen, also gefaltet, oder auseinandergezogen und somit entfaltet werden. In 1 sind die Ausdehnungselemente 9, 10 im gefalteten Zustand dargestellt, da sich die elektrochemische Einheit 2 im unausgedehnten Zustand befindet.
Durch die Nutzung von einem oder mehreren Ausdehnungselementen 9, 10 für Feststoffzellen ergibt sich insbesondere der Vorteil, dass das Zellmaterial durch ein homogenes Ausdehnen nicht partiell mit Spannungsspitzen (mechanische Spannung) beaufschlagt wird.
Die in 1 gezeigte Batteriezelle 1 kann zum Beispiel mit einer oder mehreren weiteren Batteriezellen derselben Art in einem Batteriemodul oder Batteriepack eingesetzt werden. Zum Beispiel können 5 bis 10 Batteriezellen 1 ein Batteriemodul bilden. Das Batteriemodul umfasst dabei ein Modulgehäuse, um die Batteriezellen 1 in einer vorgegebenen Stapelrichtung nebeneinander in dem Modulgehäuse aufzunehmen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel kann die Stapelrichtung zum Beispiel der ersten Hauptausdehnungsrichtung R1 entsprechen. Um nun auch auf Modulebene die Zellatmung zu ermöglichen, kann das Modulgehäuse analog zu dem Gehäuse 6 der einzelnen Batteriezellen 1 ausgebildet sein.
Ein solches Batteriemodul kann zum Beispiel in einem Kraftfahrzeug eingesetzt werden. Dabei kann das Batteriemodul zum Beispiel für einen elektrischen Antrieb, also als Antriebsbatterie oder Traktionsbatterie verwendet werden. Alternativ kann das Batteriemodul eine Starterbatterie ausbilden.
Für das jeweilige Ausdehnungselement 9,10 sind verschiedene Formen denkbar, um das Falten zu ermöglichen. 2 zeigt einige Beispiele für solche Formen. Dabei sind die Ausdehnungselemente 9, 10 gemäß 1 in einer Schnittdarstellung entlang einer Schnittachse A-A dargestellt. In der Schnittdarstellung sind die Beispiele für die Form der Ausdehnungselemente 9, 10 somit in einer Seitansicht zu sehen. Gemäß einem ersten Beispiel kann das jeweilige Ausdehnungselement 9, 10 zum Beispiel im gefalteten Zustand eine Dreiecksform 12a ausbilden. Alternativ kann zum Beispiel eine Sägezahnform 12b vorgesehen sein. Die Sägezahnform 12b entspricht dabei im Wesentlichen der Form eines Faltenbalgs. Ein weiteres Beispiel für eine Form der Ausdehnungselemente 9, 10 besteht in einer geschwungenen Rechteckform 12c. Hierbei kann das jeweilige Ausdehnungselement in dem Faltbereich 11 eine rechteckförmige Erhebung aufweisen, die zwischen zwei U-förmigen Aussparungen angeordnet ist. Ein weiteres Beispiel für eine Form der Ausdehnungselemente 9, 10 in dem Faltbereich 11 besteht in einer Rechteckform 12d.
2 zeigt nur einige Beispiele für verschiedene Formen für ein Ausdehnungselement. Natürlich sind auch andere als die gezeigten Formen denkbar. Insbesondere kann die Form für das jeweilige Ausdehnungselement 9, 10 frei wählbar sein. So kann die Form zum Beispiel an den Bauraum der Batteriezelle 1 im Batteriemodul oder im Kraftfahrzeugbereich angepasst sein.
Insgesamt zeigen die Beispiele, wie eine Batteriezelle mit Ausdehnungselement realisiert werden kann, um eine homogene Ausdehnung eines Gehäuses zu ermöglichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009010146 A1 [0007]
CN 107160744 A1 [0008]
DE 102011005681 A1 [0009]

Claims

Batteriezelle (1) umfassend eine elektrochemische Einheit (2) und ein Gehäuse (6) zum Aufnehmen der elektrochemischen Einheit (2), dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriezelle (1) als Feststoff-Batteriezelle ausgebildet ist, und das Gehäuse (6) zumindest ein Ausdehnungselement (9, 10) umfasst, welches ausgebildet ist, sich in Abhängigkeit von einem Ladezustand der elektrochemischen Einheit (2) auszudehnen, wobei sich das zumindest eine Ausdehnungselement (9, 10) senkrecht zu einer jeweils vorbekannten von dem Ladezustand abhängigen Hauptausdehnungsrichtung (R1, R2) der elektrochemischen Einheit (2) umlaufend um das Gehäuse (6) erstreckt, um beim Ausdehnen der elektrochemischen Einheit (2) in die jeweilige Hauptausdehnungsrichtung (R1, R2) eine homogene Ausdehnung des Gehäuses (6) zu ermöglichen.
Batteriezelle (1) nach Anspruch 1, wobei das zumindest eine Ausdehnungselements (9, 10) ausgebildet ist, in einem vollständig ausgedehnten Zustand eine Seitenlänge (L) des Gehäuses (6) entlang der Hauptausdehnungsrichtung (R1, R2) im Vergleich zu einem unausgedehnten Zustand um zumindest 15%, insbesondere um zumindest 20%, vorzugsweise um zumindest 25% zu vergrößern.
Batteriezelle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zumindest eine Ausdehnungselement (9, 10) einen Faltbereich (11) aufweist, wobei der Faltbereich (11) in einem unausgedehnten Zustand des Ausdehnungselements (9, 10) gefaltet an dem Gehäuse (6) angeordnet ist und in einem ausgedehnten Zustand des Ausdehnungselements (9, 10) entfaltet an dem Gehäuse (6) angeordnet ist.
Batteriezelle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zumindest eine Ausdehnungselement (9, 10) mehrere Segmente (9a, 9b) umfasst, welche in entlang der Hauptausdehnungsrichtung (R1, R2) versetzt zueinander das Gehäuse (6) umlaufend angeordnet sind.
Batteriezelle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 oder 2, wobei das zumindest eine Ausdehnungselement (9, 10) einteilig ausgebildet ist, und sich ununterbrochen umlaufend um das Gehäuse (6) herum erstreckt.
Batteriezelle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zumindest eine Ausdehnungselement (9, 10) und das Gehäuse (6) einstückig aus demselben Material gefertigt sind.
Batteriezelle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, wobei das Ausdehnungselement (9, 10) aus einem Material mit einem geringeren Elastizitätsmodul als ein Material des Gehäuses (6) gebildet ist.
Batteriezelle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gehäuse (6) zwei Ausdehnungselemente (9, 10) umfasst, wobei sich ein erstes der Ausdehnungselemente (9) senkrecht zu einer ersten Hauptausdehnungsrichtung (R1) der elektrochemischen Einheit (2) umlaufend um das Gehäuse (6) erstreckt und sich ein zweites der Ausdehnungselemente (10) senkrecht zu einer von der ersten unterschiedlichen zweiten Hauptausdehnungsrichtung (R2) der elektrochemischen Einheit (2) umlaufend um das Gehäuse (6) erstreckt.
Batteriemodul mit wenigstens zwei Batteriezellen (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, und einem Modulgehäuse, wobei die wenigstens zwei Batteriezellen (1) in einer vorgegebenen Stapelrichtung nebeneinander in dem Modulgehäuse angeordnet sind, wobei das Modulgehäuse zumindest ein Modul-Ausdehnungselement umfasst, welches ausgebildet ist, sich in Abhängigkeit von dem Ladezustand der elektrochemischen Einheiten (2) der wenigsten zwei Batteriezellen (1) auszudehnen, wobei sich das zumindest eine Modul-Ausdehnungselement senkrecht zu einer jeweils vorbekannten von dem Ladezustand abhängigen Hauptausdehnungsrichtung (R1, R2) der elektrochemischen Einheiten (2) umlaufend um das Modulgehäuse erstreckt, um beim Ausdehnen der elektrochemischen Einheiten (2) in die jeweilige Hauptausdehnungsrichtung (R1, R2) eine homogene Ausdehnung des Modulgehäuses zu ermöglichen.
Kraftfahrzeug mit einem Batteriemodul nach Anspruch 9.