DE102017114749B4 - Traction accumulator, in particular of elongated design with adjacently arranged lithium-ion secondary cells, and method for controlling the heat balance - Google Patents
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Abstract
Traktionsakkumulator (1, 1I, 1II, 101, 101I, 101II, 201) mit gestapelten, prismatischen elektrochemischen Sekundärzellen (3, 3I, 3II, 3III, 103, 103I),die in einem Schnitt eine längliche, rechteckige Grundform (5, 105) haben,die sich in einer Breite (11) zu einem Konversionsvolumen (21) mit parallel zueinander geschichteten, aktiven Elementen fortsetzt,wobei das Konversionsvolumen (21) Teil eines Modulvolumens (23, 123) des Traktionsakkumulators (1, 1I, 1II, 101, 101I, 101II, 201) ist,bei dem die Sekundärzellen (3, 3I, 3II, 3III, 103, 103I) einzeln (53, 53I, 53II, 153, 153I) oder als Teil einer Gruppe (253, 253I, 253II, 253III) zu einem Akkumulatorpaket zusammengefasst sind,wobei jede Sekundärzelle (3, 3I, 3II, 3III, 103, 103I) einzeln oder als Teil der Gruppe (253, 253I, 253II, 253III) in einem eigenen, wenigstens vier Seiten umfassenden Zellengehäuse (31, 31I, 31II, 131, 131I, 131II, 131III, 231, 231I231II,231IIIeingehüllt ist,dadurch gekennzeichnet, dassdie Grundform (5, 105) eine wenigstens entlang einer Langseite (7, 7I)verlaufende dreifache Länge (13) im Vergleich zu einer entlang einer Hochseite (9, 9I109, 109I) verlaufenden Höhe (15, 115) der Grundform (5, 105) hat, und wobei das als Strangpressprofil hergestellte Zellengehäuse (31, 31I, 3III, 131, 131I, 131II, 131III, 231, 231I, 231II, 231IIImit unterschiedlichen Dicken (69, 69I) an unterschiedlichen Seiten ausgestattet ist undseitlich herausgeführte Kontakte (47, 147, 147I; 49, 149) aufweist,die mit Polfahnen (25, 125; 27, 127) verbunden sind,die in einem mittleren Bereich (17, 17I) an einer Hochseite (9, 9I, 109, 109I) einer aktiven Fläche (19, 119) und somit an einer Hochseite (9, 9I, 109, 109I) mindestens einer Sekundärzelle (3, 3I, 3II, 3III, 103, 103I) angeordnet sind.Traction accumulator (1, 1I, 1II, 101, 101I, 101II, 201) with stacked, prismatic electrochemical secondary cells (3, 3I, 3II, 3III, 103, 103I), which in a section have an elongated, rectangular basic shape (5, 105) which continues in a width (11) to a conversion volume (21) with active elements layered parallel to one another, the conversion volume (21) being part of a module volume (23, 123) of the traction accumulator (1, 1I, 1II, 101, 101I, 101II, 201), in which the secondary cells (3, 3I, 3II, 3III, 103, 103I) individually (53, 53I, 53II, 153, 153I) or as part of a group (253, 253I, 253II, 253III ) are combined to form a battery pack, each secondary cell (3, 3I, 3II, 3III, 103, 103I) individually or as part of the group (253, 253I, 253II, 253III) in its own cell housing (31, 31I, 31II, 131, 131I, 131II, 131III, 231, 231I231II, 231III is enveloped, characterized in that the basic shape (5, 105) has a w At least along one long side (7, 7I) running three times the length (13) compared to a height (15, 115) running along a high side (9, 9I109, 109I) of the basic shape (5, 105), and this as an extruded profile produced cell housings (31, 31I, 3III, 131, 131I, 131II, 131III, 231, 231I, 231II, 231III with different thicknesses (69, 69I) is equipped on different sides and contacts (47, 147, 147I; 49, 149) which are connected to pole lugs (25, 125; 27, 127) which are located in a central region (17, 17I) on a high side (9, 9I, 109, 109I) of an active surface (19, 119 ) and thus at least one secondary cell (3, 3I, 3II, 3III, 103, 103I) are arranged on a high side (9, 9I, 109, 109I).
Description
Die vorliegende Erfindung behandelt einen Traktionsakkumulator einer länglichen Bauform, bei dem die Sekundärzellen wie Lithium-Ionen-Sekundärzellen nebeneinander angeordnet ein Akkumulatormodul bilden. Mit anderen Worten, die vorliegende Erfindung behandelt einen Traktionsakkumulator, insbesondere für ein Kraftfahrzeug wie einen Personenkraftwagen, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie nach dem Oberbegriff des Anspruchs 3.The present invention deals with a traction accumulator with an elongated design, in which the secondary cells, like lithium-ion secondary cells, are arranged next to one another and form an accumulator module. In other words, the present invention deals with a traction accumulator, in particular for a motor vehicle such as a passenger car, according to the preamble of
Außerdem behandelt die vorliegende Erfindung ein Verfahren, wie ein Traktionsakkumulator mit seinen thermischen Energien, insbesondere mit seiner beim elektrischen Laden entstehenden Ladewärme, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 20 umgehen kann.In addition, the present invention deals with a method of how a traction accumulator can deal with its thermal energies, in particular with its charging heat generated during electrical charging, according to the preamble of claim 20.
Technisches GebietTechnical area
Aus der Literatur und durch Kleinserien sind Elektrofahrzeuge, insbesondere für den Straßenbetrieb, bekannt, die eine größere Anzahl elektrochemischer Sekundärzellen, vorzugsweise auf Lithium-Ionen-Basis, zu einer Hochvolt-(z. B. 400 Volt bis 850 Volt)-Energiequelle elektrisch und mechanisch zusammenschließen. Dabei richtet sich das Augenmerk bei der Entwicklung geeigneter Traktionsakkumulatoren unter anderem auf die technischen Schwierigkeiten
- • der gewünschten hohen Energiedichte (gemessen z. B. in Wh pro Liter Batterie-Volumen),
- • auf möglichst geringe Gewichte pro elektrischer Kapazität (gemessen z. B. in Kilo pro Farad),
- • auf eine möglichst ausgeglichene Wärmeleitfähigkeit (gemessen z. B. in Watt pro Meter und Kelvin) und
- • auf einen akzeptablen Temperaturgradient (gemessen z. B. in Kelvin pro Meter).
- • the desired high energy density (measured e.g. in Wh per liter of battery volume),
- • to the lowest possible weight per electrical capacity (measured e.g. in kilograms per farad),
- • on a thermal conductivity that is as balanced as possible (measured, for example, in watts per meter and Kelvin) and
- • an acceptable temperature gradient (measured, for example, in Kelvin per meter).
Bei Traktionsakkumulatoren taucht noch die Schwierigkeit auf, dass diese, sollen sie z. B. in einem Personenkraftfahrzeug verbaut werden, möglichst mechanisch stabil, insbesondere verwindungssteif ausgeführt sein sollen. Die Forderungen widersprechen sich zumindest teilweise erheblich. Mechanisch stabile Traktionsakkumulatoren sind in der Regel schwerer und haben deswegen eine geringere Energiedichte pro Gramm als leichter ausgeführte Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich in dem Gebiet der Traktionsakkumulatoren mit dem Thema, wie ein Akkumulatorenmodul geschaltet werden kann, das einen akzeptablen Kompromiss zwischen den sich widerstreitenden Anforderungen darstellt.In the case of traction accumulators, the difficulty arises that these, should they be used e.g. B. be installed in a passenger vehicle, should be as mechanically stable as possible, in particular designed to be torsion-resistant. The demands contradict each other, at least in part, considerably. Mechanically stable traction accumulators are usually heavier and therefore have a lower energy density per gram than lighter ones. In the field of traction accumulators, the present invention deals with the subject of how a battery module can be switched that represents an acceptable compromise between the conflicting requirements .
Eine in zahlreichen Druckschriften vorgestellte Sekundärzellenbauform ist die prismatische Zelle, die gerne für Lithium-Ionen-Akkumulatoren im mobilen Bereich wie im Kraftfahrzeugbereich eingesetzt wird. Aufgrund der gewünscht kurzen Ladezeiten zum Aufladen eines Traktionsakkumulators werden Überlegungen angestellt, wie die bei der Ladung der Akkumulatoren entstehende Wärme möglichst günstig austragbar ist.A secondary cell design presented in numerous publications is the prismatic cell, which is often used for lithium-ion batteries in the mobile sector and in the automotive sector. Due to the desired short charging times for charging a traction accumulator, considerations are made as to how the heat generated when charging the accumulators can be discharged as cheaply as possible.
Hierbei kann erwogen werden, welcher der Akkumulatorentypen, von denen es u. a. solche Typen wie Pouch-Zellen, prismatische Zellen und Hard-Cover-Module gibt, der aussichtsreichste Kandidat für eine optimierte Gestaltung sein kann. Die einzelnen Typen können anhand der Patentliteratur dargestellt werden.Here it can be considered which of the accumulator types, of which there is a. Such types as pouch cells, prismatic cells and hard cover modules are the most promising candidates for an optimized design. The individual types can be illustrated using the patent literature.
Stand der TechnikState of the art
Die
Die
Die
Eine um einen elektrochemischen Stapel außen herumgeführte, U-förmige Kühlplatte, so wie in der
Ein ähnlicher Ansatz, jedoch nicht mit einem Flüssigkühlmittel, wird in der
Die
In den beiden Patentanmeldungen
Die
Die
Die
Die
Die
Die
Die
In der
Bei einer Energiespeichereinrichtung gemäß der
Monolithische Gehäusekörper mit integriertem Flüssigkeitskanal sollen gemäß der
In der nachveröffentlichten Patentanmeldung
In der nachveröffentlichten Patentanmeldung
Die
Manche der untersuchten Druckschriften beschreiben Akkumulatorenpakete, die nur bedingt für den rauen Einsatz in Kraftfahrzeugen geeignet sind. Bei anderen Bauformen wirkt es so, als ob eine mechanische Stabilität durch Komponenten, die eine starke Gewichtszunahme des Akkumulators verursachen, erkauft wird.Some of the publications examined describe battery packs which are only suitable to a limited extent for rough use in motor vehicles. With other designs it looks like a mechanical stability is bought at the cost of components that cause the accumulator to increase in weight.
Technische SchwierigkeitenTechnical difficulties
Es besteht Bedarf nach einem Arrangement von elektrochemischen Zellen, die ausreichend mechanisch stabil ein akzeptabel geringes Gewicht pro gespeicherter Energie aufweisen. Ideal wäre eine Akkumulatorenbauform, die trotzdem eine kurze Ladezeit dank einprägbaren hohen Ladeströmen und damit einhergehender Wärmeentwicklung bieten kann. Anders gesagt, mit dem Ziel, Elektroantriebe erfolgreicher in den Straßenverkehr zu bringen, ist der Wunsch verbunden, bessere Energiespeicher zu schaffen, durch die die bekannten Nachteile, die insbesondere die Einsatzmöglichkeiten in der Form von Vollelektrofahrzeugen begrenzen, zumindest teilweise überwunden werden.There is a need for an arrangement of electrochemical cells that are sufficiently mechanically stable and have an acceptably low weight per stored energy. An accumulator design would be ideal that can still offer a short charging time thanks to the high charging currents that can be memorized and the associated heat development. In other words, with the aim of making electric drives more successful on the road, there is a desire to create better energy storage devices that at least partially overcome the known disadvantages that limit the possible uses in the form of fully electric vehicles.
ErfindungsbeschreibungDescription of the invention
Die vorliegende Erfindung löst die erfindungsgemäße Aufgabe durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 bzw. Anspruch 3. Auch löst die vorliegende Erfindung die erfindungsgemäße Aufgabe durch ein Verfahren gemäß dem Anspruch 20. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.The present invention achieves the object according to the invention by a device according to
Traktionsakkumulatoren sind solche elektrochemischen Sekundärzellen, d. h. elektrochemische Zellen, die mehrfach ge- und entladen werden können und die für einen mobilen Einsatz in Fahrzeugen geeignet sind. Besonders interessant sind Traktionsakkumulatoren für Kraftfahrzeuge. Hierzu gehören Personenkraftwagen.Traction accumulators are such electrochemical secondary cells, i. H. electrochemical cells that can be charged and discharged several times and that are suitable for mobile use in vehicles. Traction accumulators for motor vehicles are of particular interest. This includes passenger cars.
Die elektrochemischen Sekundärzellen gibt es in vielerlei Bauformen. Die bevorzugte Bauform sind die gestapelten, prismatischen Sekundärzellen. Hiervon unterscheiden sich z. B. die weiter oben vorgestellten Pouch-Zellen.The electrochemical secondary cells are available in many different designs. The preferred design are the stacked, prismatic secondary cells. This differs from z. B. the pouch cells presented above.
Die elektrochemischen Sekundärzellen des Traktionsakkumulators, die insbesondere Lithium-Ionen-Zellen sein können, sind prismatische Sekundärzellen, die gestapelt zueinander angeordnet sind. Nicht nur die Zellen untereinander sind gestapelt, sondern in den Sekundärzellen sind - nach einer vorteilhaften Ausgestaltung - eine erste Elektrode, ein aktiver Bereich des Elektrolyten und eine zweite Elektrode vollflächig, plan und parallel zueinander angeordnet. Durch eine Sekundärzelle kann ein Längsschnitt durchgeführt werden. Wird die Zelle (gedanklich) geschnitten, so tritt eine Grundform in den Vordergrund, die rechteckig, aber länglich ist. Eine einzelne Sekundärzelle kann stabförmig, fast flachstahlähnlich wirken.The electrochemical secondary cells of the traction accumulator, which can in particular be lithium-ion cells, are prismatic secondary cells that are stacked with respect to one another. Not only are the cells stacked one below the other, but in the secondary cells - according to an advantageous embodiment - a first electrode, an active area of the electrolyte and a second electrode are arranged over the entire surface, flat and parallel to one another. A longitudinal cut can be made through a secondary cell. If the cell is (mentally) cut, a basic shape comes to the fore, which is rectangular but elongated. A single secondary cell can appear rod-shaped, almost like flat steel.
Die einzelnen Seiten der Grundform können durch Langseite, Hochseite und Breite bezeichnet werden. Die drei Seiten Langseite, Hochseite und Breite kennzeichnen die Form der Einzelzellen. Die Langseite ist die längste Seite an dem Gehäuse der Sekundärzelle. Im rechten Winkel zur Langseite steht die Hochseite. Die Hochseite hat ebenfalls eine Länge, die auch als Höhe bezeichnet werden kann. Die Grundform hat zwei Langseiten und zwei Hochseiten. Die Langseite ist um ein Mehrfaches länger als die Hochseite. Aufgrund der gestapelten Anordnung der Einzelbauteile der Sekundärzelle kann die Sekundärzelle in Richtung ihrer Breite die geringste Ausdehnung aufweisen. Vorteilhafterweise ist die längste Seite, die an der Grundform festzustellen ist, wenigstens dreimal so lang wie die Hochseite der Grundform. Wird eine aktive Fläche, die durch Langseite und Hochseite begrenzt wird, in der Tiefe, d. h. in der Breite, fortgesetzt, ergibt sich ein erstes Konversionsvolumen einer Einzelzelle. Die aktive Fläche kann auch als Aktivfläche bezeichnet werden. Die Konversionsvolumina der einzelnen Zelle sind benachbart hintereinander, parallel zueinander platziert. Werden die Konversionsvolumina zusammengesetzt, ergibt sich insgesamt ein Modulvolumen des Traktionsakkumulators.The individual sides of the basic shape can be designated by long side, high side and width. The three sides long side, high side and width characterize the shape of the individual cells. The long side is the longest side on the housing of the secondary cell. The high side is at right angles to the long side. The high side also has a length, which can also be referred to as the height. The basic shape has two long sides and two high sides. The long side is several times longer than the high side. Due to the stacked arrangement of the individual components of the secondary cell, the secondary cell can have the smallest extension in the direction of its width. The longest side that can be determined on the basic shape is advantageously at least three times as long as the high side of the basic shape. If an active area, which is delimited by the long side and the high side, is in depth, i.e. H. in width, continued, there is a first conversion volume of a single cell. The active area can also be referred to as the active area. The conversion volumes of the individual cells are placed next to one another, parallel to one another. If the conversion volumes are put together, the result is a total module volume of the traction accumulator.
Der Aktivfläche sind Polfahnen seitlich zugeordnet bzw. Polfahnen sind an seitlichen Bereichen der Aktivfläche vorhanden. Die Aktivfläche kann eine Potentialdifferenz zwischen den Polfahnen bereitstellen. Die Polfahnen befinden sich dabei im mittleren Bereich der aktiven Fläche. Beispielsweise geht eine erste Polfahne in einen ersten Kontakt über und eine zweite Polfahne geht in einen zweiten Kontakt über. Seitlich an den Aktivflächen der Einzelzellen schließen sich die einzelnen Kontakte an. Ein flächendeckender Anschluss der Polfahne an den jeweilig zugeordneten Kontakt bildet einen Stromdurchleitquerschnitt.Pole flags are assigned to the side of the active surface or pole flags are present in lateral areas of the active surface. The active surface can provide a potential difference between the pole lugs. The pole flags are located in the middle area of the active area. For example, a first pole lug merges into a first contact and a second pole lug merges into a second contact. The individual contacts connect to the side of the active surfaces of the individual cells. An area-wide connection of the pole lug to the respective assigned contact forms a current passage cross-section.
Mehrere Einzelzellen können auch in Serie verschaltet werden, um eine höhere Spannung zur Verfügung zu stellen.Several individual cells can also be connected in series in order to provide a higher voltage.
Mehrere Einzelzellen können zusammengefasst werden zu einem Modul bzw. zu einem Akkumulator-(sub-)Paket. Diese Sekundärzellen können in einem Gehäuse zusammengefasst werden.Several individual cells can be combined to form a module or an accumulator (sub) package. These secondary cells can be combined in one housing.
Vorteilhaft schaffen die Gehäuse eine geschlossen umrundende Einfassung eines Akkumulatorpakets. Ein solches Gehäuse wird durch ein Strangpressprofil in der Ausgestaltung hergestellt, dass es wenigstens eine von vier Seiten als dickste Seite hat.The housings advantageously create a closed, encircling frame for a battery pack. Such a housing is produced by an extruded profile in such a way that it has at least one of four sides as the thickest side.
Mit anderen Worten, unabhängig von dem Querschnitt einer der Seiten des Strangpressprofils kann das Gehäuse unterschiedliche mittlere Dicken haben. Zu jeder Seite gehört eine mittlere Dicke. Die mittlere Dicke ist die Dicke, die das Gehäuse an der entsprechenden Seite im Maximum aufweist. Von dieser Dicke abweichend, kann die Seitenwand Stellen und Bereiche haben, die noch dünner sind, weil sie z. B. Kanäle aufweisen.In other words, regardless of the cross section of one of the sides of the extruded profile, the housing can have different mean thicknesses to have. Each side has a medium thickness. The mean thickness is the maximum thickness of the housing on the corresponding side. Deviating from this thickness, the side wall can have places and areas that are even thinner because they are, for. B. have channels.
Das Gehäuse muss nicht über seinen Umfang konstant gehalten sein, sondern das Modulgehäuse und/oder das Zellengehäuse kann/können mit unterschiedlichen Dicken ausgestaltet sein. Z. B. kann die Trägerplatte dicker sein als der Deckel. Gleichartig kann das Gehäuse für die jeweilige Sekundärzelle mit unterschiedlichen Dicken ausgestaltet sein. Hierdurch wird noch weiteres Gewicht gespart.The housing does not have to be kept constant over its circumference, but the module housing and / or the cell housing can be designed with different thicknesses. For example, the carrier plate can be thicker than the lid. Similarly, the housing for the respective secondary cell can be designed with different thicknesses. This saves even more weight.
Die Dicke der einzelnen Seitenwände, Teile und Stege des Gehäuses kann nicht nur auf die mechanischen, statischen und dynamischen Anforderungen ausgelegt sein. Die Dicke kann auf die Funktion der Kühlung abgestimmt sein. Die Seite des Gehäuses, die Wärme speichern und/oder abführen können soll, wird in ihrer Dicke so ausgelegt, dass die Wärme aus den aktiven Flächen der Einzelzellen in den Teil des Gehäuses eingeleitet werden kann. Es ist dabei vorteilhaft, wenn die dickste Seite jene ist, die zugleich als Kühlfläche dient. Wird die Kühlfläche mit der Trägerfläche bzw. Trägerplatte gleich gesetzt, mit anderen Worten, ist die Kühlfläche auch noch die Trägerfläche, so kann die Dicke sowohl in Hinsicht auf mechanische Stabilität als auch in Hinsicht auf ausreichende Kühlleistung optimiert werden. Die Anforderung, ob nun durch die Kühlleistung oder ob nun durch die Stabilität, die die größere Dicke erfordert, bestimmt die Gesamtdicke der Seite.The thickness of the individual side walls, parts and webs of the housing can not only be designed for the mechanical, static and dynamic requirements. The thickness can be matched to the function of the cooling. The side of the housing that is supposed to be able to store and / or dissipate heat is designed in terms of its thickness in such a way that the heat from the active surfaces of the individual cells can be introduced into the part of the housing. It is advantageous if the thickest side is the one that also serves as a cooling surface. If the cooling surface is equated with the carrier surface or carrier plate, in other words, if the cooling surface is also the carrier surface, the thickness can be optimized both in terms of mechanical stability and in terms of sufficient cooling capacity. The requirement, whether through the cooling capacity or through the stability required by the greater thickness, determines the total thickness of the page.
Nachfolgend werden vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen dargelegt, die für sich gesehen, sowohl einzeln als auch in Kombination, ebenfalls erfinderische Aspekte offenbaren können.Advantageous refinements and developments are set out below which, viewed individually, both individually and in combination, can likewise reveal inventive aspects.
Ein Sekundärzellentyp, der sich durch die Materialien bzw. Ionen, die in den Sekundärzellen verbaut bzw. vorhanden sind, seinen Namen schafft, sind die Lithium-Ionen-Akkumulatoren. Eigentlich wird damit in der Regel eine Material- bzw. lonenangabe zu einer der beiden Elektroden einer Grundzelle einer Sekundärzelle oder zu einem Elektrolyten die namensgebende Angabe. Unter die Kategorie der Lithium-Ionen-Akkumulatoren fällt eine ganze Gruppe chemisch aktiver, folienartiger Halbzellen und hierfür geeigneter Elektrolyten.One type of secondary cell that gets its name from the materials or ions that are built in or present in the secondary cells are lithium-ion batteries. Actually, a material or ion information for one of the two electrodes of a basic cell of a secondary cell or for an electrolyte becomes the name-giving information. A whole group of chemically active, foil-like half-cells and suitable electrolytes fall under the category of lithium-ion accumulators.
Als Referenzbauteile oder als häufig vorhandene Baugruppen enthält eine Lithium-Sekundärbatterie im Allgemeinen eine positive Elektrode, eine negative Elektrode, einen Separator und eine nicht-wässrige Elektrolytlösung, die z. B. Lithiumsalz enthalten kann.As reference components or as components that are frequently present, a lithium secondary battery generally contains a positive electrode, a negative electrode, a separator and a non-aqueous electrolyte solution which e.g. B. may contain lithium salt.
Die positive Elektrode kann beispielsweise durch die folgenden beiden Schritte geschaffen werden:
- • erster Schritt: Aufbringen einer Mischung aus einem aktiven Material der positiven Elektrode, einem leitfähigen Mittel und einem Bindemittel auf einen positiven Elektrodenstromkollektor und
- • zweiter Schritt: Trocknen der Mischung.
- • first step: applying a mixture of a positive electrode active material, a conductive agent and a binder to a positive electrode current collector and
- • second step: drying the mixture.
Ergänzend kann der Mischung nach Bedarf ein Füllstoff zugesetzt werden.In addition, a filler can be added to the mixture as required.
Im Folgenden werden gebräuchliche Nomenklaturen zu Kennzeichnung der Zusammensetzung chemisch synthetisierbarer Substanzen hinsichtlich der die Substanzen bildenden Elemente und deren relativer Häufigkeit, insbesondere im Hinblick auf deren Molarität, verwendet. Diese Angaben können auch als chemische Formeln bzw. Summenformeln chemischer Verbindungen bezeichnet werden.In the following, common nomenclatures are used to identify the composition of chemically synthesizable substances with regard to the elements forming the substances and their relative frequency, in particular with regard to their molarity. This information can also be referred to as chemical formulas or sum formulas of chemical compounds.
Das aktive Material der positiven Elektrode kann z. B. eines oder mehrere der folgenden sein:
- • eine geschichtete Verbindung wie ein Lithiumkobaltoxid (LiCoO2) oder
- • ein Lithiumnickeloxid (LiNiO2) oder
- • eine Verbindung, bei der ein oder mehrere Übergangsmetalle ersetzt sind,
- • ein Lithiummanganoxid gemäß einer chemischen Formel Li1+xMn2-xO4 (mit x = 0 bis 0,33) oder
- • ein Lithiummanganoxid wie LiMnO3, LiMn2O3 oder LiMnO2,
- • ein Lithiumkupferoxid (Li2CuO2;),
- • ein Vanadiumoxid wie LiV3O3, LiFe304, V2O5 oder CU2V2O7,
- • ein auf Ni basierendes Lithium-Nickel-Oxid, gemäß einer chemischen Formel LiNi1-xMxO2 (wobei M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B oder Ga und x = 0,01
bis 0,3 ist), - • ein Lithium-Mangan-Verbundoxid gemäß einer chemischen Formel LiMn2-xMxO2 (wobei M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn oder Ta und x = 0,01
bis 0,1 ist) oder einer chemischen Formel Li2Mn3MO3 (wobei M = Fe, Co, Ni, Cu oder Zn ist), - • LiMn2O4, wobei Li in einer chemischen Formel teilweise durch Erdalkalimetallionen ersetzt ist,
- • eine Disulfidverbindung oder
- • Fe2(MoO4)3.
- • a layered compound such as a lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ) or
- • a lithium nickel oxide (LiNiO 2 ) or
- • a compound in which one or more transition metals have been replaced,
- • a lithium manganese oxide according to a chemical formula Li 1 + x Mn 2-x O 4 (with x = 0 to 0.33) or
- • a lithium manganese oxide such as LiMnO 3 , LiMn 2 O 3 or LiMnO 2 ,
- • a lithium copper oxide (Li 2 CuO 2 ;),
- • a vanadium oxide such as LiV 3 O 3 , LiFe 3 0 4 , V 2 O 5 or CU 2 V 2 O 7 ,
- • a Ni-based lithium nickel oxide, according to a chemical formula LiNi 1-x M x O 2 (where M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B or Ga and x = 0.01 to 0 , 3 is),
- A lithium-manganese composite oxide according to a chemical formula LiMn 2-x M x O 2 (where M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn or Ta and x = 0.01 to 0.1) or a chemical formula Li 2 Mn 3 MO 3 (where M = Fe, Co, Ni, Cu or Zn),
- • LiMn 2 O 4 , where Li in a chemical formula is partially replaced by alkaline earth metal ions,
- • a disulfide compound or
- • Fe 2 (MoO 4 ) 3.
Leitfähiges Mittel beträgt je nach Zugabe wahlweise 1 bis 30 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Verbindung, einschließlich des aktiven Materials der positiven Elektrode. Das leitfähige Mittel soll insbesondere eine hohe Leitfähigkeit aufweisen. Das leitfähige Mittel wird so ausgewählt, dass es keine chemische Veränderung in einer Batterie induziert, auf die das leitfähige Mittel aufgebracht wird. Es eignen sich zum Beispiel
- • Graphit, wie natürlicher Graphit oder künstlicher Graphit,
- • Ruß bzw. Industrie-Ruß, auch bekannt unter der englischen Bezeichnung „carbon black“,
- • Spaltruß, wie z. B. Acetylen-Schwarz, Ketjen-Schwarz, Channelruß, insb. Kanal-Schwarz,
- • Furnaceruß, wie z. B. Ofen-Schwarz,
- • Flammruß, wie z. B. Lampen-Schwarz oder Summer-Schwarz,
- • Gasruß,
- • leitfähige Faser(n), wie Kohlenstofffaser(n) oder Metallfaser(n),
- • metallisches Pulver, wie Kohlenstofffluoridpulver, Aluminiumpulver oder Nickelpulver,
- • leitfähige Whisker, wie Zinkoxid oder Kaliumtitanat,
- • leitfähiges Metalloxid, wie Titanoxid.
- • graphite, such as natural graphite or artificial graphite,
- • Soot or industrial soot, also known under the English name "carbon black",
- • split soot, such as B. Acetylene black, Ketjen black, channel black, especially channel black,
- • Furnace black, such as B. Oven black,
- • lampblack, such as B. Lamp black or buzzer black,
- • carbon black,
- • conductive fiber (s), such as carbon fiber (s) or metal fiber (s),
- • metallic powder, such as carbon fluoride powder, aluminum powder or nickel powder,
- • conductive whiskers, such as zinc oxide or potassium titanate,
- • conductive metal oxide such as titanium oxide.
Leitfähige Materialien, wie Polyphenylenderivate, können als leitfähiges Mittel verwendet werden.Conductive materials such as polyphenylene derivatives can be used as the conductive agent.
Das Bindemittel ist eine Komponente, die die Bindung zwischen dem aktiven Material und dem leitfähigen Mittel und die Anbindung an den Stromkollektor bildet bzw. unterstützt. Das Bindemittel wird im Allgemeinen in einer Menge von 1 bis 30 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Verbindung, einschließlich des aktiven Materials der positiven Elektrode, zugegeben. Als Beispiele für das Bindemittel sind zu nennen:
- • Polyvinylidenfluorid,
- • Polyvinylalkohol,
- • Carboxymethylcellulose (CMC),
- • Stärke,
- • Hydroxypropylcellulose,
- • regenerierte Cellulose,
- • Polyvinylpyrrolidon,
- • Tetrafluorethylen,
- • Polyethylen,
- • Polypropylen,
- • Ethylen-Propylen-Dien-Terpolymer (EPDM),
- • sulfoniertes EPDM,
- • Styrol-Butadien-Kautschuk,
- • Fluorkautschuk und
- • verschiedene Copolymere.
- • polyvinylidene fluoride,
- • polyvinyl alcohol,
- • carboxymethyl cellulose (CMC),
- • Strength,
- • hydroxypropyl cellulose,
- • regenerated cellulose,
- • polyvinylpyrrolidone,
- • tetrafluoroethylene,
- • polyethylene,
- • polypropylene,
- • Ethylene-propylene-diene terpolymer (EPDM),
- • sulfonated EPDM,
- • styrene-butadiene rubber,
- • Fluororubber and
- • various copolymers.
Der Füllstoff ist eine optionale Komponente, die verwendet wird, um die Expansion der positiven Elektrode zu hemmen. Es gibt keine besondere Einschränkung für den Füllstoff, solange dieser keine chemischen Veränderungen in einer Batterie verursacht, auf die der Füllstoff aufgebracht wird, und er zumindest ein faseriges Material umfasst bzw. daraus hergestellt ist. Beispiele für den Füllstoff sind Olefinpolymere wie Polyethylen sowie Polypropylen, als faseriges Material bzw. Faserstoffe können z. B. Glasfaser oder Kohlefaser in Betracht kommen.The filler is an optional component that is used to inhibit the expansion of the positive electrode. There is no particular limitation on the filler as long as it does not cause chemical changes in a battery to which the filler is applied and it comprises at least one fibrous material. Examples of the filler are olefin polymers such as polyethylene and polypropylene. B. fiberglass or carbon fiber come into consideration.
Die negative Elektrode ist herstellbar, indem ein aktives Material der negativen Elektrode auf einen negativen Elektrodenstromkollektor aufgebracht und getrocknet wird. Die oben beschriebenen Komponenten können wahlweise selektiv zu dem aktiven Material der negativen Elektrode hinzugefügt werden, um deren Eigenschaften weiter zu verbessern.The negative electrode can be manufactured by applying an active material of the negative electrode to a negative electrode current collector and drying it. The above-described components can optionally be selectively added to the negative electrode active material to further improve its properties.
Als aktives Material der negativen Elektrode kann beispielsweise Kohlenstoff verwendet werden, wie z. B. nicht-graphitisierender Kohlenstoff oder ein Kohlenstoff auf Graphitbasis, ein Metall-Verbundoxid ist verwendbar, wie LixFe2O3 (0 ≦ x ≦ 1), LixWO2 (0 ≦ x ≦ 1), SnxMe1-xMe'yOz (Die Komponenten sind z. B. mit einer Auswahl aus dem folgenden näher bestimmbar: Me als Mn, Fe, Pb, Ge; Me' als AI, B, P, Si, Gruppe 1, 2 und 3 Elemente des Periodensystems, Halogen; 0 ≦ x ≦ 1; 1 ≦ y ≦ 3; 1 ≦ z ≦ 8), geeignet sind auch Lithiummetall, Lithium-Legierungen, Legierungen auf Siliciumbasis, Legierungen auf Zinnbasis, Metalloxide, wie SnO, SnO2, PbO, PbO2, Pb2O3, Pb3O4, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, GeO, GeO2, Bi2O3, Bi2O4 oder Bi2O5, leitfähiges Polymer, wie Polyacetylen, oder ein Li-Co-Ni-basiertes Material.As the active material of the negative electrode, for example, carbon can be used, such as. B. non-graphitizing carbon or a carbon based on graphite, a metal composite oxide can be used, such as Li x Fe 2 O 3 (0 ≦ x ≦ 1), Li x WO 2 (0 ≦ x ≦ 1), Sn x Me 1 -x Me ' y O z (The components can be determined in more detail, e.g. with a selection from the following: Me as Mn, Fe, Pb, Ge; Me' as AI, B, P, Si,
Damit lassen sich für jeweils gewünschte Anwendungsfelder geeignete Materialien miteinander kombinieren, um die Elektroden besonders effizient zu gestalten.In this way, suitable materials can be combined with one another for the respective desired fields of application in order to make the electrodes particularly efficient.
Der Separator ist zwischen der positiven Elektrode und der negativen Elektrode angeordnet. Als Separator kann beispielsweise ein isolierender Dünnfilm mit hoher lonenpermeabilität verwendet werden. Vorzugsweise weist der Dünnfilm eine hohe mechanische Festigkeit auf. The separator is arranged between the positive electrode and the negative electrode. For example, an insulating thin film with high ion permeability can be used as the separator. The thin film preferably has high mechanical strength.
Der Separator kann in bevorzugten Ausführungen wahlweise einen Porendurchmesser von 0,01 µm bis 10 µm aufweisen. Besonders vorteilhaft ist eine Dicke des Separators wahlweise zwischen 5 µm bis 300 µm. Als Material für den Separator ist beispielsweise ein Olefinpolymer verwendbar. Das Material kann als ein Blatt oder als ein Vliesstoff bereitgestellt werden. Besonders vorteilhaft ist Polypropylen, das chemische Beständigkeit und Hydrophobie aufweist. Günstige Eigenschaften für den Separator bieten Glasfaser(n) oder Polyethylen. In Ausführungsbeispielen, in denen ein Festelektrolyt, wie ein Polymer, als Elektrolyt verwendet wird, kann der Festelektrolyt auch als Separator fungieren.In preferred embodiments, the separator can optionally have a pore diameter of 0.01 μm to 10 μm. A thickness of the separator between 5 μm and 300 μm is particularly advantageous. An olefin polymer, for example, can be used as the material for the separator. The Material can be provided as a sheet or as a nonwoven fabric. Polypropylene, which has chemical resistance and hydrophobicity, is particularly advantageous. Glass fiber (s) or polyethylene offer favorable properties for the separator. In embodiments in which a solid electrolyte, such as a polymer, is used as the electrolyte, the solid electrolyte can also function as a separator.
Die nicht-wässrige Elektrolytlösung mit Lithiumsalz umfasst eine polare organische Elektrolytlösung und mindestens ein Salz des Lithiums. Als elektrolytische Lösung kann eine nicht-wässrige flüssige Elektrolytlösung, ein organischer Festelektrolyt oder ein anorganischer Festelektrolyt verwendet werden. Der Elektrolyt kann chemisch unterschiedliche Bestandteile aufweisen.The non-aqueous electrolyte solution with lithium salt comprises a polar organic electrolyte solution and at least one salt of lithium. As the electrolytic solution, a non-aqueous liquid electrolyte solution, an organic solid electrolyte, or an inorganic solid electrolyte can be used. The electrolyte can have chemically different components.
Als Beispiele für die nicht-wässrige flüssige Elektrolytlösung können nicht-protische organische Lösungsmittel wie N-Methyl-2-pyrrolidinon, Propylencarbonat, Ethylencarbonat, Butylencarbonat, Dimethylcarbonat, Diethylcarbonat, gamma-Butyro-Lacton, 1,2-Dimethoxyethan, Tetrahydroxy-Franc, 2-Methyltetrahydrofuran, Dimethylsulfoxid, 1,3-Dioxolan, Formamid, Dimethylformamid, Dioxolan, Acetonitril, Nitromethan, Methylformiat, Methylacetat, Phosphorsäuretriester, Trimethoxymethan, Dioxolanderivate, Sulfolan, Methylsulfolan, 1,3-Dimethyl-2-imidazolidinon, Propylencarbonatderivate, Tetrahydrofuranderivate, Ether, Methylpropionat sowie Ethylpropionat genannt werden.As examples of the non-aqueous liquid electrolyte solution, non-protic organic solvents such as N-methyl-2-pyrrolidinone, propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, gamma-butyro-lactone, 1,2-dimethoxyethane, tetrahydroxy franc, 2-methyltetrahydrofuran, dimethylsulfoxide, 1,3-dioxolane, formamide, dimethylformamide, dioxolane, acetonitrile, nitromethane, methyl formate, methyl acetate, phosphoric acid triester, trimethoxymethane, dioxolane derivatives, sulfolane, methylsulfolane, 1,3-dimethyl-2-imidylenazolidinone derivatives, tetrahydrofuran derivatives, tetrahydrofuran derivatives, tetrahydrofuran derivatives, Ether, methyl propionate and ethyl propionate can be mentioned.
Als Beispiele für geeignete organische Festelektrolyte können Polyethylenderivate, Polyethylenoxidderivate, Polypropylenoxidderivate, Phosphorsäureesterpolymere, Polyreaktionslysin, Polyestersulfid, Polyvinylalkohole, Polyvinylidenfluorid und Polymere mit ionischen Dissoziationsgruppen genannt werden.Examples of suitable organic solid electrolytes are polyethylene derivatives, polyethylene oxide derivatives, polypropylene oxide derivatives, phosphoric acid ester polymers, polyreaction lysine, polyester sulfide, polyvinyl alcohols, polyvinylidene fluoride and polymers with ionic dissociation groups.
Als Beispiele für geeignete anorganische Festelektrolyten können Nitride, Halogenide oder Sulfate von Lithium (Li) mit gebräuchlichen chemischen Kurzbezeichnungen für deren Zusammensetzung wie Li3N, Lil, Li5NI2, Li3N-Lil-LiOH, LiSiO4, LiSiO4-Lil-LiOH, Li2SiS3, Li4SiO4, Li4SiO4-LiI-LiOH und Li3PO4-Li2S-SiS2 genannt werden.Examples of suitable inorganic solid electrolytes are nitrides, halides or sulfates of lithium (Li) with common chemical abbreviations for their composition such as Li 3 N, Lil, Li 5 NI 2 , Li 3 N-Lil-LiOH, LiSiO 4 , LiSiO 4 - Lil-LiOH, Li 2 SiS 3 , Li 4 SiO 4 , Li 4 SiO 4 -LiI-LiOH and Li 3 PO 4 -Li 2 S-SiS 2 may be mentioned.
Das Lithiumsalz ist ein Material, das in den oben erwähnten nicht-wässrigen Elektrolyten leicht löslich ist. Das Lithiumsalz kann beispielsweise eines oder mehrere der folgenden umfassen: LiCI, LiBr, Lil, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, CF3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, Chlorboranlithium, niederes aliphatisches Carbonsäurelithium, Lithiumtetraphenylborat und Imidoverbindungen.The lithium salt is a material that is easily soluble in the above-mentioned non-aqueous electrolytes. The lithium salt can include, for example, one or more of the following: LiCl, LiBr, Lil, LiClO 4 , LiBF 4 , LiB 10 Cl 10 , LiPF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiCF 3 CO 2 , LiAsF 6 , LiSbF 6 , LiAlCl 4 , CH 3 SO 3 Li, CF 3 SO 3 Li, (CF 3 SO 2 ) 2 NLi, chloroborane lithium, lower aliphatic carboxylic acid lithium, lithium tetraphenyl borate and imido compounds.
Mit einer Auswahl aus den genannten Materialien für Elektrolyten lässt sich der Elektrolyt besonders gut auf das gewählte Elektrodenmaterial einstellen. Hierdurch sind gute Betriebseigenschaften, wie günstige Lade-/Entladecharakteristiken für Akkus bzw. elektrische Energiespeicherzellen, einstellbar.With a selection from the mentioned materials for electrolytes, the electrolyte can be adjusted particularly well to the selected electrode material. As a result, good operating properties, such as favorable charging / discharging characteristics for rechargeable batteries or electrical energy storage cells, can be set.
Zusätzlich können zur weiteren Verbesserung der Ladungs- und Entladungseigenschaften sowie als Flammschutzmittel beispielsweise Pyridin, Triethylphosphit, Triethanolamin, cyclischer Ether, Ethylendiamin, n-Glyme, Hexaphosphorsäuretriamid, Nitrobenzolderivate, Schwefel-, Chinoniminfarbstoffe, N-substituiertes Oxazolidinon, N, N-substituiertes Imidazolidin, Ethylenglykoldialkylether, Ammoniumsalze, Pyrrol, 2-Methoxyethanol, Aluminiumtrichlorid oder vergleichbares der nicht-wässrigen Elektrolytlösung zugesetzt werden. Unter Umständen kann die nicht-wässrige Elektrolytlösung für die Eigenschaft der schweren Entflammbarkeit zusätzlich halogenhaltige Lösungsmittel wie Tetrachlorkohlenstoff und Ethylentrifluorid enthalten. Weiterhin kann zur weiteren Verbesserung der Hochtemperatur-Beständigkeit die nicht-wässrige Elektrolytlösung zusätzlich Kohlendioxidgas enthalten.In addition, pyridine, triethyl phosphite, triethanolamine, cyclic ether, ethylenediamine, n-glyme, hexaphosphoric triamide, nitrobenzene derivatives, sulfur and quinone imine dyes, N-substituted oxazolidinone, N, N-substituted imidazolidine, can be used to further improve the charge and discharge properties and as flame retardants. Ethylene glycol dialkyl ether, ammonium salts, pyrrole, 2-methoxyethanol, aluminum trichloride or the like can be added to the non-aqueous electrolyte solution. Under certain circumstances, the non-aqueous electrolyte solution can additionally contain halogen-containing solvents such as carbon tetrachloride and ethylene trifluoride for the property of low flammability. Furthermore, to further improve the high temperature resistance, the non-aqueous electrolyte solution can additionally contain carbon dioxide gas.
Zur elektrischen Leitung werden wenigstens zwei Polfahnen im Bereich der Hochseiten unmittelbar an den aktiven Flächen platziert. Ein geeignetes Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Verbindung besteht in einem Schweißverfahren.For electrical conduction, at least two pole lugs are placed directly on the active surfaces in the area of the high sides. A suitable method for making an electrical connection is a welding process.
Es darf hervorgehoben werden, dass jede einzelne Sekundärzelle ihr eigenes Gehäuse aufweist. Hierbei können mehrere Sekundärzellen in ihrem (gemeinsamen) eigenen Gehäuse zusammengefasst sein. Die Sekundärzelle bzw. die Einzelzelle ist Teil einer Gruppe von Einzelzellen, die gemeinsam eingefasst sind. Die Sekundärzellen sind in ihrem eigenen Gehäuse eingehüllt. Das Gehäuse schließt dicht an die einzelne oder die mehreren Sekundärzellen an. Die Sekundärzellen stehen in unmittelbarem Kontakt mit der Innenseite des Gehäuses. Obwohl die Gehäuse Bauraum des Modulvolumens in Anspruch nehmen und somit das Aktivvolumen (vordergründig) senken, schaffen die Gehäuse zahlreiche Vorteile: mechanische Stabilität, Planparallelität, günstige Thermik usw.. Im Ergebnis bedeutet es, dass die Gehäuse die Nutzung des Modulvolumens steigern können.It should be emphasized that each individual secondary cell has its own housing. Several secondary cells can be combined in their own (common) housing. The secondary cell or the single cell is part of a group of single cells that are enclosed together. The secondary cells are encased in their own housing. The housing adjoins the single or multiple secondary cells tightly. The secondary cells are in direct contact with the inside of the housing. Although the housings take up space in the module volume and thus reduce the active volume (ostensibly), the housings create numerous advantages: mechanical stability, plane parallelism, favorable thermal conditions, etc. As a result, it means that the housings can increase the use of the module volume.
Über die Polfahnen und über - im Weiteren angeordnete - elektrische Leitungen kann ein elektrischer Strom im mittleren Bereich, d. h. jeweils im Bereich der Hochseiten quer zur Reaktionsfläche der aktiven Flächen, abgeleitet werden. Die elektrischen Leitungen sind quer zur aktiven Fläche angeordnet.An electrical current in the middle area, i.e. H. in each case in the area of the high sides transversely to the reaction surface of the active surfaces. The electrical lines are arranged transversely to the active surface.
Der Raum des Modulvolumens unmittelbar benachbart zu den Polfahnen, von denen eine Polfahne ein Pluspol ist und eine Polfahne ein Minuspol ist, kann jeweils für einen Kühlkanal (Zuführkühlkanal und Abführkühlkanal) genutzt werden. Die wärmeproduzierenden aktiven Flächen werden in ihren seitlichen Bereichen mittels Kühlkanäle gekühlt.The space of the module volume immediately adjacent to the pole flags, one of which The pole lug is a positive pole and a pole lug is a negative pole can each be used for a cooling channel (supply cooling channel and discharge cooling channel). The heat-producing active surfaces are cooled in their lateral areas by means of cooling channels.
Wenigstens zwei Polfahnen sind seitlich an den jeweiligen aktiven Flächen angeordnet. Die beiden Polfahnen befinden sich jeweils eine an einer Hochseite. Die beiden Polfahnen sind an gegenüberliegenden Hochseiten der aktiven Fläche. Als Befestigungstechnik bietet sich die Befestigung über Schweißpunkte an.At least two pole flags are arranged laterally on the respective active surfaces. The two pole flags are each one on a high side. The two pole flags are on opposite high sides of the active surface. Fastening using spot welds is a suitable fastening technique.
Die Gehäuse können sehr platzsparend gestaltet werden. Die Gehäuse können so knapp ausgelegt werden, dass die Gehäuse in einem Schnitt nur die aktive Fläche um ca. 2 % nach außen erweitern. Die aktive Fläche hat eine Höhe. 2 % dieser Länge der Höhe entspricht der Dicke des Gehäuses.The housing can be designed to be very space-saving. The housing can be designed so tightly that the housing only expands the active surface by approx. 2% outwards in one cut. The active area has a height. 2% of this length of the height corresponds to the thickness of the housing.
Um die Temperatur über die aktiven Flächen möglichst gleichverteilt zu belassen, z. B. trotz einer Schnellladung mittels einem sehr hohen Ladestrom (z. B. dem 3- bis 4-fachen des maximalen Laststroms), können Kühlmaßnahmen ergriffen werden. Die Form der Traktionsakkumulatoren bzw. der Einzelzellen bietet die Möglichkeit, Kühlplatten zwischen zwei Einzelzellen zwischenzusetzen. Muss ausreichend gekühlt werden, kann nach jeder Einzelzelle eine Kühlplatte eingesetzt werden. Solche Kühlplatten können als Sandwich-Kühlplatten realisiert sein. Die Sandwich-Funktion der Kühlplatte ergibt sich aufgrund einer innengeführten Kühlkanalgestaltung. Sandwich-Kühlplatten können z. B. aus einem doppelwandigen Blech geformt werden. Als weitere Möglichkeit steht zur Verfügung, zwei Kunststoffhalbschalen zu nehmen, die geklebt oder geschweißt werden. Hierdurch wird zwischen den Lagen der Kühlplatte ein Hohlraum geschaffen, der mit Kühlmedium durchströmt werden kann. Besonders günstig sind flüssige Kühlmedien, wie z. B. ein Glykol-Wasser-Gemisch oder ein Kältemittel. Die Kühlleistung kann noch zusätzlich gesteigert werden, wenn das Flüssigkühlmedium umgewälzt wird, z. B. über eine Flüssigpumpe für das Glykolgemisch.In order to keep the temperature as evenly distributed as possible over the active surfaces, e.g. B. in spite of a quick charge by means of a very high charging current (z. B. 3 to 4 times the maximum load current), cooling measures can be taken. The shape of the traction accumulators or the individual cells offers the possibility of inserting cooling plates between two individual cells. If sufficient cooling is required, a cooling plate can be used after each individual cell. Such cooling plates can be implemented as sandwich cooling plates. The sandwich function of the cooling plate results from an internal cooling channel design. Sandwich cooling plates can e.g. B. be formed from a double-walled sheet metal. Another option is to use two plastic half-shells that are glued or welded. This creates a cavity between the layers of the cooling plate through which the cooling medium can flow. Liquid cooling media, such as. B. a glycol-water mixture or a refrigerant. The cooling performance can be further increased if the liquid cooling medium is circulated, e.g. B. via a liquid pump for the glycol mixture.
Der Wärmeaustrag bzw. die Wärmeleistung der Sandwich-Kühlplatte lässt sich steigern, wenn mehr als zwei Kühlkanäle in der Sandwich-Kühlplatte angeordnet sind. Vorteilhafterweise sind die Kühlkanäle in einem mittleren Bereich der Sandwich-Kühlplatte angeordnet. Die Sandwich-Kühlplatte hat zwei oder mehr Kühlkanäle, die vor allem in einem mittleren Bereich, gesehen über die Hochseite der Kühlplatte, längs verlaufen. Die Kühlkanäle erstrecken sich bei dieser Ausführungsform parallel zur Langseite, die von der Form der Grundform bekannt ist.The heat output or the heat output of the sandwich cooling plate can be increased if more than two cooling channels are arranged in the sandwich cooling plate. The cooling channels are advantageously arranged in a central region of the sandwich cooling plate. The sandwich cooling plate has two or more cooling channels that run longitudinally, especially in a central area, seen over the high side of the cooling plate. In this embodiment, the cooling channels extend parallel to the long side, which is known from the shape of the basic shape.
Es hat sich gezeigt, dass es günstig ist, wenn zwischen zehn (10) und vierzig (40) Sekundärzellen mit ihren jeweiligen aktiven Flächen zusammengefasst werden, um in einem Modulgehäuse oder in einem Zellengehäuse ein Akkumulatorpaket zu bilden. Die Anzahl von Zellen, wie z. B. 20 Zellen, wird durch das Gehäuse wie das Zellengehäuse oder das Modulgehäuse eingespannt. Es findet eine Kompression auf die Einzelzellen statt.It has been shown that it is advantageous if between ten (10) and forty (40) secondary cells are combined with their respective active surfaces in order to form a battery pack in a module housing or in a cell housing. The number of cells, such as B. 20 cells, is clamped by the housing such as the cell housing or the module housing. There is a compression on the individual cells.
Die jeweiligen Sekundärzellen eines Strangs sind untereinander serienverschaltet. In einem Modulgehäuse befindet sich wenigstens ein Strang mit in Serie verschalteten Sekundärzellen.The respective secondary cells of a string are connected to one another in series. In a module housing there is at least one string with secondary cells connected in series.
Die Sekundärzellen können von einer Trägerplatte unterstützt werden. Als Trägerplatte bietet sich die Bodenplatte des Akkumulatorgehäuses an. Das Modulgehäuse hat eine Platte, die zugleich als Trägerplatte benutzt werden kann. Gleichartig kann auch das Zellengehäuse eine Platte aufweisen, die zur Unterstützung dient.The secondary cells can be supported by a carrier plate. The base plate of the accumulator housing can be used as the carrier plate. The module housing has a plate that can also be used as a carrier plate. Similarly, the cell housing can also have a plate that serves as a support.
Die Trägerplatte kann zugleich eine Kühlplatte sein. Der Traktionsakkumulator hat eine thermische Austauschfläche, die von der Trägerplatte angeboten wird. Die Trägerplatte ist jener Teil des Modulgehäuses oder des Zellengehäuses, der dafür bestimmt ist, an der tiefsten Stelle im Fahrzeug verbaut zu werden.The carrier plate can also be a cooling plate. The traction accumulator has a thermal exchange surface that is offered by the carrier plate. The carrier plate is that part of the module housing or cell housing that is intended to be installed at the lowest point in the vehicle.
Das Modulgehäuse, genauso das Zellengehäuse kann mit einzelnen Zugelementen realisiert sein, damit die im Innern des Modulgehäuses bzw. im Innern des Zellengehäuses angeordneten Sekundärzellen durch das Modulgehäuse oder des Zellengehäuses komprimiert werden. Auch durch die doppelte Wandung, d. h. die Wandung des Modulgehäuses und die Wandung einer Einzelzelle, kann eine Gesamtkompression mithilfe des E-Moduls des Materials des Gehäuses und des E-Moduls des Materials des Modulgehäuses hergestellt werden. Das Quellen bzw. die Ausdehnung im Zuge von Lade-/Entladezyklen bzw. die Ausdehnung im Zuge von Alterungen bzw. die Ausdehnung im Zuge der Einlagerung von Wasser, das bzw. die durch alle gestapelten Sekundärzellen insgesamt erzeugt wird, kann durch Zugsysteme bzw. Zuganker und/oder durch E-Module von Einfassungen, wie z. B. Gehäusewänden, abgefangen werden.The module housing, as well as the cell housing, can be implemented with individual tension elements so that the secondary cells arranged in the interior of the module housing or in the interior of the cell housing are compressed by the module housing or the cell housing. Also by the double wall, i. H. the wall of the module housing and the wall of a single cell, an overall compression can be produced with the aid of the modulus of elasticity of the material of the housing and the modulus of elasticity of the material of the module housing. The swelling or the expansion in the course of charge / discharge cycles or the expansion in the course of aging or the expansion in the course of the storage of water, which is generated by all of the stacked secondary cells, can be achieved by tension systems or tie rods and / or by E-modules of enclosures, such as. B. housing walls are intercepted.
In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung, insbesondere für den Fall, dass hohe Verlustenergien, z. B. bei Schnellladevorgängen, aus dem Aktivvolumen herauszubringen sind, kann die Trägerplatte mit Kühlstrukturen ausgestattet sein. Eine mögliche Kühlstruktur ist durch in die Platte eingearbeitete Leitungen für ein Kühlmittel geschaffen. Leitungen, durch die ein Kühlmittel wie Wasser mit oder ohne Zusätzen wie (Poly-)Glykol fließen kann, verlaufen längs in der Trägerplatte. Die Trägerplatte ist an einigen Stellen hohl. Die hohlen Stellen werden von einem Kühlmittel durchflossen. Das Kühlmittel kann anschließend, nachdem es durch die Trägerplatte hindurchgeströmt ist, durch einen Wärmetauscher wieder abgekühlt werden. Die Trägerplatte kann zugleich, wie es ihr Name schon aussagt, als mechanische Unterstützungsstruktur für das Paket aus einzelnen Zellen dienen. Die Trägerplatte übernimmt mehrere Funktionen. Sie hält die Einzelzellen in Lage. Außerdem stützt sie die Gesamtstruktur des Moduls durch eine unten liegende Verstärkung, also der Unterseite. Die Trägerplatte sorgt für eine Versteifung des Traktionsakkumulators im sich verwindenden Chassis eines Kraftfahrzeugs. Die Trägerplatte fördert die Kühlung des Traktionsakkumulators. Je nach Ausgestaltung kann der eine oder der andere Aspekt bzw. die eine oder andere Funktion überwiegen bzw. in den Vordergrund treten.In a particularly advantageous development, especially in the event that high energy losses, e.g. B. in fast charging processes, are to be brought out of the active volume, the carrier plate can be equipped with cooling structures. One possible cooling structure is created by lines for a coolant that are worked into the plate. Lines through which a coolant such as water with or without additives such as (poly) glycol can flow, run lengthways in the carrier plate. The carrier plate is hollow in some places. A coolant flows through the hollow areas. After having flowed through the carrier plate, the coolant can then be cooled again by a heat exchanger. At the same time, as its name suggests, the carrier plate can serve as a mechanical support structure for the package made up of individual cells. The carrier plate takes on several functions. It holds the individual cells in place. In addition, it supports the overall structure of the module by reinforcing it below, i.e. the underside. The carrier plate ensures that the traction accumulator is stiffened in the twisting chassis of a motor vehicle. The carrier plate promotes the cooling of the traction accumulator. Depending on the design, one or the other aspect or one or the other function can predominate or come to the fore.
Die vorgeschlagene Form eines Traktionsakkumulators zeichnet sich durch hohe Aktivvolumina aus. Auch bietet der vorgestellte Traktionsakkumulator ein günstiges Energiedichte-pro-Gewicht-Verhältnis. Zusätzlich zu einer effizienten Ausnutzung von Bauraum weist der vorgeschlagene Traktionsakkumulator über eine Querschnittsfläche hinweg bei Lade- und Entladevorgängen ein günstiges Temperaturprofil auf. Damit kann die mit hohen elektrischen Strömen einhergehende Wärmeentwicklung zuverlässig bewältigt werden. Auch dieser Aspekt führt zu einer Erhöhung einer Lebensdauer der Traktionsakkumulatoren. Außerdem ist es möglich, ggf. anfallende Abwärme z. B. über einen Fahrzeugwärmetauscher einer Sekundärnutzung zuzuführen und somit die Energieeffizienz des Elektroantriebs noch weiter zu steigern.The proposed form of a traction accumulator is characterized by high active volumes. The traction accumulator presented also offers a favorable energy density-per-weight ratio. In addition to efficient use of installation space, the proposed traction accumulator has a favorable temperature profile over a cross-sectional area during charging and discharging processes. In this way, the heat development associated with high electrical currents can be reliably managed. This aspect also leads to an increase in the service life of the traction accumulators. It is also possible to remove any waste heat generated e.g. B. to a vehicle heat exchanger for secondary use and thus to increase the energy efficiency of the electric drive even further.
Es darf hervorgehoben werden, dass in einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung das Gehäuse der einen oder der mehreren Sekundärzellen in Kontakt mit den Sekundärzelle(n) steht. D. h., das Gehäuse kann durchaus auf dem Potential der einen Elektrode liegen. Das Gehäuse ist nicht von der Elektrode der Sekundärzelle getrennt. Das Gehäuse umhüllt die Sekundärzelle(n) in berührender Weise. Über eine Kontaktwärmeabführung erfolgt die Kühlung.It should be emphasized that, in a particularly advantageous embodiment, the housing of the one or more secondary cells is in contact with the secondary cell (s). This means that the housing can be at the same potential as one of the electrodes. The housing is not separated from the electrode of the secondary cell. The housing envelops the secondary cell (s) in a touching manner. The cooling takes place via contact heat dissipation.
Der Schnitt durch die Sekundärzelle, der zur Ableitung bzw. zur Sichtbarkeit der Grundform führt, überstreicht eine Fläche, von der wenigstens 80 % der Gesamtfläche als aktive Fläche nutzbar ist. Durch optimierten Abgleich zwischen Langseite und Hochseite kann eine aktive Fläche geschaffen werden, die wenigstens 92 % der Gesamtfläche der Grundform abdeckt.The section through the secondary cell, which leads to the derivation or to the visibility of the basic shape, sweeps over an area of which at least 80% of the total area can be used as an active area. An active surface that covers at least 92% of the total surface of the basic shape can be created through an optimized comparison between the long side and the high side.
Nach einem weiteren Aspekt kann bei der einzelnen eingehüllten Sekundärzellenbauform auch das Aktivvolumen optimiert werden. Das Aktivvolumen ist die einzelne aktive Fläche jeder einzelnen Sekundärzelle des Traktionsakkumulators mit der Breite der Innenkomponenten der Sekundärzelle multipliziert. Der Traktionsakkumulator kann in seinen Dimensionen so optimiert werden, dass wenigstens 60 % des Modulvolumens als Aktivvolumen nutzbar sind. Wird das Verhältnis zwischen Langseite, Hochseite und Breite zueinander weiter optimiert, können Modulvolumen von mehr als 62 %, in einigen Ausgestaltungen sogar mehr als 65 % Aktivvolumen am gesamten Modulvolumen (d. h. 60 % bis mehr als 65 % des Modulvolumens) geschaffen werden.According to a further aspect, the active volume can also be optimized in the case of the individual enveloped secondary cell design. The active volume is the individual active area of each individual secondary cell of the traction accumulator multiplied by the width of the internal components of the secondary cell. The dimensions of the traction accumulator can be optimized so that at least 60% of the module volume can be used as active volume. If the relationship between long side, high side and width is further optimized, module volumes of more than 62%, in some configurations even more than 65% active volume of the entire module volume (i.e. 60% to more than 65% of the module volume) can be created.
Ein Traktionsakkumulator, insbesondere für ein Kraftfahrzeug wie einen Personenkraftwagen, umfasst gestapelte, prismatische elektrochemische Sekundärzellen, insbesondere mit wenigstens einer Lithium-Ionen-Elektrode und vorzugsweise mit einem nicht-wässrigen Elektrolyten. Die Sekundärzellen haben in einem Schnitt eine rechteckige, längliche Grundform. Die Grundform weist eine wenigstens entlang einer Langseite verlaufende dreifache Länge im Vergleich zu einer entlang einer Hochseite verlaufenden Höhe der Grundform auf. Die Grundform setzt sich in einer Breite zu einem Konversionsvolumen mit parallel zueinander geschichteten, aktiven Elementen fort. Das Volumen ist Teil eines Modulvolumens des Traktionsakkumulators. Eine durch den Schnitt sich ergebende Schnittfläche ist zu wenigstens 80 % eine aktive Fläche, idealerweise zu mehr als 92 % eine aktive Fläche. Auch ist es möglich, dass ein sich aus aktiver Fläche mal Breite ergebendes Aktivvolumen wenigstens 60 % des Modulvolumens beansprucht, idealerweise sogar mehr als 62 % des Modulvolumens beansprucht.A traction accumulator, in particular for a motor vehicle such as a passenger car, comprises stacked, prismatic electrochemical secondary cells, in particular with at least one lithium-ion electrode and preferably with a non-aqueous electrolyte. The secondary cells have a rectangular, elongated basic shape in a section. The basic shape has at least three times the length of the basic shape running along a long side compared to a height of the basic shape running along a high side. The basic shape continues in a width to form a conversion volume with active elements layered parallel to one another. The volume is part of a module volume of the traction accumulator. A cut surface resulting from the cut is at least 80% an active surface, ideally more than 92% an active surface. It is also possible that an active volume resulting from the active area times the width takes up at least 60% of the module volume, ideally even more than 62% of the module volume.
Die Dicken des Strangpressprofils können von Seite zu Seite voneinander abweichen. Die Dicken betragen zwischen 0,5 mm und 5 mm. Die Seite, die eine Kühlfunktion übernehmen soll, hat z. B. eine Dicke von 2 mm, während die drei anderen Seiten je eine Dicke von 1 mm aufweisen. Genauso ist es möglich, dass die Kühlseite des Strangpressprofils eine Dicke von 4 mm bis 5 mm aufweist, während die anderen Seiten bei Dicken unterhalb von 2 mm verbleiben.The thickness of the extruded profile can vary from side to side. The thicknesses are between 0.5 mm and 5 mm. The side that is supposed to take on a cooling function has z. B. a thickness of 2 mm, while the other three sides each have a thickness of 1 mm. It is also possible that the cooling side of the extruded profile has a thickness of 4 mm to 5 mm, while the other sides remain with thicknesses below 2 mm.
Das Gehäuse einer Einzelzelle kann aus einem Metall gefertigt sein. Metalle, die hierfür in Frage kommen, sind z. B. Aluminium oder Edelstahl. Die Gehäuse können aus Aluminium oder Edelstahl gefertigt sein. Aufgrund der Form der Gehäuse ist es möglich, die Metallgehäuse als Strangpressprofile zu fertigen. So ein Strangpressprofil kann auf die Länge bzw. Breitseite der aktiven Flächen hin abgelängt werden.The housing of a single cell can be made of a metal. Metals that come into question for this are z. B. aluminum or stainless steel. The housings can be made of aluminum or stainless steel. Due to the shape of the housing, it is possible to manufacture the metal housing as extruded profiles. Such an extruded profile can be cut to length to the length or broadside of the active surfaces.
Das Gehäuse kann bereichsweise in der Form von Ableiterblechen ausgelegt sein, obwohl es vorzugsweise als Strangpressprofil bzw. mit einer durch ein Strangpressverfahren hergestellten Komponente geschaffen sein kann. Einzelne Seiten oder Bereiche können durch Ableiterbleche gebildet sein, die das Ableiten von thermischer Energie fördern. In einer weiteren Ausgestaltung ist es auch möglich, das Strangpressprofil mit einem Ableiterblech zu einem Gesamtgehäuse zu fügen. Das Ableiterblech bildet eine Schicht, des mehrschichtigen Gehäuse.The housing can be designed in some areas in the form of conductor plates, although it is preferably an extruded profile or with a component produced by an extrusion process can be created. Individual sides or areas can be formed by deflector plates that promote the dissipation of thermal energy. In a further embodiment, it is also possible to join the extruded profile with a conductor plate to form an overall housing. The discharge plate forms one layer of the multi-layer housing.
Das kastenförmige Strangpressprofil kann an seinem Ende durch Platten verschlossen werden. Diese Platten sind in dem Strangpressprofil einzusetzen. Die Platten liegen von innen an den Strangpressprofilenden an. In eine solche Platte kann eine Berstschwächung eingearbeitet sein. Dies geht z. B. durch eine Einfräsung eines Bruchschlitzes in die Stirnseite einer der Platten. Der Teil des Gehäuses, der als Strangpressprofil hergestellt ist, überragt an allen vier Seiten die eingelegte Platte. Zwei solcher Platten sind an gegenüberliegenden Seiten eingelegt. Die Platten schauen sich spiegelbildlich an. Zumindest eine der Platten hat eine Berstschwächung, z. B. ein Doppel-Y-Profil. An der Stelle der Berstschwächung kann das Gehäuse sich nach außen auswölben. Der Berstbereich bzw. die Berstschwächung ergibt sich durch eine Perforation oder Eindünnung entlang eines Schnitts, der sich an seinen beiden Enden in zwei 60° abweichend verlaufende Richtungen auffächert. Die Enden des Schnitts, der Verdünnung oder der Perforation geht V-förmig auseinander.The box-shaped extruded profile can be closed at its end by plates. These plates are to be used in the extruded profile. The panels rest against the extruded profile ends from the inside. A burst weakening can be incorporated into such a plate. This is z. B. by milling a fracture slot in the face of one of the plates. The part of the housing that is made as an extruded profile protrudes over the inserted plate on all four sides. Two such plates are inserted on opposite sides. The plates look at each other in mirror image. At least one of the plates has a burst weakening, e.g. B. a double Y profile. At the point of the burst weakening, the housing can bulge outwards. The bursting area or the bursting weakening results from a perforation or thinning along a cut, which fans out at its two ends in two directions deviating by 60 °. The ends of the cut, thinning or perforation diverge in a V-shape.
Mehrere Sekundärzellen sind zu einem Sub-Stack zusammengeschlossen. In einer besonders materialsparenden Variante bzw. Ausführungsform, ruht eine der Sekundärzellen mit einer aktiven Fläche an einer der Seiten des Strangpressprofils. Diese zumindest eine Sekundärzelle bestimmt das elektrische Potential des Strangpressprofils. Nur die übrigen aktiven Flächen sind isoliert, z. B. über eingelegte Folien, gegenüber der ersten aktiven Fläche und gegenüber der Oberfläche des Strangpressprofils aufgeschichtet. Weil isolierende Einlegefolien aber nur geringfügig zur Gewichtserhöhung beitragen, schafft eine rundum isolierte Sekundärzelle, die Teil von einem Sub-Stack ist, bei dem alle Sekundärzellen jeweils rundum isoliert eingeschlagen sind, ein leichter zu behandelndes Modul. Soll Material gespart werden, kann auf die Isolierung an zumindest einer Seite zwischen Zellengehäuse und Aktivvolumen verzichtet werden. Soll ein sichereres Modul geschaffen werden, so werden alle Sekundärzellen individuell eingehüllt von einer Isolierung.Several secondary cells are combined to form a sub-stack. In a particularly material-saving variant or embodiment, one of the secondary cells rests with an active surface on one of the sides of the extruded profile. This at least one secondary cell determines the electrical potential of the extruded profile. Only the remaining active areas are isolated, e.g. B. layered over inlaid foils, opposite the first active surface and opposite the surface of the extruded profile. Because insulating insert foils only contribute slightly to the increase in weight, an all-round insulated secondary cell, which is part of a sub-stack in which all secondary cells are wrapped in insulated all round, creates a module that is easier to handle. If material is to be saved, the insulation on at least one side between the cell housing and the active volume can be dispensed with. If a more secure module is to be created, all secondary cells are individually wrapped in insulation.
In dem Gehäuse können Kanäle eingearbeitet sein.Channels can be incorporated into the housing.
Die Sekundärzellen sind so in dem Gehäuse angeordnet, dass eine per Strangpressverfahren hergestellte Seite eines vier Seiten umfassenden Profils parallel zu der aktiven Fläche einer der Sekundärzellen verläuft. Eine hierzu benachbarte Seite erstreckt sich im 90°-Winkel zu der zur aktiven Fläche parallelen Seite. Das Strangpressprofil wirkt tunnel- oder manschettenartig.The secondary cells are arranged in the housing in such a way that one side of a profile comprising four sides produced by the extrusion process runs parallel to the active surface of one of the secondary cells. A side adjacent to this extends at a 90 ° angle to the side parallel to the active surface. The extruded profile looks like a tunnel or sleeve.
FigurenlisteFigure list
Die vorliegende Erfindung kann noch besser verstanden werden, wenn Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen genommen wird, wobei
-
1 eine seitliche Ansicht einer Einzelzelle mit einem (sichtbaren) Kontakt zeigt, -
2 eine Einzelzelle aus einer im 90°-Winkel querverlaufenden Perspektive (im Vergleich mit1 ) zeigt, -
3 einen Schnitt A - A durch dieEinzelzelle nach 1 zeigt, -
4 Außenumrisse einer Einzelzelle mit ihrem Zellengehäuse zeigt, -
5 einen Stapel wechselweise gegensätzlich zueinander orientierter Einzelzellen zur Bildung eines Moduls zeigt, -
6 eine erste Ausführungsform eines Moduls zeigt, -
7 eine zweite Variante eines Moduls zeigt, -
8 das Modul aus 7 aus einer Perspektive von oben zeigt, -
9 das Modul nach 7 in einer teilgeöffneten Darstellung zeigt, -
10 eine weitere Ausführungsform einer Einzelzelle im Modulgehäuse zeigt, -
11 eine Kühlplatte in einem Modulgehäuse zeigt, -
12 eine Ausführungsvariante eines Stapels zeigt, der sich aus Einzelzellen nach10 zusammensetzen kann, -
13 ein Gehäuse eines Moduls von oben zeigt, -
14 ein Modulgehäuse in einer isometrischen Darstellung zeigt, -
15 ein teilgeöffnetes Modul zeigt, das z. B. aus dem Inneren des Gehäuses nach13 stammen kann, -
16 ein Einzelzellengehäuse mit einer „Berstscheibe“ bzw. einer Berstfuge zeigt, -
17 ein Traktionsakkumulator mit Modulgehäuse einer weiteren Ausführungsform mit einer flüssigkeitsgekühlten Trägerplatte zeigt, -
18 einen inneren Teil des Traktionsakkumulators zeigt und -
19 einen Ausschnitt aus der Darstellung nach18 zeigt.
-
1 shows a side view of a single cell with a (visible) contact, -
2 a single cell from a transverse perspective at a 90 ° angle (compared with1 ) shows, -
3 a section A - A through thesingle cell 1 shows, -
4th Shows the outer outlines of a single cell with its cell housing, -
5 shows a stack of single cells that are alternately oppositely oriented to form a module, -
6th shows a first embodiment of a module, -
7th shows a second variant of a module, -
8th the module7th shows from a perspective from above, -
9 the module according to7th shows in a partially opened representation, -
10 shows another embodiment of a single cell in the module housing, -
11 shows a cooling plate in a module housing, -
12th shows a variant of a stack that is made up of individual cells10 can put together -
13th shows a housing of a module from above, -
14th shows a module housing in an isometric view, -
15th shows a partially open module z. B. from inside the housing13th can come from -
16 shows a single cell housing with a "bursting disc" or a bursting joint, -
17th shows a traction accumulator with module housing of a further embodiment with a liquid-cooled carrier plate, -
18th shows an inner part of the traction accumulator and -
19th an excerpt from the illustration according to18th shows.
FigurenbeschreibungFigure description
Wie gesagt, wird das Zellengehäuse
In
In dem Modulgehäuse
Abstandshalter
Wird eine zusätzliche Kühlung durch einen Konvektionskanal
In
Kontaktstellen
Wie in
In
Damit die Einzelzellen
In den
Wie in
Um solche Ladesteuerungen wie ein Load-Balancing zu ermöglichen, können Zellspannungsüberwachungen noch zusätzlich in dem Modulgehäuse
In
Bei einer Montage der einzelnen Zellen
In
Die Zellengehäuse
Wie bereits zu
Eine weitere Ausführungsform eines Modulgehäuses
Wie in
In
An den Modulgehäuseseitenwänden
Der Modulgehäuseboden
Wie gesagt,
Wie sich aus einer Zusammenschau der
Unterhalb der Zellengehäuse
Elektrisch sind die Zellengehäuse
Der Ausschnitt, der mit
Einzelne Merkmale aus den beschriebenen Ausführungsformen und Varianten sowie den in Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen lassen sich einzeln und in Merkmalsgruppen beliebig zu weiteren Ausführungsbeispielen miteinander kombinieren, wodurch sich zusätzliche erfindungsgemäße Aspekte und Vorteile ergeben können.Individual features from the described embodiments and variants as well as the exemplary embodiments shown in the figures can be combined with one another individually and in groups of features to form further exemplary embodiments, which can result in additional aspects and advantages according to the invention.
Eine sinnvolle Weiterentwicklung besteht z. B. darin, einen einzelnen Kühlkanal, wie einen der Kühlkanäle
Über die Kanalgeometrie der Kühlkanäle
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 1, 1I, 1II, 101, 101I,1, 1I, 1II, 101, 101I,
- TraktionsakkumulatorTraction accumulator
- 101II, 201 3, 3I, 3II, 3III, 103, 103I101II, 201 3, 3I, 3II, 3III, 103, 103I
- erste, zweite, dritte, vierte Sekundärzellefirst, second, third, fourth secondary cell
- 5, 1055, 105
- GrundformBasic form
- 7, 7I7, 7I
- erste, zweite Langseitefirst, second long side
- 9, 9I, 109, 109I9, 9I, 109, 109I
- erste, zweite Hochseitefirst, second high side
- 1111
- Breitewidth
- 1313th
- Länge, insbesondere einer LangseiteLength, especially one long side
- 15, 11515, 115
- Länge, insbesondere einer Hochseite, wie eine HöheLength, especially a high side, such as a height
- 17, 17I17, 17I
- mittlerer Bereich, insbesondere einer Hochseitemiddle area, especially a high side
- 19, 11919, 119
- Aktivfläche bzw. aktive FlächeActive area or active area
- 2121
- KonversionsvolumenConversion volume
- 23, 12323, 123
- ModulvolumenModule volume
- 25, 12525, 125
- erste Polfahne, insbesondere Polfahne des positiven Polsfirst pole flag, especially pole flag of the positive pole
- 27, 12727, 127
- zweite Polfahne, insbesondere Polfahne des negativen Polssecond pole flag, in particular the pole flag of the negative pole
- 129129
- SchweißpunktWelding point
- 130130
- AbschirmfederShielding spring
- 31, 31I, 31II, 131,31, 31I, 31II, 131,
- ZellengehäuseCell housing
- 131I, 131II, 131III, 231, 231I, 231II, 231III 132, 132I, 132II, 132III131I, 131II, 131III, 231, 231I, 231II, 231III, 132, 132I, 132II, 132III
- GehäuseverbinderHousing connector
- 33, 133, 133I, 133II,33, 133, 133I, 133II,
- ModulgehäuseModule housing
- 233 134, 134I, 134II, 134III233 134, 134I, 134II, 134III
- ZugelementTension element
- 135135
- erster Kühlkanalfirst cooling channel
- 136, 136I136, 136I
- Kühlkanalanschluss, insbesondere SchnellverbinderCooling duct connection, especially quick connector
- 137137
- zweiter Kühlkanalsecond cooling channel
- 138, 138I138, 138I
- KühlkanalwandCooling duct wall
- 139, 139I, 139II139, 139I, 139II
- Sandwich-Platte bzw. KühlplatteSandwich plate or cooling plate
- 140, 140I140, 140I
- Plattenhöhe, insbesondere SandwichplattenhöhePanel height, especially sandwich panel height
- 141, 141I, 141II, 141III141, 141I, 141II, 141III
- Kühlkanal, insbesondere in einer Sandwich-PlatteCooling channel, especially in a sandwich panel
- 142142
- Plattenfuß, insbesondere SandwichplattenfußPlate foot, in particular sandwich plate foot
- 143143
- Kühlmedium wie ein Kältemittel oder ein Glykol-Wasser-GemischCooling medium such as a refrigerant or a glycol-water mixture
- 144144
- VersorgungskanalhöheSupply duct height
- 144I144I
- VersorgungskanalbreiteSupply channel width
- 45, 145, 145I, 24545, 145, 145I, 245
- TrägerplatteCarrier plate
- 146146
- Deckplatte, insbesondere mit der Funktion einer TrägerplatteCover plate, in particular with the function of a carrier plate
- 47, 147, 147I47, 147, 147I
- erster Kontaktfirst contact
- 49, 14949, 149
- zweiter Kontaktsecond contact
- 150150
- BerstbereichBursting area
- 51, 15151, 151
- AußenOutside
- 53, 53I, 53II, 153, 153I53, 53I, 53II, 153, 153I
- EinzelzelleSingle cell
- 253, 253I, 253II, 253III253, 253I, 253II, 253III
- Einzelzelle, insbesondere als Teil einer GruppeSingle cell, especially as part of a group
- 55, 155, 25555, 155, 255
- erster Sammelstromleiterfirst collective current conductor
- 57, 157, 25757, 157, 257
- zweiter Sammelstromleitersecond collective current conductor
- 59, 59I, 59II 59III, 159,59, 59I, 59II 59III, 159,
- MontageschieneMounting rail
-
159I, 159II, 159III, 259, 259I, 259II, 259III 61, 161, 261159I, 159II, 159III, 259, 259I, 259II,
61, 161, 261259III - Modulgehäuseseitenwand, insbesondere erste SeitenwandModule housing side wall, in particular first side wall
- 61I, 161I, 261I61I, 161I, 261I
- Modulgehäuseseitenwand, insbesondere zweite SeitenwandModule housing side wall, in particular second side wall
- 6262
- oberer Bereichupper area
- 63, 63I, 163, 26363, 63I, 163, 263
- ModulgehäusebodenModule housing base
- 65, 65I, 165, 26565, 65I, 165, 265
- ModulgehäusedeckelModule housing cover
- 67, 67I, 167, 167I67, 67I, 167, 167I
- ModulgehäuserückwandModule housing rear wall
- 69, 69I69, 69I
- Dickethickness
- 7171
- AustauschflächeExchange area
- 73, 73I73, 73I
- Innenseiteinside
- 7575
- Konvektionseinströmöffnung, insbesondere Bereich des ModulgehäusebodensConvection inflow opening, in particular the area of the module housing base
- 7676
- Berstfuge, insbesondere (Doppel-)Y-förmigBurst joint, especially (double) Y-shaped
- 77, 77I, 177, 177I77, 77I, 177, 177I
- KonvektionskanalConvection duct
- 79, 17979, 179
- erste Konvektionsausströmöffnungfirst convection outlet
- 79I79I
- zweite Konvektionsausströmöffnungsecond convection outlet
- 81, 18181, 181
- erste Kontaktstellefirst point of contact
- 81I81I
- zweite Kontaktstellesecond contact point
- 8383
- erste Abdeckungfirst cover
- 83I83I
- zweite Abdeckungsecond cover
- 85, 85I, 85II85, 85I, 85II
- Anschlussfläche, insbesondere für einen ModulgehäusedeckelConnection surface, in particular for a module housing cover
- 187187
- EinzelzellenanschlussflächeSingle cell pad
- 288, 288I, 288II288, 288I, 288II
- Potentialpotential
- 289289
- EinzelzellgehäuseplatteSingle cell housing plate
- 290290
- Folie, insbesondere Wärmeleit- und/oder IsolationsfolieFoil, in particular heat conducting and / or insulating foil
- 191, 191I191, 191I
- KühlkanalkammerCooling channel chamber
- 292, 292I, 292292, 292I, 292
- KühlmittelleitungCoolant line
- 93, 93I, 193, 193I,93, 93I, 193, 193I,
- AbstandshalterSpacers
-
293, 293I 194, 194I, 194II293,
293I 194, 194I, 194II - KühlkanallamelleCooling duct lamella
- 195195
- DichtlippeSealing lip
- 196196
- erste Kühlkanalweitefirst cooling channel width
- 197197
- zweite Kühlkanalweitesecond cooling channel width
- 198, 198I198, 198I
- TemperatursensorTemperature sensor
- 199, 199I199, 199I
- KompensationsstreckeCompensation section
- A-AA-A
-
Schnitt
A-A , insbesondere SchnittebenecutAA , especially cutting plane - XX
-
Schnitt
X cutX
Claims (22)
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EP22190197.8A EP4113705A3 (en) | 2017-04-03 | 2018-04-03 | Traction accumulator, in particular for a motor vehicle, with lithium ion secondary cells and manufacturing process of a traction accumulator dissipating heat |
EP18165530.9A EP3386002B1 (en) | 2017-04-03 | 2018-04-03 | Traction battery, in particular of an elongated type comprising adjacent lithium ion secondary cells, and method for controlling the thermal flow in a traction battery |
EP20189701.4A EP3780145A3 (en) | 2017-04-03 | 2018-04-03 | Traction battery for a motor vehicle, in particular with adjacent lithium ion secondary cells, and method for manufacturing the traction battery |
EP18165521.8A EP3386001B1 (en) | 2017-04-03 | 2018-04-03 | Traction accumulator elongated construction with secondary electrochemical cells arranged adjacent to one another and method for controlling the heat management |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE202017101961.6 | 2017-04-03 | ||
DE202017101961.6U DE202017101961U1 (en) | 2017-04-03 | 2017-04-03 | Traktionsakkumulator, in particular elongate design with adjacently arranged lithium-ion secondary cells |
Publications (2)
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