DE102016200511A1 - Insulation and / or sealing device for an energy storage cell, energy storage cell and manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Isolations- und/oder Dichtungsvorrichtung für eine Energiespeicherzelle, wobei die Isolations- und/oder Dichtungsvorrichtung ein Isolations- und/oder Dichtungsbauteil aufweist, das eingerichtet ist, zwischen einem Energiespeicherzellenpol und einem Energiespeicherzellengehäuse der Energiespeicherzelle als Isolation und/oder Dichtung angeordnet zu werden, wobei das Isolations- und/oder Dichtungsbauteil eine Zellüberwachungseinrichtung aufweist, die in das Isolations- und/oder Dichtungsbauteil derart integriert ist, dass bei Anordnung des Isolations- und/oder Dichtungsbauteils zwischen dem Energiespeicherzellenpol und dem Energiespeicherzellengehäuse eine elektrische Kontaktierung zwischen dem Energiespeicherzellenpol und dem Energiespeicherzellengehäuse über die Zellüberwachungseinrichtung herstellbar ist. Weiterhin betrifft die Erfindung eine entsprechende Energiespeicherzelle mit einer solchen Isolations und/oder Dichtungsvorrichtung sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Isolations- und/oder Dichtungsvorrichtung.The invention relates to an insulation and / or sealing device for an energy storage cell, wherein the insulation and / or sealing device comprises an insulation and / or sealing component, which is arranged between an energy storage cell pole and an energy storage cell housing of the energy storage cell as insulation and / or seal to be, wherein the insulation and / or sealing component comprises a cell monitoring device which is integrated into the insulation and / or sealing component such that when the insulation and / or sealing component between the energy storage cell and the energy storage cell housing an electrical contact between the energy storage cell and the energy storage cell housing can be produced via the cell monitoring device. Furthermore, the invention relates to a corresponding energy storage cell with such an insulation and / or sealing device and a method for producing such an insulation and / or sealing device.
Description
Die Erfindung betrifft eine Isolations- und/oder Dichtungsvorrichtung für eine Energiespeicherzelle.The invention relates to an insulation and / or sealing device for an energy storage cell.
Weiterhin betrifft die Erfindung eine entsprechende Energiespeicherzelle mit einer solchen Isolations- und/oder Dichtungsvorrichtung sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Isolations- und/oder Dichtungsvorrichtung.Furthermore, the invention relates to a corresponding energy storage cell with such an insulation and / or sealing device and a method for producing such an insulation and / or sealing device.
Beispielsweise kommen solche Energiespeicherzellen in einer Vielzahl von miteinander gekoppelten Energiespeicherzellen in sogenannten Energiespeichermodulen für Fahrzeuge, insbesondere für Kraft- oder Nutzfahrzeuge, vorzugsweise für Elektro- oder Hybridfahrzeuge, zum Einsatz Bekannte Beispiele für herkömmliche Energiespeicherzellen sind elektrische Batterien aus elektrochemischen Speicherzellen, wie etwa Lithium-Ionen-Energiespeicherzellen, Doppelschichtkondensatoren, etc.For example, such energy storage cells are used in a large number of energy storage cells coupled together in so-called energy storage modules for vehicles, in particular for motor vehicles or commercial vehicles, preferably for electric or hybrid vehicles. Known examples of conventional energy storage cells are electric batteries made of electrochemical storage cells, such as lithium ions Energy storage cells, double layer capacitors, etc.
Die aus dem Stand der Technik bekannten Lithium-Ionen-Energiespeicherzellen umfassen üblicherweise ein Gehäuse bzw. eine Zellhülle, wobei das Gehäuse bzw. die Zellhülle zur gas- und flüssigkeitsdichten Aufnahme von einem Elektrodenkern sowie von einem typischerweise flüssigen Elektrolyten zur Ausbildung einer galvanischen Zelle ausgebildet ist.The known from the prior art lithium-ion energy storage cells usually comprise a housing or a cell shell, wherein the housing or the cell shell for gas and liquid-tight recording of an electrode core and a typically liquid electrolyte is formed to form a galvanic cell ,
In speziell ausgebildeten Lithium-Ionen-Energiespeicherzellen ist der Elektrodenkern beispielsweise in Form von aus einer positiven und einer negativen Elektrode ausgebildeten Elektrodenwickeln oder Elektrodenstapeln ausgebildet, welche über einen Separator elektrisch voneinander isoliert sind. Üblicherweise wird das den Elektrodenkern aufnehmende Gehäuse bzw. die Zellhülle mit dem Elektrolyten befüllt, um die Lithium-Ionen-Energiespeicherzelle in einen aktiven Zustand, d. h. um als Spannungsquelle fungieren zu können, zu versetzen.In specially designed lithium-ion energy storage cells, the electrode core is designed, for example, in the form of electrode windings or electrode stacks formed from a positive and a negative electrode, which are electrically isolated from one another via a separator. Usually, the housing or the cell envelope receiving the electrode core is filled with the electrolyte in order to place the lithium-ion energy storage cell in an active state, ie. H. to act as a voltage source to be able to put.
Die Gehäuse bzw. Zellhüllen solcher Lithium-Ionen-Energiespeicherzellen können dabei unterschiedlich ausgebildet sein, wobei Lithium-Ionen-Energiespeicherzellen häufig ein prismatisches Metallgehäuse, weitläufig auch als Zell-Can bekannt, aufweisen, das mit einem Deckelelement geöffnet und verschlossen werden kann. Dabei sind mit den jeweiligen Elektroden verbundene Energiespeicherzellenpole bzw. Terminals durch das Deckelelement durchgeführt.The housing or cell shells of such lithium-ion energy storage cells can be designed differently, with lithium-ion energy storage cells frequently having a prismatic metal housing, widely known as cell can, which can be opened and closed with a cover element. In this case, energy storage cell poles or terminals connected to the respective electrodes are performed by the cover element.
Ein Beispiel einer herkömmlichen Energiespeicherzelle
Wie in den
Weiterhin weist die Energiespeicherzelle
Darüber hinaus weist die Energiespeicherzelle
Der Energiespeicherzellenpol
Die Kenntnis eines Zustands der Energiespeicherzelle
Eine Überwachungseinheit zur Überwachung von Betriebsparametern der Energiespeicherzelle wird üblicherweise räumlich getrennt von der Energiespeicherzelle angeordnet. Durch eine von der Energiespeicherzelle räumlich getrennte Anordnung der Überwachungseinheit steigt jedoch der Bedarf an Bauraum und es müssen Messleitungen zu der jeweiligen Energiespeicherzelle gezogen werden. Zudem ist bei Austausch einer Energiespeicherzelle nicht automatisch sichergestellt, dass die Spannungsgrenzen der Überwachungseinheit an die jeweilige Energiespeicherzelle angepasst sind. Daher ist es meist notwendig, eine Überwachungseinheit in Form einer Zellüberwachungsschaltung individuell in jede einzelne Energiespeicherzelle zu integrieren. A monitoring unit for monitoring operating parameters of the energy storage cell is usually arranged spatially separated from the energy storage cell. However, due to an arrangement of the monitoring unit that is spatially separate from the energy storage cell, the need for installation space increases and measurement lines must be drawn to the respective energy storage cell. In addition, when replacing an energy storage cell is not automatically ensured that the voltage limits of the monitoring unit are adapted to the respective energy storage cell. Therefore, it is usually necessary to integrate a monitoring unit in the form of a cell monitoring circuit individually in each individual energy storage cell.
Beispielsweise ist in der dem Stand der Technik angehörenden Druckschrift
Durch eine solche Anordnung der Temperatursensoren auf der Oberfläche der jeweiligen Energiespeicherzelle ist jedoch der Temperatursensor ungeschützt, kann leicht beschädigt werden oder kann sich von der Energiespeicherzelle lösen.By such an arrangement of the temperature sensors on the surface of the respective energy storage cell, however, the temperature sensor is unprotected, can be easily damaged or can be detached from the energy storage cell.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Isolations- und/oder Dichtungsvorrichtung für eine Energiespeicherzelle zur Verfügung zu stellen, durch deren Einsatz die vorgenannten Nachteile zumindest teilweise überwunden werden können.The invention is therefore based on the object to provide an insulation and / or sealing device for an energy storage cell, through the use of which the aforementioned disadvantages can be at least partially overcome.
Insbesondere ist es Aufgabe der Erfindung, eine Isolations- und/oder Dichtungsvorrichtung für eine Energiespeicherzelle zur Verfügung zu stellen, durch deren Einsatz externe Betriebsparameter der Energiespeicherzelle individuell abgegriffen werden können.In particular, it is the object of the invention to provide an insulation and / or sealing device for an energy storage cell, by the use of which external operating parameters of the energy storage cell can be tapped individually.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This object is solved by the features of the independent claims. Further advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.
Die erfindungsgemäße Isolations- und/oder Dichtungsvorrichtung Ist für eine Energiespeicherzelle, insbesondere für eine elektrische Batteriezelle, vorgesehen, wobei die Isolations- und/oder Dichtungsvorrichtung ein Isolations- und/oder Dichtungsbauteil aufweist, das eingerichtet ist, zwischen einem Energiespeicherzellenpol und einem Energiespeicherzellengehäuse der Energiespeicherzelle als Isolation und/oder Dichtung angeordnet zu werden, wobei das Isolations- und/oder Dichtungsbauteil eine Zellüberwachungseinrichtung aufweist, die in das Isolations- und/oder Dichtungsbauteil derart integriert ist, dass bei Anordnung des Isolations- und/oder Dichtungsbauteils zwischen dem Energiespeicherzellenpol und dem Energiespeicherzellengehäuse eine elektrische Kontaktierung zwischen dem Energiespeicherzellenpol und dem Energiespeicherzellengehäuse über die Zellüberwachungseinrichtung herstellbar ist.The insulation and / or sealing device according to the invention is provided for an energy storage cell, in particular for an electric battery cell, wherein the insulation and / or sealing device has an insulation and / or sealing component which is set up between an energy storage cell pole and an energy storage cell housing of the energy storage cell be arranged as insulation and / or seal, wherein the insulation and / or sealing component comprises a cell monitoring device which is integrated into the insulation and / or sealing component such that when the insulation and / or sealing component between the energy storage cell and the pole Energy storage cell housing an electrical contact between the energy storage cell and the energy storage cell energy cell can be produced via the cell monitoring device.
Somit kann für jede einzelne Energiespeicherzelle eine individuelle Zellüberwachungseinrichtung durch Vorsehen einer jeweiligen Isolations- und/oder Dichtungsvorrichtung zur Verfügung gestellt werden. Das Isolations- und/oder Dichtungsbauteil kann dabei sowohl als Isolation und/oder Dichtung zwischen dem Energiespeicherzellenpol und dem Energiespeicherzellengehäuse eingesetzt werden als auch quasi als Zellüberwachungseinrichtung zur Überwachung von extern abgreifbaren Parametern der Energiespeicherzelle fungieren. Mit anderen Worten ist die Zellüberwachungseinrichtung innerhalb des Isolations- und/oder Dichtungsbauteils vorgesehen und stellt gleichzeitig einen elektrischen Kontakt mit dem Energiespeicherzellenpol und dem Energiespeicherzellengehäuse her. Die Zellüberwachungseinrichtung wird somit durch das Isolations- und/oder Dichtungsbauteil geschützt und wird daher von äußeren Umgebungseinflüssen nicht oder nur in geringem Maße abträglich beeinflusst. Da sich die Zellüberwachungseinrichtung innerhalb des Isolations- und/oder Dichtungsbauteils befindet, sind bei Anordnung des Isolations- und/oder Dichtungsbauteils zwischen dem Energiespeicherzellenpol und dem Energiespeicherzellengehäuse der Energiespeicherzellenpol und das Energiespeicherzellengehäuse jeweils dauerhaft und nicht manipulierbar mit der Zellüberwachungseinrichtung kontaktiert. Zudem löst sich die Zellüberwachungseinrichtung nicht auf ungewollte Weise vom Energiespeicherzellenpol oder vom Energiespeicherzellengehäuse, wie es bei dem vorstehend beschriebenen Stand der Technik möglich ist. Da die Überwachungseinrichtung in das Isolations- und/oder Dichtungsbauteil integriert ist, können weitere Herstellungsschritte unter anderem für durch das Energiespeicherzellengehäuse durchzuführende Mess- und/oder Kommunikationsleitungen vermieden werden, wodurch ein kostengünstiger Fertigungsprozess verwirklicht wird. Die erfindungsgemäße Zellüberwachungseinrichtung ermöglicht es, Informationen bzw. externe Betriebsparameter über einen Zustand der Energiespeicherzelle zu erfassen, indem eine elektrische Kontaktierung zwischen dem Energiespeicherzellenpol und dem Energiespeicherzellengehäuse über die Zellüberwachungseinrichtung geschaffen wird. Zusätzlich können interne Betriebsparameter der Energiespeicherzelle aufgenommen werden, indem weiterhin eine Durchführung von Leitungen wie Messleitungen über das Isolations- und/oder Dichtungsbauteil zum Innenbereich bzw. in das Innere der Energiespeicherzelle vorgesehen wird.Thus, for each individual energy storage cell, an individual cell monitoring device can be provided by providing a respective isolation and / or sealing device. The insulation and / or sealing component can be used both as insulation and / or sealing between the energy storage cell pole and the energy storage cell housing and act as a kind of cell monitoring device for monitoring externally tapped parameters of the energy storage cell. In other words, the cell monitoring device is provided within the insulation and / or sealing component and simultaneously establishes an electrical contact with the energy storage cell pole and the energy storage cell housing. The cell monitoring device is thus protected by the insulation and / or sealing component and is therefore not affected by external environmental influences or only to a minor extent detrimental. Since the cell monitoring device is located within the insulation and / or sealing component, the energy storage cell pole and the energy storage cell housing are in each case contacted permanently and not manipulably with the cell monitoring device when the insulation and / or sealing component is arranged between the energy storage cell pole and the energy storage cell housing. In addition, the cell monitoring device does not detach in an undesired manner from the energy storage cell pole or the energy storage cell housing, as is possible in the prior art described above. Since the monitoring device is integrated in the insulation and / or sealing component, further manufacturing steps can be avoided, inter alia, for measuring and / or communication lines to be implemented by the energy storage cell housing, whereby a cost-effective production process is realized. The cell monitoring device according to the invention makes it possible to detect information or external operating parameters via a state of the energy storage cell by providing an electrical contact between the energy storage cell pole and the energy storage cell housing via the cell monitoring device. In addition, internal operating parameters of the energy storage cell can be recorded by continuing to use a Implementation of lines such as measuring lines on the insulation and / or sealing component to the interior or in the interior of the energy storage cell is provided.
Die erfindungsgemäße Isolations- und/oder Dichtungsvorrichtung kann derart weitergebildet sein, dass die Zellüberwachungseinrichtung einen Zellüberwachungschip aufweist, der durch Leiterelemente mit mindestens zwei Kontaktstellen elektrisch verbunden ist, wobei mindestens eine Kontaktstelle an einer Oberfläche des Isolations- und/oder Dichtungsbauteil so angeordnet ist, dass eine elektrische Verbindung mit dem Energiespeicherzellenpol herstellbar ist, und mindestens eine Kontaktstelle an einer Oberfläche des Isolations- und/oder Dichtungsbauteil so angeordnet ist, dass eine elektrische Verbindung mit dem Energiespeicherzellengehäuse herstellbar ist.The insulation and / or sealing device according to the invention can be developed such that the cell monitoring device has a cell monitoring chip which is electrically connected by conductor elements having at least two contact points, wherein at least one contact point is arranged on a surface of the insulation and / or sealing component, that an electrical connection with the energy storage cell pole can be produced, and at least one contact point on a surface of the insulation and / or sealing component is arranged so that an electrical connection with the energy storage cell housing can be produced.
Mit anderen Worten weist die Zellüberwachungseinrichtung einen Zellüberwachungschip auf, der durch Leitungen mit Kontaktstellen verbunden ist, wobei die Kontaktstellen so an der Oberfläche des Isolations- und/oder Dichtungsbauteil angeordnet sind, dass bei Anordnung des Isolations- und/oder Dichtungsbauteils zwischen dem Energiespeicherzellenpol und dem Energiespeicherzellengehäuse mindestens eine Kontaktstelle an der Oberfläche des Energiespeicherzellenpols und eine Kontaktstelle an der Oberfläche des Energiespeicherzellengehäuses angeordnet ist. Bei Anordnung des Isolations- und/oder Dichtungsbauteils zwischen dem Energiespeicherzellenpol und dem Energiespeicherzellengehäuse wird somit eine elektrische Kontaktierung zwischen dem Energiespeicherzellenpol und dem Energiespeicherzellengehäuse über die Zellüberwachungseinrichtung hergestellt.In other words, the cell monitoring device has a cell monitoring chip which is connected by lines with contact points, wherein the contact points are arranged on the surface of the insulation and / or sealing component, that in the arrangement of the insulating and / or sealing component between the energy storage cell and the pole Energy storage cell housing at least one contact point on the surface of the energy storage cell pole and a contact point on the surface of the energy storage cell housing is arranged. When the insulating and / or sealing component is arranged between the energy storage cell pole and the energy storage cell housing, electrical contacting between the energy storage cell pole and the energy storage cell housing is thus produced via the cell monitoring device.
Die erfindungsgemäße Isolations- und/oder Dichtungsvorrichtung kann derart weitergebildet sein, dass der Zellüberwachungschip durch ein weiteres Leiterelement mit einer weiteren Kontaktstelle elektrisch verbunden ist, das aus dem Isolations- und/oder Dichtungsbauteil so herausgeführt ist, dass die weitere Kontaktstelle bei Anordnung des Isolations- und/oder Dichtungsbauteils zwischen dem Energiespeicherzellenpol und dem Energiespeicherzellengehäuse von außen in Bezug auf die Energiespeicherzelle zugänglich ist. Die weitere Kontaktstelle ermöglicht, die extern abgreifbaren Parameter, die von der Zellüberwachungseinrichtung erfasst werden, nach außen zu weiteren externen Einrichtungen wie einer externen Energiespeicherzellenüberwachungseinheit zu übertragen. Zudem wird durch die weitere Kontaktstelle ein Zugriff auf den Zellüberwachungschip ermöglicht. Durch die dauerhafte elektrische Verbindung zwischen der Zellüberwachungseinrichtung und der Energiespeicherzelle wird insbesondere sichergestellt, dass die Energiespeicherzelle durch ständige Erfassung von deren Betriebsparametern im zulässigen und ggfs. optimalen Betriebsbereich betrieben werden kann.The insulation and / or sealing device according to the invention can be developed such that the cell monitoring chip is electrically connected by a further conductor element with another contact point, which is led out of the insulation and / or sealing component so that the further contact point in the isolation of and / or sealing member between the Energiespeicherzellenpol and the energy storage cell housing from the outside with respect to the energy storage cell is accessible. The further contact point makes it possible to transmit the externally tapped off parameters, which are detected by the cell monitoring device, to the outside to further external devices, such as an external energy storage cell monitoring unit. In addition, access to the cell monitoring chip is made possible by the further contact point. The permanent electrical connection between the cell monitoring device and the energy storage cell ensures, in particular, that the energy storage cell can be operated by constantly recording its operating parameters in the permissible and, if necessary, optimum operating range.
Die erfindungsgemäße Isolations- und/oder Dichtungsvorrichtung kann derart weitergebildet sein, dass das Isolations- und/oder Dichtungsbauteil als ein Kunststoffbauteil ausgebildet ist. Durch das Kunststoffbauteil wird einerseits eine elektrische Isolierung ermöglicht. Andererseits lässt sich das Kunststoffbauteil durch Verwendung eines Klebstoffs äußerst unkompliziert an das Energiespeicherzellengehäuse und an den Energiespeicherzellenpol kleben. Die Herstellungskosten eines solchen Kunststoffbauteils sind dabei äußerst gering.The insulation and / or sealing device according to the invention can be developed such that the insulation and / or sealing component is formed as a plastic component. On the one hand, electrical insulation is made possible by the plastic component. On the other hand, by using an adhesive, the plastic component can be bonded to the energy storage cell housing and the energy storage cell pole in an extremely uncomplicated manner. The cost of such a plastic component are extremely low.
Insbesondere kann die erfindungsgemäße Isolations- und/oder Dichtungsvorrichtung so verwirklicht werden, dass das Isolations- und/oder Dichtungsbauteil als ein thermoplastisches Kunststoffbauteil ausgebildet ist. Durch die Verwendung eines Thermoplasts kann somit die Verwendung zusätzlicher Klebstoffe weggelassen werden, da das Thermoplast bei Durchführung eines geeigneten Fügeprozesses wie Nanomolding eine stoffschlüssige Verbindung mit dem Energiespeicherzellengehäuses und dem Energiespeicherzellenpol eingehen kann.In particular, the insulation and / or sealing device according to the invention can be realized so that the insulation and / or sealing component is formed as a thermoplastic plastic component. By using a thermoplastic, the use of additional adhesives can thus be omitted, since the thermoplastic can undergo a cohesive connection with the energy storage cell housing and the energy storage cell pole when carrying out a suitable joining process such as nanomolding.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann die erfindungsgemäße Isolations- und/oder Dichtungsvorrichtung derart umgesetzt werden, dass die Zellüberwachungseinrichtung als eine einseitig bedruckte, vorzugsweise einteilige, flexible Leiterplatte mit integrierter Schaltung ausgebildet ist. Zudem kann die integrierte Schaltung auch als eine Art Identifikationseinrichtung verwendet werden, um Rückschlüsse auf den Ursprung und die Echtheit der Energiespeicherzelle ziehen zu können.In a preferred embodiment, the insulation and / or sealing device according to the invention can be implemented such that the cell monitoring device is designed as a one-sided printed, preferably one-piece, flexible circuit board with integrated circuit. In addition, the integrated circuit can also be used as a kind of identification device in order to be able to draw conclusions about the origin and the authenticity of the energy storage cell.
Die erfindungsgemäße Energiespeicherzelle, insbesondere elektrische Batteriezelle, ist für ein Fahrzeug, vorzugsweise für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug, vorgesehen, wobei die Energiespeicherzelle aufweist: mindestens einen Energiespeicherzellenpol, ein Energiespeicherzellengehäuse, das so ausgebildet ist, dass der Energiespeicherzellenpol durch das Energiespeicherzellengehäuse gelagert ist, und die erfindungsgemäße Isolations- und/oder Dichtungsvorrichtung, wobei das Isolations- und/oder Dichtungsbauteil der erfindungsgemäßen Isolations- und/oder Dichtungsvorrichtung zwischen dem Energiespeicherzellenpol und dem Energiespeicherzellengehäuse als Isolation und/oder Dichtung angeordnet ist, so dass eine elektrische Kontaktierung zwischen dem Energiespeicherzellenpol und dem Energiespeicherzellengehäuse über die Zellüberwachungseinrichtung hergestellt ist.The energy storage cell according to the invention, in particular electric battery cell, is provided for a vehicle, preferably for an electric or hybrid vehicle, wherein the energy storage cell comprises: at least one energy storage cell pole, an energy storage cell housing which is designed such that the energy storage cell pole is supported by the energy storage cell housing, and the insulation and / or sealing device according to the invention, wherein the insulation and / or sealing component of the insulation and / or sealing device according to the invention between the Energiespeicherzellenpol and the energy storage cell housing is arranged as insulation and / or seal, so that an electrical contact between the energy storage cell and the pole Energy storage cell housing is made via the cell monitoring device.
Dadurch ergeben sich die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Isolations- und/oder Dichtungsvorrichtung erläuterten Eigenschaften und Vorteile auf gleiche oder ähnliche Weise, weshalb zur Vermeidung von Wiederholungen auf die diesbezüglichen Ausführungen verwiesen wird.This results in connection with the isolation and / or or sealing device explained properties and advantages in the same or similar manner, so reference is made to avoid repetition of the relevant embodiments.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist zur Herstellung einer Isolations- und/oder Dichtungsvorrichtung für eine Energiespeicherzelle, insbesondere einer Batteriezelle, vorgesehen, wobei die Isolations- und/oder Dichtungsvorrichtung ein Isolations- und/oder Dichtungsbauteil aufweist, welches eingerichtet ist, zwischen einem Energiespeicherzellenpol und einem Energiespeicherzellengehäuse als Isolation und/oder Dichtung angeordnet zu werden, wobei das Verfahren den folgenden Schritt aufweist: Integrieren einer Zellüberwachungseinrichtung in das Isolations- und/oder Dichtungsbauteil derart, dass bei Anordnung des Isolations- und/oder Dichtungsbauteils zwischen dem Energiespeicherzellenpol und dem Energiespeicherzellengehäuse eine elektrische Kontaktierung zwischen dem Energiespeicherzellenpol und dem Energiespeicherzellengehäuse über die Zellüberwachungseinrichtung herstellbar ist.The method according to the invention is provided for producing an insulation and / or sealing device for an energy storage cell, in particular a battery cell, wherein the insulation and / or sealing device has an insulation and / or sealing component which is set up between an energy storage cell pole and an energy storage cell housing to be arranged as insulation and / or seal, wherein the method comprises the following step: integrating a cell monitoring device in the insulation and / or sealing component such that when the insulation and / or sealing component between the energy storage cell and the energy storage cell housing arranged an electrical contact between the Energiespeicherzellenpol and the energy storage cell housing via the cell monitoring device can be produced.
Dadurch ergeben sich die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Isolations- und/oder Dichtungsvorrichtung erläuterten Eigenschaften und Vorteile auf gleiche oder ähnliche Weise, weshalb zur Vermeidung von Wiederholungen auf die diesbezüglichen Ausführungen verwiesen wird. Gleiches gilt sinngemäß für die folgenden bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei auch diesbezüglich auf die vorstehenden Ausführungen im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Isolations- und/oder Dichtungsvorrichtung verwiesen wird.This results in the explained in connection with the insulation and / or sealing device according to the invention properties and advantages in the same or similar manner, which is why reference is made to avoid repetition of the relevant embodiments. The same applies mutatis mutandis to the following preferred embodiments of the method according to the invention, wherein in this regard, reference is made to the above statements in connection with the insulation and / or sealing device according to the invention.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann in vorteilhafter Weise derart weitergebildet sein, dass das Verfahren weiterhin den folgenden Schritt aufweist: Fixieren des Isolations- und/oder Dichtungsbauteils zwischen dem Energiespeicherzellenpol und dem Energiespeicherzellengehäuse mittels eines Fügeprozesses. Dabei kann das Isolations- und/oder Dichtungsbauteils beispielsweise als thermoplastisches Kunststoffbauteil selbst als Fügepartner benutzt werden, anstatt einen Klebstoff zu verwenden. Durch die Verwendung eines Thermoplasts kann somit die Verwendung zusätzlicher Klebstoffe weggelassen werden. Dies reduziert den Einsatz von Materialien und somit die Herstellungskosten. Zudem kann das Gewicht des Dichtungssystems verringert werden. Vorzugsweise werden kostengünstige Standardkunststoffe (PA, PC, PE) als Thermoplasten verwendet werden.The method according to the invention can be developed in an advantageous manner such that the method further comprises the following step: fixing the insulation and / or sealing component between the energy storage cell pole and the energy storage cell housing by means of a joining process. In this case, the insulating and / or sealing component can be used, for example, as a thermoplastic plastic component itself as a joining partner, instead of using an adhesive. By using a thermoplastic, thus, the use of additional adhesives can be omitted. This reduces the use of materials and thus the manufacturing costs. In addition, the weight of the sealing system can be reduced. Preferably, inexpensive standard plastics (PA, PC, PE) will be used as thermoplastics.
Durch ein Aufschmelzen des Thermoplasts ist eine beidseitige Anbindung an den metallischen Energiespeicherzellenpol und das metallische Energiespeicherzellengehäuse möglich. Um das Aufschmelzen des Kunststoffs zu bewirken, wird vorzugsweise ein thermischer Fügeprozess durchgeführt. Die hierfür erforderliche Energie kann beispielsweise durch Laserstrahlung oder durch Heizstempel eingebracht werden. Um die Fügung zu realisieren, muss das Metallbauteil auf eine Temperatur größer oder gleich der Schmelztemperatur des Kunststoffs erwärmt werden und der Verbund daraufhin unter Druck auskühlen, bis der Kunststoff wieder verfestigt ist. Der thermische Fügeprozess ist dabei Zeitsparsam, denn es wird keine Aushärtezeit des Klebstoffes benötigt, da die Abkühlzeit des Thermoplasts meist nur wenige Sekunden beträgt. Somit wird die Prozessdauer durch die Verwendung eines Thermoplasts reduziert. Je nach Schichtdicke und Beschaffenheit von Metall (Energiespeicherzellenpol und Energiespeicherzellengehäuse) und Thermoplast ist eine einstufige Prozessführung möglich. Dies bedeutet, dass in einem Schritt der Thermoplast erwärmt wird und an beide Metallbauteile anbindet, wodurch die Prozessdauer verringert werden kann. Bei größeren Wandstärken bzw. Dicken von Thermoplast oder Metallbauteil kann der Prozess auch zweistufig ausgeführt werden. Die Verwendung eines Thermoplasts erlaubt das Einstellen der Kunststoffschichtdicke und folglich ebenso das Einstellen der integrierten elektrischen sowie thermischen Isolation. Zudem kann die Scherzugfestigkeit der Verbindung zwischen dem Energiespeicherzellenpol und dem Energiespeicherzellengehäuse durch eine Oberflächenvorbehandlung der Metallbauteile erhöht werden. Durch eine Nanomolding-Technik, in welcher die Oberflächen des Energiespeicherzellenpols und des Energiespeicherzellengehäuses im Nanometerbereich Laser strukturiert werden, können hohe Festigkeiten von über 10 MPa bei Laserstrukturierung trotz Einsatz von kostengünstigen Kunststoffen erreicht werden. Somit kann anhand der Nanomoldingtechnik die Festigkeit der Verbindungen der verschiedenen Bauteile miteinander erhöht werden. Durch Einpressen des Kunststoffs in die mikroskopischen Strukturen ist unter anderem möglich, eine Anbindung zu erzielen, ohne dass der Kunststoff zwingend aufgeschmolzen werden muss. Dieses reduziert wiederum die Prozessdauer.By melting the thermoplastic, a bilateral connection to the metallic energy storage cell pole and the metallic energy storage cell housing is possible. In order to effect the melting of the plastic, a thermal joining process is preferably carried out. The energy required for this purpose can be introduced for example by laser radiation or by heating stamp. In order to realize the joining, the metal component must be heated to a temperature greater than or equal to the melting temperature of the plastic and then cool the composite under pressure until the plastic is solidified again. The thermal joining process is time-saving, because it requires no curing time of the adhesive, since the cooling time of the thermoplastic is usually only a few seconds. Thus, the process time is reduced by the use of a thermoplastic. Depending on the layer thickness and nature of the metal (energy storage cell pole and energy storage cell housing) and thermoplastic, a one-step process control is possible. This means that in one step, the thermoplastic is heated and binds to both metal components, whereby the process time can be reduced. For larger wall thicknesses or thicknesses of thermoplastic or metal component, the process can also be carried out in two stages. The use of a thermoplastic allows the adjustment of the plastic layer thickness and consequently also the adjustment of the integrated electrical and thermal insulation. In addition, the shear tensile strength of the connection between the energy storage cell pole and the energy storage cell housing can be increased by surface pretreatment of the metal components. By means of a nanomolding technique in which the surfaces of the energy storage cell pole and the energy storage cell housing are laser-structured in the nanometer range, high strengths of more than 10 MPa can be achieved with laser structuring despite the use of inexpensive plastics. Thus, the strength of the connections of the various components can be increased together using the nanomolding technique. By pressing the plastic into the microscopic structures, it is possible, inter alia, to achieve a connection without the plastic necessarily having to be melted. This in turn reduces the process time.
Weiterhin kann das erfindungsgemäße Verfahren so ausgeführt werden, dass das Verfahren zusätzlich den folgenden Schritt aufweist: Fixieren des Isolations- und/oder Dichtungsbauteils zwischen dem Energiespeicherzellenpol und dem Energiespeicherzellengehäuse mittels Nanomolding. Wie bereits vorstehend erwähnt ist, wird im Fügeprozess vorzugsweise die Nanomolding-Technik verwendet, wobei die Oberflächen des Energiespeicherzellenpols und des Energiespeicherzellengehäuses in einem Nanometerbereich laserstrukturiert sind, was zur Erhöhung der Festigkeit der Verbindungen des Isolation- und/oder Dichtungsbauteils mit dem Energiespeicherzellenpol und dem Energiespeicherzellengehäuse führt.Furthermore, the method according to the invention can be carried out such that the method additionally comprises the following step: fixing of the insulation and / or sealing component between the energy storage cell pole and the energy storage cell housing by means of nanomolding. As already mentioned above, the nanopositioning technique is preferably used in the joining process, wherein the surfaces of the energy storage cell pole and the energy storage cell housing are laser structured in a nanometer range, which increases the strength of the connections of the insulating and / or sealing component with the Energy storage cell pole and the energy storage cell housing leads.
Ferner kann das erfindungsgemäße Verfahren derart umgesetzt werden, dass die Zellüberwachungseinrichtung vor dem Schritt des Fixierens in das Isolations- und/oder Dichtungsbauteil integriert wird. Zum Beispiel kann die Zellüberwachungseinrichtung direkt in das thermoplastische Kunststoffbauteil vergossen werden, welches als Dichtung- und/oder Isolationsbauteil zwischen dem Energiespeicherzellenpol und dem Energiespeicherzellengehäuse eingesetzt wird.Furthermore, the inventive method can be implemented such that the cell monitoring device is integrated before the step of fixing in the insulation and / or sealing component. For example, the cell monitoring device can be cast directly into the thermoplastic plastic component, which is used as a sealing and / or insulating component between the energy storage cell pole and the energy storage cell housing.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren beispielhaft erläutert.Preferred embodiments of the invention are explained below by way of example with reference to FIGS.
Es zeigen:Show it:
In diesem Ausführungsbeispiel ist die erfindungsgemäße Energiespeicherzelle
Die Energiespeicherzelle
Ferner weist die Energiespeicherzelle
Das Isolations- und/oder Dichtungsbauteil
Weiterhin ist das Isolations- und/oder Dichtungsbauteil
Durch entsprechende Ausgestaltung des Isolations- und/oder Dichtungsbauteil
Das Verfahren zur Herstellung der vorstehend beschriebenen Isolations- und/oder Dichtungsvorrichtung
Wie bereits vorstehend beschrieben weist die Isolations- und/oder Dichtungsvorrichtung
Die Zellüberwachungseinrichtung
Die Integration der Zellüberwachungseinrichtung
Anschließend, d. h. nach Integration der Zellüberwachungseinrichtung
Somit wird anhand der erfindungsgemäßen Energiespeicherzelle
Im zweiten Ausführungsbeispiel befinden sich die drei Kontaktstellen
In diesem Ausführungsbeispiel ist die Zellüberwachungseinrichtung
Die in
Da die Kontaktstellen
Alternativ kann das Leiterelement
Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.The features of the invention disclosed in the foregoing description, in the drawings and in the claims may be essential to the realization of the invention both individually and in any combination.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 2, 2'2, 2 '
- EnergiespeicherzelleEnergy storage cell
- 4, 4'4, 4 '
- EnergiespeicherzellenpolEnergiespeicherzellenpol
- 6, 6'6, 6 '
- EnergiespeicherzellengehäuseEnergy storage cell case
- 8, 8'8, 8 '
- Isolations- und/oder DichtungsvorrichtungInsulation and / or sealing device
- 10, 10'10, 10 '
- Isolations- und/oder DichtungsbauteilInsulation and / or sealing component
- 1212
- ZellüberwachungseinrichtungCell monitor
- 1414
- ZellüberwachungschipCell monitoring chip
- 1616
- Leiterelementeconductor elements
- 1818
- Kontaktstellencontact points
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- WO 2012072163 [0014] WO 2012072163 [0014]
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- 2016-01-18 DE DE102016200511.1A patent/DE102016200511A1/en active Pending
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