DE102022110840A1 - Means of transport, device for storing electrochemical energy and manufacturing process - Google Patents

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Abstract

Es werden ein Fortbewegungsmittel, ein Herstellungsverfahren sowie eine Vorrichtung zur Speicherung elektrochemischer Energie vorgeschlagen. Die Vorrichtung zur Speicherung elektrochemischer Energie umfasst: eine regelmäßige Struktur (1) aufweisend eine Vielzahl Kavitäten zur Aufnahme jeweils einer elektrochemischen Speicherzelle (2) und eine Vielzahl elektrochemischer Speicherzellen (2), von welchen eine jede in einer der Kavitäten angeordnet ist, wobei die regelmäßige Struktur (1) in der Vielzahl Kavitäten eine jeweilige Dichtstruktur (3) aufweist, welche einen Boden der angeordneten elektrochemischen Speicherzelle (2) gegenüber der Kavität abdichtet.A means of transport, a manufacturing process and a device for storing electrochemical energy are proposed. The device for storing electrochemical energy comprises: a regular structure (1) having a plurality of cavities for accommodating one electrochemical storage cell (2) and a plurality of electrochemical storage cells (2), each of which is arranged in one of the cavities, the regular Structure (1) in the plurality of cavities has a respective sealing structure (3), which seals a bottom of the arranged electrochemical storage cell (2) from the cavity.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fortbewegungsmittel, eine Vorrichtung zur Speicherung elektrochemischer Energie sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Vorrichtung zur Speicherung elektrochemischer Energie. Insbesondere betrifft das vorliegende Verfahren eine vereinfachte Anordnung elektrochemischer Speicherzellen und die Vorbereitung der Vereinfachung eines Recyclings elektrochemischer Speicherzellenverbünde.The present invention relates to a means of transportation, a device for storing electrochemical energy and a method for producing such a device for storing electrochemical energy. In particular, the present method relates to a simplified arrangement of electrochemical storage cells and the preparation for simplifying the recycling of electrochemical storage cell assemblies.

Die Integration zylindrischer Batteriezellen in einem Modul-/Sandwichstruktur innerhalb eines Hochvoltspeichers ist aufgrund der notwendigen beschichteten Materialoberfläche der Batteriezellhülle (z.B. Nickelbeschichtung) sehr herausfordernd. Ein Verkleben der Batterie-Zellen zueinander ist nur unter hohem Aufwand und in engen Rahmenbedingungen möglich. Eine Positionierung mit engen Toleranzen beim Verkleben innerhalb einer Modul-/Sandwichsstruktur ist ebenfalls herausfordernd. Darüber hinaus ist die Recyclingfähigkeit einer solchen verklebten Anordnung eingeschränkt und insbesondere aufwendig. Die Recyclingfähigkeit von HV-Batteriespeichern wird jedoch voraussichtlich ein wichtiger Aspekt für die Größe des CO2-Fussabdrucks in der Rohstoffkette werden. Zudem ist die Verwendung flüssiger, aushärtender, insbesondere aufgeschäumter Adhäsivstoffe in einem elektrochemischen Speicherverbund dann problematisch, wenn Sicherungseinrichtungen wie z.B. Zell-Vents in den elektrochemischen Speicherzellen enthalten sind. Diese können auch als Überdruck- und/oder Übertemperatur-Ventil verstanden werden und haben die Aufgabe, im Falle einer Havarie schadensbegrenzend anzusprechen und den Überdruck innerhalb der elektrochemischen Speicherzelle abzubauen. Um im Normalbetrieb eine möglichst uneingeschränkte Haltbarkeit der elektrochemischen Speicherzelle zu gewährleisten, sind die Zell-Vents sehr exakt dimensioniert. Wenn ein ordnungsgemäß dimensioniertes Zell-Vent jedoch auf seiner Außenseite durch Adhäsivstoffe gestärkt wird, ist sein Ansprechen im Havarie-Fall nicht mehr gewährleistet.The integration of cylindrical battery cells in a module/sandwich structure within a high-voltage storage system is very challenging due to the necessary coated material surface of the battery cell shell (e.g. nickel coating). Gluing the battery cells together is only possible with a lot of effort and under tight conditions. Positioning with tight tolerances when bonding within a module/sandwich structure is also challenging. In addition, the recyclability of such a bonded arrangement is limited and, in particular, complex. However, the recyclability of HV battery storage is expected to become an important aspect for the size of the CO 2 footprint in the raw material chain. In addition, the use of liquid, hardening, especially foamed, adhesives in an electrochemical storage network is problematic if safety devices such as cell vents are contained in the electrochemical storage cells. These can also be understood as overpressure and/or overtemperature valves and have the task of limiting damage in the event of an accident and reducing the overpressure within the electrochemical storage cell. In order to ensure the longest possible durability of the electrochemical storage cell during normal operation, the cell vents are dimensioned very precisely. However, if a properly sized cell vent is reinforced on the outside with adhesive materials, its response in the event of an accident is no longer guaranteed.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die vorstehend identifizierten Nachteile zu lindern bzw. zu vermeiden.It is an object of the present invention to alleviate or avoid the disadvantages identified above.

Die vorstehend genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung zur Speicherung elektrochemischer Energie mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung mit den Merkmalen gemäß Anspruch 10 und ein Fortbewegungsmittel mit den Merkmalen gemäß Anspruch 11 gelöst. Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.The above-mentioned object is achieved according to the invention by a device for storing electrochemical energy with the features according to claim 1 and a method for producing a device with the features according to claim 10 and a means of transport with the features according to claim 11. The subclaims show preferred developments of the invention.

Dementsprechend wird als ein Bestandteil der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen, statt einer vollständig stoffschlüssigen Verbindung zwischen Speicherzellen die Verbindungen der Speicherzellen untereinander bzw. zur sie umgebenden Struktur auf stoffschlüssige Verbindungen und kraftschlüssige Verbindungen aufzuteilen. Insbesondere kann eine zum Weiterleiten thermischer Energie einer elektrochemischen Zelle vorgesehene stoffschlüssige Verbindung auf diejenigen Positionen begrenzt bleiben, an welchen diese erforderlich ist. Insbesondere im Bereich der Zell-Vents ist eine stoffschlüssige Verbindung jedoch mit den o.g. Nachteilen verbunden, so dass erfindungsgemäß dafür Sorge getragen wird, dass diese Sicherungseinrichtungen nicht durch aushärtende Fluide (z.B. Adhäsivstoffe oder Leitpasten) benetzt werden können. Bei ordnungsgemäßer Anwendung der vorliegenden Erfindung kann daher der Fertigungsprozess vereinfacht und fehlerresistent gestaltet werden.Accordingly, as a component of the present invention, it is proposed to divide the connections of the memory cells to one another or to the structure surrounding them into material connections and non-positive connections instead of a completely cohesive connection between memory cells. In particular, a cohesive connection provided for transmitting thermal energy from an electrochemical cell can remain limited to those positions where it is required. However, particularly in the area of cell vents, a cohesive connection is associated with the above-mentioned disadvantages, so that the invention ensures that these security devices cannot be wetted by hardening fluids (e.g. adhesives or conductive pastes). Therefore, if the present invention is properly applied, the manufacturing process can be simplified and made error-resistant.

Die Vorrichtung zur Speicherung elektrochemischer Energie kann beispielsweise im Traktionsenergiespeicher eines Fortbewegungsmittels verwendet werden. Sie umfasst eine regelmäßige Struktur mit einer Vielzahl Kavitäten bzw. lichten Querschnitten zur Aufnahme jeweils einer elektrochemischen Speicherzelle. Die Speicherzelle kann ihrerseits als Rundzelle, als kubische Zelle, als wabenquerschnittsförmige Zelle o.ä. ausgestaltet sein. Auch hinsichtlich Spannungslage und Zusammensetzung sowie Kapazität sind der elektrochemischen Speicherzelle grundsätzlich keine Grenzen gesetzt. Zudem ist eine Vielzahl elektrochemischer Speicherzellen in der Vorrichtung vorgesehen, von welchen jeweils eine in den Kavitäten angeordnet ist. Mit anderen Worten werden die Kavitäten durch die elektrochemischen Speicherzellen zumindest annähernd gefüllt. Insbesondere kann nach dem Einfüllen einer ersten Speicherzelle keine zweite Speicherzelle in der Kavität angeordnet werden, da der Querschnitt der Kavität hierzu nicht groß genug gegenüber dem korrespondierenden Querschnitt der elektrochemischen Speicherzelle ist. Da die elektrochemischen Speicherzellen in der regelmäßigen Struktur anteilig eingeschäumt werden können, ist es möglich, dass eine stirnseitig (Boden oder Deckel) vorgesehene Sicherungseinrichtung (z.B. Zell-Vent) im Bedarfsfall zu spät anspricht. Insbesondere aufschäumende aushärtende Massen sind jedoch schlecht exakt zu positionieren, da ihre Fließ- / Ausbreitungs- und Ausdehnungseigenschaften von der Zusammensetzung, Singularitäten, Temperatur, Luftdruck, etc. abhängen. Daher ist erfindungsgemäß in einer jeden Kavität eine jeweilige Dichtstruktur vorgesehen. Die Dichtstruktur ist eingerichtet, den Boden (bzw. eine Stirnseite) der angeordneten elektrochemischen Speicherzelle gegenüber der Kavität abzudichten. Mit anderen Worten kann die aushärtende Masse, welche zwischen die Wandung der Kavität und den Mantel der elektrochemischen Speicherzelle gespritzt wird, nicht ungehindert in Richtung des Bodens der angeordneten elektrochemischen Speicherzelle vordringen, da die Dichtstruktur eine Barriere darstellt. Die Dichtstruktur liegt also an einer Oberfläche der elektrochemischen Speicherzelle an und dichtet somit einen Teilbereich des Bodens (in welchem sich der Zell-Vent befindet) ab. Die Dichtstruktur kann beispielsweise aus Gummi und/oder einem Schaumstoff bestehen.The device for storing electrochemical energy can be used, for example, in the traction energy storage of a means of transportation. It comprises a regular structure with a large number of cavities or clear cross sections to accommodate one electrochemical storage cell. The storage cell can in turn be designed as a round cell, as a cubic cell, as a honeycomb cross-sectional cell or similar. There are basically no limits to the electrochemical storage cell in terms of voltage level, composition and capacity. In addition, a large number of electrochemical storage cells are provided in the device, one of which is arranged in the cavities. In other words, the cavities are at least approximately filled by the electrochemical storage cells. In particular, after filling a first storage cell, no second storage cell can be arranged in the cavity, since the cross section of the cavity is not large enough for this compared to the corresponding cross section of the electrochemical storage cell. Since the electrochemical storage cells can be partially foamed in the regular structure, it is possible that a safety device (e.g. cell vent) provided at the front (base or lid) responds too late if necessary. However, foaming hardening masses in particular are difficult to position precisely because their flow/spreading and expansion properties depend on the composition, singularities, temperature, air pressure, etc. Therefore, according to the invention, a respective sealing structure is provided in each cavity. The sealing structure is set up to seal the bottom (or an end face) of the arranged electrochemical storage cell from the cavity. In other words, the hardening mass, which is between the wall of the Cavity and the jacket of the electrochemical storage cell is sprayed, cannot penetrate unhindered towards the bottom of the arranged electrochemical storage cell, since the sealing structure represents a barrier. The sealing structure lies on a surface of the electrochemical storage cell and thus seals a portion of the base (in which the cell vent is located). The sealing structure can consist, for example, of rubber and/or a foam.

Die Dichtstruktur kann adhäsiv an die Oberfläche der elektrochemischen Speicherzelle angebracht werden, um dauerhafte Dichteigenschaften zu verwirklichen. Insbesondere kann die Dichtstruktur hierzu eine in der regelmäßigen Struktur zur Position des Zell-Vents korrespondierende Öffnung aufweisen, so dass gegebenenfalls aus dem Zell-Vent austretendes Material durch die Öffnung in der regelmäßigen Struktur und durch die Öffnung in der Dichtstruktur entweichen kann. Somit dichtet die Dichtstruktur auch das Zell-Vent gegenüber der Kavität ab bzw. sorgt für eine unmittelbare und vollständige Abfuhr aus dem Zell-Vent austretenden Materials aus der Öffnung in der regelmäßigen Struktur.The sealing structure can be adhesively attached to the surface of the electrochemical storage cell in order to achieve permanent sealing properties. In particular, the sealing structure can have an opening in the regular structure that corresponds to the position of the cell vent, so that any material emerging from the cell vent can escape through the opening in the regular structure and through the opening in the sealing structure. The sealing structure thus also seals the cell vent from the cavity or ensures that material emerging from the cell vent is immediately and completely removed from the opening in the regular structure.

Die Dichtstruktur kann insbesondere einer Kontur des Bodens entsprechend ausgestaltet sein. Insbesondere kann die Dichtstruktur entsprechend einer Kontur des Zell-Vents der elektrochemischen Speicherzelle ausgestaltet sein. Somit kann verhindert werden, dass zu große Bereiche der elektrochemischen Zelle von der aushärtenden Masse ausgespart werden oder andererseits das Zell-Vent nicht hinreichend sicher korrespondierend zur Öffnung in der Struktur ansprechen kann.The sealing structure can in particular be designed to correspond to a contour of the floor. In particular, the sealing structure can be designed according to a contour of the cell vent of the electrochemical storage cell. This makes it possible to prevent excessively large areas of the electrochemical cell from being left out of the hardening mass or, on the other hand, the cell vent not being able to respond sufficiently reliably to the opening in the structure.

Die Dichtstruktur kann beispielsweise ein weiches, insbesondere elastisches bzw. federelastisches Material aufweisen. Insbesondere kann es eine höhere Nachgiebigkeit als übrige Bereiche der regelmäßigen Struktur aufweisen. Hierzu kann die regelmäßige Struktur beispielsweise als 2-Komponenten-Spritzgussteil ausgestaltet sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Dichtstruktur auch zunächst am Boden der elektrochemischen Speicherzelle angeordnet werden und erst nach dem Einführen der elektrochemischen Speicherzelle in die Kavität als Bestandteil der Vorrichtung bzw. der Struktur betrachtet werden.The sealing structure can, for example, have a soft, in particular elastic or resilient material. In particular, it can have greater flexibility than other areas of the regular structure. For this purpose, the regular structure can be designed, for example, as a 2-component injection molded part. Alternatively or additionally, the sealing structure can also initially be arranged on the bottom of the electrochemical storage cell and only be considered as part of the device or the structure after the electrochemical storage cell has been inserted into the cavity.

Die Kavitäten können ihrerseits zueinander geschlossen oder zueinander offen ausgestaltet sein. Beispielsweise können die Kavitäten lediglich durch mehrere Stabelemente und/oder Wandelemente nach Art eines Käfigs voneinander abgegrenzt werden. Hierbei können die Grenzen zwischen den Kavitäten Fenster und/oder freie Bereiche aufweisen. Alternativ können die Wandungen zwischen den Kavitäten auch vollständige Mantelflächen einer jeweiligen Kavität beschreiben, so dass ein unmittelbarer Übergang von einer Kavität in eine benachbarte Kavität nicht möglich bzw. nur über stirnseitige Öffnungen in der regelmäßigen Struktur möglich sind.The cavities can in turn be designed to be closed to one another or open to one another. For example, the cavities can only be separated from one another by several rod elements and/or wall elements in the manner of a cage. The boundaries between the cavities can have windows and/or free areas. Alternatively, the walls between the cavities can also describe complete lateral surfaces of a respective cavity, so that a direct transition from one cavity to an adjacent cavity is not possible or is only possible via front openings in the regular structure.

Um das spätere Hinzufügen von aushärtenden (gegebenenfalls ausschäumenden) Massen zu ermöglichen, können die Kavitäten von der jeweils in ihnen angeordneten Speicherzelle nicht vollständig ausgefüllt sein. Mit anderen Worten ist ein Querschnitt der elektrochemischen Speicherzelle kleiner als ein korrespondierender Querschnitt der Kavität oder die Konturen der Kavitäten sind nicht vollständig korrespondierend zu den Konturen der elektrochemischen Speicherzellen. Auf diese Weise ergeben sich insbesondere entlang der elektrochemischen Speicherzelle freie Querschnitte oder Kanäle, in welche aushärtende (gegebenenfalls adhäsive) Massen eingebracht werden können.In order to enable the later addition of hardening (possibly foaming) masses, the cavities cannot be completely filled by the storage cell arranged in them. In other words, a cross section of the electrochemical storage cell is smaller than a corresponding cross section of the cavity or the contours of the cavities do not completely correspond to the contours of the electrochemical storage cells. In this way, free cross sections or channels arise, particularly along the electrochemical storage cell, into which hardening (possibly adhesive) masses can be introduced.

Die Kavität kann wie weiter oben bereits ausgeführt, eine vor oder nach der elektrochemischen Speicherzelle in die Kavität eingebrachte und in der Kavität ausgehärtete Masse aufweisen. Beispielsweise kann die Masse als Fluid in die Kavität eingespritzt werden und anschließend aushärten. Hierbei kann sich eine adhäsive (stoffschlüssige) Verbindung zwischen der Masse und der Speicherzelle bzw. zwischen der Masse und der Struktur ergeben. Auf diese Weise wird eine thermische Anbindung zwischen der Speicherzelle und der Struktur bzw. einem die Struktur gegebenenfalls durchsetzenden Flüssigkeitskanal erzeugt, welche das thermische Management der elektrochemischen Speicherzelle erleichtert. Die Struktur kann anteilig oder vollständig aus einem faserverstärkten Verbundstoff bestehen. Insbesondere für den Fall, dass die Struktur tragende Funktionen im Verbund übernehmen soll, kann dies erhebliche Vorteile und Gewichtsreduzierung mit sich bringen.As already stated above, the cavity can have a mass that is introduced into the cavity before or after the electrochemical storage cell and hardened in the cavity. For example, the mass can be injected into the cavity as a fluid and then harden. This can result in an adhesive (cohesive) connection between the mass and the storage cell or between the mass and the structure. In this way, a thermal connection is created between the storage cell and the structure or a liquid channel that may pass through the structure, which facilitates the thermal management of the electrochemical storage cell. The structure can consist partially or completely of a fiber-reinforced composite material. This can bring significant advantages and weight reduction, particularly if the structure is to take on load-bearing functions in the network.

Die Kavitäten können in Reihen organisiert sein, welche zueinander versetzt sind. Beispielsweise kann der Versatz exakt die Hälfte eines Durchmessers der elektrochemischen Speicherzelle inklusive eines Abstandes zwischen zwei zueinander unmittelbar benachbarten elektrochemischen Speicherzellen bemessen. Auf diese Weise ergibt sich eine halbe Gitterkonstante Versatz zwischen zueinander unmittelbar benachbarten Reihen, was eine wabenförmige Grundordnung für die regelmäßige Struktur ermöglicht. Dies erhöht die Packungsdichte und somit die Energiedichte der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Anders ausgedrückt können auch Reihen mit geradzahligen Ordnungszahlen gegenüber Reihen mit ungeradzahligen Ordnungszahlen derart versetzt sein, dass sich eine höchste Packungsdichte ergibt.The cavities can be organized in rows which are offset from one another. For example, the offset can be exactly half of a diameter of the electrochemical storage cell including a distance between two electrochemical storage cells that are immediately adjacent to one another. This results in a half grid constant offset between immediately adjacent rows, which enables a honeycomb-shaped basic order for the regular structure. This increases the packing density and thus the energy density of the device according to the invention. In other words, rows with even atomic numbers can also be offset from rows with odd atomic numbers in such a way that the highest packing density results.

Um ein Wärmemanagement der elektrochemischen Speicherzellen zu erleichtern, kann die Struktur ein Kanalelement und/oder ein Halteelement für ein Kanalelement zur Kühlung der elektrochemischen Speicherzelle aufweisen. Die Kanalelemente können also als freie Querschnitte in der regelmäßigen Struktur vorgesehen sein oder zumindest entsprechende Strukturen in Form von Rastungen, Klemmungen, Ösen und Haken haltern, so dass durch die Kanalelemente strömendes Fluid Wärme abführen oder zuführen kann. Auf diese Weise ergibt sich eine besonders kompakte und prozesssicher aufbaubare Vorrichtung.In order to facilitate thermal management of the electrochemical storage cells, the structure can have a channel element and/or a holding element for a channel element for cooling the electrochemical storage cell. The channel elements can therefore be provided as free cross sections in the regular structure or at least hold corresponding structures in the form of catches, clamps, eyelets and hooks, so that fluid flowing through the channel elements can dissipate or supply heat. This results in a particularly compact and process-reliable device.

Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung gemäß dem erstgenannten Erfindungsaspekt vorgeschlagen. In einem ersten Schritt wird die regelmäßige Struktur bereitgestellt. Dies kann das Gießen, Fräsen oder Zusammensetzen der regelmäßigen Struktur umfassen. Anschließend werden elektrochemische Speicherzellen in eine jede Kavität der regelmäßigen Struktur eingebracht. Anders ausgedrückt werden elektrochemische Speicherzellen in die Kavitäten eingesetzt und in einem Folgeschritt die aushärtende Masse in eine jede Kavität eingebracht. Aufgrund der Dichtstruktur bleibt die aushärtende Masse an derjenigen Stelle, an welcher sie Nutzen bringt und kann nicht zur Verklebung/Blockade von Zell-Vents führen, wodurch die Betriebssicherheit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung verbessert wird. Anschließend können die elektrochemischen Speicherzellen elektrisch miteinander und insbesondere mit einer übergeordneten elektrischen Struktur verbunden werden. Es versteht sich von selbst, dass die vorgenannten Schritte nicht notwendigerweise in der dargestellten Reihenfolge zu vollziehen sind, sofern die dargestellte Ordnung keine technische Notwendigkeit ist. Vielmehr kann der Fachmann je nach Ausgestaltung der regelmäßigen Struktur sowie Art und Weise der elektrischen Verbindung der elektrochemischen Speicherzellen die Reihenfolge der Schritte anteilig oder vollständig abändern, um eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Speicherung elektrochemischer Energie herzustellen.According to a second aspect of the present invention, a method for producing a device according to the first-mentioned aspect of the invention is proposed. In a first step, the regular structure is provided. This may include casting, milling or assembling the regular structure. Electrochemical storage cells are then introduced into each cavity of the regular structure. In other words, electrochemical storage cells are inserted into the cavities and, in a subsequent step, the hardening mass is introduced into each cavity. Due to the sealing structure, the hardening mass remains in the place where it is useful and cannot lead to cell vents sticking/blocking, which improves the operational safety of a device according to the invention. The electrochemical storage cells can then be electrically connected to one another and in particular to a higher-level electrical structure. It goes without saying that the aforementioned steps do not necessarily have to be carried out in the order shown, unless the order shown is a technical necessity. Rather, depending on the design of the regular structure and the type of electrical connection of the electrochemical storage cells, the person skilled in the art can partially or completely change the order of the steps in order to produce a device according to the invention for storing electrochemical energy.

Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Fortbewegungsmittel vorgeschlagen, welches eine Vorrichtung gemäß dem erstgenannten Erfindungsaspekt aufweist. Das Fortbewegungsmittel kann als anteilig oder vollständig elektrisch antreibbares Fortbewegungsmittel ausgestaltet sein, für welches die erfindungsgemäße Vorrichtung Traktionsenergie bereitstellt. Insbesondere kann die erfindungsgemäße Vorrichtung daher in einer Bodenbaugruppe eines PKWs als erfindungsgemäßes Fortbewegungsmittel ausgestaltet sein. Bezüglich des Fortbewegungsmittels wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf die obigen Ausführungen verwiesen, in welchen die Merkmale, Merkmalskombinationen und Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Detail erläutert worden sind.According to a third aspect of the present invention, a means of transportation is proposed which has a device according to the first-mentioned aspect of the invention. The means of transport can be designed as a partially or completely electrically driven means of transport, for which the device according to the invention provides traction energy. In particular, the device according to the invention can therefore be designed in a floor assembly of a car as a means of transport according to the invention. With regard to the means of transport, in order to avoid repetition, reference is made to the above statements, in which the features, combinations of features and advantages of the device according to the invention have been explained in detail.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren. Es zeigen:

  • 1 eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäß ausgestalteten Vorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, in welchen die elektrochemischen Zellen als Rundzellen ausgestaltet sind;
  • 2 eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäß ausgestalteten Vorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, in welchen die elektrochemischen Zellen quaderförmig ausgestaltet sind; und
  • 3 ein Flussdiagramm veranschaulichend Schritte eines Verfahrens zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Further details, features and advantages of the invention result from the following description and the figures. Show it:
  • 1 a perspective view of a device designed according to the invention according to a first exemplary embodiment, in which the electrochemical cells are designed as round cells;
  • 2 a perspective view of a device designed according to the invention according to a first exemplary embodiment, in which the electrochemical cells are cuboid-shaped; and
  • 3 a flowchart illustrating steps of a method for producing a device according to the invention according to an embodiment of the present invention.

1 zeigt eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Eine regelmäßige Struktur 1 weist einen Boden 4, einen Deckel 5 und den Boden 4 und den Deckel 5 verbindende Kanalelemente 6 auf. Die Kanalelemente 6 teilen das Volumen zwischen dem Boden 4 und dem Deckel 5 in jeweiligen Kavitäten auf, in welchen jeweils genau eine elektrochemische Speicherzelle 2 Platz findet. Die elektrochemischen Speicherzellen 2 weisen an ihrem Boden (stirnseitig) ein (nicht dargestelltes) Zell-Vent auf, welches im Bedarfsfall öffnen und innerhalb der elektrochemischen Zelle befindliches Material über einen freien Querschnitt 7 im Boden 4 abführen kann. Die elektrochemischen Speicherzellen 2 sind mittels eines ausgehärteten Schaumstoffs 8 in der regelmäßigen Struktur 1 fixiert. Damit während des Aushärtens der Schaumstoff 8 nicht zwischen dem Boden 4 und der elektrochemischen Zelle 2 zum Zell-Vent vordringen kann, ist eine Dichtstruktur 3 um jede Öffnung 7 vorgesehen. Durch eine vordefinierte Vorspannung zwischen der Dichtstruktur 3 und der unteren Stirnseite der elektrochemischen Speicherzelle 2 bzw. dem Boden 4 ist eine sichere und dauerhafte Abdichtung der Kavitäten gegenüber einem unterhalb des Bodens 4 befindlichen Bereich gewährleistet, sobald sichergestellt ist, dass sämtliche Kavitäten durch elektrochemische Speicherzellen 2 belegt sind und der Boden 4 und der Deckel 5 durch gemeinsame, vollständige Wandflächen eingefasst sind. 1 shows a perspective view of a device according to the invention according to a first exemplary embodiment. A regular structure 1 has a base 4, a cover 5 and channel elements 6 connecting the base 4 and the cover 5. The channel elements 6 divide the volume between the base 4 and the lid 5 into respective cavities, in which exactly one electrochemical storage cell 2 can be accommodated. The electrochemical storage cells 2 have a cell vent (not shown) on their bottom (front side), which can open if necessary and remove material located within the electrochemical cell via a free cross section 7 in the bottom 4. The electrochemical storage cells 2 are fixed in the regular structure 1 by means of a hardened foam 8. So that the foam 8 cannot penetrate between the floor 4 and the electrochemical cell 2 to the cell vent during curing, a sealing structure 3 is provided around each opening 7. A predefined pretension between the sealing structure 3 and the lower end face of the electrochemical storage cell 2 or the base 4 ensures that the cavities are securely and permanently sealed against an area located below the base 4 as soon as it is ensured that all cavities are protected by electrochemical storage cells 2 are occupied and the base 4 and the lid 5 are surrounded by common, complete wall surfaces.

2 zeigt eine gegenüber 1 dahingehend modifizierte Anordnung, dass eine erste Reihe 9 und eine zweite Reihe 10 einen Versatz von 50% (halbe Gitterkonstante) gegeneinander versetzt angeordnet sind. Mit anderen Worten sind die Kavitäten der jeweiligen Reihen 9, 10 um einen halben Querschnitt der Kavität vermehrt um einen halben Abstand zwischen Kavitäten (z.B. Wandstärke) zueinander versetzt. Zudem sind die Kavitäten als quaderförmige Rohrelemente ausgestaltet, deren Öffnungen 7 im Boden 4 ebenso wie die Dichtstrukturen 3 eine quadratische Kontur aufweisen. Auch hier ist zwischen den elektrochemischen Speicherzellen 2 und den jeweiligen Wandungen der regelmäßigen Struktur 1 ein durch einen Schaumstoff 8 als ausgehärtete Masse gefüllter freier Querschnitt vorgesehen. Durch den Schaumstoff 8 wird thermische Energie zwischen den elektrochemischen Speicherzellen 2 einfacher übertragen, so dass sich ein homogeneres Temperaturprofil über die erfindungsgemäße Vorrichtung ergibt. 2 shows one opposite 1 modified arrangement in such a way that a first row 9 and a second row 10 have an offset of 50% (half lattice constant) are arranged offset from one another. In other words, the cavities of the respective rows 9, 10 are offset from one another by half the cross-section of the cavity, increased by half the distance between cavities (eg wall thickness). In addition, the cavities are designed as cuboid tubular elements whose openings 7 in the base 4, like the sealing structures 3, have a square contour. Here too, a free cross section filled by a foam 8 as a hardened mass is provided between the electrochemical storage cells 2 and the respective walls of the regular structure 1. The foam 8 transfers thermal energy between the electrochemical storage cells 2 more easily, resulting in a more homogeneous temperature profile across the device according to the invention.

3 zeigt Schritte eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer Vorrichtung gemäß den obigen Ausführungen. In Schritt 100 wird die regelmäßige Struktur mit Kavitäten bereitgestellt. Dies kann beispielsweise ein Spritzgussverfahren umfassen, welches mittels Kunststoff, mehreren Kunststoffen und/oder Faserverbund-Kunststoff-Massen ausgeführt wird. In Schritt 200 wird eine elektrochemische Speicherzelle pro Kavität in die regelmäßige Struktur eingesetzt. Mit anderen Worten wird jede Kavität der regelmäßigen Struktur mit einer elektrochemischen Speicherzelle gefüllt. In Schritt 300 wird anschließend eine aushärtende Masse, insbesondere ein Schaumstoff oder ein Adhäsivum, insbesondere auch als Wärmeleitpaste ausgestaltet, in jede Kavität derart eingebracht, dass sich eine flächige Anbindung des Mantels der elektrochemischen Speicherzellen gegenüber den Wandungen der jeweiligen Kavität ergibt. Zu guter Letzt wird in Schritt 400 eine jede elektrochemische Speicherzelle mit einer elektrischen Peripherie verknüpft. Durch die Dichtstrukturen sind Öffnungen der Kavitäten gegenüber der Umgebung derart eingefasst, dass im Bereich der Öffnungen angeordnete Zell-Vents ungehindert ansprechen können, ohne dass aushärtende Massen im Zuge der Fertigung die Zell-Vents blockieren bzw. stützen können. 3 shows steps of an exemplary embodiment of a method according to the invention for producing a device according to the above statements. In step 100, the regular structure with cavities is provided. This can include, for example, an injection molding process which is carried out using plastic, several plastics and/or fiber composite plastic compounds. In step 200, one electrochemical storage cell per cavity is inserted into the regular structure. In other words, each cavity of the regular structure is filled with an electrochemical storage cell. In step 300, a hardening mass, in particular a foam or an adhesive, in particular also designed as a thermal paste, is then introduced into each cavity in such a way that a flat connection of the jacket of the electrochemical storage cells to the walls of the respective cavity results. Last but not least, in step 400, each electrochemical storage cell is linked to an electrical peripheral. Through the sealing structures, openings of the cavities are enclosed in relation to the environment in such a way that cell vents arranged in the area of the openings can respond unhindered, without hardening masses being able to block or support the cell vents during the course of production.

Bezugszeichenliste:List of reference symbols:

11
regelmäßige Strukturregular structure
22
elektrochemische Speicherzelleelectrochemical storage cell
33
DichtstrukturSealing structure
44
BodenFloor
55
DeckelLid
66
KanalelementChannel element
77
Öffnungopening
88th
SchaumstoffFoam
99
erste Reihefirst row
1010
zweite Reihesecond row
100 bis 400100 to 400
VerfahrensschritteProcedural steps

Claims (11)

Vorrichtung zur Speicherung elektrochemischer Energie umfassend • eine regelmäßige Struktur (1) aufweisend eine Vielzahl Kavitäten zur Aufnahme jeweils einer elektrochemischen Speicherzelle (2) und • eine Vielzahl elektrochemischer Speicherzellen (2), von welchen eine jede in einer der Kavitäten angeordnet ist, • wobei die regelmäßige Struktur (1) in der Vielzahl Kavitäten eine jeweilige Dichtstruktur (3) aufweist, welche einen Bestandteil eines Bodens der elektrochemischen Speicherzelle (2) gegenüber der Kavität abdichtet.Device for storing electrochemical energy comprising • a regular structure (1) having a plurality of cavities to accommodate one electrochemical storage cell (2) and • a large number of electrochemical storage cells (2), each of which is arranged in one of the cavities, • wherein the regular structure (1) in the plurality of cavities has a respective sealing structure (3), which seals a component of a base of the electrochemical storage cell (2) from the cavity. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Dichtstruktur einer Kontur des Bodens der elektrochemischen Speicherzelle (2) entsprechend ausgestaltet ist und ein Zell-Vent der elektrochemischen Speicherzelle (2) einfasst.Device according to Claim 1 , wherein the sealing structure is designed to correspond to a contour of the bottom of the electrochemical storage cell (2) and surrounds a cell vent of the electrochemical storage cell (2). Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Dichtstruktur (3) ein anderes Material als die übrige regelmäßige Struktur (1) umfasst.Device according to Claim 1 or 2 , wherein the sealing structure (3) comprises a different material than the remaining regular structure (1). Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Kavitäten zueinander geschlossen oder zueinander offen ausgestaltet sind.Device according to one of the preceding claims, wherein the cavities are designed to be closed to one another or open to one another. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Kavitäten von der jeweils in ihnen angeordneten elektrochemischen Speicherzelle (2) nicht vollständig ausgefüllt sind.Device according to one of the preceding claims, wherein the cavities are not completely filled by the electrochemical storage cell (2) arranged in them. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Kavitäten neben der elektrochemischen Speicherzelle (2) eine vor oder nach der elektrochemischen Speicherzelle (2) in die Kavitäten eingebrachte und in den Kavitäten ausgehärtete Masse (8) aufweisen.Device according to one of the preceding claims, wherein the cavities, in addition to the electrochemical storage cell (2), have a mass (8) introduced into the cavities before or after the electrochemical storage cell (2) and hardened in the cavities. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Struktur (1) aus einem Kunststoff oder aus mehreren Kunststoffen besteht.Device according to one of the preceding claims, wherein the structure (1) consists of one plastic or several plastics. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Kavitäten in zueinander versetzten Reihen (9, 10) organisiert sind, welche insbesondere um eine halbe Gitterkonstante zueinander versetzt sind.Device according to one of the preceding claims, wherein the cavities are organized in mutually offset rows (9, 10), which are in particular offset from one another by half a lattice constant. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Struktur (1) ein Kanalelement (6) und/oder eine Halteeinrichtung für ein Kanalelement zur Kühlung der elektrochemischen Speicherzelle (2) aufweist.Device according to one of the preceding claims, wherein the structure (1) has a channel element (6) and/or a holding device for a channel element for cooling the electrochemical storage cell (2). Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche umfassend die Schritte: - Bereitstellen (100) der regelmäßigen Struktur (1) mit Kavitäten, - Einbringen (200) einer elektrochemischen Speicherzelle (2) in eine jede Kavität, - Einbringen (300) einer aushärtenden Masse (8) in jede Kavität, - elektrisches Verbinden (400) der elektrochemischen Speicherzellen (2).Method for producing a device according to one of the preceding claims, comprising the steps: - Providing (100) the regular structure (1) with cavities, - introducing (200) an electrochemical storage cell (2) into each cavity, - introducing (300) a hardening mass (8) into each cavity, - electrically connecting (400) the electrochemical storage cells (2). Fortbewegungsmittel umfassend eine Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 9.Means of transport comprising a device according to one of the above Claims 1 until 9 .
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