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DE102021111629A1 - Elektrischer Verbund von Batteriezellen und Verfahren zur Herstellung desselben - Google Patents

Elektrischer Verbund von Batteriezellen und Verfahren zur Herstellung desselben Download PDF

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DE102021111629A1
DE102021111629A1 DE102021111629.5A DE102021111629A DE102021111629A1 DE 102021111629 A1 DE102021111629 A1 DE 102021111629A1 DE 102021111629 A DE102021111629 A DE 102021111629A DE 102021111629 A1 DE102021111629 A1 DE 102021111629A1
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glass
battery cell
jacket
cell
electrical assembly
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Robert Alig
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Bayerische Motoren Werke AG
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Bayerische Motoren Werke AG
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Abstract

Es werden ein Herstellungsverfahren für einen elektrischen Verbund (1) sowie ein elektrischer Verbund (1) von Batteriezellen vorgeschlagen. Der elektrische Verbund umfasst eine erste Batteriezelle (2) mit einem ersten Zellmantel (3), eine zweite Batteriezelle (2) mit einem zweiten Zellmantel (3), und einen thermisch isolierenden Glasmantel (4) aus massivem Glas zwischen der ersten Batteriezelle (2) und der zweiten Batteriezelle (2).

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrischen Verbund von Batteriezellen sowie ein Herstellungsverfahren für einen elektrischen Verbund von Batteriezellen. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Vermeidung einer Erwärmung von Batteriezellen innerhalb eines elektrischen Verbundes von Batteriezellen durch thermisch „durchgegangene“ Batteriezellen, welche eine überhöhte Temperatur aufweisen.
  • Das thermische Management eines elektrischen Energiespeichers stellt eine der Hauptsäulen eines elektrischen Energiespeichers dar. Das thermische Management hat Einfluss auf Lebensdauer, Performance und Betriebssicherheit des Energiespeichers. Der Energiespeicher und die in ihm als kleinste Einheiten enthaltenen Batteriezellen können je nach Bedarf gekühlt oder geheizt werden. Hierbei kommen verschiedene Medien und Technologien zum Einsatz. Ein Zielkonflikt des thermischen Managements besteht darin, dass einerseits die einzelne Batteriezelle gut an des Kühl-/Heizsystem angebunden sein soll, andererseits im Falle eines thermischen Ereignisses einer Batteriezelle die thermische Energie gezielt abgeführt und die Nachbarzellen gegen unerwünschten Wärmeeintrag geschützt werden müssen.
  • Grundsätzlich bestehen zwei Möglichkeiten, im Falle eines thermischen Ereignisses einer Batteriezelle die übermäßige Energieübertragung auf einzelne Nachbarzellen zu verzögern oder sogar zu stoppen. Beispielsweise wird die Wärme möglichst gleichmäßig auf die Nachbarzellen und angrenzenden thermischen Speicher (thermische Massen) verteilt. Hierbei ist zu beachten, dass die Nachbarzellen möglichst nicht oder nur sehr verzögert selbst eine thermische Anomalie (thermisches Event) erfahren. Alternativ wird die Wärme in der betroffenen Batteriezelle gehalten, wozu benachbarte Batteriezellen thermisch gegenüber der betroffenen Batteriezelle isoliert und zusätzlich an geeignete thermische Massen zur Wärmeabfuhr wärmeleitend angeschlossen werden müssen. Eine thermische Isolation wird im Stand der Technik beispielsweise über Silikon, Mica, Glimmer oder andere Isolationsstoffe erreicht.
  • GB 256,400 offenbart eine Batteriezelle vom Leclanche-Typ oder ähnlichen Typ, welche einen Becher aus Glas aufweist, in welchem die Zellchemie enthalten ist. Auch ein Deckel des Glasbechers kann selbst aus Glas gefertigt werden.
  • Im Stand der Technik verwendete Isolationsstoffe sind meist nicht formstabil, da der Schmelzpunkt nur eingeschränkt nach oben erweiterbar und die thermische Kapazität begrenzt ist.
  • Ausgehend vom vorgenannten Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das thermische Management eines Verbundes elektrischer Energiespeicher bzw. Batteriezellen zu verbessern.
  • Erfindungsgemäß wird ein elektrischer Verbund von Batteriezellen vorgeschlagen, welcher auch als Akkumulator oder Batterie ausgestaltet sein kann. Insbesondere ist der elektrische Verbund von Batteriezellen zur Verwendung als Traktionsbatterie eines elektrisch antreibbaren Fortbewegungsmittels vorgesehen. Er umfasst eine erste Batteriezelle, welche einen ersten Zellmantel aufweist. Der Zellmantel ist dazu eingerichtet, die Zellchemie, also die Elektrolytlösungen und Feststoffe, aufzunehmen. Die erste Batteriezelle kann beispielsweise als Standard-Batteriezelle ausgestaltet sein, wie sie derzeit für die Verwendung in elektrisch antreibbaren Fortbewegungsmitteln, insbesondere PKWs, gefertigt werden. Derartige Batteriezellen können einen im Wesentlichen zylindrischen Körper aufweisen. In diesem Fall werden die Batteriezellen als Rundzellen oder zylindrische Batteriezellen bezeichnet. Ebenso umfasst der elektrische Verbund von Batteriezellen eine zweite Batteriezelle mit einem zweiten Zellmantel. Für die zweite Batteriezelle gilt das in Verbindung mit der ersten Batteriezelle Gesagte in entsprechender Weise. Insbesondere können beide Batteriezellen hinsichtlich ihrer Spezifikation identisch sein. Zusätzlich ist ein thermisch isolierender Glasmantel aus massivem Glas zwischen der ersten Batteriezelle und der zweiten Batteriezelle vorgesehen. Mit anderen Worten befindet sich der Glasmantel zwischen dem ersten Zellmantel und dem zweiten Zellmantel. Glas hat hierbei den Vorteil eines sehr hohen Schmelzpunktes sowie des weniger ausgeprägten exothermen Potentials. Der Zellmantel ist insbesondere als die zylindrische Mantelfläche der jeweiligen Batteriezelle zu verstehen. Die Längsachsen der jeweiligen Batteriezelle können parallel zueinander liegen, so dass die Stirnflächen der einzelnen Batteriezellen (erste Batteriezelle und zweite Batteriezelle) im Wesentlichen in einer identischen Ebene liegen. Auf diese Weise kann der Glasmantel eine thermische Isolation der ersten Batteriezelle gegenüber der zweiten Batteriezelle (und anders herum) bewirken, während die Stirnfläche der ersten Batteriezelle und der zweiten Batteriezelle thermisch an ein Heiz-/Kühlsystem gekoppelt sein können, ohne dass der Glasmantel eine Wärmezufuhr oder Wärmeabfuhr über die Stirnflächen verhindert.
  • Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
  • Der Glasmantel kann einteilig oder mehrteilig ausgeführt sein. Die erste Batteriezelle kann beispielsweise einen ersten Glasmantel und die zweite Batteriezelle einen zweiten, nicht einstückig mit dem ersten Glasmantel gefertigten zweiten Glasmantel aufweisen. Jeder Glasmantel weist bevorzugt eine Ausnehmung auf, innerhalb welcher zumindest eine Batteriezelle des elektrischen Verbundes von Batteriezellen angeordnet ist. Somit ist sichergestellt, dass eine durchgehende Batteriezelle ihre überschüssige Wärme nicht an andere Batteriezellen, sondern in erster Linie an das Heiz-/Kühlsystem abgibt und Nachbarzellen thermisch geschützt sind. Die Stirnflächen der ersten Batteriezelle und der zweiten Batteriezelle können durch einen Deckel und/oder einen Boden thermisch an das Heiz-/Kühlsystem angeschlossen werden. Der Deckel und der Boden können gemeinsam mit dem Glasmantel ein Volumen definieren, innerhalb dessen die Batteriezelle und insbesondere sämtliche zu ihr gehörende Teile enthalten sind. Dies schließt optional der Batteriezelle zuzuordnende elektrische Anschlussleitungen zumindest anteilig nicht mit ein, welche durch den Deckel und/oder durch den Boden eine externe elektrische Kontaktierung der ersten Batteriezelle und der zweiten Batteriezelle (optional miteinander) ermöglichen.
  • Der Glasmantel kann ein einstückiger Glasmantel sein, der die erste Batteriezelle und/oder die zweite Batteriezelle umgibt. Insbesondere kann der Glasmantel eine Struktur aus massivem Glas sein, welche zwei oder mehr Ausnehmungen aufweist, wobei in den Ausnehmungen jeweils eine der Batteriezelle angeordnet ist. Man könnte einen solchen Glasmantel auch als „Monoblock“ bezeichnen, welcher zylindrische oder andersartige Bohrungen aufweist, deren Bohrachsen im Wesentlichen parallel zueinander liegen können. Auf diese Weise sind die einzelnen Batteriezellen auch mechanisch/räumlich mittels des Glasmantels zueinander sowie bezüglich ihrer Umgebung festgelegt.
  • Der Glasmantel kann vorgefertigt sein. Beispielsweise kann der Glasmantel zunächst gegossen und/oder gepresst werden und erst in seiner endgültigen Form werden die erste Batteriezelle und die zweite Batteriezelle in ihn eingesetzt. Dies schließt nicht aus, dass der Glasmantel mehrere Glasmantelkörper bzw. Glasmantelsegmente aufweisen kann, welche den Glasmantel einer einzigen Batteriezelle oder den Glasmantel mehrerer Batteriezellen gemeinsam darstellen. Beispielsweise können Rohre (z.B. Hohlzylinder), Halbrohre, Viertelrohre oder anders geformte Segmente zu einem jeweiligen Glaszylinder zusammengesetzt werden. Dies schließt nicht aus, dass nach dem Zusammensetzen eine Vergussmasse, insbesondere Glas, verwendet werden kann, um die Isolation abermals zu verbessern und/oder die Glasmantelkörper miteinander zu verbinden bzw. räumlich festzulegen. Die erste Batteriezelle und die zweite Batteriezelle können vor dem vorgenannten Schritt des Vergießens in die Glasmäntel eingesetzt werden. Insbesondere für den Fall, dass die erste Batteriezelle und die zweite Batteriezelle bereits vor dem Vergießen in den Glasmantel eingesetzt werden, kann die Vergussmasse auch die jeweilige Batteriezelle innerhalb ihres (jeweiligen) Glasmantels festlegen, wodurch eine zusätzliche Verankerung entfallen kann.
  • Als „Glasmantel“ im Sinne der vorliegenden Erfindung ist eine feste Struktur zur Isolation zweier elektrischer Batteriezellen des elektrischen Verbundes gegenüber einander zu verstehen, ohne eine bestimmte räumliche Struktur notwendigerweise zu implizieren. Vielmehr soll als Glasmantel im Sinne der vorliegenden Erfindung die Eignung des Merkmals verstanden werden, die thermisch isolierende Eigenschaft massiven Glases zur Verhinderung einer Wärmeübertragung von einer ersten Batteriezelle auf eine zweite Batteriezelle zu verwenden und zeitgleich eine thermische Ankopplung der ersten Batteriezelle und der zweiten Batteriezelle an ein Heiz-/Kühlsystem zu ermöglichen. Insbesondere befindet sich daher kein Glasmantel an derjenigen Position der ersten Batteriezelle und der zweiten Batteriezelle, an welcher die erste Batteriezelle bzw. die zweite Batteriezelle an keine weitere Batteriezelle unmittelbar angrenzt („Stirnfläche“).
  • Der Glasmantel kann aus Glas bestehen. Mit anderen Worten kann der Glasmantel im Wesentlichen kein weiteres Material außer Glas aufweisen. Dies schließt nicht aus, dass der Glasmantel zur Erhöhung seiner thermischen Isolationsfähigkeit eine Beschichtung, insbesondere eine metallische Beschichtung, aufweisen kann. Die Beschichtung kann beispielsweise aufgedampft werden. Sie kann insbesondere eine glänzende Oberfläche aufweisen, um Strahlungswärme bzw. Wärmestrahlung zu reflektieren. Die Präsenz eines ersten Glasmantels um die erste Batteriezelle bzw. die zweite Batteriezelle schließt eine Präsenz eines zweiten Glasmantels um die betreffende Batteriezelle nicht aus. Mit anderen Worten kann ein erster Glasmantel durch einen zweiten Glasmantel thermisch gegenüber der Umgebung bzw. gegenüber weiteren Batteriezellen isoliert werden. Hierbei kommt auch ein Luftspalt der Isolation zugute, welcher aufgrund der Wärmeübergangseigenschaften zwischen Glas und Luft die thermische Isolation verbessern kann. In dem vorgenannten Spalt kann auch ein anderes, zur thermischen Isolation beitragendes Gas vorgesehen sein.
  • Der Glasmantel kann eine stabilisierende Struktur nach Art eines Drahtgeflechtes oder eines Kunststoff inlays aufweisen. Derartige Fremdkörper im Glas können den Glasmantel mechanisch stabilisieren bzw. die Folgen einer mechanischen Überbeanspruchung lindern, wie es bei Sicherheitsglas beispielsweise für den Automobilbau der Fall ist.
  • Auch kommt die Verwendung farbigen Glases für den Glasmantel infrage, um beispielsweise besonders kostengünstiges Recyclingglas verwenden zu können oder Wärmestrahlung abermals zu verringern. Mit anderen Worten stellt das Glas einen optischen Filter dar, der die Erscheinung des durch ihn hindurchtretenden sichtbaren Lichtes verändert.
  • Der Zellmantel der ersten Batteriezelle und der Zellmantel der zweiten Batteriezelle können jeweils Kunststoff und/oder Aluminium und/oder Stahl und/oder Verbundstoffe, umfassend die vorgenannten Materialien, umfassen. Während Kunststoff günstig und chemisch resistent ist, können metallische Werkstoffe eine äußere Homogenisierung der Wärmeabgabe der ersten Batteriezelle bzw. der zweiten Batteriezelle bewirken, um eine thermische Überbeanspruchung einer unmittelbar benachbarten Batteriezelle zu verhindern.
  • Der Glasmantel kann eine hohlzylindrische Gestalt, eine hohlprismatische Gestalt (Zylinder mit pentagonalem oder hexagonalem Querschnitt) und/oder eine rotationssymmetrische Gestalt und/oder eine kantrohrförmige Gestalt aufweisen. Hierbei kann die Innenfläche des Glasmantels und/oder die Außenfläche des Glasmantels gekantet oder rund (insbesondere zylindrisch) geformt sein. Während ein hexagonaler Außenquerschnitt des Glasmantels eine besonders dichte Packung einer Vielzahl erfindungsgemäß ummantelter Batteriezellen ermöglicht, kann eine hohlzylindrische Gestalt der Glasmäntel Vorteile beim anschließenden Vergießen der erfindungsgemäß ummantelten Batteriezellen aufweisen.
  • Der Glasmantel kann, beispielsweise als stranggepresstes und/oder stranggegossenes Profil, einen im Wesentlichen konstanten Querschnitt aufweisen. Mit anderen Worten variiert die Querschnittsfläche des Glasmantels zwischen seinen einander gegenüberliegenden Stirnflächen bzw. zwischen dem Deckel und dem Boden um die Batteriezelle nicht. Dies ermöglicht eine besonders dichte Packung und eine günstige Herstellung.
  • Eine elektrische Kontaktierung der ersten Batteriezelle und der zweiten Batteriezelle kann insbesondere durch einen metallischen Deckel und/oder einen metallischen Boden erfolgen. Beispielsweise kann ein erster Pol der Batteriezelle über den Deckel metallisch nach außen geführt werden, während ein zweiter Pol elektrisch über den metallischen Boden nach außen geführt wird. Selbstverständlich können auch der Deckel und/oder der Boden mehrere Segmente aufweisen, welche elektrisch gegeneinander isoliert sind, so dass jeweils der Boden oder der Deckel beide elektrische Anschlüsse aufweisen kann.
  • Wenn im Rahmen der vorliegenden Offenbarung von „Glas“ die Rede ist, so ist hierbei insbesondere ein Glaskörper zu verstehen, welcher beispielsweise Borosilikatglas aufweist oder aus einem solchen besteht. Dieses ist besonders hitze- und temperaturwechselbeständig, weist einen niedrigen thermischen Längenausdehnungskoeffizienten sowie eine hohe mechanische Festigkeit auf. Alternativ oder zusätzlich kann auch Temperglas als Werkstoff des Glasmantels verwendet werden.
  • Zwischen der ersten Batteriezelle und ihrem Glasmantel können Abstandshalter vorgesehen werden, um einen Luftspalt und eine zusätzliche Luftspaltisolierung bereitzustellen, wie sie von Thermoskannen bekannt ist. Entsprechendes gilt für die zweite Batteriezelle und ihren Glasmantel bzw. jede weitere Batteriezelle des elektrischen Verbundes.
  • Insbesondere können Schockabsorber außen am Glasmantel vorgesehen sein, um die umgebenden und tragenden Strukturen mechanisch zu entkoppeln und eine Beschädigung der Glasmäntel zu verhindern. Beispielsweise können die Glasmäntel in ein Gehäuse eingesetzt werden, um den elektrischen Verbund darzustellen. Die Glasmäntel können in das Gehäuse eingegossen und/oder eingeschäumt werden.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Verbundes gemäß den obigen Ausführungen vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst zunächst ein Einsetzen einer ersten Batteriezelle, welche die Zellchemie und einen Zellmantel und gegebenenfalls elektrische Anschlüsse aufweist, in einen ersten thermisch isolierenden Glasmantel aus massivem Glas. Entsprechend wird mit einer zweiten Batteriezelle und einem zweiten thermisch isolierenden Glasmantel verfahren. Der zweite thermisch isolierende Glasmantel kann dem ersten thermisch isolierenden Glasmantel identisch sein oder sogar ein und derselbe sein. In letzterem Fall hat er jedoch eine zweite Ausnehmung zur Einbringung der zweiten Batteriezelle aufzuweisen. Zusätzlich werden die erste Batteriezelle und die zweite Batteriezelle elektrisch miteinander verknüpft, um den elektrischen Verbund zu ergeben. Dieser Schritt kann bereits vor dem Einsetzen der ersten Batteriezelle in den ersten thermisch isolierenden Glasmantel und/oder vor einem Einsetzen der zweiten Batteriezelle in den zweiten thermisch isolierenden Glasmantel vorgenommen werden. Alternativ kann das elektrische Verknüpfen der ersten Batteriezelle und der zweiten Batteriezelle nach dem Einsetzen der ersten Batteriezelle in den ersten thermisch isolierenden Glasmantel und der zweiten Batteriezelle in den zweiten thermisch isolierenden Glasmantel erfolgen. Optional kann der erste thermisch isolierende Glasmantel gegenüber dem zweiten thermisch isolierenden Glasmantel durch eine Vergussmasse fixiert werden. Dies kann vor einem Einsetzen der ersten Batteriezelle in den ersten thermisch isolierenden Glasmantel und einem Einsetzen der zweiten Batteriezelle in den zweiten thermisch isolierenden Glasmantel erfolgen. Alternativ kann dies nach dem Einsetzen der ersten und zweiten Batteriezelle in den jeweiligen Glasmantel erfolgen. Optional kann auch die erste Batteriezelle in dem ersten thermisch isolierenden Glasmantel vergossen werden. Entsprechendes gilt für die zweite Batteriezelle und den zweiten thermisch isolierenden Glasmantel.
  • Weiter optional kann der erste Glasmantel an dem zweiten Glasmantel mechanisch angebunden werden. Dies kann infolge eines Vergießens der beiden Glasmäntel erfolgen. Alternativ oder zusätzlich kann das mechanische Verbinden vor einem Einsetzen der ersten Batteriezelle in den ersten Glasmantel und einem Einsetzen der zweiten Batteriezelle in den zweiten Glasmantel erfolgen. Alternativ kann das mechanische Verbinden nach einem Einsetzen der ersten Batteriezelle in den ersten Glasmantel und einem Einsetzen der zweiten Batteriezelle in den zweiten Glasmantel erfolgen.
  • Vor oder nach dem Vergießen kann die Anordnung umfassend die erste Batteriezelle und den ersten Glasmantel sowie die zweite Batteriezelle und den zweiten Glasmantel in ein Gehäuse des elektrischen Verbundes eingesetzt werden. Optional können die Glasmäntel auch zuvor in das Gehäuse eingesetzt werden und die erste Batteriezelle und die zweite Batteriezelle erst anschließend in ihren jeweiligen Glasmantel eingesetzt werden. Ein im Wesentlichen geschlossenes Gehäuse kann beim Vergießen behilflich sein, indem die Vergussmasse in das Gehäuse eingefüllt wird und die Glasmäntel durch die Vergussmasse mechanisch zueinander sowie mechanisch innerhalb des Gehäuses fixiert werden.
  • In dem Gehäuse können Positionierhilfen z.B. nach Art eines Bierkastens enthalten sein, durch welche die Glasmäntel mechanisch/räumlich im Gehäuse (temporär bzw. notdürftig) fixiert werden, bis ein anschließender Vergussschritt eine endgültige Fixierung der Glasmäntel im Gehäuse bewirkt. Selbstverständlich ist jede andere geeignete Fixierung der Glasmäntel im Gehäuse möglich. Insbesondere kann das Gehäuse einen Gehäusedeckel aufweisen, welcher eine mechanische Fixierung der Glasmäntel im Gehäuse bewirkt.
  • Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren. Es zeigen:
    • 1 eine perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines elektrischen Verbundes mit im Wesentlichen quaderförmigen Batteriezellen, zwischen welchen jeweils im Wesentlichen quaderförmige Zellmantelsektionen vorgesehen sind;
    • 2 eine perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels, in welchem im Wesentlichen zylindrische Batteriezellen durch im Wesentlichen hohlzylindrische Glasmäntel thermisch einander gegenüber isoliert und thermisch an ein Heiz-/Kühlsystem angeschlossen sind;
    • 3 eine perspektivische Darstellung eines Glasmantels in Form eines Monoblocks mit zylindrischen Bohrungen; und
    • 4 ein Flussdiagramm veranschaulichend Schritte eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines elektrischen Verbundes von Batteriezellen.
  • 1 zeigt einen elektrischen Verbund 1 von Batteriezellen 2, welche einen jeweiligen Zellmantel 3 und an einer oberen Stirnfläche angeordnete elektrische Kontakte 9, 10 aufweisen. Zwischen den elektrischen Kontakten 9, 10 sind jeweilige Zellventile (Zellvents) 6 vorgesehen. Um eine laterale Wärmeausbreitung in Richtung der Pfeile P von einer defekten Batteriezelle auf Nachbarzellen zu vermindern, sind zwischen den Zellmänteln 3 anteilig dargestellte Glasmäntel 4 angeordnet, welche ähnlich einer planen Glasscheibe ausgestaltet sind. Indem die Glasmäntel 4 die Stirnfläche der Batteriezellen 2 nicht bedecken, können die Batteriezellen 2 nach oben und nach unten Wärme an ein (nicht dargestelltes) Heiz-/Kühlsystem abführen.
  • 2 zeigt eine perspektivische Darstellung auf einem elektrischen Verbund 1 von Batteriezellen 2, welche an ihrer Stirnseite ein Zellvent 6 aufweisen. Die obere Stirnfläche weist einen jeweiligen elektrischen Kontakt 9 auf und ist der Anschaulichkeit halber nicht an ein an der unteren Stirnfläche vorgesehenes Heiz-/Kühlsystem angeschlossen. Die im Wesentlichen zylindrischen Batteriezellen 2 weisen einen jeweiligen Glasmantel 4 aus massivem Glas auf. Beispielhaft ist ein Glasmantel durch zwei Glasmantelkörper 4a, 4b zusammengesetzt. Aufgrund eines Abstandes der Glasmäntel 4 zueinander, kann eine Vergussmasse zwischen die Glasmäntel gegossen werden, um die Glasmäntel innerhalb des elektrischen Verbundes 1 mechanisch zu fixieren und einer thermischen Isolation der Batteriezellen 2 zueinander dienlich zu sein.
  • 3 zeigt einen in Monoblock-Bauweise gefertigten Glasmantel 4, welcher mehrere Ausnehmungen 5 in Form zylindrischer Durchgangsbohrungen aufweist. In die Ausnehmungen 5 können in einem weiteren Fertigungsschritt (nicht dargestellte) Batteriezellen 2 eingesetzt, vergossen und anschließend elektrisch miteinander verbunden werden. Exemplarisch weist eine vordere Ausnehmung 5 einen zweiten Glasmantel 41 auf, zu welchem sich innerhalb der Ausnehmung 5 ein umlaufender und über die gesamte Höhe des Glasmantels 4 erstreckender Luftspalt 8 ergibt, um die thermische Isolation abermals zu erhöhen.
  • 4 zeigt ein Verfahren veranschaulichend Schritte eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines elektrischen Verbundes von Batteriezellen. In Schritt 100 wird eine erste Batteriezelle mit einem ersten Zellmantel in einen thermisch isolierenden Glasmantel aus massivem Glas eingesetzt. Die Batteriezelle ist hierbei grundsätzlich elektrisch bereits voll funktionstüchtig. Mit anderen Worten hat der thermisch isolierende Glasmantel keine die Zellchemie und die mechanischen Bauteile zueinander definierende Wirkung. In Schritt 200 wird mit einer zweiten Batteriezelle und einem zweiten thermisch isolierenden Glasmantel in entsprechender Weise verfahren. In Schritt 300 wird der erste Glasmantel mit dem zweiten Glasmantel mechanisch verbunden. Dies kann das Einbringen einer Vergussmasse zwischen dem ersten Glasmantel und dem zweiten Glasmantel umfassen, wobei sich auch eine mechanische Fixierung der beiden Glasmäntel bezüglich einer sie umgebenden Gehäusestruktur ergibt. In Schritt 400 wird schließlich die erste Batteriezelle mit der zweiten Batteriezelle elektrisch verknüpft. Anschließend kann ein Gehäuse des elektrischen Verbundes geschlossen und als Traktionsbatterie in ein elektrisch antreibbares Fortbewegungsmittel eingesetzt werden.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    elektrischer Verbund von Batteriezellen
    2
    Batteriezelle
    3
    Zellmantel
    4
    Glasmantel
    4a, 4b
    Glasmantelkörper
    5
    Ausnehmung
    6
    Zellvent
    7
    Boden
    8
    Luftspalt
    9, 10
    elektrische Anschlüsse
    11
    Heiz-/Kühlsystem
    41
    weiterer Glasmantel
    100 bis 400
    Verfahrensschritte
    P
    Pfeil

Claims (13)

  1. Elektrischer Verbund von Batteriezellen umfassend - eine erste Batteriezelle (2) mit einem ersten Zellmantel (3), - eine zweite Batteriezelle (2) mit einem zweiten Zellmantel (3), und - einen thermisch isolierenden Glasmantel (4) aus massivem Glas zwischen der ersten Batteriezelle (2) und der zweiten Batteriezelle (2).
  2. Elektrischer Verbund nach Anspruch 1, wobei der Glasmantel (4) zwischen dem ersten Zellmantel (3) und dem zweiten Zellmantel (3) angeordnet ist.
  3. Elektrischer Verbund nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Glasmantel (4) einteilig oder mehrteilig ausgeführt ist und eine Ausnehmung aufweist, - welche oben durch einen Deckel abgeschlossen ist, welcher gegenüber dem Glasmantel (4) eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist und/oder - welche unten durch einen Boden (7) abgeschlossen ist, welcher gegenüber dem Glasmantel (4) eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist.
  4. Elektrischer Verbund nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Glasmantel (4) ein einstückiger Glasmantel ist, der die erste Batteriezelle (2) und/oder die zweite Batteriezelle (2) umgibt.
  5. Elektrischer Verbund nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Glasmantel (4) vorgefertigt ist und insbesondere mehrere Glasmantelkörper (4a, 4b) aufweist.
  6. Elektrischer Verbund nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Glasmantel (4) aus Glas besteht.
  7. Elektrischer Verbund nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Glas des Glasmantels (4) zur thermischen Isolation eine metallische Beschichtung aufweist.
  8. Elektrischer Verbund nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Glasmantel (4) einen Luftspalt (8) aufweist, welcher eingerichtet ist, einen inneren Glasmantel und einen äußeren Glasmantel (4) thermisch voneinander zu entkoppeln.
  9. Elektrischer Verbund nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Glasmantel (4) - eine hohlzylindrische Gestalt und/oder - eine rotationssymmetrische Gestalt und/oder - eine kantrohrförmige Gestalt aufweist.
  10. Elektrischer Verbund nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei ein Querschnitt des Glasmantels (4) zwischen einander gegenüberliegenden Stirnflächen nicht variiert.
  11. Elektrischer Verbund nach einem der vorstehenden Ansprüche, welcher eingerichtet ist, eine externe elektrische Kontaktierung der Batteriezellen (2) durch den Deckel (6) und/oder den Boden (7) zu gewähren.
  12. Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Verbundes von Batteriezellen nach einem der vorstehenden Ansprüche umfassend die Schritte: - Einsetzen (100) einer ersten Batteriezelle (2) mit einem ersten Zellmantel (3) in einen ersten thermisch isolierenden Glasmantel (4) aus massivem Glas, - Einsetzen (200) einer zweiten Batteriezelle (2) mit einem zweiten Zellmantel (3) in einen zweiten thermisch isolierenden Glasmantel (4) aus massivem Glas, und - elektrisches Verknüpfen (400) der ersten Batteriezelle (2) und der zweiten Batteriezelle (2).
  13. Verfahren nach Anspruch 12 weiter umfassend: - mechanisches Verbinden (300) des ersten und des zweiten Glasmantels (4).
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