WO2012110204A2 - Gehäuse zur aufnahme einer flachen elektrochemischen zelle - Google Patents

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Christian Zahn
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Definitions

  • Housing for receiving a flat electrochemical cell
  • the invention relates to a housing for receiving at least one flat electrochemical cell with a sealing seam extending at least in part at its edge, an arrangement of a plurality of such cells in such a housing and a method for producing such a housing or such an arrangement.
  • Electrochemical energy storage devices also referred to below as electrochemical cells or galvanic cells, are frequently produced in the form of flat, stackable units, from which so-called batteries for various applications can be produced by combining a plurality of such cells.
  • electrochemical cells For the mechanical fixation of the cells within such a stacked arrangement of cells, for example in DE 10 2009 005 124 A1, arrangements of such cells have been proposed in which the cells are held in frames which are provided with suitable construction elements so as to render the cells mechanically stable Aggregate aggregates of several lines.
  • a housing and an insulating wall area have been proposed in EP 2 249 414 A1, which have projections for receiving the cells, resulting waste heat via recesses is dissipated.
  • WO 2006/059421 A1 it is proposed to provide damping plates above and below the cell modules in order to avoid vibrations and resonances.
  • the present invention has for its object to provide a technical teaching for the mechanical fixation or housing flat electrochemical cells, which avoids or overcomes the disadvantages and limitations of known solutions as far as possible.
  • the dependent claims relate to advantageous developments of the invention.
  • the housing for accommodating at least one flat electrochemical cell has two housing side walls arranged essentially parallel to one another and configured to receive the respective cell, wherein a flat cooling bracket is arranged on at least one cell.
  • any device is to be understood that is suitable to shield an electrochemical cell or an aggregation of multiple electrochemical cells against unwanted or disturbing influences from the outside and / or the environment of the electrochemical cell or the aggregation of such electrochemical To protect cells from unwanted effects that may result from the operation of such cells.
  • a housing preferably prevents or impedes unwanted mass transfer or mass transfer or energy exchange between the interior of the housing and the environment.
  • An electrochemical cell is to be understood in this context as meaning an electrochemical energy store, ie a device which Store energy in chemical form, deliver in electrical form to a consumer and preferably can also record in electrical form from a charging device.
  • electrochemical energy stores are galvanic cells or fuel cells.
  • a flat electrochemical cell is to be understood as meaning an electrochemical cell whose external shape is characterized by two essentially parallel surfaces whose vertical distance from one another is shorter than the average length of the cell measured parallel to these surfaces. Between these surfaces, the electrochemically active constituents of the cell are often arranged enveloped by a pack or a cell housing.
  • Such cells are often surrounded by a multilayer foil packaging, which has at the edges of the cell packaging a sealed seam, which is formed by a permanent joining or closing of the foil packaging in the region of the sealed seam.
  • Such cells are often referred to as pouch cells or as coffeebag cells.
  • a bow-shaped component such as Example, in an iron or lyra pantograph be understood, which is configured and arranged to support a heat dissipation.
  • the flat cooling bracket is arranged substantially parallel to the cell, whereby the stability and the heat transfer can be increased.
  • the flat cooling bracket can be formed from a heat-conducting material, whereby the heat dissipation can be increased.
  • the flat cooling bracket can be designed to be elastic, whereby damping by deformations can be achieved.
  • the flat cooling bracket is designed as a substantially U-shaped with two indentations in the longitudinal direction.
  • a flat cooling bracket can be assigned in the housing of each cell.
  • the flat cooling bracket on at least onedeffenleitleitteil, which is designed for the passage of a coolant, and a holding part, which is designed to rest against the flat cell.
  • the flat cooling bracket can have two coolant passage parts which are each designed as a stator part for the cooling bracket.
  • the holding part of the flat cooling bracket can also be configured for the passage of the coolant.
  • the cooling bars can be designed for mutual connection.
  • the cells preferably have a sealed seam extending at their edge at least in regions, wherein the housing side walls have in their inner surfaces for each cell to be received a pair of opposing incisions which are designed to receive the at least one sealed seam of the respective cell.
  • the embodiment of the pair of opposite incisions provided for receiving the at least one sealed seam of the respective cell relates to the shape, size and arrangement of these incisions suitable for this purpose.
  • a housing in which at least one housing wall disposed between the two Genzoufro- walls is provided which has an incision in its inner surface for each cell to be received, which formed for receiving the at least one sealed seam of the at least one cell is.
  • a housing wall arranged between the two housing side walls preferably forms the bottom of the housing and / or the cover of the housing.
  • a further housing wall disposed between the two housing sidewalls may also be a housing intermediate wall separating a plurality of layers of electrochemical cells housed within a housing.
  • a further preferred embodiment of the invention provides at least one intermediate housing wall arranged between two incisions, which is preferably arranged between two adjacent electrochemical cells.
  • Such housing partitions preferably serve to thermally and / or mechanically separate the adjacent electrochemical cells from each other to avoid or prevent unwanted interactions between adjacent electrochemical cells as far as possible.
  • At least one of the housing walls, housing partition walls or housing side walls is at least partially made of a compressible, particularly preferably an elastic material.
  • a compressible particularly preferably an elastic material.
  • materials made of a foam preferably of a polyethylene foam plastic.
  • Such materials are particularly suitable for absorbing mechanical vibrations, shock or other potentially harmful influences and their
  • the housing as housing comprising the entire cell body, preferably on the battery module level, whereby application-specific vibration or thermal loads are isolated or at least partially absorbed.
  • it is provided to adjust the housing block or the housing walls, housing partition walls or housing side walls with pockets material side so that even with an aging cell by partial elasticity of the material can be maintained optimal for cell operation pressure over the life of the cell.
  • the optimum pressure can thus be maintained, whereby in particular the life of cells containing Separion separators, the process of aging and thus the Life of the cell can be positively influenced.
  • This is preferably achieved by the flexible pressure of the cell walls on the pocketed housing walls, housing partitions or housing side walls in the process of aging with a consequent lightweight construction.
  • the housing or the housing walls, housing partition walls or housing side walls are preferably protected against undesired effects to the outside by means of a multilayer composite material, by means of a hybrid material or by means of a fiber composite material or by means of similar lightweight construction materials.
  • a multilayer composite material by means of a hybrid material or by means of a fiber composite material or by means of similar lightweight construction materials.
  • Preferably good heat conductive materials are used.
  • an elastomer is used as the base or matrix material for this fiber composite material.
  • the reinforcing fibers in this material are multidirectional, preferably targeted or unidirectional.
  • an increase in the component strength of the walls of the housing is preferably achieved and thus the safety of the battery housing is increased.
  • the deformation of the housing walls, housing partition walls or housing side walls is preferably influenced.
  • a directed, locally different deformation of the housing walls, housing partition walls or housing side walls is thus achieved.
  • housing partition walls or housing side walls is achieved in particular that this expands in existing cavities or recesses which surround the battery case.
  • a directed deformation are preferably the uncontrolled contact with objects which surround the battery case, eg frame parts or other battery case, avoided and thus increases the security of the battery case.
  • the reinforcing fibers of this fiber composite material for this side wall according to the invention preferably consist of a plastic. Preferably, this has a deviating from the base material expansion behavior.
  • these reinforcing fibers are made of nylon or aramid.
  • the reinforcing fibers may also be made of a material from a group of materials other than plastic, such as may be glass, metal, ceramic or carbon fibers.
  • the reinforcing fibers preferably have a thickness of from 1 ⁇ m to 1000 ⁇ m, preferably from 10 ⁇ m to 100 ⁇ m, and particularly preferably from 20 ⁇ m to 40 ⁇ m.
  • the expansion behavior of these reinforcing fibers can preferably be influenced by their geometry, for example by the cross-sectional area lying normal to the main stress direction, or preferably by their modulus of elasticity. Due to the different expansion behavior of the reinforcing fibers and the base material can influence the deformation behavior of this side wall and thus increase the safety of the battery case.
  • the side wall is at least partially made of a plastic having an elongation at break of 100% to 1000%, such as polyolefin, of a plastic having an elongation at break of 50% to 500%, such as polyamide or a plastic with an elongation at break of 5% 80%, such as polycarbonate.
  • the side wall is at least partially made of a plastic from the group of poly-ethylene-propylene dienes (EPDM).
  • EPDM poly-ethylene-propylene dienes
  • this plastic is not chemically attacked or decomposed by the contents of an electrochemical energy storage device or by the reaction products thereof.
  • a coating or a protective device prevents reactive ingredients from coming into contact with this side wall.
  • by a suitable choice of the plastic for the side wall prevents reactive substances from leaking from the battery case, so that the security is increased.
  • the thermal conductivity is preferably achieved by a high proportion of thermally conductive fibers, which preferably consist of a material having the aforementioned thermal conduction properties.
  • a fiber composite material has a fiber content of 30 to 95% by volume, preferably 40 to 80% by volume and more preferably 50 to 65% by volume.
  • this is a material with a high thermal conductivity, preferably with a thermal conductivity at 20 ° C of 40 to 1000 W / (K * m), preferably 100 to 400 W / (K * m) and more preferably about 220 W. / (K * m).
  • this material comprises aluminum as an essential component, further constituents may preferably be manganese, magnesium, copper, silicon, nickel, zinc and beryllium.
  • a hybrid material is to be understood as meaning a material which, in regions, consists of a plastic, preferably of a fiber-reinforced plastic and preferably at least partially of a metallic material.
  • the hybrid material preferably has good thermal conduction properties
  • this thermal conductivity is less than 0.5 W / (K * m), preferably less than 0.2 W / (K * m), and more preferably less than 0.1 W / (K * m), each at 20 ° C. Due to the favorable thermal conduction properties and in the case of a hybrid material and the good insulation properties of the battery case, the temperature balance of the energy storage devices can be easily influenced and thus increase the reliability.
  • the housing according to the invention or the arrangement according to the invention has a cell pressure distribution layer.
  • the serves Cell pressure distribution layer of the planar distribution of a force or a pressure which is exerted by a foreign body on this cell pressure distribution layer.
  • the cell pressure distribution layer separates the battery cell from a foreign body.
  • a cell pressure distribution layer comprises at least one material from the following group, which includes: iron-containing alloys, steel, light metals such as aluminum, titanium or magnesium, in particular crosslinked plastics, plastics with fillers and / or fabrics / layers, in particular with carbon, Glass and / or aramid fibers.
  • a cell pressure distribution layer honeycomb structures, in particular with aramid fibers and / or a metal foil, wherein particularly preferably the longitudinal axes of the honeycomb are arranged in the direction of the acting foreign body.
  • the honeycombs are closed in the longitudinal direction with a cover layer.
  • the cell pressure distribution layer preferably has a rib or web, which particularly preferably extends in the direction of an expected foreign body.
  • the cell pressure distribution layer is preferably arranged only in predetermined areas of the housing or of the arrangement, particularly preferably in areas in which a danger by a foreign body with in particular a small end face is to be expected.
  • a cell pressure distribution layer is at least partially electrically conductive, in particular by means of a metallic coating and / or a metal wire.
  • the housing has at least partially a material from the following group, which includes: iron-containing alloys, steel, light metals such as aluminum, titanium or magnesium, plastics such as in particular PP, PA or PE, which are especially crosslinked and which in particular with fillers and / or woven / laid, especially with glass and / or aramid fibers.
  • the housing has a honeycomb structure at least in some areas, particularly preferably with aramid fibers and / or with a metal foil, with particular preference being given to Longitudinal axes of the honeycomb are arranged in the direction of the acting foreign body.
  • the material of the housing walls, housing partition walls or housing side walls with flame retardant additives or with extinguishing agents or with extinguishing additives to fire in the event of a cell cell extinction as close to the source and preferably also without external influence to achieve.
  • a fire is to be understood as any process in which the energy store or parts of the energy store or its surroundings transform or decompose in an undesired chemical reaction. Fires in this sense are in particular exothermic chemical reactions of components or components of an energy storage device or its environment, which often occur as a result of overheating of the energy storage device or its components.
  • an extinguishing agent is to be understood as meaning a substance or a substance mixture which exerts a extinguishing effect, ie preferably an inhibiting effect on fires and / or prevents or impedes the formation of fires.
  • an extinguishing effect should preferably be understood to mean an effect which counteracts a fire, ie which can prevent or mitigate the consequences or the development of a fire.
  • extinguishing agents or their preferred ingredients are substances which deprive a fire source of a chemical reactant without which the fire can not be sustained, or which inhibit a chemical reaction conducive to the initiation or maintenance of a fire.
  • Extinguishing agents are preferably prepared by mixing an extinguishing additive or a flame retardant additive with a solvent or with a carrier.
  • fire-retardant additives are preferably so-called D extinguishing powder (also: metal fire powder, metal fire extinguisher powder, M powder) or a so-called ABC extinguishing powder, ie preferably an extinguishing agent additive or fire retardant additive, which is predominantly finely ground Ammonium phosphate and ammonium sulfate.
  • preferred D-erosion powders preferably consist mainly of very finely ground alkali chlorides (often sodium chloride). A special feature of these substances is their high reaction and temperature stability.
  • Preferred extinguishing agent additives or fire-retardant additives in the context of this invention are so-called gelling agents which, in connection with other materials, solvents or carriers such as preferably water, preferably form adhesive and preferably viscous gels or viscoelastic fluids, preferably characterized by their high adhesiveness to burning objects and their surfaces are distinguished.
  • Gelling agents are preferred examples of extinguishing agent additives, which are preferably based on so-called superabsorbents, and which are preferably kept as powder or solid materials or else as emulsions.
  • Superabsorbents can often take up many times their weight or volume of water or other carrier substance. Water-based gels which are formed by corresponding superabsorbents by mixing with water have the advantage over conventional foam carpets that an airtight barrier layer is formed which lasts longer than conventional foam carpets and which releases significantly less water to the combustible material.
  • a viscoelastic fluid is to be understood as meaning a fluid which has the property of viscoelasticity.
  • An (ideal) fluid is understood as meaning a substance which does not resist any slow shear (approximately).
  • compressible fluids gases
  • incompressible fluids liquids
  • the superordinate term "fluid” is used because most physical laws apply (approximately) equally to gases and liquids, and many of their properties differ only quantitatively, but not fundamentally qualitatively, because of their behavior real fluids can be classified into "Newtonian fluids.””with the descriptive fluid mechanics and non-Newtonian fluids with the descriptive rheology.
  • the difference here is in the flow behavior of the medium, which is described by the functional relationship of shear stress or shear stress and distortion velocity or shear rate.
  • Viscoelasticity refers to the time, temperature and / or frequency dependent elasticity of fluids such as e.g. of polymeric melts or solids, such as plastics.
  • the viscoelasticity is characterized by a partially elastic, partially viscous behavior. After removal of an external force, the material returns only incompletely to its original state; the remaining energy is dissipated in the form of flow processes.
  • a gel is to be understood to mean a finely dispersed system comprising at least one first, often solid and at least one second, frequently liquid phase.
  • a gel is often a colloid.
  • the solid phase forms a spongy, three-dimensional network whose pores are filled by a liquid or by a gas. Both phases often penetrate completely.
  • Colloids are particles or droplets which are finely distributed in another medium (solid, gas or liquid), the dispersion medium.
  • an electrochemical energy store in which the extinguishing agent or the extinguishing agent additive is a solid or an elastically deformable material or is contained in such a material.
  • the term of the solid is meant in In this context, also pressed aggregations of powders or foams, preferably elastically deformable foams comprise.
  • an electrochemical energy store in which the extinguishing agent or the extinguishing agent additive is arranged as a spacer or edge protection plates between each two adjacent electrochemical cells or between an electrochemical cell and a housing wall.
  • an electrochemical energy store in which the extinguishing agent or the extinguishing agent additive can absorb or contain a multiple of its volume of water.
  • the extinguishing agent or the extinguishing agent additive can absorb or contain a multiple of its volume of water.
  • extinguishing agents based on gelling agents preferably those containing extinguishing agent additives based on so-called superabsorbents.
  • an electrochemical energy store in which the extinguishing agent or the extinguishing agent additive contains at least one polymer, preferably a copolymer, particularly preferably an acrylamide copolymer or a sodium acrylate copolymer.
  • an electrochemical energy store in which the extinguishing agent or the extinguishing agent additive contains at least one fatty acid ester.
  • an electrochemical energy store in which the extinguishing agent or the extinguishing agent additive contains at least one surfactant.
  • an electrochemical energy store is provided in which the extinguishing agent or the extinguishing agent additive at least one mixture or an emulsion of water and at least one fatty acid ester, at least one polymer, preferably a copolymer, more preferably an acrylamide copolymer or a sodium acrylate copolymer.
  • an electrochemical energy store in which the extinguishing agent is a mixture or an emulsion of about 28% of at least one polymer, about 6% of at least one surfactant, about 23% of at least one ester oil and about 43 Contains% water.
  • an electrochemical energy store is provided, is used in the extinguishing agent additive in conjunction with water and a mixture or an emulsion of about 50% of at least one polymer, about 10% of at least one surfactant and about 40% at least of an ester oil.
  • the carrier substance, with which the extinguishing agent additive can mix to form an extinguishing agent a coolant which flows through a closed during normal operation of the energy storage coolant circuit, which is designed so that the coolant in certain cases from the closed fire Exiting the coolant circuit and can develop a extinguishing effect at these points.
  • the extinguishing effect can be selectively developed in certain places that are affected by a fire; At the same time, the effect can be retained as a coolant.
  • a coolant is to be understood to mean a fluid material, preferably a gaseous or liquid heat transport medium, which can absorb heat from its environment, transport this heat through the flow, and also deliver this heat to its environment, and that on the basis of is suitable for its physical properties, heat by heat conduction and / or heat transfer via aerodynamic or hydrodynamic flows, in particular via Convection currents to transport in the heat transport medium.
  • heat transfer media commonly used in the art are, for example, air or water or other common coolants.
  • gases or liquids are common, such as chemically inert (less reactive) gases or liquids, such as noble gases or liquefied noble gases or substances with high heat capacity and / or thermal conductivity.
  • a flowable material should be understood to mean any material in which a flow can form in the aerodynamic or hydrodynamic sense, or in which such a flow can be maintained.
  • examples of such materials are in particular gases and liquids. But even in a mixture of liquids or gases and finely divided solids, so-called aerosols, or in colloidal solutions flows in this sense can be maintained or arise.
  • a particularly preferred device according to the invention has a device for stabilizing the coolant pressure in the case of local leakage of the coolant from the coolant circuit in the event of fire.
  • This embodiment of the invention may be associated with a substantial or complete preservation of the refrigerant pressure and thus the cooling effect, when the refrigerant escapes in places from the cooling circuit to develop its extinguishing effect at these points.
  • the local leakage of the coolant in case of fire is preferably effected by valves with a preferably mechatronic or sensory triggering mechanism.
  • valves with a preferably mechatronic or sensory triggering mechanism it is possible to selectively apply an extinguishing agent in case of fire to a continuous cell and thus to prevent the so-called cascade effect.
  • an extinguishing agent additive consisting of a mixture of at least one polymer, at least one surfactant and at least one ester oil.
  • an additive consisting of a mixture of about 50% of at least one polymer, about 10% of at least one surfactant and about 40% of at least one ester oil.
  • the beneficial effects of the cooling and extinguishing mixture or the additive are due to the viscoelasticity of the cooling and extinguishing mixture and its ability to bind water.
  • the adhesive force of the coolant can also be increased on smooth surfaces. The liquid does not drain off unused.
  • the evaporation rate of the liquid can be considerably reduced even at higher temperatures. This can reduce the fluid consumption be significantly reduced.
  • the liquid incorporated in a gel structure can exert an increased cooling effect due to the relatively high layer thickness and the reduced rate of evaporation. This effect is of particular importance in combating fires at very high temperatures.
  • the extinguishing agent additive in some preferred embodiments, is preferably in the form of a mixture consisting of P wt% of at least one polymer, T wt% of at least one surfactant and E wt% of at least one ester oil, based on the total amount of the additive :
  • This may preferably be an arrangement of cooling channels, heat conductors or heat pipes. In this way it is possible to stabilize the operating temperature of the electrochemical cells and in this way to contribute to the most efficient and safe operation of the electrochemical cells.
  • the heat-conducting or heat-transporting structures are preferably cooling channels, wires or similar structures in comb-shape or in YO-shape, which are preferably arranged axially and wide-legged.
  • the housing block or the entire assembly is mechanically stabilized and held, and that the Cooling substance side approached to the cells and has the function of a supporting element that acts vibration-inhibiting.
  • Preferred materials in this context are C fibers, copper, heat conducting foils or cooling fins.
  • At least one of the housing walls, housing partition walls or housing side walls has a preferably gas-filled cavity.
  • Such cavities preferably serve to allow expansion of the electrochemical cells during operation and to accommodate the associated increase in volume of the cells in order to avoid or reduce adverse effects of such volume increases of individual cells on adjacent cells.
  • the sealing seams of the cells are at least partially and at least partially embedded in the recesses in the housing walls and / or in the housing side walls.
  • the cells are held in the housing by frictional engagement between the cells and at least one of the housing walls, housing partitions or housing side walls.
  • a method for producing a housing or an arrangement according to the invention is further provided, in which the housing is wholly or partially cut from a strand.
  • the features of the described and further embodiments of the invention can be combined with each other in an advantageous manner, whereby the skilled person further embodiments of the invention are available, which can not be described exhaustively and completely.
  • the invention will be described in more detail below on the basis of preferred exemplary embodiments and with the aid of figures. Shown schematically shows an inventive arrangement of flat electrochemical cells with flat cooling brackets.
  • FIG. 1 shows schematically an inventive arrangement of flat electrochemical cells 2 with flat cooling brackets 9.
  • the coolant passage part 12 may be formed as a stator part for the cooling bracket.
  • the cooling brackets 9 can be designed for mutual connection and for the passage of the coolant. From Figures 2a and 2b it can be seen that the cooling bracket 9 may be U-shaped with two indentations 10 along the longitudinal direction 1 1 of the cooling bracket 9, wherein the figure 2a the cooling bracket 9 in an unloaded condition and the figure 2b the cooling bracket 9 in a loaded state shows.
  • FIG. 3 shows a schematic plan view of the heat flow of the arrangement of electrochemical flat cells 2 shown in FIG. 1 with cooling brackets 9, which are connected to one another for the continuous passage of the coolant.
  • Figure 4 shows schematically an embodiment of a flat electrochemical cell 2, in which the Abieiter 6a and 6b, ie the electrical connections of the cell are led out at opposite ends of the cell from the wrapping or packaging of the cell.
  • the packaging or wrapping of the electrochemical cell is closed on the side by means of a sealing seam 3, which is formed, for example, by a heat-sealing step or similar process steps in which, for example, the multiple layers of the packaging film are connected to each other in a fluid fashion, so that a mass transfer between the interior the electrochemical cell and its environment is practically excluded.
  • the sealing seam 3 is regularly considerably thinner than the actual body of the electrochemical cell.
  • the sealed seam is suitable for being inserted into an incision in a housing wall of a housing according to the invention for accommodating one or more such electrochemical cells.
  • FIG. 5 schematically shows a further preferred embodiment of a flat electrochemical cell in which the conductors 6a and 6b at the same end are removed from the edge of the envelope or packaging of the electrochemical cell. chemical cell are led out. Since in this embodiment the flat electrochemical cell at the opposite end no Abieiter be led out of the edge region of the cell 2, the width of the sealing seam 3 is narrower at this opposite end than at the end from which the Abieiter 6a and 6b are led out. Therefore, not only the lateral areas of the sealing seam 3 but also the region of the sealing seam 3 opposite the Abieitern are suitable for being inserted into an incision in a wall of a housing according to the invention. In the embodiment shown in Figure 5 at the end of the cell by the Abieiter are led out of the edge region, and where the seal is correspondingly wider, circular openings 7 are provided through the sealing seam, which can serve to secure the cell.
  • the embodiment of the electrochemical cell shown in FIG. 4 is particularly suitable for housing forms in which two opposite housing side walls of the housing according to the invention have incisions in which the sealed seam 3 can be embedded
  • the embodiment of an electrochemical cell shown in FIG. 5 is in a special way is suitable for being embedded with its sealing seam 3 not only in recesses in the two side walls but also in an indentation in the bottom plate of a housing.
  • FIG. 6 schematically shows an exemplary embodiment of a housing according to the invention with two housing side walls 4 lying opposite each other, which have recesses 5 in which the sealing seams 3 of a plurality of electrochemical cells 2 with dischargers 6 are embedded. Between the electrochemical cells housing intermediate walls 8 are arranged.
  • FIG. 1 A perspective side view of a preferred embodiment of a housing 1 according to the invention schematically shows the figure 4, wherein the electrochemical cells of the construction shown in Figure 5, in which the Abieiter at the same end of the galvanic cell from the wall area protrude with their sealing seams 3 in the sipes 5 of the housing side walls 4 of the housing 1 are embedded.
  • FIG. 8 schematically shows an enlarged view of a detail of an arrangement according to the invention, in which an electrochemical cell 2 with its sealing seams 3 is embedded in notches 5 of two opposite housing side walls 4 of a housing 1.
  • the present invention and its embodiments provide the advantageous possibility to dispense with a frame construction for electromagnetic cells and insert the cells directly via cooling bracket and / or with their sealed seam directly into a housing according to the invention. It is also advantageous in particular that a desired heat dissipation can be achieved via the cooling brackets in addition to the reception of the cells.
  • Another advantage is that the sealing seam of the electrochemical cells with appropriate choice of the housing material, which preferably consists of a compressible and elastic material, particularly preferably made of a foam plastic material to protect. This is made possible in particular by the fact that in some embodiments of the invention, the cell is held by a frictional engagement over the entire surface and thereby can be relieved additionally.
  • those embodiments of the invention that rely on appropriate materials and / or the possibility of using housing partitions provide additional protection against mechanical effects on the cells, for example against the effects of unwanted vibrations.
  • the advantageous given the possibility that the electrochemical cells can expand their volume, without this being to be feared undesirable effects on adjacent cells or other damage.
  • manufacturing tolerances in the manufacture of electrochemical cells can be well compensated by suitably embodied embodiments of the invention. With appropriate choice of material significant weight savings compared to batteries are possible in which the electrochemical cells are held by frame structures.
  • housing intermediate walls can be embedded in these housing intermediate walls in those embodiments which provide such intermediate walls, for example, wire elements. This is particularly advantageous, for example, if the housing intermediate walls made of a foam plastic material.
  • other heat conduction or skilletrans port means can be embedded in the housing intermediate walls or in other housing walls.
  • housing or parts of this housing according to the invention are made of foam material, such foam blocks can be produced inexpensively as an endless product or as a strand cost and tailored to fit.

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Abstract

Ein Gehäuse (1) zur Aufnahme wenigstens einer flachen elektrochemischen Zelle (2) weist zwei im Wesentlichen parallel zueinander angeordnete Gehäuseseitenwände (4) auf, wobei an mindestens einer flachen elektrochemischen Zelle (2) ein flacher Kühlbügel (9) angeordnet ist. Vorzugsweise ist der flache Kühlbügel (9) im Wesentlichen parallel zu der flachen elektrochemischen Zelle (2) angeordnet. Auch kann die flache elektrochemische Zelle (2) eine wenigstens bereichsweise an ihrem Rand verlaufende Siegelnaht (3) und können die parallel zueinander angeordneten Gehäuseseitenwände (4) in ihren einander zugewandten Innenflächen für jede aufzunehmende flache elektrochemische Zelle (2) ein Paar gegenüber liegender Einschnitte (5) aufweisen, die zur Aufnahme der wenigstens einen Siegelnaht (3) der jeweiligen flachen elektrochemischen Zelle (2) ausgestaltet sind.

Description

Gehäuse zur Aufnahme einer flachen elektrochemischen Zelle
B e s c h r e i b u n g
Hiermit wird der gesamte Inhalt der Prioritätsanmeldung DE 10 201 1 01 1 238.3 durch Bezugnahme Bestandteil der vorliegenden Anmeldung.
Die Erfindung betrifft ein Gehäuse zur Aufnahme wenigstens einer flachen elektrochemischen Zelle mit einer wenigstens bereichsweise an ihrem Rand verlaufenden Siegelnaht, eine Anordnung einer Mehrzahl solcher Zellen in einem solchen Gehäuse und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Gehäuses bzw. einer solchen Anordnung.
Elektrochemische Energiespeicher, im Folgenden auch als elektrochemische oder galvanische Zellen bezeichnet, werden häufig in der Form flacher, stapelbarer Einheiten hergestellt, aus denen durch Zusammenfassung einer Mehrzahl solcher Zellen so genannte Batterien für verschiedene Anwendungen hergestellt werden können. Zur mechanischen Fixierung der Zellen innerhalb einer solchen Stapelanordnung von Zellen sind beispielweise in der DE 10 2009 005 124 A1 Anordnungen solcher Zellen vorgeschlagen worden, bei denen die Zellen in Rahmen gehalten werden, die mit geeigneten Konstruktionselementen versehen sind, um die Zeilen so zu mechanisch stabilen Aggregaten aus mehreren Zeilen zusammenzufassen. In Hinblick auf einen Vibrations- und Aufprallschutz dieser Zellen in einem Energiespeicher sind in der EP 2 249 414 A1 ein Gehäuse und ein isolierender Wandbereich vorgeschlagen worden, die zur Aufnahme der Zellen Vorsprünge aufweisen, wobei entstehende Abwärme über Aussparungen abgeführt wird. In der WO 2006/059421 A1 wird vorgeschlagen zur Vermeidung von Vibrationen und Resonanzen ober- und unterhalb der Zellmodule Dämpfungsplatten vorzusehen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine technische Lehre zur mechanischen Fixierung oder Einhausung flacher elektrochemischer Zellen anzugeben, die Nachteile und Beschränkungen bekannter Lösungen nach Möglichkeit vermeidet oder überwindet.
Diese Aufgabe wird durch ein Gehäuse zur Aufnahme wenigstens einer flachen elektrochemischen Zelle nach Anspruch 1 , durch eine Anordnung einer Mehr- zahl solcher Zellen gemäß Anspruch 19 und durch ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Gehäuses oder einer solchen Anordnung nach Anspruch 23 gelöst. Die Unteransprüche beziehen sich auf vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
Erfindungsgemäß weist das Gehäuse zur Aufnahme wenigstens einer flachen elektrochemischen Zelle zwei im Wesentlichen parallel zueinander angeordnete Gehäuseseitenwände auf, die zur Aufnahme der jeweiligen Zelle ausgestaltet sind, wobei an mindestens einer Zelle ein flacher Kühlbügel angeordnet ist.
Unter einem Gehäuse im Sinne der vorliegenden Erfindung ist dabei jede Einrichtung zu verstehen, die geeignet ist, eine elektrochemische Zelle oder eine Aggregation aus mehreren elektrochemischen Zellen gegen unerwünschte oder störende Einflüsse von außen abzuschirmen und/oder die Umgebung der elektrochemischen Zelle oder der Aggregation solcher elektrochemischen Zellen vor unerwünschten Einflüssen zu schützen, die durch den Betrieb solcher Zellen entstehen können. Vorzugsweise verhindert oder erschwert ein solches Gehäuse dabei einen unerwünschten Stofftransport oder Stoffaustausch oder Energieaustausch zwischen dem Inneren des Gehäuses und der Umgebung.
Unter einer elektrochemischen Zelle soll in diesem Zusammenhang ein elektrochemischer Energiespeicher verstanden werden, also eine Einrichtung, die Energie in chemischer Form speichern, in elektrischer Form an einen Verbraucher abgeben und vorzugsweise auch in elektrischer Form aus einer Ladeeinrichtung aufnehmen kann. Wichtige Beispiele für solche elektrochemischen Energiespeicher sind galvanische Zellen oder Brennstoffzellen. Unter einer flachen elektrochemischen Zelle soll in diesem Zusammenhang eine elektrochemische Zelle verstanden werden, deren äußere Form durch zwei im wesentlichen parallele Flächen charakterisiert ist, deren senkrechter Abstand voneinander kürzer ist als die parallel zu diesen Flächen gemessene mittlere Länge der Zelle. Zwischen diesen Flächen sind, häufig umhüllt von einer Ver- packung oder einem Zellgehäuse, die elektrochemisch aktiven Bestandteile der Zelle angeordnet. Solche Zellen sind häufig von einer mehrschichtigen Folienverpackung umgeben, die an den Rändern der Zellenverpackung eine Siegelnaht aufweist, die durch ein dauerhaftes Verbinden oder Schließen der Folienverpackung im Bereich der Siegelnaht gebildet ist. Derartige Zellen werden häufig auch als Pouch-Zellen oder als Coffeebag-Zellen bezeichnet.
Unter einem flachen Kühlbügel soll in diesem Zusammenhang ein bügeiförmiges Bauteil wie z. B. bei einem Bügel- oder Lyra-Stromabnehmer verstanden werden, das zur Unterstützung einer Wärmeabfuhr ausgestaltet und angeordnet ist.
Nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der flache Kühlbügel im Wesentlichen parallel zu der Zelle angeordnet, wodurch die Stabilität und der Wärmeübertrag erhöht werden können.
Des Weiteren kann der flache Kühlbügel aus einem wärmeleitenden Material gebildet, wodurch die Wärmeableitung erhöht werden kann. Außerdem kann der flache Kühlbügel elastisch ausgebildet sein, wodurch eine Dämpfung über Ver- formungen erreicht werden kann. Besonders bevorzugt ist der flache Kühlbügel als im Wesentlichen U-förmig mit zwei Einbuchtungen in Längsrichtung ausgebildet. Weiterhin kann in dem Gehäuse jeder Zelle ein flacher Kühlbügel zugeordnet sein. Besonders bevorzugt weist der flache Kühlbügel mindestens ein Kühlmittel- durchleitteil, das zur Durchleitung eines Kühlmittels ausgestaltet ist, und ein Halteteil auf, das zur Anlage an die flache Zelle ausgestaltet ist. Insbesondere kann der flache Kühlbügel zwei Kühlmitteldurchleitteile aufweisen, die jeweils als ein Ständerteil für den Kühlbügel ausgebildet sind. Außerdem kann das Halteteil des flachen Kühlbügels auch zur Durchleitung des Kühlmittels ausgestaltet sein. Des Weiteren können die Kühlbügel zur gegenseitigen Verbindung ausgestaltet sein.
Bevorzugt weisen die Zellen eine wenigstens bereichsweise an ihrem Rand ver- laufende Siegelnaht auf, wobei die Gehäuseseitenwände in ihren Innenflächen für jede aufzunehmende Zelle ein Paar gegenüber liegender Einschnitte aufweisen, die zur Aufnahme der wenigstens einen Siegelnaht der jeweiligen Zelle ausgestaltet sind.
Die zur Aufnahme der wenigstens einen Siegelnaht der jeweiligen Zelle vor- gesehene Ausgestaltung des Paares gegenüber liegender Einschnitte bezieht sich auf die zu diesem Zweck geeignete Formgebung, Größe und Anordnung dieser Einschnitte.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein Gehäuse vorgesehen, bei dem wenigstens eine zwischen den beiden Gehäuseseiten- wänden angeordnete Gehäusewand vorgesehen ist, die in ihrer Innenfläche für jede aufzunehmende Zelle einen Einschnitt aufweist, der zur Aufnahme der wenigstens einen Siegelnaht der wenigstens einen Zelle ausgebildet ist. Eine solche zwischen den beiden Gehäuseseitenwänden angeordnete Gehäusewand bildet vorzugsweise den Boden des Gehäuses und/oder den Deckel des Gehäuses. Bei anderen Ausführungsformen der Erfindung kann eine zwischen den beiden Gehäuseseitenwänden angeordnete weitere Gehäusewand auch eine Gehäusezwischenwand sein, die mehrere Lagen von elektrochemischen Zellen, die in einem Gehäuse untergebracht sind, voneinander trennt. Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht wenigstens eine zwischen zwei Einschnitten angeordnete Gehäusezwischenwand vor, die vorzugsweise zwischen zwei benachbarten elektrochemischen Zellen angeordnet ist. Derartige Gehäusezwischenwände dienen vorzugsweise dazu, die benachbarten elektrochemischen Zellen thermisch und/oder mechanisch voneinander zu separieren, um unerwünschte Wechselwirkungen zwischen benachbarten elektrochemischen Zellen nach Möglichkeit zu vermeiden oder zu verhindern.
Gemäß weiterer bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung ist wenigstens eine der Gehäusewände, Gehäusezwischenwände oder Gehäuseseitenwände zumindest teilweise aus einem kompressiblen, besonders vorzugsweise einem elastischen Material gefertigt. Besonders bevorzugt sind hierbei Materialien aus einem Schaumstoff, vorzugsweise aus einem Polyethylen-Schaumkunststoff.
Solche Materialien sind besonders geeignet, um mechanische Vibrationen, Stöße oder andere möglicherweise schädlich Einflüsse aufzunehmen und deren
Wirkung auf die in dem Gehäuse angeordneten elektrochemischen Zellen zu mindern oder zu beseitigen.
Gemäß weiterer bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung ist es vorgesehen, das Gehäuse als den gesamten Zellkörper umfassende Einhausung vorzugsweise auf Batteriemodulebene auszubilden, wobei anwendungsobligatorische Schwingungs- oder thermische Belastungen isoliert oder zumindest teilweise absorbiert werden. Besonders vorzugsweise ist es vorgesehen, den Gehäuseblock oder die Gehäusewände, Gehäusezwischenwände oder Gehäuseseitenwände mit Taschen materialseitig so einzustellen, dass auch bei einer alternden Zelle durch Teilelastizität des Materials ein für den Zellbetrieb optimaler Druck über die Lebensdauer der Zelle aufrechterhalten werden kann. Bei einer so genannten Zellatmung von beispielsweise 3/10 oder einer Dickenzunahmne durch Alterung kann so der optimale Druck aufrechterhalten werden, wodurch insbesondere die Lebensdauer von Zellen, die Separatoren aus Separion enthalten, der Prozess der Alterung und damit die Lebensdauer der Zelle positiv beeinflusst werden können. Dies wird vorzugsweise durch den flexiblen Andruck der Zellenwände auf die mit Taschen versehenen Gehäusewände, Gehäusezwischenwände oder Gehäuseseitenwände im Prozess der Alterung bei gleichzeitig konsequentem Leichtbau erreicht.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind das Gehäuse oder die Gehäusewände, Gehäusezwischenwände oder Gehäuseseitenwände vorzugsweise nach außen mittels eines Mehrschichtverbundwerkstoffes, mittels eines Hybridwerkstoffs oder mittels eines Faserverbundwerkstoffes oder mittels ähnlicher Leichtbaumaterialien gegen unerwünschte Einwirkungen geschützt. Vorzugsweise kommen dabei gut Wärme leitende Materialien zum Einsatz. Durch eine geeignete Auswahl der hier eingesetzten Faserverbundwerkstoffe kann eine hohe Festigkeit erreicht und sichergestellt werden, sodass keine Partikel oder eindringende Gegenstände auf oder in dem Zellenverbund zu Kurzschlüssen oder Beschädigungen führen.
Vorzugsweise wird für diesen Faserverbundwerkstoff ein Elastomer als Grundoder Matrixwerkstoff verwendet. Vorzugsweise sind die Verstärkungsfasern in diesem Werkstoff multidirektional, vorzugsweise gezielt gerichtet oder uni- direktional ausgerichtet. Durch eine multidirektionale Ausrichtung der Ver- Stärkungsfasern wird vorzugsweise eine Erhöhung der Bauteilfestigkeit der Wände des Gehäuses erreicht und damit die Sicherheit des Batteriegehäuses erhöht. Durch eine wenigstens bereichsweise gezielte, z.B. eine unidirektionale, Ausrichtung der Verstärkungsfasern wird vorzugsweise die Verformung der Gehäusewände, Gehäusezwischenwände oder Gehäuseseitenwände beein- flusst. Vorzugsweise wird damit eine gerichtete, lokal unterschiedliche Verformung der Gehäusewände, Gehäusezwischenwände oder Gehäuseseitenwände erreicht. Durch eine solche gerichtete Verformung der Gehäusewände, Gehäusezwischenwände oder Gehäuseseitenwände wird insbesondere erreicht, dass sich diese in vorhandene Hohlräume oder Ausnehmungen, welche das Batteriegehäuse umgeben, ausdehnt. Durch eine solche gerichtete Verformung werden vorzugsweise der unkontrollierte Kontakt mit Gegenständen welche das Batteriegehäuse umgeben, z.B. Rahmenteile oder weitere Batteriegehäuse, vermieden und damit die Sicherheit des Batteriegehäuses erhöht.
Die Verstärkungsfasern dieses Faserverbundwerkstoffs für diese erfindungs- gemäße Seitenwand bestehen vorzugsweise aus einem Kunststoff. Vorzugsweise weist dieser ein vom Grundwerkstoff abweichendes Dehnungsverhalten auf. Vorzugsweise bestehen diese Verstärkungsfasern aus Nylon oder Aramid. Vorzugsweise können die Verstärkungsfasern auch aus einem Werkstoff aus einer anderen Werkstoffgruppe als Kunststoff bestehen, so z.B. kann es sich um Glas-, Metall-, Keramik- oder Kohlefasern handeln. Vorzugsweise weisen die Verstärkungsfasern eine Dicke von 1 pm bis 1000 pm, vorzugsweise von 10 pm bis 100 pm und besonders bevorzugt von 20 pm bis 40 pm auf. Das Dehnungsverhalten dieser Verstärkungsfasern lässt sich vorzugsweise durch ihre Geometrie, z.B. durch die normal zur Hauptspannungsrichtung liegenden Querschnittsfläche, oder vorzugsweise durch ihren Elastizitätsmodul beeinflussen. Durch das unterschiedlichen Dehnungsverhalten der Verstärkungsfasern und des Grundwerkstoffs lässt sich das Verformungsverhalten dieser Seitenwand beeinflussen und damit die Sicherheit des Batteriegehäuses erhöhen. Vorzugsweise besteht die Seitenwand wenigstens teilweise aus einem Kunststoff mit einer Bruchdehnung von 100% bis 1000%, wie z.B. Polyolefin, aus einem Kunststoff mit einer Bruchdehnung von 50% bis 500%, wie z.B. Polyamid oder aus einem Kunststoff mit einer Bruchdehnung von 5% bis 80%, wie z.B. Polycarbonat. Vorzugsweise besteht die Seitenwand wenigstens teil- weise aus einem Kunststoff aus der Gruppe der Poly-Ethylen-Propylen-Diene (EPDM). Vorzugsweise wird dieser Kunststoff nicht durch die Inhaltsstoffe einer elektrochemischen Energiespeichereinrichtung oder von den Reaktionsprodukten aus dieser chemisch angegriffen oder von diesen zersetzt. Vorzugsweise wird durch eine Beschichtung oder durch eine Schutzeinrichtung ver- hindert, dass reaktive Inhaltsstoffe mit dieser Seitenwand in Kontakt treten. Vorzugsweise wird durch eine geeignete Wahl des Kunststoffs für die Seitenwand verhindert, dass reaktive Stoffe aus dem Batteriegehäuse austreten, damit wird die Sicherheit erhöht.
Bei einem Faserverbundwerkstoff wird die thermische Leitfähigkeit vorzugsweise durch einen hohen Anteil an wärmeleitfähigen Fasern erreicht, welche vorzugsweise aus einem Werkstoff mit den zuvor genannten Wärmeleiteigenschaften bestehen. Vorzugsweise weist ein Faserverbundwerkstoff einen Faseranteil von 30 bis 95 Volumen-%, vorzugsweise von 40 bis 80 Volumen-% und besonders bevorzugt mit 50 bis 65 Volumen-% auf. Vorzugsweise ist dies ein Werkstoff mit einer hohen thermischen Leitfähigkeit, vorzugsweise mit einer thermischen Leitfähigkeit bei 20°C von 40 bis 1000 W/(K*m), bevorzugt 100 bis 400 W/(K*m) und besonders bevorzugt ca. 220 W/(K*m). Vorzugsweise weist dieser Werkstoff als einen wesentlichen Bestandteil Aluminium auf, weitere Bestandteile können vorzugsweise Mangan, Magnesium, Kupfer, Silizium, Nickel, Zink und Beryllium sein.
Unter einem Hybridwerkstoff ist im Sinne der Erfindung ein Werkstoff zu verstehen, der bereichsweise aus einem Kunststoff, vorzugsweise aus einem faserverstärkten Kunststoff und vorzugsweise wenigstens bereichsweise aus einem metallischen Werkstoff besteht. In denjenigen Bereichen, in denen der Hybrid- Werkstoff aus Metall besteht, besitzt er vorzugsweise gute Wärmeleiteigenschaften, in denjenigen Bereichen, in den dieser Werkstoff aus faserverstärktem Kunststoff besteht, besitzt er vorzugsweise gut Wärme- Isolationseigenschaften. Vorzugsweise ist diese Wärmeleitfähigkeit kleiner als 0,5 W/(K*m), bevorzugt kleiner als 0,2 W/(K*m) und besonders bevorzugt kleiner als 0,1 W/(K*m), jeweils bei 20°C. Durch die günstigen Wärmeleiteigenschaften und im Fall eines Hybridwerkstoffs auch die guten Isolationseigenschaften des Batteriegehäuses lassen sich der Temperaturhaushalt der Energiespeichereinrichtungen einfach beeinflussen und somit die Betriebssicherheit erhöhen.
Vorzugsweise weist das erfindungsgemäße Gehäuse bzw. die erfindungs- gemäße Anordnung eine Zell-Druckverteilungslage auf. Insbesondere dient die Zell-Druckverteilungslage der flächigen Verteilung einer Kraft bzw. eines Drucks, welcher von einem Fremdkörper auf diese Zell-Druckverteilungslage ausgeübt wird. Insbesondere trennt die Zell-Druckverteilungslage die Batteriezelle von einem Fremdkörper. Vorzugsweise weist eine Zell-Druckverteilungslage zumindest einen Werkstoff aus der nachfolgenden Gruppe auf, welche beinhaltet: eisenhaltige Legierungen, Stahl, Leichtmetalle wie Aluminium, Titan oder Magnesium, insbesondere vernetzte Kunststoffe, Kunststoffe mit Füllstoffen und/oder Geweben/Gelegen, insbesondere mit Carbon-, Glas- und/oder Aramidfasern. Vorzugsweise weist eine Zell-Druckverteilungslage Wabenstrukturen, insbesondere mit Aramidfasern und/oder einer Metallfolie auf, wobei besonders bevorzugt die Längsachsen der Waben in Richtung des einwirkenden Fremdkörpers angeordnet sind. Vorzugsweise sind die Waben in Längsrichtung mit einer Deckschicht verschlossen. Vorzugsweise weist die Zell-Druckverteilungs- läge eine Rippe bzw. Steg auf, welche sich besonders bevorzugt in Richtung eines erwarteten Fremdkörpers erstreckt. Die Zell-Druckverteilungslage ist vorzugsweise nur in vorbestimmten Bereichen des Gehäuses oder der Anordnung angeordnet, besonders bevorzugt in Bereichen, in welchen eine Gefährdung durch einen Fremdkörper mit insbesondere geringer Stirnfläche zu erwarten ist. Vorzugsweise ist eine Zell-Druckverteilungslage zumindest bereichsweise elektrisch leitend ausgebildet, insbesondere mittels einer metallischen Beschichtung und/oder einem Metalldraht.
Vorzugsweise weist das Gehäuse zumindest bereichsweise einen Werkstoff aus der nachfolgenden Gruppe auf, welche beinhaltet: eisenhaltige Legierungen, Stahl, Leichtmetalle wie Aluminium, Titan oder Magnesium, Kunststoffe wie insbesondere PP, PA oder PE, welche insbesondere vernetzt sind und welche insbesondere mit Füllstoffen und/oder Geweben/Gelegen versteift sind, insbesondere mit Glas- und/oder Aramidfasern. Vorzugsweise weist das Gehäuse zumindest bereichsweise eine Wabenstruktur auf, besonders bevorzugt mit Aramidfasern und/oder mit einer Metallfolie, wobei besonders bevorzugt die Längsachsen der Waben in Richtung des einwirkenden Fremdkörpers angeordnet sind.
Gemäß weiterer bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung ist es vorgesehen, das Material der Gehäusewände, Gehäusezwischenwände oder Gehäuseseitenwände mit brandhemmenden Additiven oder mit Löschmitteln oder mit Löschmitteladditiven zu versehen, um im Falle eines Brandes einer Zelle eine Löschwirkung möglichst nahe am Brandherd und vorzugsweise auch ohne Einwirkung von außen erzielen zu können.
In diesem Zusammenhang ist unter einem Brand jeder Vorgang zu verstehen, bei dem sich der Energiespeicher oder Teile des Energiespeichers oder seiner Umgebung in einer unerwünschten chemischen Reaktion umwandeln oder zersetzen. Brände in diesem Sinne sind insbesondere exotherme chemische Reaktionen von Bauelementen oder Komponenten eines Energiespeichers oder seiner Umgebung, die häufig in Folge einer Überhitzung des Energiespeichers oder seiner Komponenten auftreten.
Unter einem Löschmittel soll in diesem Zusammenhang ein Stoff oder ein Stoffgemisch verstanden werden, das eine Löschwirkung, also vorzugsweise eine hemmende Wirkung auf Brände ausübt und/oder die Entstehung von Bränden verhindert oder erschwert. Unter einer Löschwirkung soll im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung vorzugsweise eine Wirkung verstanden werden, die einem Brand entgegenwirkt, d.h. die die Folgen oder die Entstehung eines Brandes verhindern oder mildern kann. Wichtige Beispiele für Löschmittel oder ihre bevorzugten Inhaltsstoffe, sind Stoffe, welche einem Brandherd einen chemischen Reaktionspartner entziehen, ohne den der Brand nicht aufrechterhalten werden kann, oder welche eine chemische Reaktion inhibieren, die der Initiation oder Aufrechterhaltung eines Brandes förderlich ist. Löschmittel werden vorzugsweise durch Mischung eines Löschmitteladditivs oder eines brandhemmenden Additivs mit einem Lösungsmittel oder mit einem Trägerstoff hergestellt. Als brandhemmende Additive kommen im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung vorzugsweise so genannte D-Löschpulver (auch: Metallbrandpulver, Metallbrandlöschpulver, M-Pulver) oder ein so genanntes ABC-Löschpulver, also vorzugsweise ein Löschmitteladditiv oder brandhemmendes Additiv in Betracht, das überwiegend aus feinst vermahlenen Ammoniumphosphat und Ammoniumsulfat besteht. In diesem Zusammenhang bevorzugte D-Löschpulver bestehen vorzugsweise hauptsächlich aus feinst vermahlenen Alkalichloriden (häufig Natriumchlorid). Ein besonderes Merkmal dieser Stoffe ist ihre hohe Reaktions- und Temperaturstabilität. Bevorzugte Löschmitteladditive oder brandhemmende Additive sind im Zusammenhang mit dieser Erfindung so genannte Gelbildner, die im Zusammenhang mit anderen Materialien, Lösungsmitteln oder Trägerstoffen wie vorzugsweise Wasser vorzugsweise haftfähige und vorzugsweise viskose Gele oder viskoelastische Fluide ausbilden, die sich vorzugsweise durch ihre hohe Haftfähigkeit auf brennenden Objekten und deren Oberflächen auszeichnen. Gelbildner sind bevorzugte Beispiele für Löschmitteladditive, die vorzugsweise auf sogenannten Superabsorbern basieren, und die vorzugsweise als Pulver oder feste Materialien vorgehalten werden oder auch als Emulsionen. Super- absorber können häufig ein Vielfaches ihres Gewichts oder Volumens an Wasser oder einer anderen Trägersubstanz aufnehmen. Gele auf Wasserbasis die durch entsprechende Superabsorber durch Vermischen mit Wasser gebildet werden haben gegenüber herkömmlichen Schaumteppichen den Vorteil, dass eine luftdichte Sperrschicht gebildet wird, die länger bestehen bleibt als bei herkömmlichen Schaumteppichen und die deutlich weniger Wasser an das Brandgut abgibt.
Im Zusammenhang mit der Beschreibung der vorliegenden Erfindung soll unter einem viskoselastischen Fluid ein Fluid verstanden werden, das die Eigenschaft der Viskoselastizität aufweist. Unter einem (idealen) Fluid versteht man eine Substanz, die einer beliebig langsamen Scherung (näherungsweise) keinen Widerstand entgegensetzt. Man unterscheidet kompressible Fluide (Gase) und inkompressible Fluide (Flüssigkeiten). Der übergeordnete Begriff „Fluid" wird verwendet, weil die meisten physikalischen Gesetze für Gase und Flüssigkeiten (näherungsweise) gleichermaßen gelten und sich viele ihrer Eigenschaften nur quantitativ, aber nicht grundsätzlich qualitativ voneinander unterscheiden. Reale Fluide können aufgrund ihres Verhaltens eingeteilt werden in „newtonsche Fluide" mit der sie beschreibenden Strömungsmechanik und nicht-newtonsche Fluide mit der sie beschreibenden Rheologie. Der Unterschied besteht hier im Fließverhalten des Mediums, das durch den funktionalen Zusammenhang von Schubspannung bzw. Scherspannung und Verzerrungsgeschwindigkeit bzw. Schergeschwindigkeit beschrieben wird.
Als Viskoselastizität bezeichnet man die zeit-, temperatur- und/oder frequenzabhängige Elastizität von Fluiden wie z.B. von polymeren Schmelzen oder Festkörpern, wie beispielsweise Kunststoffen. Die Viskoselastizität ist durch ein teilweise elastisches, teilweise viskoses Verhalten geprägt. Das Material kehrt nach Entfernen einer von außen einwirkenden Kraft nur unvollständig in seinen Ausgangszustand zurück; die verbleibende Energie wird in Form von Fließvorgängen abgebaut.
Im Zusammenhang mit der Beschreibung der vorliegenden Erfindung soll unter einem Gel ein feindisperses System aus mindestens einer ersten, häufig festen und mindestens einer zweiten, häufig flüssigen Phase verstanden werden. Ein Gel stellt häufig ein Kolloid dar. Die feste Phase bildet dabei ein schwammartiges, dreidimensionales Netzwerk, dessen Poren durch eine Flüssigkeit oder auch durch ein Gas ausgefüllt sind. Beide Phasen durchdringen sich dabei häufig vollständig. Als Kolloide werden Teilchen oder Tröpfchen bezeichnet, die in einem anderen Medium (Feststoff, Gas oder Flüssigkeit), dem Dispersionsmedium, fein verteilt sind.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein elektrochemischer Energiespeicher vorgesehen, bei dem das Löschmittel oder das Löschmitteladditiv ein Feststoff oder ein elastisch verformbares Material ist oder in einem solchen Material enthalten ist. Der Begriff des Feststoffes soll in diesem Zusammenhang auch gepresste Aggregationen aus Pulvern oder Schaumstoffen, vorzugsweise elastisch verformbare Schaumstoffen, umfassen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein elektrochemischer Energiespeicher vorgesehen, bei dem das Löschmittel oder das Löschmitteladditiv als Abstandhalter oder Kantenschutzplatten zwischen je zwei benachbarten elektrochemischen Zellen oder zwischen einer elektrochemischen Zelle und einer Gehäusewand angeordnet ist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein elektrochemischer Energiespeicher vorgesehen, bei dem das Löschmittel oder das Löschmitteladditiv ein Mehrfaches seines Volumens an Wasser aufnehmen kann oder enthält. Besonders bevorzugt sind in diesem Zusammenhang Löschmittel auf der Basis von Gelbildnern, vorzugsweise solche, die Löschmitteladditive auf der Basis von sogenannten Superabsorbern enthalten.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein elektrochemischer Energiespeicher vorgesehen, bei dem das Löschmittel oder das Löschmitteladditiv wenigstens ein Polymer vorzugsweise ein Copolymer, besonders vorzugsweise einen Acrylamid-Copolymer oder einen Natriumacrylat- Copolymer enthält.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein elektrochemischer Energiespeicher vorgesehen, bei dem das Löschmittel oder das Löschmitteladditiv wenigstens einen Fettsäure-Ester enthält.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein elektrochemischer Energiespeicher vorgesehen, bei dem das Löschmittel oder das Löschmitteladditiv wenigstens ein Tensid enthält. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein elektrochemischer Energiespeicher vorgesehen, bei dem das Löschmittel oder das Löschmitteladditiv wenigstens ein Gemisch oder eine Emulsion aus Wasser und wenigstens einem Fettsäureester, wenigstens einem Polymer, vorzugsweise einem Copolymer, besonders vorzugsweise einem Acrylamid-Copolymer oder einem Natrium-Acrylat-Copolymer enthält.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein elektrochemischer Energiespeicher vorgesehen, bei dem das Löschmittel ein Gemisch oder eine Emulsion aus ca. 28% wenigstens eines Polymers, ca. 6% wenigstens eines Tensids, ca. 23% wenigstens eines Esteröls und ca. 43% Wasser enthält.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein elektrochemischer Energiespeicher vorgesehen, bei dem Löschmitteladditiv in Verbindung mit Wasser verwendet wird und ein Gemisch oder eine Emulsion aus ca. 50% wenigstens eines Polymers, ca. 10% wenigstens eines Tensids und ca. 40% wenigstens eines Esteröls enthält.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Trägersubstanz, mit der sich das Löschmitteladditiv zu einem Löschmittel vermischen kann, ein Kühlmittel, welches durch einen im Normalbetrieb des Energiespeichers geschlossenen Kühlmittelkreislauf strömt, der so ausgestaltet ist, dass das Kühlmittel im Brandfall an bestimmten Stellen aus dem geschlossenen Kühlmittelkreislauf austreten und an diesen Stellen eine Löschwirkung entfalten kann. Auf diese Weise kann die Löschwirkung gezielt an bestimmten Stellen entfaltet werden, die von einem Brand betroffen sind; gleichzeitig kann die Wirkung als Kühlmittel erhalten bleiben.
Unter einem Kühlmittel im Sinne der vorliegenden Erfindung soll ein strömungsfähiges Material, vorzugsweise ein gasförmiges oder flüssiges Wärmetransport- medium verstanden werden, das Wärme aus seiner Umgebung aufnehmen, diese Wärme durch Strömung transportieren, und diese Wärme auch an seine Umgebung abgeben kann, und das aufgrund seiner physikalischen Eigenschaften geeignet ist, Wärme durch Wärmeleitung und/oder Wärmetransport über aerodynamische oder hydrodynamische Ströme, insbesondere auch über Konvektionsströme, im Wärmetransportmedium zu transportieren. Wichtige Beispiele für allgemein in der Technik verwendete Wärmetransportmedien sind beispielsweise Luft oder Wasser oder andere gebräuchliche Kühlmittel. Je nach dem Anwendungszusammenhang sind auch andere Gase oder Flüssigkeiten gebräuchlich, etwa chemisch inerte (wenig reaktionsfähige) Gase oder Flüssigkeiten, wie beispielsweise Edelgase oder verflüssigte Edelgase oder Stoffe mit hoher Wärmekapazität und/oder Wärmeleitfähigkeit.
Unter einem strömungsfähigen Material soll in diesem Zusammenhang jedes Material verstanden werden, in dem sich eine Strömung im aero- oder hydrodynamischen Sinne ausbilden kann, oder in dem eine solche Strömung aufrecht erhalten werden kann. Beispiele für solche Materialien sind insbesondere Gase und Flüssigkeiten. Aber auch in einem Gemisch aus Flüssigkeiten bzw. Gasen und feinverteilten Festkörpern, sog. Aerosolen, oder in kolloidalen Lösungen können Strömungen in diesem Sinne aufrecht erhalten werden oder entstehen.
Eine besonders bevorzugte erfindungsgemäße Vorrichtung weist eine Einrichtung zur Stabilisierung des Kühlmitteldrucks bei einem stellenweisen Austreten des Kühlmittels aus dem Kühlmittelkreislauf im Brandfall auf. Diese Ausführungsform der Erfindung kann mit einer weitgehenden oder vollständigen Erhaltung des Kühlmitteldrucks und damit der Kühlwirkung verbunden sein, wenn das Kühlmittel stellenweise aus dem Kühlkreislauf austritt, um an diesen Stellen seine Löschwirkung zu entfalten.
Das stellenweise Austreten des Kühlmittels im Brandfall wird dabei vorzugsweise durch Ventile mit einem vorzugsweise mechatronischen oder sensorischen Auslösemechanismus bewirkt. So ist es möglich, ein Löschmittel im Brandfall gezielt auf eine durchgehende Zelle aufzubringen und so den so genannten Kaskadeneffekt zu verhindern.
Bevorzugt ist auch ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem Wasser als Kühlmittel verwendet wird, und bei dem dieses Kühlmittel durch einen im Normalbetrieb des Energiespeichers geschlossenen Kühlkreislauf strömt, der so ausgestaltet ist, dass das Wasser im Brandfall an bestimmten Stellen aus dem geschlossenen Kühlmittelkreislauf austreten kann und beim Austreten aus dem Kühlmittelkreislauf mit einem Löschmitteladditiv vermischt wird, wobei ein Gel oder ein viskoselastisches Fluid gebildet wird.
Besonders bevorzugt ist dabei die Verwendung eines Löschmitteladditivs bestehend aus einem Gemisch aus wenigstens einem Polymer, wenigstens einem Tensid und wenigstens einem Esteröl.
Besonders bevorzugt ist ferner ein Additiv bestehend aus einem Gemisch aus ca. 50% wenigstens eines Polymers, ca. 10% wenigstens eines Tensids und ca. 40% wenigstens eines Esteröls.
Bei der Bemessung der Mischungsverhältnisse ist vorzugsweise zu berücksichtigen, dass die vorteilhaften Wirkungen des Kühl- und Löschgemisches oder des Additivs auf der Viskoselastizität des Kühl- und Löschgemisches und auf seiner Fähigkeit, Wasser zu binden, beruhen. Hierdurch kann die Adhäsionskraft des Kühlmittels auch an glatten Flächen erhöht werden. Die Flüssigkeit fließt nicht ungenutzt ab.
Insbesondere bei Gemischen aus Polymeren, Esterölen, Tensiden und Wasser führt eine geeignete Bemessung der Mischungsverhältnisse unter dem Einfluss von kinetischer Energie zu einer wesentlichen Reduktion der Viskosität als im Ruhestadium. Hierdurch kann ein derartiges Gemisch mit niedriger Viskosität durch einen Kühlkreislauf strömen und gleichzeitig bei seinem Austritt an einer Brandstelle aus diesem Kühlkreislauf eine hohe Viskosität aufweisen. Die Fließfähigkeit solcher Gemische ist also hauptsächlich von der Strömungs- geschwindigkeit abhängig.
Durch die chemisch-physikalische Einbindung der Flüssigkeit in eine Gelstruktur kann die Verdunstungsrate der Flüssigkeit auch bei höheren Temperaturen beträchtlich reduziert werden. Hierdurch kann der Flüssigkeitsverbrauch erheblich reduziert werden. An der Brandstelle kann die in eine Gelstruktur eingebundene Flüssigkeit durch die verhältnismäßig hohe Schichtdicke und die reduzierte Verdunstungsgeschwindigkeit eine erhöhte Kühlwirkung entfalten. Dieser Effekt ist bei der Bekämpfung von Bränden mit sehr hohen Temperaturen von besonderer Bedeutung.
Das Löschmitteladditiv hat bei einigen bevorzugten Ausführungsformen vorzugsweise die Form eines Gemisches bestehend aus P Gew.-% wenigstens eines Polymers, T Gew.-% wenigstens eines Tensids und E Gew.-% wenigstens eines Esteröls, bezogen auf die Gesamtmenge des Additivs, wobei gilt:
45 < P < 55,
8 < Γ < 12,
35 < E < 45 und
P + T + E = 100
Gemäß weiterer bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung ist es vorgesehen, dass in wenigstens einer der Gehäusewände, Gehäusezwischen- wände oder Gehäuseseitenwände wenigstens eine wärmeleitende oder wärmetransportierende Struktur eingelassen ist. Dabei kann es sich vorzugsweise um eine Anordnung von Kühlkanälen, von Wärmeleitern oder von Wärmerohren handeln. Auf diese Weise ist es möglich, die Betriebstemperatur der elektrochemischen Zellen zu stabilisieren und auf diese Weise zu einem möglichst effizienten und sicheren Betrieb der elektrochemischen Zellen beizutragen.
Die wärmeleitenden oder wärmetransportierenden Strukturen sind vorzugsweise Kühlkanäle, Drähte oder ähnliche Strukturen in Kammform oder in YO-Form, die vorzugsweise axial und breitbeinig angeordnet sind. Durch diese bevorzugten Ausführungsformen kann erreicht werden, dass der Gehäuseblock oder die gesamte Anordnung mechanisch stabilisiert und gehalten wird, und dass die Kühlung stoffseitig an die Zellen herangeht und die Funktion eines tragenden Elements hat, das vibrationshemmend wirkt. Bevorzugte Materialien sind in diesem Zusammenhang C-Fasern, Kupfer, Wärmeleitfolien oder Kühlrippen.
Gemäß weiterer bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung ist es vor- gesehen, dass wenigstens eine der Gehäusewände, Gehäusezwischenwände oder Gehäuseseitenwände einen vorzugsweise gasgefüllten Hohlraum aufweist. Solche Hohlräume dienen vorzugsweise dazu, ein Ausdehnen der elektrochemischen Zellen im laufenden Betrieb zu ermöglichen und die damit verbundene Volumenvergrößerung der Zellen aufzunehmen, um nachteilige Effekte solcher Volumenzunahmen einzelner Zellen auf benachbarte Zellen zu vermeiden oder vermindern.
Erfindungsgemäß ist ferner einer Anordnung mit einer Mehrzahl von flachen elektrochemischen Zellen mit einer wenigstens bereichsweise am Rand der Zellen verlaufenden Siegelnaht und mit einem oben beschriebenen Gehäuse vorgesehen. Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, dass die Siegelnähte der Zellen wenigstens bereichsweise und wenigstens teilweise in die Einschnitte in den Gehäusewänden und/oder in den Gehäuseseitenwänden eingelassen sind.
Gemäß weiterer bevorzugter Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Anordnung ist es vorgesehen, dass die Zellen durch einen Reibschluss zwischen den Zellen und wenigstens einer der Gehäusewände, Gehäusezwischenwände oder Gehäuseseitenwände in dem Gehäuse gehalten werden.
Erfindungsgemäß ist ferner ein Verfahren zur Herstellung eines Gehäuses oder einer Anordnung gemäß der Erfindung vorgesehen, bei dem das Gehäuse ganz oder teilweise aus einem Strang geschnitten wird. Die Merkmale der beschriebenen und weiter Ausführungsformen der Erfindung können in vorteilhafter Weise miteinander kombiniert werden, wodurch dem Fachmann weitere Ausführungsformen der Erfindung zur Verfügung stehen, die hier nicht abschließend und vollständig beschrieben werden können. Im Folgenden wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele und mit Hilfe von Figuren näher beschrieben. Dabei zeigt in schematischer Weise eine erfindungsgemäße Anordnung flacher elektrochemischer Zellen mit flachen Kühlbügeln;
in schematischer Weise einen Kühlbügel in einem unbelasteten Zustand;
in schematischer Weise einen Kühlbügel in einem belasteten Zustand;
in schematischer Weise den Wärmefluss bei einer Anordnung flacher elektrochemischer Zellen mit flachen Kühlbügeln nach Fig. 1 ; in schematischer Weise eine erste Ausführungsform einer flachen elektrochemischer Zelle;
in schematischer Weise eine zweite Ausführungsform einer flachen elektrochemischen Zelle;
in schematischer Weise eine erfindungsgemäße Anordnung einer Mehrzahl von elektrochemischen Zellen gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
in schematischer Weise ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung; und
in schematischer Weise ein Schnittbild eines Ausschnittes einer erfindungsgemäßen Anordnung.
Figur 1 zeigt in schematischer Weise eine erfindungsgemäße Anordnung flacher elektrochemischer Zellen 2 mit flachen Kühlbügeln 9. Bei diesem Ausführungsbeispiel weist der Kühlbügel 9 ein Kühlmitteldurchleitteil 12, das zur Durchleitung eine Kühlmittel ausgestaltet ist, und ein Halteteil 13 auf, das zur Anlage an die flache elektrochemische Zelle 2 ausgestaltet ist. Wie in der Figur 1 gezeigt ist, kann das Kühlmitteldurchleitteil 12 als ein Ständerteil für den Kühlbügel ausgebildet sein. Des Weiteren können die Kühlbügel 9 zur gegenseitigen Verbindung und zur Durchleitung des Kühlmittels ausgestaltet sein. Aus den Figuren 2a und 2b ist zu erkennen, dass der Kühlbügel 9 U-förmig mit zwei Einbuchtungen 10 entlang der Längsrichtung 1 1 des Kühlbügels 9 ausgebildet sein kann, wobei die Figur 2a den Kühlbügel 9 in einem unbelasteten Zustand und die Figur 2b den Kühlbügel 9 in einem belasteten Zustand zeigt. Auf- grund einer elastischen Ausgestaltung des Kühlbügels 9 kann mit den zwei Einbuchtungen 10 insbesondere gegenüber den Belastungen, die aus der mit dem Pfeil 14 gekennzeichneten Belastungsrichtung erfolgen, eine Dämpfung durch Verformung erreicht und somit die Stabilität der Anordnung erhöht werden. Die Figur 3 zeigt in schematischer Weise in Draufsicht den Wärmefluss der in der Figur 1 gezeigten Anordnung elektrochemischer flacher Zellen 2 mit Kühlbügeln 9, die zur durchgehenden Durchleitung des Kühlmittels miteinander verbunden sind.
Figur 4 zeigt in schematischer Weise ein Ausführungsbeispiel einer flachen elektrochemischen Zelle 2, bei der die Abieiter 6a und 6b, also die elektrischen Anschlüsse der Zelle an gegenüberliegenden Enden der Zelle aus der Umhüllung bzw. Verpackung der Zelle herausgeführt sind. Die Verpackung oder Umhüllung der elektrochemischen Zelle ist an der Seite mit Hilfe einer Siegelnaht 3 geschlossen, die beispielsweise durch einen Heißversiegelungs- schritt oder ähnliche Prozessschritte gebildet wird, bei der beispielsweise die mehreren Schichten der Verpackungsfolie miteinander Stoffflüssig verbunden werden, sodass ein Stoffaustausch zwischen dem Inneren der elektrochemischen Zelle und ihrer Umgebung praktisch ausgeschlossen ist.
Wie in der Figur 4 dargestellt, ist die Siegelnaht 3 regelmäßig erheblich dünner als der eigentliche Körper der elektrochemischen Zelle. Hierdurch eignet sich die Siegelnaht dazu, in einen Einschnitt in einer Gehäusewand eines erfindungsgemäßen Gehäuses zur Aufnahme einer oder mehrerer derartiger elektrochemischer Zellen eingelassen zu werden.
Figur 5 zeigt in schematischer Weise ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer flachen elektrochemischen Zelle, bei der die Abieiter 6a und 6b am selben Ende aus dem Rand der Umhüllung oder Verpackung der elektro- chemischen Zelle herausgeführt sind. Da bei diesem Ausführungsbeispiel der flachen elektrochemischen Zelle am gegenüberliegenden Ende keine Abieiter aus dem Randbereich der Zelle 2 herausgeführt werden, ist die Breite der Siegelnaht 3 an diesem gegenüberliegenden Ende schmaler als an dem Ende, aus dem die Abieiter 6a und 6b herausgeführt sind. Deshalb eignen sich nicht nur die seitlichen Bereiche der Siegelnaht 3 sondern auch der den Abieitern gegenüberliegende Bereich der Siegelnaht 3 dazu, in einen Einschnitt in einer Wand eines erfindungsgemäßen Gehäuses eingelassen zu werden. Bei dem in Figur 5 gezeigten Ausführungsbeispiel sind an dem Ende der Zelle, indem die Abieiter aus dem Randbereich herausgeführt sind, und an dem die Siegelnaht entsprechend breiter ist, kreisförmige Durchbrüche 7 durch die Siegelnaht vorgesehen, die zur Befestigung der Zelle dienen können.
Das in Figur 4 gezeigte Ausführungsbeispiel der elektrochemischen Zelle eignet sich daher vornehmlich für Gehäuseformen bei denen 2 gegenüber liegende Gehäuseseitenwände des erfindungsgemäßen Gehäuses Einschnitte aufweisen, in denen die Siegelnaht 3 eingelassen werden kann, wogegen dass in Figur 5 gezeigte Ausführungsbeispiel einer elektrochemischen Zelle sich in besonderer Weise dafür eignet, mit seiner Siegelnaht 3 nicht nur in Einschnitte in den beiden Seitenwänden sondern auch in einen Einschnitt in der Boden- platte eines Gehäuses eingelassen zu werden.
Die Figur 6 zeigt in schematischer Weise ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Gehäuses mit zwei gegenüber liegenden Gehäuseseitenwänden 4, die Einschnitte 5 aufweisen, in welche die Siegelnähte 3 einer Mehrzahl von elektrochemischen Zellen 2 mit Abieitern 6 eingelassen sind. Zwischen den elektrochemischen Zellen sind Gehäusezwischenwände 8 angeordnet.
Eine perspektivische Seitenansicht eines bevorzugten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Gehäuses 1 zeigt in schematischer Weise die Figur 4, bei der elektrochemische Zellen der in Figur 5 gezeigten Bauweise, bei der die Abieiter an dem selben Ende der galvanischen Zelle aus dem Wandbereich herausragen mit ihren Siegelnähten 3 in die Einschnitte 5 der Gehäuseseitenwände 4 des Gehäuses 1 eingelassen sind.
Figur 8 zeigt in schematischer Weise eine vergrößerte Darstellung eines Ausschnitts einer erfindungsgemäßen Anordnung, bei der eine elektrochemische Zelle 2 mit ihren Siegelnähten 3 in Einschnitte 5 zweier gegenüber liegenden Gehäuseseitenwände 4 eines Gehäuses 1 eingelassen ist.
Die Darstellungen in den Figuren sind vorzugsweise schematisch und insbesondere häufig nicht unbedingt maßstabsgetreu.
Die vorliegende Erfindung und ihre Ausführungsbeispiele bieten die vorteilhafte Möglichkeit, auf eine Rahmenkonstruktion für elektromagnetische Zellen zu verzichten und die Zellen stattdessen über Kühlbügel und/oder mit ihrer Siegelnaht direkt in ein erfindungsgemäßes Gehäuse einzufügen. Vorteilhaft ist dabei insbesondere auch, dass über die Kühlbügel neben der Aufnahme der Zellen auch eine gewünschte Wärmeabfuhr erreicht werden kann. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass die Siegelnaht der elektrochemischen Zellen bei entsprechender Wahl des Gehäusematerials, das vorzugsweise aus einem kompressiblen und elastischen Material, besonders vorzugsweise aus einem Schaumkunststoffmaterial besteht zu schonen. Dies wird insbesondere dadurch ermöglicht, das bei einigen Ausführungsformen der Erfindung die Zelle durch einen Reibschluss über die gesamte Fläche gehalten werden und dadurch zusätzlich entlastet werden kann. Insbesondere diejenigen Ausführungsformen der Erfindung, die auf entsprechende Materialien und/oder auf die Möglichkeit zur Verwendung von Gehäusezwischenwänden zurückgreifen bieten zusätzlichen Schutz vor mechanischen Einwirkungen auf die Zellen, beispielsweise vor den Auswirkungen unerwünschter Schwingungen.
Bei Verwendung eines kompressiblen Materials für die Gehäuse bzw. Gehäusewände, insbesondere Gehäuseseitenwände, Gehäusebodenplatten oder Gehäusezwischenwände, vorzugsweise eines Schaumkunststoffs ist die vorteil- hafte Möglichkeit gegeben, dass die elektrochemischen Zellen ihr Volumen ausdehnen können, ohne das hierdurch unerwünschte Einflüsse auf benachbarte Zellen oder anderweitige Schäden zu befürchten sind. Außerdem können Fertigungstoleranzen bei der Herstellung von elektrochemischen Zellen durch geeignet ausgeführte Ausführungsbeispiele der Erfindung gut kompensiert werden. Bei entsprechender Materialwahl sind erhebliche Gewichtseinsparungen gegenüber Batterien möglich, bei denen die elektrochemischen Zellen durch Rahmenkonstruktionen gehalten werden.
In die Gehäusezwischenwände können bei denjenigen Ausführungsformen, welche solche Zwischenwände vorsehen, beispielsweise Drahtelemente in diese Gehäusezwischenwände eingelassen werden. Dies ist beispielsweise dann besonders vorteilhaft möglich, wenn die Gehäusezwischenwände aus einem Schaumkunststoffmaterial bestehen. Neben Drahtelementen können jedoch auch andere Wärmeleitmittel oder Wärmetrans portmittel in die Gehäuse- Zwischenwände oder auch in andere Gehäusewände eingelassen werden.
Sofern die erfindungsgemäßen Gehäuse oder Teile dieser Gehäuse aus Schaumstoffmaterial gefertigt werden, können solche Schaumstoffblöcke kostengünstig als Endlosware oder als Strang kostengünstig produziert und nach Bedarf passend zugeschnitten werden.
Bezugszeichenliste
1 Gehäuse
2 elektrochemische Zelle
3 Siegelnaht
4 Gehäuseseitenwand
5 Einschnitt
6a erster Abieiter
6b zweiter Abieiter
7 kreisförmiger Durchbruch
8 Gehäusezwischenwand
9 Kühlbügel
10 Einbuchtung am Kühlbügel
1 1 Längsrichtung des Kühlbügels
12 Kühlmitteldurch leitteil
13 Halteteil
14 Belastungsrichtung

Claims

Patentansprüche
Gehäuse (1 ) zur Aufnahme wenigstens einer flachen elektrochemischen Zelle (2), dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (1) zwei im Wesentlichen parallel zueinander angeordnete Gehäuseseitenwände (4) aufweist, die zur Aufnahme der jeweiligen Zelle (2) ausgestaltet sind, und dass an mindestens einer Zelle (2) ein flacher Kühlbügel (9) angeordnet ist.
Gehäuse (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der flache Kühlbügel (9) im Wesentlichen parallel zu der Zelle (2) angeordnet ist.
Gehäuse (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der flache Kühlbügel (9) aus einem wärmeleitenden Material gebildet ist.
Gehäuse (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der flache Kühlbügel (9) elastisch ausgebildet ist.
Gehäuse (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der flache Kühlbügel (9) als im Wesentlichen U- förmig mit zwei Einbuchtungen (10) in Längsrichtung (11) ausgebildet ist.
Gehäuse (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der flache Kühlbügel (9) mindestens ein Kü hl mitte I- durchleitteil (12), das zur Durchleitung eines Kühlmittels ausgestaltet ist, und ein Halteteil (13) aufweist, das zur Anlage an die flache Zelle (2) ausgestaltet ist. Gehäuse (1 ) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlbügel (9) zwei Kühlmitteldurchleitteile (12) aufweist, die jeweils als Ständerteil für den Kühlbügel (9) ausgebildet sind.
Gehäuse (1 ) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteteil (13) des flachen Kühlbügels (9) zu einer Durchleitung des Kühlmittels ausgestaltet ist.
Gehäuse (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die flachen Kühlbügel (9) zur gegenseitigen Verbindung ausgestaltet sind.
Gehäuse (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Zelle (2) ein flacher Kühlbügel (9) zugeordnet ist.
Gehäuse (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zelle (2) eine wenigstens bereichsweise an ihrem Rand verlaufenden Siegelnaht (3) aufweist und dass die Gehäuseseitenwände (4) an ihren einander zugewandten Innenflächen für jede aufzunehmende Zelle (2) ein Paar gegenüber liegender Einschnitte (5) aufweisen, die zur Aufnahme der wenigstens einen Siegelnaht (3) der jeweiligen Zelle (2) ausgestaltet sind.
Gehäuse (1 ) nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (1 ) wenigstens eine zwischen den beiden Gehäuseseitenwänden (4) angeordnete Gehäusewand aufweist, die in ihrer Innenfläche für jede aufzunehmende Zelle (2) einen Einschnitt aufweist, der zur Aufnahme der wenigstens einen Siegelnaht (3) der jeweiligen Zelle (2) ausgestaltet ist. Gehäuse (1) nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (1 ) wenigstens eine Gehäusezwischenwand (8) aufweist, die sich im Bereich zwischen zwei Paaren gegenüber liegender Einschnitte (5) zumindest teilweise zwischen den beiden Gehäuseseitenwänden (4) erstreckt.
Gehäuse (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Gehäusewände, Gehäusezwischenwände (8) oder Gehäuseseitenwände (4) zumindest teilweise aus einem kompressiblen, vorzugsweise elastischen Material gefertigt ist.
Gehäuse (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Gehäusewände, Gehäusezwischenwände (8) oder Gehäuseseitenwände (4) zumindest teilweise aus einem Schaumstoff, vorzugsweise aus einem Polyethylen- Schaumkunststoff, gefertigt ist.
Gehäuse (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Gehäusewände, Gehäusezwischenwände (8) oder Gehäuseseitenwände (4) mit wenigstens einem brandhemmenden Additiv, Löschmittel und/oder Löschmitteladditiv versehen ist.
Gehäuse (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in wenigstens eine der Gehäusewände,
Gehäusezwischenwände (8) oder Gehäuseseitenwände (4) wenigstens eine Wärme leitende oder Wärme transportierende Struktur eingelassen ist. 18. Gehäuse (1) nach einem der Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Gehäusewände, Gehäusezwischenwände (8) oder Gehäuseseitenwände (4) wenigstens einen, vorzugsweise gasgefüllten Hohlraum aufweist.
Anordnung einer Mehrzahl von flachen elektrochemischen Zellen (2) und einem die Mehrzahl von Zellen (2) aufnehmenden Gehäuse (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Anordnung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die flachen elektrochemischen Zellen (2) mittels der flachen Kühlbügel (9) gehalten werden.
Anordnung nach Anspruch 19 oder 20 in Abhängigkeit von Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Siegelnähte (3) der Zellen (2) wenigstens bereichsweise und wenigstens teilweise in die Einschnitte (5) in den Gehäusewänden und/oder in den Gehäuseseitenwänden (4) eingelassen sind.
Anordnung nach einem der Ansprüche 19 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass die Zellen (2) durch Reibschluss zwischen den Zellen (2) und wenigstens einer der Gehäusewände, Gehäusezwischenwände oder Gehäuseseitenwände (4) in dem Gehäuse (1 ) gehalten sind.
Verfahren zur Herstellung eines Gehäuses (1 ) nach einem der
Ansprüche 1 bis 18 oder einer Anordnung nach einem der Ansprüche 19 bis 21 , bei dem das Gehäuse (1) ganz oder teilweise aus einem Strang geschnitten wird.
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