DE102013218248A1 - Electrochemical energy storage - Google Patents

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Jonas Schuetz
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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrochemischen Energiespeicher (10), aufweisend wenigstens zwei elektrochemische Zelleinheiten (12, 14), wobei die elektrochemischen Zelleinheiten (12, 14) jeweils wenigstens eine elektrochemische Zelle (13, 15) aufweisen, wobei wenigstens zwei Zelleinheiten (12, 14) mittels einer die jeweilige Zelleinheit (12, 14) mit einem Verbindungspunkt (16) verbindenden elektrischen Leitung (18, 20) miteinander verbunden sind, wobei wenigstens eine elektrische Leitung (18, 20) stromaufwärts des Verbindungspunkts (16) eine Sicherung (3) aufweist. Ein erfindungsgemäßer Energiespeicher (10) ermöglicht es bei einer besonders kostengünstig Herstellbarkeit, dass bei einem Fehlerfall, der insbesondere einhergeht mit einem erhöhten fließenden Strom, intakte Zelleinheiten (12, 14) weiter arbeiten können und das System nicht unmittelbar vollständig abgeschaltet werden braucht.The present invention relates to an electrochemical energy store (10) comprising at least two electrochemical cell units (12, 14), the electrochemical cell units (12, 14) each having at least one electrochemical cell (13, 15), at least two cell units (12, 14) by means of a respective cell unit (12, 14) with a connection point (16) connecting electrical line (18, 20) are interconnected, wherein at least one electrical line (18, 20) upstream of the connection point (16) has a fuse (3 ) having. An energy store (10) according to the invention makes it possible, in the case of a particularly cost-effective manufacturability, that in the event of a fault, which in particular is accompanied by an increased flowing current, intact cell units (12, 14) can continue to operate and the system need not be switched off completely immediately.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrochemischen Energiespeicher. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere einen elektrochemischen Energiespeicher, wie beispielsweise eine Lithium-Ionen-Batterie, mit einer verbesserten Sicherung gegen Beschädigungen durch hohe Ströme. The present invention relates to an electrochemical energy store. In particular, the present invention relates to an electrochemical energy storage, such as a lithium-ion battery, with improved protection against damage from high currents.

Stand der TechnikState of the art

Elektrochemische Energiespeicher, wie beispielsweise Lithium-Ionen-Batterien, sind in vielen täglichen Anwendungen weit verbreitet. Sie werden beispielsweise in Computern, wie etwa Laptops, Mobiltelefonen, Smartphones und bei anderen Anwendungen, wie etwa in Windkraftanlagen, eingesetzt. Auch bei der zur Zeit stark vorangetriebenen Elektrifizierung von Fahrzeugen, wie etwa Kraftfahrzeugen, bieten derartige Batterien Vorteile.Electrochemical energy storage devices, such as lithium-ion batteries, are widely used in many daily applications. They are used, for example, in computers such as laptops, cell phones, smart phones, and other applications such as wind turbines. Even with the currently highly advanced electrification of vehicles, such as motor vehicles, such batteries offer advantages.

Aus dem Dokument US 6,335,114 B1 ist eine Batterie bekannt, welche spulenartige Elektroden unterschiedlicher Polarität aufweist, zwischen welchen Elektroden Separatorlagen angeordnet sind. Dabei sollen isolierende Schichten vor einem Kurzschluss schützen.From the document US 6,335,114 B1 a battery is known which has coil-like electrodes of different polarity, between which electrodes separator layers are arranged. In this case, insulating layers should protect against a short circuit.

Das Dokument US 2009/0035658 A1 beschreibt eine Batterieanordnung, bei welcher eine laminierte Elektrodengruppe vorgesehen ist. Dabei kann die Elektrodengruppe mit Stromableitern verbunden sein und diese Stromableiter von dem Inneren eines Gehäuses aus dem Gehäuse verlaufen. The document US 2009/0035658 A1 describes a battery assembly in which a laminated electrode group is provided. In this case, the electrode group can be connected to current conductors and these current conductors extend from the interior of a housing out of the housing.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein elektrochemischer Energiespeicher, aufweisend wenigstens zwei elektrochemische Zelleinheiten, wobei die elektrochemischen Zelleinheiten jeweils wenigstens eine elektrochemische Zelle aufweisen, wobei wenigstens zwei Zelleinheiten mittels einer die jeweilige Zelleinheit mit einem Verbindungspunkt verbindenden elektrischen Leitung miteinander verbunden sind, wobei wenigstens eine elektrische Leitung stromaufwärts des Verbindungspunkts eine Sicherung aufweist.The present invention is an electrochemical energy storage, comprising at least two electrochemical cell units, wherein the electrochemical cell units each comprise at least one electrochemical cell, wherein at least two cell units are interconnected by means of an electrical line connecting the respective cell unit with a connection point, wherein at least one electrical line upstream of the connection point has a fuse.

Der vorbeschriebene elektrochemische Energiespeicher ermöglicht auf einfache und kostengünstige Weise, bei einem Kurzschluss einen Sicherungseffekt hervorzurufen und dabei zumindest in einem Notbetrieb sicher weiter arbeiten zu können.The above-described electrochemical energy storage allows in a simple and cost-effective manner to cause a fuse effect in the event of a short circuit and to be able to continue working safely at least in an emergency operation.

Hierzu umfasst der elektrochemische Energiespeicher wenigstens zwei elektrochemische Zelleinheiten. Dabei weist jede der elektrochemischen Zelleinheiten wenigstens eine elektrochemische Zelle auf. In anderen Worten kann eine oder eine Mehrzahl der elektrochemischen Zelleeinheiten beispielsweise aus nur einer elektrochemischen Zelle bestehen, oder aber einzelne oder mehrere der elektrochemischen Zeiteinheiten kann eine Mehrzahl an elektrochemischen Zellen aufweisen. Die elektrochemischen Zellen einer elektrochemischen Zeiteinheit können dabei in Abhängigkeit der gewünschten elektrischen Spezifikationen des Energiespeichers parallel oder einer Reihe geschaltet werden. For this purpose, the electrochemical energy store comprises at least two electrochemical cell units. In this case, each of the electrochemical cell units has at least one electrochemical cell. In other words, one or a plurality of the electrochemical cell units may for example consist of only one electrochemical cell, or one or more of the electrochemical time units may have a plurality of electrochemical cells. The electrochemical cells of an electrochemical time unit can be connected in parallel or in series depending on the desired electrical specifications of the energy store.

Eine elektrochemische Zelle kann dabei im Wesentlichen ausgestaltet sein, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist, und eine Anode, eine Kathode, einen Separator und einen Elektrolyt aufweisen. Für den beispielhaften Fall einer Lithium-Ionen Batterie kann die Anode beispielsweise umfassen oder ausgestaltet sein aus metallischem Lithium oder aus einem Material, welches Lithiumionen interkallieren kann. Ein derartiges Anodenmaterial kann beispielsweise auf einen Stromableiter aufgebracht, wie etwa aufgerakelt, sein. Beispielhafte Anodenmaterialien umfassen Graphit oder Lithiumtitanat. Die Kathode kann entsprechend, ebenfalls für den rein beispielhaften Fall einer Lithium-Ionen Batterie, beispielhaft Nickel-Mangan-Kobalt-Oxid (NMC) oder Lithium-Cobalt-Oxid (LiCoO2) aufweisen oder daraus ausgestaltet sein und ebenfalls auf einen Stromableiter aufgebracht sein. Dabei kann das Kathodenmaterial wie auch das Anodenmaterial gegebenenfalls in einem Binder, wie beispielsweise Polyvinylidenfluorid (PVDF) etwa zusammen mit einem Leitzusatz, wie etwa einer elektrisch leitfähigen Kohlenstoffverbindung, beispielsweise Graphit, vorliegen. An electrochemical cell may be substantially configured as known in the art, including an anode, a cathode, a separator, and an electrolyte. For example, for the exemplary case of a lithium-ion battery, the anode may be comprised of metallic lithium or a material that can intercalate lithium ions. For example, such an anode material may be applied to a current collector, such as scored. Exemplary anode materials include graphite or lithium titanate. The cathode can accordingly, likewise for the purely exemplary case of a lithium-ion battery, have nickel-manganese-cobalt-oxide (NMC) or lithium-cobalt-oxide (LiCoO 2 ) or be configured therefrom and likewise be applied to a current conductor , Optionally, the cathode material as well as the anode material may be present in a binder, such as polyvinylidene fluoride (PVDF), for example, along with a conductive additive, such as an electrically conductive carbon compound, such as graphite.

Der Elektrolyt kann ebenfalls in an sich bekannter Weise beispielsweise ein Festkörperelektrolyt sein oder ein Lösungsmittel umfassen, in dem ein oder mehrere elektrisch leitfähige Salze gelöst sind. Beispielsweise können aprotische Lösungsmittel, wie etwa Ethylencarbonat, Propylencarbonat, Dimethylcarbonat oder Diethylcarbonat Verwendung finden. Weiterhin kann als elektrisch leitfähiges Salz Lithiumhexafluorophosphat (LiPF6) verwendet werden. Beispielsweise kann der Elektrolyt sich in Poren des Separators befinden. Der Separator kann beispielsweise eine insbesondere poröse Kunststofffolie sein, etwa gebildet aus Polypropylen.The electrolyte can likewise be, for example, a solid electrolyte in a manner known per se or comprise a solvent in which one or more electrically conductive salts are dissolved. For example, aprotic solvents such as ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate or diethyl carbonate can be used. Furthermore, as the electrically conductive salt lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) can be used. For example, the electrolyte may be located in pores of the separator. The separator may for example be a particular porous plastic film, such as formed from polypropylene.

Dabei kann eine derartige elektrochemische Zelle etwa eine sogenannte auch als Jelly Roll bezeichnete prismatische Zelle sein und damit eine Anordnung von Elektroden, die vorgesehen sind in einer gewickelten, beispielsweise gerollten oder gefalteten, Konfiguration und wobei zwischen den Elektroden eine Separatorlage vorgesehen ist. Eine derartige Ausgestaltung kann beispielsweise realisierbar sein durch das beidseitige Aufbringen einer entsprechenden vorbeschriebenen Elektrodenlage auf einen Metallkollektor. Der Metallkollektor kann dabei in Abhängigkeit der Polarität der Elektrode aus Aluminium oder aus Kupfer geformt sein. Weiterhin kann eine Separatorlage die äußerste Elektrodenschicht von einem die Zelle umgebenden Gehäuse beziehungsweise einer Isolationsschicht trennen.In this case, such an electrochemical cell may be, for example, a so-called jelly roll prismatic cell and thus an arrangement of electrodes which are provided in a wound, for example rolled or folded configuration and wherein a separator layer is provided between the electrodes. Such a configuration can be realized, for example, by applying a correspondingly described electrode layer on both sides to a metal collector. The metal collector can thereby depending on the polarity of the electrode Aluminum or copper. Furthermore, a separator layer can separate the outermost electrode layer from a housing or an insulating layer surrounding the cell.

Weiterhin ist es vorgesehen, dass wenigstens zwei Zelleinheiten mittels einer die jeweilige Zelleinheit mit einem Verbindungspunkt verbindenden elektrischen Leitung miteinander verbunden sind. Dabei können die unterschiedlichen Zelleinheiten beispielsweise in Reihe und oder parallel geschaltet werden, wobei die exakte Schaltung abhängig sein kann von der gewünschten bereitgestellten elektrischen Leistung beziehungsweise von der Spezifikation des elektrochemischen Energiespeichers.Furthermore, it is provided that at least two cell units are connected to one another by means of an electrical line connecting the respective cell unit to a connection point. In this case, the different cell units can be connected, for example, in series and or in parallel, wherein the exact circuit can be dependent on the desired electrical power provided or on the specification of the electrochemical energy store.

Eine Verbindung der unterschiedlichen Zelleinheiten kann somit realisiert werden durch eine elektrische Leitung, die grundsätzlich frei ausgestaltet werden kann. Insbesondere sollte die elektrische Leitung derart ausgestaltet sein, dass sie bei einem normalen Arbeiten des elektrochemischen Energiespeichers in Abhängigkeit der bereitgestellten Leistung des Energiespeichers den auftretenden Strom problemlos führen kann, ohne beispielsweise übermäßig zu erhitzen. Beispielsweise kann die Leitung als Kabel oder als Stromschiene ausgestaltet sein. Dabei kann nur eine elektrische Leitung vorgesehen sein, oder eine Mehrzahl von elektrischen Leitungen können die unterschiedlichen Zelleinheiten miteinander verbinden. Ferner können die elektrischen Leitungen ausgehend von der Zelleinheit insbesondere zu einem Verbindungspunkt führen, an welchen somit elektrische Leitungen einer Mehrzahl, also wenigstens zwei, von Zelleinheiten verbunden werden, wobei die elektrischen Leitungen separate Bauteile oder Bestandteile der Zelleinheit beziehungsweise der Zelle sein können. Beispielsweise können die elektrischen Leitungen an dem Verbindungspunkt verschweißt sein. Der Verbindungspunkt dient somit dem elektrischen Verbinden der verschiedenen Zelleinheiten.A connection of the different cell units can thus be realized by an electrical line, which can basically be designed freely. In particular, the electrical line should be designed such that it can easily perform the current occurring in a normal operation of the electrochemical energy storage in dependence on the provided power of the energy storage, without overheating, for example. For example, the line may be designed as a cable or as a busbar. In this case, only one electrical line can be provided, or a plurality of electrical lines can connect the different cell units together. Furthermore, the electrical lines, starting from the cell unit, can in particular lead to a connection point to which electrical lines of a plurality, that is, at least two, of cell units are connected, wherein the electrical lines can be separate components or components of the cell unit or of the cell. For example, the electrical wires may be welded at the connection point. The connection point thus serves to electrically connect the various cell units.

Gemäß der vorbeschriebenen Ausgestaltung des elektrochemischen Energiespeichers weist ferner wenigstens eine elektrische Leitung stromaufwärts des Verbindungspunkts eine Sicherung auf. In anderen Worten ist die Sicherung derart angeordnet, dass sie in Abhängigkeit der Ausgestaltung der elektrischen Leitung Bestandteil der Zelle beziehungsweise der Zelleinheit sein kann oder aber zwischen der Zelle beziehungsweise der Zelleinheit und dem Verbindungspunkt angeordnet ist. Eine derartige Sicherung kann insbesondere dazu dienen, die elektrische Leitung bei dem Fließen eines zu hohen Stroms, welcher insbesondere ein Beschädigen des Energiespeichers mit sich bringen kann, zu unterbrechen. Dadurch kann bei dem Auftreten eines Fehlers, welcher einhergeht mit einem hohen fließenden Strom, wie etwa einem Kurzschluss, etwa ein thermisches Durchgehen der Batterie oder andere Gefährdungspotentiale für den Energiespeicher selbst und/oder in der Umgebung des Energiespeichers befindlicher Komponenten oder Personen signifikant reduziert oder vollständig verhindert werden. Somit dient die Sicherung insbesondere einem Sicherheitsgewinn für in der Umgebung des Energiespeicher sich befindliche Personen, und dient ferner dazu, dass Gefährdungspotenzial, welches ausgeht von einem Fehlerfall, zu minimieren.Furthermore, according to the above-described embodiment of the electrochemical energy storage device, at least one electrical line has a fuse upstream of the connection point. In other words, the fuse is arranged such that it may be part of the cell or the cell unit depending on the configuration of the electrical line or is arranged between the cell or the cell unit and the connection point. Such a fuse can serve, in particular, to interrupt the electrical conduction when too high a current flows, which in particular can cause damage to the energy store. Thus, in the occurrence of a fault associated with a high flowing current such as a short circuit, thermal runaway of the battery or other potential hazards to the energy store itself and / or components or people located in the vicinity of the energy store may be significantly reduced or completely eliminated be prevented. Thus, the fuse is particularly a security gain for people in the environment of the energy storage, and also serves to minimize the risk potential, which emanates from an error case.

Dadurch, dass die Sicherung ferner beispielsweise zwischen einer Zelleinheit und dem Verbindungspunkt angeordnet ist, wird es ferner möglich, die einzelnen Zelleinheiten einzeln abzusichern. In anderen Worten kann jede Zelleeinheit, die beispielsweise nur eine Zelle umfassen kann, getrennt von den anderen Zelleinheiten bei einem Fehlerfall von dem System getrennt werden, so dass es möglich bleibt, die weiteren, nicht beschädigten Zelleinheiten, weiter zu verwenden. Dadurch kann lediglich die Leistung der beschädigten Zelleinheit verloren gehen, das mit einem derartigen Energiespeicher ausgestattete System kann jedoch zumindest in einem Notbetrieb weiter arbeiten. Dies kann beispielsweise für elektrisch angetriebene Fahrzeuge von großem Vorteil sein, da ein Fehlerfall in einer Zelleeinheit erfindungsgemäß nicht unmittelbar zu einem Liegenbleiben führen braucht, sondern beispielsweise es noch problemlos möglich sein kann, eine Werkstatt anzusteuern.Furthermore, because the fuse is arranged, for example, between a cell unit and the connection point, it becomes possible to protect the individual cell units individually. In other words, each cell unit, which may comprise only one cell, for example, can be disconnected from the system separately in the event of an error, so that it remains possible to continue using the other, non-corrupt cell units. As a result, only the power of the damaged cell unit can be lost, but the system equipped with such an energy store can continue to operate, at least in an emergency operation. This can be of great advantage, for example, for electrically driven vehicles, since an error situation in a cell unit according to the invention does not necessarily lead to discomfort, but, for example, it can still be easily possible to control a workshop.

Darüber hinaus kann durch die getrennte Absicherung verhindert werden, dass bei einem internen Kurzschluss, beispielsweise, der Strom der intakten Zellen durch die fehlerhafte Zelle fließt. Die Sicherungen können somit schwach ausgelegt werden, was signifikante Kosten sparen kann.In addition, the isolated fuse can prevent the current of the intact cells from flowing through the faulty cell in the event of an internal short circuit, for example. The fuses can thus be designed weak, which can save significant costs.

Zusammenfassend ermöglicht es ein erfindungsgemäßer Energiespeicher somit bei einer besonders kostengünstig Herstellbarkeit, dass bei einem Fehlerfall, der insbesondere einhergeht mit einem erhöhten fließenden Strom, die intakten Zelleinheiten weiter arbeiten können und das System nicht unmittelbar vollständig abgeschaltet werden braucht.In summary, an energy store according to the invention thus makes it possible, with a particularly cost-effective manufacturability, to continue working in an error case, which in particular involves an increased flowing current, and the system does not need to be switched off completely immediately.

Im Rahmen einer Ausgestaltung kann die Sicherung als Schmelzsicherung ausgestaltet sein. In einer derartigen Ausgestaltung kann insbesondere eine Sicherung Verwendung finden, welche ohne das Vorsehen weiterer Steuerungsmechanismen allein durch die durch einen zu hohen Strom auftretende Wärme arbeitet und die elektrische Leitung unterbricht. Somit kann in dieser Ausgestaltung ein besonders verlässliches Unterbrechen der elektrischen Leitung ermöglicht werden. Weiterhin wirkt sich bei einer derartigen Sicherung aus, dass diese, wie dies vorstehend erläutert ist, aufgrund der Anordnung der Sicherung vergleichsweise schwach ausgelegt beziehungsweise gering dimensioniert werden kann. Denn bei einem Schmelzen einer Sicherung ist die Wärmeentwicklung bei einem erfindungsgemäßen Energiespeicher deutlich geringer, als wenn ein größerer Strom durch die Sicherung fließt, wie dies etwa bei der Positionierung hinter dem Verbindungspunkte der Fall wäre. Durch die geringere Wärmeentwicklung kann somit die Sicherheit der Zelle beziehungsweise des Energiespeichers weiter erhöht werden, indem insbesondere verhindert werden kann, dass benachbarte Bauteile und etwa das Gehäuse etwa durch die Wärmeentwicklung beschädigt wird.As part of an embodiment, the fuse may be configured as a fuse. In such an embodiment, in particular a fuse can be used, which operates without the provision of further control mechanisms solely by the heat occurring due to excessive current and interrupts the electrical line. Thus, a particularly reliable interruption of the electrical line can be made possible in this embodiment. Furthermore, in the case of such a fuse, it has a comparatively weak design, as explained above, owing to the arrangement of the fuse or can be dimensioned small. For when melting a fuse, the heat generation in an energy storage device according to the invention is significantly lower than when a larger current flows through the fuse, as would be the case for the positioning behind the connection points. As a result of the lower heat development, the safety of the cell or of the energy store can thus be further increased, in particular by preventing adjacent components and, for example, the housing from being damaged by the heat generation.

Dabei kann die Schmelzsicherung insbesondere durch eine Querschnittsreduktion der elektrischen Leitung ausgestaltet sein. Insbesondere in dieser Ausgestaltung ist eine besonders einfache und kostengünstige Ausgestaltung der Schmelzsicherung möglich. Denn es brauchen keine zusätzlichen Materialien oder Komponenten in die Leitung eingebracht werden, sondern die Leitung kann lediglich durch eine gezielte Reduzierung des Querschnitts beziehungsweise des Durchmessers der Leitung mit einer Sicherung versehen werden, wobei der Bereich mit reduziertem Querschnitt beziehungsweise der Sicherungsbereich bei dem Auftreten eines zu hohen Stroms schmilzt und die elektrische Leitung so unterbricht. Eine Querschnittreduzierung kann dabei unmittelbar bei einem Herstellungsverfahren der Leitung realisiert werden, oder etwa durch materialabgetragene Bearbeitungsprozesse. Somit kann diese Ausgestaltung eine besonders kostengünstige Ausgestaltung der Schmelzsicherung ermöglichen. In this case, the fuse can be configured in particular by a cross-sectional reduction of the electrical line. In particular, in this embodiment, a particularly simple and inexpensive design of the fuse is possible. Because there are no additional materials or components are introduced into the line, but the line can be provided only by a targeted reduction of the cross section or the diameter of the line with a fuse, the area with reduced cross section or the fuse area in the occurrence of a high current melts and breaks the electrical line so. A Querschnittreduzierung can be realized directly in a manufacturing process of the line, or about by material-removed machining processes. Thus, this embodiment allow a particularly cost-effective embodiment of the fuse.

Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann die elektrische Leitung eine Querschnittreduktion auf einen Querschnitt mit einer Größe in einem Bereich von größer oder gleich 6 % bis kleiner oder gleich 75 %, insbesondere größer oder gleich 20 % bis kleiner oder gleich 50 %, verglichen zu dem Querschnitt außerhalb des Bereichs des verringerten Querschnitts, aufweisen. Beispielsweise kann der normale Querschnitt der elektrischen Leitung in einem Bereich von größer oder gleich 5 mm2 bis kleiner oder gleich 8 mm2 liegen, wohingegen der Querschnitt in dem Bereich der Sicherung in einem Bereich von größer oder gleich 0,5 mm2 bis kleiner oder gleich 5 mm2, beispielsweise größer oder gleich 1,5 mm2 bis kleiner oder gleich 3,5 mm2, insbesondere 1,75 mm2 betragen kann. Insbesondere in dieser Ausgestaltung kann sichergestellt werden, dass ein verlässliches Öffnen der elektrischen Leitung bei einem Fehlerfall auftreten kann, da ein Schmelzen der gesamten Leitung nach dem Auftreten eines Fehlerfalls beziehungsweise nach Beginn des Fließens eines erhöhten Stroms in einem geeigneten Zeitfenster erfolgen kann. Darüber hinaus kann jedoch eine ausreichende Materialstärke vorhanden sein, um das fließen des Stroms ohne das Auftreten eines übermäßig großen elektrischen Widerstands bei einem normalen Arbeiten zu ermöglichen. Dabei kann der konkrete gewählte Querschnitt im Bereich der Sicherung insbesondere abhängen von dem gewählten Material der elektrischen Leitung wie auch von den bei einem normalen Arbeiten des Energiespeichers fließenden Strom und etwa einem Grenzwert, bei welchem die Sicherung die Leitung öffnen soll.In the context of a further embodiment, the electrical conduction can be a cross-section reduction to a cross section with a size in a range from greater than or equal to 6% to less than or equal to 75%, in particular greater than or equal to 20% to less than or equal to 50%, compared to the cross section outside the range of reduced cross-section. For example, the normal cross section of the electric wire may be in a range of greater than or equal to 5 mm 2 to less than or equal to 8 mm 2 , whereas the cross section in the region of the fuse may be in a range of greater than or equal to 0.5 mm 2 to smaller or equal equal to 5 mm 2 , for example greater than or equal to 1.5 mm 2 to less than or equal to 3.5 mm 2 , in particular 1.75 mm 2 can be. In particular, in this embodiment, it can be ensured that a reliable opening of the electrical line can occur in case of failure, since a melting of the entire line can take place after the occurrence of a fault or after the beginning of flow of an increased current in a suitable time window. In addition, however, sufficient material thickness may be present to allow flow of current without the occurrence of excessive electrical resistance in normal operation. In this case, the specific selected cross-section in the fuse may depend in particular on the selected material of the electrical line as well as on the normal operation of the energy storage current and about a limit at which the fuse should open the line.

Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann die Sicherung von einer Kunststoffhülle umgeben sein. Durch eine Kunststoffhülle beziehungsweise Kunststoffummantelung des Sicherungsbereichs der elektrischen Leitung kann insbesondere bei dem Vorsehen einer Schmelzsicherung ermöglicht werden, dass bei dem Auftreten eines Fehlerfalls und damit einhergehend mit einem Schmelzen des Sicherungsbereich geschmolzenes Material sich von der elektrischen Leitung entfernt und somit der elektrochemischen Energiespeicher von innen verschmutzen und das Durchführen eines Notfallbetriebs beispielsweise durch auftretende Kurzschlüsse verhindern kann. Nicht beschränkende Beispiele für verwendbare Kunststoffe umfassen hier beispielsweise Polypropylen (PP), Polyethylen (PE), Perfluoralkoxyalkan (PFA), Polyphenylensulfid (PPS) oder Polyethylenterephtalat (PTFE).In a further embodiment, the fuse may be surrounded by a plastic cover. By a plastic sheath or plastic sheath of the fuse portion of the electrical line can be made possible in particular in the provision of a fuse that melted in the occurrence of a fault and concomitant with a melting of the fuse area molten material from the electrical line and thus pollute the electrochemical energy storage from the inside and prevent the execution of an emergency operation, for example by occurring short circuits. Non-limiting examples of useful plastics include, for example, polypropylene (PP), polyethylene (PE), perfluoroalkoxyalkane (PFA), polyphenylene sulfide (PPS), or polyethylene terephthalate (PTFE).

Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann die elektrische Leitung ein Stromableiter einer Zelleinheit sein. Insbesondere kann die elektrische Leitung ein Stromableiter einer in der Zelleinheit vorgesehenen elektrochemischen Zelle sein, wobei insbesondere in dieser Ausgestaltung die Sicherung Bestandteil der Zelle beziehungsweise der Zelleinheit sein kann. Diese Ausgestaltung kann ein besonders einfaches Herstellungsverfahren ermöglichen, da keine zusätzlichen elektrischen Leitungen eingefügt werden brauchen. Somit kann auf Herstellungsschritte verzichtet werden. Darüber hinaus können insbesondere Stromableiter oftmals aus einem Material aufgebaut sein, welches beispielsweise geeignet ist, durch eine Querschnittsreduktion eine Schmelzsicherung ausbilden zu können. Somit kann in dieser Ausgestaltung auf die vorteilhaften Eigenschaften der Stromableiter zurückgegriffen werden, wobei eine besonders kostengünstige Herstellung möglich ist.In the context of a further embodiment, the electrical line can be a current conductor of a cell unit. In particular, the electrical line may be a current conductor of an electrochemical cell provided in the cell unit, wherein, in particular in this embodiment, the fuse may be part of the cell or of the cell unit. This embodiment may allow a particularly simple manufacturing process, since no additional electrical lines need to be inserted. Thus, manufacturing steps can be dispensed with. In addition, in particular current conductors can often be constructed of a material which is suitable, for example, to be able to form a fuse by means of a cross-sectional reduction. Thus, in this embodiment, the advantageous properties of the current conductor can be used, with a particularly cost-effective production is possible.

Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann die elektrische Leitung aus Aluminium ausgestaltet sein. Insbesondere Aluminium kann sich als elektrische Leitung im Rahmen der vorliegenden Erfindung besonders vorteilhaft eignen. Denn Aluminium weist zum einen eine gute elektrische Leitfähigkeit auf, um bei einem normalen Arbeiten des elektrochemischen Energiespeichers das Fließen eines gewünschten Stroms problemlos zu ermöglichen. Darüber hinaus ist der Schmelzpunkt von Aluminium niedrig genug, um beispielsweise bei einer Querschnittreduktion der elektrischen Leitung bei dem Auftreten eines erhöhten Stroms das Schmelzen des Materials problemlos zu ermöglichen und somit ein Öffnen der Leitung zu realisieren. Darüber hinaus bietet Aluminium den weiteren Vorteil, dass dieses Material ein geringes Gewicht aufweist und somit insbesondere für mobile Anwendungen, wie beispielsweise bei der Verwendung des Energiespeichers in einem zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeug, besonders geeignet ist. Weiterhin kann Aluminium deshalb geeignet sein, weil es ferner insbesondere als Stromableitermaterial, beispielsweise für die Kathode, verwendet werden kann.In the context of a further embodiment, the electrical line can be made of aluminum. In particular, aluminum can be particularly advantageously suitable as an electric line in the context of the present invention. For on the one hand aluminum has a good electrical conductivity in order to allow the flow of a desired current without problems during normal operation of the electrochemical energy store. In addition, the melting point of aluminum is low enough, for example, in a Querschnittreduction of the electrical line in the Occurrence of an increased current to allow the melting of the material easily and thus to realize an opening of the line. In addition, aluminum offers the further advantage that this material has a low weight and thus is particularly suitable for mobile applications, such as when using the energy store in an at least partially electrically powered vehicle. Furthermore, aluminum may therefore be suitable because it can also be used, in particular, as a current conductor material, for example for the cathode.

Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann eine elektrochemische Zelleinheit nur eine elektrochemische Zelle aufweisen. In anderen Worten ist in dieser Ausgestaltung in einer oder einer Mehrzahl, beispielsweise in sämtlichen, der vorgesehenen elektrochemischen Zelleinheiten nur eine elektrochemische Zelle vorhanden. Beispielsweise kann die Zelleinheit aus der elektrochemischen Zelle bestehen. In dieser Ausgestaltung kann somit im Wesentlichen jede elektrochemische Zelle einzeln durch eine Sicherung abgesichert sein. Dadurch kann ermöglicht werden, dass bei dem Auftreten eines Fehlers in einer elektrochemischen Zelle sämtliche fehlerfreien elektrochemischen Zellen beziehungsweise Zelleinheiten problemlos weiterarbeiten können. Dadurch kann ein Notbetrieb, wenn die Sicherung der fehlerhaften Zelleinheit die elektrische Leitung geöffnet hat, mit einer besonders hohen Leistung durchgeführt werden. Dadurch kann ein normales Arbeiten des elektrochemischen Energiespeichers mit nur geringfügig verminderter Leistung fortgeführt werden, so dass ein Austausch der Zelleeinheit beispielsweise bei einem geplanten Servicetermin vorgenommen werden kann.In the context of a further embodiment, an electrochemical cell unit can have only one electrochemical cell. In other words, in this embodiment, in one or a plurality, for example in all, of the provided electrochemical cell units, only one electrochemical cell is present. For example, the cell unit may consist of the electrochemical cell. In this embodiment, therefore, essentially each electrochemical cell can be secured individually by a fuse. It can thus be made possible that, when an error occurs in an electrochemical cell, all error-free electrochemical cells or cell units can continue to work without problems. Thereby, an emergency operation when the fuse of the defective cell unit has opened the electric wire can be performed with a particularly high performance. As a result, normal operation of the electrochemical energy store can be continued with only slightly reduced power, so that an exchange of the cell unit can be carried out, for example, at a scheduled service appointment.

Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann eine Zelleinheit wenigstens zwei elektrochemische Zellen aufweisen. In dieser Ausgestaltung sind in wenigstens einer oder mehreren, beispielsweise in sämtlichen, der vorgesehenen Zelleinheiten mehr als eine elektrochemische Zelle vorgesehen. Beispielsweise können in einzelnen oder in mehreren, beispielsweise in sämtlichen, der Zelleeinheiten zwei Zellen zu einer Zelleinheit paarweise zusammengefasst werden. In dieser Ausgestaltung ist weiterhin ein separates Absichern der einzelnen Zelleeinheiten möglich, dabei ist jedoch dadurch, dass nicht jede einzelne Zelle abgesichert ist, eine verringerte Menge an Sicherungen notwendig. Somit kann in dieser Ausgestaltung weiterhin ein Notbetrieb möglich sein, dabei jedoch ein besonders kostengünstiges Herstellungsverfahren ermöglicht werden, da bei einem Verzicht auf Sicherungen die Kosten der Herstellung gesenkt werden können.In a further embodiment, a cell unit may have at least two electrochemical cells. In this embodiment, more than one electrochemical cell is provided in at least one or more, for example in all, of the provided cell units. For example, in individual or in several, for example in all, of the cell units, two cells can be combined into a cell unit in pairs. In this embodiment, a separate hedging of the individual cell units is still possible, but this is the fact that not every single cell is secured, a reduced amount of fuses necessary. Thus, in this embodiment, an emergency operation continue to be possible, however, a particularly cost-effective manufacturing process will be possible, since in a waiver of fuses the cost of production can be reduced.

Beispiele und Zeichnungen Examples and drawings

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Gegenstände werden durch die Zeichnungen veranschaulicht und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Dabei ist zu beachten, dass die Zeichnungen nur beschreibenden Charakter haben und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken. Es zeigenFurther advantages and advantageous embodiments of the subject invention are illustrated by the drawings and explained in the following description. It should be noted that the drawings have only descriptive character and are not intended to limit the invention in any way. Show it

1 eine schematische Darstellung einer Teilansicht einer Ausgestaltung eines elektrochemischen Energiespeichers; und 1 a schematic representation of a partial view of an embodiment of an electrochemical energy storage device; and

2 eine vergrößerte Ansicht der Darstellung aus 1. 2 an enlarged view of the representation 1 ,

In 1 ist eine schematische Darstellung einer Teilansicht einer Ausgestaltung eines elektrochemischen Energiespeichers 10 gezeigt. Der Energiespeicher 10 kann beispielsweise eine Lithium-Ionen-Batterie sein und etwa in einem zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeug angeordnet sein.In 1 is a schematic representation of a partial view of an embodiment of an electrochemical energy storage device 10 shown. The energy storage 10 For example, it can be a lithium-ion battery and be arranged approximately in an at least partially electrically driven vehicle.

Der elektrochemische Energiespeicher 10 umfasst wenigstens zwei elektrochemische Zelleinheiten 12, 14, wobei die elektrochemischen Zelleinheiten 12, 14 jeweils wenigstens eine elektrochemische Zelle 13, 15 aufweisen. In der Ausgestaltung nach 1 weist jede der elektrochemischen Zelleinheiten 12, 14 eine elektrochemische Zelle 13, 15 auf. Dabei sind gemäß 1 die beiden Zelleinheiten 12, 14 beispielsweise mittels zumindest einer zwischen der Zelleinheit 12, 14 und einem Verbindungspunkt 16 verlaufenden elektrischen Leitung 18, 20 an dem Verbindungspunkt 16 miteinander verbunden. Die Leitungen 18, 20 werden somit an dem Verbindungspunkt 16 zusammengeführt und dort verbunden, beispielsweise verschweißt. Die Zellen 13, 15 der Zelleinheiten 12, 14 können beispielsweise als prismatische Zelle ausgebildet sein und somit einen Zellwickel 22, 24 aufweisen. Weiterhin weisen die Zellen 13, 15 der Zelleinheiten 12, 14 einen Stromableiter 26, 28 auf, der über die Ausmaße der gewickelten Elektroden hinausgehen kann und beispielsweise mit der elektrischen Leitung 18, 20 verbunden sein kann oder diese bilden kann.The electrochemical energy storage 10 comprises at least two electrochemical cell units 12 . 14 , wherein the electrochemical cell units 12 . 14 in each case at least one electrochemical cell 13 . 15 exhibit. In the embodiment according to 1 indicates each of the electrochemical cell units 12 . 14 an electrochemical cell 13 . 15 on. Here are according to 1 the two cell units 12 . 14 for example by means of at least one between the cell unit 12 . 14 and a connection point 16 extending electrical line 18 . 20 at the connection point 16 connected with each other. The wires 18 . 20 are thus at the connection point 16 merged and connected there, for example, welded. The cells 13 . 15 the cell units 12 . 14 For example, they may be formed as a prismatic cell and thus a cell coil 22 . 24 exhibit. Continue to show the cells 13 . 15 the cell units 12 . 14 a current collector 26 . 28 on, which can go beyond the dimensions of the wound electrodes and, for example, with the electrical line 18 . 20 can be connected or form this.

Bei Lithium-Ionen-Zellen, beispielsweise, wird das Elektrodenmaterial auf Aluminium- beziehungsweise Kupferfolie aufgetragen. Diese werden übereinandergelegt und aufgewickelt, wobei eine Separatorfolie als Trennschicht zwischen den einzelnen Wicklungen angeordnet wird. Seitlich wird jeweils eine der Metallfolien mit einem Ableiter 26, 28 aus dem entsprechenden Material zu einer Elektrode zusammengefasst.For lithium-ion cells, for example, the electrode material is applied to aluminum or copper foil. These are superimposed and wound up, with a Separatorfolie is arranged as a release layer between the individual windings. One side of each of the metal foils is equipped with an arrester 26 . 28 from the corresponding material combined to form an electrode.

Zelleinheiten 12, 14 mit hoher Leistung werden dabei aus mehreren von den oben beschriebenen auch als Jelly Rolls bezeichnet Zellwickeln 22, 24 beziehungsweise Zellen 13, 15 zusammengesetzt. Eine Zelleinheit 12, 14, die 21 beziehungsweise 24 Amperestunden liefert, umfasst beispielsweise zwei Zellwickel 22, 24, Zelleinheiten mit einer Leistung von 40 oder 60 Amperestunden können sogar drei oder vier Zellwickel 22, 24 umfassen, wobei die vorgenannten Werte nur illustrativ und in keiner Weise beschränkend sein sollen. cell units 12 . 14 with high power are doing of several of the above-described also called Jelly Rolls cell wraps 22 . 24 or cells 13 . 15 composed. A cell unit 12 . 14 which supplies 21 or 24 ampere hours, for example, comprises two cell wraps 22 . 24 Cell units with a capacity of 40 or 60 ampere hours can even have three or four cell wraps 22 . 24 The above values are intended to be illustrative only and not restrictive in any way.

Weiterhin weist wenigstens eine elektrische Leitung 18, 20 stromaufwärts des Verbindungspunkts 16 eine Sicherung 3 auf, die beispielsweise als Schmelzsicherung ausgestaltet sein kann. In einem nicht beschränken Beispiel kann die Schmelzsicherung dabei durch eine Querschnittreduktion der elektrischen Leitung 18, 20 ausgestaltet sein, wobei die elektrische Leitung 18, 20 in der Querschnittreduktion beziehungsweise im Bereich der Sicherung einen Querschnitt in einem Bereich von größer oder gleich 6% bis kleiner oder gleich 75 %, verglichen zu dem Querschnitt außerhalb dem Bereich des verringerten Querschnitts aufweisen kann. Ferner kann die Sicherung 30, beziehungsweise kann die Leitung 18, 20 im Bereich der Sicherung 30 von einer Kunststoffhülle umgeben, wie etwa ummantelt, sein.Furthermore, at least one electrical line 18 . 20 upstream of the connection point 16 a fuse 3 on, which can be configured for example as a fuse. In a non-limiting example, the fuse can be replaced by a cross-section reduction of the electrical line 18 . 20 be configured, the electrical line 18 . 20 in the cross-cut reduction or in the region of the fuse may have a cross section in a range of greater than or equal to 6% to less than or equal to 75%, compared to the cross section outside the range of reduced cross-section. Furthermore, the fuse 30 , respectively, can the line 18 . 20 in the field of security 30 surrounded by a plastic cover, such as jacketed be.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Claims (10)

Elektrochemischer Energiespeicher, aufweisend wenigstens zwei elektrochemische Zelleinheiten (12, 14), wobei die elektrochemischen Zelleinheiten (12, 14) jeweils wenigstens eine elektrochemische Zelle (13, 15) aufweisen, wobei wenigstens zwei Zelleinheiten (12, 14) mittels einer die jeweilige Zelleinheit (12, 14) mit einem Verbindungspunkt (16) verbindenden elektrischen Leitung (18, 20) miteinander verbunden sind, wobei wenigstens eine elektrische Leitung (18, 20) stromaufwärts des Verbindungspunkts (16) eine Sicherung (30) aufweist.Electrochemical energy store, comprising at least two electrochemical cell units ( 12 . 14 ), the electrochemical cell units ( 12 . 14 ) at least one electrochemical cell ( 13 . 15 ), wherein at least two cell units ( 12 . 14 ) by means of a respective cell unit ( 12 . 14 ) with a connection point ( 16 ) connecting electrical line ( 18 . 20 ), at least one electrical line ( 18 . 20 ) upstream of the connection point ( 16 ) a fuse ( 30 ) having. Energiespeicher nach Anspruch 1, wobei die Sicherung (30) als Schmelzsicherung ausgestaltet istEnergy storage according to claim 1, wherein the fuse ( 30 ) is designed as a fuse Energiespeicher nach Anspruch 2, wobei die Schmelzsicherung durch eine Querschnittsreduktion der elektrischen Leitung (18, 20) ausgestaltet ist.Energy store according to claim 2, wherein the fuse by a cross-sectional reduction of the electrical line ( 18 . 20 ) is configured. Energiespeicher nach Anspruch 3, wobei die elektrische Leitung (18, 20) eine Querschnittreduktion auf einen Querschnitt mit einer Größe in einem Bereich von größer oder gleich 6 % bis kleiner oder gleich 75 %, insbesondere größer oder gleich 20 % bis kleiner oder gleich 50 %, verglichen zu dem Querschnitt außerhalb des Bereichs des verringerten Querschnitts, aufweist. Energy store according to claim 3, wherein the electrical line ( 18 . 20 ) has a cross-sectional reduction to a cross-section having a size in a range from greater than or equal to 6% to less than or equal to 75%, in particular greater than or equal to 20% to less than or equal to 50%, compared to the cross-section outside the range of reduced cross-section , Energiespeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Sicherung (30) von einer Kunststoffhülle umgeben ist.Energy store according to one of claims 1 to 4, wherein the fuse ( 30 ) is surrounded by a plastic shell. Energiespeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die elektrische Leitung (18, 20) ein Stromableiter (26, 28) einer Zelleinheit (12, 14) ist.Energy store according to one of claims 1 to 5, wherein the electrical line ( 18 . 20 ) a current conductor ( 26 . 28 ) of a cell unit ( 12 . 14 ). Energiespeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Leitung (18, 20) aus Aluminium ausgestaltet ist. Energy store according to one of claims 1 to 6, wherein the line ( 18 . 20 ) is made of aluminum. Energiespeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 7 wobei wenigstens eine Zelleinheit (12, 14) nur eine elektrochemische Zelle (13, 15) aufweist.Energy store according to one of claims 1 to 7 wherein at least one cell unit ( 12 . 14 ) only one electrochemical cell ( 13 . 15 ) having. Energiespeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei wenigstens eine Zelleinheit (12, 14) wenigstens zwei elektrochemische Zellen (13, 15) aufweist.Energy store according to one of claims 1 to 7, wherein at least one cell unit ( 12 . 14 ) at least two electrochemical cells ( 13 . 15 ) having. Energiespeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Energiespeicher (10) eine Lithium-Ionen-Batterie ist.Energy store according to one of claims 1 to 9, wherein the energy store ( 10 ) is a lithium-ion battery.
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