DE102010033794A1

DE102010033794A1 - Gasgefülltes Gehäuse für einen Akkupack

Info

Publication number: DE102010033794A1
Application number: DE102010033794A
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: ADS TEC GmbH
Current assignee: ADS TEC Energy GmbH
Priority date: 2010-08-09
Filing date: 2010-08-09
Publication date: 2012-02-09
Anticipated expiration: 2030-08-10
Also published as: DE102010033794B4

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Akkupack aus einer Mehrzahl einzelner Flachzellen (6), die jeweils einen Kathodenableiter (17) und einen Anodenableiter (18) aufweisen. Je zwei Ableiter (17, 18) benachbarter Akkuflachzellen (5, 6) sind elektrisch leitend miteinander verbunden, wobei die Akkuflachzellen (5, 6) eines Akkupacks (4) in einem gemeinsamen, geschlossenen Gehäuse (2) mechanisch gehalten sind. Um eine belastbare Fixierung der Flachzellen im Gehäuse zu erzielen, ist der Innenraum (16) des Gehäuses (2) gasdicht ausgebildet und mit einem unter Druck stehenden Gas (23) gefüllt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Akkupack, bestehend aus einer Mehrzahl einzelner Akkuzellen, insbesondere Flachzellen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Derartige Akkupacks sind allgemein bekannt und werden zur Bildung eines Akkublocks in einem Gehäuse angeordnet. Dabei wird jede einzelne Akkuzelle im Gehäuse mechanisch gehalten und somit gegenüber den anderen Akkuzellen fixiert.
Werden derartige Akkublocks in Kraftfahrzeugen eingesetzt, werden die einzelnen Akkuflachzellen (z. B. Li Ion-Zellen) nicht nur elektrisch hoch belastet, sondern unterliegen auch hohen mechanischen Anforderungen, wie Stoßbelastungen, Rüttelschwingungen und Vibrationen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine belastbare Halterung von in einem Gehäuse angeordneten Akkuzellen auszubilden.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Innenraum des die Akkuzellen aufnehmenden Gehäuses gasdicht ausgebildet und mit einem unter Druck stehenden Gas gefüllt ist.
Das unter Druck stehende Gas füllt die Hohlräume des Gehäuseinnenraums aus, insbesondere die Hohlräume zwischen den Akkuflachzellen und bildet somit ein Gaspolster zwischen den Zellen, wodurch die Zellanordnung stabilisiert ist. Die aufgrund der spielbehafteten mechanischen Halterungen und Stoßbelastungen auftretenden Relativbewegungen der Akkuzellen werden durch die sich ausbildenden Gaspolster gedämpft, wobei jede Akkuzelle über das Gaspolster gegenüber den anderen Akkuzellen abgestützt ist. Der Druck des eingefüllten Gases ist so eingestellt, dass die bei Pouchzellen auftretende Bewegung der Zellenmembran weiterhin möglich ist. Eine im Betrieb auftretende Volumenänderung der Pouchzelle führt zu einer Kompression des Gaspolsters zwischen benachbarten Zellen bzw. zu einer Erhöhung des Druckniveaus des in das Gehäuse eingefüllten Gases.
Um eine weitgehend vollständige Füllung des Innenraums mit unter Druck stehendem Gas zu gewährleisten, ist die Ausbildung derart getroffen, dass alle Hohlräume des Innenraums in mittelbarer oder unmittelbarer Strömungsverbindung miteinander stehen. Dadurch ist gewährleistet, dass sich zwischen benachbarten Akkuzellen ein großflächiges Gaspolster ausbildet und jede Akkuzelle weitgehend vollständig von dem unter Druck stehenden Gas umhüllt ist. Dieses Gaspolster stützt jede Akkuzelle mechanisch und ist dämpfend nachgebend, wenn Relativbewegungen auftreten.
Zweckmäßig ist das Gas ein Inertgas, wodurch auch bei Schädigungen des Foliengehäuses einer Akkuzelle eine unerwünschte chemische Reaktion unterbunden ist. Insbesondere ist das Gas frei von Sauerstoff.
In Weiterbildung der Erfindung kann das Inertgas Kohlenstoffdioxyd sein, welches wirtschaftlich günstig zur Verfügung steht und umweltverträglich ist.
Das Gas im Innenraum des Gehäuses des Akkublocks steht gegenüber dem Umgebungsdruck vorzugsweise unter Überdruck. Zweckmäßig ist ein bestimmtes Maß an Überdruck gewählt, wozu ein Druckregler angeordnet ist. Der Druckregler regelt – vorzugsweise in Abhängigkeit vom Umgebungsdruck – den Gasdruck im Innenraum des Gehäuses auf einen vorgegebenen Überdruckwert, z. B. 10% über den Umgebungsdruck. Dabei ist es vorteilhaft, wenn der Druckregler im Gehäuse des Akkublocks angeordnet ist.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung, in der ein nachfolgend im Einzelnen beschriebenes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist. Es zeigen:
1 in perspektivischer Darstellung eine Außenansicht eines Akkublocks,
2 einen schematischen Längsschnitt durch den Akkublock nach 1,
3 einen schematischen Querschnitt durch den Akkublock nach 1,
4 eine schematische Darstellung einer Druckregelung für den Innenraum eines Akkublockgehäuses.
In 1 ist ein Akkublock 1 dargestellt, der ein Gehäuse 2 und einen das Gehäuse 2 verschließenden Deckel 3 aufweist. Wie sich aus dem Schnitt nach 2 ergibt, ist im Gehäuse 2 ein Akkupack 4 aus einer Vielzahl von Einzelzellen 5 angeordnet, die im Gehäuse 2 des Akkublocks 1 mechanisch fest gehalten sind. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Einzelzelle als Akkuflachzelle 6 aufgebaut, auch Pouchzelle genannt, und ist eine auf Lithium basierende Zelle, insbesondere eine Li Ion-Zelle.
Wie in 2 an der linken Zelle 6 schematisch dargestellt, besteht diese aus einer Vielzahl von aufeinandergeschichteten Kathodenfolien 7 und Anodenfolien 8, die jeweils durch dazwischen angeordnete Separatorfolien 9 voneinander getrennt sind. Die Kathodenfolien sind mit einem Kathodenableiter 17 und die Anodenfolien mit einem Anodenableiter 18 verbunden. Das Folienpaket 10 ist in eine Gehäusefolie 11 eingeschlagen, welche ein Foliengehäuse 12 bildet. Das Foliengehäuse ist umlaufend dicht verschlossen, z. B. durch eine umlaufende Siegelnaht 13. Im Foliengehäuse 12 ist eine Elektrolytlösung eingefüllt.
Die meist aus einer Kupferfolie bestehende Anodenfolie 8 ist innerhalb des Foliengehäuses 12 mit dem Anodenableiter 18 verbunden, der durch die Siegelnaht 13 nach außen geführt ist. Entsprechend ist die vorzugsweise aus einer Aluminiumfolie bestehende Kathodenfolie 7 im Foliengehäuse 12 mit dem Kathodenableiter 17 elektrisch leitend verbunden, der ebenfalls durch die Siegelnaht 13 nach außen geführt ist.
Das Gehäuse 2 des Akkublocks 1 ist durch den Deckel 3 vorzugsweise gas- und flüssigkeitsdicht verschlossen, wobei im Deckel 3 die elektrischen Anschlusspole 14 des Akkublocks 1 nach außen geführt sind.
Am Deckel 3 sind ferner Anschlüsse 15 vorgesehen, über die der Akkublock 1 an ein strömendes Wärmeträgermedium angeschlossen ist, über das Verlustwärme aus dem Akkublock 1 abgeführt oder bei zu niedrigen Temperaturen dem Akkublock 1 Wärme zugeführt werden kann.
Der Innenraum 16 des Akkugehäuses 2 ist aufgrund der mechanisch im Gehäuse 2 gehaltenen Akkuflachzellen 6 in eine Vielzahl von Hohlräumen 19 aufgeteilt. Zweckmäßig ist vorgesehen, dass die Hohlräume 19 des Innenraums 16 untereinander in mittelbarer oder unmittelbarer Strömungsverbindung stehen. Vorzugsweise stehen alle Hohlräume 19 des Innenraums 16 eines Akkugehäuses 2 miteinander in mittelbarer oder unmittelbarer Strömungsverbindung, wobei auch die Hohlräume im Deckel Teil des Innenraums 16 sind.
Aus der Darstellung nach 3 ist zu erkennen, dass jede Akkuflachzelle 6 an ihren seitlichen Längsrändern 21 des Akkupackgehäuses 2 mechanisch gehalten ist, vorzugsweise in der Gehäuseseitenwand 22 fixiert sind. Dadurch ist die Lage einer Akkuflachzelle 6 innerhalb des Gehäuses 2 bestimmt. Die Ableiter 17 und 18 ragen auf einer Längskante 20 der Zelle 6 in den Deckel 3 und werden dort nach einer vorgesehenen elektrischen Verschaltung mit den Ableitern 17, 18 der benachbarten Zellen elektrisch leitend verbunden. So werden die Zellen 5 bzw. 6 z. B. elektrisch in Reihe geschaltet, wozu benachbarte Zellen um jeweils 180° verdreht eingebaut sind, damit ein Anodenableiter 18 einem Kathodenableiter 17 räumlich gegenüberliegt und eine einfache Kontaktierung der Ableiter für die beabsichtigte Reihenschaltung erzielt ist.
Der Innenraum 16 des Gehäuses 2 ist mit einem unter Druck stehenden Gas 23 gefüllt. Da die Hohlräume 19 des Innenraums 16 in mittelbarer oder unmittelbarer Strömungsverbindung miteinander stehen, ist der gesamte Innenraum 16 des Gehäuses 2 mit dem unter Druck stehenden Gas 23 gefüllt, wobei das Gas vorteilhaft auch Hohlräume des Deckels 3 ausfüllt, die in Strömungsverbindung mit dem Gehäuseinnenraum stehen. Im Innenraum 16 bildet sich – wie in 2 unten links angedeutet – zwischen benachbarten Akkuflachzellen 6 ein Gaspolster 24 aus. Dadurch sind die Zellen 5 bzw. 6 gegeneinander über das Gaspolster 24 abgestützt, wodurch eine stabilisierende, dämpfende Wirkung erzielt ist. Das Gaspolster 24 ist nachgiebig und behindert die Bewegung der Zellenmembran (Gehäusefolie 11) nicht.
Das Gas 23 ist vorzugsweise frei von Sauerstoff. Insbesondere ist als eingefülltes Gas ein Inertgas wie Kohlenstoffdioxid oder Stickstoff vorgesehen Auch Edelgase wie Helium, Argon, Neon, Krypton, Radon oder Xenon können zweckmäßig sein.
Um eine einfache, vollständige Ausbreitung des unter Druck stehenden Gases zu gewährleisten, ist vorgesehen, zwischen der unteren Siegelnaht 25 einer Akkuflachzelle 6 und dem Boden 26 des Gehäuses 2 einen Abstand 27 vorzusehen, wodurch ein Spalt 28 gebildet ist, der eine drosselarme Verteilung des unter Druck stehenden Gases 23 im gesamten Innenraum 16 begünstigt.
Wie in 4 schematisch dargestellt, ist ein Druckregler 29 vorgesehen, der bevorzugt im Innenraum des Gehäuses 2 angeordnet ist. Über den Druckregler wird der Druck im Innenraum 16 des Gehäuses 2 nach gewünschten Kriterien eingestellt. Die im Betrieb einer Akkuflachzelle (Pouchzelle) auftretende Bewegung der Gehäusefolie 11 sollte durch das unter Druck stehende Gas nicht behindert sein. Der Druck des eingefüllten Gases liegt im mbar-Bereich. Es kann vorteilhaft sein, das Gas 23 im Innenraum 16 des Gehäuses 2 gegenüber dem Umgebungsdruck unter Überdruck zu setzen, z. B. auf einen Überdruck von 10% bis 150% des Umgebungsdrucks.
Über einen Druckregler 29 wird gewährleistet, dass unabhängig von äußeren Bedingungen und dem Zustand der Pouchzellen immer ein gewünschter Überdruck in vorgegebener Höhe eingestellt ist. In 4 ist der Druckregler 29 im Gehäuse 2 dargestellt; wie strichliert angedeutet, kann es zweckmäßig sein, den Druckregler auch außerhalb des Gehäuses 2 vorzusehen.

Claims

Akkupack, bestehend aus einer Mehrzahl einzelner Akkuzellen (5), insbesondere Flachzellen (6), die jeweils einen Kathodenableiter (17) und einen Anodenableiter (18) aufweisen, wobei je zwei Ableiter (17, 18) benachbarter Akkuzellen (5, 6) elektrisch leitend miteinander verbunden sind, und die Akkuzellen (5, 6) eines Akkupacks (4) in einem gemeinsamen, geschlossenen Gehäuse (2) mechanisch gehalten sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenraum (16) des Gehäuses (2) gasdicht ausgebildet und mit einem unter Druck stehenden Gas (23) gefüllt ist.
Akkupack nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Hohlräume (19) des Innenraums (16) in mittelbarer oder unmittelbarer Strömungsverbindung miteinander stehen.
Akkupack nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen benachbarten Akkuzellen (5, 6) jeweils ein Gaspolster (24) ausgebildet ist.
Akkupack nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass jede Akkuzelle (5, 6) überwiegend von dem unter Druck stehenden Gas (23) umhüllt ist.
Akkupack nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas ein Inertgas ist.
Akkupack nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas Kohlenstoffdioxid ist.
Akkupack nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas frei von Sauerstoff ist.
Akkupack nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas (23) gegenüber dem Umgebungsdruck unter Überdruck steht.
Akkupack nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasdruck im Innenraum (16) des Gehäuses (2) über einen Druckregler (29) gesteuert ist.
Akkupack nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckregler (29) im Gehäuse (2) angeordnet ist.