DE102021214854A1 - Accumulator unit and method for manufacturing an accumulator unit - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Akkumulatoreinheit (2) aufweisend ein Gehäuse (4) mit einem ersten Gehäuseteil (20) und mehrere Elektroden-Einheiten (8), wobei jede Elektroden-Einheit (8) eine Anode (10), eine Kathode (12) sowie einen Separator (14) aufweist, wobei jede Elektroden-Einheit (8) zwei Ableiter (16,18) aufweist, nämlich einen primären Ableiter (16) sowie einen sekundären Ableiter (18), und wobei mehrere der primären Ableiter (16) elektrisch leitend mit dem ersten Gehäuseteil (20) verbunden sind.The invention relates to an accumulator unit (2) having a housing (4) with a first housing part (20) and a plurality of electrode units (8), each electrode unit (8) having an anode (10), a cathode (12) and a separator (14), each electrode unit (8) having two collectors (16,18), namely a primary collector (16) and a secondary collector (18), and wherein several of the primary collectors (16) are electrically conductive are connected to the first housing part (20).
Description
Die Erfindung betrifft eine Akkumulatoreinheit aufweisend ein Gehäuse mit einem ersten Gehäuseteil und mehrere Elektroden-Einheiten. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Akkumulatoreinheit.The invention relates to an accumulator unit having a housing with a first housing part and a plurality of electrode units. The invention also relates to a method for producing an accumulator unit.
Akkumulatoren sind als Speicher für elektrische Energie weit verbreitet. Sie werden unter anderem auch im Kraftfahrzeugbereich eingesetzt und dienen hier insbesondere als sogenannte Antriebs- oder Traktionsbatterien zum Antrieb von Hybrid- oder Elektrofahrzeugen.Accumulators are widely used to store electrical energy. They are also used in the motor vehicle sector, among other things, and serve here in particular as so-called drive or traction batteries for driving hybrid or electric vehicles.
Lithium-Ionen-Akkumulatoren sind dabei derzeit von besonderem Interesse. Hinsichtlich des genauen Aufbaus sind hier eine Vielzahl von Ausführungen bekannt. Die Herstellung ist dabei zum Beispiel in „Heimes, Heiner Hans; Kampker, Achim; Lienemann, Christoph; Locke, Marc; Offermanns, Christian; Michaelis, Sarah; Rahimzei, Ehsan (2018): Produktionsprozess einer Lithium-lonen-Batteriezelle, Frankfurt am Main, PEM der RWTH Aachen und VDMA Eigendruck“ skizziert.Lithium-ion accumulators are currently of particular interest. With regard to the exact structure, a large number of designs are known here. The production is, for example, in "Heimes, Heiner Hans; Kampker, Achim; Lienemann, Christoph; Locke, Marc; Offermanns, Christian; Michaelis, Sarah; Rahimzei, Ehsan (2018): Production process of a lithium-ion battery cell, Frankfurt am Main, PEM of RWTH Aachen University and VDMA self-printing".
In vielen Anwendungsfällen werden zur Herstellung eines Lithium-Ionen-Akkumulators zunächst mehrere Lithium-lonen-Zellen gefertigt. Hierzu werden die elektrochemisch aktiven Bauteile der Lithium-Ionen-Zellen, die zu sogenannten Stapeln oder Wickeln zusammengefügt sind, eingehaust in Rund-, Pouch- oder prismatische Zell-Gehäuse. Nachfolgend werden dann mehrere dieser Lithium-Ionen-Zellen zu einem Batterie-Modul weiterverarbeitet, wobei das entsprechende Batterie-Modul typischerweise seinerseits eingehaust ist in ein Modul-Gehäuse. Mehrere so gefertigte Batterie-Module werden dann schließlich zu einer Batterie zusammengesetzt, wobei auch die Batterie üblicherweise eingehaust ist, nämlich in ein Batterie-Gehäuse.In many applications, a number of lithium-ion cells are first produced to produce a lithium-ion accumulator. For this purpose, the electrochemically active components of the lithium-ion cells, which are combined to form so-called stacks or coils, are housed in round, pouch or prismatic cell housings. A number of these lithium-ion cells are then subsequently processed further to form a battery module, with the corresponding battery module typically being housed in a module housing. Several battery modules manufactured in this way are then finally assembled to form a battery, with the battery also usually being housed, namely in a battery housing.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine vorteilhaft ausgebildete Akkumulatoreinheit sowie ein vorteilhaftes Verfahren zur Herstellung einer Akkumulatoreinheit anzugeben.The invention is based on the object of specifying an advantageously designed accumulator unit and an advantageous method for producing an accumulator unit.
Diese Aufgabe wird durch eine Akkumulatoreinheit mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Die im Hinblick auf die Akkumulatoreinheit angeführten Vorteile und bevorzugten Ausgestaltungen sind sinngemäß auch auf das Verfahren übertragbar und umgekehrt. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.This object is achieved by an accumulator unit having the features of patent claim 1 and by a method having the features of
Das erfindungsgemäße Verfahren ist dabei ausgelegt für die Fertigung erfindungsgemäßer Akkumulatoreinheiten. D. h., dass im Zuge der Ausführung des Verfahrens zumindest eine erfindungsgemäße Akkumulatoreinheit hergestellt wird.The method according to the invention is designed for the production of accumulator units according to the invention. This means that at least one accumulator unit according to the invention is produced in the course of carrying out the method.
Hierbei ist die erfindungsgemäße Akkumulatoreinheit bevorzugt als Lithium-Ionen-Akkumulator ausgebildet. Weiter bevorzugt bildet die Akkumulatoreinheit ein Batterie-Modul oder eine Batterie aus, insbesondere ein Batterie-Modul bzw. eine Batterie für den Kraftfahrzeugbereich. Eine solche Batterie ist dabei bevorzugt ausgelegt als sogenannte Antriebs- oder Traktionsbatterie zum Antrieb eines Hybrid- oder Elektrofahrzeugs. Ein entsprechendes Batterie-Modul oder kurz Modul wiederum ist bevorzugt als Baugruppe für eine entsprechende Antriebs- oder Traktionsbatterie ausgebildet.In this case, the accumulator unit according to the invention is preferably designed as a lithium-ion accumulator. More preferably, the accumulator unit forms a battery module or a battery, in particular a battery module or a battery for the motor vehicle sector. Such a battery is preferably designed as a so-called drive or traction battery for driving a hybrid or electric vehicle. A corresponding battery module or module for short is in turn preferably designed as an assembly for a corresponding drive or traction battery.
Davon unabhängig weist jede Akkumulatoreinheit mehrere Elektroden-Einheiten auf. Eine jede Elektroden-Einheit wiederum weist eine Anode, eine Kathode sowie einen Separator auf. Dabei ist jede Elektroden-Einheit typischerweise durch einen sogenannten Stapel oder einen sogenannten Wickel ausgebildet oder aber sie weist einen entsprechenden Stapel bzw. Wickel auf.Regardless of this, each accumulator unit has a number of electrode units. Each electrode unit in turn has an anode, a cathode and a separator. In this case, each electrode unit is typically formed by a so-called stack or a so-called coil, or else it has a corresponding stack or coil.
Der Aufbau und die Herstellung eines solchen Stapels, welcher auch als Zellstapel bezeichnet wird, oder eines solchen Wickels, welcher auch als Jelly-Roll bezeichnet wird, sind beispielsweise in „Heimes, Heiner Hans; Kampker, Achim; Lienemann, Christoph; Locke, Marc; Offermanns, Christian; Michaelis, Sarah; Rahimzei, Ehsan (2018): Produktionsprozess einer Lithium-lonen-Batteriezelle, Frankfurt am Main, PEM der RWTH Aachen und VDMA Eigendruck“ skizziert.The structure and production of such a stack, which is also referred to as a cell stack, or such a roll, which is also referred to as a jelly roll, are described, for example, in “Heimes, Heiner Hans; Kampker, Achim; Lienemann, Christoph; Locke, Marc; Offermanns, Christian; Michaelis, Sarah; Rahimzei, Ehsan (2018): Production process of a lithium-ion battery cell, Frankfurt am Main, PEM of RWTH Aachen University and VDMA self-printing".
Zudem weist jede Elektroden-Einheit zwei sogenannte Ableiter auf, nämlich einen primären Ableiter sowie einen sekundären Ableiter. Somit weist eine jede Elektroden-Einheit mehrere Komponenten einer Akkumulator-Zelle auf, und zwar insbesondere die elektrochemisch aktiven Bauteile.In addition, each electrode unit has two so-called collectors, namely a primary collector and a secondary collector. Each electrode unit therefore has a number of components of an accumulator cell, in particular the electrochemically active components.
Allerdings sind diese nicht jeweils in einer eigenen Einhausung untergebracht sondern in einer gemeinsame Einhausung für mehrere Elektroden-Einheiten, nämlich in einem Gehäuse mit einem ersten Gehäuseteil. D. h., dass bei der Herstellung der Akkumulatoreinheit auf eine klassische Zell-Assemblierung verzichtet wird und daher nicht jede Elektroden-Einheit zur Realisierung einer Akkumulator-Zelle ein eigenes Zell-Gehäuse erhält. Es wird vielmehr gänzlich auf die Verwendung von Zell-Gehäusen verzichtet. Stattdessen erfolgt eine direkte Einbringung oder Anordnung mehrerer Elektroden-Einheiten in ein bzw. in einem Batterie-Modul-Gehäuse oder Batterie-Gehäuse. Dieses wird nachfolgend einfach als Gehäuse bezeichnet und ist Teil einer erfindungsgemäßen Akkumulatoreinheit.However, these are not each housed in their own housing, but in a common housing for a plurality of electrode units, namely in a housing with a first housing part. This means that in the manufacture of the accumulator unit, there is no classic cell assembly and therefore not every electrode unit for realizing an accumulator cell has its own cell housing. Rather, the use of cell housings is dispensed with entirely. Instead, a plurality of electrode units are introduced or arranged directly in or in a battery module housing or battery housing. This is simply referred to below as the housing and is part of a battery unit according to the invention.
Anstatt also für jede Elektroden-Einheit ein eigenes Zell-Gehäuse vorzusehen, werden mehrere Elektroden-Einheiten in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet. Dieses gemeinsame Gehäuse bildet dabei typischerweise mehrere Kammern aus, wobei vorzugsweise in jede Kammer genau eine Elektroden-Einheit eingesetzt wird. Dabei ist das Gehäuse bevorzugt derart ausgestaltet, dass im fertiggestellten Zustand der Akkumulatoreinheit die Kammern gegeneinander abgedichtet sind, und zwar typischerweise flüssigkeitsdicht oder gasdicht.So instead of providing a separate cell housing for each electrode unit, several electrode units are arranged in a common housing. This common housing typically forms a number of chambers, with exactly one electrode unit preferably being inserted into each chamber. The housing is preferably designed in such a way that in the finished state of the accumulator unit the chambers are sealed off from one another, typically in a liquid-tight or gas-tight manner.
Zweckdienlicherweise werden die Kammern außerdem im Zuge der Ausführung des Verfahrens zumindest teilweise mit einem Elektrolyt befüllt oder mit einem Elektrolyt aufgefüllt. Je nach Ausführungsvariante wird das Elektrolyt dabei vor oder nach dem Einsetzen der Elektroden-Einheiten in die Kammern eingebracht.Expediently, the chambers are also at least partially filled with an electrolyte or topped up with an electrolyte in the course of carrying out the method. Depending on the variant, the electrolyte is introduced into the chambers before or after the electrode units are inserted.
Wie bereits zuvor dargelegt weist jede Elektroden-Einheit einen primären Ableiter sowie einen sekundären Ableiter auf. Außerdem weist die Akkumulatoreinheit mehrere Elektroden-Einheiten und das zuvor genannte Gehäuse mit dem ersten Gehäuseteil auf. Dabei sind dann zwei oder mehr der primären Ableiter elektrisch leitend mit dem ersten Gehäuseteil verbunden und insbesondere sind alle primären Ableiter elektrisch leitend mit dem ersten Gehäuseteil verbunden.As already explained above, each electrode unit has a primary collector and a secondary collector. In addition, the accumulator unit has a plurality of electrode units and the aforementioned housing with the first housing part. In this case, two or more of the primary conductors are then electrically conductively connected to the first housing part, and in particular all the primary conductors are electrically conductively connected to the first housing part.
Bevorzugt ist weiter eine Ausführungsvariante, bei der das erste Gehäuseteil zwei Metallbleche, beispielsweise aus Aluminium, aufweist, die über ein Isolatorelement mechanisch miteinander verbunden und elektrisch gegeneinander isoliert sind. Jenes Isolatorelement ist hierbei beispielsweise aus einem Glas oder einer Keramik gefertigt. Dabei ist das Isolatorelement weiter bevorzugt streifenförmig ausgebildet. Zur Verbindung der beiden Metallbleche ist dann beispielsweise ein jedes Metallbleich einseitig in das Isolatorelement eingebettet oder an einer Seite mit dem Isolatorelement verklebt.Also preferred is an embodiment variant in which the first housing part has two metal sheets, for example made of aluminum, which are mechanically connected to one another via an insulator element and electrically insulated from one another. In this case, that insulator element is made of glass or ceramic, for example. In this case, the insulator element is further preferably designed in the form of a strip. In order to connect the two metal sheets, for example, each metal sheet is then embedded in the insulator element on one side or glued to the insulator element on one side.
Weiter ist eine Ausführung von Vorteil, bei der das erste Gehäuseteil zwei elektrisch gegeneinander isolierte Stromschienen ausbildet, nämlich eine primäre Stromschiene und eine sekundäre Stromschiene, wobei die primären Ableiter der Elektroden-Einheiten mit der primären Stromschiene elektrisch leitend verbunden sind und wobei die sekundären Ableiter der Elektroden-Einheiten mit der sekundären Stromschiene elektrisch leitend verbunden sind. D. h., dass bei dieser Ausführung der Akkumulatoreinheit das erste Gehäuseteil auch die Funktion von Zellverbindern übernimmt und dass dementsprechend auf klassische Zellverbinder verzichtet wird.An embodiment is also advantageous in which the first housing part forms two busbars that are electrically insulated from one another, namely a primary busbar and a secondary busbar, with the primary conductors of the electrode units being electrically conductively connected to the primary busbar and with the secondary conductors of the Electrode units are electrically connected to the secondary busbar. This means that in this embodiment of the accumulator unit, the first housing part also assumes the function of cell connectors and that, accordingly, classic cell connectors are dispensed with.
Zweckdienlich ist es weiter, wenn die primären Ableiter mit dem ersten Gehäuseteil mechanisch verbunden sind. Die mechanischen Verbindungen sind hierbei je nach Ausführungsvariante entweder als wiederholt lösbare Verbindungen ausgebildet oder als nicht lösbare Verbindungen. Bevorzugt sind hierbei Verbindungen durch Verlöten oder Verschweißen, also Löt- oder Schweißverbindungen.It is also expedient if the primary arresters are mechanically connected to the first housing part. Depending on the design variant, the mechanical connections are designed either as repeatedly detachable connections or as non-detachable connections. Connections by soldering or welding, ie soldered or welded connections, are preferred here.
Einer Ausführungsvariante entsprechend sind die mechanischen Verbindungen dabei auf der Innenseite des Gehäuses der Akkumulatoreinheit ausgebildet und dementsprechend innenseitig am ersten Gehäuseteil. Alternativ sind die mechanischen Verbindungen außenseitig am ersten Gehäuseteil ausgebildet und somit außenseitig am Gehäuse.According to one embodiment variant, the mechanical connections are formed on the inside of the housing of the accumulator unit and accordingly on the inside of the first housing part. Alternatively, the mechanical connections are formed on the outside of the first housing part and thus on the outside of the housing.
Sind die mechanischen Verbindungen außenseitig positioniert, so weist das erste Gehäuseteil typischerweise Öffnungen oder Durchbrüche auf, also zum Beispiel Löcher oder Schlitze. Die primären Ableiter sind dann durch diese Öffnungen bzw. Durchbrüche im ersten Gehäuseteil nach außen geführt und außenseitig mit dem ersten Gehäuseteil mechanisch verbunden, insbesondere verschweißt.If the mechanical connections are positioned on the outside, then the first housing part typically has openings or breakthroughs, ie, for example, holes or slots. The primary conductors are then routed to the outside through these openings or openings in the first housing part and are mechanically connected, in particular welded, to the first housing part on the outside.
Zweckdienlich ist weiter eine Ausführungsvariante bei der das Gehäuse zwei elektrisch gegeneinander isolierte Hälften aufweist. Unabhängig davon werden im Zuge des erfindungsgemäßen Verfahrens bevorzugt zunächst der erste Gehäuseteil und ein zweiter Gehäuseteil vorgefertigt und zu einem späteren Zeitpunkt mechanisch miteinander verbunden, insbesondere verschweißt. Allerdings entsprechen dabei typischerweise das erste Gehäuseteil und das zweite Gehäuseteil nicht den beiden Hälften des Gehäuses.A design variant in which the housing has two halves that are electrically insulated from one another is also expedient. Irrespective of this, in the course of the method according to the invention, the first housing part and a second housing part are preferably initially prefabricated and mechanically connected to one another at a later point in time, in particular welded. However, the first housing part and the second housing part typically do not correspond to the two halves of the housing.
Das zweite Gehäuseteil bildet typischerweise einen Gehäuseboden oder kurz Boden des Gehäuses aus. Weiter bevorzugt bildet das zweite Gehäuseteil mehrere Trennwände aus, durch welche die Elektroden-Einheiten in der fertiggestellten Akkumulatoreinheit voneinander getrennt sind. Außerdem ist eine Ausführungsvariante bevorzugt, bei der das zweite Gehäuseteil einen Gehäuseboden, mehrere Trennwände und zwei Seitenwände des Gehäuses ausbildet, insbesondere zwei von insgesamt vier Seitenwände. Unter Seitenwände werden dabei Wandungen verstanden, die das Gehäuse im fertig gestellten Zustand der Akkumulatoreinheit nach außen abschließen.The second housing part typically forms a housing base or base of the housing for short. More preferably, the second housing part forms a plurality of partitions, by which the electrode units are separated from one another in the finished accumulator unit. In addition, an embodiment variant is preferred in which the second housing part forms a housing base, several partitions and two side walls of the housing, in particular two of a total of four side walls. Side walls are understood to be walls that close off the housing from the outside in the finished state of the accumulator unit.
Von Vorteil ist weiterhin Ausführungsvariante, bei der zur Ausbildung des zweiten Gehäuseteils zunächst zwei Strang-Press-Profile aus Metall, beispielsweise aus Aluminium, gefertigt werden. Diese werden dann weiter bevorzugt über ein weiteres Isolatorelement mechanisch miteinander verbunden und elektrisch gegeneinander isoliert. Zweckdienlich ist hierbei eine Ausführung der Strang-Press-Profile, bei der diese jeweils einen Profilquerschnitt aufweisen, der kammartig ausgestaltet ist, der also zum Beispiel mehrere im Wesentlichen parallel zueinander angeordnete Wandungen aufweist, die über eine quer verlaufende Wandung miteinander verbunden sind.Another advantage is an embodiment variant in which two extruded profiles made of metal, for example aluminum, are first produced to form the second housing part. These are then more preferably mechanically connected to one another via a further insulator element den and electrically isolated from each other. An expedient design of the extruded profiles is one in which they each have a profile cross-section that is designed like a comb, which means, for example, has several walls arranged essentially parallel to one another, which are connected to one another via a wall running transversely.
Außerdem ist eine Ausführungsvariante der Akkumulatoreinheit von Vorteil, bei der das erste Gehäuseteil einen Gehäusedeckel oder kurz Deckel ausbildet. Einer weiteren Ausführungsvariante entsprechend bildet das erste Gehäuseteil einen Deckel und zwei Seitenwände des Gehäuses aus.In addition, an embodiment variant of the accumulator unit is advantageous in which the first housing part forms a housing cover, or cover for short. According to a further embodiment variant, the first housing part forms a cover and two side walls of the housing.
Zweckdienlicherweise ist dann eine Verfahrensvariante vorgesehen, bei der ein zuvor beschriebenes erstes Gehäuseteil und ein vor zuvor beschriebenes zweites Gehäuseteil zunächst vorgefertigt werden. Die vorgefertigten Gehäuseteile werden dann weiter bevorzugt zu einem späteren Zeitpunkt unlösbar miteinander verbunden, beispielsweise indem diese miteinander verschweißt oder verklebt werden.A variant of the method is then expediently provided in which a first housing part as described above and a second housing part as described above are initially prefabricated. The prefabricated housing parts are then more preferably permanently connected to one another at a later point in time, for example by being welded or glued to one another.
Wie bereits dargelegt sind die im Zusammenhang mit der Akkumulatoreinheit beschriebenen Vorteile und Weiterbildungen sinngemäß auch auf das Verfahren zu übertragen und umgekehrt.As already explained, the advantages and developments described in connection with the accumulator unit can also be applied to the method and vice versa.
Dabei wird im Zuge des Verfahrens typischerweise ein Gehäuse mit einem etwa mittig verlaufenden Isolationsmaterial, z.B. einem Glaslot, hergestellt. Hierzu werden zum Beispiel zunächst zwei Strang-Press-Profile gefertigt, die nachfolgend gefügt werden. Weiter werden dann mehrere Elektroden-Einheiten, also beispielsweise Stapel (engl. stacks), eingesetzt und ein Deckel, der ebenfalls mittig eine Isolationsschicht besitzt, wird aufgebracht.In the course of the process, a housing is typically produced with an insulating material running roughly in the middle, e.g. a glass solder. For this purpose, for example, two extruded profiles are first produced, which are then joined. Then several electrode units, for example stacks, are used and a cover, which also has an insulating layer in the middle, is applied.
Die Ableiter der Elektroden-Einheiten, welche zum Beispiel als Fähnchen ausgebildet sind, werden bevorzugt direkt an den Deckel angeschweißt, wobei dieser dann zweckdienlicherweise als Stromschiene fungiert. Das Anschweißen der Ableiter erfolgt in einigen Verfahrensvarianten vor dem Einbringen der Elektroden-Einheiten in das Gehäuse. Unabhängig davon erfolgt das Anschweißen der Ableiter an den Deckel bevorzugt durch einfaches Anschweißen von unten. Alternativ werden die Ableiter beispielsweise durch passende Schlitze oder Löcher im Deckel gefädelt, die vorher ausgeschnitten, gestanzt oder gelasert wurden. Die Ableiter werden nachfolgend typischerweise umgeklappt und festgeschweißt. Beim Schweißen wird vorzugsweise direkt die Dichtigkeit hergestellt.The conductors of the electrode units, which are in the form of small flags, for example, are preferably welded directly to the cover, which then expediently functions as a busbar. In some process variants, the arresters are welded on before the electrode units are inserted into the housing. Irrespective of this, the arresters are preferably welded to the cover simply by welding from below. Alternatively, the conductors can be threaded through suitable slots or holes in the cover that have previously been cut out, punched or lasered. The arresters are then typically folded over and welded in place. When welding, the seal is preferably made directly.
Zwei Seitenteile oder Seitenwände des Gehäuses werden je nach Ausführungsvariante zum Beispiel als Teil eines Gehäuseteils mit konstruiert, welches den Gehäusedeckel oder kurz Deckel ausbildet. In diesem Fall werden die Seitenwände insbesondere heruntergeklappt, wenn dieses Gehäuseteil aufgesetzt wird. Alternativ werden diese Seitenwände bei der Herstellung des übrigen Gehäuses realisiert. Erstere Variante bedingt weniger Schweißaufwand. Zweitere ist tendenziell besser geeignet, um für das Gehäuse die Funktion als Zuganker mit mehr Materialstärke zu realisieren.Depending on the design variant, two side parts or side walls of the housing are designed, for example, as part of a housing part, which forms the housing cover or cover for short. In this case, the side walls are in particular folded down when this housing part is put on. Alternatively, these side walls are realized during the manufacture of the rest of the housing. The first variant requires less welding effort. The latter tends to be more suitable for realizing the function of a tie rod with greater material thickness for the housing.
Einer weiteren Ausführungsvariante entsprechend sind im fertiggestellten Zustand des Gehäuses das erste Gehäuseteil und das zweite Gehäuseteil gegeneinander elektrisch isoliert. Dabei ist dann zum Beispiel das zweite Gehäuseteil aus einem elektrisch isolierenden Material gefertigt oder mit einem elektrisch isolierenden Material überzogen, also zum Beispiel mit einem elektrisch isolierenden Lack. Das erste Gehäuseteil ist hierbei bevorzugt gemäß einer zuvor beschriebenen Ausführungsvarianten ausgeführt. Das erste Gehäuseteil bildet dabei bevorzugt einen Gehäusedeckel oder kurz Deckel aus und dieser Deckel ist weiter bevorzugt im fertiggestellten Zustand des Gehäuses gegen den Rest des Gehäuses elektrisch isoliert. Typischerweise bildet das zweite Gehäuseteil den Rest des Gehäuses aus.According to a further embodiment variant, the first housing part and the second housing part are electrically insulated from one another in the completed state of the housing. In this case, for example, the second housing part is made from an electrically insulating material or is coated with an electrically insulating material, for example with an electrically insulating paint. In this case, the first housing part is preferably designed according to an embodiment variant described above. The first housing part preferably forms a housing cover, or cover for short, and this cover is more preferably electrically insulated from the rest of the housing in the completed state of the housing. Typically, the second housing part forms the remainder of the housing.
Mittels des zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens werden bevorzugt Akkumulatoreinheiten hergestellt, bei denen die Elektroden-Einheiten einer solchen Akkumulatoreinheit zur gezielten Erhöhung der Spannung der fertigen Akkumulatoreinheit eine bipolare ElektrodenAnordnung ausbilden und bei denen insbesondere die Elektroden-Einheiten einer solchen Akkumulatoreinheit über eine Parallelverschaltung elektrisch miteinander verbunden sind. Der bereits dargelegte Verzicht auf eine klassische Zell-Assemblierung und die Verwendung von Zell-Gehäusen ist jedoch auch vorteilhaft bei der Realisierung von Akkumulatoreinheiten, bei denen die Elektroden-Einheiten über eine Serienverschaltung elektrisch miteinander verbunden sind.The method according to the invention described above preferably produces accumulator units in which the electrode units of such an accumulator unit form a bipolar electrode arrangement for the targeted increase in the voltage of the finished accumulator unit and in which, in particular, the electrode units of such an accumulator unit are electrically connected to one another via a parallel connection . However, the already explained renunciation of a classic cell assembly and the use of cell housings is also advantageous in the realization of accumulator units in which the electrode units are electrically connected to one another via a series connection.
Hier wird dann bevorzugt eine Isolation der Elektroden-Einheiten untereinander realisiert. Dabei ist es vorgesehen, dass das Gehäuse (insbesondere Boden, Seitenwände und Trennwände/Zellteiler) potentialfrei ist. Die Ableiter werden dann zum Beispiel mit elektrisch leitfähigen Plättchen verschweißt, um die Verschaltung zu realisieren. Diese Plättchen sind dabei zweckdienlicherweise untereinander und vom Rest des Gehäuses isoliert. Die Isolierung erfolgt z.B., indem auf das Gehäuse oder Gehäuseteile, welches bzw. welche beispielsweise aus Aluminium gefertigt ist bzw. sind, eine flächige Plastikisolierung aufgebracht wird. Der Gehäusedeckel ist zum Beispiel aus einem Kunststoff. Es kann eine langzeitstabile, formschlüssige Verbindung zwischen Aluminium- und Plastikbauteilen realisiert werden. Die Ableiter der Elektroden-Einheiten werden bevorzugt durch Schlitze/Aussparungen in der Plastikplatte/Deckel gesteckt und dann durch Schlitze in den Metallplättchen oder neben den Metallplättchen, dann umgeklappt und festgeschweißt.In this case, the electrode units are then preferably insulated from one another. It is provided that the housing (in particular the bottom, side walls and partitions/cell dividers) is potential-free. The conductors are then welded to electrically conductive plates, for example, in order to implement the interconnection. Conveniently, these plates are isolated from each other and from the rest of the housing. The insulation takes place, for example, by applying a flat plastic insulation to the housing or housing parts, which is or are made of aluminum, for example. The housing cover is made of a plastic, for example. It can be a long-term stable, form-fitting connection between Alumi nium and plastic components can be realized. The conductors of the electrode units are preferably inserted through slits/recesses in the plastic plate/cover and then through slits in the metal plates or next to the metal plates, then folded over and welded.
In beiden Varianten, Parallelverschaltung und Serienverschaltung, ist tendenziell davon auszugehen, dass die Oberflächen nicht glatt sein müssen, d.h. dass die Schweißnähte, also zumindest an den Ableitern, bevorzugt nicht nachgearbeitet werden, beispielsweise durch Polieren etc..In both variants, parallel connection and series connection, it can be assumed that the surfaces do not have to be smooth, i.e. that the weld seams, i.e. at least on the arresters, are preferably not reworked, for example by polishing etc..
Weiter sind zur Umsetzung klassischer Lösungen gegen sogenannte Druck-Schwell-Kräfte in einigen Ausführungsvarianten Puffer, also beispielsweise Kompressions-Pads, vorgesehen. Diese werden dann im Gehäuse positioniert und zwischen den Elektroden-Einheiten angeordnet. Sie bieten Raum für eine Volumenausdehnung der Elektroden-Einheiten über deren Lebensdauer hinweg.Furthermore, buffers, for example compression pads, are provided in some embodiment variants for the implementation of classic solutions against so-called pressure-swelling forces. These are then positioned in the housing and arranged between the electrode units. They provide space for the electrode units to expand in volume over their service life.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der schematischen Zeichnungen. Darin zeigen:
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1 in einer Draufsicht ein Teil einer Akkumulatoreinheit mit mehreren Elektroden-Einheiten eingesetzt in ein Gehäuseteil für eine Parallelverschaltung der Elektroden-Einheiten, -
2 in einer Seitenansicht ein Strang-Press-Profil für das Gehäuseteil, -
3 in der Draufsicht das Gehäuseteil, -
4 in einer Seitenansicht ein weiteres Gehäuseteil für die Parallelverschaltung der Elektroden-Einheiten, -
5 in der Draufsicht eine alternative Ausführung des Gehäuseteils gemäß3 für eine Serienverschaltung der Elektroden-Einheiten, und -
6 in einer Draufsicht eine Anordnung von Zellverbindern für die Serienverschaltung der Elektroden-Einheiten.
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1 in a top view, part of a battery unit with several electrode units inserted into a housing part for parallel connection of the electrode units, -
2 in a side view, an extruded profile for the housing part, -
3 the top view of the housing part, -
4 a side view of another housing part for the parallel connection of the electrode units, -
5 in plan view an alternative embodiment of the housing part according to3 for a series connection of the electrode units, and -
6 in a top view, an arrangement of cell connectors for the series connection of the electrode units.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts are provided with the same reference symbols in all figures.
Eine nachfolgend exemplarisch beschriebene Akkumulatoreinheit 2 ist ausgebildet als ein Batterie-Modul beispielsweise für eine Antriebs- oder Traktionsbatterie zum Antrieb eines Hybrid- oder Elektrofahrzeugs. Sie weist eine Höhe, eine Breite sowie eine Tiefe aus und ist dementsprechend ausgedehnt in eine Höhen-Richtung, eine Breiten-Richtung sowie eine Tiefen-Richtung. Höhen-Richtung, Breiten-Richtung und Tiefen-Richtung entsprechen hierbei drei orthogonalen Raumrichtungen.A
In
Eine jede Elektroden-Einheit 8 ist in
Je nach Ausführungsvariante ist jede Elektroden-Einheit 8 bevorzugt durch einen sogenannten Stapel oder einen sogenannten Wickel ausgebildet. Der Aufbau und die Herstellung eines solchen Stapels, welcher auch als Zellstapel bezeichnet wird, oder eines solchen Wickels, welcher auch als Jelly-Roll bezeichnet wird, sind beispielsweise in „Heimes, Heiner Hans; Kampker, Achim; Lienemann, Christoph; Locke, Marc; Offermanns, Christian; Michaelis, Sarah; Rahimzei, Ehsan (2018): Produktionsprozess einer Lithium-Ionen-Batteriezelle, Frankfurt am Main, PEM der RWTH Aachen und VDMA Eigendruck“ skizziert.Depending on the embodiment variant, each
Zudem weist jede Elektroden-Einheit 8 zwei Ableiter 16,18 auf, nämlich einen primären Ableiter 16 sowie einen sekundären Ableiter 18. Auf diese Weise sind für jede Elektroden-Einheit 8 ein Kathoden-Anschluss und ein Anoden-Anschluss realisiert. Die Elektroden-Einheiten 8 sind dabei im Ausführungsbeispiel gemäß
Weiter weisen die Elektroden-Einheiten 8 der Akkumulatoreinheit 2 keine eigenen Zell-Gehäuse oder Zell-Einhausungen auf. Stattdessen sind die Elektroden-Einheiten 8 direkt in das gemeinsamen Gehäuse 4, ein Modul-Gehäuse, eingesetzt. Dabei ist das Gehäuse 4 bevorzugt derart ausgestaltet, dass dessen Kammern 6 im fertiggestellten Zustand der Akkumulatoreinheit 2 gegeneinander abgedichtet sind, und zwar typischerweise flüssigkeitsdicht oder gasdicht.Furthermore, the
Zweckdienlicherweise werden die Kammern 6 dabei im Zuge der Herstellung der Akkumulatoreinheit 2 zumindest teilweise mit einem Elektrolyt befüllt oder mit einem Elektrolyt aufgefüllt. Je nach Ausführungsvariante wird das Elektrolyt dabei vor oder nach dem Einsetzen der Elektroden-Einheiten 8 in die Kammern 6 eingebracht.The
Das Gehäuse 4 weist im fertiggestellten Zustand vorzugsweise zwei elektrisch gegeneinander isolierte Hälften auf. Hergestellt wird das Gehäuse 4 dabei im Ausführungsbeispiel, indem zunächst ein erster Gehäuseteil 20 und ein zweiter Gehäuseteil 22 vorgefertigt werden. Allerdings entsprechen dabei das erste Gehäuseteil 20 und das zweiter Gehäuseteil 22 nicht den beiden Hälften des Gehäuses 4.In the finished state, the
Das zweite Gehäuseteil 22 ist in
Zur Ausbildung des zweiten Gehäuseteils 22 werden im Ausführungsbeispiel zunächst zwei Strang-Press-Profile 30 aus Metall, beispielsweise aus Aluminium, gefertigt. Ein solches Strang-Press-Profil 30 ist in
Die zwei Strang-Press-Profile 30 werden in der Folge gefügt, so dass diese nachfolgend über ein Isolatorelement 32 mechanisch miteinander verbunden und elektrisch gegeneinander isoliert sind. Das Isolatorelement 32 ist dabei beispielsweise aus einem Glas gefertigt und teilt den Boden 24, die zwei Seitenwände 26 und die Trennwände 28 des zweiten Gehäuseteils 22 in zwei gegeneinander isolierte Hälften.The two
Das erste Gehäuseteil 20 ist in
Die zwei so vorgefertigten Gehäuseteile 20,22 werden im Ausführungsbeispiel zur Fertigstellung des Gehäuses 4 zusammengebracht und miteinander verschweißt. Dabei werden die Metallbleche 38,39, sofern nicht bereits vor dem Fügen geschehen, noch umgebogen. Dies ist in
Einer alternativen Ausführung entsprechend werden die zuvor beschriebenen zwei Strang-Press-Profile 30 gefügt und nachfolgend werden noch zwei Metallbleche als Seitenwände 36 angeschweißt, so dass dann das zweite Gehäuseteil 22 alle vier Seitenwände 26,36 aufweist. Das erste Gehäuseteil 20 bildet dann nur den Deckel 34 aus. Die hierfür verwendeten Metallbleche 38,39 sind dann entsprechend kleiner dimensioniert.According to an alternative embodiment, the two
Wie bereits zuvor dargelegt weist jede Elektroden-Einheit 8 einen primären Ableiter 16 sowie einen sekundären Ableiter 18 auf. Alle Ableiter 16,18 werden dabei im Zuge der Herstellung der Akkumulatoreinheit 2 elektrisch leitend mit dem ersten Gehäuseteil 20 verbunden, insbesondere verschweißt. Dabei sind dann im fertiggestellten Zustand die primären Ableiter 16 mit einem der beiden Metallbleche 38 verbunden und die sekundären Ableiter 18 sind mit dem anderen der beiden der Metallbleche 39 verbunden. Die Metallbleche 38,39 bilden daher zwei gegeneinander isolierte Stromschienen 38,39 aus, nämlich eine primäre Stromschiene 38 und eine sekundäre Stromschiene 39, über die die Elektroden-Einheiten 8 in einer Parallelverschaltung miteinander verschaltet sind. Bei einer so realisierten Verschaltung wird somit dann zum Beispiel auch auf die Ausbildung von klassischen Anschlussterminals verzichtet.As already explained above, each
Bei den zuvor beschriebenen Ausführungsvarianten sind die Elektroden-Einheiten 8 parallelverschaltet. Der bereits dargelegte Verzicht auf eine klassische Zell-Assemblierung und die Verwendung von Zell-Gehäusen ist jedoch auch vorteilhaft bei der Realisierung von Akkumulatoreinheiten 2, bei denen die Elektroden-Einheiten 8 über eine Serienverschaltung elektrisch miteinander verbunden sind.In the embodiment variants described above, the
Hier wird dann bevorzugt eine Isolation der Elektroden-Einheiten 8 untereinander realisiert. Dabei ist es vorgesehen, dass das Gehäuse 4 potentialfrei ist. Die Ableiter 16,18 werden dann zum Beispiel mit elektrisch leitfähigen Plättchen 42 verschweißt, um die Verschaltung zu realisieren. Diese Plättchen 42 dienen dann quasi als Zellverbinder und sind dabei zweckdienlicherweise untereinander und vom Rest des Gehäuses 4 isoliert. Die Isolierung erfolgt z.B., indem auf das Gehäuse 4 oder Gehäuseteile 20,22, welches bzw. welche beispielsweise aus Aluminium gefertigt ist bzw. sind, eine flächige Plastikisolierung aufgebracht wird. Der Gehäusedeckel ist zum Beispiel aus einem Kunststoff. Es kann eine langzeitstabile, formschlüssige Verbindung zwischen Aluminium- und Plastikbauteilen realisiert werden.Insulation of the
In
Die Herstellung einer Akkumulatoreinheit 2 mit Serienverschaltung erfolgt dabei gemäß einer Variante wie folgt: Zunächst wird ein Strang-Press-Profil 30 gefertigt zur Ausbildung eines Bodens 24, der Trennwände 28 und zweier Seitenwände 26. Dann werden zusätzliche Seitenteile als Seitenwände 36 angeschweißt. Dann werden die Elektroden-Einheiten 8 eingesetzt, die gegenüber dem Gehäuse 4 isoliert sind. Dann werden die Plättchen 42 aus Metall, die beispielsweise in einen Deckel 34 aus Kunststoff eingebettet sind, erwärmt und der Deckel wird aufgesetzt. Verbindungsschluss erfolgt dadurch lokal „von alleine“ bzw. mit etwas Druck.According to one variant, a
In einer leicht abgewandelten Ausführung sind zwei der außen liegenden Plättchen 42, also in
BezugszeichenlisteReference List
- 22
- Akkumulatoreinheitaccumulator unit
- 44
- GehäuseHousing
- 66
- Kammerchamber
- 88th
- Elektroden-Einheitelectrode unit
- 1010
- Anodeanode
- 1212
- Kathodecathode
- 1414
- Separatorseparator
- 1616
- primärer Ableiterprimary drain
- 1818
- sekundärer Ableitersecondary arrester
- 2020
- erstes Gehäuseteilfirst housing part
- 2222
- zweites Gehäuseteilsecond housing part
- 2424
- BodenFloor
- 2626
- SeitenwandSide wall
- 2828
- Trennwandpartition wall
- 3030
- Strang-Press-Profilextruded profile
- 3232
- Isolatorelementisolator element
- 3434
- DeckelLid
- 3636
- SeitenwandSide wall
- 3838
- Metallblech/primäre StromschieneSheet metal/primary busbar
- 3939
- Metallblech/sekundäre StromschieneSheet metal/secondary busbar
- 4040
- Isolatorelementisolator element
- 4242
- PlättchenTile
Claims (10)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102021214854.9A DE102021214854A1 (en) | 2021-12-21 | 2021-12-21 | Accumulator unit and method for manufacturing an accumulator unit |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102021214854.9A DE102021214854A1 (en) | 2021-12-21 | 2021-12-21 | Accumulator unit and method for manufacturing an accumulator unit |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102021214854A1 true DE102021214854A1 (en) | 2023-06-22 |
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ID=86606430
Family Applications (1)
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---|---|---|---|
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Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102021214854A1 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102018201288A1 (en) | 2018-01-29 | 2019-08-01 | Gs Yuasa International Ltd. | battery cell |
WO2020028168A1 (en) | 2018-07-30 | 2020-02-06 | Cadenza Innovation, Inc. | Housing for rechargeable batteries |
DE102018221068A1 (en) | 2018-12-05 | 2020-06-10 | Robert Bosch Gmbh | Battery system with at least two battery levels and motor vehicle with a battery system |
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-
2021
- 2021-12-21 DE DE102021214854.9A patent/DE102021214854A1/en active Pending
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