DE202017003647U1 - Vorrichtung zum Energiespeichern und/oder Energieabgeben elektrischer Energie - Google Patents
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Abstract
Vorrichtung (1) zum Energiespeichern und/oder Energieabgeben elektrischer Energie,
umfassend ein oder mehrere elektrisch leitend verbundene Bauelemente (2) von Batterielementen, nämlich Akkumulatorzellen (5), nämlich Lithium-Ionen-Akkumulatoren, die insbesondere zudem mit einem Batteriemanagementsystem (7) als Bauelement (2) ausgestattet ist,
wobei die Lithium-Ionen-Akkumulatoren einen geringen Innenwiderstand und etwa 21 mm Durchmesser und etwa 70 mm Höhe aufweisen,
mindestens ein leitendes Zellverbindungsmittel (4), insbesondere umfassend ein oder mehrere Verbindungsdrähte und/oder Verbindungsbänder (6) zur leitenden Verbindung, zwischen zumindest zwei Bauelementen (2), insbesondere einer oder mehrerer Akkumulatorzellen (5) und/oder dem Batteriemanagementsystem (7),
mindestens einen Zellhalter (8) zum Aufnehmen der Akkumulatorzellen (5) und/oder des Batteriemanagementsystems (7), die mit dem Zellverbindungsmittel (4) verbunden sind.
umfassend ein oder mehrere elektrisch leitend verbundene Bauelemente (2) von Batterielementen, nämlich Akkumulatorzellen (5), nämlich Lithium-Ionen-Akkumulatoren, die insbesondere zudem mit einem Batteriemanagementsystem (7) als Bauelement (2) ausgestattet ist,
wobei die Lithium-Ionen-Akkumulatoren einen geringen Innenwiderstand und etwa 21 mm Durchmesser und etwa 70 mm Höhe aufweisen,
mindestens ein leitendes Zellverbindungsmittel (4), insbesondere umfassend ein oder mehrere Verbindungsdrähte und/oder Verbindungsbänder (6) zur leitenden Verbindung, zwischen zumindest zwei Bauelementen (2), insbesondere einer oder mehrerer Akkumulatorzellen (5) und/oder dem Batteriemanagementsystem (7),
mindestens einen Zellhalter (8) zum Aufnehmen der Akkumulatorzellen (5) und/oder des Batteriemanagementsystems (7), die mit dem Zellverbindungsmittel (4) verbunden sind.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Energiespeichern und/oder Energieabgeben elektrischer Energie nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
- Bekannt sind Vorrichtung zum Energiespeichern und/oder Energieabgeben elektrischer Energie, die eine starke Wärmeentwicklung zeigen und wobei die leitenden Verbindungen direkt auf die Oberflächen mittels Befestigungsverfahren, insbesondere Widerstandsschweißen angebracht werden, wodurch die zu verwendeten Materialien eingeschränkt sind, beispielsweise Helomin oder vernickelter Stahl.
- Nachteilig ist es dabei beispielsweise, dass es bei einer üblichen Handhabung der Vorrichtung bei Verwendung empfindlichen leitenden Verbindungen zu Beschädigungen kommen kann.
- Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher eine Vorrichtung zum Energiespeichern und/oder Energieabgeben elektrischer Energie bereitzustellen, die mit einer hohen Leistung und zugleich geringer Wärmeentwicklung zu betreiben ist.
- Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zum Energiespeichern und/oder Energieabgeben elektrischer Energie, umfassend ein oder mehrere elektrisch leitend verbundene Bauelemente von Batterielementen, nämlich Akkumulatorzellen, nämlich Lithium-Ionen-Akkumulatoren, die insbesondere zudem mit einem Batteriemanagementsystem als Bauelement ausgestattet ist, wobei die Lithium-Ionen-Akkumulatoren einen geringen Innenwiderstand und etwa 21 mm Durchmesser und etwa 70 mm Höhe aufweisen, mindestens ein leitendes Zellverbindungsmittel, insbesondere umfassend ein oder mehrere Verbindungsdrähte und/oder Verbindungsbänder zur leitenden Verbindung, zwischen zumindest zwei Bauelementen, insbesondere einer oder mehrerer Akkumulatorzellen und/oder dem Batteriemanagementsystem, mindestens einen Zellhalter zum Aufnehmen der Akkumulatorzellen und/oder des Batteriemanagementsystems, die mit dem Zellverbindungsmittel verbunden sind.
- Diese Erfindung ermöglicht eine verbesserten Innenwiderstand, geringeren Gesamtwiderstand, erhöhte Strombereitstellung, erhöhte Leistung, etwa 5,2 Ah, pro Zelle, insbesondere für höhere Belastungen, insbesondere für Anwendungen im Bereich Gartengeräten, akkubetriebenen Werkzeugen sowie Elektrofahrräder, Elektroroller und Energiespeicher. Dadurch können die Gerät schneller laufen, bringen mehr Leistung, zeigen eine längere Lebensdauer und schnellere Ladezeiten. Zugleich kann man mehr Energie in kurzer Zeit aus der Vorrichtung entnehmen, als aus bekannten Lösungen des Stands der Technik. Ein weiterer großer Vorteil ist es, dass und man keine Kühlung für die Vorrichtung benötigt, da ein geringer Energieverlust im Inneren geschieht. Durch die Vorrichtung werden schnellere Ladezeiten. Die erreichbare Laufzeit der Vorrichtung wird um etwa 30 bis etwa 50% gegenüber bekannten Vorrichtungen des Stands der Technik erhöht. Die Zyklenzahl der Auf- und Entladungen ist größer und dadurch die Lebenszeit der Geräte und Anwendungen erreicht. Ein zusätzlich geringerer Übergangswiderstand wird insbesondere durch die Verwendung von Kupferverbindern oder Kupferlegierungen in Verbindern zwischen Akkuzellen erreicht.
- Die Akkuzellen 21700 sind größer und somit größere Abstande bei Nebeneinanderordnung erforderlich, etwa 1,2 bis 1,5 mm, wodurch jedoch auf einfach Weise auch eine weiter bessere Kühlung erreicht wird.
- Sehr vorteilhaft ist es, wenn das leitende Zellverbindungsmittel im Wesentlichen mittels eines Zellverbindungsverfahrens basierend auf Laserschweißen anzubringen ist, insbesondere mittels Punktschweißen. Laserschweißen des Verbinders in Verbindung mit einer Akkumulatorzelle mit geringem Innenwiderstand ermöglicht eine sichere und schonende Verbindung einer Batteriezelle beispielsweise mit einem kupferbasierten Verbinder, was bislang im Stand der Technik nicht gelang. Durch die Verbindung der Akkumulatorzelle 21700 in den Anwendungen und den Kupferableitungen sowie Laserschweißen benötigt man keine Kühlung der Vorrichtung, da der Akkupack einen geringeren Innenwiderstand aufweist. Das Laserschweißen ermöglicht einen flexiblen Ansatz von Schweißpunkten, beispielsweise 2 bis 4. Durch das Schweißen werden lediglich geringe Temperaturen, beispielsweise unter etwa 60° aufgebracht. Die Schweißpunkte sind zudem besser reproduzierbar, so dass selbst ausgedünnte Bereiche im Deckel der Akkumulatorzelle an elektrischen Kontaktpunkten, im Sinne einer „Ventil”-Funktion zum gerichteten Druckentlassen im Fall eines Überhitzens, nicht geschädigt werden, insbesondere wenn man mit den Schweißpunkten ein gezieltes Auftragen erreicht.
- In Verbindung mit Laserschweißen lässt sich die Vorrichtung erstmalig mit dem Kupferverbinder verschweißen, wodurch sich der Gesamtinnenwiderstand und die Erwärmung weiter verringert, sowie die Lebensdauer erhöht.
- Vorteilhaft ist es, wenn die Zellverbindungsmittel an Verbindungsbereichen der Akkumulatorzelle angebracht ist, insbesondere an einem Kopfende der Akkumulatorzelle.
- Vorteilhaft ist es, wenn das leitende Zellverbindungsmittel Kupfer umfasst, insbesondere eine Kupferlegierung, insbesondere im Wesentlichen aus Kupfer besteht und/oder Aluminium und/oder Schichtmaterialien umfassend Aluminium und Kupfer. Durch das Laserschweißen ist eine vorteilhafte Verbindung von Kupfer mit der 21700 Zelle erreicht, die mit Widerstandsschweißen nicht zu erzielen war. Bisherige Materialien wie Helomin, vernickelter Stahl weisen weiterhin einen zu hoher Innenwiderstand auf, die Entladung begrenzt, die Geschwindigkeit der Entladung geringer und Kühlungen sind notwendig.
- Durch die Verwendung von Kupferverbindungen wird ein sehr geringer Übergangswiderstand erreicht, der in Verbindung mit dem geringen Innenwiderstand der Akkumulatorzellen dazu verhilft, dass die erreichbaren Ströme vergrößert werden. Dies ermöglicht eine bessere Performance und erreichbare Leistung.
- Vorteilhaft ist es, wenn ein Akkumulatorpack umfassend mehrere Akkumulatorzellen umfassend Zellverbindungsmittel, insbesondere ein Schutzmittel, insbesondere Aufnahmekanalmittel, als Gesamtheit in ein Gehäuse ohne Kühlung einzubringen ist, wobei die Zellverbindungsmittel gegen eine mechanische Belastung durch Sicherungsmittel an den Schutzmitteln gesichert sind, insbesondere zwei oder mehrere Akkumulatorenzellen mit einem Zellverbindungsmittel leitend verbunden sind, wobei ein Verbindungsmittel mit dem Zellverbindungsmittel verbunden ist, und ein Zellhalter ein oder mehrere angepasst ausgebildete Schutzmittel, insbesondere Aufnahmekanalmittel, aufweist, wobei insbesondere ein Mittelspannungsabgriffsmittel zwischen einer oder mehreren Akkumulatorenzellen und dem Batteriemanagementsystem durch ein oder mehrere Verbindungsmittel eingerichtet ist, wobei jeweils zumindest ein korrespondierendes Schutzmittel, insbesondere Aufnahmekanalmittel, vorgesehen ist.
- Vorteilhaft wird die Vorrichtung eingesetzt für Akkumulatorpacks umfassend Akkumulatorenzellen für Leicht-Elektro Fahrzeuge (LEV), für Elektrofahrzeuge oder Teilelektrofahrzeuge, insbesondere Elektrofahrräder.
- Vorteilhaft wird die Vorrichtung eingesetzt für Akkumulatorpacks umfassend Akkumulatorenzellen für akkubetriebene Werkzeuge, insbesondere Akkuschrauber und Bohrhämmer. Die neue Vorrichtung weist einen geringeren Platzbedarf auf, sowie einen geringerer Übergangswiderstand und somit eine geringere Wärmeentwicklung.
- Vorteilhaft wird die Vorrichtung eingesetzt für Akkumulatorpacks umfassend Akkumulatorenzellen für Energiespeichersysteme. Die Herstellung der Vorrichtung erfolgt in einem stabilen Fertigungsprozess, weist eine gleichmäßige Wärmeentwicklung auf.
- Vorteilhaft wird die Vorrichtung eingesetzt für Akkumulatorpacks umfassend Akkumulatorenzellen für elektrisch angetriebene Gartengeräte. Bei den hohen Dichtigkeitsanforderung an die Vorrichtung im Außenbetrieb ist zugleich eine Gewichtseinsparung möglich, sowie eine Vergrößerung der Lebenszeit.
- Die Vorrichtung kann hergestellt werden durch ein Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung und Verwendung zum Energiespeichern und/oder Energieabgeben elektrischer Energie, nach einem der Ansprüche 1 bis 5, umfassend ein oder mehrere elektrisch leitend verbundene Bauelemente von Batterielementen, nämlich Akkumulatorzellen, nämlich Lithium-Ionen-Akkumulatoren, die insbesondere zudem mit einem Batteriemanagementsystem als Bauelement ausgestattet ist, wobei die Lithium-Ionen-Akkumulatoren etwa 21 mm Durchmesser und etwa 70 mm Höhe aufweisen, mindestens ein leitendes Zellverbindungsmittel, insbesondere umfassend ein oder mehrere Verbindungsdrähte und/oder Verbindungsbänder zur leitenden Verbindung, zwischen zumindest zwei Bauelementen, insbesondere einer oder mehrerer Akkumulatorzellen und/oder dem Batteriemanagementsystem, mindestens einen Zellhalter zum Aufnehmen der Akkumulatorzellen und/oder des Batteriemanagementsystems, die mit dem Zellverbindungsmittel verbunden sind, wobei der leitende Zellverbinder, insbesondere umfassend Kupfer und/oder eine Kupferlegierung, mit den Bauelementen, insbesondere den Kopfenden der Lithium-Ionen-Akkumulatorzellen mit einem Laserschweißverfahren verbunden wird, insbesondere mittels Punktschweißen.
- Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachstehenden Beschreibung, in der Ausführungsbeispiele des Gegenstands der Erfindung in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert sind.
- Es zeigt:
-
1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Energiespeichern und/oder Energieabgeben elektrischer Energie, -
2 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Energiespeichern und/oder Energieabgeben elektrischer Energie, -
3a eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Energiespeichern und/oder Energieabgeben elektrischer Energie und -
3b eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Energiespeichern und/oder Energieabgeben elektrischer Energie. -
1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung1 zum Energiespeichern und/oder Energieabgeben elektrischer Energie, umfassend ein oder mehrere elektrisch leitend verbundene Bauelemente2 von Batterielementen, nämlich Akkumulatorzellen5 , nämlich Lithium-Ionen-Akkumulatoren, die insbesondere zudem mit einem Batteriemanagementsystem7 als Bauelement2 ausgestattet ist, wobei die Lithium-Ionen-Akkumulatoren einen geringen Innenwiderstand und etwa 21 mm Durchmesser und etwa 70 mm Höhe aufweisen, mindestens ein leitendes Zellverbindungsmittel4 , insbesondere umfassend ein oder mehrere Verbindungsdrähte und/oder Verbindungsbänder6 zur leitenden Verbindung, zwischen zumindest zwei Bauelementen2 , insbesondere einer oder mehrerer Akkumulatorzellen5 und/oder dem Batteriemanagementsystem7 , mindestens einen Zellhalter8 zum Aufnehmen der Akkumulatorzellen5 und/oder des Batteriemanagementsystems7 , die mit dem Zellverbindungsmittel4 verbunden sind. - Ein Bondverbindungsmittel
4 ist beispielhaft auch zwischen einem Batteriemanagementsystem7 und einem oder mehreren Akkumulatorenzellen5 angebracht. -
2 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung1 zum Energiespeichern und/oder Energieabgeben elektrischer Energie, wobei ein Ausschnitt eines Verbindungsmittels4 an einem Kopfende15 einer Akkumulatorzelle5 , angebracht mittels Laserschweißens, insbesondere Laserschweißpunkten12 . -
3a zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung1 zum Energiespeichern und/oder Energieabgeben elektrischer Energie. An einem Minuspol einer Akkumulatorzelle5 sind Laserschweißpunkte12 an einem gestrichelt dargestellten Verbinderbereich9 dargestellt, wobei ein Auftreffen auf einen zentralen Bereich16 sicher vermieden wurde. -
3b zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung1 zum Energiespeichern und/oder Energieabgeben elektrischer Energie, wobei an einem Pluspol einer Akkumulatorzelle5 Laserschweißpunkte sicher und reproduzierbar einem zentralen Bereich17 angeordnet sind. - Bezugszeichenliste
-
- 1
- Vorrichtung zum Energiespeichern und/oder Energieabgeben
- 2
- Bauelement
- 3
- Akkumulatorpack
- 4
- Zellverbindungsmittel
- 5
- Akkumulatorzelle
- 6
- Verbinderband
- 7
- Batteriemanagementsystem
- 8
- Zellhalter
- 9
- Verbindungsbereich
- 10
- Schutzmittel
- 11
- Aufnahmekanalmittel
- 12
- Laserschweißpunkt
- 13
- Minuspol
- 14
- Pluspol
- 15
- Kopfende
- 16
- zentraler Bereich
- 17
- zentraler Bereich
Claims (5)
- Vorrichtung (
1 ) zum Energiespeichern und/oder Energieabgeben elektrischer Energie, umfassend ein oder mehrere elektrisch leitend verbundene Bauelemente (2 ) von Batterielementen, nämlich Akkumulatorzellen (5 ), nämlich Lithium-Ionen-Akkumulatoren, die insbesondere zudem mit einem Batteriemanagementsystem (7 ) als Bauelement (2 ) ausgestattet ist, wobei die Lithium-Ionen-Akkumulatoren einen geringen Innenwiderstand und etwa 21 mm Durchmesser und etwa 70 mm Höhe aufweisen, mindestens ein leitendes Zellverbindungsmittel (4 ), insbesondere umfassend ein oder mehrere Verbindungsdrähte und/oder Verbindungsbänder (6 ) zur leitenden Verbindung, zwischen zumindest zwei Bauelementen (2 ), insbesondere einer oder mehrerer Akkumulatorzellen (5 ) und/oder dem Batteriemanagementsystem (7 ), mindestens einen Zellhalter (8 ) zum Aufnehmen der Akkumulatorzellen (5 ) und/oder des Batteriemanagementsystems (7 ), die mit dem Zellverbindungsmittel (4 ) verbunden sind. - Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das leitende Zellverbindungsmittel (
4 ) im Wesentlichen mittels eines Zellverbindungsverfahrens basierend auf Laserschweißen anzubringen ist, insbesondere mittels Punktschweißen. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zellverbindungsmittel (
4 ) an Verbindungsbereichen (9 ) der Akkumulatorzelle angebracht ist, insbesondere an einem Kopfende (15 ) der Akkumulatorzelle. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das leitende Zellverbindungsmittel (
4 ) Kupfer umfasst, insbesondere eine Kupferlegierung, insbesondere im Wesentlichen aus Kupfer besteht und/oder Aluminium und/oder Schichtmaterialien umfassend Aluminium und Kupfer. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Akkumulatorpack (
3 ) umfassend mehrere Akkumulatorzellen (5 ) umfassend Zellverbindungsmittel (4 ), insbesondere ein Schutzmittel, insbesondere Aufnahmekanalmittel, als Gesamtheit in ein Gehäuse ohne Kühlung einzubringen ist, wobei die Zellverbindungsmittel (4 ) gegen eine mechanische Belastung durch Sicherungsmittel an den Schutzmitteln gesichert sind, insbesondere zwei oder mehrere Akkumulatorenzellen (5 ) mit einem Zellverbindungsmittel (4 ) leitend verbunden sind, wobei ein Verbindungsmittel mit dem Zellverbindungsmittel (4 ) verbunden ist, und ein Zellhalter (8 ) ein oder mehrere angepasst ausgebildete Schutzmittel (10 ), insbesondere Aufnahmekanalmittel (11 ), aufweist, wobei insbesondere ein Mittelspannungsabgriffsmittel zwischen einer oder mehreren Akkumulatorenzellen und dem Batteriemanagementsystem durch ein oder mehrere Verbindungsmittel (5 ) eingerichtet ist, wobei jeweils zumindest ein korrespondierendes Schutzmittel (10 ), insbesondere Aufnahmekanalmittel (11 ), vorgesehen ist.
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