DE102015008275A1 - Cell block and electrochemical energy storage - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Zellblock (1) mit einer Mehrzahl im Wesentlichen parallel zueinander ausgerichteter und in axialer Richtung (R1) des Zellblockes (1) hintereinander angeordneter Komponenten (K), wobei die Komponenten (K) zumindest eine Mehrzahl elektrisch seriell und/oder parallel miteinander verschalteter Einzelzellen (2) umfassen, welche zumindest in axialer Richtung des Zellblockes (1) mittels Spannelementen (6, 7) verspannt sind. Erfindungsgemäß weist zumindest eine der Komponenten (K) zumindest an einer quer zur axialen Richtung (R1) des Zellblockes (1) ausgerichteten Fläche zumindest abschnittsweise eine Oberflächenstrukturierung (S) auf und/oder zumindest zwischen zwei unmittelbar benachbarten Komponenten (K) ist zumindest ein Fixierelement (F) zur Erhöhung einer Haftreibung und/oder Gleitreibung zwischen den unmittelbar benachbarten Komponenten (K) angeordnet. Weiterhin betrifft die Erfindung einen elektrochemischen Energiespeicher mit zumindest einem solchen Zellblock (1).The invention relates to a cell block (1) having a plurality of components (K) aligned substantially parallel to one another and arranged in the axial direction (R1) of the cell block (1), the components (K) being at least a plurality of electrically series and / or parallel comprise interconnected individual cells (2), which at least in the axial direction of the cell block (1) by means of clamping elements (6, 7) are braced. According to the invention, at least one of the components (K) at least on a transversely to the axial direction (R1) of the cell block (1) aligned surface at least partially a surface structuring (S) and / or at least between two immediately adjacent components (K) is at least one fixing element (F) arranged to increase a static friction and / or sliding friction between the immediately adjacent components (K). Furthermore, the invention relates to an electrochemical energy store with at least one such cell block (1).
Description
Die Erfindung betrifft einen Zellblock mit einer Mehrzahl im Wesentlichen parallel zueinander ausgerichteter und in axialer Richtung des Zellblockes hintereinander angeordneter Komponenten, wobei die Komponenten zumindest eine Mehrzahl elektrisch seriell und/oder parallel miteinander verschalteter Einzelzellen umfassen, welche zumindest in axialer Richtung des Zellblockes mittels Spannelementen verspannt sind. Weiterhin betrifft die Erfindung einen elektrochemischen Energiespeicher mit zumindest einem solchen Zellblock.The invention relates to a cell block having a plurality of substantially parallel aligned and in the axial direction of the cell block successively arranged components, wherein the components comprise at least a plurality of electrically serially and / or parallel interconnected single cells, which braces at least in the axial direction of the cell block by means of clamping elements are. Furthermore, the invention relates to an electrochemical energy store with at least one such cell block.
Im Allgemeinen sind Zellblöcke zum Aufbau von Batterien bekannt. Insbesondere bei sogenannten Hochvoltbatterien, welche beispielsweise als Traktionsbatterien für Fahrzeuge eingesetzt werden, ist der Aufbau aus mehreren Zellblöcken, welche elektrisch seriell und/oder parallel verschaltet sind, bekannt. Innerhalb der einzelnen Zellblöcke sind dabei mehrere Batterieeinzelzellen, beispielweise prismatische Batterieeinzelzellen und/oder Rundzellen, verbaut. Diese können aufeinander gestapelt und elektrisch seriell oder parallel verschaltet sein. Insbesondere bei einer Ausbildung der Batterieeinzelzellen als prismatische Flachzellen mit eigenem Gehäuse werden diese direkt aufeinander gestapelt und typischerweise zwischen zwei sogenannten Druckbrillen miteinander verspannt, beispielsweise durch Zuganker, Spannbänder oder dergleichen.In general, cell blocks are known for building batteries. In particular, in so-called high-voltage batteries, which are used for example as traction batteries for vehicles, the structure of several cell blocks, which are electrically connected in series and / or parallel, known. Within the individual cell blocks, a plurality of individual battery cells, for example prismatic single battery cells and / or round cells, are installed. These can be stacked on top of each other and electrically connected in series or in parallel. In particular, in an embodiment of the battery individual cells as prismatic flat cells with their own housing, these are stacked directly on top of one another and are typically clamped together between two so-called pressure goggles, for example by tie rods, straps or the like.
Ein vergleichbarer Aufbau eines Zellblockes ist auch bei anderen Typen von Flachzellen, beispielsweise bei Pouchzellen, bekannt und üblich. Bei Pouchzellen sind elektrochemisch aktive Materialien in einem Beutel eingeschweißt. Typischerweise werden diese mechanisch eher flexiblen Batterieeinzelzellen in Zellhalter eingesetzt, welche die Einzelzellen halten. Die Zellhalter können beispielsweise in Form von zwei Zellhaltern je Pouchzelle oder auch einem Zellhalter je zwei Pouchzellen aufgebaut sein. Die Pouchzellen werden dann mit den Zellhaltern aufgestapelt und zwischen zwei Druckbrillen in der oben bereits beschriebenen Art und Weise miteinander verspannt.A comparable structure of a cell block is also known and common in other types of flat cells, for example in pouch cells. In pouch cells, electrochemically active materials are sealed in a pouch. Typically, these mechanically more flexible battery cells are used in cell holders that hold the individual cells. The cell holders can be constructed, for example, in the form of two cell holders per pouch cell or else a cell holder per two pouch cells. The pouch cells are then stacked with the cell holders and clamped together between two pressure glasses in the manner already described above.
In der noch nicht veröffentlichten
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gegenüber dem Stand der Technik verbesserten Zellblock und einen verbesserten elektrochemischen Energiespeicher anzugeben.The invention has for its object to provide a comparison with the prior art improved cell block and an improved electrochemical energy storage.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß hinsichtlich des Zellblockes durch die in Anspruch 1 und hinsichtlich des elektrochemischen Energiespeichers durch die in Anspruch 7 angegebenen Merkmale gelöst.The object is achieved according to the invention in terms of the cell block by the in
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.
Ein Zellblock umfasst eine Mehrzahl im Wesentlichen parallel zueinander ausgerichteter und in axialer Richtung des Zellblockes hintereinander angeordneter Komponenten, wobei die Komponenten zumindest eine Mehrzahl elektrisch seriell und/oder parallel miteinander verschalteter Einzelzellen umfassen, welche zumindest in axialer Richtung des Zellblockes mittels Spannelementen verspannt sind. Erfindungsgemäß weist zumindest eine der Komponenten zumindest an einer quer zur axialen Richtung des Zellblockes ausgerichteten Fläche zumindest abschnittsweise eine Oberflächenstrukturierung auf und/oder zumindest zwischen zwei unmittelbar benachbarten Komponenten ist zumindest ein Fixierelement zur Erhöhung einer Haftreibung und/oder Gleitreibung zwischen den unmittelbar benachbarten Komponenten angeordnet.A cell block comprises a plurality of components aligned substantially parallel to one another and arranged one behind the other in the axial direction of the cell block, wherein the components comprise at least one plurality of individual cells interconnected electrically serially and / or parallel to one another, which are braced at least in the axial direction of the cell block by means of clamping elements. According to the invention, at least one of the components at least on a surface aligned transversely to the axial direction of the cell block has surface structuring at least in sections and / or at least one fixing element for increasing static friction and / or sliding friction between the immediately adjacent components is arranged between at least two directly adjacent components.
Durch die Erhöhung insbesondere der Haftreibung von Komponenten innerhalb des Zellblockes ist eine kraftschlüssige Fixierung zumindest der Einzelzellen und der Einzelzellen mit den Zellhaltern, insbesondere in Querrichtung des Zellblockes, verbessert.By increasing in particular the static friction of components within the cell block, a frictional fixation of at least the individual cells and the individual cells with the cell holders, in particular in the transverse direction of the cell block, is improved.
Darüber hinaus kann aufgrund der Erhöhung der Haftreibung eine Vorspannkraft in axialer Richtung des Zellblockes verringert werden, wodurch ein Gewicht, ein Bauvolumen und/oder Kosten für die Spannelemente verringert werden können bzw. kann.In addition, due to the increase in stiction, a biasing force in the axial direction of the cell block can be reduced, whereby a weight, a construction volume and / or costs for the clamping elements can be reduced or can.
Da insbesondere die Haftreibung mittels der Oberflächenstrukturierung und/oder der Fixierelemente erhöht wird und keine stoffschlüssige Verbindung zwischen den Komponenten vorgesehen ist, kann der Zellblock verhältnismäßig einfach, beispielsweise zur Reparaturzwecken, demontiert werden.In particular, since the static friction is increased by means of the surface structuring and / or the fixing elements and no cohesive connection between the components is provided, the cell block can be disassembled relatively easily, for example for repair purposes.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.Embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to drawings.
Dabei zeigen:Showing:
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts are provided in all figures with the same reference numerals.
Die
In
Der jeweilige Zellblock
Dabei ist der Zellblock
Die Einzelzellen
Insbesondere zur Erhöhung der Lebensdauer des im Zellgehäuse
Zusätzlich sind Verbindungsleisten
Bei den Ausführungsformen gemäß den
Handelt es sich bei den Einzelzellen
Wie oben beschrieben, sind die Druckplatten
Zur Verbesserung der kraftschlüssigen Fixierung benachbarter Einzelzellen
Die
Zur Erhöhung der Haftreibung zwischen den Einzelzellen
Bei den Beilagscheiben
Handelt es sich bei den als Hardcasezellen ausgeführten Einzelzellen
Zur Sicherstellung einer für die elektrische Isolation erforderlichen Luft- und Kriechstrecke weisen die Beilagscheiben
Eine zweite Ausführungsform eines Zellblockes
In der zweiten Ausführungsform des Zellblockes
Alternativ oder zusätzlich zu den Schrumpfschläuchen
Mittels der Schrumpfschläuche
Die
Dabei ist der Zellblock
Die Gehäuseteile
Insbesondere weisen die Flächen der Gehäuseteile
Mittels der Oberflächenstrukturierung S ist eine Haftreibung zwischen den Einzelzellen
Beim Verspannen des Zellblockes
Wie oben beschrieben, sind die Einzelzellen
Zur Erhöhung der Haftreibung zwischen unmittelbar benachbarten Einzelzellen
Üblicherweise weist ein Gehäuseteil
Die mittig angeordnete Lage L3 ist, wie oben beschrieben, metallisch und mittels einer Aluminiumfolie gebildet, die als Diffusionssperre des Zellgehäuses
Eine außenliegende Lage L4 ist aus Polyethylen und/oder Polyamid gebildet und weist eine höhere Schmelztemperatur als die aus Polypropylen gebildete innenliegende Lage L2 auf. Dadurch, dass die außenliegende Lage L4 eine höhere Schmelztemperatur aufweist, ist das Risiko eines Anhaftens des jeweiligen Gehäuseteiles
Das der unmittelbar benachbarten Einzelzelle
Die zusätzliche Lage L1 ist aus einem verhältnismäßig weichen Kunststoff, beispielsweise Gummi und/oder Silikon, gebildet, welcher vorzugsweise eine höhere Schmelztemperatur als Polypropylen aufweist.The additional layer L1 is formed of a relatively soft plastic, for example rubber and / or silicone, which preferably has a higher melting temperature than polypropylene.
Beispielsweise wird die zusätzliche Lage L1 bei der Herstellung der Folienabschnitte in einem Laminiervorgang auf die außenliegende Lage L4 aufgebracht. Alternativ dazu wird die zusätzliche Lage L1 nach Fertigstellung der Einzelzelle
Mittels der zusätzlichen Lage L1, welche z. B. aus Gummi besteht, wird die außenliegende Lage L4 des entsprechenden Gehäuseteiles
Die
Dabei umfasst der Zellblock
In
In der fünften Ausführungsform ist vorgesehen, dass das außenliegende Gehäuseteil
Diese außenliegende Lage L4 ist durch die zusätzliche Lage L1 ersetzt. Diese zusätzliche Lage L1 ist aus einem verhältnismäßig weichen Kunststoff, z. B. Gummi, gebildet.This outer layer L4 is replaced by the additional layer L1. This additional layer L1 is made of a relatively soft plastic, z. As rubber formed.
Die
Bei dieser Ausführungsform ist sind die außenliegenden Lagen L4 beider Gehäuseteile
Dazu ist die außenliegende Lage L4 bevorzugt aus Polyethylen oder einem anderen Kunststoff gebildet, in den die Oberflächenstrukturierung S einbringbar ist. Die Oberflächenstrukturierung S ist beispielsweise mittels eines Warmwalzprozesses an den Gehäuseteilen
Die
Bei jeder dargestellten Ausführungsform des Zellblockes
Dadurch können Spannelemente entfallen, wodurch Kosten, Gewicht und/oder ein Bauvolumen des Zellblockes
Darüber hinaus ist der Zellblock
In einer möglichen Ausbildung kann vorgesehen sein, dass die Oberflächenstrukturierung S derart ausgeformt ist, dass beispielsweise eine Gleitreibung in eine vorgegebene Richtung erhöht ist. Dies kann sinnvoll sein, wenn eine bereits eingesetzte Relativbewegung, z. B. eine Verschiebung von Komponenten K des Zellblockes
Mittels der eingesetzten Kunststoffe, beispielsweise zur Ausbildung der Fixierelemente F und/oder zur Beschichtung der Gehäuseteile
Alternativ oder zusätzlich wird die Haftreibung mittels Mikroformschluss, welcher mittels der Oberflächenstrukturierung S herstellbar ist, erhöht. Zudem kann der jeweilige Reibpartner, beispielsweise ein Gehäuseteil
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Zellblockcell block
- 22
- Einzelzellesingle cell
- 33
- Zellgehäusecell case
- 3.13.1
- erstes Gehäuseteilfirst housing part
- 3.23.2
- zweites Gehäuseteilsecond housing part
- 44
- Elektrodenanordnungelectrode assembly
- 55
- elektrischer Polelectric pole
- 66
- Druckplatteprinting plate
- 7 7
- Verbindungsleisteconnecting strip
- 88th
- Zellhaltercell holder
- 99
- Beilagscheibewasher
- 1010
- Schrumpfschlauchshrinkable tubing
- FF
- Fixierelementfixing
- KK
- Komponentecomponent
- L1L1
- zusätzliche Lageadditional location
- L2L2
- innenliegende Lageinside situation
- L3L3
- mittig angeordnete Lagecentrally located location
- L4L4
- außenliegende Lageoutboard position
- R1R1
- axiale Richtungaxial direction
- R2R2
- Querrichtungtransversely
- SS
- Oberflächenstrukturierungsurface structuring
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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