WO2011085944A1 - Batteriepaket - Google Patents

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WO2011085944A1
WO2011085944A1 PCT/EP2011/000023 EP2011000023W WO2011085944A1 WO 2011085944 A1 WO2011085944 A1 WO 2011085944A1 EP 2011000023 W EP2011000023 W EP 2011000023W WO 2011085944 A1 WO2011085944 A1 WO 2011085944A1
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adhesive layer
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Oliver Brandl
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3A Technology & Management Ltd.
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    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the invention relates to a high-performance battery, in particular for operating a drive motor of an electric motor vehicle. Furthermore, the invention relates to a system comprising an electrical (large) consumer and such a high-performance battery.
  • Low-power batteries for small electrical appliances are well known.
  • Low-power batteries usually consist of a sheathed battery pack and are characterized by a relatively low electrical capacity of typically less than 5,000mAh, a low voltage of about 4.2V, compared to high-performance batteries, for example for operating electric drive motors of motor vehicles low maximum power output and low weight of typically less than 150g.
  • EP 1 884 353 A1 describes a plastic composite film for a battery pack of a low-power battery, wherein the plastic composite film comprises a base film made of plastic, a metal foil and a functional plastic layer. On the metal foil is a metal protective layer to protect the metal foil from aggressive battery ingredients, the battery designed as a lithium-polymer battery.
  • EP 1 209 094 B1 describes an alternative composite film for small batteries, wherein the film laminate comprises a liquid paraffin layer.
  • WO 2002101849 A1 also describes a foil material for a small battery packs, spacers formed from polymer material between the battery and the foil laminate being arranged.
  • EP 1 102 336 B1 describes a further alternative laminate film for a small battery which has an unsaturated carboxylic acid-graft polyolefin resin layer on a protective layer (barrier layer).
  • EP 1 359 631 B1 describes a laminate for a battery casing whose protective layer comprises a laminated phenolic polymer.
  • EP 1 422 767 A1 describes a foil laminate for a small battery, in which the protective layer provided on the metal foil formed as aluminum foil comprises a zirconium compound.
  • EP 0 975 031 B1 describes a battery pack for a low-power battery in which an adhesive layer is provided between an inner polyolefin resin layer and a metal layer, wherein the adhesive layer comprises an acid-denatured polyolefin resin having an acid content in a range between 0.01 and 10 wt .-% includes.
  • EP 1 884 353 A1 discloses a composite plastic film for producing a battery pack for a low-power battery, wherein a denatured polyolefin layer is provided as an adhesive layer between a protective layer and an innermost polyolefin layer.
  • All of the aforementioned laminate films are designed for sheathing comparatively low-power battery packs for small appliances such as mobile telephones.
  • the heat stability of the laminate used should be improved compared to the known laminates, since the heat development in high performance batteries is much greater compared to the known small battery packs (e.g., cellular phone batteries).
  • the invention Since the known in the technical field of low-power batteries battery packs, more specifically their sheathing, do not meet the above requirements, the invention has the object to provide a high-performance battery, or their battery packs at least one of the above requirements, preferably several or all aforementioned requirements, is sufficient / sufficient. Furthermore, the object is to provide a system comprising an electrical load and at least one such high-performance battery.
  • the adhesive layer between the protective layer and the inner layer comprises or is a thermoset adhesive layer.
  • the object is achieved by the combination of an electrical load, in particular an electric drive motor of a motor vehicle and at least one battery pack designed as described above and / or an arrangement of a plurality of battery packs as described above.
  • the batteries interconnected to form the high-power battery and having at least two or more interconnected electrodes be arranged between one of the battery-facing, preferably a polyolefin film, for example a polypropylene film Inner layer and a likewise facing the battery, provided on the metal foil, preferably an aluminum foil, provided protective layer designed as a thermosetting adhesive layer adhesive layer.
  • Duroplast material for example polyurethane or epoxy resin, is characterized by improved stability against delamination processes.
  • the heat resistance to the acid-denatured polyolefin resin used in the art in mobile phone battery packs as the adhesive layer is substantially improved.
  • the improved delamination resistance of the adhesive layer ensures a long life cycle of the high-performance battery packs.
  • thermosetting adhesive layer may consist of a single layer or be composed of partial adhesive layers.
  • the thermosetting adhesive layer comprises or consists of a polyurethane layer or an epoxy resin layer.
  • the layers or films used can be formed from a single layer or a single film or from one Layer or film arrangement comprising at least two partial layers or films.
  • the aluminum foil used as the metal foil in practice has a maximum thickness of 40pm.
  • the thickness of the metal foil, which is preferably formed as aluminum foil is at least 50 ⁇ . Most preferably, the thickness is 60pm.
  • a (substantially) improved cold formability is thereby achieved in particular, as a result of which the film laminate used can be deformed in an improved thermoforming process in order to be able to absorb the battery, preferably a lithium-polymer battery, after deformation .
  • the reason for the improved cold workability is due to the crystal grain structure of the metal layer preferably formed as aluminum layer - the thicker the metal layer, in particular the aluminum layer, the more crystal grain layers are available, which are sheared, flow or slide on the action of corresponding forces, in particular shear forces can occur without tearing or so-called pinholes.
  • an aluminum foil as the metal foil, it also being possible for its alloys to be used in addition to pure aluminum.
  • metal foils can be used as metal foils of the following materials: AI 99.0, AI 99-5 or alloys of the types AA 8 xxx, the materials AA 8006, AA 8014, AA 8021 and AA 8079 are particularly suitable.
  • the minimum thickness is preferably 60pm.
  • the thickness of the base film is adapted to the thickness (thickness) of the metal foil, the thickness of the base film being preferred at least 10 ⁇ , most preferably at least approximately 25 ⁇ has.
  • the plastic base film may contain one or more layers.
  • it may be a polyester film, e.g. a polyethylene terephthalate film (PET), a polyamide film, most preferably an oriented polyamide film (oPA), a polyolefin film, for example an oriented polypropylene film (oPP), or the base film may comprise at least one of the aforementioned films.
  • the base film may be two or more layers, in each case coated with adhesive, extrusion-laminated and / or hot-quenched layers, or films.
  • Adhesive-laminated layers or films can be processed with aqueous, solvent-containing and / or solvent-free adhesives. It is very particularly preferred if the base film is a biaxially oriented polyamide film or the base film comprises such a polyamide film.
  • the inner layer is a sealable layer.
  • the inner layer may be composed of several layers, for example, each other adhesive-coated, painted, extrusion-laminated, hot-calendered and / or applied by curtain coating layers or films, respectively. More particularly, the inner layer contains or consists of a polyolefin layer, for example polypropylene, oriented polypropylene (oPP) or polyethylene, polyesters, such as polyethylene terephthalate (PET).
  • the total thickness of the inner layer, which in particular forms the innermost layer of the laminate, is preferably between about 5 pm and 100 pm.
  • two adhesive layers are provided between the (outer) base layer and the metal foil, namely a base film-side adhesive layer of duroplastic material and a metal foil side primer layer. It is very particularly preferred if the primer layer does not directly adjoin the metal foil, but rather on an (additional) base film-side protective layer applied to the metal foil, which is preferably a protective layer identical to the battery-side protective layer of the metal foil.
  • the adhesive layer of thermoset material is very particularly preferably a polyurethane layer which very particularly preferably has less free isocyanate groups than the primer layer, in order thus to be able to form an improved adhesive bond to the base layer, in particular as an oriented polyamide layer.
  • the primer layer is adapted to adhere to the previously described (outer) protective layer of the metal foil.
  • the at least one protective layer there are different possibilities, preferably it is a chromate layer. Additionally or alternatively, it is possible that the protective layer comprises at least one of the following substances and / or at least one oxide of one of the following substances: chromium, fluorine, tungsten, titanium, silicon.
  • the protective layer is very particularly preferably applied to the metal foil, preferably the aluminum foil, by wet-chemical means, preferably in which the metal foil, in particular an aluminum foil, is passed or sprayed through a corresponding dip bath.
  • a protective layer is formed on both sides of the metal foil.
  • the protective layer should preferably be designed such that it protects the metal foil, in particular the aluminum foil from aggressive battery constituents, in particular from hydrofluoric acid.
  • the thickness of the metal protective layer is between about 0.1 and 1000 nm.
  • At least one battery of the high-performance battery forming, interconnected battery packs is designed as a lithium-polymer battery.
  • the batteries are all rather battery packs designed as a lithium-polymer battery.
  • the battery capacity of at least one of the battery packs is preferably at least
  • the batteries of all battery packs which form the high-performance battery by interconnection have one of the aforementioned minimum capacities.
  • the voltages add up.
  • the applied voltage is less than 2,000V, even more preferably less than 1,000V.
  • the volume of at least one of the battery packs is 50 cm 3 , preferably at least 100 cm 3 . It is particularly expedient if the volume of all battery packs is at least 50 cm 3 , more preferably at least 100 cm 3 . It is particularly expedient if the high-performance battery is formed from a multiplicity of, very particularly preferably at least 10, in particular at least 20, identical, preferably electrically series-connected, battery packs, the battery packs preferably being arranged in a surrounding housing, a so-called high-performance battery housing, are arranged, wherein preferably each battery pack is encased according to the invention as described above.
  • the high-performance battery (including housing) has a volume of at least 1 dm 3 , very particularly preferably of at least 5 dm 3 . Most preferably, the volume is more than 100dm 3 , more preferably more than 200dm 3 , most preferably about 300dm 3 or more.
  • the high-performance battery can permanently deliver at least 10 kW, preferably at least 20 kW, very particularly preferably at least 30 kW, even more preferably at least 75 kW power during operation.
  • the above power values may be maximum values, i. to trade at peak power output values.
  • the high-power battery is constituted by one hundred series-connected battery packs each comprising a 90,000 mAh sheathed lithium polymer battery, each battery pack having a voltage of 3V, the high-power battery 300V may be tapped. In theory - ignoring losses and assuming that the battery packs' battery can be completely emptied - a power of 27kW could be consumed for one hour in such a high power battery.
  • the invention relates to a system, for example a motor vehicle, comprising an electrical load, which most preferably by a maximum power consumption or continuous power consumption of at least 5kW, preferably of at least 10kW, preferably of at least 20kW, more preferably of at least 30kW, still more preferably of at least 40kW, even more preferably 75kW.
  • the electrical consumer is an electric drive motor.
  • the system comprises, in addition to the electrical load designed as described above, at least one high-performance battery designed as described above, which is formed by a plurality of battery packs, preferably each connected in series, each comprising a sheath.
  • the sheathed and electrically interconnected battery packs are arranged in a high-performance battery housing.
  • FIG. 1 shows the schematic structure of a possible embodiment of a battery pack with battery casing
  • Fig. 2 is a schematic representation of a built-up of several battery packs according to FIG. 1 high-performance battery.
  • Fig. 1 is a sectional, incomplete representation of a particularly preferred embodiment of a (high-performance) battery pack 1, in particular for motor vehicle applications, shown, wherein a high-performance battery consists of several such electrically, preferably in series, interconnected battery packs.
  • the battery pack 1 comprises a (high-performance) battery 2 embodied as a lithium-polymer battery, which is surrounded by a battery sheath 3.
  • the battery casing 3 is formed by a laminate film 4 which, as the innermost, the battery 2 facing inner layer 5 comprises a polypropylene film.
  • the inner layer 5 has a thickness (thickness) of 50pm.
  • the inner layer 5 is formed by a thermosetting adhesive layer - in the illustrated embodiment, a polyurethane layer.
  • the adhesive layer 6, which in the exemplary embodiment shown has a thickness of 4 ⁇ m, adjoins on the side facing away from the inner layer 5 a protective layer 7, which is a coating of a metal foil 8.
  • the metal foil 8 is an aluminum foil having a thickness of 60 m.
  • the protective layer is a chromate layer.
  • the metal foil 8 has not only on the side facing the battery 2, but also on the side facing away from the battery 2 a metal Protective coating 9 (protective layer), which is identical, as the protective layer 7.
  • the primer layer 10 is formed from polyurethane material.
  • the adhesive layer 1 ensures a permanent connection to a monolayer or multilayer base film 12, which forms the outermost layer of the laminate film 4.
  • the base film 12 has a thickness of 25 ⁇ and is formed by a film of oriented polyamide (oPA).
  • a high-performance battery 13 is shown schematically. This includes a high-performance battery housing 14, within which only schematically illustrated, interconnected in series, identical battery packs 1 are arranged.
  • Each battery pack 1 comprises a battery casing and a battery encased by the battery casing 3.
  • each battery pack 1 is formed as shown in Fig. 1.
  • the high performance battery 13 comprises a total of fifteen battery packs 1, each having a capacity of 100,000mAh and each having a voltage of 30V. Consequently, a voltage of 450V is theoretically applied to the contacts 15, 16 of the high-power battery 13. It could be tapped for two hours a power of 22.5 kW and, for example, a 45 kW motor for two hours at half power to be operated. LIST OF REFERENCE NUMBERS

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Abstract

Eine Hochleistungsbatterie, insbesondere zum Betreiben eines elektrischen KfZ -Antriebsmotors, mit mehreren elektrischen, vorzugsweise in Reihe, verschalteten Batteriepaketen (1) mit jeweils einer Batterie (2), die mit einer Batterieummantelung (3) ummantelt ist, wobei die Batterieummantelung (3) mindestens eines Batteriepaketes (1), vorzugsweise jedes Batteriepaketes (1), eine Laminatfolie (4) umfasst oder aus dieser besteht, welche aufweist: eine Metallfolie (8), eine auf der von der Batterie (2) abgewandten Seite der Metallfolie (8) angeordnete Basisfolie (12) aus Kunststoff, mindestens eine auf die Metallfolie (8) aufgebrachte Schutzschicht (7) auf der der Batterie (2) zugewandten Seite der Metallfolie (8), eine Innenschicht (5) aus Kunststoff, eine zwischen der Schutzschicht (7) und der Innenschicht (5) angeordnete Haftschicht (6), wobei die Haftschicht (6) eine Duroplast-Klebstoffschicht umfasst oder ist.

Description

Batteriepaket
Die Erfindung betrifft eine Hochleistungsbatterie, insbesondere zum Betreiben eines Antriebsmotors eines Elektrokraftfahrzeugs. Ferner betrifft die Erfindung ein System, umfassend einen elektrischen (Groß-) Verbraucher und eine derartige Hochleistungsbatterie.
Niedrigleistungsbatterien für elektrische Kleingeräte, wie Mobiltelefone sind hin- reichend bekannt. Niedrigleistungsbatterien bestehen in der Regel aus einem ummantelten Batteriepaket und zeichnen sich im Vergleich zu Hochleistungsbatterien, beispielsweise zum Betreiben elektrischer Antriebsmotoren von KFZ, durch eine vergleichsweise geringe elektrische Kapazität von in der Regel weniger als 5.000mAh, eine geringe Spannung von etwa 4,2V, eine geringe maxi- male Leistungsabgabe sowie durch ein geringes Gewicht von in der Regel weniger als 150g aus.
Die EP 1 884 353 A1 beschreibt eine Kunststoffverbundfolie für ein Batteriepaket einer Niedrigleistungsbatterie, wobei die Kunststoffverbundfolie eine Basis- folie aus Kunststoff, eine Metallfolie und eine funktionelle Kunststoffschicht um- fasst. Auf der Metallfolie befindet sich eine Metallschutzschicht zum Schutz der Metallfolie vor aggressiven Batterieinhaltsstoffen, der als Lithium-Polymer- Batterie ausgebildeten Batterie. Die EP 1 209 094 B1 beschreibt eine alternative Verbundfolie für Klein- Batterien, wobei das Folienlaminat eine Flüssigparafinschicht umfasst.
Die WO 2002101849 A1 beschreibt ebenfalls ein Folienmaterial für eine Klein- Batteriepakete, wobei aus Polymermaterial ausgebildete Abstandhalter zwi- sehen der Batterie und dem Folienlaminat angeordnet sind.
BESTÄTIGUNGSKOPIE Die EP 1 102 336 B1 beschreibt eine weitere alternative Laminatfolie für eine Kleinbatterie, die auf einer Schutzschicht (Sperrschicht) eine ungesättigte Kar- bonsäure-PfropfpolyoIefinharz-Schicht aufweist. Die EP 1 359 631 B1 beschreibt ein Laminat für eine Batterie-Ummantelung, deren Schutzschicht ein laminiertes Phenolpolymer umfasst.
Die EP 1 422 767 A1 beschreibt ein Folienlaminat für eine Klein-Batterie, bei der die auf der als Aluminiumfolie ausgebildeten Metallfolie vorgesehene Schutzschicht eine Zirkoniumverbindung umfasst.
Die EP 0 975 031 B1 beschreibt ein Batterie-Paket für eine Niedrigleistungsbatterie, bei dem eine Haftschicht zwischen einer inneren Polyolefinharzschicht und einer Metallschicht vorgesehen ist, wobei die Haftschicht ein säuredenatu- riertes Polyolefinharz mit einem Säuregehalt aus einem Bereich zwischen 0,01 und 10 Gew.-% umfasst.
Aus der EP 1 884 353 A1 ist eine Kunststoffverbundfolie zur Herstellung eines Batteriepaketes für eine Niedrigleistungsbatterie bekannt, wobei zwischen einer Schutzschicht und einer innersten Polyolefinschicht eine denaturierte Polyole- finschicht als Haftschicht vorgesehen ist.
Sämtliche vorgenannten Laminatfolien sind zur Ummantelung von vergleichsweise leistungsschwachen Batteriepaketen für Kleingeräte wie Mobiltelefone ausgelegt.
Die auf dem fachfremden technischen Gebiet der Niedrigleistungsbatterien bekannten Laminate eignen sich nicht zur Ummantelung von im Vergleich zu Niedrigleistungsbatteriepaketen großvolumigen Batteriepaketen zum Aufbau einer Hochleistungsbatterie, wie sie beispielsweise in Kraftfahrzeugen zur elektrischen Energieversorgung eines Antriebsmotors benötigt wird. Derartige Hochleistungsbatterien bzw. Batterie-Ummantelungen für aus mehreren, insbesondere in Reihe geschalteten Batteriepaketen bestehende Hochleistungsbatterien müssen weitaus strengeren Anforderungen genügen. Da der Lebenszyklus solcher Hochleistungsbatterie-Pakete wesentlich höher ist als der von Batteriepaketen für Kleinanwendungen muss die Delaminationsstabilität wesentlich verbessert sein. Darüber hinaus sollte die Kaltformbarkeit verbessert sein, da Hochleistungsbatteriepakete großvolumiger sind als Niedrigleistungsbatteriepa- kete. Ferner sollte die mechanische Steifigkeit des zum Einsatz kommenden Ummantelungs-Laminates verbessert sein, um das Risiko einer Beschädigung im Falle eines Unfalls zu vermeiden. Eine derartige Beschädigung kann zu einem plötzlichen Freiwerden großer
Energiemengen führen, was eine erhebliche Brandgefahr mit sich bringt. Ferner sollte die Hitzestabilität des zum Einsatz kommenden Laminates im Vergleich zu den bekannten Laminaten verbessert sein, da die Wärmeentwicklung bei Hochleistungsbatterien im Vergleich zu den bekannten Kleinbatteriepaketen (z.B. Mobiltelefon-Batterien) wesentlich größer ist.
Da die auf dem technischen Gebiet der Niedrigleistungsbatterien bekannten Batteriepakete, genauer deren Ummantelungen, den vorgenannten Anforderungen nicht entsprechen, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Hoch- leistungsbatterie anzugeben, die, bzw. deren Batteriepakete zumindest einer der vorgenannten Anforderungen, vorzugsweise mehrerer oder sämtlicher vorgenannten Anforderungen, genügt/genügen. Ferner besteht die Aufgabe darin, ein System, umfassend einen elektrischen Verbraucher und mindestens eine derartige Hochleistungsbatterie, anzugeben.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, insbesondere dadurch, dass bei einem Batteriepaket für eine Hochleistungsbatterie die Haftschicht zwischen der Schutzschicht und der Innenschicht eine Duroplast- Klebschicht umfasst oder ist. Hinsichtlich des Systems wird die Aufgabe durch die Kombination eines elektrischen Verbrauchers, insbesondere eines elektrischen Antriebsmotors eines Kraftfahrzeugs und mindestens eines wie zuvor beschrieben ausgebildeten Batteriepaketes und/oder einer wie zuvor beschrieben ausgebildeten Anordnung mehrerer Batteriepakete gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. In den Rahmen der Erfindung fallen sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in der Beschreibung, den Ansprüchen und/oder den Figuren offenbarten Merkmalen. Zur Vermeidung von Wiederholungen sollen vorrichtungsgemäß offenbarte Merkmale als verfahrensgemäß offenbart gelten und beanspruchbar sein. Ebenso sollen verfahrensgemäß offenbarte Merkmale als vorrichtungsgemäß offenbart gelten und beanspruchbar sein.
Um den Anforderungen an eine erhöhte Delaminationsstabilität für Hochleistungsbatterien zu genügen, wird vorgeschlagen, bei den die Hochleistungsbatterie bildenden, miteinander verschalteten Batterien, welche mindestens zwei oder mehrere miteinander verschaltete Elektroden aufweisen können, zwischen einer der Batterie zugewandten, vorzugsweise eine Polyolefinfolie, beispielsweise einer Polypropylenfolie umfassenden Innenschicht und einer ebenfalls der Batterie zugewandten, auf der Metallfolie, vorzugsweise einer Aluminiumfolie, vorgesehenen Schutzschicht eine als Duroplast-Klebstoffschicht ausgebildete Haftschicht vorzusehen. Duroplastmaterial, beispielsweise Polyurethan oder Epoxydharz zeichnet sich durch eine verbesserte Stabilität gegenüber Delami- nationsprozessen aus. Darüber hinaus ist die Hitzebeständigkeit gegenüber dem im Stand der Technik bei Mobiltelefon-Batteriepaketen zum Einsatz kommenden säuredenaturierten Polyolefinharz als Haftschicht wesentlich verbessert. Durch die verbesserte Delaminationsbeständigkeit der Haftschicht wird ein langer Lebenszyklus der die Hochleistungsbatterie bildenden Batteriepakete sichergestellt.
Im Hinblick auf die konkrete Ausbildung der Duroplast-Klebstoffschicht gibt es unterschiedliche Möglichkeiten. Die Duroplast-Klebstoffschicht kann aus einer einzigen Schicht bestehen, oder aus Teilklebstoffschichten zusammengesetzt sein. Bevorzugt umfasst die Duroplast-Klebstoffschicht oder besteht aus einer Polyurethanschicht oder einer Epoxydharzschicht. Generell ist anzumerken, dass die zum Einsatz kommenden Schichten oder Folien, von einer einzigen Schicht bzw. einer einzigen Folie gebildet werden können oder von einer Schicht- bzw. Folienanordnung, umfassend mindestens zwei Teilschichten bzw. Folien.
Bei Batteriepaketen für elektrische Kleinanwendungen, bei denen die Niedrig- leistungsbatterie üblicherweise von einem einzigen ummantelten Batteriepaket gebildet wird, weist die als Metallfolie zum Einsatz kommende Aluminiumfolie in der Praxis eine maximale Dicke von 40pm auf. Zur Minimierung der Gefahr einer Zerstörung der Batterieummantelung bei Batteriepaketen für Hochleistungsbatterien ist in Weiterbildung der Erfindung mit Vorteil vorgesehen, dass die Dickenerstreckung der Metallfolie, die vorzugsweise als Aluminiumfolie ausgebildet ist, mindestens 50μιη beträgt. Ganz besonders bevorzugt beträgt die Dicke 60pm. Neben einer erhöhten mechanischen Steifigkeit wird hierdurch vor allem eine (wesentlich) verbesserte Kaltformbarkeit erreicht, wodurch sich das zum Einsatz kommende Folienlaminat verbessert im Tiefziehverfahren verfor- men lässt, um nach der Verformung die, vorzugsweise als Lithium-Polymer- Batterie ausgebildete Batterie aufnehmen zu können. Der Grund für die verbesserte Kaltformbarkeit ist in der Kristallkornstruktur der vorzugsweise als Aluminiumschicht ausgebildeten Metallschicht begründet - je dicker die Metallschicht, insbesondere die Aluminiumschicht ist, desto mehr Kristallkornschichten sind verfügbar, die beim Einwirken von entsprechenden Kräften, insbesondere Scherkräften geschert werden, fließen oder aufeinander gleiten können, ohne dass ein Reißen auftritt oder sogenannte Pinholes entstehen.
Ganz besonders bevorzugt kommt als Metallfolie eine Aluminiumfolie zum Ein- satz, wobei neben reinem Aluminium auch dessen Legierungen zum Einsatz kommen können. Beispielsweise können als Metallfolien aus den folgenden Materialen eingesetzt werden: AI 99,0, AI 99-5 oder Legierungen der Typen AA 8 xxx, wobei die Werkstoffe AA 8006, AA 8014, AA 8021 und AA 8079 besonders geeignet sind. Wie zuvor bereits erwähnt beträgt die Mindestdicke bevor- zugt 60pm.
Ganz besonders bevorzugt ist es, wenn die Dicke der Basisfolie an die Dicke (Stärke) der Metallfolie angepasst ist, wobei die Dicke der Basisfolie bevorzugt mindestens 10μιτι, ganz besonders bevorzugt zumindest näherungsweise 25μπι aufweist.
Die Basisfolie aus Kunststoff kann eine oder mehrere Schichten enthalten. Bei- spielsweise kann es sich um eine Polyesterfolie, z.B. eine Polyethylente- rephthalatfolie (PET), eine Polyamidfolie, ganz besonders bevorzugt eine orientierte Polyamidfolie (oPA), eine Polyolefinfolie, beispielsweise eine orientierte Polypropylenfolie (oPP) handeln, oder die Basisfolie kann mindestens eine der vorgenannten Folien umfassen. Enthält die Basisfolie mehrere Schichten, so kann es sich um zwei oder mehrere jeweils gegenseitig klebstoffkaschierte, extrusionskaschierte und/oder heißkaiandrierte Schichten, respektive Folien handeln. Klebstoffkaschierte Schichten oder Folien können mit wässrigen, lö- semittelhaltigen und/oder lösemittelfreien Klebstoffen verarbeitet werden. Ganz besonders bevorzugt ist es, wenn es sich bei der Basisfolie um eine biaxial ori- entierte Polyamidfolie handelt oder die Basisfolie eine derartige Polyamidfolie umfasst.
Wie eingangs angedeutet, gibt es auch im Hinblick auf die Ausbildung der Innenschicht unterschiedliche Möglichkeiten. Ganz besonders bevorzugt ist es, wenn es sich bei der Innenschicht um eine siegelfähige Schicht handelt. Die Innenschicht kann aus mehreren Schichten aufgebaut sein, die beispielsweise gegenseitig klebstoffkaschiert, lackiert, extrusionskaschiert, heißkalandriert und/oder durch Vorhangbeschichten aufgebrachte bzw. hergestellte Schichten, respektive Folien handelt. Ganz besonders enthält die Innenschicht eine Polyo- lefinschicht oder besteht daraus, beispielsweise Polypropylen, orientiertes Polypropylen (oPP) oder Polyethylen, Polyester, wie Polyethylenterephthalat (PET). Bevorzugt beträgt die Gesamtdicke der insbesondere die innerste Schicht des Laminates bildenden Innenschicht zwischen etwa 5pm und 100pm. Zur weiteren Verbesserung der Delaminationsstabilität der zum Einsatz kommenden Laminatfolie ist in Weiterbildung mit Vorteil vorgesehen, dass zwischen der (äußeren) Basisschicht und der Metallfolie zwei Haftschichten vorgesehen sind, nämlich eine basisfolienseitige Kleberschicht aus Duroplastmaterial und eine metallfolienseitige Primerschicht. Ganz besonders bevorzugt ist es, wenn die Primerschicht nicht unmittelbar an die Metallfolie angrenzt, sondern auf eine auf die Metallfolie aufgebrachte (zusätzliche) basisfolienseitige Schutzschicht, bei der es sich bevorzugt um eine mit der batterieseitigen Schutzschicht der Metallfolie identische Schutzschicht handelt. Ganz besonders bevorzugt handelt es sich bei der Kleberschicht aus Duroplastmaterial um eine Polyurethanschicht, die ganz besonders bevorzugt weniger freie Isocyanatgruppen aufweist als die Primerschicht, um somit eine verbesserte Klebeverbindung zu der insbesondere als orientierte Polyamidschicht ausgebildeten Basisschicht eingehen zu können. Bevorzugt ist die Primerschicht zum Haften an der zuvor beschriebenen (äußeren) Schutzschicht der Metallfoiie ausgebildet.
Auch im Hinblick auf die Ausbildung der mindestens einen Schutzschicht gibt es unterschiedliche Möglichkeiten, bevorzugt handelt es sich um eine Chromat- schicht. Zusätzlich oder alternativ ist es möglich, dass die Schutzschicht mindestens eine der folgenden Substanzen und/oder mindestens ein Oxyd einer der folgenden Substanzen umfasst: Chrom, Fluor, Wolfram, Titan, Silizium.
Ganz besonders bevorzugt ist die Schutzschicht auf die Metallfolie, vorzugs- weise die Aluminiumfolie, nasschemisch aufgebracht, vorzugsweise in dem die Metallfolie, insbesondere eine Aluminiumfolie durch ein entsprechendes Tauchbad geführt oder aufgesprüht wird. Bei dieser Aufbringungsmethode entsteht auf beiden Seiten der Metallfolie eine Schutzschicht. Die Schutzschicht soll bevorzugt derart ausgebildet sein, dass sie die Metallfolie, insbesondere die Alu- miniumfolie vor aggressiven Batterieinhaltsstoffen, insbesondere vor Flusssäure schützt.
Bevorzugt beträgt die Dicke der Metallschutzschicht zwischen etwa 0,1 und 1000 nm.
Ganz besonders bevorzugt ist es, wenn zumindest eine Batterie der die Hochleistungsbatterie bildenden, miteinander verschalteten Batteriepakete als Lithium-Polymer-Batterie ausgebildet ist. Vorzugsweise sind die Batterien sämtli- eher Batteriepakete als Lithium-Polymer-Batterie ausgebildet. Bevorzugt beträgt die Batteriekapazität mindestens eines der Batteriepakete mindestens
30.000mAh, vorzugsweise mindestens 50.000mAh, ganz besonders bevorzugt mindestens 90.000mAh. Besonders zweckmäßig ist es, wenn die Batterien sämtlicher Batteriepakete, die durch Verschaltung die Hochleistungsbatterie bilden, eine der vorgenannten Mindestkapazitäten aufweisen. In Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass an der Batterie mindestens einer der Batteriepakete, vorzugsweise an den Batterien sämtlicher Batteriepakete, für sich betrachtet im aufgeladenen Zustand eine elektrische Spannung von mindestens 3V, noch weiter bevorzugt von mindestens 4V, noch weiter bevorzugt von mindestens 10V, vorzugsweise von mindestens 20V, ganz besonders bevorzugt von mindestens 30V, anliegt.
Werden die Batteriepakete in Reihe geschaltet, addieren sich die Spannungen. Vorzugsweise liegt an den Kontakten der Hochleistungsbatterie im aufgeladenen Zustand eine elektrische Spannung von mindestens 100V, ganz besonders bevorzugt von mindestens 200V, noch weiter bevorzugt von mindestens 300V, noch weiter bevorzugt von mindestens 400V, noch weiter bevorzugt von etwa 410V an. Mit Vorteil ist die anliegende Spannung kleiner als 2.000V, noch wei- ter bevorzugt kleiner als 1.000V.
Besonders zweckmäßig ist es, wenn das Volumen mindestens eines der Batteriepakete 50cm3, vorzugsweise mindestens 100cm3, beträgt. Besonders zweckmäßig ist es, wenn das Volumen sämtlicher Batteriepakete jeweils min- destens 50cm3, noch weiter bevorzugt mindestens 100cm3 beträgt. Besonders zweckmäßig ist es, wenn die Hochleistungsbatterie aus einer Vielzahl von, ganz besonders bevorzugt mindestens 10, insbesondere mindestens 20, identischen, vorzugsweise elektrisch in Reihe geschalteten, Batteriepaketen gebildet ist, wobei die Batteriepakete bevorzugt in einem Umgehäuse, einem so genannten Hochleistungs-Batteriegehäuse, angeordnet sind, wobei bevorzugt jedes Batteriepaket wie zuvor beschrieben erfindungsgemäß ummantelt ist. Besonders zweckmäßig ist es, wenn die Hochleistungsbatterie (inkl. Gehäuse) ein Volumen von mindestens 1dm3, ganz besonders bevorzugt von mindestens 5dm3 aufweist. Ganz besonders bevorzugt beträgt das Volumen mehr als 100dm3, noch weiter bevorzugt mehr als 200dm3, ganz besonders bevorzugt etwa 300dm3 oder mehr.
Besonders bevorzugt ist es, wenn die Hochleistungsbatterie im Betrieb dauerhaft mindestens 10kW, vorzugsweise mindestens 20kW, ganz besonders bevorzugt mindestens 30kW, noch weiter bevorzugt mindestens 75kW Leistung abgeben kann. Alternativ kann es sich bei den vorgenannten Leistungswerten um Maximalwerte, d.h. um Spitzenleistungsabgabewerte handeln.
Ist die Hochleistungsbatterie beispielsweise aus hundert in Reihe geschalteten Batteriepaketen, umfassend jeweils eine ummantelte Lithium-Polymer-Batterie mit einer Kapazität von 90.000mAh, gebildet, wobei jedes Batteriepaket eine Spannung von 3V aufweist, so können an der Hochleistungsbatterie 300V abgegriffen werden. In der Theorie - ohne Berücksichtigung von Verlusten und bei der Annahme, dass die Batterie der Batteriepakete vollständig entleerbar sind - könnte also bei einer derartigen Hochleistungsbatterie eine Stunde lang eine Leistung von 27kW abgegriffen werden.
Ferner betrifft die Erfindung ein System, beispielsweise ein Kraftfahrzeug, umfassend einen elektrischen Verbraucher, der sich ganz besonders bevorzugt durch eine maximale Leistungsaufnahme oder Dauer-Leistungsaufnahme von mindestens 5kW, vorzugsweise von mindestens 10kW, bevorzugt von mindestens 20kW, besonders bevorzugt von mindestens 30kW, noch weiter bevorzugt von mindestens 40kW, noch weiter bevorzugt 75kW auszeichnet. Insbesondere handelt es sich bei dem elektrischen Verbraucher um einen elektrischen Antriebsmotor. Das System umfasst neben dem wie zuvor beschrieben ausgebil- deten elektrischen Verbraucher mindestens eine wie zuvor beschrieben ausgebildete Hochleistungsbatterie, die von mehreren, vorzugsweise in Reihe geschalteten, Batteriepaketen, jeweils umfassend eine Ummantelung, gebildet ist. Vorzugsweise sind die ummantelten und elektrisch verschalteten Batteriepakete in einem Hochleistungsbatteriegehäuse angeordnet.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Diese zeigt in:
Fig.1 den schematischen Aufbau einer möglichen Ausführungsvariante eines Batteriepaketes mit Batterieummantelung, und
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer aus mehreren Batteriepaketen gemäß Fig. 1 aufgebauten Hochleistungsbatterie.
In Fig. 1 ist in einer geschnittenen, unvollständigen Darstellung ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines (Hochleistungs-) Batteriepaketes 1 , insbesondere für Kraftfahrzeuganwendungen, gezeigt, wobei eine Hochleistungsbatterie aus mehreren solcher elektrisch, vorzugsweise in Reihe, verschalteter Batteriepaketen besteht. Das Batteriepaket 1 umfasst eine als Lithium-Polymer- Batterie ausgebildete (Hochleistungs-) Batterie 2, die mit einer Batterieumman- telung 3 ummantelt ist. Die Batterieummantelung 3 ist gebildet von einer Laminatfolie 4 die als innerste, der Batterie 2 zugewandte Innenschicht 5 eine Polypropylenfolie umfasst. Die Innenschicht 5 hat eine Dicke (Stärke) von 50pm. Unmittelbar an die, hier von einer einzigen Folie, alternativ von mehreren Folien gebildete Innenschicht 5 grenzt außen eine Haftschicht 6 an. Die Innenschicht 5 ist gebildet von einer Duroplast-Klebstoffschicht - in dem gezeigten Ausführungsbeispiel einer Polyurethanschicht. Die Haftschicht 6, die in dem gezeigten Ausführungsbeispiel eine Dicke von 4pm aufweist, grenzt auf der von der Innenschicht 5 abgewandten Seite an eine Schutzschicht 7 an, bei der es sich um eine Beschichtung einer Metallfolie 8 handelt. Bei der Metallfolie 8 handelt es sich in dem gezeigten Ausführungsbeispiel um eine Aluminiumfolie, die eine Dicke von 60 m aufweist. Bei der Schutzschicht handelt es sich um eine Chro- matschicht. Die Metallfolie 8 weist nicht nur auf der der Batterie 2 zugewandten Seite, sondern auch auf der von der Batterie 2 abgewandten Seite eine Metall- schutzbeschichtung 9 (Schutzschicht) auf, die identisch ausgebildet ist, wie die Schutzschicht 7. Unmittelbar außen an die Metallschutzschicht 9, die wie die Schutzschicht 7 eine Dicke von 100nm aufweist, grenzt eine Primerschicht 10 mit einer Dicke von 1 ,δμιτι auf. Die Primerschicht 10 ist gebildet von Polyu- rethan-Material. Unmittelbar außen an die Primerschicht 0 grenzt eine Kleberschicht 11 aus Duroplastmaterial, hier aus Polyurethan an, die in dem gezeigten Ausführungsbeispiel eine Dickenerstreckung von 3,5μιτι aufweist. Die Kleberschicht 1 stellt eine dauerhafte Verbindung zu einer ein- oder mehrschichtigen Basisfolie 12 sicher, die die äußerste Schicht der Laminatfolie 4 bildet. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel hat die Basisfolie 12 eine Dickenerstreckung von 25 μητι und ist gebildet von einer Folie aus orientiertem Polyamid (oPA).
In Fig. 2 ist schematisch eine Hochleistungsbatterie 13 gezeigt. Diese umfasst ein Hochleistungsbatteriegehäuse 14, innerhalb dessen lediglich schematisch dargestellte, miteinander in Reihe verschaltete, identische Batteriepakete 1 angeordnet sind. Jedes Batteriepaket 1 umfasst eine Batterieummantelung sowie eine von der Batterieummantelung 3 ummantelte Batterie. Bevorzugt ist jedes Batteriepaket 1 wie in Fig. 1 dargestellt ausgebildet. Lediglich beispielhaft umfasst die Hochleistungsbatterie 13 insgesamt fünfzehn Batteriepakete 1 , jeweils aufweisend eine Kapazität von 100.000mAh und jeweils aufweisend eine Spannung von 30V. An den Kontakten 15, 16 der Hochleistungsbatterie 13 liegt folglich theoretisch eine Spannung von 450V an. Es könnte also zwei Stunden lang eine Leistung von 22,5kW abgegriffen werden und beispielsweise ein 45kW-Motor zwei Stunden lang bei halber Leistung betrieben werden. Bezugszeichenliste
1 Batteriepaket
2 Batterie
3 Batterieummantelung
4 Laminatfolie
5 Innenschicht
6 Haftschicht
7 Schutzschicht
8 Metallfolie
9 Metallschutzschicht
10 Primerschicht
11 Kleberschicht
12 Basisfolie
13 Hochleistungsbatterie
14 Hochleistungsbatteriegehäuse
15 Kontakt
16 Kontakt

Claims

Patentansprüche
1. Hochleistungsbatterie, insbesondere zum Betreiben eines elektrischen KfZ-Antriebsmotors, mit mehreren elektrischen, vorzugsweise in Reihe, verschalteten Batteriepaketen (1) mit jeweils einer Batterie (2), die mit einer Batterieummantelung (3) ummantelt ist, wobei die Batterieummante- lung (3) mindestens eines Batteriepaketes (1), vorzugsweise jedes Batteriepaketes (1), eine Laminatfolie (4) umfasst oder aus dieser besteht, welche aufweist:
• eine Metallfolie (8),
• eine auf der von der Batterie (2) abgewandten Seite der Metallfolie (8) angeordnete Basisfolie (12) aus Kunststoff,
• mindestens eine auf die Metallfolie (8) aufgebrachte Schutzschicht (7) auf der der Batterie (2) zugewandten Seite der Metallfolie (8),
• eine Innenschicht (5) aus Kunststoff,
• eine zwischen der Schutzschicht (7) und der Innenschicht (5) angeordnete Haftschicht (6), wobei die Haftschicht (6) eine Duroplast- Klebstoffschicht umfasst oder ist.
2. Hochleistungsbatterie nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Duroplast-Klebstoffschicht mindestens eine der folgenden Substanzen oder eine Mischung daraus umfasst oder aus den folgenden Substanzen oder einer Mischung daraus besteht: Polyurethan, Epoxydharz.
3. Hochleistungsbatterie nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die Metallfolie (8) eine Dicke von mindestens 50pm, vorzugsweise von δθμιτι, aufweist.
4. Hochleistungsbatterie nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Basisfolie (12) eine Dicke von mindestens 10μιτι, vorzugsweise von 25pm, aufweist.
5. Hochleistungsbatterie nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Basisfolie (12) eine orientierte Poiyamidfolie umfasst oder ist.
6. Hochleistungsbatterie nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Innenschicht (5) mindestens eine, insbesondere orientierte, Polypropylenfolie umfasst und/oder aus mindestens einer , insbesondere orientierten, Polypropylenfolie besteht.
7. Hochleistungsbatterie nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass Innenschicht (5) die innerste Laminatfolienschicht ist.
8. Hochleistungsbatterie nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die zwischen der Basisfolie (12) und der Metallfolie (8) eine basisfo- lienseitige Kleberschicht (11) aus Duroplastmaterial und eine metall- schichtseitige Primerschicht (10) angeordnet sind.
9. Hochleistungsbatterie nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Kleberschicht (11) aus Duroplastmaterial mehr freie Isocya- natgruppen aufweist als die Primerschicht (10) .
10. Hochleistungsbatterie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass die Schutzschicht (7) mindestens eine der Substanzen und/oder mindestens ein Oxid der Substanzen der folgenden Gruppe umfasst: Chrom, Fluor, Wolfram, Titan, Silizium.
11. Hochleistungsbatterie nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die, vorzugsweise jeweils als Lithium-Polymer-Batterie ausgebildeten, Batterien (2) eine Kapazität von mindestens 30.000mAh, vorzugsweise von mindestens 50.000mAh, besonders bevorzugt von mindestens 90.000mAh, und/oder eine Spannung von mindestens 3V, vorzugsweise von mindestens 4V, bevorzugt von mindestens 10V, ganz besonders bevorzugt von mindestens 20V abgibt.
12. Hochleistungsbatterie nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Hochleistungsbatterie (13) eine Spitzenleistungsabgabefähigkeit und/oder Dauerleistungsabgabefähigkeit von mindestens 5kW, bevorzugt von mindestens 10kW, vorzugsweise von mindestens 20kW, bevorzugt von mindestens 30kW, besonders bevorzugt von mindestens 40kW, noch weiter bevorzugt von mindestens 75kW aufweist.
13. Hochleistungsbatterie nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass mindestens eines der Batteriepakete (1) ein Volumen von mindestens 50cm3 aufweisen und/oder dass die Hochleistungsbatterie (13) ein Volumen von mindestens 1dm3, bevorzugt von mindest 5dm3 aufweist.
14. System, insbesondere Kraftfahrzeug, umfassend einen elektrischen
Verbraucher, insbesondere einen Antriebsmotor und eine Hochleistungsbatterie (13), nach einem der Ansprüche 1 bis 13.
15. Verwendung einer Laminatfolie (4) zur Ummantelung mindestens eines von mehreren elektrisch verschalteten Batteriepaketen (1) einer Hochleistungsbatterie (13), wobei die Laminatfolie (4) aufweist: eine Metallfolie (8), eine auf der von der Batterie (2) abgewandten Seite der Metallfolie (8) angeordnete Basisfolie ( 2) aus Kunststoff, mindestens eine auf die Metallfolie (8) aufgebrachte Schutzschicht (7) auf der der Batterie (2) zugewandten Seite der Metallfolie (8), eine Innenschicht (5) aus Kunststoff, eine zwischen der Schutzschicht (7) und der Innenschicht (5) angeordnete Haftschicht (6), wobei die Haftschicht (6) eine Duroplast- Klebstoffschicht umfasst oder ist.
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