WO2023078627A1 - Elektrochemischer energiespeicher, fortbewegungsmittel, zellvent und herstellungsverfahren für zellvent - Google Patents

Elektrochemischer energiespeicher, fortbewegungsmittel, zellvent und herstellungsverfahren für zellvent Download PDF

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Sebastian Scharner
Matthias Reichert
Philip KOTTER
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Definitions

  • Electrochemical energy storage means of locomotion, cell vent and manufacturing process for cell vent
  • the present invention relates to an electrochemical energy store, a means of locomotion, a cell vent and a manufacturing method for a cell vent for an electrochemical energy store.
  • the present invention relates to improved protection of an electrochemical energy store against faults.
  • the electrification of individual passenger transport is currently progressing rapidly.
  • One approach used for energy storage is the use of lithium-ion based electrochemical energy storage.
  • the energy within the energy store can lead to an accident.
  • thermal triggering ie reaching a critical temperature
  • the separator shrinks/melts and leads to a large-area internal short circuit of the cells (anode to cathode).
  • several exothermic reactions take place simultaneously in the cell (further shrinkage of the separator, decomposition and thus oxygen release of the cathode, degradation of the protective layer of the anode, etc.).
  • This reaction cascade can mean that the gas produced in these reactions cannot be discharged through the planned gas duct and the pressure relief valve (cell vent).
  • This can in turn lead to undesired side effects, e.g. blocking of the cell vent by the stack or ejection, bulging or deformation of the cell before the vent opens due to gas formation, etc.
  • undesired side effects have a strong influence on propagation in the storage tank and thus on the safety of the cell vehicle. It is therefore an object of the present invention to alleviate or eliminate the aforementioned disadvantages of the prior art in the event of errors.
  • the occurrence of gas bubbles in the temperature ramp-up phase and the associated effects such as jelly roll/stack movement or ejection or cell vent blockage should be solved or prevented.
  • the problem of water diffusion into the cell in particular through the cell vent, should be eliminated or measures against water diffusion into the cell should not be weakened.
  • a 2-stage, temperature-sensitive cell vent is provided in the outer skin (housing) of an electrochemical energy store. This opens in the event of a thermal anomaly above a predefined temperature threshold, so that pressure can be reduced early if the electrochemical energy store is thermally triggered.
  • the early pressure reduction helps to organize the pressure reduction and in particular without blocking the cell vent by components of the energy store.
  • a cell vent for an electrochemical energy store which can be designed, for example, as a traction energy store for a means of transportation.
  • the electrochemical energy store can be based on lithium-ion technology.
  • the cell vent comprises a first layer with or made of a metal.
  • the metal may be or include aluminum, for example.
  • the first layer closes a housing opening of the electrochemical energy store, which is provided for pressure reduction in the event of a thermal and/or pressure-related anomaly.
  • a second layer comprising a plastic, which also closes the electrochemical energy store or its pressure reduction opening.
  • the second layer can be made entirely of plastic or of the first plastic.
  • the first layer and the second layer are arranged in the same opening of the electrochemical energy store. Here they are one behind the other with respect to a pressure drop at the cell vent or one behind the other with respect to a flow direction through the cell vent after the cell vent has opened or responded.
  • the first layer and the second layer are arranged in series one behind the other.
  • the second layer can be weakened earlier in the event of thermal triggering than was the case in the prior art with only a first layer in the cell vent. Because the first layer and the second layer are connected in series, the first layer can be supported by the second layer against a pressure within the electrochemical energy store, as long as the latter is intact. This means that the first layer can be made thinner than in the prior art. This in turn means that after the second layer has responded to a predefined temperature within the electrochemical energy store, the full pressure difference is applied to the first layer and this layer can also respond earlier than was the case in the prior art. A pressure reduction in the course of an accident can thus be carried out better by thermal triggering and unforeseen processes when gas and material flows out of the electrochemical energy store can be avoided.
  • the cell vent can have a predetermined breaking point, which is arranged, for example, within the first layer.
  • the cell vent can have a predefined weakening in the manner of a ditch or a slit.
  • a third plastic can be provided in the area of the predetermined breaking point, which represents a barrier for diffusing water vapor, but does not fully compensate for the loss of mechanical strength that is intended with the predetermined breaking point.
  • the predetermined breaking point can have a ring shape.
  • the ring shape can be adapted to the housing opening in such a way that the ring is arranged in an outer area of the first layer or extends along a wall of the opening in the housing.
  • the ring shape of the predetermined breaking point can have an interruption, whereby after the predetermined breaking point has been activated, the partially detached area is still connected to the remaining areas of the first layer, so that part of the first layer is prevented from falling into the energy storage device or its housing .
  • a corresponding design is known for beverage cans.
  • the first plastic has a lower temperature resistance than the third plastic, it is ensured that the second layer gives way first in the event of thermal triggering, so that the entire pressure or heat of the reactions within the electrochemical energy store is then transferred to the third Plastic act and further weaken the predetermined breaking point.
  • the first layer then also gives way, but at a lower internal cell pressure than in the prior art, so that unforeseen events and a blockage of the cell vent are less likely.
  • the cell vent according to the invention can, for example, respond at temperatures from 70° C., from 80° C., from 90° C. or from 100° C. and at least partially release an opening in the electrochemical energy store.
  • the aforementioned temperature ranges relate to only one of the two layers.
  • the temperature resistance can also be chosen somewhat higher, so that temperatures of up to 110°C or 120°C are required to open the first layer and/or the second layer of the cell vent.
  • the first layer and the second layer of the cell vent are able to withstand a gas pressure of 7 to 15 bar, respectively, and to open/rupture from a gas pressure of 7 to 15 bar.
  • the predetermined breaking point in the first layer can in particular be 100 to 150 micrometers thick, so that when aluminum is used, a pressure resistance in the range of 7 to 15 bar is achieved.
  • the first layer and the second layer can be arranged directly one on top of the other. For example, they can be laminated and/or glued to one another. In particular, they can adhere to one another as a result of the action of heat.
  • the first layer can be designed separately from the second layer, so that a gas or a fluid can exist between the two layers as a barrier to water diffusion.
  • an oil or another suitable substance can represent a further barrier with regard to water diffusion, without the filler having any appreciable tensile strength or thermal stability. The design of the cell vent against overpressure and overtemperature is therefore hardly influenced by the substance.
  • the second layer can be set up to withstand a lower maximum gas pressure in the electrochemical energy store than the first layer.
  • the second layer will first yield, in response to which the entire gas pressure is applied to the first layer.
  • a two-stage opening of the cell vent can be achieved, while between the two stages any volume arranged between the two layers leads to an interim pressure reduction of the cell internal pressure and further reduces the probability of an explosive opening of the cell vent.
  • the second layer may include an insert of a second plastic having a plurality of apertures.
  • the insert can be a net or a grid or the like, which is made from the second plastic.
  • the openings of the net or grid are now closed by the first plastic, which in the event of thermal triggering releases the openings individually or gradually.
  • the insert prevents foreign bodies, in particular components of the first layer, from getting into the interior of the cell.
  • mechanical (pressure) stability can be designed essentially independently of a thermal resistance of the second layer via the insert made of the second plastic.
  • the first plastic can also have a lower thermal stability than the second plastic.
  • the insert can also survive in the event of higher temperatures, so that the above advantages are also achieved at these higher temperatures.
  • the temperature resistance of the second plastic can be higher than the temperature resistance of the first and the third plastic, while the temperature resistance of the third plastic is between the temperature resistance of the first plastic and the second plastic. In this way, a thermal response of both layers can be guaranteed, while the insert made of the second plastic further protects the opening against the ingress of foreign bodies.
  • the first layer and the second layer can be punched out of a respective foil.
  • the two foils can first be placed one on top of the other and then the first layer and the second layer for the cell vent can be produced with a single punching process.
  • further layers or materials/substances can be arranged between the first film and the second film, which then remain between the first layer and the second layer, for example in the cell vent, until the error occurs.
  • an oil, a grease, an adhesive or other films can be arranged between the first film and the second film, which are then arranged between the first layer and the second layer and remain there.
  • the first layer and the second layer can also be connected to one another (eg thermally).
  • a squeezing process can generate thermal energy and/or frictional forces, particularly in the edge regions between the first layer and the second layer.
  • an opening in a cell housing of an electrochemical energy store is closed by means of the first layer and the second layer.
  • the first layer can be fixed in the opening by means of laser welding and/or friction welding.
  • a metallic connection can be produced between the first layer and the opening or the housing of the electrochemical energy store.
  • This can be a material connection.
  • the second layer does not have a sufficiently high temperature resistance for a laser welding process (or laser welding is not desirable for other reasons)
  • the second layer can be connected to the opening of the cell housing in a separate joining step.
  • a friction welding process, a gluing process or the like can take place before or after the assembly of the first layer.
  • clamping the first layer and/or the second layer in the area of the opening e.g. by means of a ring seal or a ring flange
  • an electrochemical energy store e.g. a traction battery for a means of locomotion, which has at least one cell vent according to the first-mentioned aspect of the invention.
  • the electrochemical energy store can have storage cells whose energy can be dissipated by the cell vent according to the invention in the event of a fault.
  • a means of locomotion which has an electrochemical energy store according to the third-mentioned aspect of the invention or a cell vent according to the first-mentioned aspect of the invention.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an embodiment of a means of locomotion according to the invention with an embodiment of an electrochemical energy store according to the invention with an embodiment of a cell vent;
  • FIG. 2 shows a perspective detailed view of an exemplary embodiment of the cell vent
  • FIG. 3 steps of an exemplary embodiment of an exemplary embodiment of the manufacturing method for a cell vent.
  • FIG. 1 shows an electrically drivable car as a means of locomotion 10 which has a traction energy store as an electrochemical energy store 2 .
  • the electrochemical energy store 2 is protected by a cell vent 1, which is described in detail in FIG.
  • FIG. 2 shows an electrochemical energy store 2 in whose housing 11 a cell vent 1 is installed.
  • the cell vent 1 comprises a first layer 3 and an underlying second layer 6, so that the layers 3, 6 are arranged one behind the other.
  • the second layer 6 is arranged closer to the cell interior than the first layer 3.
  • the first layer 3 has a membrane made of metal 4, which has an annular predetermined breaking point, comprising a third plastic 5.
  • the second layer 6 has a mesh made of a second plastic 8 and a first plastic 7 covering the mesh and closing the openings in the mesh.
  • the first plastic 7 is comparatively less temperature-resistant, so that of the materials shown, it is the first to yield in the event of thermal triggering. As a result, openings in the mesh of the second plastic 8 are released and the first layer 3 is consequently subject to thermal and printing stresses. As soon as the predetermined breaking point in the form of the third plastic 5 has responded, gas and material can escape essentially unhindered and there is no risk of the opening 9 becoming blocked due to the timely response of the cell vent 1 .
  • FIG. 3 shows steps of a manufacturing method for a cell vent 1, as has been shown in detail in FIG.
  • a first step 100 the first layer is punched out of a first film.
  • a second step 200 the second layer is punched out of a second film.
  • the first film and the second film can first be placed one on top of the other and punched out in a common punching step.
  • steps 100 and 200 can be carried out simultaneously or sequentially (in any order).
  • step 300 an opening in a cell housing for an electrochemical energy store is closed by means of the first layer and the second layer.
  • a heat input is selected in the edge area of the first layer and the second layer, which seals the first layer and the second layer with the opening of the electrochemical energy store in a fluid-tight manner.
  • the second layer is arranged closer to the cell interior and is thus located between the memory cells and the first layer.

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Abstract

Es werden ein elektrochemischer Energiespeicher (2), ein Fortbewegungsmittel, ein Herstellungsverfahren sowie ein Zellvent (1) für einen elektrochemischen Energiespeicher (2) vorgeschlagen. Das Zellvent (1) umfasst eine erste Schicht (3) umfassend ein Metall (4) und eine zweite Schicht (6) umfassend einen ersten Kunststoff (7), wobei die erste Schicht (3) und die zweite Schicht (6) einem Druckgefälle am Zellvent (1) hintereinanderliegend angeordnet sind.

Description

Elektrochemischer Energiespeicher, Fortbewegungsmittel, Zellvent und Herstellungsverfahren für Zellvent
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrochemischen Energiespeicher, ein Fortbewegungsmittel, ein Zellvent sowie ein Herstellungsverfahren für ein Zellvent für einen elektrochemischen Energiespeicher. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine verbesserte Absicherung eines elektrochemischen Energiespeichers gegen Fehlerfälle.
Die Elektrifizierung des Personenindividualverkehrs schreitet derzeit rasch voran. Ein für die Energiespeicherung verwendeter Ansatz besteht in der Verwendung elektrochemischer Energiespeicher auf Lithium-Ionen-Basis. Bei Fehlerfällen innerhalb der Zelle oder im Falle einer Beschädigung der Zelle von außen kann die Energie innerhalb des Energiespeichers zu einem Havarie Fall führen. Beispielsweise im Falle einer thermischen Triggerung (d.h. Erreichen einer kritischen Temperatur) schrumpft/schmilzt der Separator und führt zu einem großflächigen internen Kurzschluss der Zellen (Anode zu Kathode). In diesem Moment finden mehrere exotherme Reaktionen in der Zelle gleichzeitig statt (weitere Schrumpfung des Separators, Zersetzung und somit Sauerstoff- Freisetzung der Kathode, Degradation der Schutzschicht der Anode, etc.). Diese Reaktionskaskade kann zur Folge haben, dass das entstehende Gas in diesen Reaktionen nicht durch den geplanten Gas Kanal und das Überdruckventil (Zellvent) abgeführt werden kann. Hier kann es wiederum zu ungewünschten Nebeneffekten kommen, z.B. Verblockung des Zellvents durch den Stack oder Auswurf, Ausbauchen oder Verformen der Zelle vor Öffnen des Vents durch Gasbildung, etc. Diese unerwünschten Nebeneffekte haben einen starken Einfluss auf die Propagation im Speicher und damit die Sicherheit des Fahrzeugs. Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die vorgenannten Nachteile des Standes der Technik im Falle von Fehlerfällen zu lindern bzw. auszuräumen. Insbesondere soll das Auftreten von Gasblasen in der Ramp-up- Phase der Temperatur und die damit verbundenen Effekte wie Jelly-Roll/Stack Bewegung oder Auswurf bzw. Zellvent-Verstopfung lösen bzw. verhindern. Zeitgleich soll das Problem der Wasserdiffusion in die Zelle, insbesondere durch das Zellvent, behoben werden bzw. Maßnahmen gegen eine Wasserdiffusion in die Zelle nicht geschwächt werden.
Die vorstehend genannte Aufgabe wird insbesondere dadurch gelöst, dass ein 2- stufiges temperatursensibles Zellvent in der Außenhaut (Gehäuse) eines elektrochemischen Energiespeichers vorgesehen wird. Dieses öffnet im Falle einer thermischen Anomalie oberhalb einer vordefinierten Temperaturschwelle, so dass frühzeitig Druck abgebaut werden kann, wenn eine thermische Triggerung des elektrochemischen Energiespeichers erfolgt. Der frühzeitige Druckabbau hilft dabei, den Druckabbau geordnet und insbesondere ohne Blockade des Zellvents durch Bestandteile des Energiespeichers zu gestalten.
Gemäß einem ersten Aspekt wird ein Zellvent für einen elektrochemischen Energiespeicher vorgeschlagen, welcher beispielsweise als Traktionsenergiespeicher für ein Fortbewegungsmittel ausgestaltet sein kann. Der elektrochemische Energiespeicher kann auf Basis von Lithium-Ionen- Technologie aufgebaut sein. Das Zellvent umfasst eine erste Schicht mit einem Metall oder aus einem Metall. Das Metall kann beispielsweise Aluminium sein oder umfassen. Die erste Schicht verschließt eine Gehäuseöffnung des elektrochemischen Energiespeichers, welcher für einen Druckabbau im Falle einer thermischen und/oder drucktechnischen Anomalie vorgesehen ist.
Erfindungsgemäß ist zusätzlich eine zweite Schicht, umfassend einen Kunststoff, vorgesehen, welche ebenfalls den elektrochemischen Energiespeicher bzw. dessen Druckabbauöffnung, verschließt. Die zweite Schicht kann insbesondere vollständig aus Kunststoff bzw. aus dem ersten Kunststoff gefertigt sein. Die erste Schicht und die zweite Schicht sind in derselben Öffnung des elektrochemischen Energiespeichers angeordnet. Hierbei liegen sie bezüglich eines Druckgefälles am Zellvent hintereinander bzw. bezüglich einer Strömungsrichtung durch das Zellvent nach einem Öffnen bzw. Ansprechen des Zellvents hintereinander. Man könnte auch sagen, dass die erste Schicht und die zweite Schicht in Serie hintereinanderliegend angeordnet sind. Indem der Kunststoff der zweiten Schicht im Falle einer thermischen Triggerung früher anspricht als die erste Schicht, kann die zweite Schicht im Falle einer thermischen Triggerung früher geschwächt werden, als es im Stand der Technik mit lediglich einer ersten Schicht im Zellvent der Fall war. Indem die erste Schicht und die zweite Schicht in Serie hintereinandergeschaltet sind, kann die erste Schicht gegen einen Druck innerhalb des elektrochemischen Energiespeichers durch die zweite Schicht unterstützt werden, solange diese intakt ist. Dies bedeutet, dass die erste Schicht dünner als im Stand der Technik ausgeführt werden kann. Dies wiederum bedeutet, dass nach einem Ansprechen der zweiten Schicht auf eine vordefinierte Temperatur innerhalb des elektrochemischen Energiespeichers der volle Druckunterschied auf der ersten Schicht lastet und auch diese Schicht früher ansprechen kann, als es im Stand der Technik der Fall war. Somit kann ein Druckabbau im Zuge eines Havarie- Falls durch thermische Triggerung besser vorgenommen werden und unvorhergesehene Vorgänge beim Ausströmen von Gas und Material aus dem elektrochemischen Energiespeicher können vermieden werden.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
Das Zellvent kann eine Sollbruchstelle aufweisen, welche beispielsweise innerhalb der ersten Schicht angeordnet ist. Hierzu kann das Zellvent eine vordefinierte Schwächung nach Art eines Grabens oder eines Schlitzes aufweisen. Um Wasserdiffusion durch die Sollbruchstelle zu verhindern, kann ein dritter Kunststoff im Bereich der Sollbruchstelle vorgesehen sein, welcher eine Barriere für diffundierenden Wasserdampf darstellt, die mechanische Festigkeitseinbuße, welche mit der Sollbruchstelle bezweckt wird, jedoch nicht vollständig kompensiert. Um im Falle eines Ansprechens der Sollbruchstelle eine hinreichend große Öffnung im Gehäuse des elektrochemischen Energiespeichers herzustellen, kann die Sollbruchstelle eine Ringform aufweisen. Insbesondere kann die Ringform an die Gehäuseöffnung derart angepasst sein, dass der Ring in einem Außenbereich der ersten Schicht angeordnet ist bzw. sich an einer Wandung der Öffnung im Gehäuse entlang zieht. Hierbei kann die Ringform der Sollbruchstelle eine Unterbrechung aufweisen, wodurch nach dem Ansprechen der Sollbruchstelle der anteilig abgelöste Bereich noch immer mit den restlichen Bereichen der ersten Schicht verbunden ist, so dass ein Herabfallen eines Teils der ersten Schicht in den Energiespeicher bzw. dessen Gehäuse verhindert wird. Eine entsprechende Ausgestaltung ist bei Getränkedosen bekannt.
Wenn der erste Kunststoff eine geringere Temperaturfestigkeit aufweist, als der dritte Kunststoff, ist sichergestellt, dass die zweite Schicht im Falle einer thermischen Triggerung als erstes nachgibt, so dass anschließend der gesamte Druck bzw. die gesamte Wärme der Reaktionen innerhalb des elektrochemischen Energiespeichers auf den dritten Kunststoff wirken und hierbei die Sollbruchstelle weiter schwächen. Anschließend gibt auch die erste Schicht nach, dies jedoch bei einem geringeren Zellinnendruck als im Stand der Technik, so dass unvorhergesehene Vorgänge und eine Blockade des Zellvents weniger wahrscheinlich sind.
Das erfindungsgemäße Zellvent kann beispielsweise bei Temperaturen ab 70°C, ab 80°C, ab 90°C oder ab 100°C ansprechen und eine Öffnung im elektrochemischen Energiespeicher zumindest anteilig freigeben. Alternativ oder zusätzlich betreffen die vorgenannten Temperaturbereiche lediglich eine der beiden Schichten. Grundsätzlich kann die Temperaturbeständigkeit auch etwas höher gewählt werden, so dass Temperaturen bis 110°C oder 120°C erforderlich sind, um die erste Schicht und/oder die zweite Schicht des Zellvents zu öffnen. Gemeinsam sind die erste Schicht und die zweite Schicht des Zellvents imstande, einen Gasdruck von 7 bis 15 Bar jeweils zu widerstehen bzw. ab einem Gasdruck von 7 bis 15 Bar zu öffnen/reißen. Die Sollbruchstelle in der ersten Schicht kann insbesondere 100 bis 150 Mikrometer dick ausgestaltet sein, so dass bei einer Verwendung von Aluminium eine Druckresistenz im Bereich von 7 bis 15 Bar erreicht wird. Die erste Schicht und die zweite Schicht können unmittelbar aufeinanderliegend angeordnet sein. Beispielsweise können sie aufeinander laminiert und/oder geklebt sein. Insbesondere können sie durch Wärmeeinwirkung aneinanderhaften. Alternativ kann die erste Schicht zur zweiten Schicht separat ausgeführt sein, so dass zwischen beiden Schichten ein Gas oder ein Fluid als Barriere für eine Wasserdiffusion bestehen kann. Beispielsweise kann ein Öl oder ein anderer geeigneter Stoff eine weitere Barriere bezüglich der Wasserdiffusion darstellen, ohne dass eine nennenswerte Zug- oder Temperaturfestigkeit von dem Füllstoff ausgeht. Die Auslegung des Zellvents gegen Überdruck und Übertemperatur wird somit durch den Stoff kaum beeinflusst.
Die zweite Schicht kann insbesondere eingerichtet sein, einem geringeren maximalen Gasdruck im elektrochemischen Energiespeicher als die erste Schicht zu widerstehen. Mit anderen Worten wird beim Ansteigen des Gasdrucks im elektrochemischen Energiespeicher zunächst die zweite Schicht nachgeben, im Ansprechen worauf der gesamte Gasdruck auf der ersten Schicht lastet. Auf diese Weise kann eine zweistufige Öffnung des Zellvents erzielt werden, während zwischen den beiden Stufen ein etwaig zwischen den beiden Schichten angeordnetes Volumen zu einem zwischenzeitlichen Druckabbau des Zellinnendrucks führt und die Wahrscheinlichkeit einer explosionsartigen Öffnung des Zellvents weiter verringert.
Die zweite Schicht kann eine Einlage aus einem zweiten Kunststoff aufweisen, welcher eine Vielzahl von Öffnungen aufweist. Beispielsweise kann die Einlage ein Netz oder ein Gitter o.ä. darstellen, welches aus dem zweiten Kunststoff gefertigt ist. Die Öffnungen des Netzes oder Gitters werden nun von dem ersten Kunststoff verschlossen, welcher im Falle einer thermischen Triggerung die Öffnungen einzeln bzw. nach und nach freigibt. Einerseits kann hierdurch der Druckabbau allmählich erfolgen, andererseits durch die Einlage verhindert werden, dass Fremdkörper, insbesondere Bestandteile der ersten Schicht, in das Zellinnere gelangen. Zudem kann über die Einlage aus dem zweiten Kunststoff eine mechanische (Druck-)Stabilität im Wesentlichen unabhängig von einer thermischen Widerstandskraft der zweiten Schicht gestaltet werden. Insbesondere kann der erste Kunststoff auch eine geringere Temperaturfestigkeit als der zweite Kunststoff aufweisen. Somit kann die Einlage auch im Falle höherer Temperaturen fortbestehen, so dass die o.g. Vorteile auch bei diesen höheren Temperaturen erzielt werden.
Insbesondere kann die Temperaturbeständigkeit des zweiten Kunststoffs höher als die Temperaturbeständigkeit des ersten und des dritten Kunststoffs sein, während die Temperaturbeständigkeit des dritten Kunststoffs sich zwischen der Temperaturbeständigkeit des ersten Kunststoffs und des zweiten Kunststoffs befindet. Auf diese Weise kann ein thermisches Ansprechen beider Schichten gewährleistet werden, während die Einlage aus dem zweiten Kunststoff die Öffnung weiter gegen das Eindringen von Fremdkörpern schützt.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Herstellungsverfahren für ein Zellvent vorgeschlagen, wie es oben in Verbindung mit dem erstgenannten Erfindungsaspekt bereits im Detail beschrieben worden ist. In dem Herstellungsverfahren können die erste Schicht und die zweite Schicht aus einer jeweiligen Folie ausgestanzt werden. Hierzu können die beiden Folien zunächst übereinandergelegt und anschließend mit einem einzigen Stanzvorgang die erste Schicht und die zweite Schicht für das Zellvent erzeugt werden. Je nach Ausgestaltung können zwischen der ersten Folie und der zweiten Folie weitere Schichten oder Materialien/Stoffe angeordnet werden, welche anschließend beispielsweise auch beim Zellvent zwischen der ersten Schicht und der zweiten Schicht verbleiben, bis der Fehlerfall eintritt. Beispielsweise können zwischen der ersten Folie und der zweiten Folie ein Öl, ein Fett, ein Klebstoff oder weitere Folien angeordnet werden, welche anschließend zwischen der ersten Schicht und der zweiten Schicht angeordnet sind und dort verbleiben. Im Zuge des Ausstanzens können die erste Schicht und die zweite Schicht auch (z.B. thermisch) miteinander verbunden werden. Insbesondere in den Randbereichen zwischen der ersten Schicht und der zweiten Schicht kann im Zuge des Ausstanzens ein Quetschvorgang thermische Energie und/oder Reibkräfte erzeugen. In einem weiteren Schritt wird eine Öffnung in einem Zellgehäuse eines elektrochemischen Energiespeichers mittels der ersten Schicht und der zweiten Schicht verschlossen. Hierbei kann beispielsweise insbesondere die erste Schicht mittels Laserschweißen und/oder Reibschweißen in der Öffnung befestigt werden. Hierbei kann eine metallische Verbindung zwischen der ersten Schicht und der Öffnung bzw. dem Gehäuse des elektrochemischen Energiespeichers hergestellt werden. Hierbei kann es sich um eine stoffschlüssige Verbindung handeln. Sofern die zweite Schicht für einen Laserschweißvorgang keine hinreichend hohe Temperaturfestigkeit aufweist (oder aus anderen Gründen ein Laserschweißen nicht erwünscht ist), kann die zweite Schicht in einem separaten Fügeschritt mit der Öffnung des Zellgehäuses verbunden werden. Beispielsweise kann ein Reibschweißvorgang, ein Klebevorgang o.ä. vor oder nach der Montage der ersten Schicht stattfinden. Alternativ oder zusätzlich kann auch ein Klemmen der ersten Schicht und/oder der zweiten Schicht im Bereich der Öffnung (z.B. durch eine Ringdichtung oder einen Ringflansch) die erste Schicht und die zweite Schicht gegenüber dem Gehäuse befestigen und das im Zellgehäuse befindliche Volumen somit bis zum Eintreten des Fehlerfalls zuverlässig verschließen.
Gemäß einem dritten Aspekt wird ein elektrochemischer Energiespeicher, z.B. eine Traktionsbatterie für ein Fortbewegungsmittel, vorgeschlagen, welches zumindest ein Zellvent gemäß dem erstgenannten Erfindungsaspekt aufweist. Der elektrochemische Energiespeicher kann Speicherzellen aufweisen, deren Energie in einem Fehlerfall durch das erfindungsgemäße Zellvent abgebaut werden kann. Die Merkmale, Merkmalskombinationen und die sich aus diesen ergebenden Vorteile entsprechend derart ersichtlich denjenigen des erfindungsgemäßen Zellvents, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die obigen Ausführungen verwiesen wird.
Gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Fortbewegungsmittel vorgeschlagen, welches einen elektrochemischen Energiespeicher gemäß dem drittgenannten Erfindungsaspekt oder ein Zellvent gemäß dem erstgenannten Erfindungsaspekt aufweist. Auch bezüglich der Merkmale, Merkmalskombinationen und Vorteile des erfindungsgemäßen Fortbewegungsmittels wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf die obigen Ausführungen verwiesen. Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Fortbewegungsmittels mit einem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen elektrochemischen Energiespeichers mit einem Ausführungsbeispiel eines Zellvents;
Figur 2 eine perspektivische Detailansicht eines Ausführungsbeispiels des Zellvents; und
Figur 3 Schritte eines Ausführungsbeispiels eines Ausführungsbeispiels des Herstellungsverfahrens für ein Zellvent.
Figur 1 zeigt einen elektrisch antreibbaren PKW als Fortbewegungsmittel 10, welcher über einen Traktionsenergiespeicher als elektrochemischer Energiespeicher 2 verfügt. Zum Abbau eines Überdrucks im Fehlerfall ist der elektrochemische Energiespeicher 2 durch ein Zellvent 1 abgesichert, welches in Figur 2 im Detail beschrieben wird.
Figur 2 zeigt einen elektrochemischen Energiespeicher 2, in dessen Gehäuse 11 ein Zellvent 1 eingebaut ist. Das Zellvent 1 umfasst in einer Öffnung 9 eine erste Schicht 3 und eine darunterliegende zweite Schicht 6, so dass die Schichten 3, 6 hintereinanderliegend angeordnet sind. Hierbei ist die zweite Schicht 6 dem Zellinneren näherliegend angeordnet, als die erste Schicht 3. Die erste Schicht 3 weist eine Membran aus Metall 4 auf, welche eine ringförmige Sollbruchstelle, umfassend einen dritten Kunststoff 5, aufweist. Wenn der dritte Kunststoff 5 schmilzt oder anderweitig nachgibt, wird eine kreisförmige Öffnung innerhalb der ersten Schicht 3 für den Austritt von Gas und Material freigegeben. De zweite Schicht 6 weist ein Geflecht aus einem zweiten Kunststoff 8 und einen das Geflecht überziehenden und die Öffnungen im Geflecht verschließenden ersten Kunststoff 7 auf. Der erste Kunststoff 7 ist vergleichsweise wenig temperaturbeständig, so dass er von den dargestellten Materialien im Falle einer thermischen Triggerung als erstes nachgibt. Hierdurch werden Öffnungen im Geflecht des zweiten Kunststoffs 8 freigegeben und die erste Schicht 3 wird infolgedessen thermisch und drucktechnisch beansprucht. Sobald die Sollbruchstelle in Form des dritten Kunststoffs 5 angesprochen hat, können Gas und Material im Wesentlichen ungehindert entweichen und ein Verstopfen der Öffnung 9 ist aufgrund des rechtzeitigen Ansprechens des Zellvents 1 nicht zu befürchten.
Figur 3 zeigt Schritte eines Herstellungsverfahrens für ein Zellvent 1, wie es in Figur 2 im Detail dargestellt worden ist. In einem ersten Schritt 100 wird die erste Schicht aus einer ersten Folie ausgestanzt. In einem zweiten Schritt 200 wird die zweite Schicht aus einer zweiten Folie ausgestanzt. Hierzu können die erste Folie und die zweite Folie zunächst übereinandergelegt und in einem gemeinsamen Stanzschritt ausgestanzt werden. Mit anderen Worten können die Schritte 100 und 200 zeitgleich oder zeitlich (in beliebiger Reihenfolge) nacheinander ausgeführt werden. In Schritt 300 wird eine Öffnung in einem Zellgehäuse für einen elektrochemischen Energiespeicher mittels der ersten Schicht und der zweiten Schicht verschlossen. Hierzu wird ein Hitzeeintrag im Randbereich der ersten Schicht und der zweiten Schicht gewählt, welcher die erste Schicht und die zweite Schicht mit der Öffnung des elektrochemischen Energiespeichers fluiddicht verschließt. Die zweite Schicht ist dem Zellinneren näher angeordnet und somit zwischen den Speicherzellen und der ersten Schicht gelegen.
Bezugszeichenliste:
1 Zellvent
2 elektrochemischer Energiespeicher
3 erste Schicht
4 Metall
5 dritter Kunststoff
6 zweite Schicht
7 erster Kunststoff
8 zweiter Kunststoff
9 Öffnung
10 Fortbewegungsmittel
11 Gehäuse
100 bis 300 Verfahrensschritte

Claims

Patentansprüche:
1. Zellvent (1) für einen elektrochemischen Energiespeicher (2) umfassend
• eine erste Schicht (3) umfassend ein Metall (4) und
• eine zweite Schicht (6) umfassend einen ersten Kunststoff (7), wobei die erste Schicht (3) und die zweite Schicht (6) einem Druckgefälle am Zellvent (1) hintereinander liegend angeordnet sind.
2. Zellvent (1) nach Anspruch 1 , wobei die erste Schicht (3) weiter eine Sollbruchstelle aufweist, welche insbesondere einen dritten Kunststoff (5) umfasst und/oder bevorzugt eine Ringform aufweist.
3. Zellvent (1) nach Anspruch 2, wobei der erste Kunststoff (7) eine geringere Temperaturfestigkeit als der dritte Kunststoff (5) aufweist.
4. Zellvent (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die erste Schicht (3) und die zweite Schicht (6) unmittelbar aufeinander laminiert und/oder geklebt sind oder separat zueinander angeordnet sind.
5. Zellvent (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die zweite Schicht (6) eingerichtet ist, einem geringeren maximalen Gasdruck im elektrochemischen Energiespeicher (2) als die erste Schicht (3) zu widerstehen.
6. Zellvent (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die zweite Schicht (6) weiter eine Einlage aus einem zweiten Kunststoff (8) aufweist, welche eine Vielzahl vom ersten Kunststoff (7) verschlossene Öffnungen aufweist.
7. Zellvent (1) nach Anspruch 6, wobei der erste Kunststoff (7) eine geringere Temperaturfestigkeit als der zweite Kunststoff (8) aufweist.
8. Herstellungsverfahren für ein Zellvent (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche aufweisend die Schritte:
- Ausstanzen (100) der ersten Schicht (3) aus einer ersten Folie
- Ausstanzen (200) der zweiten Schicht (6) aus einer zweiten Folie - Verschließen (300) einer Öffnung (9) in einem Zellgehäuse (11) für einen elektrochemischen Energiespeicher (2) mittels der ersten Schicht (3) und der zweiten Schicht (6), wobei die zweite Schicht (6) zwischen der ersten Schicht (3) und einem Inneren des Zellgehäuses (11) angeordnet ist. Elektrochemischer Energiespeicher (2) umfassend ein Zellvent (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 7. Fortbewegungsmittel (10) umfassend ein Zellvent (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 7 oder einen elektrochemischen Energiespeicher (2) nach Anspruch 9.
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