DE102008061011A1 - Energy storage unit i.e. battery system, for supplying electrical energy for driving e.g. plug-in hybrid vehicle, has adhesive battery pouch foil for adhesion of cell body with cooling components at side that is turned away from cell body - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Energiespeicher, insbesondere ein Batteriesystem, ein Foliensystem für die Ummantelung eines Energiespeichers sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Energiespeichers.The The invention relates to an energy store, in particular a battery system, a film system for the sheath of an energy storage and a method for manufacturing an energy store.
Als Hybrid- bzw. Elektrofahrzeug bezeichnet man Fahrzeuge, die prinzipbedingt ganz oder teilweise durch elektrische Energie angetrieben werden.When Hybrid or electric vehicle is called a vehicle, the principle be wholly or partly powered by electrical energy.
Kraftfahrzeuge mit Hybridantrieb, auch Hybridfahrzeuge genannt, weisen beispielsweise eine Verbrennungsmaschine, eine elektrische Maschine und einen oder mehrere elektrochemische Energiespeicher auf. Elektrofahrzeuge mit Brennstoffzellen bestehen allgemein aus einer Brennstoffzelle zur Energiewandlung, einem Tank für flüssige oder gasförmige Energieträger, einem elektrochemischen Energiespeicher und einer elektrischen Maschine für den Antrieb.motor vehicles with hybrid drive, also called hybrid vehicles, have, for example an internal combustion engine, an electric machine and an or several electrochemical energy storage on. Electric vehicles with Fuel cells generally consist of a fuel cell for Energy conversion, a tank for liquid or gaseous Energy, an electrochemical energy storage and an electrical machine for the drive.
Die elektrische Maschine des Hybridfahrzeuges ist in der Regel als Starter/Generator und/oder elektrischer Antrieb ausgeführt. Als Starter/Generator ersetzt sie den normalerweise vorhandenen Anlasser und die Lichtmaschine. Bei einer Ausführung als elektrischer Antrieb kann ein zusätzliches Drehmoment, d. h. ein Beschleunigungsmoment, zum Vortrieb des Fahrzeugs von der elektrischen Maschine beigetragen werden. Als Generator ermöglicht sie eine Rekuperation von Bremsenergie und Bordnetzversorgung.The Electric machine of the hybrid vehicle is usually called a starter / generator and / or electrical drive executed. As a starter / generator replaces the normally available starter and alternator. In a version as electric drive can be an additional torque, d. H. an acceleration torque, to propel the vehicle from the electrical Machine contributed. As a generator, it enables recuperation of braking energy and onboard power supply.
Bei einem reinen Elektrofahrzeug wird die Antriebsleistung allein durch eine elektrische Maschine bereitgestellt. Beiden Fahrzeugtypen, Hybrid- und Elektrofahrzeug ist gemein, dass große Mengen elektrischer Energie bereitgestellt und transferiert werden müssen.at a pure electric vehicle, the drive power alone an electric machine provided. Both vehicle types, Hybrid and electric vehicle is common that large amounts of electrical energy provided and transferred.
Die Steuerung des Energieflusses erfolgt über eine Elektronik allgemein Hybrid-Controller genannt. Er regelt unter anderem, ob und in welcher Menge dem Energiespeicher Energie entnommen oder zugeführt werden soll.The Control of the energy flow via an electronics in general Called hybrid controller. Among other things, he regulates whether and in what quantity the energy storage energy to be removed or supplied.
Die Energieentnahme aus der Brennstoffzelle oder dem Energiespeicher dient allgemein zur Darstellung von Antriebsleistung und zur Versorgung des Fahrzeugbordnetzes. Die Energiezuführung dient der Aufladung des Speichers bzw. zur Wandlung von Bremsenergie in elektrische Energie d. h. dem regenerativen Bremsen.The Energy extraction from the fuel cell or the energy storage is generally used to represent drive power and supply of the vehicle electrical system. The energy supply serves to charge the Memory or for the conversion of braking energy into electrical energy d. H. regenerative braking.
Der Energiespeicher für Hybridanwendungen kann während des Fahrbetriebs wieder aufgeladen werden. Die hierfür benötigte Energie stellt der Verbrennungsmotor bereit.Of the Energy storage for Hybrid applications may be during of the driving operation are recharged. The energy required for this the internal combustion engine provides.
Eine Anforderung an diese Energiespeicher ist es, ein Optimum des Produktes aus Spannung und Strom für eine geforderte Leistung zu finden. In diese Optimierungsbetrachtung gehen Material- und Kostenaspekte ein.A The requirement of this energy storage is to optimize the product from voltage and current for to find a required service. In this optimization consideration go into material and cost aspects.
Aufgabe der Erfindung ist es einen Energiespeicher mit guter Anbindung an Kühlbauteile oder Kühlsysteme bereitzustellen. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es ein Foliensystem für zur Ummantelung eines Energiespeichers sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Energiespeichers anzugeben.task The invention is an energy storage with good connection to cooling components or cooling systems provide. Another object of the invention is a film system for to Sheath of an energy storage and a method for manufacturing to specify an energy store.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe in Bezug auf den Energiespeicher gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 gelöst. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe in Bezug auf das Foliensystem gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 2 gelöst. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe in Bezug auf das Verfahren gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 3 gelöst. Vor teilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beansprucht.According to the invention Task relating to the energy storage according to the characterizing part of claim 1. According to the invention Task relating to the film system according to the characterizing part of claim 2. According to the invention Task relating to the method according to the characterizing part of claim 3. Before some Embodiments are claimed in the subclaims.
Dazu können die einzelnen Batteriezellen beispielsweise auf Aluminiumbleche geklebt werden, die sowohl die Batteriezellen mechanisch tragen als auch als Kühlung dienen. Eine sichere und blasenfreie Verbindung mit dem Element ist für beide Funktionen wichtig.To can the individual battery cells, for example, on aluminum sheets be glued, which carry both the battery cells mechanically as well as cooling serve. A safe and bubble-free connection with the element is for both functions important.
Die Anforderungen an eine gute Kühlanbindung können nicht nur für Energiespeicher für automotive Anwendungen wie Hybrid- oder Elektrofahrzeuge auftreten, sondern auch im stationären Bereich z. B. zur Pufferung von Lastspitzen oder Energiespeicher zur dezentralen Stromversorgung. Dazu könnten die einzelnen Batteriezellen, welche einen Energiespeicher bilden, beispielsweise auf Aluminiumbleche geklebt werden, die sowohl die Batteriezellen mechanisch tragen als auch als Kühlung dienen. Hierbei ist eine sichere und blasenfreie Verbindung mit den als Kühlelement dienenden Aluminiumblech für beide Funktionen wichtigThe Requirements for a good cooling connection can not only for Energy storage for automotive applications such as hybrid or electric vehicles occur, but also in stationary Area z. B. for buffering load peaks or energy storage for decentralized power supply. For this purpose, the individual battery cells, which form an energy store, for example on aluminum sheets be glued, which carry both the battery cells mechanically as well as cooling serve. Here is a safe and bubble-free connection with as a cooling element serving aluminum sheet for both functions important
Je nach Anwendung als Energiespeicher für Hybridfahrzeuge, Plug-in Hybride oder als Elektrofahrzeug können Spitzenleistungen von 10 kW bis zu über 200 kW gefordert sein. Anforderungen an kontinuierliche Leistungen können deutlich darunter liegen, dennoch können hierbei insbesondere diese Peak-Leistungen hohe Anforderungen an die Kühlung stellen. Die mechanische Verbindung muss die für Fahrzeuge typischen Belastungen durch Vibrationen und Temperaturzyklen aushalten. Hinzu kommen bei diesen Anwendungen zum Teil stark begrenzte Bauräumen, in denen die Energiespeicher realisiert werden.ever after application as energy storage for hybrid vehicles, plug-in Hybrid or electric vehicle can excel at 10 kW up to about 200 kW required. Requirements for continuous services can significantly lower, but in particular this peak performance can high demands on the cooling put. The mechanical connection must have the typical loads for vehicles withstand vibrations and temperature cycles. Add to this These applications partly very limited space in which realizes the energy storage become.
Für den Aufbau von Energiespeichern, insbesondere Batteriesystemen mit einer Vielzahl einzelner Batteriezellen ist es ein großer Vorteil, wenn die Batteriezellen auf die Montagebereiche der Kühlbleche leicht aufgeklebt werden können. Diese Montage kann zur physikalischen Fixierung auf einer Fläche aus beliebigem Material dienen. Bevorzugt ist jedoch die Anbringung auf Flächen die zur Kühlung dienen. Für die Effizienz der Kühlung ist die störungsfreie, vor allem blasenfreie Klebung der Zellen auf den Kühlelementen aus Gründen der thermischen Anbindung wichtig.For the construction of energy storage, ins special battery systems with a plurality of individual battery cells, it is a great advantage if the battery cells can be easily glued to the mounting areas of the cooling plates. This assembly can be used for physical fixation on a surface made of any material. Preferably, however, the attachment to surfaces which serve for cooling. For the efficiency of cooling the trouble-free, especially bubble-free adhesion of the cells on the cooling elements for reasons of thermal connection is important.
Um bei schon fertig hergestellten Batteriezellen die Klebeflächen aufzubringen, sind unter Umständen für die Batteriezellen relativ hohe Kräfte aufzubringen. Diese Kräfte müssen zwar nicht zu sofortigen Ausfall der Batteriezellen führen, können aber für die Lebensdauer der Batteriezellen von Nachteil sein. Hierbei werden die Folien auf die fertigen Batteriezellen aufgebracht und die Batteriezellen dann auf die Kühlelemente aufgeklebt. Da sowohl Kühler wie Batteriezellen undurchsichtig sind und die Folien zwischen 50 und einigen hundert μm dick sein können, ist eine Kontrolle der störungsfreien Verklebung in diesem Fall schwierig wenn nicht unmöglich. Die Folien können zudem mit zwei Klebeschichten aufgebaut sein, was einen zusätzlichen thermischen Widerstand darstellt. Bei einer in die Batteriefolie integrierten Klebefunktion, wird die Wärmeleitung zumindest verbessert, da eine Klebeschicht entfallen kann.Around to apply adhesive surfaces to already finished battery cells, are under circumstances for the Battery cells relatively high forces applied. These forces have to Although not leading to immediate failure of the battery cells, but can for the life the battery cells be a disadvantage. Here are the slides applied to the finished battery cells and the battery cells then on the cooling elements glued. Because both coolers as battery cells are opaque and the foils between 50 and a few hundred μm can be fat is a control of trouble-free Bonding in this case difficult if not impossible. The Slides can also be constructed with two adhesive layers, what an additional represents thermal resistance. In one in the battery foil integrated adhesive function, the heat conduction is at least improved, since an adhesive layer can be omitted.
Die Belastung der Batteriezellen beim Kleben kann durch Aufbringung einer Schicht, insbesondere einer Folie, die selbstklebend ausgeführt sein kann, reduziert werden. Eine solche Schicht kann auch als Unterstützung einer der Ummantelung der Batteriezelle dienenden Batteriefolie während des Tiefziehens sowie zum Schutz der eigentlichen Batteriefolie dienen.The Loading the battery cells during bonding can be done by applying a layer, in particular a film which may be self-adhesive, be reduced. Such a layer can also be used as a support the sheath of the battery cell serving battery sheet during deep drawing as well as to protect the actual battery foil.
In einer Ausführungsform ist die Aufbringung einer zusätzlichen Klebefolie als Klebeschicht auf die Batteriepouchefolien (Aluverbundfolie) vor dem Aufbau einer Batteriezelle vorgesehen.In an embodiment is the application of an additional Adhesive film as an adhesive layer on the battery pouch foils (aluminum composite foil) provided before the construction of a battery cell.
Dies ist wesentlich einfacher als die Aufbringung einer Klebefolie auf eine bereits fertig gestellte Batteriezelle, da Prozesse genutzt werden können, die bei Batterien nicht anwendbar sind. Beispielsweise können Druck, Auftrag mit Walzen oder Wärme bei der Applikation des Klebers genutzt werden, die zu einer besseren und stabileren Anbindung der Klebeschicht auf die Batteriefolie genutzt werden können.This is much easier than the application of an adhesive film on an already completed battery cell, since processes used that can be not applicable to batteries. For example, pressure, Order with rollers or heat at the application of the glue can be used, which leads to a better and more stable connection of the adhesive layer to the battery foil can be used.
In einer weiteren Ausgestaltung ist die Folie als komplettes Neudesign mit einer klebend ausgerüsteten äußeren Schicht des Folienverbundsystems der Batteriepouchefolie vorgesehen. Batterien im Flachzellendesign bestehen aus einer flach aufgebauten Schicht weisen Aufbau des Batterieinneren, dass mit unter Vakuum in einen Folienbeutel eingeschweißt ist. Ein Foliensystemen, dass für diese Anwendung geeignet ist, besteht beispielsweise aus einer Aluminiumfolie als Dampfsperre und zwei unterschiedliche Kunststoffschichten auf beiden Seiten der Alufolie. Die innere Kunststoffschicht ist gegen die aggressive Umgebung im Inneren der Zellen weitgehend resistent ausgeführt und hat gute Eigenschaften für die Heißsiegelung zum Verschließen der Zellen. Die Außenschicht dient vor allem aus Schutz der Aluminium-Foile gegen mechanische Beschädigung und Umwelteinflüsse.In In another embodiment, the film is a complete redesign with an adhesive outer layer provided the film composite system of the battery pouch film. batteries in the flat cell design consist of a flat layer Assemble the interior of the battery that under vacuum in one Shrink-wrapped bag is. A film systems that for This application is suitable, for example, consists of an aluminum foil as a vapor barrier and two different plastic layers both sides of the aluminum foil. The inner plastic layer is against the aggressive environment inside the cells is carried out largely resistant and has good properties for the heat seal to close the cells. The outer layer mainly serves to protect the aluminum foil against mechanical damage damage and environmental influences.
Vorzugsweise ist die äußere Kunststoffschicht (Außenschicht) nicht nur als Schutz zu nutzbar, sonder auch direkt mit einer klebenden Eigenschaft ausgestattet. Der Vorteil ist ein einfacher Aufbau des Foliensystems und eine verbesserte thermische Anbindung der Batteriezellen an Kühlelemente, Kühlkomponente oder Kühlsysteme. Zur Verbesserung der Wärmeübertragung ist es vorteilhaft die Zahl der Materialübergänge innerhalb der Verbundfolien so gering wie möglich zu halten, da jeder Materialübergang einen thermischen Widerstand darstellt.Preferably is the outer plastic layer (Outer layer) not only usable as protection, but also directly with an adhesive Property equipped. The advantage is a simple construction of the Film system and improved thermal connection of the battery cells to cooling elements, cooling component or cooling systems. To improve the heat transfer it is advantageous the number of material transitions within the composite films so low as possible to keep, since each material transition represents a thermal resistance.
Für beide Ausgestaltungen gibt es den gemeinsamen Vorteil, dass eine Deckfolie oder Schutzfolie auf der Klebeschicht aufgebracht sein kann, wodurch die klebenden Oberflächen in der Produktion hantiert werden können. Diese Folie kann auch erst bei der Aufbringung der Batteriezelle auf die Montagestelle entfernt werden. D. h. zum Zeitpunkt der Verbindung der Batteriezelle mit dem Kühlsystem kann die Folie entfernt werden.For both Embodiments, there is the common advantage that a cover sheet or protective film may be applied to the adhesive layer, thereby the adhesive surfaces can be handled in production. This slide can too only when applying the battery cell to the mounting point be removed. Ie. at the time of connection of the battery cell with the cooling system the foil can be removed.
Für den Aufbau der Batteriezellen kann die Batteriefolie um eine Schale/Becher tiefgezogen werden, um einen Raum für die Aufnahme des Zelleninneren zu erzeugen. Da der Tiefziehvorgang eine erhebliche Belastung für die Batteriefolie darstellt, kann die Schutzfolie oder Deckfolie so ausgelegt sein, dass sie den Tiefziehprozess unterstützt. Vor allem an den Ecken und Kanten der Tiefziehform treten hohe Belastungen für die Folien auf, die eine Aluminiumfolie in der Verbundfolie beschädigen könnte. Da die Integrität der Aluminiumschicht aber wichtig für eine lange Lebensdauer der Batteriezellen ist, kann mit Anwendung der Schutzfolie und dem dadurch gegebenen zusätzlichen Schutz auch die Lebensdauer der Batteriezellen verlängert werden.For the construction The battery cells can wrap the battery around a cup / cup be deep-drawn to a space for receiving the cell interior to create. Since the deep drawing process a significant burden on the battery film represents the protective film or cover sheet can be designed so that she supports the thermoforming process. Especially at the corners and edges of the thermoforming mold high loads occur for the Foils that could damage an aluminum foil in the composite foil. There the integrity the aluminum layer but important for a long life of Battery cells can, with application of the protective film and thereby given additional Protection also extends the life of the battery cells.
Die Batteriefolien können zudem auch nur bereichsweise mit der Klebe- und oder Schutzfolie beschichtet sein. Die Beschichtung ist dann vorzugsweise an den Stellen vorgesehen an denen eine Verbindung mit dem Kühlsystem herzustellen ist. Dies führt zu einer Einsparung von Folienmaterial und damit von Kosten.The Battery foils can also only partially coated with the adhesive and or protective film be. The coating is then preferably provided at the locations where to connect to the cooling system. this leads to to a saving of foil material and thus of costs.
Die Auswahl, der zur Anwendung kommenden Änderungen der Batteriefolien kann je nach der Summe der zu erzielenden Vorteile für den Prozess gewählt werden. Die Batteriezellen mit der integrierten Klebefunktionen für den Aufbau der Energiespeicher stellen einen erheblichen Vorteil im Herstellungsprozess für Batteriesysteme dar. Die Klebung der Batteriezellen auf Kühlkörper erlaubt eine kompakte und Bauraum effiziente Bauweise. Dies ist für die Nutzung der Batteriezellen und darauf aufgebaute Batteriesysteme im Automobilen Bereich wichtig. Die direkte Anbindung der Batteriezellen über die Klebefolie, vor allem bei Nutzung einer integrierten Folie erhöht die Effizienz der Kühlung. Hiermit ist eine kompakte, kostengünstige Bauweise von Energiespeichern ermöglicht mit erweiterten Anwendungsmöglichkeiten für die Batterietechnik. Zudem ist ein verbesserter Aufbau von Batteriesystemen sowie eine bessere thermische Anbindung der Batteriezelle an die Kühlung ermöglicht.The Selection of the applicable changes of the battery foils can be chosen according to the sum of the benefits to be achieved for the process. The battery cells with the integrated adhesive functions for the construction The energy storage provide a significant advantage in the manufacturing process for battery systems The adhesion of the battery cells on heatsink allows a compact and space efficient construction. This is for the use of the battery cells and battery systems based on it in the automotive sector important. The direct connection of the battery cells via the adhesive film, above all When using an integrated film increases the efficiency of cooling. Herewith is a compact, cost-effective Design of energy storage enabled with extended applications for the Battery technology. In addition, an improved construction of battery systems as well as a better thermal connection of the battery cell to the cooling allows.
Insgesamt ist eine Zelle mit Klebefunktion auch unter Kostengeschichtspunkten und Prozessaspekten eine vorteilhafte Lösung.All in all is a cell with glue function also under cost history and process aspects an advantageous solution.
Anhand der Figur wird die Erfindung weiter beispielhaft erläutert. Es zeigenBased the figure, the invention is further exemplified. It demonstrate
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