DE102016206578A1 - Housing for an electrochemical energy storage - Google Patents
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Abstract
Gehäuse für einen elektrochemischen Energiespeicher, umfassend ein elektrisch leitendes Gehäuse und ein elektrisch isolierendes Gehäuseteil, wobei das elektrisch leitende Gehäuseteil mit dem elektrochemischen Energiespeicher elektrisch verbindbar ist und das Gehäuse mittels zumindest eines Gehäuseteils kraft- und/oder formschlüssig verbindbar ist.Housing for an electrochemical energy storage, comprising an electrically conductive housing and an electrically insulating housing part, wherein the electrically conductive housing part with the electrochemical energy store is electrically connected and the housing by means of at least one housing part non-positively and / or positively connected.
Description
Die Erfindung geht aus von einem Gehäuse für einen elektrochemischen Energiespeicher, einem Verfahren zum Herstellen eines Gehäuses für einen elektrochemischen Energiespeicher, einem Batteriesystem mit einer Mehrzahl von Gehäusen sowie einer Verwendung eines Batteriesystems in einem Fahrzeug gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche.The invention is based on a housing for an electrochemical energy store, a method for producing a housing for an electrochemical energy store, a battery system with a plurality of housings and a use of a battery system in a vehicle according to the preamble of the independent claims.
Stand der TechnikState of the art
Aus dem Stand der Technik ist eine Vielzahl von Gehäusen für Batterien bekannt.From the prior art, a variety of cases for batteries is known.
So zeigt die Druckschrift
Die Druckschrift
Die Druckschrift
Im Stand der Technik sind Batteriezellen ein Grundbaustein eines Batteriepacks. Diese Batteriezellen unterscheiden sich hinsichtlich ihrer Zellchemie und ihrer Bauteilgeometrie. Aus Sicht der Zellchemie stellt die Lithium-Ionen-Technologie den heutigen Stand der Technik dar. Zukunftstechnologien wie beispielsweise Lithium-Metall- in Kombination mit Schwefel, oder herkömmlichen Kathodenmaterialien wie NCA und NCM, sowie Feststoffelektrolyten besitzen ein hohes Potential auf Grund ihrer hohen Energiedichte. Übliche Bauformen sind Rund-, Pouch-, Knopf- und Prismatische-Zellen mit vier Grundflächen. Bauteilgeometrie und Dimension haben einen großen Einfluss auf mechanische, elektrische und thermische Eigenschaften der Zelle, von Modulen und einem gesamten Batteriepack. Alle genannten Zelltypen haben Vor- und Nachteile, die je nach Anwendungsfall berücksichtigt werden. Die Zellgrößen sind standardisiert um eine Einsetzbarkeit von Zellen unterschiedlicher Zellhersteller zu gewährleisten. In the prior art, battery cells are a basic building block of a battery pack. These battery cells differ with regard to their cell chemistry and their component geometry. From the point of view of cell chemistry, lithium-ion technology represents the current state of the art. Future technologies such as lithium-metal in combination with sulfur, or conventional cathode materials such as NCA and NCM, as well as solid electrolytes have a high potential due to their high energy density. Common designs are round, pouch, button and prismatic cells with four bases. Component geometry and dimension have a major impact on mechanical, electrical and thermal properties of the cell, modules and an entire battery pack. All of these cell types have advantages and disadvantages, which are taken into account depending on the application. The cell sizes are standardized to ensure the usability of cells from different cell manufacturers.
Heutige Zellen sind nicht zerlegbar und benötigen zusätzliche Bauteile für elektrische und mechanische Kontaktierung der Zellen in einem Modul und/oder einem Batteriepack.Today's cells can not be dismantled and require additional components for electrical and mechanical contacting of the cells in a module and / or a battery pack.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Die erfindungsgemäße Vorgehensweise mit den kennzeichnenden Merkmalen der unabhängigen Ansprüche weist demgegenüber den Vorteil auf, dass das Gehäuse ein elektrisch leitendes Gehäuseteil und ein elektrisch isolierendes Gehäuseteil umfasst, wobei das elektrisch leitende Gehäuseteil mit dem elektrochemischen Energiespeicher elektrisch verbindbar ist und das Gehäuse mittels zumindest eines Gehäuseteils kraft- und/oder formschlüssig verbindbar ist. The procedure according to the invention with the characterizing features of the independent claims has the advantage that the housing comprises an electrically conductive housing part and an electrically insulating housing part, wherein the electrically conductive housing part is electrically connectable to the electrochemical energy store and force the housing by means of at least one housing part - And / or positively connected.
Dadurch wird eine Reduzierung eines Aufwands bei einer Montage des Gehäuses erreicht. Weiter wird eine bessere thermische Kopplung zwischen dem elektrochemischen Energiespeicher auf Grund einer großflächigen thermischen Kontaktierung erreicht. This achieves a reduction in the expense of mounting the housing. Next, a better thermal coupling between the electrochemical energy storage is achieved due to a large-scale thermal contact.
Durch den zweiteiligen Aufbau des Gehäuses wird weiter eine höhere mechanische Stabilität erreicht, wodurch eine Wandstärke der Gehäuseteile reduziert werden kann und somit das Gewicht reduziert wird.Due to the two-part construction of the housing a higher mechanical stability is further achieved, whereby a wall thickness of the housing parts can be reduced and thus the weight is reduced.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.Further advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.
Das Gehäuse ist mittels des elektrisch leitenden Gehäuseteils elektrisch verbindbar. The housing is electrically connectable by means of the electrically conductive housing part.
Dadurch ist das Gehäuse mit einer elektrisch leitenden Kontaktierung elektrisch verbindbar, wobei auf eines reduzierten Übergangswiderstands geringere elektrische Verluste und eine höhere Effizienz erreicht werden. Weiter wird eine Reduzierung von Induktivitäten im Vergleich zu einem Aufbau gemäß dem Stand der Technik erreicht, was insbesondere für weitere Anwendungsfälle, wie beispielsweise einem Batteriedirektinverter vorteilhaft ist.As a result, the housing can be electrically connected to an electrically conductive contact, with lower electrical losses and higher efficiency being achieved on a reduced contact resistance. Furthermore, a reduction of inductances compared to a construction according to the prior art is achieved, which is advantageous in particular for other applications, such as a battery direct inverter.
Die Gehäuseteile weisen eine runde Grundform und/oder ein Polygon als Grundform auf.The housing parts have a round basic shape and / or a polygon as a basic shape.
Dadurch wird eine höhere mechanische Stabilität der Gehäuseteile und des Gehäuses erreicht. Die runde Grundform weist den besonderen Vorteil auf, dass eine Mehrzahl von Gehäusen beispielsweise mittels eines Schraubverschluss oder Spannhaken miteinander mechanisch verbunden werden können. Dadurch wird ein Montageaufwand gegenüber den bekannten Herstellungsverfahren deutlich reduziert. Die runde Grundform eignet sich besonders für elektrochemische Energiespeicher mit Prisma- oder Zylinder-Geometrie.As a result, a higher mechanical stability of the housing parts and the housing is achieved. The round basic shape has the particular advantage that a plurality of housings, for example by means of a screw cap or Clamping hooks can be mechanically connected to each other. As a result, an assembly effort compared to the known manufacturing process is significantly reduced. The round basic shape is particularly suitable for electrochemical energy storage with prism or cylinder geometry.
Die Gehäuseteile weisen zum kraft- oder formschlüssigen Verbinden des Gehäuses mindestens eine Steckvorrichtung und/oder Schraubvorrichtung auf. The housing parts have for non-positive or positive connection of the housing at least one plug-in device and / or screwing device.
Dadurch wird neben einem reduzierten Montageaufwand eine höhere mechanische Stabilität erreicht, wodurch das Gehäusegewicht reduziert wird. Weiter wird eine besondere mechanische Stabilität gegenüber Vibrationen und Erschütterungen des Gehäuses erreicht. As a result, in addition to a reduced installation effort, a higher mechanical stability is achieved, whereby the housing weight is reduced. Furthermore, a special mechanical stability against vibrations and vibrations of the housing is achieved.
Die Steckvorrichtung und/oder die Schraubvorrichtung sind durch Überschreitung eines Innendrucks des Gehäuses und/oder zumindest eines Gehäuseteils lösbar.The plug-in device and / or the screwing device can be released by exceeding an internal pressure of the housing and / or at least one housing part.
Dadurch wird in einem abnormalen Betriebszustand, bei dem der Innendruck im Gehäuse steigt, durch selbsttätiges Lösen der Steckvorrichtung und/oder der Schraubvorrichtung ein sicherer Betriebszustand erreicht.As a result, in an abnormal operating state in which the internal pressure in the housing increases, a safe operating state is achieved by automatically releasing the plug-in device and / or the screwing device.
Das elektrisch leitende Gehäuseteil umfasst Aluminium und/oder ein leitfähiges Polymer und das elektrisch isolierende Gehäuseteil ein Epoxidharz, einen glasfaserverstärkten Kunststoff und/oder Keramik. Dadurch ist eine Anpassung von elektrischen Übergangswiderständen und einem Zielgewicht des Gehäuses möglich. The electrically conductive housing part comprises aluminum and / or a conductive polymer and the electrically insulating housing part an epoxy resin, a glass fiber reinforced plastic and / or ceramic. As a result, an adaptation of electrical contact resistance and a target weight of the housing is possible.
Abmessungen der Gehäuseteile sind derart gewählt, dass das Gehäuse eine hohe mechanische Stabilität aufweist. Dadurch wird eine hohe Flexibilität gegenüber einem verwendeten elektrochemischen Energiespeicher erreicht.Dimensions of the housing parts are chosen such that the housing has a high mechanical stability. As a result, a high flexibility compared to a used electrochemical energy storage is achieved.
Das Verfahren zum Herstellen des erfindungsgemäßen Gehäuses für einen elektrochemischen Energiespeicher umfasst folgende Schritte:
- – Ur- und/oder Umformen eines elektrisch leitenden Metalls und/oder eines elektrisch leitfähigen Kunststoffs zu einem elektrisch leitenden Gehäuseteil,
- – Ur- und/oder Umformen eines Nichtleiters zu einem elektrisch isolierenden Gehäuseteil und Fügen des elektrisch leitenden Gehäuseteils mit dem elektrisch isolierenden Gehäuseteils, oder Herstellen des elektrisch isolierenden Gehäuseteils durch zumindest partielles Beschichten des elektrisch leitenden Gehäuseteils durch einen Nichtleiter,
- – Einpressen des elektrochemischen Energiespeichers in zumindest eines der Gehäuseteile, wodurch eine kraftschlüssige Verbindung zwischen dem elektrochemischen Energiespeicher und dem Gehäuseteil entsteht,
- – Elektrisches Kontaktieren des elektrochemischen Energiespeichers mit dem elektrisch leitenden Gehäuseteils.
- - Ur- and / or forming an electrically conductive metal and / or an electrically conductive plastic to an electrically conductive housing part,
- - Ur- and / or forming a non-conductor to an electrically insulating housing part and joining the electrically conductive housing part with the electrically insulating housing part, or producing the electrically insulating housing part by at least partially coating the electrically conductive housing part by a non-conductor,
- - Pressing the electrochemical energy storage in at least one of the housing parts, whereby a frictional connection between the electrochemical energy storage and the housing part is formed,
- - Electrical contacting of the electrochemical energy storage device with the electrically conductive housing part.
Aufgrund einer deutlichen Reduzierung von Montageschritten wird ein Aufwand zur Herstellung des Gehäuses deutlich reduziert, wodurch eine Kostenersparnis erreicht wird. Due to a significant reduction of assembly steps, a cost for the production of the housing is significantly reduced, whereby a cost savings is achieved.
Weiter sind keine zusätzlichen Kontaktierungen für den elektrochemischen Energiespeicher nötig, wodurch Übergangswiderstände reduziert werden. Further, no additional contacts for the electrochemical energy storage are needed, whereby contact resistance can be reduced.
Weiter wird eine Erhöhung einer spezifischen Energie bzw. Leistung eines elektrochemischen Energiespeichers durch ein geringeres Gewicht von elektrochemisch inaktiven Komponenten erreicht. Furthermore, an increase in a specific energy or performance of an electrochemical energy store is achieved by a lower weight of electrochemically inactive components.
Das Verfahren zum Herstellen des erfindungsgemäßen Gehäuses umfasst folgenden weiteren Schritt:
- – Einpressen einer Elektronik zur Überwachung des elektrochemischen Energiespeichers in eines der Gehäuseteile und elektrisches Kontaktieren mit dem elektrisch leitenden Gehäuseteil.
- - Pressing an electronics for monitoring the electrochemical energy storage in one of the housing parts and electrically contacting with the electrically conductive housing part.
Dadurch wird eine optimale Ausnutzung von benötigtem Bauraum erreicht, da für die Elektronik zur Überwachung des elektrochemischen Energiespeichers kein zusätzlicher Platz, beispielsweise in einem Batteriesystem, reserviert werden muss.As a result, an optimal utilization of space required is achieved, as for the electronics for monitoring the electrochemical energy storage no additional space, for example, in a battery system, must be reserved.
In einer alternativen Ausführungsform wird der elektrochemische Energiespeicher und/oder die Elektronik zur Überwachung des elektrochemischen Energiespeichers durch Einpressen, mittels Kleben und/oder Schweißen mit dem Gehäuseteil mechanisch und/oder elektrisch verbunden.In an alternative embodiment, the electrochemical energy storage and / or the electronics for monitoring the electrochemical energy storage by pressing, by gluing and / or welding to the housing part mechanically and / or electrically connected.
Vorteilhafterweise umfasst ein Batteriesystem eine Mehrzahl von erfindungsgemäßen Gehäusen. Advantageously, a battery system comprises a plurality of housings according to the invention.
Dadurch wird die spezifische Energie bzw. Leistung des Batteriesystems durch ein geringeres Gewicht von elektrochemischen inaktiven Komponenten erhöht. As a result, the specific energy or performance of the battery system is increased by a lower weight of electrochemical inactive components.
Auf Grund fehlender Kontaktierungen gegenüber dem Stand der Technik wird weiter ein Montageaufwand des Batteriesystems reduziert. Due to the lack of contacts with respect to the prior art further reduces installation costs of the battery system.
Vorteilhafterweise wird das Batteriesystem in einem Fahrzeug und/oder einem stationären Batteriesystem mit einem Lithium-Ionen-, Lithium-Schwefel-, Lithium-Luft-Energiespeicher und/oder einem Energiespeicher mit einem Feststoffelektrolyt verwendet. Advantageously, the battery system in a vehicle and / or a stationary Battery system with a lithium-ion, lithium-sulfur, lithium-air energy storage and / or energy storage with a solid electrolyte used.
Dadurch kann in einem Fehlerfall beispielsweise ein elektrochemischer Energiespeicher im Rahmen eines Kundendiensts getauscht werden. As a result, in the event of a fault, for example, an electrochemical energy store can be exchanged as part of a customer service.
Kurzbeschreibung der FigurenBrief description of the figures
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Embodiments of the invention are illustrated in the drawings and explained in more detail in the following description.
Es zeigt:It shows:
Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele.Detailed description of the embodiments.
Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in alle Figuren gleiche Vorrichtungskomponenten.The same reference numerals designate the same device components in all figures.
Weiter ist in
Eine positive Elektrode des elektrochemischen Energiespeichers
In
Eine Gehäuse
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- DE 102013220778 A1 [0004] DE 102013220778 A1 [0004]
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