DE102012223518A1 - Energy storage with insulation element - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Isolationselement (10) zum Verhindern eines elektrischen Überschlags zwischen zwei elektrochemischen Zellen (12) eines Energiespeichers, wobei das Isolationselement (10) zumindest teilweise zwischen den wenigstens zwei Zellen (12) anordbar ist, wobei das Isolationselement (10) eine wandseitige Höhe (14) aufweist, welche größer oder gleich dem Bereich der gesamten zueinander gerichteten Höhe (15) der wenigstens zwei Zellen (12) ist, und wobei das Isolationselement (10) zumindest einen Stirnbereich (17) aufweist, welcher die Stirnseite (16, 18) wenigstens einer Zelle (12) zumindest teilweise abdeckt. Ein derartiges Isolationselement (10) kann insbesondere auf vorteilhafte Weise eine gute Isolierung zweier Zellen (12) gegeneinander ausbilden. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner einen Energiespeicher aufweisend ein derartiges Isolationselement (10).The present invention relates to an insulation element (10) for preventing an electrical flashover between two electrochemical cells (12) of an energy store, wherein the insulation element (10) at least partially between the at least two cells (12) can be arranged, wherein the insulation element (10) wall-side height (14), which is greater than or equal to the area of the total height directed to each other (15) of the at least two cells (12), and wherein the insulation element (10) at least one end portion (17), which the end face (16 , 18) at least partially covers at least one cell (12). Such an insulation element (10) can in particular advantageously form a good insulation of two cells (12) against each other. The present invention further relates to an energy store having such an insulation element (10).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Energiespeicher. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere einen Energiespeicher mit einem Isolationselement zum Isolieren wenigstens zweier elektrochemischer Zellen gegeneinander.The present invention relates to an energy store. In particular, the present invention relates to an energy storage device with an insulation element for isolating at least two electrochemical cells from each other.
Stand der TechnikState of the art
Energiespeicher, wie beispielsweise Lithium-Ionen-Batterien, sind in vielen täglichen Anwendungen weit verbreitet. Sie werden beispielsweise in Computern, wie etwa Laptops, Mobiltelefonen, Smartphones und bei anderen Anwendungen eingesetzt. Auch bei der zur Zeit stark vorangetriebenen Elektrifizierung von Fahrzeugen, wie etwa Kraftfahrzeugen, bieten derartige Batterien Vorteile.Energy storage devices, such as lithium-ion batteries, are widely used in many daily applications. They are used, for example, in computers such as laptops, mobile phones, smart phones, and other applications. Even with the currently highly advanced electrification of vehicles, such as motor vehicles, such batteries offer advantages.
Lithium-Ionen-Zellen, beispielsweise, weisen herkömmlicherweise eine metallische Hülle, beispielsweise aus Aluminium auf. Üblicherweise werden mehrere dieser Zellen zu einem Batteriemodul beziehungsweise zu einem Batteriepack verbaut.Lithium-ion cells, for example, conventionally have a metallic shell, for example of aluminum. Usually, several of these cells are installed to form a battery module or a battery pack.
Die einzelnen Zellen werden dabei beispielsweise durch die Verwendung von isolierenden Lackierungen gegeneinander isoliert. Beispielsweise werden mehrere Lackschichten, wie etwa drei Lackschichten, übereinander aufgebracht, um einen ausreichend hohen Isolationswiderstand durch eine Lackschicht einiger μm zu realisieren.The individual cells are isolated from each other, for example by the use of insulating coatings. For example, a plurality of resist layers, such as three resist layers, are applied one above the other in order to realize a sufficiently high insulation resistance through a lacquer layer of a few μm.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Isolationselement zum Verhindern eines elektrischen Überschlags zwischen zwei elektrochemischen Zellen eines Energiespeichers, wobei das Isolationselement zumindest teilweise zwischen den wenigstens zwei Zellen anordbar ist, wobei das Isolationselement eine wandseitige Höhe aufweist, welche größer oder gleich dem Bereich der gesamten zueinander gerichteten Höhe der wenigstens zwei Zellen ist, und wobei das Isolationselement zumindest einen Stirnbereich aufweist, welcher die Stirnseite wenigstens einer Zelle zumindest teilweise abdeckt.The present invention is an insulation element for preventing an electrical flashover between two electrochemical cells of an energy store, wherein the insulation element is at least partially arrangeable between the at least two cells, wherein the insulation element has a wall-side height which is greater than or equal to the area of the entire facing each other Height of the at least two cells, and wherein the insulation element has at least one end region which covers the end face of at least one cell at least partially.
Ein Isolationselement dient im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere dazu, wenigstens zwei elektrochemische Zellen gegeneinander elektrisch zu isolieren. Dabei kann das Isolationselement insbesondere aus einem elektrisch isolierenden Material gefertigt sein. Ein elektrisch isolierendes Material kann im Sinne der vorliegenden Erfindung dabei insbesondere ein Material sein, welches einen elektrischen Oberflächenwiderstand aufweist, der in einem Bereich von größer oder gleich 10^12 Ohm liegt. Ferner ist das Isolationselement derart ausgestaltet, um einen elektrischen Überschlag, wie beispielsweise einen Lichtbogen, zu verhindern.An insulation element in the context of the present invention is used in particular to electrically isolate at least two electrochemical cells from one another. In this case, the insulation element can be made in particular of an electrically insulating material. In the context of the present invention, an electrically insulating material may in particular be a material which has an electrical surface resistance which lies in a range of greater than or equal to 10 12 ohms. Further, the insulating member is configured to prevent an electrical flashover such as an arc.
Ein Energiespeicher kann im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere jegliche Batterie sein. Insbesondere kann ein Energiespeicher ein elektrochemischer Energiespeicher und neben einer Primär-Batterie vor allem eine Sekundär-Batterie, also ein wieder aufladbarer Akkumulator, sein. Ein Energiespeicher kann dabei wenigstens zwei elektrochemische Zellen, wie insbesondere galvanische Elemente umfassen. Beispielsweise kann ein Energiespeicher einen lithiumbasiertern Energiespeicher wie etwa eine Lithium-Ionen-Batterie umfassen. Dabei kann unter einem lithiumbasierten Energiespeicher wie etwa einer Lithium-Ionen Batterie insbesondere ein derartiger Energiespeicher verstanden werden, dessen elektrochemische Prozesse während eines Lade- beziehungsweise Entladevorgangs zumindest teilweise auf Lithiumionen basieren.An energy store can be in the sense of the present invention, in particular any battery. In particular, an energy store can be an electrochemical energy store and, in addition to a primary battery, especially a secondary battery, ie a rechargeable accumulator. An energy store may comprise at least two electrochemical cells, in particular galvanic elements. For example, an energy store may comprise a lithium-based energy store, such as a lithium-ion battery. In this case, a lithium-based energy store, such as a lithium-ion battery, can be understood as meaning, in particular, such an energy store whose electrochemical processes are at least partially based on lithium ions during a charging or discharging process.
Dabei ist das Isolationselement insbesondere eigenständig und damit insbesondere ein von der Zelle grundsätzlich verschiedenes Bauteil. Somit ist das Isolationselement insbesondere keine auf der Zelle angeordnete Lackierung, welche als Bestandteil der Zelle angesehen werden kann.In this case, the isolation element is in particular self-contained and thus in particular a component which is fundamentally different from the cell. Thus, in particular, the insulation element is not a coating arranged on the cell, which can be regarded as a component of the cell.
Das Isolationselement weist ferner eine wandseitige Höhe auf, welche größer oder gleich dem Bereich der gesamten zueinander gerichteten Höhe der wenigstens zwei Zellen ist. Dies kann insbesondere bedeuten, dass das Isolationselement an ihrem Wandbereich wenigstens eine derartige Höhe aufweist, die der zueinander gerichteten Seite der wenigstens zwei Energiespeicher entspricht, wobei insbesondere die Höhe des höheren der wenigstens zwei Energiespeicher gemeint sein kann. Weiterhin deckt das Isolationselement beziehungsweise ein Stirnbereich desselben zum Verhindern eines elektrischen Überschlags, wie insbesondere eines Lichtbogens, die Stirnseite wenigstens einer Zelle zumindest teilweise ab. Die Stirnseite der Zelle kann dabei im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere die Seite beziehungsweise der Bereich der Zelle sein, welcher im Wesentlichen in einem rechten Winkel zu der zueinander gerichteten Seite, wie etwa Wandseite, angeordnet sein kann. Insbesondere kann die Stirnseite dem Boden beziehungsweise dem Deckel der Zelle entsprechen.The insulation element further has a wall-side height which is greater than or equal to the area of the entire height of the at least two cells directed towards one another. This may mean, in particular, that the insulation element has at least one such height at its wall region, which corresponds to the mutually directed side of the at least two energy stores, wherein in particular the height of the higher of the at least two energy stores may be meant. Furthermore, the insulating element or an end region thereof for preventing an electrical flashover, in particular an arc, at least partially covers the end face of at least one cell. In the context of the present invention, the end face of the cell can be in particular the side or the region of the cell which can be arranged essentially at a right angle to the mutually facing side, such as the wall side. In particular, the end face may correspond to the bottom or the lid of the cell.
Ein wie vorstehend beschrieben ausgestaltetes Isolationselement kann es auf besonders vorteilhafte Weise ermöglichen, ein besonders effektives Isolieren einzelner elektrochemischer Zellen gegeneinander zu ermöglichen, wobei sowohl ein direkter Kontakt der Zellen verhindert wird und weiterhin ferner das Ausbilden eines elektrischen Überschlags verhindert werden kann.An insulating element configured as described above can make it possible in a particularly advantageous manner to enable a particularly effective isolation of individual electrochemical cells from one another, whereby both direct contact of the cells is prevented and furthermore the formation of an electrical flashover can be prevented.
Im Detail kann ein vorbeschriebenes Isolationselement wenigstens zwei elektrochemische Zellen gegeneinander elektrisch isolieren. Die elektrochemischen Zellen können dabei einen Zellraum zum zumindest teilweisen Aufnehmen einer Anode und einer Kathode und einem den Zellraum zumindest teilweise von der äußeren Umgebung trennenden Zellgehäuse umfassen. Dabei können die Zellen beispielsweise Bestanteile eines lithiumbasierten Energiespeichers, wie etwa eine Lithium-Ionen-Batterie, sein. Die Zellen können daher eine Anode und eine Kathode aufweisen, die grundsätzlich in an sich bekannter Weise wie für einen Energiespeicher bekannt ausgestaltet sein können. Für den rein beispielhaften Fall einer Lithium-Ionen-Batterie kann die Anode eine Elektrode sein, welche metallisches Lithium umfasst oder Lithium interkallieren kann. Die Kathode kann dabei beispielhaft NMC oder Lithium-Cobalt-Oxid (LiCoO2) aufweisen. Dabei kann das Kathodenmaterial gegebenenfalls in einem Binder, wie beispielsweise Polyvinylidenfluorid (PVDF) etwa zusammen mit einem Leitzusatz, wie etwa einer elektrisch leitfähigen Kohlenstoffverbindung, beispielsweise Graphit, vorliegen. Der Elektrolyt kann ein Lösungsmittel umfassen, in dem ein oder mehrere elektrisch leitfähige Salze gelöst sind. Beispielsweise können aprotische Lösungsmittel, wie etwa Ethylencarbon, Propylencarbonat, Dimethylcarbonat oder Diethylcarbonat Verwendung finden. Ferner kann als elektrisch leitfähiges Salz Lithiumhexafluorophosphat (LiPF6) verwendet werden. In detail, a previously described insulation element can electrically insulate at least two electrochemical cells from one another. The electrochemical cells may include a cell space for at least partially accommodating an anode and a cathode and a cell housing at least partially separating the cell space from the external environment. The cells may be, for example, Bestanteile a lithium-based energy storage, such as a lithium-ion battery. The cells can therefore have an anode and a cathode, which in principle can be designed in a manner known per se as known for an energy store. For the purely exemplary case of a lithium-ion battery, the anode may be an electrode which comprises metallic lithium or may intercalate lithium. The cathode may have NMC or lithium-cobalt oxide (LiCoO 2 ) by way of example. The cathode material may optionally be present in a binder, such as polyvinylidene fluoride (PVDF), for example, along with a conductive additive, such as an electrically conductive carbon compound, such as graphite. The electrolyte may include a solvent in which one or more electrically conductive salts are dissolved. For example, aprotic solvents such as ethylene carbonyl, propylene carbonate, dimethyl carbonate or diethyl carbonate can be used. Further, as the electroconductive salt, lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) can be used.
Weiterhin kann zwischen Anode und Kathode in an sich bekannter Weise ein Separator angeordnet sein, um die Anode und die Kathode räumlich voneinander zu trennen, um insbesondere einen Kurzschluss zu verhindern. Der Separator kann dabei beispielsweise umfassen oder ausgebildet sein aus insbesondere porösen Kunststofffolien, Glasfasergeweben, oder auch insbesondere porösen Keramikwerkstoffen, wie etwa Keramikgeweben. Dabei kann der Elektrolyt beispielsweise innerhalb des Separators beziehungsweise Poren des Separators angeordnet sein.Furthermore, a separator may be arranged between the anode and the cathode in a manner known per se in order to spatially separate the anode and the cathode in order to prevent in particular a short circuit. The separator may for example comprise or be formed from in particular porous plastic films, glass fiber fabrics, or in particular porous ceramic materials, such as ceramic fabrics. In this case, the electrolyte can be arranged, for example, within the separator or pores of the separator.
Zwischen wenigstens zwei derartiger elektrochemischen Zellen kann nun das Isolationselement zumindest teilweise angeordnet werden. Somit kann das Isolationselement insbesondere getrennt von der Zelle herstellbar sein, was einen vereinfachten und effektiveren Herstellungsprozess erlauben kann. Im Detail kann ein Isolationselement exakt an die Anforderungen des konkreten Energiespeichers anpassbar sein. Dabei kann dem Nachteil eines potentiell fehleranfälligen und aufwändigen Prozesses einer Lackierung einer Zelle effektiv begegnet werden. Im Detail werden Lackierungen oftmals mit mehreren Schichten ausgeführt, um potentiell nicht bedeckte Bereiche zu verhindern und um eine ausreichende Isolierung sicherzustellen. Ein derartiger aufwändiger Prozess kann bei einem vorbeschriebenen Isolationselement verhindert werden, da das Isolationselement problemlos mit definierten Eigenschaften, wie insbesondere einer definierten Dicke und einer definierten Ausdehnung, bereitgestellt werden kann.Between at least two such electrochemical cells, the insulating element can now be arranged at least partially. Thus, the isolation element may in particular be manufactured separately from the cell, which may allow a simplified and more effective manufacturing process. In detail, an insulation element can be adapted exactly to the requirements of the specific energy store. In this case, the disadvantage of a potentially error-prone and expensive process of painting a cell can be effectively counteracted. In detail, coatings are often performed with multiple layers to prevent potentially uncovered areas and to ensure adequate insulation. Such a complex process can be prevented in the case of a previously described insulation element, since the insulation element can easily be provided with defined properties, in particular a defined thickness and a defined extent.
Ferner kann auf eine aufwändige Fixierung, wie etwa ein Aufkleben des Isolationselements auf eine Zelle, verzichtet werden, was den Herstellungsprozess eines Energiespeichers weiter vereinfachen kann. Beispielsweise kann wenigstens eine Zelle auf einfache Weise in das Isolationselement geschoben werden oder das Isolationselement auf die Zelle gesteckt werden, um eine ausreichende Stabilität zu gewährleisten. Hierzu kann beispielsweise und nicht beschränkend das Isolationselement mit einem definierten Untermaß ausgeformt sein, um so einen Kraftschluss zu der Zelle zu ermöglichen, durch welchen wenigstens eine Zelle an dem Isolationselement befestigt wird. Somit kann beispielsweise der Nachteil umgangen werden, dass etwa Klebstoffe zur Fixierung von Isolationselementen oder auch Isolationslacke bei wechselnden Temperaturbelastungen nur schwer stabil darstellbar sind. Dadurch kann durch das Verwenden eines Isolationselements bei einem vorbeschriebenen Energiespeicher eine besonders hohe Langzeitstabilität erreichbar sein.Furthermore, an elaborate fixation, such as a sticking of the insulation element to a cell, can be dispensed with, which can further simplify the production process of an energy store. For example, at least one cell can be easily pushed into the insulation element or the insulation element can be placed on the cell in order to ensure sufficient stability. For this purpose, by way of example and not limitation, the insulation element can be formed with a defined undersize, so as to enable a frictional connection to the cell, by means of which at least one cell is fastened to the insulation element. Thus, for example, the disadvantage can be circumvented that, for example, adhesives for fixing insulation elements or insulating varnishes are difficult to stably display with changing temperature loads. As a result, by using an insulation element in the case of a previously described energy store, a particularly high long-term stability can be achieved.
Ferner weist das Isolationselement eine wandseitige Höhe auf, welche größer oder gleich der dem Bereich der gesamten zueinander gerichteten Höhe der wenigstens zwei Zellen ist, und weist das Isolationselement zumindest einen Stirnbereich auf, welcher zum Verhindern eines elektrischen Überschlags die Stirnseite wenigstens einer Zelle zumindest teilweise abdeckt. Somit kann durch das Isolationselement nicht nur ein unmittelbares Berühren wenigstens zweier Zellen verhindert werden, sondern es kann ferner zusätzlich das Ausbilden eines elektrischen Überschlags, wie beispielsweise eines Lichtbogens, sicher verhindert werden. Somit kann im Wesentlichen auf weitere Isolationselemente zwischen den Zellen vollständig verzichtet werden, was das Herstellen eines mit einem derartigen Isolationselement ausgestatteten Energiespeicher weiter kostengünstig gestalten kann.Furthermore, the insulation element has a wall-side height which is greater than or equal to the area of the entire height of the at least two cells directed toward one another, and the insulation element has at least one end region which at least partially covers the end face of at least one cell in order to prevent electrical flashover , Thus, not only the direct contact of at least two cells can be prevented by the insulating member, but further, the formation of an electric flashover such as an arc can be further securely prevented. Thus, it is essentially possible to completely dispense with further insulation elements between the cells, which can further make the production of an energy store equipped with such an insulation element more cost-effective.
Dabei können der wandseitige Bereich und der stirnseitige Bereich des Isolationselements unmittelbar miteinander verbunden sein, also insbesondere eine entsprechende Kante wenigstens einer Zelle umschlossen werden. Somit kann eine effektive elektrische Isolierung nicht nur an glatten Wandbereichen sondern vielmehr auch an Kanten der Zelle beziehungsweise eines Zellgehäuses realisierbar sein.In this case, the wall-side region and the frontal region of the insulation element can be connected directly to one another, ie in particular a corresponding edge of at least one cell can be enclosed. Thus, an effective electrical insulation can be realized not only on smooth wall areas but also on edges of the cell or a cell housing.
Weiterhin kann durch die fehlende Notwendigkeit weiterer Isolierungsmaterialien insbesondere zwischen den Zellen des Energiespeichers das Gesamtgewicht des Energiespeichers gesenkt werden, was eine Leistungsdichte des Systems verbessern kann.Furthermore, the total weight of the energy store can be lowered due to the lack of need for further insulation materials, in particular between the cells of the energy store. which can improve a power density of the system.
Darüber hinaus ist das Isolationselement sowohl in seinen Ausmaßen als auch in seiner Geometrie problemlos an das gewünschte Anwendungsgebiet und an die verwendeten Energiespeicher beziehungsweise an die zu isolierenden Zellen anpassbar.In addition, the isolation element is easily adaptable both in its dimensions and in its geometry to the desired field of application and to the energy storage or to the cells to be isolated.
Aus dem Vorstehenden wird ersichtlich, dass das vorbeschriebene Isolationselement eine anpassbare mechanische Lösung zur Isolation wenigstens zweier Zellen gegeneinander bereitstellt. Durch eine derartige angepasste mechanische Konstruktion kann die Montage eines Energiesprechers durch die Herstellung beziehungsweise Bereitstellung einfach handhabbarer Bauteile vereinfacht und die Konstruktion der Isolationselemente eine Verwendung von fixierenden Elementen, wie beispielsweise Klebstoff, unnötig machen. Somit ist ein Energiespeicher insbesondere bezüglich seines Isolationselements besonders einfach an das gewünschte Anwendungsgebiet anpassbar, bietet eine besonders effektive Isolierung seiner Zellen, was eine besonders hohe Verlässlichkeit und Langlebigkeit ermöglichen kann und ist dabei besonders kostengünstig in der Herstellung.From the above, it will be seen that the above-described isolation element provides an adaptable mechanical solution for isolating at least two cells from each other. By such an adapted mechanical construction, the installation of an energy spreader can be simplified by the production or provision of easily manageable components and the construction of the insulation elements makes a use of fixing elements, such as adhesive, unnecessary. Thus, an energy storage device is particularly easy to adapt to the desired field of application, in particular with regard to its insulation element, offers a particularly effective insulation of its cells, which can allow a particularly high reliability and longevity and is particularly cost-effective to manufacture.
Im Rahmen einer Ausgestaltung kann das Isolationselement einen elektrisch isolierenden Kunststoff aufweisen, beispielsweise aus diesem bestehen. Insbesondere in dieser Ausgestaltung kann der Energiespeicher besonders kostengünstig herstellbar sein. Darüber hinaus gibt es eine Vielzahl elektrisch isolierender Kunststoffe, die für einen derartigen Energiespeicher geeignet sein können, weshalb durch eine geeignete Auswahl des Kunststoffs der Energiespeicher besonders vorteilhaft an das gewünschte Anwendungsgebiet anpassbar sein kann. Ferner weisen derartige Kunststoffe oftmals ein besonders geringes Gewicht auf, weshalb das Isolationselement das Gesamtgewicht des Energiespeichers nicht signifikant negativ beeinflusst. Somit kann auch die Leistungsdichte des Energiespeichers im Wesentlichen beibehalten werden. Within the scope of one embodiment, the insulation element may comprise an electrically insulating plastic, for example consisting of this. In particular, in this embodiment, the energy storage can be produced particularly inexpensive. In addition, there is a large number of electrically insulating plastics which may be suitable for such an energy store, which is why the energy store can be particularly advantageously adapted to the desired field of application by a suitable selection of the plastic. Furthermore, such plastics often have a particularly low weight, which is why the insulation element does not affect the total weight of the energy storage significantly negative. Thus, the power density of the energy storage can be substantially maintained.
Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann das Isolationselement zumindest teilweise, beispielsweise an seinem Stirnbereich, eine thermische Leitfähigkeit aufweisen, die in einem Bereich von größerer oder gleich 0,2 W/m·K, insbesondere in einem Bereich von größerer oder gleich 0,5 W/m·K, liegt. In dieser Ausgestaltung kann sichergestellt werden, dass eine Temperierung, wie beispielsweise ein Abführen von Wärme von den elektrochemischen Zellen, problemlos möglich sein kann. Somit kann sichergestellt werden, dass ein gegebenenfalls vorliegender Wärmeleitpfad zwischen den Zellen und einem Temperierelement, wie beispielsweise einer Kühlplatte, nicht signifikant negativ beeinflusst wird. Dabei kann das Isolationselement vollständig aus einem wärmeleitenden Material ausgebildet sein, oder das Isolationselement kann nur teilweise aus einem wärmeleitfähigen Material insbesondere mit der vorbeschriebenen thermischen Leitfähigkeit ausgebildet sein. In the context of a further embodiment, the insulation element may have, at least partially, for example at its end region, a thermal conductivity which is in a range of greater than or equal to 0.2 W / m · K, in particular in a range of greater than or equal to 0.5W / m · K, lies. In this embodiment, it can be ensured that a temperature control, such as, for example, a removal of heat from the electrochemical cells, can be possible without problems. Thus, it can be ensured that an optionally present heat conduction path between the cells and a tempering element, such as a cooling plate, is not significantly adversely affected. In this case, the insulation element may be formed entirely from a heat-conducting material, or the insulation element may be formed only partially from a thermally conductive material, in particular with the above-described thermal conductivity.
Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann das Isolationselement eine Temperierstruktur zum Temperieren wenigstens einer Zelle aufweisen. Beispielsweise kann das Isolationselement einen oder mehrere Temperiermittelkanäle zum Führen eines Temperiermittels durch das Isolationselement und/oder eine oder mehrere Temperierrippen zum Abführen von Wärme umfassen. In dieser Ausgestaltung kann beispielsweise auf das Vorsehen weiterer Kühleinheiten, wie beispielsweise Kühlplatten, verzichtet werden. So kann vorteilhafterweise der Widerstand eines Wärmeleitpfads deutlich gesenkt und das Gewicht reduziert werden. Ferner kann eine besonders kostengünstige Herstellung ermöglicht werden. Grundsätzlich kann es sich bei dem Temperiermittel um ein flüssiges, gasförmiges oder festes Temperiermittel handeln. Insbesondere kann das Temperiermittel ein flüssiges oder gasförmiges Temperiermittel sein. Dabei kann das Isolationselement mindestens einen Temperiermitteleinleitungsanschluss zum Einleiten eines flüssigen oder gasförmigen Temperiermittels in den oder die Temperiermittelkanäle und mindestens einen Temperiermittelableitungsanschluss zum Ableiten des flüssigen oder gasförmigen Temperiermittels aus dem oder den Temperiermittelkanälen umfassen.In the context of a further embodiment, the insulation element may have a tempering structure for tempering at least one cell. For example, the insulation element may comprise one or more temperature control medium ducts for guiding a temperature control medium through the insulation element and / or one or more temperature control ribs for dissipating heat. In this embodiment, for example, can be dispensed with the provision of additional cooling units, such as cooling plates. Thus, advantageously, the resistance of a Wärmeleitpfads can be significantly reduced and the weight can be reduced. Furthermore, a particularly cost-effective production can be made possible. In principle, the temperature control agent may be a liquid, gaseous or solid temperature control agent. In particular, the temperature control can be a liquid or gaseous temperature control. In this case, the insulation element may comprise at least one Temperiermitteleinleitungsanschluss for introducing a liquid or gaseous temperature control in the one or more Temperiermittelkanäle and at least one Temperiermittelableitungsanschluss for deriving the liquid or gaseous temperature control from the Temperiermittelkanälen.
Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann das Isolationselement zum im Wesentlichen vollständigen wandseitigen und stirnseitigen Umschließen wenigstens einer Zelle ausgestaltet sein. In dieser Ausgestaltung kann somit im Wesentlichen jede Seite wenigstens einer Zelle von dem Isolationselement umgeben beziehungsweise abgedeckt sein, die Zelle somit an jeder vorhandenen Wandseite und an jeder vorhandenen Stirnseite isoliert werden. Dadurch kann eine besonders vollständige Isolierung der wenigstens einen Zelle gegenüber anderen Zellen ermöglicht werden. Dabei kann im Sinne der vorliegenden Erfindung ein im Wesentlichen vollständiges wand- und stirnseitiges Umschließen insbesondere umfassen, dass ein oder mehrere Funktionsbereiche, wie beispielsweise für einen Anschluss zum Abgreifen elektrischer Energie oder einen Anschluss für ein Berstventil, zum Auslassen von Druck aus dem Inneren der Zelle, offen bleiben können und somit nicht von dem Isolationselement bedeckt sind. In anderen Worten kann ein im Wesentlichen vollständiges wandseitiges und stirnseitiges Umschließen der wenigstens einer Zelle bedeuten, dass nur die für eine Funktion notwendigerweise freibleibenden Bereiche nicht von dem Isolationselement abgedeckt sind. In the context of a further embodiment, the insulation element can be configured for substantially complete wall-side and end-side enclosing of at least one cell. In this embodiment, substantially each side of at least one cell can thus be surrounded or covered by the insulating element, thus isolating the cell on each existing wall side and on each available front side. This allows a particularly complete isolation of the at least one cell compared to other cells. For the purposes of the present invention, a substantially complete wall and end-side enclosing may comprise, in particular, one or more functional areas, such as, for example, a connection for tapping electrical energy or a connection for a bursting valve, for discharging pressure from inside the cell , can remain open and thus are not covered by the insulating element. In other words, a substantially complete wall-side and front-side enclosing of the at least one cell can mean that only those areas which are necessarily non-functional for a function are not covered by the insulating element.
Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann das Isolationselement wannenartig ausgestaltet sein. In dieser Ausgestaltung kann eine besonders einfache Herstellbarkeit eines Energiespeichers ermöglicht werden. Denn bei der Herstellung des Energiespeichers kann eine oder eine Mehrzahl von Zellen jeweils einfach in die Öffnung der ausgebildeten Wanne eingesteckt werden und gegebenenfalls auf geeignete Weise, beispielsweise, an dem Isolationselement befestigt werden. In the context of a further embodiment, the insulation element can be designed like a trough. In this embodiment, a particularly simple producibility of an energy store can be made possible. For in the manufacture of the energy storage device, one or a plurality of cells can each be easily inserted into the opening of the formed tub and, if appropriate, be attached to the insulation element in a suitable manner, for example.
Dabei kann das wannenartige Isolationselement beispielsweise wandseitig geöffnet sein. In dieser Ausgestaltung kann eine Zelle seitlich in das Isolationselement geschoben werden, wobei die Stirnbereiche durch entsprechende Bereiche des wannenartigen Isolationselements abgedeckt sein können. In dieser Ausgestaltung kann besonders effektiver Schutz gegen das Auftreten von elektrischen Überschlägen wie beispielsweise von Lichtbögen, realisierbar sein. Dabei kann zusätzlich zu einer Wandseite ferner beispielsweise als Stirnseite der Zelle der Bodenbereich wie auch der Kopfbereich wenigstens einer Zelle von dem Isolationselement zumindest teilweise bedeckt sein beziehungsweise das Isolationselement zumindest diese Bereiche zumindest teilweise abdecken. Dabei ist die Größe des jeweiligen Stirnbereichs, welcher von dem Isolationselement abgedeckt wird, insbesondere zu wählen in Abhängigkeit der auftretenden Stromstärken, des Abstands der Zellen zueinander und anderen Faktoren, welche das Auftreten von Überschlägen beeinflussen können. Dabei kann beispielsweise in dieser Ausgestaltung, aber auch grundsätzlich in anderen Ausgestaltung, für zwei Zellen nur ein Isolationselement ausreichend sein, um diese ausreichend zu isolieren und die Gefahr eines elektrischen Überschlags zu reduzieren beziehungsweise vollständig zu verhindern. Eine wandseitige Öffnung kann daher im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere bedeuten, dass die Wannenform derart ausgestaltet ist, dass nach einem Einfügen einer Zelle in das Isolationselement eine derartige Seite der Zelle freiliegt, welche in Richtung einer weiteren Zelle gerichtet ist. In this case, the trough-like insulation element may be open, for example, on the wall side. In this embodiment, a cell can be pushed laterally into the insulation element, wherein the end regions can be covered by corresponding regions of the trough-like insulation element. In this embodiment, particularly effective protection against the occurrence of electrical flashovers such as arcs, be realized. In this case, in addition to a wall side, furthermore, for example as the front side of the cell, the floor area as well as the head area of at least one cell can be at least partially covered by the insulation element or the insulation element at least partially cover at least these areas. In this case, the size of the respective end region, which is covered by the insulation element, in particular to be selected as a function of the occurring current strengths, the distance of the cells to each other and other factors that may influence the occurrence of flashovers. For example, in this embodiment, but also in principle in another embodiment, only one insulation element may be sufficient for two cells in order to sufficiently insulate them and to reduce or completely prevent the risk of an electrical flashover. A wall-side opening can therefore mean in the sense of the present invention, in particular, that the trough shape is designed such that after insertion of a cell into the insulation element, one side of the cell is exposed, which is directed in the direction of another cell.
Weiterhin kann das wannenartige Isolationselement stirnseitig geöffnet sein. Dabei kann das Isolationselement insbesondere an dem Kopfbereich beziehungsweise Deckelbereich einer in dem Isolationselement angeordneten Zelle geöffnet sein. In dieser Ausgestaltung können die Zellen besonders einfach in dem Isolationselement angeordnet werden. Beispielsweise kann die wenigstens eine Zelle auf einfache Weise von oben in die entsprechenden wannenartigen Aufnahmebereiche eingefügt werden. Auch in dieser Ausgestaltung ist eine einfache und kostengünstige Herstellbarkeit gegeben, wobei ferner eine gute Isolation der einzelnen Zellen gegeneinander gewährleistet ist insbesondere dann, wenn die Höhe der wandseitigen Bereiche des Isolationselements die Höhe der eingefügten Zelle zum Verhindern eines elektrischen Überschlags um einen definierten Bereich, welcher abhängig sein kann von den einen Überschlag beeinflussenden Faktoren, übersteigt. Eine stirnseitige Öffnung kann daher im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere bedeuten, dass die Wannenform derart ausgestaltet ist, dass nach einem Einfügen einer Zelle in das Isolationselement eine derartige Seite der Zelle freiliegt, welche nicht in Richtung einer weiteren seitlich benachbarten Zelle gerichtet ist, sondern insbesondere den Boden oder den Kopf der Zelle bilden kann.Furthermore, the trough-like insulation element can be open on the front side. In this case, the insulation element can be opened in particular at the head region or cover region of a cell arranged in the insulation element. In this embodiment, the cells can be arranged particularly easily in the isolation element. For example, the at least one cell can be easily inserted from above into the corresponding trough-like receiving areas. Also in this embodiment, a simple and inexpensive manufacturability is given, further ensuring a good insulation of the individual cells against each other, especially when the height of the wall-side portions of the insulating element, the height of the inserted cell to prevent electrical flashover around a defined area, which may be dependent on factors that affect a rollover. Therefore, in the context of the present invention, an end-side opening can mean in particular that the trough shape is designed in such a way that after insertion of a cell into the insulation element, one side of the cell is exposed which is not directed in the direction of another laterally adjacent cell but in particular can form the bottom or the head of the cell.
Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann das Isolationselement eine Mehrzahl an wannenartig begrenzten Aufnahmebereichen zum Aufnehmen einer Mehrzahl von Zellen aufweisen. Im Rahmen dieser Ausführungsform des Energiespeichers ist das Isolationselement somit zur Aufnahme und Isolierung von zwei oder mehr galvanischen Zellen, insbesondere den galvanischen Zellen eines Batteriemoduls, beispielsweise von größer oder gleich 4 bis kleiner oder gleich 20, zum Beispiel von größer oder gleich 6 bis kleiner oder gleich 18, galvanischen Zellen, ausgelegt. Dies hat den Vorteil, dass die einzelnen Batteriemodule individuell zusammengestellt und an den zur Verfügung stehenden Raum angepasst angeordnet werden können. Darüber hinaus kann in dieser Ausgestaltung ein besonders kostengünstiges Herstellungsverfahren des Isolationselements beziehungsweise einer Mehrzahl an Isolationselementen möglich sein. Ferner kann eine besonders gute Isolierung der Zellen ermöglicht werden und dabei ferner die Stabilität des Energiespeichers verbessert werden.In the context of a further embodiment, the insulation element may have a plurality of receiving regions, which are limited in the manner of troughs, for receiving a plurality of cells. In the context of this embodiment of the energy storage, the insulation element is thus for receiving and isolating two or more galvanic cells, in particular the galvanic cells of a battery module, for example, greater than or equal to 4 to less than or equal to 20, for example greater than or equal to 6 to less or equal to 18, galvanic cells, designed. This has the advantage that the individual battery modules can be individually assembled and arranged adapted to the available space. In addition, in this embodiment, a particularly cost-effective production method of the insulation element or a plurality of insulation elements may be possible. Furthermore, a particularly good isolation of the cells can be made possible and, in addition, the stability of the energy store can be improved.
Beispiele und Zeichnungen Examples and drawings
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Gegenstände werden durch die Beispiele und Zeichnungen veranschaulicht und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Dabei ist zu beachten, dass die Beispiele und Zeichnungen nur beschreibenden Charakter haben und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken. Es zeigenFurther advantages and advantageous embodiments of the subject invention are illustrated by the examples and drawings and explained in the following description. It should be noted that the examples and drawings are only descriptive and are not intended to limit the invention in any way. Show it
In
In der
Beispielsweise kann das Isolationselement
Insbesondere, wenn das Isolationselement
In der
In den
In der
In der
Ferner ist in der
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