EP2514000A1 - Batteriegehäuse zur aufnahme von elektrochemischen energiespeichereinrichtungen - Google Patents

Batteriegehäuse zur aufnahme von elektrochemischen energiespeichereinrichtungen

Info

Publication number
EP2514000A1
EP2514000A1 EP10787279A EP10787279A EP2514000A1 EP 2514000 A1 EP2514000 A1 EP 2514000A1 EP 10787279 A EP10787279 A EP 10787279A EP 10787279 A EP10787279 A EP 10787279A EP 2514000 A1 EP2514000 A1 EP 2514000A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
battery
energy storage
electrochemical energy
storage device
side wall
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP10787279A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Tim Schaefer
Andreas Gutsch
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Li Tec Battery GmbH
Original Assignee
Li Tec Battery GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Li Tec Battery GmbH filed Critical Li Tec Battery GmbH
Publication of EP2514000A1 publication Critical patent/EP2514000A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/204Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells
    • H01M50/207Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape
    • H01M50/209Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape adapted for prismatic or rectangular cells
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052Li-accumulators
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/44Methods for charging or discharging
    • H01M10/441Methods for charging or discharging for several batteries or cells simultaneously or sequentially
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/44Methods for charging or discharging
    • H01M10/443Methods for charging or discharging in response to temperature
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/44Methods for charging or discharging
    • H01M10/445Methods for charging or discharging in response to gas pressure
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/296Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by terminals of battery packs
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Definitions

  • Battery housing for holding electrochemical energy storage devices
  • the present invention relates to a battery case having a side wall for accommodating electrochemical energy storage devices and a method of operating this battery case.
  • the invention will be described in the context of lithium-ion batteries for supplying the drive motor of vehicles. It should be noted that the invention may also be used regardless of the type of battery or regardless of the type of powered drive.
  • Batteries are known in the art which comprise a plurality of electrochemical energy storage devices and a battery housing having a rigid sidewall, e.g. EP 1 583 167 A1. Some types of battery cases have in common that their environment is at risk of failure of an electrochemical energy storage device with leakage of the cell contents.
  • the invention is therefore based on the object, in particular to prevent the uncontrolled escape of components, including gaseous components, an electrochemical energy storage device from the battery case and thus to increase the safety of the battery. This is achieved according to the invention by the teaching of the independent claims. Preferred developments of the invention are the subject of the dependent claims.
  • a battery housing is intended to receive at least one electrochemical energy storage device and protect it from external influences, such as e.g. mechanical stresses or UV radiation.
  • Such an electrochemical energy storage device has a cell frame. This at least partially surrounds the energy storage device and further forms partially the outer wall of the battery case.
  • This battery case also has a housing cover. By means of this, at least one electrochemical energy storage device can be electrically contacted.
  • the battery housing has at least one side wall. This forms partially the outer wall of this battery case.
  • the rigidity of this sidewall is less than the rigidity of the cell frames. Due to these different stiffnesses, the side wall is deformed elastically or plastically at a pressure difference between the interior of the battery housing and the environment surrounding the battery housing.
  • this is at least partially connected in a gastight manner with a cell frame.
  • a side wall Under a side wall is a portion of a battery case to understand.
  • This side wall is designed to deform under a pressure differential between the battery case interior and the environment surrounding the battery case.
  • a pressure difference can occur, in particular, through uncontrolled reactions of the electrochemical energy storage device, for example during a so-called thermal runaway, and the associated increase in pressure in the battery housing interior.
  • this side wall increases the surface of the battery case and the volume of the battery case interior.
  • These changes preferably favorably influence the pressure difference between the battery housing interior and the environment surrounding the battery housing, ie the pressure in the battery housing interior increases less than would be the case if this side wall did not deform. Due to this lower pressure difference, the mechanical stresses on this battery housing decrease and the safety of the same is increased.
  • An electrochemical energy storage device is to be understood as a device which is provided for storing electrical energy.
  • An electrochemical energy storage device has at least one electrode stack, a current conductor and an enclosure.
  • An electrochemical energy storage device is provided to convert and store electrical energy into chemical energy.
  • the electrochemical energy storage device can convert the chemically stored energy back into electrical energy and release.
  • such an electrochemical energy storage device is designed as a lithium-ion battery.
  • an electrochemical energy storage device has reactive ingredients.
  • the wrapper prevents uncontrolled reactions of these ingredients with the environment surrounding the electrochemical energy storage device.
  • a cell frame means a component which is in mechanical contact with the envelope of an electrochemical energy storage device.
  • the cell frame surrounds the electrochemical energy storage device substantially in its edge region.
  • the cell frame serves to protect the envelope and the positionability or stackability of the electrochemical energy storage device.
  • the cell frame serves to protect certain, preferably sensitive areas of this enclosure. Due to the cell frame, in particular external requirements reduced to the serving.
  • the cell frame covers seams and splices of the envelope.
  • an outer wall means the area of the battery housing which delimits the interior of the battery housing from the environment surrounding the battery housing.
  • the outer wall of the battery case is preferably provided to withstand environmental influences, such as e.g. mechanical stresses, to keep away from the contents of the battery case.
  • this outer wall prevents substances which have leaked from the electrochemical energy storage device from coming into contact with the environment surrounding the battery housing.
  • a housing cover is a component to understand, which is part of the battery case.
  • the housing cover can be connected to the cell frame.
  • the electrochemical energy storage devices are electrically contacted by the housing cover.
  • an electronic battery control is used in the housing cover.
  • such a battery control is provided to drive the electrochemical energy storage devices of at least one battery.
  • the electrical contacting of individual or all electrochemical energy storage devices of a battery is interrupted or preferably controlled.
  • the electrical contact can be controlled so that the stored power is affected. This is preferably done by controlling the voltage across the current conductors, and more preferably by controlling the current that is expelled from the electrochemical energy storage devices.
  • this voltage or this current is in particular the Condition taken into account at least one electrochemical energy storage device, for example, the temperature, or preferably the pressure difference between the battery housing interior and surrounding the battery housing environment.
  • At least two cell frames of two adjacent electrochemical energy storage devices are connected to one another in a positive, material or non-positive manner.
  • this compound is gas-tight.
  • the gas-tight design of this connection ensures that no substances can escape uncontrollably from the battery case. This prevents the environment from being contaminated with reactive substances from the electrochemical energy storage devices. Thus, the safety of an electrochemical energy storage device is increased.
  • two adjacent cell frames are positively connected to each other.
  • Such a connection can be achieved in particular by connecting elements.
  • the cell frames are provided with recesses, preferably with bores, for forming this connection.
  • a positive connection of these cell frames is achieved by the connecting elements in cooperation with these recesses.
  • fasteners may be in particular screws, rivets or pins.
  • connection areas are formed on a cell frame so that two adjacent cell frames preferably form a positive connection with one another.
  • Such a positive connection is designed in particular as a so-called latching connection.
  • two adjacent cell frames are bonded together.
  • such a cohesive connection is achieved by gluing or welding.
  • this material connection is made gas-tight. This type of connection prevents uncontrolled release of substances from the battery housing into the environment, thus increasing the safety of the electrochemical energy storage device.
  • the side wall is materially connected to at least one cell frame.
  • a coherent connection is achieved by gluing or welding.
  • a gas-tight connection between the side wall and cell frame is produced.
  • the strength of this compound is equal to or greater than the tensile strength of the sidewall. This ratio of strength to one another ensures that the connecting parts between the side wall and the cell frame do not break before the side wall begins to deform. In particular, it is ensured by this embodiment that deforms the side wall and not contents of the electrochemical energy storage device uncontrollably emerge from the battery case.
  • the side wall is non-positively or positively connected to the cell frame.
  • the side wall is connected to the cell frame by clamping with a reinforcing frame.
  • this clamping connection is in particular designed such that the tensile strength of the clamping connection is higher than or equal to the tensile strength of the side wall.
  • This design of this connection ensures, in particular, that the side wall is deformed and that the connection fails and thus uncontrolled contents of the electrochemical energy storage device emerge from the battery housing.
  • the safety of the battery case is increased.
  • significant pressure differences within the battery housing are prevented from permanently occurring. In particular, it is prevented that pressure differences of more than 1 * 10 5 Pascal for more than 5 seconds, preferably for more than 2 seconds and especially for more than 1/10 second exist.
  • this pressure equalization is achieved by pressure equalizing recesses.
  • pressure compensation recesses may be located in the cell frame.
  • a battery housing has an electronic battery controller for controlling at least one electrochemical energy storage device.
  • this battery control is incorporated in a cover element.
  • a cover element can cover a battery control at least regionally, but preferably completely.
  • the side wall of a battery case is made of a composite material.
  • this composite material is a fiber-reinforced plastic.
  • an elastomer is used as the base material or matrix material for this fiber composite material.
  • the reinforcing fibers in this material are multidirectional, preferably targeted or unidirectionally aligned.
  • a multidirectional alignment of the reinforcing fibers an increase in the component strength of this side wall is preferably achieved and thus the safety of the battery housing is increased.
  • the deformation of the side wall is preferably influenced. In particular, a directed, locally different deformation of this side wall is thus achieved.
  • the reinforcing fibers of this fiber composite material for this sidewall according to the invention are preferably made of a plastic. In particular, this has a deviating from the base material expansion behavior.
  • these reinforcing fibers are made of nylon or aramid.
  • the reinforcing fibers can also be made of a material from a group of materials other than plastic, e.g. it can be glass, metal, ceramic or carbon fibers.
  • the reinforcing fibers have a thickness of 1 ⁇ to 1000 ⁇ , preferably from 10 ⁇ to 100 ⁇ and more preferably from 20 ⁇ to 40 ⁇ on.
  • the expansion behavior of these reinforcing fibers can be determined in particular by their geometry, e.g. by the normal cross-sectional area to the main stress direction, or preferably by its 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% - 1000%, such as polyolefin, of a plastic having an elongation at break of 50% - 500%, such as polyamide or of 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-ethylenepropylene dienes (EPDM).
  • EPDM poly-ethylenepropylene dienes
  • this plastic is not affected by the contents of an electrochemical energy storage device or by the reaction products thereof chemically attacked or decomposed by them. In particular, it is prevented by a coating or by a protective device that reactive ingredients come into contact with this side wall.
  • a suitable choice of the plastic for the side wall prevents reactive substances from escaping from the battery housing, thus increasing safety.
  • a battery has at least one electrochemical energy storage device and a battery housing.
  • This battery housing has at least one, preferably two or more, in particular elastic, or plastically deformable side walls. At least one electrochemical energy storage device is preferably accommodated in this battery housing.
  • a method for operating a battery having a battery housing is understood to be a method which in particular receives measured values from the battery housing, processes them and preferably influences the operating state of the battery on the basis of these measured values or represents this operating state.
  • the recording of measured values is to be understood in particular as the measurement of a pressure, a temperature or other physical quantities which are preferably suitable for assessing the operating state of one or more electrochemical energy storage devices.
  • the processing of measured values is to be understood as a solubility comparison.
  • the result of this sol stwertiquess is converted into a control command.
  • this control command is suitable for changing or influencing the operating state of at least one electrochemical energy storage device.
  • the electrical contacting of at least one electrochemical energy storage device is interrupted or, in particular, restricted.
  • the power stored out of this electrochemical energy storage device is limited. Such a method does not operate the electrochemical energy storage devices permanently above their performance limit, thus increasing safety.
  • the temperature of at least one electrochemical energy storage device is measured.
  • this measured temperature is compared with a desired temperature. If the measured temperature exceeds a predeterminable switch-off value, in particular the electrical contact to this one electrochemical energy storage device is interrupted or, preferably, the electrical contact of the entire battery is interrupted.
  • the power which has been stored out of this one electrochemical energy storage device or out of the entire battery is reduced.
  • the pressure within a battery case or, preferably, a surface pressure eg, by measuring a force, preferably normal to the surface of at least one electrode of the electrochemical energy storage device is measured.
  • the pressure or the surface pressure within an electrochemical energy storage device can be detected.
  • the measured value of this surface pressure or this pressure is compared in particular in a Sol st adopted with a, preferably predeterminable switch-off. If the measured value exceeds this switch-off value, preferably the electrical contact of at least one, but preferably all electrochemical, energy storage devices is interrupted.
  • this cut-off value is reached, the stored power can be limited to at least one, but preferably from all electrochemical energy storage device. By switching off electrochemical energy storage devices or by limiting the stored power from these too much mechanical stress safety is increased.
  • the battery controller can output a signal when a critical operating state is reached.
  • a critical operating condition is in particular by measurable physical parameters, such as. the pressure in the battery housing, the surface pressure acting on the surface of the electrode stack or the temperature of an electrochemical energy storage device.
  • the output signal may in particular be an optical signal, e.g. a partial color or shape change of the battery case, such as e.g. be a protruding from the battery case pin or an electrical signal.
  • such a signal can be further processed by a control unit.
  • this signal is suitable for assessing the operating state of the battery or at least one electrochemical energy storage device of this battery.
  • the battery housing 1 shows a section through a battery housing 1 according to the invention with two deformable side walls 2.
  • the battery housing 1 has four electrochemical energy storage devices 3.
  • a lid element In a lid element
  • This battery case 1 has two electrical connections 7. a section through an inventive battery case 1 without cover element 5 with two electrochemical energy storage devices 3. These are surrounded by cell frame 4.
  • the cell frames 4 have pressure compensation recesses 9. 3 shows a section of a battery housing 1 according to the invention.
  • the cell frames 4 surround the electrochemical energy storage devices 3 and are positively connected to each other.
  • the side walls 2 are also connected by a so-called cell frame latching connection 8 with the cell frame 4.
  • the cell frames 4 show a detail of a battery housing 1 according to the invention.
  • the cell frames 4 surround the electrochemical energy storage devices 3.
  • the cell frames 4 are interconnected with through-bolts 10.
  • the side walls 2 are also connected by these through-bolts 10 with the cell frame 4.
  • the cell frames 4 surround the electrochemical energy storage devices 3.
  • the cell frames 4 are interconnected with through-bolts 10.
  • the side walls 2 are reinforced in their Rand Schemet with a reinforcing frame 12 and are also connected by these through-bolts 10 with the cell frame 4.
  • FIG. 6 shows a section of a battery housing 1 according to the invention.
  • the cell frames 4 surround the electrochemical energy storage devices 3.
  • the cell frames 4 are glued together.
  • the side walls 2 are connected to the cell frame 4 with a so-called sidewall detent connection 13.
  • Fig. 7 is a side view of a battery housing 1 according to the invention with a deformed side wall 2b, wherein the side wall 2b has a homogeneous stress / strain behavior.
  • a battery housing 1 has two deformable side walls 2.
  • the electrochemical energy storage devices 3 are surrounded by cell frames 4. A portion of the cell frame 4 partially forms the outer surface of the battery case 1.
  • a battery control device 6 is housed in the lid member 5 of this battery case 1.
  • the electrochemical energy storage devices 3 can be contacted by electrical connections 7 and by the battery control device 6.
  • Two adjacent cell frame 4 are cohesively, preferably by gluing or welding, connected together.
  • the side walls 2 are also materially connected to the cell frame 4. Due to the fluid-tight connection of the side walls 2 with the cell frame 4 and the cell frame 4 with each other no substances can uncontrolled in the battery case 1 on or emerge from this.
  • the cell frames 4 have pressure compensation recesses 9. These pressure compensation recesses 9 connect the cavities between the electrochemical energy storage devices 3 so that a common interior of the battery housing is formed. In this common interior are thus permanently no pressure differences available. As a result, the pressure on the entire battery housing interior is evenly distributed with an increase in pressure within the battery housing.
  • the cell frames 4 of a battery housing 1 according to the invention are connected to one another by a so-called cell frame latching connection 8.
  • the side walls 2 are preferably also form-fitting with the cell frame 4th connected.
  • this positive connection is designed as a latching connection.
  • the side walls 2 are thereby fluid-tightly connected to the cell frame 4.
  • the cell frame 4 are also connected to each other fluid-tight. Thus, no ingredients of the electrochemical energy storage devices 3 can escape uncontrolled from the battery case 1.
  • the cell frames 4 are positively connected with each other.
  • a connector is e.g. a through-bolt 10 and a nut 1 1.
  • the through-bolt 10 extends through a plurality of cell frame 4.
  • the cell frame 4 are pressed against each other. It is advantageous if the side walls 2 are also fastened in a fluid-tight manner with the connecting elements.
  • the cell frame 4 and the side walls 2 form by tightening the through-bolts 10 thus a fluid-tight connection with each other.
  • this fluid-tight connection prevents uncontrolled substances of the electrochemical energy storage devices 3 from the battery case 1 off or other substances enter this.
  • the cell frame 4 and the side walls 2 are connected by means of through-bolts 10 and nuts 1 1.
  • a reinforcing frame 12 is mounted between the screw head or between the nut 1 1 and the side wall 2.
  • This reinforcing frame 12 may be integrally connected to the side wall 2 or formed by folding the side wall 2.
  • the reinforcing frame 12 leads to a uniform pressure distribution of the screw biasing forces on the side wall 2.
  • the cell frames 4 are materially connected to one another. Such a cohesive connection can be achieved by gluing or preferably by welding.
  • the side walls 2 are connected by a positive connection with the outer cell frame 4.
  • Such a positive connection is advantageously achieved by a so-called sidewall latching connection 13.
  • This side wall locking connection 13 connects the side walls 2 with the outer cell frame 4 in a fluid-tight manner.
  • the deformable side wall 2 can bulge outwards. As the side wall 2b bulges outwardly, it increases the volume of the battery case 1. As a result of this increase in volume, the pressure within the battery housing increases less than if the battery housing volume did not increase. Due to this lower increase in pressure, the mechanical load on the battery case 1 is lowered and increased safety.
  • the side wall 2a has an inhomogeneous stress / strain behavior. This behavior can be achieved selectively by a fiber composite material or by the geometric properties, eg by a variable thickness of the side wall 2a.
  • This stress / strain behavior ultimately affects the deformation behavior of the side wall 2a. With this deformation behavior it is achieved that the side wall 2a does not collide with other components, such as, for example, frame parts 14 during their deformation. The side wall 2a then expands only so that it touches no other, especially sharp-edged components. In one ner sidewall with homogeneous stress / strain behavior, the side wall extends to achieve the component strength substantially uniformly, the battery housing interior thus assumes the maximum size.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sealing Battery Cases Or Jackets (AREA)
  • Battery Mounting, Suspending (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Connection Of Batteries Or Terminals (AREA)

Abstract

Batteriegehäuse (1), welches eine verformbare Seitenwand (2) aufweist. Das Batteriegehäuse (1) ist zur Aufnahme wenigstens einer elektrochemischen Energiespeichereinrichtung (3) vorgesehen. Eine elektrochemische Energiespeichereinrichtung (3) weist einen Zellenrahmen (4) auf, welcher diese teilweise umgibt und bereichsweise die Außenwand des Batteriegehäuses (1) bildet. Das Batteriegehäuse (1) weist zudem einen Gehäusedeckel (5) auf, durch welchen wenigstens eine elektrochemische Energiespeichereinrichtung (3) elektrisch kontaktierbar ist. Eine Seitenwand (2) bildet wenigstens bereichsweise die Außenwand dieses Batteriegehäuse (1), wobei die Steifigkeit dieser Seitenwand (2) geringer ist als die Steifigkeit des Zellenrahmens (4). Dadurch verformt sich bei einem Druckunterschied zwischen dem Innenraum des Batteriegehäuses (1) und der das Batteriegehäuse (1) umgebenden Umwelt die Seitenwand (2) und das Volumen des Batteriegehäuses (1) vergrößert sich. Diese Seitenwand (2) ist wenigstens bereichsweise gasdicht mit diesem Zellenrahmen (4) verbunden.

Description

Batteriegehäuse zur Aufnahme von elektrochemischen Energie- speichereinrichtungen
B e s c h r e i b u n g
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Batteriegehäuse mit einer Seitenwand zur Aufnahme von elektrochemischen Energiespeichereinrichtungen und ein Verfahren zum Betrieb dieses Batteriegehäuses. Die Erfindung wird im Zusammenhang mit Lithium-Ionen-Batterien zur Versorgung des Antriebsmotors von Fahrzeugen beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass die Erfindung auch unabhängig von der Bauart der Batterie oder unabhängig von der Art des versorgten Antriebs Verwendung finden kann.
Aus dem Stand der Technik sind Batterien bekannt, welche mehrere elektrochemische Energiespeichereinrichtungen und ein Batteriegehäuse mit einer starren Seitenwand, z.B. EP 1 583 167 A1 , aufweisen. Einigen Bauarten von Batteriegehäusen ist gemein, dass deren Umgebung nach Versagen einer elektrochemischen Energiespeichereinrichtung mit Austritt des Zellinhalts gefährdet wird.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, insbesondere den unkontrollierten Austritt von Bestandteilen, auch gasförmiger Bestandteile, einer elektrochemischen Energiespeichereinrichtung aus dem Batteriegehäuse zu verhindern und damit die Sicherheit der Batterie zu erhöhen. Das wird erfindungsgemäß durch die Lehre der unabhängigen Ansprüche erreicht. Zu bevorzugende Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Ein Batteriegehäuse ist dazu vorgesehen wenigstens eine elektrochemische E- nergiespeichereinrichtung aufzunehmen und diese vor äußeren Einflüssen, wie z.B. mechanische Beanspruchungen oder UV-Strahlung, zu schützen.
Eine solche elektrochemische Energiespeichereinrichtung weist einen Zellenrahmen auf. Dieser umgibt wenigstens teilweise die Energiespeichereinrichtung und bildet des weiteren bereichsweise die Außenwand des Batteriegehäuses. Dieses Batteriegehäuse weist zudem einen Gehäusedeckel auf. Durch diesen ist wenigstens eine elektrochemische Energiespeichereinrichtung elektrisch kontak- tierbar.
Zudem weist das Batteriegehäuse wenigstens eine Seitenwand auf. Diese bildet bereichsweise die Außenwand dieses Batteriegehäuses. Die Steifigkeit dieser Seitenwand ist geringer als die Steifigkeit der Zellenrahmen. Durch diese unterschiedlichen Steifigkeiten verformt sich bei einem Druckunterschied, zwischen dem Innenraum des Batteriegehäuses und der das Batteriegehäuse umgebenden Umwelt, im Wesentlichen die Seitenwand elastisch beziehungsweise plastisch.
Wenn sich diese Verformung der Seitenwand, vergrößert sich das Volumen des Batteriegehäuses. Zum Ermöglichen dieser Verformung der Seitenwand ist dieses wenigstens bereichsweise gasdicht mit einem Zellenrahmen verbunden.
Unter einer Seitenwand ist ein Teilbereich eines Batteriegehäuses zu verstehen. Diese Seitenwand ist dazu vorgesehen, sich unter einer Druckdifferenz zwischen Batteriegehäuseinnenraum und der das Batteriegehäuse umgebenden Umwelt zu verformen. Zu einer solchen Druckdifferenz kann es insbesondere durch unkontrollierte Reaktionen der elektrochemischen Energiespeichereinrichtung, z.B. bei einem sogenannten Thermal Runaway, und dem damit verbundenen Druckanstieg im Batteriegehäuseinnenraum kommen. Insbesondere durch die Ver- formung dieser Seitenwand vergrößert sich die Oberfläche des Batteriegehäuses und das Volumen des Batteriegehäuseinnenraums. Durch diese Veränderungen wird vorzugsweise die Druckdifferenz zwischen Batteriegehäuseinnen- raum und der das Batteriegehäuse umgebenden Umwelt positiv beeinflusst, d.h. der Druck im Batteriegehäuseinnenraum steigt weniger stark an, als dies der Fall wäre, wenn sich diese Seitenwand nicht verformen würde. Durch diese geringere Druckdifferenz sinken die mechanischen Beanspruchungen auf dieses Batteriegehäuse und die Sicherheit desselben wird erhöht.
Unter einer elektrochemischen Energiespeichereinrichtung ist eine Einrichtung zu verstehen, welche zum Speichern von elektrischer Energie vorgesehen ist. Eine elektrochemische Energiespeichereinrichtung weist wenigstens einen Elektrodenstapel, einen Stromableiter und eine Umhüllung auf. Eine elektrochemische Energiespeichereinrichtung ist dazu vorgesehen, elektrische Energie in chemische Energie umzuwandeln und zu speichern. Umgekehrt kann die elektrochemische Energiespeichereinrichtung die chemisch gespeicherte Energie wieder in elektrische Energie umwandeln und abgeben. Vorzugsweise ist eine solche elektrochemische Energiespeichereinrichtung als Lithium-Ionen-Akku ausgeführt. Insbesondere weist eine elektrochemische Energiespeichereinrichtung reaktive Inhaltsstoffe auf. Vorzugsweise verhindert die Umhüllung unkontrollierte Reaktionen dieser Inhaltsstoffe mit der, die elektrochemische Energiespeichereinrichtung umgebenden, Umgebung.
Unter einem Zellenrahmen ist ein Bauteil zu verstehen, welches in mechanischem Kontakt mit der Umhüllung einer elektrochemischen Energiespeichereinrichtung steht. Der Zellenrahmen umgibt die elektrochemische Energiespei- chereinrichtung im Wesentlichen in ihrem Randbereich. Insbesondere dient der Zellenrahmen dem Schutz der Umhüllung und der Positionier- oder Stapelbarkeit der elektrochemischen Energiespeichereinrichtung. Insbesondere dient der Zellenrahmen dem Schutz bestimmter, vorzugsweise sensibler Bereiche dieser Umhüllung. Durch den Zellenrahmen werden insbesondere äußere Beanspru- chungen auf die Umhüllung verringert. Insbesondere deckt der Zellenrahmen Naht- und Klebestellen der Umhüllung ab.
Unter einer Außenwand ist im Sinne der Erfindung der Bereich des Batteriegehäuses zu verstehen, welcher den Innenraum des Batteriegehäuses von der das Batteriegehäuse umgebenden Umwelt abgrenzt. Die Außenwand des Batteriegehäuses ist vorzugsweise dazu vorgesehen, Umwelteinflüsse, wie z.B. mechanische Beanspruchungen, vom Inhalt des Batteriegehäuses fernzuhalten. Insbesondere wird durch diese Außenwand verhindert, dass Stoffe, welche aus der elektrochemischen Energiespeichereinrichtung ausgetreten sind, in Kontakt mit der das Batteriegehäuse umgebenden Umwelt treten.
Unter einem Gehäusedeckel ist ein Bauteil zu verstehen, welches Bestandteil des Batteriegehäuses ist. Vorzugsweise kann der Gehäusedeckel mit dem Zellenrahmen verbunden werden. Vorzugsweise sind die elektrochemischen Energiespeichereinrichtungen durch den Gehäusedeckel elektrisch kontaktierbar. Insbesondere ist in den Gehäusedeckel eine elektronische Batteriesteuerung eingesetzt. Vorzugsweise ist eine solche Batteriesteuerung dazu vorgesehen, die elektrochemischen Energiespeichereinrichtungen wenigstens einer Batterie anzusteuern.
Unter Ansteuern der elektrochemischen Energiespeichereinrichtungen ist im Sinne der Erfindung zu verstehen, dass die elektrische Kontaktierung einzelner oder aller elektrochemischer Energiespeichereinrichtungen einer Batterie insbesondere unterbrochen oder bevorzugt gesteuert wird. Insbesondere kann die elektrische Kontaktierung so gesteuert werden, dass die ausgespeicherte Leistung beeinflusst wird. Dies geschieht vorzugsweise durch die Steuerung der Span- nung an den Stromableitern und besonders bevorzugt durch Steuerung des Stroms, welcher aus den elektrochemischen Energiespeichereinrichtungen ausgespeichert wird.
Bei der Steuerung dieser Spannung oder dieses Stroms wird insbesondere der Zustand wenigstens einer elektrochemischen Energiespeichereinrichtung berücksichtigt, z.B. die Temperatur, oder bevorzugt die Druckdifferenz zwischen Batteriegehäuseinnenraum und der das Batteriegehäuse umgebenden Umwelt.
So wird verhindert, dass der Inhalt einer elektrochemischen Energiespeicherein- richtung unkontrolliert aus dem Batteriegehäuse austritt und damit wird die zugrunde liegende Aufgabe gelöst. Nachfolgend werden zu bevorzugende Weiterbildungen der Erfindung beschrieben.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Batteriegehäuses sind wenigstens zwei Zellenrahmen von zwei benachbarten elektrochemischen Energiespei- chereinrichtungen form-, stoff- oder kraftschlüssig miteinander verbunden. Insbesondere ist diese Verbindung gasdicht ausgeführt. Durch die gasdichte Ausführung dieser Verbindung wird sichergestellt, dass keine Stoffe unkontrolliert aus dem Batteriegehäuse austreten können. Dadurch wird verhindert, dass die Umwelt mit reaktiven Stoffen aus den elektrochemischen Energiespeicherein- richtungen kontaminiert wird. Somit wird die Sicherheit einer elektrochemischen Energiespeichereinrichtung erhöht.
Insbesondere sind zwei benachbarte Zellenrahmen formschlüssig miteinander verbunden. Eine solche Verbindung kann insbesondere durch Verbindungselemente erreicht werden. Insbesondere sind die Zellenrahmen zum Ausbilden die- ser Verbindung mit Ausnehmungen, vorzugsweise mit Bohrungen, versehen. Insbesondere wird durch die Verbindungselemente im Zusammenwirken mit diesen Ausnehmungen eine formschlüssige Verbindung dieser Zellenrahmen erreicht. Solche Verbindungselemente können insbesondere Schrauben, Niete oder Stifte sein. Insbesondere sind an einem Zellenrahmen Verbindungsberei- che ausgebildet, so dass zwei benachbarte Zellenrahmen vorzugsweise eine formschlüssige Verbindung miteinander bilden. Eine solche formschlüssige Verbindung ist insbesondere als sogenannte Rastverbindung ausgeführt. ln einer bevorzugten Ausführungsform sind zwei benachbarte Zellenrahmen stoffschlüssig miteinander verbunden. Insbesondere wird eine solche stoffschlüssige Verbindung durch Kleben oder Schweißen erreicht. Vorzugsweise ist diese stoffschlüssige Verbindung gasdicht ausgeführt. Durch diese Art der Ver- bindung wird verhindert, dass unkontrolliert Stoffe aus dem Batteriegehäuse in die Umwelt austreten, damit wird die Sicherheit der elektrochemischen Energiespeichereinrichtung erhöht.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Seitenwand stoffschlüssig mit wenigstens einem Zellenrahmen verbunden. Vorzugsweise wird eine solche stoff- schlüssige Verbindung durch Kleben oder Schweißen erreicht. Durch diese Art der Verbindung wird insbesondere eine gasdichte Verbindung zwischen Seitenwand und Zellenrahmen hergestellt. Vorzugsweise ist die Festigkeit dieser Verbindung genauso groß oder größer als die Zugfestigkeit der Seitenwand. Durch dieses Verhältnis der Festigkeiten zueinander wird erreicht, dass nicht die Ver- bindungssteile zwischen Seitenwand und Zellenrahmen aufreißt, bevor sich die Seitenwand zu verformen beginnt. Insbesondere wird durch diese Ausführungsform sichergestellt, dass sich die Seitenwand verformt und nicht Inhaltstoffe der elektrochemischen Energiespeichereinrichtung unkontrolliert aus dem Batteriegehäuse austreten. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Seitenwand kraft- oder formschlüssig mit dem Zellenrahmen verbunden. Vorzugsweise wird die Seitenwand durch Klemmen mit einem Verstärkungsrahmen mit dem Zellenrahmen verbunden. Dabei ist diese Klemmverbindung insbesondere so ausgestaltet, dass die Zugfestigkeit der Klemmverbindung höher oder gleich der Zugfestigkeit der Sei- tenwand ist. Durch diese Gestaltung dieser Verbindung ist insbesondere sichergestellt, dass sich die Seitenwand verformt und nicht die Verbindung versagt und damit unkontrolliert Inhaltstoffe der elektrochemischen Energiespeichereinrichtung aus dem Batteriegehäuse austreten. Durch diese Gestaltung der Verbindung wird insbesondere die Sicherheit des Batteriegehäuses erhöht. ln einer bevorzugten Ausführungsform des Batteriegehäuses wird verhindert, dass innerhalb des Batteriegehäuses nennenswerte Druckunterschiede dauerhaft auftreten. Insbesondere wird verhindert, dass Druckunterschiede von mehr als 1 *105 Pascal für länger als 5 Sekunden bevorzugt für länger als 2 Sekunden und insbesondere für länger als 1/10 Sekunde bestehen. Vorzugsweise wird dieser Druckausgleich durch Druckausgleichsausnehmungen erreicht. Insbesondere können sich solche Druckausgleichsausnehmungen in den Zellenrahmen befinden. Insbesondere wird durch diese Druckausgleichsausnehmungen sichergestellt, dass ein Batteriegehäuse nur einen gemeinsamen, zusammenhängen- den Innenraum aufweist, durch diese optimale Nutzung des Batteriegehäusein- nenraumvolumens wird die Sicherheit erhöht.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist ein Batteriegehäuse eine elektronische Batteriesteuerung zur Steuerung wenigstens einer elektrochemischen Energiespeichereinrichtung auf. Insbesondere ist diese Batteriesteuerung in ein Deckelelement eingebracht. Insbesondere kann ein Deckelelement eine Batteriesteuerung wenigstens bereichsweise, vorzugsweise aber vollständig abdecken.
In einer bevorzugten Ausführungsform besteht die Seitenwand eines Batteriegehäuses aus einem Verbundmaterial. Insbesondere ist dieses Verbundmaterial ein faserverstärkter Kunststoff. Vorzugsweise wird für diesen Faserverbundwerkstoff ein Elastomer als Grund- oder Matrixwerkstoff verwendet. Insbesondere sind die Verstärkungsfasern in diesem Werkstoff multidirektional, vorzugsweise gezielt gerichtet oder unidirektional ausgerichtet. Durch eine multidirektionale Ausrichtung der Verstärkungsfasern wird vorzugsweise eine Erhöhung der Bau- teilfestigkeit dieser Seitenwand erreicht und damit die Sicherheit des Batteriegehäuses erhöht. Durch eine wenigstens bereichsweise gezielte, z.B. eine unidi- rektionale, Ausrichtung der Verstärkungsfasern wird vorzugsweise die Verformung der Seitenwand beeinflusst. Insbesondere wird damit eine gerichtete, lokal unterschiedliche Verformung dieser Seitenwand erreicht. Durch eine solche ge- richtete Verformung der Seitenwand wird insbesondere erreicht, dass sich diese in vorhandene Hohlräume oder Ausnehmungen, welche das Batteriegehäuse umgeben, ausdehnt. Durch eine solche gerichtete Verformung wird insbesondere 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 erfindungsgemäße Seitenwand bestehen vorzugsweise aus einem Kunststoff. Insbesondere weist dieser ein vom Grundwerkstoff abweichendes Dehnungsverhalten auf. Insbesondere bestehen diese Verstärkungsfasem aus Nylon oder Aramid. Insbesondere 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. Insbesondere weisen die Verstärkungsfasern eine Dicke von 1 μητι bis 1000 μηι, vorzugsweise von 10 μητι bis 100 μιτι und besonders bevorzugt von 20 μιτι bis 40 μιτι auf. Das Dehnungsverhalten dieser Verstärkungsfasern lässt sich insbesondere durch ihre Geometrie, z.B. durch die normal zur Hauptspannungsrichtung liegenden Querschnittsfläche, oder vorzugsweise durch ihren Elastizitätsmodul beeinflussen. Durch die unterschiedlichen Dehnungsverhalten der Verstärkungsfasern und des Grundwerkstoffs lässt sich das Verformungsverhalten dieser Seitenwand beeinflussen und damit die Sicherheit des Batteriegehäuses erhöhen.
Insbesondere besteht die Seitenwand wenigstens teilweise aus einem Kunststoff mit einer Bruchdehnung von 100 % - 1000 %, wie z.B. Polyolefin, aus einem Kunststoff mit einer Bruchdehnung von 50 % - 500 %, wie z.B. Polyamid oder aus einem Kunststoff mit einer Bruchdehnung von 5 % - 80 %, wie z.B. Polycar- bonat. Vorzugsweise besteht die Seitenwand wenigstens teilweise aus einem Kunststoff aus der Gruppe der Poly-Ethylne-Propylene-Diene (EPDM). Insbesondere wird dieser Kunststoff nicht durch die Inhaltsstoffe einer elektrochemischen Energiespeichereinrichtung oder von den Reaktionsprodukten aus dieser chemisch angegriffen oder von diesen zersetzt. Insbesondere wird durch eine Beschichtung oder durch eine Schutzeinrichtung verhindert, dass reaktive Inhaltsstoffe mit dieser Seitenwand in Kontakt treten. Insbesondere wird durch eine geeignete Wahl des Kunststoffs für die Seitenwand verhindert, dass reaktive Stoffe aus dem Batteriegehäuse austreten, damit wird die Sicherheit erhöht.
Insbesondere weist eine Batterie wenigstens eine elektrochemische Energiespeichereinrichtung und ein Batteriegehäuse auf. Dieses Batteriegehäuse weist wenigstens eine, vorzugsweise zwei oder mehrere, insbesondere elastisch, beziehungsweise plastisch verformbare Seitenwände auf. Wenigstens eine elekt- rochemische Energiespeichereinrichtung ist vorzugsweise in diesem Batteriegehäuse untergebracht.
Unter einem Verfahren zum Betrieb einer Batterie mit Batteriegehäuse ist ein Verfahren zu verstehen, welches insbesondere Messwerte aus dem Batteriegehäuse aufnimmt, diese verarbeitet und vorzugsweise den Betriebszustand der Batterie aufgrund dieser Messwerte beeinflusst oder diesen Betriebszustand darstellt. Unter der Aufnahme von Messwerten ist insbesondere das Messen eines Drucks, einer Temperatur oder von anderen physikalischen Größen zu verstehen, welche vorzugsweise dazu geeignet sind den Betriebszustand einer oder mehrerer elektrochemischer Energiespeichereinrichtungen zu beurteilen.
Insbesondere ist unter dem Verarbeiten von Messwerten ein Sol stwertver- gleich zu verstehen. Insbesondere wird bei diesem Verarbeiten das Ergebnis dieses Sol stwertvergleichs in einen Steuerbefehl umgesetzt. Insbesondere ist dieser Steuerbefehl dazu geeignet, den Betriebszustand wenigstens einer elektrochemischen Energiespeichereinrichtung zu verändern oder zu beeinflussen. Unter dem Beeinflussen des Betriebszustandes der Batterie ist zu verstehen, dass vorzugsweise die elektrische Kontaktierung wenigstens einer elektrochemischen Energiespeichereinrichtung unterbrochen oder insbesondere eingeschränkt wird. Vorzugsweise wird die aus dieser elektrochemischen Energiespeichereinrichtung ausgespeicherte Leistung beschränkt. Durch ein solches Verfahren werden die elektrochemischen Energiespeichereinrichtungen nicht dauerhaft oberhalb ihrer Leistungsgrenze betrieben, damit wird die Sicherheit erhöht.
Insbesondere wird in einem Verfahren zum Betrieb einer Batterie die Tempera- tur wenigstens einer elektrochemischen Energiespeichereinrichtung gemessen. Vorzugsweise wird diese gemessene Temperatur mit einer Soll-Temperatur verglichen. Übersteigt die gemessene Temperatur einen vorbestimmbaren Abschaltwert, wird insbesondere der elektrische Kontakt zu dieser einen elektrochemischen Energiespeichereinrichtung unterbrochen oder vorzugsweise der elektrische Kontakt der gesamten Batterie unterbrochen. Besonders bevorzugt wird die, aus dieser einen elektrochemischen Energiespeichereinrichtung oder aus der gesamten Batterie, ausgespeicherte Leistung verringert. Durch das Abschalten einer z.B. überhitzten elektrochemischen Energiespeichereinrichtung oder Batterie wird insbesondere die Sicherheit der Batterie erhöht. Insbesondere wird bei einem Verfahren zum Betrieb einer Batterie der Druck innerhalb eines Batteriegehäuses oder vorzugsweise eine Flächenpressung, z.B. durch das Messen einer Kraft, vorzugsweise normal zur Oberfläche wenigstens einer Elektrode der elektrochemischen Energiespeichereinrichtung, gemessen. Vorzugsweise kann auch der Druck oder die Flächenpressung innerhalb einer elektrochemischen Energiespeichereinrichtung erfasst werden. Der gemessene Wert dieser Flächenpressung oder dieses Drucks wird insbesondere in einem Sol stvergleich mit einem, vorzugsweise vorbestimmbaren Abschaltwert verglichen. Übersteigt der gemessene Wert diesen Abschaltwert, so wird vorzugsweise der elektrische Kontakt wenigstens einer, bevorzugt aber aller elektrochemi- sehen Energiespeichereinrichtungen unterbrochen. Insbesondere kann beim Erreichen dieses Abschaltwerts die ausgespeicherte Leistung aus wenigstens einer, bevorzugt aber aus allen elektrochemischen Energiespeichereinrichtung begrenzt werden. Durch diese Abschalten von elektrochemischen Energiespeichereinrichtungen oder durch das Begrenzen der ausgespeicherten Leistung aus diesen bei zu großer mechanischer Beanspruchung wird die Sicherheit erhöht.
Insbesondere kann die Batteriesteuerung beim Erreichen eines kritischen Betriebszustandes, ein Signal ausgeben. Ein kritischer Betriebszustand ist dabei insbesondere durch messbare physikalische Parameter, wie z.B. den Druck im Batteriegehäuse, die auf die Oberfläche des Elektrodenstapels wirksame Flächenpressung oder die Temperatur einer elektrochemischen Energiespeichereinrichtung gekennzeichnet. Das ausgegebene Signal kann insbesondere ein optisches Signal, wie z.B. eine bereichsweise Färb- oder Formänderung des Batteriegehäuses, wie z.B. ein aus dem Batteriegehäuse ragender Stift oder ein elektrisches Signal sein. Insbesondere kann ein solches Signal durch eine Steuereinheit weiterverarbeitet werden. Insbesondere ist dieses Signal dazu geeignet, den Betriebszustand der Batterie oder wenigstens einer elektrochemischen Energiespeichereinrichtung dieser Batterie zu beurteilen. Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Zusammenhang mit den Figuren. Es zeigt:
Fig. 1 einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Batteriegehäuse 1 mit zwei verformbaren Seitenwänden 2. Das Batteriegehäuse 1 weist vier elekt- rochemische Energiespeichereinrichtungen 3 auf. In ein Deckelelement
5 ist eine Batteriesteuerung 6 eingesetzt. Diese elektrochemischen E- nergiespeichereinrichtungen 3 sind von Zellenrahmen 4 umgeben. Dieses Batteriegehäuse 1 weist zwei elektrische Anschlüsse 7 auf. einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Batteriegehäuse 1 ohne Deckelelement 5 mit zwei elektrochemischen Energiespeichereinrichtungen 3. Diese sind von Zellenrahmen 4 umgeben. Die Zellenrahmen 4 weisen Druckausgleichsausnehmungen 9 auf. Fig. 3 einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Batteriegehäuses 1 . Die Zellenrahmen 4 umgeben die elektrochemischen Energiespeichereinrichtungen 3 und sind formschlüssig miteinander verbunden. Die Seitenwände 2 sind ebenfalls durch eine sogenannte Zellenrahmen- Rastverbindung 8 mit den Zellenrahmen 4 verbunden.
Fig. 4 einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Batteriegehäuses 1 . Die Zellenrahmen 4 umgeben die elektrochemischen Energiespeichereinrichtungen 3. Die Zellenrahmen 4 sind mit Durchsteckschrauben 10 miteinander verbunden. Die Seitenwände 2 sind ebenfalls durch diese Durchsteckschrauben 10 mit den Zellenrahmen 4 verbunden.
Fig. 5 einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Batteriegehäuses 1 . Die Zellenrahmen 4 umgeben die elektrochemischen Energiespeichereinrichtungen 3. Die Zellenrahmen 4 sind mit Durchsteckschrauben 10 miteinander verbunden. Die Seitenwände 2 werden in ihrem Randbereicht mit einem Verstärkungsrahmen 12 verstärkt und sind ebenfalls durch diese Durchsteckschrauben 10 mit den Zellenrahmen 4 verbunden.
Fig. 6 einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Batteriegehäuses 1 . Die Zellenrahmen 4 umgeben die elektrochemischen Energiespeichereinrichtungen 3. Die Zellenrahmen 4 sind miteinander verklebt. Die Seiten- wände 2 werden mit einer sogenannten Seitenwand-Rastverbindung 13 mit den Zellenrahmen 4 verbunden.
Fig. 7 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Batteriegehäuses 1 mit einer verformten Seitenwand 2b, wobei die Seitenwand 2b ein homogenes Spannungs- /Dehnungsverhalten aufweist. eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Batteriegehäuses 1 mit einer verformten Seitenwand 2a, wobei Seitenwand 2a ein inhomogenes Spannungs- /Dehnungsverhalten aufweist.
In einer bevorzugten Ausführungsform, weist ein erfindungsgemäßes Batteriegehäuse 1 zwei verformbare Seitenwände 2 auf. Die elektrochemischen Energiespeichereinrichtungen 3 sind von Zellenrahmen 4 umgeben. Ein Abschnitt der Zellenrahmen 4 bildet teilweise die Außenfläche des Batteriegehäuses 1. Im Deckelelement 5 dieses Batteriegehäuses 1 ist eine Batteriesteuerungseinrichtung 6 untergebracht. Die elektrochemischen Energiespeichereinrichtungen 3 sind durch elektrische Anschlüsse 7 und durch die Batteriesteuerungseinrichtung 6 kontaktierbar. Zwei benachbarte Zellenrahmen 4 sind stoffschlüssig, vorzugsweise durch kleben oder Schweißen, miteinander verbunden. Die Seitenwände 2 sind ebenfalls stoffschlüssig mit den Zellenrahmen 4 verbunden. Durch die fluid- dichte Verbindung der Seitenwände 2 mit den Zellenrahmen 4 und der Zellenrahmen 4 untereinander können keine Stoffe unkontrolliert in das Batteriegehäuse 1 ein- oder aus diesem austreten.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weisen die Zellenrahmen 4 Druckausgleichausnehmungen 9 auf. Diese Druckausgleichausnehmungen 9 verbinden die Hohlräume zwischen den elektrochemischen Energiespeichereinrichtungen 3 so, dass ein gemeinsamer Innenraum des Batteriegehäuses entsteht. In diesem gemeinsamen Innenraum sind somit dauerhaft keine Druckunterschiede vorhanden. Dadurch verteilt sich bei einem Druckanstieg innerhalb des Batteriegehäuses der Druck auf den gesamten Batteriegehäuse-Innenraum gleichmäßig.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Zellenrahmen 4 eines erfindungsgemäßen Batteriegehäuses 1 durch eine sogenannte Zellenrahmen- Rastverbindung 8 miteinander verbunden. In dieser Ausführungsform sind die Seitenwände 2 vorzugsweise ebenfalls formschlüssig mit den Zellenrahmen 4 verbunden. Vorzugsweise ist diese formschlüssige Verbindung als eine Rastverbindung ausgeführt. Die Seitenwände 2 sind dadurch fluiddicht mit den Zellenrahmen 4 verbunden. Die Zellenrahmen 4 sind untereinander ebenfalls fluiddicht verbunden. Somit können keine Inhaltsstoffe der elektrochemischen Energie- speichereinrichtungen 3 unkkontrolliert aus dem Batteriegehäuse 1 austreten.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Zellenrahmen 4 formschlüssig miteinander verbunden. Für diese formschlüssige Verbindung werden unter anderem Verbindungselemente verwendet. Ein solches Verbindungselement ist z.B. eine Durchsteckschraube 10 und eine Mutter 1 1. Die Durchsteckschraube 10 erstreckt sich durch mehrere Zellenrahmen 4. Durch das Anziehen der
Durchsteckschraube 10 und der Mutter 1 1 werden die Zellenrahmen 4 aufeinander gepresst. Vorteilhaft ist es, wenn die Seitenwände 2 ebenfalls fluiddicht mit den Verbindungselementen befestigt werden. Die Zellenrahmen 4 und die Seitenwände 2 bilden durch das Anziehen der Durchsteckschrauben 10 somit eine fluiddichte Verbindung miteinander. Durch diese fluiddichte Verbindung wird verhindert, dass unkontrolliert Stoffe der elektrochemischen Energiespeichereinrichtungen 3 aus dem Batteriegehäuse 1 aus- oder andere Stoffe in dieses eintreten.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Zellenrahmen 4 und die Sei- tenwände 2 mittels Durchsteckschrauben 10 und Muttern 1 1 verbunden. Um die Sicherheit der Verbindung zwischen Seitenwand 2 und Zellenrahmen 4 zu verbessern, wird zwischen dem Schraubenkopf bzw. zwischen der Mutter 1 1 und der Seitenwand 2 ein Verstärkungsrahmen 12 angebracht. Dieser Verstärkungsrahmen 12 kann stoffschlüssig mit der Seitenwand 2 verbunden sein oder durch umklappen der Seitenwand 2 gebildet werden. Der Verstärkungsrahmen 12 führt zu einer gleichmäßigen Druckverteilung der Schraubenvorspannkräfte auf die Seitenwand 2. Durch diesen Verstärkungsrahmen 12 wird eine besonders sichere Verbindung mit hoher Dichtigkeit erreicht. Somit ist sichergestellt, dass keine Inhaltsstoffe der elektrochemischen Energiespeichereinrichtungen 3 unkontrol- liert aus dem Batteriegehäuse 1 aus- oder andere Stoffe in dieses eintreten treten.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Zellenrahmen 4 miteinander stoffschlüssig verbunden. Eine solche stoffschlüssige Verbindung kann durch kleben oder bevorzugt durch schweißen erreicht werden. Die Seitenwände 2 sind durch eine formschlüssige Verbindung mit den äußeren Zellenrahmen 4 verbunden. Eine solche formschlüssige Verbindung wird vorteilhaft durch eine sogenannte Seitenwand-Rastverbindung 13 erreicht. Diese Seitenwand- Rastverbindung 13 verbindet die Seitenwände 2 mit den äußeren Zellenrahmen 4 fluiddicht. Somit wird verhindert, dass Inhaltsstoffe der elektrochemischen E- nergiespeichereinrichtungen 3 unkontrolliert aus dem Batteriegehäuse 1 austreten.
Kommt es zu einem Druckanstieg innerhalb des Batteriegehäuses 1 kann sich die verformbare Seitenwand 2 nach außen wölben. Wenn sich die Seitenwand 2b nach außen wölbt vergrößert sich dadurch das Volumen des Batteriegehäuses 1 . Durch diese Volumenvergrößerung steigt der Druck innerhalb des Batteriegehäuses weniger stark an, als wenn sich das Batteriegehäusevolumen nicht vergrößern würde. Durch diesen geringeren Druckanstieg wird die mechanische Belastung auf das Batteriegehäuse 1 gesenkt und die Sicherheit gesteigert.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Seitenwand 2a ein inhomogenes Spannungs- /Dehnungsverhalten auf. Dieses Verhalten kann gezielt durch einen Faserverbundwerkstoff oder durch die Geometrischeneigenschaften, z.B. durch eine veränderliche Dicke der Seitenwand 2a, erreicht werden. Durch dieses Spannungs- /Dehnungsverhalten wird letztlich das Verformungsverhälten der Seitenwand 2a beeinflusst. Mit diesem Verformungsverhalten wird erreicht, dass die Seitenwand 2a bei ihrer Verformung nicht mit anderen Bauteilen, wie z.B. Rahmenteilen 14, kollidiert. Die Seitenwand 2a dehnt sich dann nur so aus, dass Sie keine anderen, insbesondere scharfkantigen Bauteile, berührt. Bei ei- ner Seitenwand mit homogenen Spannungs-/ Dehnungsverhalten dehnt sich die Seitenwand bis zum Erreichen der Bauteilfestigkeit im Wesentlichen gleichmäßig, der Batteriegehäuseinnenraum nimmt somit die maximale Größe ein.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Batteriegehäuse (1 ) zur Aufnahme wenigstens einer elektrochemischen Energiespeichereinrichtung (3), wobei diese einen Zellenrahmen (4) aufweist, der diese teilweise umgibt und bereichsweise die Außenwand des Batterie- gehäuses (1) bildet,
zudem weist dieses Batteriegehäuse (1)
einen Gehäusedeckel (5) auf, durch welchen wenigstens eine elektrochemische Energiespeichereinrichtung (3) elektrisch kontaktierbar ist und wenigstens eine Seitenwand (2), welche bereichsweise die Außenwand die- ses Batteriegehäuse (1) bildet, dieses ist dadurch gekennzeichnet, dass die Steifigkeit der Seitenwand (2) geringer ist als die Steifigkeit des Zellenrahmens (4),
dass die Seitenwand (2) dazu vorgesehen ist das Volumen des Batteriegehäuses (1) durch ihre Verformung zu vergrößern,
dass die Seitenwand (2) wenigstens bereichsweise gasdicht mit diesem Zellenrahmen (4) verbunden ist.
Batteriegehäuse gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Zellenrahmen (3) von zwei benachbarten elektrochemischen Energiespeichereinrichtungen (3) form-, stoff-, oder kraftschlüssig miteinander verbunden sind und,
dass diese Verbindung gasdicht ist.
3. Batteriegehäuse (1 ) gemäße einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Zellenrahmen (4) formschlüssig miteinander verbunden sind, vorzugsweise sind zwei Zellenrahmen (4) durch eine Verbindungseinrichtung (10) miteinander verbunden.
Batteriegehäuse (1) gemäße einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
wenigstens zwei Zellenrahmen (4) stoffschlüssig durch Kleben oder Schweißen miteinander verbunden sind.
Batteriegehäuse (1) gemäße einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
die Seitenwand (2) stoffschlüssig mit dem Zellenrahmen (4) verbunden ist, vorzugsweise ist diese Seitenwand (2) durch Kleben oder Schweißen mit diesem Zellenrahmen (4) verbunden
Batteriegehäuse (1) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
die Seitenwand (2) kraft- oder formschlüssig mit dem Zellenrahmen (4) verbunden ist, vorzugsweise ist diese Seitenwand (2) durch Klemmen mit einem Verstärkungsrahmen (12) mit dem Zellenrahmen (4) verbunden.
Batteriegehäuse (1) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
innerhalb des Batteriegehäuses (1) dauerhaft keine nennenswerten Druckunterschiede auftreten, vorzugsweise entsteht durch Druchausgleichsausneh- mungen (9) in diesen Zellenrahmen (4) ein gemeinsamer Innenraum des Batteriegehäuses (1).
8. Batteriegehäuse (1) gemäße einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieses Batteriegehäuse (1 ) eine elektronische Batteriesteuerung (6) zur Steuerung wenigstens einer elektrochemischen Energiespeichereinrichtung (3) aufweist.
9. Batteriegehäuse (1) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, da- durch gekennzeichnet, dass
die Seitenwand (2) aus einem Verbundmaterial, insbesondere aus einem faserverstärktem Kunststoff besteht.
10. Eine Batterie welche wenigstens eine elektrochemische Energiespeichereinrichtung (3) und ein Batteriegehäuse (1), gemäß einem der vorange- gangenen Ansprüche, aufweist.
11. Verfahren zum Betrieb einer Batterie mit einem Batteriegehäuses (1) gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei dieses Verfahren dazu vorgesehen ist, den Austritt von reaktiven Stoffen aus dem Batteriegehäuse (1 ) zu verhindern dadurch gekennzeichnet, dass ausgewählte, physikalisch messbare Parameter dieser elektrochemischen Energiespeichereinrichtungen (3) durch eine Batteriesteuerung (6) erfasst werden,
dass die gemessenen Parameter, mit vorgebbaren Soll-Werten verglichen werden und,
dass beim Erreichen eines, durch diese Parameter charakterisierbaren, kritischen Betriebszustandes, wenigstens die elektrische Kontaktierung zu dieser Energiespeichereinrichtung (3) unterbrochen wird.
12. Verfahren zum Betrieb einer Batterie nach Anspruch 11 dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur wenigstens einer elektrochemischen Energiespeichereinrichtung (3) erfasst und mit einer Soll-Temperatur verglichen wird und, dass beim Erreichen einer vorbestimmbaren Abschalt-Temperatur wenigstens der elektrische Kontakt zu dieser elektrochemischen Energiespei- chereinrichtung (3) getrennt wird.
13. Verfahren zum Betrieb einer Batterie nach Anspruch 11 bis 12 dadurch gekennzeichnet, dass
der Ist-Druck innerhalb dieses Batteriegehäuses (1) oder innerhalb einer E- nergiespeichereinrichtung (3) erfasst und mit einem Soll-Druck verglichen wird und,
dass beim Erreichen eines vorbestimmbaren Abschalt-Drucks wenigstens der elektrische Kontakt (7) zu wenigstens einer, bevorzugt aber zu allen e- lektrochemischen Energiespeichereinrichtung (3) getrennt wird.
14. Verfahren zum Betrieb einer Batterie nach Anspruch 11 bis 13 dadurch ge- kennzeichnet, dass
eine Batteriesteuerung (6) beim Erreichen eines kritischen Betriebszustandes wenigstens einer elektrochemischen Energiespeichereinrichtung (3), welcher insbesondere durch einen vorbestimmbaren Druck und/oder Temperatur gekennzeichnet ist, ein Signal ausgibt, mittels dessen der Be- triebszustand der Batterie beurteilbar ist.
EP10787279A 2009-12-16 2010-11-22 Batteriegehäuse zur aufnahme von elektrochemischen energiespeichereinrichtungen Withdrawn EP2514000A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102009058444A DE102009058444A1 (de) 2009-12-16 2009-12-16 Batteriegehäuse zur Aufnahme von elektrochemischen Energiespeichereinrichtungen
PCT/EP2010/007064 WO2011072793A1 (de) 2009-12-16 2010-11-22 Batteriegehäuse zur aufnahme von elektrochemischen energiespeichereinrichtungen

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP2514000A1 true EP2514000A1 (de) 2012-10-24

Family

ID=43602774

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP10787279A Withdrawn EP2514000A1 (de) 2009-12-16 2010-11-22 Batteriegehäuse zur aufnahme von elektrochemischen energiespeichereinrichtungen

Country Status (8)

Country Link
US (1) US20120321919A1 (de)
EP (1) EP2514000A1 (de)
JP (1) JP2013514610A (de)
KR (1) KR20120120188A (de)
CN (1) CN102656715A (de)
BR (1) BR112012014470A2 (de)
DE (1) DE102009058444A1 (de)
WO (1) WO2011072793A1 (de)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101075304B1 (ko) * 2009-10-09 2011-10-19 삼성에스디아이 주식회사 배터리 팩 및 그 제조 방법
DE102010039979A1 (de) * 2010-08-31 2012-03-01 Sb Limotive Company Ltd. Batteriezelle, Batteriezellenmodul, Verfahren zur Herstellung eines Batteriezellenmoduls und Kraftfahrzeug
DE102012221753A1 (de) * 2012-11-28 2014-05-28 Robert Bosch Gmbh Batterie mit Gehäuse aus Kunststoff laminiertem Faserverbund sowie Batteriesystem und Kraftfahrzeug mit Batterie
CN104576980B (zh) * 2015-01-21 2017-02-22 江苏华锋新能源科技有限公司 一种防爆裂动力电池
US10522800B2 (en) * 2015-01-30 2019-12-31 Ford Global Technologies, Llc Variable volume battery assembly
US11522242B2 (en) 2016-03-10 2022-12-06 Nissan Motor Co., Ltd. Battery pack
US20210143505A1 (en) * 2017-02-03 2021-05-13 Gs Yuasa International Ltd. Energy storage apparatus
DE102017106068A1 (de) 2017-03-21 2018-09-27 Obrist Technologies Gmbh Batteriesystem
CN108232074B (zh) * 2017-12-29 2021-03-02 北京国能电池科技有限公司 用于封装电池模组的金属框架与电池模组及其包装方法
CN115810837A (zh) * 2021-11-16 2023-03-17 宁德时代新能源科技股份有限公司 一种电池壳体、电池外壳、电池单体及用电装置

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6175213B1 (en) * 2000-02-18 2001-01-16 Ntk Powerdex, Inc. Safety device for lithium-ion-polymer battery
JP3725105B2 (ja) * 2002-08-30 2005-12-07 株式会社東芝 二次電池の過放電防止回路及び二次電池の過放電防止法
JP3851277B2 (ja) * 2003-01-08 2006-11-29 三洋電機株式会社 薄型バッテリパック
CN101416330A (zh) * 2003-10-14 2009-04-22 布莱克和戴克公司 二次电池的保护方法、保护电路和保护器件、电动工具、充电器和适合在电池组中提供保护以防故障状况的电池组
CN101916887B (zh) * 2003-10-14 2013-03-20 布莱克和戴克公司 电池组
JP4570888B2 (ja) * 2004-03-18 2010-10-27 富士重工業株式会社 蓄電体装置
JP3897029B2 (ja) * 2004-03-30 2007-03-22 日産自動車株式会社 組電池用フレームおよび組電池
JP4926393B2 (ja) * 2004-11-25 2012-05-09 富士重工業株式会社 蓄電体セルのパッケージ構造
KR100965049B1 (ko) * 2005-03-23 2010-06-21 에스케이에너지 주식회사 고출력 리튬 2차 전지 유닛셀의 적층 구조
KR100889244B1 (ko) * 2005-04-20 2009-03-17 주식회사 엘지화학 압전 센서가 내장된 이차전지 모듈
KR100686814B1 (ko) * 2005-04-26 2007-02-26 삼성에스디아이 주식회사 폴리머 배터리 팩 및 그 제조 방법
JP5236210B2 (ja) * 2007-05-10 2013-07-17 カルソニックカンセイ株式会社 バッテリの電池モジュール構造
US8478552B2 (en) * 2008-02-29 2013-07-02 Nissan Motor Co., Ltd. Monitor of assembled battery
US8652665B2 (en) * 2008-05-20 2014-02-18 Eveready Battery Co. Inc. System and method of controlling fluid to a fluid consuming battery

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO2011072793A1 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN102656715A (zh) 2012-09-05
WO2011072793A1 (de) 2011-06-23
KR20120120188A (ko) 2012-11-01
BR112012014470A2 (pt) 2017-03-14
DE102009058444A1 (de) 2011-06-22
JP2013514610A (ja) 2013-04-25
US20120321919A1 (en) 2012-12-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2514000A1 (de) Batteriegehäuse zur aufnahme von elektrochemischen energiespeichereinrichtungen
EP2471140B1 (de) Verfahren und einrichtung zum aufbringen eines druckes auf eine batterie
EP2606520B1 (de) Elektrochemische zelle mit wenigstens einer druckentlastungsvorrichtung
EP2517284B1 (de) Akkumulator mit spannungserzeugenden zellen und dazwischen liegenden ausgleichsplatten
EP2550696B1 (de) Zellverbund mit einer vorgebbaren anzahl von parallel und/oder seriell miteinander elektrisch verschalteten einzelzellen
EP2489091B1 (de) Zellblock mit seitlicher abstützung der zellen
EP2486611A1 (de) Batterieanordnung
EP3389115A1 (de) Modular aufgebaute batterie mit verbesserten sicherheitseigenschaften
US10483517B2 (en) Bus bar assembly structure and battery module
WO2012019740A1 (de) Umhüllung für eine elektrochemische zelle
WO2011116801A1 (de) Batterie aus einer vielzahl von batterieeinzelzellen
DE102009005498A1 (de) Galvanische Zelle mit Umhüllung
DE102013216076A1 (de) Batteriezelle und Batteriesystem mit wenigstens einer Batteriezelle
DE102010031457A1 (de) Verfahren zur Herstellung einer elektrisch leitfähigen Verbindung zwischen einer Mehrzahl von Batteriezellen, Batterie, Batteriesystem und Kraftfahrzeug
DE102012224330A9 (de) Elektrische Akkumulatorvorrichtung mit elastischen Elementen
EP2572396B1 (de) Lithium-ionen-batteriezelle sowie verfahren zur herstellung einer elektrisch leitfähigen kontaktierung von terminals von batteriezellen
DE102014208627A1 (de) Batteriezelle
EP2399307B1 (de) Galvanische zelle mit mehrteiligem gehäuse mit einer dehnbaren verbindungsnaht
WO2012022453A1 (de) Elektrochemische zelle mit wenigstens einer druckentlastungsvorrichtung
DE102014206951A1 (de) Batteriemodul mit wenigstens zwei parallel verschalteten Batteriezellen
CN117013120A (zh) 电池模组、电池包和用电装置
DE102013203106A1 (de) Gehäuse für eine Akkumulatorzelle
DE102011078297A1 (de) Batteriezelle, Verfahren zur Herstellung einer Batteriezelle, Batterie oder Batteriezellenmodul und Kraftfahrzeug
DE102021126137A1 (de) Batterieeinrichtung mit Überlastkinematik und Kraftfahrzeug
DE102014013403A1 (de) Elektrochemische Energiespeicherzelle mit Rahmeneinrichtung

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20120605

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

DAX Request for extension of the european patent (deleted)
17Q First examination report despatched

Effective date: 20140129

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20140610

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

R18D Application deemed to be withdrawn (corrected)

Effective date: 20140611