DE102015203997A1 - Filling material and spacers for batteries - Google Patents

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Abstract

Batterie, insbesondere Hochtemperaturbatterie, und Herstellungsverfahren, die Batterie aufweisend eine Mehrzahl von modulartig elektrisch miteinander verschalteten Batteriezellen (BZ), wobei ein jeweiliges Modul (M) einen Aufnahmebehälter (1) aufweist, in dem mit mindestens einem einen Zwischenraum (3) schaffenden Abstand eine Mehrzahl von einzelnen Batteriezellen (BZ) nebeneinander angeordnet und der Zwischenraum (3) mit elektrisch isolierenden Materialteilchen, insbesondere vollständig, gefüllt ist, wobei die Materialteilchen Kugeln (5) sind, und in den Zwischenräumen jeweils eine Kanalstruktur für eine ausreichende, effektive Kühlung ausgebildet ist.Battery, in particular high-temperature battery, and manufacturing method, the battery comprising a plurality of modularly electrically interconnected battery cells (BZ), wherein a respective module (M) has a receptacle (1), in which at least one space creating a gap (3) A plurality of individual battery cells (BZ) arranged side by side and the space (3) with electrically insulating material particles, in particular completely, is filled, wherein the material particles are balls (5), and in each of the spaces a channel structure for a sufficient, effective cooling is formed ,

Description

Die Erfindung betrifft eine Batterie, insbesondere eine Hochtemperaturbatterie, aufweisend eine Mehrzahl von modulartig elektrisch miteinander verschalteten Batteriezellen und ein Verfahren zu deren Herstellung. The invention relates to a battery, in particular a high-temperature battery, comprising a plurality of module-like electrically interconnected battery cells and a method for their preparation.

Eine Hochtemperaturbatterie arbeitet beispielsweise innerhalb eines Temperaturbereichs zwischen 150°C und 450°C. Es können Hochtemperaturbatterien beispielsweise unter Verwendung von NaNiCl2 oder NaS hergestellt werden. For example, a high-temperature battery operates within a temperature range between 150 ° C and 450 ° C. For example, high temperature batteries can be made using NaNiCl 2 or NaS.

Zellen von Hochtemperaturbatterien (T > 150°C und < 450°C) beispielsweise vom Typ NaNiCl2 oder NaS werden herkömmlicherweise zu kompakten Modulen von nebeneinander aufrechtstehenden Zellen geschachtelt. Dabei werden die Zellen zur Erhöhung der Energiedichte im Modul möglichst eng gepackt. Aufgrund der überwiegend rechteckigen oder quadratischen Querschnitte der hier verwendeten Zelltypen ergeben sich zwischen den Zellen Kanäle mit rechteckigem Querschnitt. For example, cells of high temperature batteries (T> 150 ° C and <450 ° C) of the NaNiCl 2 or NaS type, for example, are conventionally nested into compact modules of side-by-side upright cells. The cells are packed as closely as possible to increase the energy density in the module. Due to the predominantly rectangular or square cross sections of the cell types used here, channels with a rectangular cross section are formed between the cells.

Im Ladebetrieb und Entladebetrieb produzieren diese Batterien ausreichend Abwärme, so dass diese gezielt abgeführt werden muss, um ein Überhitzen zu vermeiden. Eine Methode der Kühlung ist das Umströmen der Zellen mit einem Kühlmedium. During charging and discharging operations, these batteries produce enough waste heat so that they have to be removed in a targeted manner in order to avoid overheating. One method of cooling is the circulation of the cells with a cooling medium.

Gleichzeitig muss aber

  • a) immer eine sichere elektrische Isolierung der Zellen im Modul gegeneinander gewährleistet werden, um einen Kurzschluss zu vermeiden. Ein elektrischer Schluss zwischen seriell geschalteten Zellen oder ebenso zu einer elektrisch leitenden Wand führt zu einer Zerstörung des Batteriestranges, mit teilweise sicherheitsrelevanten Auswirkungen, wie es beispielsweise ein externer Kurzschluss einer NaS-Batterie sein kann.
  • b) ausreichend Abstand zwischen den Zellen vorhanden sein, so dass mit dem Kühlmedium, beispielsweise mittels Luft oder einer Hochtemperatur-Flüssigkeit, die Zellen ausreichend temperiert werden können.
At the same time, though
  • a) always secure electrical insulation of the cells in the module are guaranteed against each other to avoid a short circuit. An electrical connection between serially connected cells or also to an electrically conductive wall leads to a destruction of the battery string, with partially safety-relevant effects, as it may be, for example, an external short circuit of a NaS battery.
  • b) sufficient distance between the cells to be present, so that the cells can be sufficiently tempered with the cooling medium, for example by means of air or a high-temperature liquid.

Ein notwendiger Druckverlust für eine aktive Kühlung mittels dieser Kanäle geht negativ in die Effizienz eines Hochtemperaturbatterie-Systems ein. Ein potentielles Kühlvermögen bei einer Umströmung mit einem Kühlmedium wirkt positiv für die Performance hinsichtlich Ladeleistung und Entladeleistung und wirkt positiv für die Lebensdauer der Zellen, da Übertemperaturen bei Ladung und vor allem aber bei der Entladung vermieden werden können. A necessary pressure loss for active cooling by means of these channels adversely affects the efficiency of a high-temperature battery system. A potential cooling capacity in a flow around with a cooling medium has a positive effect on the performance in terms of charging power and discharge capacity and has a positive effect on the life of the cells, since overheating during charging and, above all, during discharge can be avoided.

Herkömmlicher Weise werden verschiedene Ansätze zur Bereitstellung einer ausreichenden elektrischen Isolierung und eines ausreichenden Abstandes für ein Kühlmedium verfolgt:

  • a) Abstandshalter zwischen den Zellen mittels Keramik- oder Glimmerplatten;
  • b) Kanäle zwischen den Zellen sind mit Sand aufgefüllt;
  • c) Kanäle sind mit Glasgewebe als Isoliermaterial aufgefüllt;
  • d) Zwischenräume zwischen den Zellen sind mit hohlen Strömungskanälen ausgebildet.
Conventionally, various approaches to provide sufficient electrical insulation and sufficient clearance for a cooling medium are pursued:
  • a) spacers between the cells by means of ceramic or mica plates;
  • b) channels between the cells are filled with sand;
  • c) channels are filled with glass fabric as insulating material;
  • d) Interstices between the cells are formed with hollow flow channels.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Batterie, insbesondere eine Hochtemperaturbatterie, aufweisend eine Mehrzahl von modulartig elektrisch miteinander verschalteten Batteriezellen und ein Verfahren zu deren Herstellung derart bereit zu stellen, dass eine elektrische Isolierung auf einfache Weise wirksam und kostengünstig bereitgestellt werden kann. Des Weiteren soll eine herkömmliche Menge eines verwendeten Kühlmittels wirksam verkleinert werden. Dessen Volumenausdehnung soll damit wirksam verkleinert werden. Batteriezellen sollen einfach fixiert werden können und die Batterie soll im Vergleich zum Stand der Technik größere Kräfte und Drücke aufnehmen können, ohne zerstört zu werden. It is an object of the present invention to provide a battery, in particular a high-temperature battery, comprising a plurality of modularly electrically interconnected battery cells and a method for their preparation to provide such that electrical insulation can be provided in a simple manner effectively and inexpensively. Furthermore, a conventional amount of a used refrigerant should be effectively reduced. Its volume expansion should thus be effectively reduced. Battery cells should be easy to fix and the battery should be able to absorb larger forces and pressures compared to the prior art, without being destroyed.

Die Aufgabe wird durch eine Batterie gemäß den Merkmalen des Hauptanspruchs und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Nebenanspruchs gelöst. The object is achieved by a battery according to the features of the main claim and by a method having the features of the independent claim.

Gemäß einem ersten Aspekt wird eine Batterie, insbesondere eine Hochtemperatur-Batterie, vorgeschlagen, die eine Mehrzahl von modulartig elektrisch miteinander verschaltete Batteriezellen aufweist, wobei ein jeweiliges Modul einen Aufnahmebehälter aufweist, in dem mit mindestens einem einen Zwischenraum schaffenden Abstand eine Mehrzahl von einzelnen Batteriezellen nebeneinander angeordnet und der Zwischenraum mit elektrisch isolierenden Materialteilchen gefüllt ist, wobei die Materialteilchen Kugeln sind. According to a first aspect, a battery, in particular a high-temperature battery, is proposed, which has a plurality of module-like electrically interconnected battery cells, wherein a respective module has a receptacle in the at least one space creating a spacing of a plurality of individual battery cells side by side arranged and the gap is filled with electrically insulating material particles, wherein the material particles are balls.

Ein Modul ist insbesondere ein Bauelement als ein Teil eines größeren Systems, das hier eine Batterie ist. In particular, a module is a device as part of a larger system, which here is a battery.

Sind zwei benachbarte Körper, die beispielsweise Batteriezellen und/oder Aufnahmebehälter sein können, räumlich mit einem Abstand voneinander entfernt, so erstreckt sich ein Zwischenraum zwischen diesen beiden Körpern. „Abstand“ ist damit die eindimensionale und „Zwischenraum“ ist die entsprechende dreidimensionale Beschreibung dieser Beziehung dieser beiden Körper zueinander. If two adjacent bodies, which can be, for example, battery cells and / or receptacles, are spatially separated from one another by a distance, a gap between these two bodies extends. "Distance" is thus the one-dimensional and "gap" is the corresponding three-dimensional description of this relationship of these two bodies to each other.

Gemäß einem zweiten Aspekt wird ein Verfahren zur Herstellung einer Batterie, insbesondere einer Hochtemperaturbatterie, beansprucht, das eine Mehrzahl von modulartig elektrisch miteinander verschalteten Batteriezellen aufweist, wobei für ein jedes Modul in einem Aufnahmebehälter eine Mehrzahl von einzelnen Batteriezellen mit mindestens einem einen Zwischenraum schaffenden Abstand nebeneinander angeordnet werden, und wobei in den mindestens einen Zwischenraum von in Schwerkraft Richtung oben eine Schüttung von kugelförmigen elektrisch isolierenden Materialteilchen eingefüllt wird. According to a second aspect, a method is claimed for producing a battery, in particular a high-temperature battery, which is a plurality of modularly electrically connected to each other interconnected battery cells, wherein for each module in a receptacle, a plurality of individual battery cells are arranged with at least one gap creating space next to each other, and wherein in the at least one space of gravity in direction above a bed of spherical electrically insulating material particles is filled.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen werden in Verbindung mit den Unteransprüchen beansprucht. Further advantageous embodiments are claimed in conjunction with the subclaims.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung können die Kugeln Hohlkugeln sein. According to an advantageous embodiment, the balls may be hollow balls.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann ein jeweiliger Zwischenraum mittels eines Abstands zwischen zwei benachbarten Batteriezellen und/oder ein jeweiliger Zwischenraum mittels eines Abstands zwischen dem Aufnahmebehälter und einer in diesem angeordneten Batteriezelle geschaffen sein. According to a further advantageous embodiment, a respective gap can be created by means of a distance between two adjacent battery cells and / or a respective intermediate space by means of a distance between the receptacle and a battery cell arranged in this.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung, können die Kugeln einen jeweiligen Durchmesser aufweisen, der ≤ 4/5 und ≥ 1/3 des den Zwischenraum schaffenden Abstands sein kann. According to a further advantageous embodiment, the balls may have a respective diameter, which may be ≤ 4/5 and ≥ 1/3 of the space creating the gap.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung können die Kugeln monodispers sein und einen gleichen Durchmesser aufweisen. Die Kugeln können alle den gleichen konstanten Durchmesser aufweisen. In einem monodispersen Gemenge weisen alle Teilchen dieselbe Größe und räumliche Erstreckung auf. According to a further advantageous embodiment, the balls may be monodisperse and have a same diameter. The balls can all have the same constant diameter. In a monodisperse mixture all particles have the same size and spatial extent.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung können die Kugeln einen konstanten Durchmesser ≤ 5 mm aufweisen. According to a further advantageous embodiment, the balls may have a constant diameter ≤ 5 mm.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung können die Kugeln aus Glas oder aus Keramik bestehen. According to a further advantageous embodiment, the balls may be made of glass or ceramic.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann der Aufnahmebehälter eine einen Boden, Seitenwände und einen Deckel aufweisende Wanne sein. According to a further advantageous embodiment of the receptacle may be a bottom, side walls and a lid having pan.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann der mit den Kugeln gefüllte Zwischenraum einen Kühlkanal zur Kühlung der angrenzenden Batteriezelle (n) mittels deren Anströmens mit einem, insbesondere flüssigen, Kühlmedium ausbilden. According to a further advantageous embodiment, the intermediate space filled with the balls can form a cooling channel for cooling the adjacent battery cell (s) by means of their flow-against with a, in particular liquid, cooling medium.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann ein jeweiliger Abstand derart gewählt sein, dass bei einer ausreichenden elektrischen Isolation eine zur Kühlung ausreichende Menge des Kühlmediums strömt. Insbesondere ist ein Kühlsystem derart optimierbar, dass in einem Kühlkanal lediglich eine minimal erforderliche Menge des Kühlmediums fließen muss und dabei gleichzeitig eine ausreichende elektrische Isolation geschaffen ist. According to a further advantageous embodiment, a respective distance may be selected such that, with sufficient electrical insulation, an amount of the cooling medium sufficient for cooling flows. In particular, a cooling system can be optimized in such a way that only a minimally required amount of the cooling medium has to flow in a cooling channel and, at the same time, sufficient electrical insulation is provided.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung können die Batteriezellen in einer horizontalen Ebene und der Kühlkanal in einer vertikalen Ebene senkrecht zur Strömungsrichtung des Kühlmediums jeweils einen rechteckigen Querschnitt aufweisen. According to a further advantageous embodiment, the battery cells can each have a rectangular cross-section in a horizontal plane and the cooling channel in a vertical plane perpendicular to the flow direction of the cooling medium.

Auf diese Weise sind sehr kompakte Bauweisen für Module bereitstellbar. In this way, very compact designs for modules can be provided.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die Größe und ein spezifisches mittleres Gewicht der Kugeln derart ausgewählt worden sein, dass das Kühlmedium die Kugeln im Betriebe nicht weg transportiert. According to a further advantageous embodiment, the size and a specific average weight of the balls may have been selected such that the cooling medium does not transport the balls away during operation.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann an einem Eingang und/oder an einem Ausgang eines Kühlkanals oder des Moduls jeweils ein Filter oder ein Netz derart ausgebildet sein, dass das Kühlmedium die Kugeln nicht weiter transportiert. According to a further advantageous embodiment, in each case a filter or a network may be formed such that the cooling medium does not transport the balls at an input and / or at an output of a cooling channel or the module.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung können im Aufnahmebehälter Durchlässe zur Steuerung der Strömungsverteilung des Kühlmediums ausgebildet sein. According to a further advantageous embodiment, passages for controlling the flow distribution of the cooling medium can be formed in the receptacle.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung können alle Zwischenräume im Aufnahmebehälter vollständig mit Kugeln gefüllt sein. According to a further advantageous embodiment, all spaces in the receptacle can be completely filled with balls.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung können am Aufnahmebehälter Positionselemente zur Fixierung der Batteriezellen ausgebildet sein. According to a further advantageous embodiment, position elements for fixing the battery cells can be formed on the receptacle.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung können die Batteriezellen zuerst auf dem Boden des Aufnahmebehälters positioniert und von den Seitenwänden umfasst werden und danach mittels des Deckels der Wanne nach dem Einfüllen abgedeckt werden. According to a further advantageous embodiment, the battery cells can first be positioned on the bottom of the receptacle and be covered by the side walls and then covered by the lid of the tub after filling.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung können die Batteriezellen zuerst auf dem Boden positioniert und von den Seitenwänden umfasst und danach mittels des Deckels der Wanne vor dem Einfüllen abgedeckt werden, wobei der Deckel mindestens eine Einfüllöffnung zum Einfüllen der Schüttung aufweist. According to a further advantageous embodiment, the battery cells can first be positioned on the floor and covered by the side walls and then covered by the lid of the tub before filling, wherein the lid has at least one filling opening for filling the bed.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann der mit den Kugeln gefüllte Zwischenraum einen Kühlkanal zur Kühlung der angrenzenden Batteriezelle (n) mittels deren Anströmens mit einem, insbesondere flüssigen, Kühlmedium ausbilden, wobei am Aufnahmebehälter ein Einlass für die Zugabe und ein Auslass für die Abgabe des Kühlmediums ausgebildet werden kann. According to a further advantageous embodiment, the space filled with the balls a cooling passage for cooling the adjacent Form battery cell (s) by means of their Anströmens with a, in particular liquid, cooling medium, wherein an inlet for the addition and an outlet for the discharge of the cooling medium can be formed on the receptacle.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann ein jeweiliger Abstand derart gewählt werden, dass bei einer ausreichenden elektrischen Isolation eine zur Kühlung minimale Menge des Kühlmediums strömt. According to a further advantageous embodiment, a respective distance can be selected such that, with sufficient electrical insulation, a minimum amount of cooling medium flows for cooling.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung können alle Zwischenräume im Aufnahmebehälter vollständig mit Kugeln gefüllt werden. According to a further advantageous embodiment, all spaces in the receptacle can be completely filled with balls.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung können am Aufnahmebehälter Positionselemente zur Positionierung und Fixierung der Batteriezellen beim Nebeneinanderanordnen ausgebildet werden. According to a further advantageous embodiment, positioning elements for positioning and fixing the battery cells in the juxtaposition can be formed on the receptacle.

Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Figuren näher beschrieben. Es zeigen: The invention will be described in more detail by means of exemplary embodiments in conjunction with the figures. Show it:

1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Hochtemperaturbatterie; 1 an embodiment of a high-temperature battery according to the invention;

2 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer Batterie. 2 An embodiment of a method according to the invention for producing a battery.

1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Batterie. 1 zeigt als Ausführungsbeispiel eine Hochtemperaturbatterie mit einer Mehrzahl von in einem Modul M elektrisch miteinander verschalteter Batteriezellen BZ. In dem in 1 dargestellten Modul M ist ein Aufnahmebehälter 1 ausgebildet, in dem eine Mehrzahl von einzelnen Batteriezellen BZ nebeneinander angeordnet worden sind. Es sind Zwischenräume 3a zwischen benachbarter Batteriezellen BZ und Zwischenräume 3b zwischen dem Aufnahmebehälter 1 und in diesem angeordneten Batteriezellen BZ erzeugt. Beispielsweise ist zwischen der linken dargestellten Batteriezelle BZ und dem Aufnahmebehälter 1 auf der linken Seite kein Zwischenraum und auf der oberen Seite mit einem Zwischenraum 3b geschaffen. In den Zwischenräumen 3 bzw. 3a und 3b sind vollständig elektrisch isolierende Materialteilchen in Form von Kugeln 5 vollständig gefüllt. Es wird vorgeschlagen, die Räume zwischen den senkrecht in einer Wanne des Aufnahmebehälters 1 oder vergleichbaren stehenden Batteriezellen BZ mit monodispersen Glasperlen oder alternativ mit Kugeln aus Keramik mit einem Durchmesser von minimal einem Drittel, maximal jedoch vier Fünftel des Abstandes bzw. der Kanalbreite zwischen den Batteriezellen BZ aufzufüllen. Auch das Volumen oberhalb der Batteriezellen BZ, in dem die Batteriezellen BZ durch Zellverbinder elektrisch miteinander verschalten sind oder weitere freie Volumina im Modul M, können in analoger Weise mit Kugeln 5 aufgefüllt werden. Größe und spezifisches mittleres Gewicht der Kugeln 5, die auch ebenso in Form von sogenannten Hollowspheres, also in Form von Hohlkugeln zur Gewichtsreduktion verwendet werden können, sind so abzustimmen, dass diese durch die Umströmung mit dem Kühlmedium nicht ausgetragen werden bzw. aufschwimmen. Bei einem vollständig gefüllten Modul M kann diese Aufgabe durch Filter oder Netze am Einlass und Auslass des Kühlmediums übernommen werden. 1 shows an embodiment of a battery according to the invention. 1 shows an embodiment of a high-temperature battery with a plurality of electrically interconnected in a module M battery cells BZ. In the in 1 shown module M is a receptacle 1 formed in which a plurality of individual battery cells BZ have been arranged side by side. They are gaps 3a between adjacent battery cells BZ and spaces 3b between the receptacle 1 and generated in this arranged battery cells BZ. For example, between the left illustrated battery cell BZ and the receptacle 1 There is no gap on the left side and there is a gap on the upper side 3b created. In the intervals 3 respectively. 3a and 3b are completely electrically insulating material particles in the form of spheres 5 completely filled. It is suggested the spaces between the vertically in a tub of the receptacle 1 or comparable stationary battery cells BZ with monodisperse glass beads or alternatively filled with ceramic balls with a diameter of at least one third, but at most four fifths of the distance or the channel width between the battery cells BZ. Also, the volume above the battery cells BZ, in which the battery cells BZ are interconnected electrically by cell connectors or other free volumes in the module M, can in an analogous manner with balls 5 be filled. Size and specific mean weight of the balls 5 , which can also be used in the form of hollow spheres, so in the form of hollow spheres for weight reduction, are to vote so that they are not discharged by the flow around the cooling medium or float. For a fully filled module M, this task can be done by filters or grids at the inlet and outlet of the cooling medium.

Besonders vorteilhaft kann durch eine erfindungsgemäße automatisierte Anordnung als Kugelpackung die Kühlkanalgeometrie vorgegeben werden. Mit dem einheitlichen Durchmesser der monodispersen Kugeln 5 und den Kanalbreiten, die sich aus den jeweiligen Abständen ergeben, ergibt sich an jedem Ort eine definierte Kugelschüttung. Folglich ergibt sich auch bei einer einfachen Schüttung oder Einschüttung der Kugeln 5, die beispielsweise Glaskugeln oder Keramikkugeln sein können, um die Batteriezellen BZ herum stets ein gleich großer, freier Strömungskanalquerschnitt und damit ein konstanter und gleichmäßiger Druckverlust zwischen den Batteriezellen BZ. Die Strömungsverteilung des Kühlmediums kann mittels der Art, der Anzahl und der Form von Durchlässen im Boden, in den Wänden oder am Deckel des Aufnahmebehälters 1, der beispielsweise in Form einer Wanne ausgebildet sein kann, gezielt gesteuert werden. Zwischen den Kanälen ergibt sich ein gleichbleibender Strömungswiderstand. Particularly advantageously, the cooling channel geometry can be predetermined by an automated arrangement according to the invention as a spherical packing. With uniform diameter of monodisperse spheres 5 and the channel widths, which result from the respective distances, results in each place a defined pouring ball. Consequently, even with a simple pouring or pouring of the balls 5 , which may be glass balls or ceramic balls, for example, around the battery cells BZ always an equal, free flow channel cross-section and thus a constant and uniform pressure loss between the battery cells BZ. The flow distribution of the cooling medium can be determined by the type, number and shape of passages in the bottom, in the walls or on the lid of the receptacle 1 , which may be formed, for example in the form of a trough, to be controlled in a targeted manner. Between the channels there is a constant flow resistance.

Ein weiterer erfindungsgemäßer Vorteil ist ein besonders wirksamer Schutz gegen elektrische Kurzschlüsse bzw. gegen unerwünschte elektrische Kontakte. Die Kugeln 5 "fließen" förmlich in jeden Spalt bzw. in jenen Zwischenraum 3. Gleichzeitig werden die Kugeln 5 durch die Gravitation vor Ort zwischen den Batteriezellen BZ gehalten und verhindern sehr effektiv einen Kontakt der Batteriezellen BZ untereinander bzw. zu einer Wand des Aufnahmebehälters 1. Ist das Modul M komplett gefüllt, können die Kugeln 5 zwischen den Batteriezellen BZ nicht einfach ausweichen. Spätestens wenn der Kanal sich verengt hat, so dass der Abstand lediglich dem Durchmesser einer Kugel 5 entspricht oder der Abstand gleich dem Durchmesser der Kugel 5 ist, werden große Kräfte erforderlich, um einen Kühlkanal 7 noch weiter zu verengen bzw. die beiden benachbarten Batteriezellen BZ in Kontakt zu bringen. Another advantage of the invention is a particularly effective protection against electrical short circuits or against unwanted electrical contacts. The balls 5 "flow" formally in each gap or in those space 3 , At the same time the balls are going 5 held by the local gravity between the battery cells BZ and prevent very effective contact of the battery cells BZ with each other or to a wall of the receptacle 1 , If the module M is completely filled, the balls can 5 not easily dodge between the battery cells BZ. At the latest when the channel has narrowed, so that the distance only the diameter of a ball 5 corresponds or the distance equal to the diameter of the ball 5 is, large forces are required to form a cooling channel 7 to further narrow or to bring the two adjacent battery cells BZ in contact.

Es ist weiterhin vorteilhaft, dass mittels der erfindungsgemäßen Schüttung eine Kraftübertragung und Fixierung der Batteriezellen BZ wirksam verbessert werden können. Im Boden, an den Wänden oder im Deckel der Wanne des Aufnahmebehälters 1 können Positionselemente ausgebildet sein, die die Batteriezellen BZ vor einer Befüllung mit den Kugeln 5 fixieren. Als Schüttung der Kugeln 5 können so auch größere Kräfte und Drücke auf die Wände der Batteriezellen BZ übertragen werden bzw. von diesen aufgenommen werden, ohne dass beide beschädigt werden. In einem Vorversuch wurde ein Überdruck von 1 bar über eine Kugelpackung auf eine Test-Batteriezelle BZ aufgebracht, ohne dass die Kugeln 5 oder die Wände der Batteriezellen BZ erkennbar geschädigt wurden. It is also advantageous that a force transmission and fixation of the battery cells BZ can be effectively improved by means of the bed according to the invention. In the bottom, on the walls or in the lid of the pan of the receptacle 1 Positioning elements can be formed, which are the Battery cells BZ before filling with the balls 5 fix. As a fill of balls 5 As a result, larger forces and pressures can also be transmitted to or absorbed by the walls of the battery cells BZ without the two being damaged. In a preliminary experiment, an overpressure of 1 bar was applied via a ball packing to a test battery cell BZ, without the balls 5 or the walls of the battery cells BZ were noticeably damaged.

Ein weiterer Vorteil einer erfindungsgemäßen Batterie ergibt sich bei der Verwendung eines flüssigen Kühlmediums in einem Kühlkanal 7. Beispielsweise kann als ein flüssiges Kühlmedium ein Thermoöl verwendet werden. Erfindungsgemäß kann die Menge des verwendeten Kühlmittels verkleinert und damit die gesamte Volumenausdehnung des Kühlmittels zwischen Kalt- und Betriebstemperatur ebenso wirksam verkleinert werden. Die meisten flüssigen Kühlmedien zeigen bei einer Erwärmung eine Volumenausdehnung. Bei handelsüblichen Thermoölen beispielsweise beträgt die Volumenzunahme bei einer Erwärmung von 25°C auf 300°C bis zu einem Drittel. Da Flüssigkeiten kaum kompressibel sind, muss diese Volumenausdehnung im Betrieb berücksichtigt werden, beispielsweise mittels eines Ausdehnungsgefäßes. Dies gilt insbesondere bei geschlossenen Modulen M ohne "offenen" Ölkreislauf. Bei flüssigen Kühlmedien ist oftmals die zur Sicherheit gegen den elektrischen Kontakt notwendige Kanalbreite deutlich größer als die für eine effektive Kühlung erforderliche. D.h., dass bei vollständiger Füllung mit einem flüssigen Kühlmedium mehr Kühlflüssigkeit als für die Kühlleistung notwendig eingesetzt würde. Mit Kugeln 5 lässt sich die Menge des Kühlmediums in dem jeweiligen Kühlkanal 7 und in anderen freien Volumina des Moduls M wirksam verkleinern. Diese zusätzlichen freien Volumina des Moduls M können beispielsweise im Kopfraum und Anschlussraum des Moduls vorhanden sein. Gleichzeitig verringert man ebenso die Volumenausdehnung des flüssigen Kühlmittels zwischen kaltem Zustand bei beispielsweise 25°C und Betriebszustand zwischen 200°C und 450°C. Erfindungsgemäß reicht ein im Vergleich zum Stand der Technik kleineres Ausgleichgefäß, so dass ein erfindungsgemäßes Modul M kompakter und mit wirksam weniger teurem Kühlmittel bereitgestellt werden kann. Another advantage of a battery according to the invention results from the use of a liquid cooling medium in a cooling channel 7 , For example, a thermal oil may be used as a liquid cooling medium. According to the invention, the amount of coolant used can be reduced and thus the total volume expansion of the coolant between cold and operating temperature can be reduced as effectively. Most liquid cooling media show volume expansion when heated. For example, in the case of commercially available thermal oils, the increase in volume when heated from 25 ° C. to 300 ° C. is up to one third. Since liquids are hardly compressible, this volume expansion must be taken into account during operation, for example by means of an expansion vessel. This is especially true for closed modules M without "open" oil circuit. In the case of liquid cooling media, the channel width necessary for safety against the electrical contact is often considerably larger than that required for effective cooling. That is, if completely filled with a liquid cooling medium, more cooling liquid than would be necessary for the cooling performance would be used. With balls 5 can the amount of cooling medium in the respective cooling channel 7 and effectively downsize in other free volumes of the module M. These additional free volumes of the module M can be present, for example, in the head space and connection space of the module. At the same time it also reduces the volume expansion of the liquid refrigerant between cold state at, for example, 25 ° C and operating state between 200 ° C and 450 ° C. According to the invention, a smaller compensating vessel is sufficient in comparison to the prior art, so that a module M according to the invention can be made more compact and with effectively less expensive coolant.

2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer Batterie, insbesondere einer Hochtemperaturbatterie. Die Batterie soll eine Mehrzahl von modulartig elektrisch miteinander verschalteten Batteriezellen BZ aufweisen, wobei einzelne Batteriezellen BZ voneinander beabstandet in einem Aufnahmebehälter positioniert werden sollen. In einem Vorschritt S0 kann ein jeweiliger Abstand zwischen Batteriezellen BZ und Batteriezellen BZ und Aufnahmebehälter 1 derart bestimmt werden, dass bei einer zur Kühlung ausreichenden Menge des Kühlmediums zusätzlich die elektrische Isolation gewährleistet ist. Mittels eines ersten Schrittes S1 werden in einem Aufnahmebehälter eine Mehrzahl von einzelnen Batteriezellen mit mindestens einem einen Zwischenraum schaffenden Abstand nebeneinander angeordnet. Mittels eines zweiten Schrittes S2 wird in dem mindestens einen Zwischenraum von in Schwerkraft Richtung oben eine Schüttung von kugelförmigen elektrisch isolierenden Materialteilchen vollständig füllend in den Zwischenraum eingefüllt. 2 shows an embodiment of a method according to the invention for producing a battery, in particular a high-temperature battery. The battery should have a plurality of module-like electrically interconnected battery cells BZ, wherein individual battery cells BZ are to be positioned spaced apart in a receptacle. In a preliminary step S0, a respective distance between battery cells BZ and battery cells BZ and receptacles 1 be determined so that in addition to a sufficient amount of cooling the cooling medium, the electrical insulation is ensured. By means of a first step S1, a plurality of individual battery cells with at least one clearance creating a gap are arranged side by side in a receptacle. By means of a second step S2, a bed of spherical electrically insulating material particles is filled completely filling into the intermediate space in the at least one intermediate space from the top in the direction of gravity.

Auf diese Weise ist eine erfindungsgemäße Herstellung der Batterie mittels einer kostengünstigen Befüllung ausführbar. Monodisperse Kugeln beispielsweise bestehend aus Glas oder Keramik, beispielsweise in Form von Glasperlen oder Keramikperlen, sind als Massenware verfügbar. Beim Einfüllen S2 ordnen sich die Kugeln automatisch zwischen den Batteriezellen derart an, dass sich eine durch die Wände der Batteriezellen als Kanalwände vorgegebene Kugelpackung ergibt. Zur einfachen Positionierung und Fixieren der Batteriezellen vor dem Anordnen in dem Aufnahmebehälter können am oder im Aufnahmebehälter Positionselemente geschaffen werden. Mittels der erfindungsgemäßen Schüttung von Kugeln 5 können auf diese Weise ebenso größere Kräfte und Drücke auf die Wände der Batteriezellen übertragen werden. Erfindungsgemäß kann mittels der Schüttung von Kugeln 5 eine Kraftübertragung und eine Fixierung der Batteriezellen verbessert werden. Erfindungsgemäß verwendet und gefertigte Glasperlen kleinen Durchmessers, beispielsweise < 5mm, können sehr große Belastungen standhalten. Beispielsweise Glasperlen können sehr großen Belastungen ausgesetzt werden, ohne zu splittern. Die Batteriezellen BZ können vor einer Auffüllung je nach gewünschter Kanalbreite der jeweiligen Kühlkanäle 7 positioniert werden. Nach der Befüllung im zweiten Schritt S2 werden die Batteriezellen BZ durch die sie umgebende Schüttung von Kugeln 5 fixiert und anders formuliert "eingegossen". Zusätzlich können beispielsweise durch im Boden, an den Wänden oder im Deckel einer Wanne des Aufnahmebehälters 1 Positionselemente angebracht werden, mit denen die Batteriezellen BZ vor der Befüllung mit den Kugeln 5 fixiert werden können. Fixierung und Kugelschüttung ermöglichen, dass ein Modul M große Kräfte aufnehmen kann, ohne zerstört zu werden. In this way, an inventive production of the battery by means of a low-cost filling executable. Monodisperse balls, for example consisting of glass or ceramic, for example in the form of glass beads or ceramic beads, are available in mass production. When filling S2, the balls automatically arrange between the battery cells in such a way that results in a predetermined by the walls of the battery cells as channel walls ball packing. For easy positioning and fixing of the battery cells prior to placement in the receptacle position elements can be created on or in the receptacle. By means of the bed of balls according to the invention 5 In this way, even greater forces and pressures can be transmitted to the walls of the battery cells. According to the invention by means of the bed of balls 5 a power transmission and a fixation of the battery cells can be improved. According to the invention used and manufactured glass beads of small diameter, for example <5mm, can withstand very high loads. For example, glass beads can be exposed to very large loads without splintering. The battery cells BZ can before filling depending on the desired channel width of the respective cooling channels 7 be positioned. After filling in the second step S2, the battery cells BZ through the surrounding bulk of balls 5 fixed and worded differently "poured in". In addition, for example, in the bottom, on the walls or in the lid of a trough of the receptacle 1 Positioning elements are attached, with which the battery cells BZ before filling with the balls 5 can be fixed. Fixation and pouring allow a module M to absorb large forces without being destroyed.

Es wird eine Batterie, insbesondere eine Hochtemperaturbatterie, und Herstellungsverfahren, vorgeschlagen, wobei die Batterie aufweisend eine Mehrzahl von modulartig elektrisch miteinander verschalteten Batteriezellen BZ aufweist, wobei ein jeweiliges Modul M einen Aufnahmebehälter 1 aufweist, in dem mit mindestens einem einen Zwischenraum 3 schaffenden Abstand eine Mehrzahl von einzelnen Batteriezellen BZ nebeneinander angeordnet und der Zwischenraum 3 mit elektrisch isolierenden Materialteilchen, insbesondere vollständig, gefüllt ist, wobei die Materialteilchen Kugeln 5 sind, und in den Zwischenräumen jeweils eine Kanalstruktur für eine ausreichende, effektive Kühlung ausgebildet ist. It is a battery, in particular a high-temperature battery, and manufacturing method, proposed, wherein the battery comprising a plurality of modularly electrically interconnected battery cells BZ, wherein a respective module M is a receptacle 1 having at least one a gap 3 creating spacing a plurality of individual battery cells BZ arranged side by side and the gap 3 is filled with electrically insulating material particles, in particular completely, wherein the material particles balls 5 are, and in the intermediate spaces each have a channel structure for sufficient, effective cooling is formed.

Claims (24)

Batterie, insbesondere Hochtemperaturbatterie, aufweisend eine Mehrzahl von modulartig elektrisch miteinander verschalteten Batteriezellen (BZ), wobei ein jeweiliges Modul (M) einen Aufnahmebehälter (1) aufweist, in dem mit mindestens einem einen Zwischenraum (3) schaffenden Abstand eine Mehrzahl von einzelnen Batteriezellen (BZ) nebeneinander angeordnet und der Zwischenraum (3) mit elektrisch isolierenden Materialteilchen, insbesondere vollständig, gefüllt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialteilchen Kugeln (5) sind. Battery, in particular high-temperature battery, comprising a plurality of module-like electrically interconnected battery cells (BZ), wherein a respective module (M) a receptacle ( 1 ), in which at least one space ( 3 ) creating spacing a plurality of individual battery cells (BZ) arranged side by side and the space ( 3 ) is filled with electrically insulating material particles, in particular completely, characterized in that the material particles are balls ( 5 ) are. Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugeln Hohlkugeln sind. Battery according to claim 1, characterized in that the balls are hollow balls. Batterie nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein jeweiliger Zwischenraum (3a) mittels eines Abstands zwischen zwei benachbarter Batteriezellen (BZ) und/oder ein jeweiliger Zwischenraum (3b) mittels eines Abstands zwischen dem Aufnahmebehälter (1) und einer in diesem angeordneten Batteriezelle (BZ) geschaffen ist. Battery according to claim 1 or 2, characterized in that a respective space ( 3a ) by means of a distance between two adjacent battery cells (BZ) and / or a respective gap ( 3b ) by means of a distance between the receptacle ( 1 ) And a arranged in this battery cell (BZ) is created. Batterie nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugeln einen jeweiligen Durchmesser aufweisen, der kleiner gleich vier Fünftel und größer gleich ein Drittel des den Zwischenraum schaffenden Abstands ist. A battery according to claim 3, characterized in that the balls have a respective diameter which is less than or equal to four fifths and greater than or equal to one third of the space creating the gap. Batterie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugeln monodispers sind und einen gleichen Durchmesser aufweisen. Battery according to one of the preceding claims, characterized in that the balls are monodisperse and have a same diameter. Batterie nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugeln einen Durchmesser kleiner gleich 5mm aufweisen. Battery according to claim 4 or 5, characterized in that the balls have a diameter less than or equal to 5mm. Batterie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugeln aus Glas oder aus einer Keramik bestehen. Battery according to one of the preceding claims, characterized in that the balls are made of glass or of a ceramic. Batterie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmebehälter eine einen Boden, Seitenwände und einen Deckel aufweisende Wanne ist. Battery according to one of the preceding claims, characterized in that the receptacle is a bottom, side walls and a lid having a tray. Batterie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mit den Kugeln gefüllte Zwischenraum einen Kühlkanal (7) zur Kühlung der angrenzenden Batteriezelle(n) (BZ) mittels deren Anströmens mit einem, insbesondere flüssigen, Kühlmedium ausbildet. Battery according to one of the preceding claims, characterized in that the space filled with the balls a cooling channel ( 7 ) for cooling the adjacent battery cell (s) (BZ) by means of their Anströmens forms with a, in particular liquid, cooling medium. Batterie nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein jeweiliger Abstand derart gewählt ist, dass bei einer ausreichenden elektrischen Isolation eine zur Kühlung ausreichende Menge des Kühlmediums strömt. A battery according to claim 9, characterized in that a respective distance is selected such that, with sufficient electrical insulation sufficient for cooling amount of the cooling medium flows. Batterie nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriezellen (BZ) in einer horizontalen Ebene und der Kühlkanal in einer vertikalen Ebene senkrecht zur Strömungsrichtung des Kühlmediums jeweils einen rechteckigen Querschnitt aufweisen. Battery according to claim 9 or 10, characterized in that the battery cells (BZ) in a horizontal plane and the cooling channel in a vertical plane perpendicular to the flow direction of the cooling medium in each case have a rectangular cross-section. Batterie nach Anspruch 9, 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass Größe und ein spezifisches mittleres Gewicht der Kugeln derart ausgewählt sind, dass das Kühlmedium die Kugeln nicht weg transportiert. A battery according to claim 9, 10 or 11, characterized in that size and a specific average weight of the balls are selected such that the cooling medium does not transport the balls away. Batterie nach Anspruch 9, 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass am Eingang und/oder Ausgang eines Kühlkanals jeweils ein Filter oder ein Netz derart ausgebildet ist, dass das Kühlmedium die Kugeln nicht weg transportiert. Battery according to claim 9, 10 or 11, characterized in that at the input and / or output of a cooling channel in each case a filter or a network is formed such that the cooling medium does not transport the balls away. Batterie nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass im Aufnahmebehälter Durchlässe zur Steuerung der Strömungsverteilung des Kühlmediums erzeugt sind. Battery according to one of claims 9 to 13, characterized in that in the receptacle passages for controlling the flow distribution of the cooling medium are generated. Batterie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass alle Zwischenräume im Aufnahmebehälter vollständig mit Kugeln gefüllt sind. Battery according to one of the preceding claims, characterized in that all intermediate spaces in the receptacle are completely filled with balls. Batterie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Aufnahmebehälter Positionselemente zur Fixierung der Batteriezellen (BZ) ausgebildet sind. Battery according to one of the preceding claims, characterized in that on the receptacle position elements for fixing the battery cells (BZ) are formed. Verfahren zur Herstellung einer Batterie, insbesondere einer Hochtemperaturbatterie, aufweisend eine Mehrzahl von modulartig elektrisch miteinander verschalteten Batteriezellen, wobei für ein jeweiliges Modul – in einen Aufnahmebehälter eine Mehrzahl von einzelnen Batteriezellen (BZ) mit mindestens einem einen Zwischenraum schaffenden Abstand nebeneinander angeordnet (S1) werden; – in den mindestens einen Zwischenraum, insbesondere von in Schwerkraftrichtung oben, eine Schüttung von kugelförmigen elektrisch isolierenden Materialteilchen, insbesondere den Zwischenraum vollständig füllend, eingefüllt (S2) wird. A method for producing a battery, in particular a high-temperature battery, comprising a plurality of module-like electrically interconnected battery cells, wherein for a respective module - In a receptacle, a plurality of individual battery cells (BZ) with at least one gap creating space next to each other (S1) are; - In the at least one space, especially in the direction of gravity above, a bed of spherical electrically insulating material particles, in particular the gap completely filling, filled (S2) is. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass ein jeweiliger Zwischenraum mittels eines Abstands zwischen zwei benachbarter Batteriezellen (BZ) und/oder ein jeweiliger Zwischenraum mittels eines Abstands zwischen dem Aufnahmebehälter und einer in diesem angeordneten Batteriezelle (BZ) geschaffen ist. A method according to claim 17, characterized in that a respective gap is created by means of a distance between two adjacent battery cells (BZ) and / or a respective gap by means of a distance between the receptacle and a battery cell arranged in this (BZ). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmebehälter eine einen Boden, Seitenwände und einen Deckel aufweisende Wanne ist, wobei die Batteriezellen (BZ) zuerst auf den Boden positioniert von den Seitenwänden umfasst und danach mittels des Deckels nach dem Einfüllen abgedeckt werden. Method according to one of the preceding claims 17 or 18, characterized in that the receptacle is a tray having a bottom, sidewalls and a lid, the battery cells (BZ) first positioned on the floor from the sidewalls and then by means of the lid after Filling are covered. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmebehälter eine einen Boden, Seitenwände und einen Deckel aufweisende Wanne ist, wobei die Batteriezellen (BZ) zuerst auf den Boden positioniert von den Seitenwänden umfasst und danach mittels des Deckels vor dem Einfüllen abgedeckt werden, wobei der Deckel mindestens eine Einfüllöffnung zum Einfüllen der Schüttung aufweist. Method according to one of the preceding claims 17 or 18, characterized in that the receptacle is a tray having a bottom, side walls and a lid, wherein the battery cells (BZ) first positioned on the ground of the side walls and then by means of the lid in front of the Filling are covered, wherein the lid has at least one filling opening for filling the bed. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der mit den Kugeln gefüllte Zwischenraum einen Kühlkanal zur Kühlung der angrenzenden Batteriezelle(n) (BZ) mittels deren Anströmens mit einem, insbesondere flüssigen, Kühlmedium ausbildet, wobei am Aufnahmebehälter ein Einlass für die Zugabe und ein Auslass für die Abgabe des Kühlmediums ausgebildet wird. Method according to one of claims 17 to 20, characterized in that the space filled with the balls gap forms a cooling channel for cooling the adjacent battery cell (s) (BZ) by means of their Anströmens with a, in particular liquid, cooling medium, wherein the receptacle an inlet for the addition and an outlet for the discharge of the cooling medium is formed. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass ein jeweiliger Abstand derart gewählt (S0) wird, dass bei einer ausreichenden elektrischen Isolation eine zur Kühlung ausreichende Menge des Kühlmediums strömt. A method according to claim 21, characterized in that a respective distance is selected such (S0) that, with sufficient electrical insulation sufficient for cooling amount of the cooling medium flows. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 17 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass alle Zwischenräume im Aufnahmebehälter vollständig mit Kugeln gefüllt werden. Method according to one of the preceding claims 17 to 22, characterized in that all intermediate spaces in the receptacle are completely filled with balls. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 17 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass am Aufnahmebehälter Positionselemente zur Positionierung und Fixierung der Batteriezellen (BZ) beim nebeneinander Anordnen (S1) ausgebildet werden. Method according to one of the preceding claims 17 to 23, characterized in that on the receptacle position elements for positioning and fixing the battery cells (BZ) are formed when juxtaposed (S1).
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