DE102014211032A1

DE102014211032A1 - Deckel mit vergossenen Lithium-Zellpads

Info

Publication number: DE102014211032A1
Application number: DE102014211032.7A
Authority: DE
Inventors: Anselm Berg; Frank Zimmer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2014-06-10
Filing date: 2014-06-10
Publication date: 2015-12-17

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lithium-Zellen-System, beispielsweise ein Lithium-Zellen-Batteriemodul und/oder Lithium-Zellen-Batteriepack, welches einen Deckel (10) und mindestens zwei Lithium-Zellpads (11) umfasst. Um ein kostengünstiges sowie ökonomisch und ökologisch nachhaltiges Lithium-Zellen-System mit einer hohen Integrationsdichte zur Verfügung zu stellen, sind die Lithium-Zellpads (11) an dem Deckel (10) angebracht und mit einer Vergußmasse (12) vergossen. Darüber hinaus betrifft die Erfindung entsprechende Herstellungsverfahren.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lithium-Zellen-System sowie Verfahren zur Herstellung eines Lithium-Zellen-Systems.
Stand der Technik
Im automotiven, stationären und maritimen Bereich verwendete Lithium-Ionen-Batterien umfassen in den meisten Fällen eine Vielzahl von Zellen.
Beim Zusammenbau zu Batteriemodulen beziehungsweise Batteriepacks werden die Zellen im Allgemeinen in ein Gehäuse integriert und verschaltet.
Die Druckschrift WO 2012/010456 betrifft eine Batterie mit einer mit Elektrolyt gefüllten Elektroden-Separator-Anordnung, welche zumindest teilweise mit einer Vergußmasse umhüllt ist.
Die Druckschrift US 2011/0183169 A1 beschreibt eine Batteriezelle mit einer Reihe von Zellwickeln, so genannten Jelly-Rolls, in einer Beutelverpackung.
Die Druckschrift WO 2008/104356 A1 beschreibt eine Batterie mit einem Zellverbund aus mit Aluminium umhüllten Zellen, welcher durch eine Vergußmasse in einem Gehäuse fixiert ist.
Offenbarung der Erfindung
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Lithium-Zellen-System, beispielsweise ein Lithium-Zellen-Batteriemodul und/oder Lithium-Zellen-Batteriepack, welches einen Deckel und mindestens zwei Lithium-Zellpads umfasst.
Dabei sind die Lithium-Zellpads insbesondere an dem Deckel angebracht und, insbesondere zumindest teilweise oder gegebenenfalls vollständig, mit einer Vergußmasse vergossen.
Unter einem Lithium-Zellpad kann insbesondere eine Baugruppe, wie ein – auch als Jelly-Roll bezeichneter – Zellwickel und/oder eine – auch als Jelly-Pad bezeichnete – Stapelzelle, verstanden werden, welche die elektrochemisch aktiven Komponenten einer oder mehrerer Lithium-Zelle/n, beispielsweise Lithium-Ionen-Zelle, wie eine Anode, eine Kathode und/oder einen Elektrolyten sowie gegebenenfalls eine oder mehrere, zwischen Anode und Kathode angeordnete Komponente/n, beispielsweise einen Separator und/oder einen Festelektrolyten und/oder eine Schutzschicht, umfasst und insbesondere frei von einem, insbesondere festen beziehungsweise starren, Zellgehäuse ist. Dabei kann beispielsweise die Anode einen Anodenstromableiter, zum Beispiel aus Kupfer, und/oder die Kathode einen Kathodenstromableiter, zum Beispiel aus Aluminium, aufweisen.
Durch die Vergußmasse können die Lithium-Zellpads vorteilhafterweise vor äußeren Einflüssen, beispielsweise vor Feuchtigkeit, geschützt und elektrisch isoliert werden, so dass auf feste beziehungsweise starre, beispielsweise metallische, Zellgehäuse zum Einhausen der einzelnen Lithium-Zellpads verzichtet werden kann. Dadurch kann wiederum vorteilhafterweise Volumen und/oder Gewicht reduziert und damit der, auf das Volumen beziehungsweise das Gewicht bezogene erreichbare Energieinhalt des Systems maximiert werden.
Durch die Vergußmasse können die Lithium-Zellpads zudem an dem Deckel fixiert werden, so dass vorteilhafterweise ein mechanisch stabiler Verbund aus Deckel, Lithium-Zellpads und Vergußmasse geschaffen werden kann.
Darüber hinaus bietet die Vergußmasse vorteilhafterweise eine hohe Flexibilität in der Bauform und ermöglicht damit eine Umsetzung in unterschiedlichen Anwendungen.
Da die Vergußmasse die Lithium-Zellpads bereits bei einem frühen Fertigungsschritt, elektrisch isolieren, vor Feuchtigkeit schützen und/oder mechanisch stabilisieren kann und durch die Vergußmasse Bauteile, wie Zellgehäuse, eingespart werden können und die Vergußmasse selbst aus kostengünstigen Materialien ausgebildet werden kann, kann vorteilhafterweise der Verbau vereinfacht und Verfahrenskosten sowie Materialkosten eingespart und eine kostengünstige Herstellung ermöglicht werden.
Zudem können durch die Einsparung von, insbesondere metallischen, Bauteilen Entsorgungskosten und gegebenenfalls Gewicht verringert und insbesondere das Recycling des Systems vereinfacht und die Kosten dafür gesenkt werden.
Insgesamt kann so vorteilhafterweise – insbesondere mittels einer kostengünstigen Herstellung – ein ökonomisch und ökologisch nachhaltiges Lithium-Zellen-System mit einer hohen Integrationsdichte, insbesondere bei gleichzeitig gutem Schutz der Lithium-Zellpads, zur Verfügung gestellt werden.
Zum Beispiel kann das Lithium-Zellen-System ein Lithium-Ionen-Batteriemodul und/oder ein Lithium-Ionen-Batteriepack sein.
Die Vergußmasse kann zum Beispiel ein Kunststoffmaterial umfassen. Beispielsweise kann die Vergußmasse mindestens einen Kunststoff, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Epoxidharzen, Polyurethanen (PU), Silikonen und Kombinationen beziehungsweise Mischungen davon umfassen.
Beispielsweise kann die Vergußmasse Epoxidharz umfassen. Gegebenenfalls kann die Vergußmasse aus Epoxidharz ausgebildet sein beziehungsweise im Wesentlichen aus Epoxidharz bestehen. Epoxidharze können vorteilhafterweise eine hohe mechanische Stabilität aufweisen.
Im Rahmen einer speziellen Ausgestaltung umfasst die Vergußmasse Polyurethan. Gegebenenfalls kann die Vergußmasse aus Polyurethan ausgebildet sein beziehungsweise im Wesentlichen aus Polyurethan bestehen. Polyurethane können vorteilhafterweise kostengünstig sein, eine ausreichende mechanische Stabilität aufweisen und insbesondere – verglichen mit anderen Polymeren – auch eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisen.
Die Vergußmasse kann jedoch auch Silikon umfassen. Gegebenenfalls kann die Vergußmasse aus Silikon ausgebildet sein beziehungsweise im Wesentlichen aus Silikon bestehen. Silikone können vorteilhafterweise eine vergleichsweise hohe Flexibilität aufweisen. Zum Beispiel kann die Vergußmasse ein Gel, beispielsweise ein Silikongel, sein.
Im Rahmen einer anderen speziellen Ausgestaltung umfasst die Vergußmasse ein Epoxidharz mit Silikonanteil. Gegebenenfalls kann die Vergußmasse aus einem Epoxidharz mit Silikonanteil ausgebildet sein. Epoxidharze mit Silikonanteil können vorteilhafterweise die Vorteile von Epoxidharzen und Silikonen vereinen und sowohl eine gute mechanische Stabilität als auch eine gute Flexibilität aufweisen.
Die Vergußmasse kann weiterhin mindestens ein Wärmeleitmittel zur Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit, beispielsweise Quarzsand, umfassen.
Der Deckel kann beispielsweise aus einem Kunststoffmaterial und/oder einem metallischen Material aufgebaut beziehungsweise ausgebildet sein. Insofern der Deckel aus einem metallischen Material aufgebaut ist, kann der Deckel insbesondere zusätzlich ein elektrisch isolierendes Material, beispielsweise Kunststoffmaterial, umfassen, beispielsweise um Kontaktdurchführungen gegen das metallische, und damit elektrisch leitende, Material elektrisch zu isolieren.
Im Rahmen einer speziellen Ausgestaltung ist der Deckel jedoch aus einem Kunststoffmaterial aufgebaut beziehungsweise ausgebildet. Durch Kunststoffmaterialien kann vorteilhafterweise eine elektrische Isolation, beispielsweise von elektrischen Kontakten, wie Kontaktdurchführungen, realisiert werden. Zudem können Kunststoffmaterialien vergossen werden. Dies ermöglicht es, auch den Deckel durch ein Vergußverfahren herzustellen und – wie später näher erläutert – elektrische Kontakte, wie Kontaktdurchführungen, und/oder Elektronik in das Material des Deckels einzugießen.
Im Rahmen einer Ausführungsform kann durch die Vergußmasse zumindest ein, an den Deckel und die Lithium-Zellpads angrenzender Bereich vergossen sein. So kann vorteilhafterweise ein mechanisch stabiler Verbund aus Deckel, Lithium-Zellpads und Vergußmasse geschaffen werden.
Insbesondere können die Lithium-Zellpads jeweils in Form eines Pad-artigen beziehungsweise Kissen-artigen, flächigen Körpers, beispielsweise eines im Wesentlichen prismatischen Körpers von dessen Flächen, die Grundfläche und die dazu im Wesentlichen parallele (Deck-)Fläche den größten Flächeninhalt aufweisen und somit Hauptflächen darstellen, ausgestaltet sein. Beispielsweise können die Lithium-Zellpads jeweils zwei Hauptflächen und mindestens eine Seitenfläche, insbesondere mehrere Seitenflächen, aufweisen. Im Inneren können die Lithium-Zellpads dabei sowohl wickelförmig als auch stapelförmig ausgestaltet sein.
Grundsätzlich können die Lithium-Zellpads sowohl beabstandet zueinander als auch aneinander anliegend angeordnet sein. Dadurch, dass die Lithium-Zellpads aneinander anliegend angeordnet werden, kann vorteilhafterweise ein besonders geringes Volumen des Systems erzielt werden, jedoch sollten dann die Lithium-Zellpads zur elektrischen Isolierung zwischen den einzelnen Lithium-Zellpads jeweils mit einer elektrisch isolierenden Hülle, beispielsweise einer später erläuterten Kunststoffhülle, umhüllt sein. Dadurch, dass die Lithium-Zellpads voneinander beabstandet angeordnet werden, kann der Raum zwischen den voneinander beabstandeten Lithium-Zellpads durch die Vergußmasse vergossen und die Lithium-Zellpads vorteilhafterweise durch die Vergußmasse voneinander elektrische isoliert werden, was es wiederum ermöglicht auf ein Umhüllen der einzelnen Lithium-Zellpads mit einer elektrisch isolierenden Hülle zu verzichten.
Insbesondere können die Lithium-Zellpads parallel zueinander angeordnet sein. Beispielsweise können die Hauptflächen der Lithium-Zellpads parallel zueinander angeordnet sein. Dabei können die Hauptflächen der Lithium-Zellpads beabstandet voneinander oder aneinander anliegend angeordnet sein.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform sind die Lithium-Zellpads vollständig mit der Vergußmasse umgossen. Dabei kann unter vollständig insbesondere verstanden werden, dass diejenigen Oberflächenabschnitte, welche nach dem Anbringen der Lithium-Zellpads an dem Deckel frei liegen, vollständig mit Vergußmasse bedeckt werden, insbesondere wobei Oberflächenabschnitte der Lithium-Zellpads, welche beim Anbringen der Lithium-Zellpads an dem Deckel, beispielsweise durch den Deckel und/oder benachbarte Lithium-Zellpads und/oder Kontaktierungen, abgedeckt werden und somit nicht für die Vergußmasse zugänglich sind, vergußmassenfrei verbleiben können. So können die Lithium-Zellpads vorteilhafterweise besonders gut elektrisch isoliert und vor äußeren Einflüssen, beispielsweise Feuchtigkeit, geschützt werden.
Die Lithium-Zellpads können jeweils von einer, insbesondere dünnen und/oder flexiblen, elektrisch isolierenden Hülle umhüllt sein.
Grundsätzlich können die Lithium-Zellpads daher auch, beispielsweise handelsübliche beziehungsweise fertige, so genannte Pouch-Zellen beziehungsweise Soft-Package-Zellen sein, welche mit einer, eine oder mehrere metallische Folien umfassenden Hülle, beispielsweise aus einem Aluminium-Kunststoff-Laminat, umhüllt sein. Bei der Verwendung von derartigen Pouch-Zellen beziehungsweise Soft-Package-Zellen können jedoch die metallischen Folien der Hüllen zum einen die Materialkosten und das Gewicht erhöhen und zum anderen das Recycling des Systems erschweren. Vorzugsweise weisen die Lithium-Zellpads daher keine metallische Folien umfassende Hülle auf.
Im Rahmen einer Ausführungsform sind daher die Lithium-Zellpads lediglich mit einer Kunststoffhülle umhüllt. Die Kunststoffhülle kann dabei beispielsweise eine (einfache) Kunststoffhülle, zum Beispiel aus einem, beispielsweise elektrolytbeständigen und vergußmassenbeständigen, insbesondere elektrisch isolierenden, Kunststoffmaterial, sein. So können die Lithium-Zellpads vorteilhafterweise auf kostengünstige Weise durch die Kunststoffhülle elektrisch isoliert, vor Feuchtigkeit sowie der Vergußmasse geschützt und dennoch einfach rezykliert werden. Zum Beispiel kann dabei die Kunststoffhülle eine, insbesondere flexible, Kunststoffverpackung, beispielsweise ein Kunststoffbeutel, oder ein, beispielsweise durch ein Tauchverfahren, zum Beispiel in ein schnell abbindendes Kunststoffmaterial, ausgebildeter Kunststoffüberzug sein.
Die Lithium-Zellpads können als solche jedoch auch unverpackt beziehungsweise unumhüllt sein und direkt mit der Vergußmasse vergossen werden.
Im Rahmen einer anderen Ausführungsform sind daher die Lithium-Zellpads direkt mit der Vergußmasse vergossen. So können die Lithium-Zellpads vorteilhafterweise durch die Vergußmasse elektrisch isoliert und dennoch einfach rezykliert werden. Die Lithium-Zellpads sollten dabei jedoch über einen vergußmassenbeständigen Aufbau verfügen.
Weiterhin kann das System eine Systemelektronik aufweisen. Die Systemelektronik kann beispielsweise zur Steuerung und/oder Überwachung des Systems ausgelegt sein. Zum Beispiel kann die Systemelektronik eine Leiterplatte umfassen.
Grundsätzlich kann die Systemelektronik eines oder mehrere Systemelektronikgehäuse aufweisen. Zum Beispiel kann die gesamte Systemelektronik in einem eigenen Systemelektronikgehäuse untergebracht sein. Oder die Systemelektronik kann mit einem oder mehreren Systemelektronikgehäusen ausgestattet sein, welche (jeweils) Leiterplattenbereiche und/oder einzelne Systemelektronikbauteile einhausen, wobei die restlichen Leiterplattenbereiche frei liegen kann.
Die Systemelektronik kann jedoch auch, beispielsweise zumindest teilweise oder gegebenenfalls auch vollständig, in die Vergußmasse und/oder den Deckel integriert sein.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform ist daher auch die Systemelektronik, insbesondere zumindest teilweise oder gegebenenfalls vollständig, mit der Vergußmasse vergossen.
Im Rahmen einer anderen Ausführungsform ist daher die Systemelektronik in Material, insbesondere Kunststoffmaterial, des Deckels eingegossen.
Insofern die Systemelektronik eine gehäusefreie beziehungsweise offene Leiterplatte ist, kann die Systemelektronik direkt mit der Vergußmasse beziehungsweise dem Material des Deckels vergossen sein. Dabei kann die Leiterplatte nur durch die Vergußmasse beziehungsweise das Material des Deckels geschützt und/oder elektrisch isoliert werden.
Insofern die die Systemelektronik mit einem oder mehreren Systemelektronikgehäusen ausgestattet ist, welche (jeweils) Leiterplattenbereiche und/oder einzelne Systemelektronikbauteile einhausen, können die restlichen, insbesondere ursprünglich freiliegenden, Leiterplattenbereiche und/oder Systemelektronikbauteile die Vergußmasse beziehungsweise das Material des Deckels direkt kontaktieren beziehungsweise direkt mit der Vergußmasse beziehungsweise dem Material des Deckels vergossen sein. So können vorteilhafterweise besonders empfindliche Leiterplattenbereiche und/oder Systemelektronikbauteile durch Systemelektronikgehäuse vor der Vergußmasse beziehungsweise dem Material des Deckels geschützt werden.
Im Rahmen einer speziellen Ausgestaltung ist die Systemelektronik hingegen – in Analogie zu den Lithium-Zellpads – lediglich mit einer Kunststoffhülle umhüllt. Die Kunststoffhülle kann dabei beispielsweise eine (einfache) Kunststoffhülle, zum Beispiel aus einem, beispielsweise vergußmassenbeständigen, insbesondere elektrisch isolierenden, Kunststoffmaterial, sein. So kann die Systemelektronik vorteilhafterweise auf kostengünstige Weise durch die Kunststoffhülle elektrisch isoliert, vor der Vergußmasse beziehungsweise dem Material des Deckels geschützt und dennoch einfach rezykliert werden. Zum Beispiel kann dabei die Kunststoffhülle eine, insbesondere flexible, Kunststoffverpackung, beispielsweise ein Kunststoffbeutel, oder ein, beispielsweise durch ein Tauchverfahren, zum Beispiel in ein schnell abbindendes Kunststoffmaterial, ausgebildeter Kunststoffüberzug sein.
Die Systemelektronik kann sowohl beabstandet zu den Lithium-Zellpads als auch anliegend an Lithium-Zellpads angeordnet sein. Insofern die Systemelektronik an Lithium-Zellpads anliegend angeordnet ist, können die Systemelektronik und/oder die daran anliegenden Lithium-Zellpads insbesondere eine elektrisch isolierende Hülle, beispielsweise eine vorstehend erläuterte Kunststoffhülle, aufweisen. Insofern die Systemelektronik beabstandet zu den Lithium-Zellpads angeordnet ist, kann der Raum zwischen der Systemelektronik und den davon beabstandeten Lithium-Zellpads vorteilhafterweise durch die Vergußmasse vergossen sein. So können die Systemelektronik und die Lithium-Zellpads vorteilhafterweise durch die Vergußmasse voneinander elektrische isoliert werden.
Insbesondere kann die Systemelektronik in Form eines flächigen Körpers, beispielsweise eines im Wesentlichen prismatischen Körpers von dessen Flächen, die Grundfläche und die dazu parallele (Deck-)Fläche den größten Flächeninhalt aufweisen und somit Hauptflächen darstellen, ausgestaltet sein. Beispielsweise kann die Systemelektronik jeweils zwei Hauptflächen und mindestens eine Seitenfläche, insbesondere mehrere Seitenflächen, aufweisen.
Insbesondere kann die Systemelektronik parallel zu den Lithium-Zellpads angeordnet sein. Beispielsweise kann die Systemelektronik, insbesondere parallel, zwischen zwei Lithium-Zellpads oder benachbart zu einem der Außen liegenden Lithium-Zellpad angeordnet sein. Dabei können die Hauptflächen der Systemelektronik und der Lithium-Zellpads insbesondere parallel zueinander angeordnet sein. Dabei können die Hauptflächen der Systemelektronik und der Lithium-Zellpads beabstandet voneinander oder aneinander anliegend angeordnet sein.
Im Rahmen einer speziellen Ausgestaltung weisen die Hauptflächen der Systemelektronik eine Erstreckung auf, welche kleiner oder gleich der Erstreckung der Hauptflächen der Lithium-Zellpads ist. So kann vorteilhafterweise das Volumen des Systems weiter minimiert werden.
Weiterhin kann das System elektrische Kontakte zum elektrischen Kontaktieren der Lithium-Zellpads aufweisen. Beispielsweise können elektrische Kontakte Kontaktdurchführungen, insbesondere zum elektrischen Kontaktieren der Lithium-Zellpads durch den Deckel, und/oder Zellterminals, insbesondere zum elektrischen Anschließen der Lithium-Zellpads, und/oder Zellverbinder, insbesondere zum elektrischen Verschalten der Lithium-Zellpads, und/oder Systemelektronikanschlüsse, insbesondere zum elektrischen Anschließen der Systemelektronik, beispielsweise einer Packelektronik und/oder Modulelektronik, und/oder Systemstromanschlüsse, beispielsweise ein erster Stromanschluss und ein zweiter Stromanschluss, insbesondere zum elektrischen Anschließen des Systems, sein.
Die elektrischen Kontakte können, beispielsweise zur elektrischen Kontaktierung und/oder Verschaltung der einzelnen Lithium-Zellpads, als, beispielsweise stabförmiges, Kontaktelement und/oder Kontaktfläche und/oder Kontaktgitter und/oder Schneid-Klemm-Kontakt und/oder Schraub-Kontakt und/oder Stecker und/oder Kabelstrang und/oder Einzelader ausgeführt sein und/oder verschweißt, beispielsweise durch einen Ultraschallschweißprozess und/oder Laserschweißprozess und/oder Widerstandsschweißprozess, und/oder verlötet und/oder gebondet und/oder, zum Beispiel mittels Schneidklemmen, geklemmt und/oder geschraubt und/oder gesteckt sein.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform umfasst der Deckel elektrische Kontakte. Beispielsweise kann der Deckel Kontaktdurchführungen, insbesondere zum elektrischen Kontaktieren der Lithium-Zellpads durch den Deckel umfassen. So können die Lithium-Zellpads vorteilhafterweise nach dem Vergießen mit der Vergußmasse auf einfache Weise, insbesondere von der Außenseite des Deckels aus, elektrisch kontaktiert und insbesondere verschaltet werden. Beispielsweise können die Lithium-Zellpads dabei, insbesondere zum Erzielen einer höheren Spannung, in Reihe und/oder, insbesondere zum Erzielen einer höheren Stromstärke, parallel geschaltet werden. So können vorteilhafterweise Freiheitsgrade in der Nutzung des Designs erhöht werden und – beispielsweise mit der gleichen Elektrochemie – sowohl ein Hochenergiesystem als auch ein Hochstromsystem, insbesondere lediglich durch Änderung der Verschaltung, zur Verfügung gestellt werden. Das Verschalten kann dabei vorteilhafterweise mittels Kontaktelementen und/oder mittels Kontaktflächen und/oder mittels eines Kontaktgitters und/oder mittels Schneid-Klemm-Kontakten und/oder mittels Schraub-Kontakten und/oder mittels Steckern und/oder mittels eines Kabelstrangs und/oder mittels Einzeladern und/oder mittels Schweißen, beispielsweise durch Ultraschallschweißen und/oder Laserschweißen und/oder Widerstandsschweißen, und/oder mittels Löten und/oder mittels Boden und/oder mittels Klemmen, zum Beispiel mittels Schneidklemmen, und/oder mittels Verschrauben und/oder mittels Stecken erfolgen.
Insbesondere kann der Deckel Kontaktdurchführungen, insbesondere zum elektrischen Kontaktieren der Lithium-Zellpads durch den Deckel, und/oder Zellterminals, insbesondere zum elektrischen Anschließen der Lithium-Zellpads, und/oder Zellverbinder, insbesondere zum elektrischen Verschalten der Lithium-Zellpads, und/oder Systemelektronikanschlüsse, insbesondere zum elektrischen Anschließen der Systemelektronik, beispielsweise einer Packelektronik oder Modulelektronik, und/oder Systemstromanschlüsse, beispielsweise ein erster Stromanschluss und ein zweiter Stromanschluss, insbesondere zum elektrischen Anschließen des Systems, und/oder ein Kontaktgitter umfassen.
Im Rahmen einer speziellen Ausgestaltung sind elektrische Kontakte in Material, insbesondere Kunststoffmaterial, des Deckels eingegossen. Beispielsweise können in das Material, insbesondere Kunststoffmaterial, des Deckels Kontaktdurchführungen, insbesondere zum elektrischen Kontaktieren der Lithium-Zellpads durch den Deckel, und/oder Zellterminals, insbesondere zum elektrischen Anschließen der Lithium-Zellpads, und/oder Zellverbinder, insbesondere zum elektrischen Verschalten der Lithium-Zellpads, und/oder Systemelektronikanschlüsse, insbesondere zum elektrischen Anschließen der Systemelektronik, beispielsweise einer Packelektronik und/oder Modulelektronik, und/oder Systemstromanschlüsse, beispielsweise ein erster Stromanschluss und ein zweiter Stromanschluss, insbesondere zum elektrischen Anschließen des Systems, und/oder ein Kontaktgitter eingegossen sein.
Beispielsweise können in das Material des Deckels Zellterminals, insbesondere zum elektrischen Anschließen der Lithium-Zellpads, eingegossen sein.
Insbesondere können die Zellterminals dabei zumindest auf einer Seite aus dem Deckel herausragen. Die Lithium-Zellpads können dabei beispielsweise auf die Zellterminals aufgesteckt sein beziehungsweise werden. So können die Lithium-Zellpads vorteilhafterweise durch einen Verfahrensschritt an dem Deckel angebracht und gleichermaßen elektrisch kontaktiert werden. Dabei können die Zellterminals auch aus der gegenüberliegenden Seite des Deckels herausragen beziehungsweise sich durch den Deckel beziehungsweise das Material des Deckels hindurch erstrecken. So können die Zellterminals vorteilhafterweise auch als Kontaktdurchführungen dienen und die Freiheitsgrade des System erhöhen.
Analog dazu können auch Systemelektronikanschlüsse zumindest auf einer Seite aus dem Deckel herausragen. Die Systemelektronik kann dabei beispielsweise auf die Systemelektronikanschlüsse aufgesteckt sein beziehungsweise werden. So kann die Systemelektronikanschlüsse vorteilhafterweise durch einen Verfahrensschritt an dem Deckel angebracht und gleichermaßen elektrisch kontaktiert werden. Dabei können die Systemelektronikanschlüsse auch aus der gegenüberliegenden Seite des Deckels herausragen beziehungsweise sich durch den Deckel beziehungsweise das Material des Deckels hindurch erstrecken. So können die Systemelektronikanschlüsse vorteilhafterweise auch als Kontaktdurchführungen dienen und die Freiheitsgrade des System erhöhen
Es ist jedoch ebenso möglich, dass sich die Zellterminals und/oder Systemelektronikanschlüsse nur bis in den Deckel beziehungsweise nur bis in das Material des Deckels erstrecken und dort beispielsweise durch ebenfalls in dem Material des Deckels vergossene Zellverbinder und/oder Anschlüsse verschaltet sind.
Zum Beispiel können elektrische Kontakte in das Material, insbesondere Kunststoffmaterial, des Deckels in Form eines Kontaktgitters eingegossen sein. Ein Kontaktgitter kann vorteilhafterweise besonders einfach in das Material des Deckels integriert, beispielsweise darin eingegossen, werden. Beispielsweise können dabei durch das Kontaktgitter Zellterminals, insbesondere zum elektrischen Anschließen der Lithium-Zellpads, und/oder Kontaktdurchführungen, insbesondere zum elektrischen Kontaktieren der Lithium-Zellpads durch den Deckel, und/oder Zellverbinder, insbesondere zum elektrischen Verschalten der Lithium-Zellpads, und/oder Systemelektronikanschlüsse, insbesondere zum elektrischen Anschließen der Systemelektronik, beispielsweise einer Packelektronik oder Modulelektronik, und/oder Systemstromanschlüsse, beispielsweise ein erster Stromanschluss und ein zweiter Stromanschluss, insbesondere zum elektrischen Anschließen des Systems, ausgebildet werden. Wie vorstehend erläutert, können dabei die Lithium-Zellpads auf Zellterminals, welche durch das Kontaktgitter ausgebildet werden, und/oder eine Systemelektronik auf Systemelektronikanschlüsse, welche durch das Kontaktgitter ausgebildet werden, aufgesteckt werden.
Auf der den Lithium-Zellpads zugewandten Seite des Deckels können elektrische Kontakte, beispielsweise zumindest teilweise oder gegebenenfalls auch vollständig, mit der Vergußmasse vergossen sein. Beispielsweise können die Zellterminals abschnittsweise, beispielsweise zwischen einem von dem Lithium-Zellpad umgebenen Abschnitt und einem von dem Material des Deckels umgebenen Abschnitt, in der Vergußmasse eingegossen sein.
Weiterhin kann in der Vergußmasse und/oder in den Deckel eine Temperiermittelleitung, beispielsweise Kühlmittelleitung, integriert sein.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform ist daher mit der Vergußmasse und/oder mit dem Material des Deckels auch eine Temperiermittelleitung, beispielsweise Kühlmittelleitung, vergossen. So können die Lithium-Zellpads vorteilhafterweise auf einfache Weise mit einer Temperiereinrichtung, beispielsweise Kühleinrichtung, ausgestattet beziehungsweise auf einfache Weise temperiert und beispielsweise gekühlt werden. Zum Beispiel kann die Temperiermittelleitung dabei in Form einer Leitungsschlange und/oder eines Leitungsrohrs ausgebildet sein. Insbesondere kann die Temperiermittelleitung in Form einer Leitungsschlange ausgebildet sein. So können vorteilhafterweise besonders hohe Freiheitsgrade im Design erzielt werden. Insbesondere kann die Temperiermittelleitung in der Vergußmasse und/oder in dem Material, beispielsweise Kunststoffmaterial, des Deckels eingegossen sein. Zum Beispiel kann dabei die Temperiermittelleitung, beispielsweise in Form einer Leitungsschlange oder eines Leitungsrohrs, zumindest abschnittsweise zwischen Lithium-Zellpads und/oder Systemelektronik verlaufen. So können die Lithium-Zellpads und gegebenenfalls die Systemelektronik, welche eine besonders hohe Wärmeabgabe zeigen können, vorteilhafterweise besonders einfach und effektiv temperiert und beispielsweise gekühlt beziehungsweise mit einer einfachen und effektiven Temperiereinrichtung, beispielsweise Kühleinrichtung, ausgestattet werden. Insbesondere kann die Temperiermittelleitung in der Vergußmasse eingegossen sein. Darüber hinaus kann die Temperiermittelleitung Temperiermittelanschlüsse aufweisen. Beispielsweise können die Temperiermittelanschlüsse aus der Vergußmasse herausragen. Alternativ oder zusätzlich dazu kann – wie später näher erläutert – die Temperiermittelleitung auch an Temperiermittelanschlüsse eines Gehäuses anschließbar oder angeschlossen sein. Als Temperiermittel, insbesondere Kühlmittel, kann dabei beispielsweise Wasser oder ein anderes Temperiermittel eingesetzt werden.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform ist das Lithium-Zellen-System eine Deckelbaugruppe mit einem Deckelabschnitt und einem Vergußmassenabschnitt, deren Außenflächen durch den Deckel und die Vergußmasse ausgebildet werden. Dabei kann unter ausgebildet insbesondere verstanden werden, dass geringe Flächeninhalte der Außenfläche der Deckelbaugruppe auch auf, aus dem Deckel und/oder der Vergußmasse herausragende Bauteile, beispielsweise Zellterminals und/oder Kontaktdurchführungen und/oder Temperiermittelanschlüsse, entfallen können. Bei einem als Deckelbaugruppe ausgestaltetem System kann die Vergußmasse vorteilhafterweise auch als eine Art Gehäuse dienen. Auf ein zusätzliches Gehäuse kann dabei gegebenenfalls verzichtet werden. So kann vorteilhafterweise ein System mit besonders geringem Gewicht und Volumen bereitgestellt werden, welches auf einfache Weise rezykliert (Recycling) werden kann. Wie im folgenden näher erläutert ist es jedoch ebenso möglich zusätzlich zur Deckelbaugruppe ein Gehäuse mit einem durch den Deckel der Deckelbaugruppe verschließbaren Innenraum vorzusehen, beispielsweise in dessen Innenraum der Vergußmassenabschnitt der Deckelbaugruppe lösbar einfügbar oder eingefügt ist.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform umfasst das Lithium-Zellen-System daher weiterhin ein Gehäuse mit einem durch den Deckel verschließbaren Innenraum. Der Innenraum des Gehäuses kann dabei insbesondere zur Aufnahme der, mit der Vergußmasse vergossenen Lithium-Zellpads ausgelegt sein. Durch das Gehäuse können die Lithium-Zellpads vorteilhafterweise noch besser vor Feuchtigkeit geschützt werden.
Im Rahmen einer speziellen Ausgestaltung ist der Vergußmassenabschnitt der Deckelbaugruppe lösbar in den Innenraum des Gehäuses einfügbar oder eingefügt. Dabei kann der Innenraum insbesondere durch den Deckelabschnitt der Deckelbaugruppe verschließbar sein. Dies hat den Vorteil, dass das System auf einfache Weise mit einem Gehäuse ausgestattet und – da sich die Vergußmasse der Deckelbaugruppe nicht mit dem Gehäuse verbindet – auch auf einfache Weise wieder von dem Gehäuse getrennt werden kann. So kann wiederum vorteilhafterweise die Deckelbaugruppe auf einfache Weise rezykliert (Recycling) und das Gehäuse beispielsweise ebenfalls rezykliert oder wieder verwendet werden.
Im Rahmen einer anderen Ausgestaltung ist jedoch der Innenraum des Gehäuses mit der Vergußmasse vergossen. So kann die Herstellung des Systems – auf Kosten der Rezyklierbarkeit – vereinfacht werden.
Insofern das System ein Lithium-Zellen-Batteriemodul ist, kann das Gehäuse auch als Modulgehäuse bezeichnet werden. Insofern das System ein Lithium-Zellen-Batteriepack ist, kann das Gehäuse auch als Packgehäuse bezeichnet werden.
Das Gehäuse kann ein metallisches Material, zum Beispiel Aluminium und/oder Weißblech und/oder Edelstahl, und/oder ein Kunststoffmaterial und/oder Verstärkungsfasern, beispielsweise Kohlenstofffasern, umfassen.
Beispielsweise kann das Gehäuse aus einem metallischen Material, zum Beispiel Aluminium und/oder Weißblech ausgebildet sein. Durch die Vergußmasse kann dabei vorteilhafterweise eine elektrische Isolierung zu dem elektrisch leitenden, metallischen Material des Gehäuses erzielt werden.
Das Gehäuse kann jedoch auch aus einem Kunststoffmaterial, beispielsweise einem Thermoplast oder Duroplast, ausgebildet sein.
Zum Beispiel kann das Gehäuse aus einem faserverstärkten Kunststoff, beispielsweise kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (Carbon), ausgebildet sein.
Alternativ oder zusätzlich zu der mit der Vergußmasse vergossenen beziehungsweise in dem Material des Deckels eingegossenen Systemelektronik und/oder Temperiermittelleitung, kann das Gehäuse eine Temperiermittelleitung und/oder eine Systemelektronik, beispielsweise eines oder mehrere Steuergeräte zur Steuerung und/oder Überwachung des Systems, umfassen. Beispielsweise können diese in das Gehäuse integriert sein. So können die Lithium-Zellpads ebenfalls auf einfache Weise mit einer Temperiereinrichtung, beispielsweise Kühleinrichtung, beziehungsweise einer Systemelektronik ausgestattet werden.
Beispielsweise kann dabei in das Material des Gehäuses eine Temperiermittelleitung eingegossen sein. Die Temperiermittelleitung kann dabei beispielsweise am Boden des Gehäuses und/oder an mindestens einer Seitenwand, beispielsweise an mehreren Seitenwänden, des Gehäuses ausgebildet sein. Zum Beispiel kann die Temperiermittelleitung im Boden des Gehäuses und/oder in mindestens einer Seitenwand, beispielsweise in mehreren Seitenwänden, des Gehäuses ausgebildet sein.
Darüber hinaus kann das Gehäuse Temperiermittelanschlüsse aufweisen. Die Temperiermittelanschlüsse des Gehäuses können beispielsweise nach außen, zum Beispiel an einer Seitenwand, aus dem Gehäuse herausragen. Dabei kann die Temperiermittelleitung des Gehäuses und/oder die Temperiermittelleitung der Vergußmasse an die Temperiermittelanschlüsse des Gehäuses anschließbar oder angeschlossen sein. Als Temperiermittel, insbesondere Kühlmittel, kann auch hierbei beispielsweise Wasser oder ein anderes Temperiermittel eingesetzt werden.
Das System kann beispielsweise durch ein im Folgenden erläutertes, erfindungsgemäßes Verfahren hergestellt sein.
Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Systems wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sowie auf die Figuren und die Figurenbeschreibung verwiesen.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Lithium-Zellen-Systems, insbesondere eines erfindungsgemäßen Lithium-Zellen-Systems. Zum Beispiel kann das Verfahren zur Herstellung eines Lithium-Zellen-Batteriemoduls und/oder Lithium-Zellen-Batteriepacks, beispielsweise eines Lithium-Ionen-Batteriemoduls und/oder ein Lithium-Ionen-Batteriepacks, ausgelegt sein.
Im Rahmen einer Ausführungsform umfasst das Verfahren die Verfahrensschritte:

a) Anbringen von mindestens zwei Lithium-Zellpads an einem Deckel;
b) Verschließen eines Innenraums einer Vergußform oder eines Gehäuses mit dem Deckel derart, dass die Lithium-Zellpads in den Innenraum eingebracht werden, und
c) Befüllen des Innenraums mit einer Vergußmasse. Wie bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen System ausführlich erläutert, kann so ein ökonomisch und ökologisch nachhaltiges Lithium-Zellen-System kostengünstig hergestellt werden.

Im Rahmen einer alternativen oder zusätzlichen Ausführungsform umfasst das Verfahren die Verfahrensschritte:

x) Überprüfen von Lithium-Zellpads auf ihre Funktionsfähigkeit; und
y) Verbauen von mindestens zwei auf ihre Funktionsfähigkeit geprüften und als funktionsfähig befundenen Lithium-Zellpads zu einem Lithium-Zellen-System.

Im Fall einer Kombination der Ausführungsformen kann Verfahrensschritt x) insbesondere vor Verfahrensschritt a) durchgeführt werden. Dabei kann Verfahrensschritt y) durch die Verfahrensschritte b) und c) erfolgen.
Beispielsweise können in Verfahrensschritt a) Lithium-Zellpads verwendet werden, welche, zum Beispiel in Verfahrensschritt x), auf ihre Funktionsfähigkeit überprüft und als funktionsfähig befunden sind.
Dadurch, dass die Lithium-Zellpads vor dem Verbauen, beispielsweise vor dem Anbringen an dem Deckel, auf ihre Funktionsfähigkeit überprüft werden, kann der Ausschuss auf den Verlust der fehlerhafte Lithium-Zellpads beschränkt und insbesondere der Ausschuss an Systemen minimiert werden. Auf diese Weise kann wiederum ein ökonomisch und ökologisch nachhaltiges Lithium-Zellen-System auf kostengünstige Weise hergestellt werden.
Im Rahmen einer speziellen Ausgestaltung dieser Ausführungsformen werden vorformierte Lithium-Zellpads verwendet. So kann vorteilhafterweise der beim Formieren entstehende Ausschuss auf fehlerhafte Lithium-Zellpads beschränkt und der Ausschuss an Systemen weiter minimiert und damit die ökonomische und ökologische Nachhaltigkeit weiter gesteigert und die Herstellungskosten weiter gesenkt werden.
Beispielsweise können in Verfahrensschritt x) formierte Lithium-Zellpads verwendet werden oder in Verfahrensschritt x) Lithium-Zellpads, insbesondere zunächst, formiert und, insbesondere anschließend, auf ihre Funktionsfähigkeit überprüft werden.
Beziehungsweise in Verfahrensschritt a) können beispielsweise Lithium-Zellpads verwendet werden, welche formiert und auf ihre Funktionsfähigkeit überprüft und als funktionsfähig befunden sind.
Beispielsweise können die Verfahrensschritte a) beziehungsweise x) offen, zum Beispiel in einem Trockenraum, erfolgen. So kann vorteilhafterweise ein Druckanstieg in den Lithium-Zellpads durch möglicherweise entstehende Formiergase verhindert werden.
Da nicht alle Lithium-Zellpad-Typen formiert werden müssen und/oder Formiergas bilden, ist es grundsätzlich auch möglich die Lithium-Zellpads erst nach Verfahrensschritt c) zu formieren.
Im Rahmen einer Ausgestaltung werden in Verfahrensschritt a) beziehungsweise x) Lithium-Zellpads verwendet, welche umhüllungsfrei sind. Wie bereits erläutert, kann so die Rezyklierbarkeit des Systems und damit dessen ökonomische und ökologische Nachhaltigkeit sowie dessen Integrationsdichte weiter verbessert und Herstellungskosten weiter gesenkt werden.
Im Rahmen einer anderen Ausgestaltung werden in Verfahrensschritt a) beziehungsweise x) Lithium-Zellpads verwendet, welche lediglich mit einer Kunststoffhülle umhüllt sind. Zum Beispiel kann dabei die Kunststoffhülle eine, insbesondere flexible, Kunststoffverpackung, beispielsweise ein (einfacher) Kunststoffbeutel, oder ein, beispielsweise durch ein Tauchverfahren, zum Beispiel in ein schnell abbindendes Kunststoffmaterial, ausgebildeter Kunststoffüberzug sein. Auch so kann vorteilhafterweise die Rezyklierbarkeit des Systems und damit dessen ökonomische und ökologische Nachhaltigkeit sowie dessen Integrationsdichte weiter verbessert und Herstellungskosten weiter gesenkt werden. Zudem können so die Lithium-Zellpads vorteilhafterweise durch die Kunststoffhülle vor der Vergußmasse geschützt werden.
Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung werden die Lithium-Zellpads vor, während oder nach dem Anbringen an den Deckel in Verfahrensschritt a), beispielsweise vor dem Anbringen an den Deckel in Verfahrensschritt a), und insbesondere vor dem Vergießen in Verfahrensschritt c) beziehungsweise vor, während oder nach dem Überprüfen in Verfahrensschritt x), beispielsweise vor dem Überprüfen in Verfahrensschritt x), lediglich mit einer Kunststoffhülle umhüllt. Das Umhüllen mit der Kunststoffhülle kann dabei durch Einbringen der Lithium-Zellpads in eine, insbesondere flexible, Kunststoffverpackung, beispielsweise einen (einfachen) Kunststoffbeutel, und/oder durch Tauchen der Lithium-Zellpads in ein, beispielsweise schnell abbindendes, Kunststoffmaterial, insbesondere zum Ausbilden eines Kunststoffüberzugs, erfolgen. Danach können vorteilhafterweise die Lithium-Zellpads, beispielsweise direkt, vergossen werden. Auch so kann vorteilhafterweise die Rezyklierbarkeit des Systems und damit dessen ökonomische und ökologische Nachhaltigkeit sowie dessen Integrationsdichte weiter verbessert und Herstellungskosten weiter gesenkt werden. Zudem können so die Lithium-Zellpads vorteilhafterweise durch die Kunststoffhülle vor der Vergußmasse geschützt werden.
Insbesondere können die Lithium-Zellpads in Verfahrensschritt a) direkt an dem Deckel befestigt beziehungsweise fixiert werden. Beispielsweise können die Lithium-Zellpads in Verfahrensschritt a) an den Deckel gehängt werden.
Beispielsweise können in den, in Verfahrensschritt a) verwendeten Deckel elektrische Kontakte, beispielsweise Kontaktdurchführungen und/oder Zellterminals, integriert sein. Zum Beispiel können – wie im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen System ausführlich erläutert – elektrische Kontakte in dem Material, insbesondere Kunststoffmaterial, des Deckels vergossen beziehungsweise eingegossen werden. Beispielsweise können bei dem Deckel die Kontaktdurchführungen durch die Zellterminals realisiert werden. Die Lithium-Zellpads können in Verfahrensschritt a) zum Beispiel auf die Kontaktdurchführungen und/oder Zellterminals aufgesteckt und/oder in sonstiger Weise, beispielsweise durch Ultraschallschweißen und/oder Widerstandsschweißen und/oder Laserschweißen, daran angebracht werden.
In Verfahrensschritt c) kann der Innenraum insbesondere vollständig mit der Vergußmasse gefüllt beziehungsweise ausgefüllt werden. Dabei können die Lithium-Zellpads insbesondere vollständig von der Vergußmasse umgeben beziehungsweise umgossen werden. Nach Verfahrensschritt c) kann die Vergußmasse insbesondere aushärten.
Im Rahmen einer Ausgestaltung wird in Verfahrensschritt a) auch eine Systemelektronik an dem Deckel angebracht. Beispielsweise kann auch die Systemelektronik in Verfahrensschritt a) an dem Deckel befestigt beziehungsweise fixiert, beispielsweise an den Deckel gehängt, werden. In Verfahrensschritt b) kann dann die Systemelektronik zusammen mit den Lithium-Zellpads in den Innenraum eingebracht werden.
Alternativ oder zusätzlich dazu kann in den, in Verfahrensschritt a) verwendeten Deckel eine Systemelektronik integriert sein. Zum Beispiel kann – wie im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen System ausführlich erläutert – die Systemelektronik in dem Material, insbesondere Kunststoffmaterial, des Deckels vergossen beziehungsweise eingegossen werden.
Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung wird in Verfahrensschritt b) auch eine Temperiermittelleitung in den Innenraum eingebracht.
Alternativ oder zusätzlich dazu kann in den, in Verfahrensschritt a) verwendeten Deckel eine Temperiermittelleitung integriert sein. Zum Beispiel kann – wie im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen System ausführlich erläutert – die Temperiermittelleitung in dem Material, insbesondere Kunststoffmaterial, des Deckels vergossen beziehungsweise eingegossen werden.
Der Deckel und/oder die Vergußform beziehungsweise das Gehäuse können insbesondere mit mindestens einem Vergußloch, beispielsweise mit mindestens einem Vergußeinfüllloch zum Einfüllen von Vergußmasse und/oder mit mindestens einem Gasauslassloch zum Auslassen von Gas aus dem Innenraum beim Füllen des Innenraums mit Vergußmasse, ausgestattet sein. Im Bereich des mindestens einen Vergußloches, beispielsweise Vergußeinfülllochs und gegebenenfalls auch Gasauslasslochs, kann ein erfindungsgemäß hergestelltes System Angußstellen aufweisen.
Insbesondere kann die Vergußform beziehungsweise das Gehäuse mindestens ein Vergußeinfüllloch aufweisen. Insbesondere können das mindestens eine Vergußeinfüllloch bodennah in den Innenraum der Vergußform beziehungsweise des Gehäuses münden. Der Deckel kann beispielsweise mindestens ein Gasauslassloch aufweisen.
Verfahrensschritt c) kann beispielsweise mittels eines Steigrohrs erfolgen. Das Steigrohr kann in Verfahrensschritt c) insbesondere an dem mindestens einen Vergußeinfüllloch der Vergußform beziehungsweise des Gehäuses angeschlossen werden. Das Steigrohr kann dabei an einen, mit Vergußmasse gefüllten Vergußmassenbehälter angeschlossen werden, welcher oberhalb des Innenraums der Vergußform beziehungsweise des Gehäuses positioniert wird. Auf diese Weise kann der Innenraum vorteilhafterweise vollständig mit Vergußmasse gefüllt werden.
Insofern in Verfahrensschritt b) eine Vergußform verwendet wird, kann nach dem Aushärten der Vergußmasse der Deckel zusammen mit den in der Vergußmasse vergossenen Lithium-Zellpads von der Vergußform gelöst werden. So kann vorteilhafterweise eine Deckelbaugruppe mit einem Deckelabschnitt und einem Vergußmassenabschnitt hergestellt werden, deren Außenflächen durch den Deckel und die Vergußmasse ausgebildet werden. Eine derartige Deckelbaugruppe kann als solche bereits als Lithium-Zellen-System verwendet werden. Es ist jedoch auch möglich eine derartige Deckelbaugruppe in Kombination mit einem Gehäuse zu verwenden. Beispielsweise kann dabei der Vergußmassenabschnitt der Deckelbaugruppe lösbar in den Innenraum eines Gehäuses eingefügt werden.
Insofern in Verfahrensschritt b) ein Gehäuse verwendet wird, kann nach dem Aushärten der Vergußmasse das Gehäuse eine, insbesondere unlösbare, Einheit mit der Vergußmasse sowie den Lithium-Zellpads und dem Deckel bilden. Dabei kann das mit dem Deckel versehene Gehäuse vorteilhafterweise durch Aushärten der Vergußmasse verschlossen werden.
Der Deckel und das Gehäuse können jedoch gegebenenfalls zusätzlich verschweißt beziehungsweise verlötet werden. Insofern sowohl der Deckel als auch das Gehäuse aus verschweißbaren oder verlötbaren, metallischen Materialien ausgebildet sind, können der Deckel und das Gehäuse, beispielsweise mittels Laserschweißens, verschweißt oder verlötet werden. Insofern sowohl der Deckel als auch das Gehäuse aus verschweißbaren Kunststoffmaterialien ausgebildet sind, können der Deckel und das Gehäuse, beispielsweise mittels Kunststoffschweißens, verschweißt werden. So können die Lithium-Zellpads vorteilhafterweise noch besser vor Feuchtigkeit geschützt werden.
Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen System sowie auf die Figuren und die Figurenbeschreibung verwiesen.
Zeichnungen
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 zeigen
1 eine schematische, perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lithium-Zellen-Systems in Form einer Deckelbaugruppe;
2 eine schematische, perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lithium-Zellen-Systems mit einem Gehäuse;
3a, 3b schematische, perspektivische Ansichten zur Veranschaulichung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens;
4 eine schematische, perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lithium-Zellen-Systems mit einer Systemelektronik;
5 eine schematische, perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lithium-Zellen-Systems mit einer Temperiereinrichtung; und
6 eine schematische, perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lithium-Zellen-Systems mit in Deckelmaterial eingegossenen elektrischen Kontakten.
1 zeigt, dass das Lithium-Zellen-System, beispielsweise ein Lithium-Zellen-Batteriemodul und/oder Lithium-Zellen-Batteriepack, einen Deckel 10 und mehrere Lithium-Zellpads 11 umfasst, wobei die Lithium-Zellpads 11 an dem Deckel 10 angebracht und vollständig mit einer Vergußmasse 12 vergossen sind.
Im Rahmen der in den Figuren gezeigten Ausführungsformen sind die Lithium-Zellpads 11, insbesondere die Hauptflächen der Lithium-Zellpads 11, parallel beabstandet zueinander angeordnet und vollständig mit der Vergußmasse 12 umgossen. Dabei ist auch der Raum zwischen den voneinander beabstandeten Lithium-Zellpads 11 durch die Vergußmasse 12 vergossen, so dass die Lithium-Zellpads 11 durch die Vergußmasse 12 auch voneinander elektrische isoliert werden. Die Lithium-Zellpads 11 können insbesondere lediglich mit einer Kunststoffhülle umhüllt oder direkt mit der Vergußmasse 12 vergossen sein.
Die Figuren zeigen weiterhin, dass die Lithium-Zellpads 11 jeweils an zwei Zellterminals 13 angeschlossen sind, welche sich im Rahmen der in den 1 bis 5 gezeigten Ausführungsformen durch den Deckel 10 hindurch erstrecken und somit gleichermaßen als Kontaktdurchführungen dienen, welche es ermöglichen die Lithium-Zellpads 11 nach dem Vergießen mit der Vergußmasse 12 auf einfache Weise, insbesondere von der Außenseite des Deckels 10 aus, elektrisch zu verschalten. Dabei können die Lithium-Zellpads 11 zum Beispiel zum Erzielen einer höheren Spannung in Reihe und/oder zum Erzielen einer höheren Stromstärke parallel geschaltet und auf diese Weise Freiheitsgrade in der Nutzung des Designs, beispielsweise als Hochenergiesystem oder als Hochstromsystem, erhöht werden.
Im Rahmen der in 1 gezeigten Ausführungsform ist das Lithium-Zellen-System als eine Deckelbaugruppe D, V mit einem Deckelabschnitt D und einem Vergußmassenabschnitt V ausgebildet, deren Außenflächen durch den Deckel 10 und die Vergußmasse 12 ausgebildet werden. Eine Ausgestaltung als Deckelbaugruppe hat den Vorteil, dass die Deckelbaugruppe sowohl als solche – also ohne zusätzliches Gehäuse – als auch lösbar in Kombination mit einem Gehäuse mit einem Innenraum verwendet werden kann. Dabei kann beispielsweise der Vergußmassenabschnitt V der Deckelbaugruppe D, V lösbar in den Innenraum des Gehäuses eingefügt und gleichermaßen der Innenraum des Gehäuses mit dem Deckel 10 der Deckelbaugruppe D, V verschlossen werden.
Im Rahmen der in 2 gezeigten Ausführungsform umfasst das Lithium-Zellen-System weiterhin ein Gehäuse 20 mit einem Innenraum 21. 2 zeigt, dass dabei der Innenraum 21 des Gehäuses 20 derart mit dem Deckel 10 verschlossen ist, dass die an dem Deckel 10 angebrachten Lithium-Zellpads 11 in dem Innenraum 21 des Gehäuses 20 angeordnet sind, und dass der Innenraum 21 dabei vollständig mit der Vergußmasse 12 gefüllt ist. Sowohl im Rahmen der in 2 gezeigten Ausführungsform als auch im Rahmen der in den 4 bis 6 gezeigten Ausführungsformen kann das Gehäuse 20 – sowohl wie im Zusammenhang mit 1 erläutert – von der Vergußmasse 12 einer Deckelbaugruppe D, V, insbesondere deren Vergußmassenabschnitt V lösbar in den Innenraum 21 des Gehäuses 20 eingefügt ist, lösbar sein als auch selbst 20 mit der Vergußmasse 21, beispielsweise unlösbar, vergossen sein.
Die 3a und 3b veranschaulichen eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Lithium-Zellen-Systems, beispielsweise eines Lithium-Zellen-Batteriemoduls und/oder Lithium-Zellen-Batteriepacks.
3a veranschaulicht, dass in einem Verfahrensschritt a) mehrere Lithium-Zellpads 11 direkt an einem Deckel 10 angebracht, beispielsweise angehängt, wurden. Dabei können insbesondere Lithium-Zellpads 11 verwendet werden, welche 11 auf ihre Funktionsfähigkeit überprüft und als funktionsfähig befunden und gegebenenfalls bereits formiert sind.
3a illustriert, dass in einem Verfahrensschritt b) ein Innenraum 21 einer Vergußform oder eines Gehäuses 20 mit dem Deckel 10 derart verschlossen wird, dass die Lithium-Zellpads 11 in den Innenraum 21 eingebracht werden.
3a zeigt, dass dabei der Deckel 10 und die Vergußform beziehungsweise das Gehäuse 20 mit einem Vergußloch 10’ beziehungsweise 20’ ausgestattet ist. Im Rahmen der in 3a gezeigten Ausführungsform ist das in der Vergußform beziehungsweise in dem Gehäuse 20 ausgebildete Vergußloch 20’ ein Vergußeinfüllloch zum Einfüllen von Vergußmasse 12 in den Innenraum 21, wobei das in dem Deckel 10 ausgebildete Loch 10’ ein Gasauslassloch zum Auslassen von Gas aus dem Innenraum 21 beim Füllen des Innenraums 21 mit Vergußmasse 12 ist. 3a zeigt, dass an dem Vergußeinfüllloch 20’ ein Steigrohr 30 mit einem Vergußmassenbehälter 31 angeschlossen ist. Der Vergußmassenbehälter 31 ist dabei oberhalb des Innenraums 21 angeordnet, so dass der Innenraum 21 – dem Prinzip von kommunizierenden Röhren folgend – vollständig mit Vergußmasse 12 gefüllt werden kann.
3b zeigt, dass der Innenraum 21 in einem Verfahrensschritt c) vollständig mit Vergußmasse 12 gefüllt wurde. Dabei entstehen im Bereich des Vergußeinfüllloch 20’ und gegebenenfalls auch im Bereich des Gasauslasslochs 10’ Angußstellen.
Zur Herstellung einer Deckelbaugruppe D, V kann insbesondere eine Vergußform verwendet werden. Dabei kann nach dem Aushärten der Vergußmasse 12 der Deckel 10 zusammen mit den in der Vergußmasse 12 vergossenen Lithium-Zellpads 11 von der Vergußform gelöst werden und eine Deckelbaugruppe D, V bereitgestellt werden.
Es ist jedoch ebenso möglich, ein Gehäuse 20 zu verwenden, welches nach dem Aushärten der Vergußmasse 12 unlösbar mit der Vergußmasse 12 verbunden ist.
Im Rahmen der in 4 gezeigten Ausführungsform umfasst das Lithium-Zellen-System weiterhin eine Systemelektronik 14, zum Beispiel auf der Basis einer Leiterplatte, welche ebenfalls mit der Vergußmasse 12 vergossen ist. 4 zeigt, dass dabei die Systemelektronik 14 zwischen Lithium-Zellpads 11 und insbesondere beabstandet zu den Lithium-Zellpads 11 angeordnet ist, wobei der Raum zwischen der Systemelektronik 14 und den davon beabstandeten Lithium-Zellpads 11 durch die Vergußmasse 12 vergossen ist und auf diese Weise auch die Systemelektronik 14 und die Lithium-Zellpads 11 voneinander durch die Vergußmasse 12 elektrische isoliert werden. 4 veranschaulicht, dass dabei die Hauptflächen der Systemelektronik 14 in etwa die gleiche Erstreckung wie die Hauptflächen der Lithium-Zellpads 11 aufweisen. Dabei sind die Hauptflächen der Systemelektronik 14 und der Lithium-Zellpads 11 parallel zueinander und entlang einer, zu den Hauptflächen senkrechten Achse beabstandet voneinander angeordnet. Die Systemelektronik 14 verfügt dabei weiterhin über mehrere Systemelektronikanschlüsse 15, welche sich im Rahmen der gezeigten Ausführungsformen durch den Deckel 10 hindurch erstrecken.
Im Rahmen der in 5 gezeigten Ausführungsform umfasst das Gehäuse 20 eine Temperiereinrichtung 22. Dabei ist die Temperiereinrichtung 22 insbesondere in den Boden des Gehäuses 20 integriert, wobei an einer Seitenwand des Gehäuses 20 Temperiermittelanschlüssen 22’ ausgebildet sind. Alternativ dazu kann auch eine Temperiermittelleitung, beispielsweise in Form einer Leitungsschlange oder eines Leitungsrohrs, beispielsweise welche zumindest abschnittsweise zwischen Lithium-Zellpads verläuft, mit der Vergußmasse 12 vergossen sein (nicht dargestellt).
Im Rahmen der in 6 gezeigten Ausführungsform sind elektrische Kontakte 13, 16, 17a, 17b in Material des Deckels 10 eingegossen. Dabei kann der Deckel 10 insbesondere aus einem Kunststoffmaterial ausgebildet sein. 6 zeigt, dass dabei insbesondere die Zellterminals 13 sowie Zellverbinder 16 zum elektrischen Verschalten der Lithium-Zellpads 11 als auch Systemstromanschlüsse 17a, 17b zum elektrischen Anschließen des Lithium-Zellen-Systems eingegossen sind. Dabei können die elektrischen Kontakte 13, 16, 17a, 17b beispielsweise in Form eines Kontaktgitters bereitgestellt und in dem Material des Deckels 10 eingegossen werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2012/010456 [0004]
US 2011/0183169 A1 [0005]
WO 2008/104356 A1 [0006]

Claims

Lithium-Zellen-System, umfassend einen Deckel (10) und mindestens zwei Lithium-Zellpads (11), wobei die Lithium-Zellpads (11) an dem Deckel (10) angebracht und mit einer Vergußmasse (12) vergossen sind.
Lithium-Zellen-System nach Anspruch 1, wobei durch die Vergußmasse (12) zumindest ein, an den Deckel (10) und die Lithium-Zellpads (11) angrenzender Bereich vergossen ist.
Lithium-Zellen-System nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Lithium-Zellpads (11) vollständig mit der Vergußmasse (12) umgossen sind.
Lithium-Zellen-System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Lithium-Zellpads (11) lediglich mit einer Kunststoffhülle umhüllt sind oder wobei die Lithium-Zellpads (11) direkt mit der Vergußmasse (12) vergossen sind.
Lithium-Zellen-System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das System weiterhin eine Systemelektronik (14) aufweist, wobei die Systemelektronik (14) auch mit der Vergußmasse (12) vergossen ist oder wobei die Systemelektronik in Material des Deckels (10) eingegossen ist.
Lithium-Zellen-System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Deckel (11) elektrische Kontakte (13, 15, 16, 17a, 17b), insbesondere Kontaktdurchführungen (13) zum elektrischen Kontaktieren der Lithium-Zellpads (11) durch den Deckel (10) und/oder Zellterminals (13) zum elektrischen Anschließen der Zellpads (11) und/oder Zellverbinder (16) zum elektrischen Verschalten der Lithium-Zellpads (11) und/oder Systemelektronikanschlüsse (15) zum elektrischen Anschließen der Systemelektronik (14) und/oder Systemstromanschlüsse (17a, 17b) zum elektrischen Anschließen des Lithium-Zellen-Systems, und/oder ein Kontaktgitter, umfasst.
Lithium-Zellen-System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei elektrische Kontakte (13, 15, 16, 17a, 17b), insbesondere Zellterminals (13) und/oder Zellverbinder (16) und/oder Systemelektronikanschlüsse (15) und/oder Systemstromanschlüsse (17a, 17b) und/oder ein Kontaktgitter, in Material des Deckels (10) eingegossen sind.
Lithium-Zellen-System nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei mit der Vergußmasse (12) und/oder dem Material des Deckels (10) eine Temperiermittelleitung vergossen ist, insbesondere wobei die Temperiermittelleitung zumindest abschnittsweise zwischen Lithium-Zellpads (11) und/oder Systemelektronik verläuft.
Lithium-Zellen-System nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Lithium-Zellen-System eine Deckelbaugruppe (D, V) mit einem Deckelabschnitt (D) und einem Vergußmassenabschnitt (V) ist, deren Außenflächen durch den Deckel (10) und die Vergußmasse (12) ausgebildet werden.
Lithium-Zellen-System nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Lithium-Zellen-System weiterhin ein Gehäuse (20) mit einem, durch den Deckel (10) verschließbaren Innenraum (21) umfasst.
Lithium-Zellen-System nach Anspruch 10, wobei der Vergußmassenabschnitt (V) der Deckelbaugruppe (D, V) lösbar in den Innenraum (21) des Gehäuses (20) einfügbar oder eingefügt ist.
Verfahren zur Herstellung eines Lithium-Zellen-Systems, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 11, umfassend die Verfahrensschritte: a) Anbringen von mindestens zwei Lithium-Zellpads (11) an einem Deckel (10), b) Verschließen eines Innenraums (21) einer Vergußform oder eines Gehäuses (20) mit dem Deckel (10) derart, dass die Lithium-Zellpads (11) in den Innenraum (21) eingebracht werden, und c) Befüllen des Innenraums (21) mit einer Vergußmasse (12).
Verfahren nach Anspruch 12, wobei in Verfahrensschritt a) Lithium-Zellpads (11) verwendet werden, welche (11) auf ihre Funktionsfähigkeit überprüft und als funktionsfähig befunden, und insbesondere formiert, sind.
Verfahren zur Herstellung eines Lithium-Zellen-Systems, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 11, umfassend die Verfahrensschritte: x) Überprüfen von Lithium-Zellpads (11), insbesondere welche lediglich mit einer Kunststoffhülle umhüllt oder umhüllungsfrei sind, auf ihre Funktionsfähigkeit; und y) Verbauen von mindestens zwei, auf ihre Funktionsfähigkeit geprüften und als funktionsfähig befundenen Lithium-Zellpads (11) zu einem Lithium-Zellen-System.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei in Verfahrensschritt x) formierte Lithium-Zellpads (11) verwendet werden; oder wobei in Verfahrensschritt x) Lithium-Zellpads (11) formiert und auf ihre Funktionsfähigkeit Lithium-Zellpads (11) überprüft werden.