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DE102022106656A1 - Electrochemical energy storage, electrochemical round cell and method for producing an electrochemical round cell - Google Patents

Electrochemical energy storage, electrochemical round cell and method for producing an electrochemical round cell Download PDF

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DE102022106656A1
DE102022106656A1 DE102022106656.8A DE102022106656A DE102022106656A1 DE 102022106656 A1 DE102022106656 A1 DE 102022106656A1 DE 102022106656 A DE102022106656 A DE 102022106656A DE 102022106656 A1 DE102022106656 A1 DE 102022106656A1
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DE
Germany
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cell
electrochemical
winding mandrel
round
thermostat
Prior art date
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Pending
Application number
DE102022106656.8A
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German (de)
Inventor
Philip Kotter
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.)
Bayerische Motoren Werke AG
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke AG
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.)
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Publication date
Application filed by Bayerische Motoren Werke AG filed Critical Bayerische Motoren Werke AG
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Abstract

Es werden ein elektrochemischer Energiespeicher (10), ein Verfahren zum Herstellen einer elektrochemischen Rundzelle (1) sowie eine elektrochemische Rundzelle (1) vorgeschlagen. Die elektrochemische Rundzelle (1) umfasst: einen Zellwickel (2), einen Zelldeckel (3), einen Zellboden (4), einen hohlen Zellwickeldorn (5) und ein Thermostat (6), welches im Zellwickeldorn (5) angeordnet ist, wobei der Zellwickeldorn (5) gemeinsam mit einer ersten Öffnung im Zelldeckel (3) und einer zweiten Öffnung im Zellboden (4) einen Fluidkanal (7) ausbildet, wobei das Thermostat (6) im Fluidkanal (7) angeordnet ist.An electrochemical energy storage device (10), a method for producing an electrochemical round cell (1) and an electrochemical round cell (1) are proposed. The electrochemical round cell (1) comprises: a cell winding (2), a cell cover (3), a cell base (4), a hollow cell winding mandrel (5) and a thermostat (6), which is arranged in the cell winding mandrel (5), the Cell winding mandrel (5) forms a fluid channel (7) together with a first opening in the cell cover (3) and a second opening in the cell bottom (4), the thermostat (6) being arranged in the fluid channel (7).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrochemischen Energiespeicher, eine elektrochemische Rundzelle und ein Verfahren zum Herstellen einer elektrochemischen Rundzelle. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine verbesserte Kühlung elektrochemischer Rundzellen für Traktionsbatterien elektrisch antreibbarer Fortbewegungsmittel.The present invention relates to an electrochemical energy storage device, an electrochemical round cell and a method for producing an electrochemical round cell. In particular, the present invention relates to an improved cooling of electrochemical round cells for traction batteries of electrically powered means of transportation.

Die Elektrifizierung des Personenindividualverkehrs schreitet derzeit rasch voran. Eine Methode zur Speicherung elektrischer Energie im Fortbewegungsmittel besteht darin, die meist als Hochvoltspeicher bezeichnete Traktionsbatterie aus einer Vielzahl elektrochemischer Rundzellen aufzubauen. Hierbei werden die Elektroden bzw. die Zellchemie enthaltenden Schichten um einen gemeinsamen Wickeldorn gewickelt. Dieser wird üblicherweise im Laufe der Fertigung entfernt und wiederverwendet.The electrification of personal transport is currently progressing rapidly. One method for storing electrical energy in the means of transport is to build the traction battery, usually known as high-voltage storage, from a large number of electrochemical round cells. Here, the electrodes or layers containing the cell chemistry are wound around a common winding mandrel. This is usually removed and reused during production.

DE 20 2007 018 731 U1 offenbart eine portable und stapelbare Zelle auf Basis von Lithium-Polymer-Zellen, bei welchen röhrenförmig ausgestaltete Wickeldorne im Zellkern verbleiben und zum Zwecke der Kühlung mit Fluid gespült werden. Gewinde an den Polkappen dienen der Montage derselben am Wickeldorn. DE 20 2007 018 731 U1 discloses a portable and stackable cell based on lithium polymer cells, in which tubular winding mandrels remain in the cell core and are flushed with fluid for cooling purposes. Threads on the pole caps are used to mount them on the winding mandrel.

Für die Wärmeabfuhr ist im Stand der Technik entweder eine normale Wärmeleitung oder eine Fluidkühlung bekannt. Üblicherweise werden Zellen jedoch nicht von innen gekühlt. Sofern dies doch der Fall ist, erfolgt eine globale Regelung, wobei im Bedarfsfall eine Pumpe angetrieben wird, um das Kühlfluid an den Zellen entlang oder durch die Zellen zu treiben. Die Regelung erfolgt üblicherweise durch eine Vielzahl verteilter Temperatursensoren. Zudem stellen Drosseln und die Entspannung von komprimierten Gasen Standardverfahren im Bereich der Zellkühlung dar.For heat dissipation, either normal heat conduction or fluid cooling is known in the prior art. However, cells are usually not cooled from the inside. If this is the case, global control takes place, whereby, if necessary, a pump is driven to drive the cooling fluid along or through the cells. The control is usually carried out by a large number of distributed temperature sensors. In addition, throttling and the expansion of compressed gases represent standard procedures in the field of cell cooling.

Ausgehend vom vorgenannten Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Kühlung von elektrochemischen Zellen zu verbessern. Insbesondere ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine bedarfsgerechte Kühlung einzelner elektrochemischer Zellen zu gewährleisten.Based on the aforementioned prior art, it is an object of the present invention to improve the cooling of electrochemical cells. In particular, it is an object of the present invention to ensure needs-based cooling of individual electrochemical cells.

Die vorgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine elektrochemische Rundzelle mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst. Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.The aforementioned object is achieved according to the invention by an electrochemical round cell with the features according to claim 1. The subclaims show preferred developments of the invention.

Die erfindungsgemäße elektrochemische Rundzelle umfasst einen Zellwickel, welcher die Zellchemie und/oder die inneren Zellelektroden sowie den gegebenenfalls enthaltenen Separator umfasst. Dieser ist um einen hohlen Zellwickeldorn gewickelt. Der Zellwickeldorn kann die Gestalt eines Röhrchens aufweisen, so dass er einen hohlen Kern als Fluidführung aufweist. Stirnseitig ist die elektrochemische Rundzelle durch einen Zellboden und einen Zelldeckel abgeschlossen. Mantelseitig umgibt den Zellwickel ein optionales Gehäuse. Zudem ist ein Thermostat vorgesehen, welches im oder am Zellwickeldorn angeordnet ist. Auf diese Weise kann das Thermostat temperaturabhängig den Kanal im Zellwickeldorn öffnen bzw. verschließen. Der Zellwickeldorn bildet gemeinsam mit einer ersten Öffnung im Zelldeckel und einer zweiten Öffnung im Zellboden einen Fluidkanal aus. Auf diese Weise ist die elektrochemische Rundzelle imstande, axial durch Kühlfluid gespült zu werden, welches überschüssige Wärme abführt. Das Thermostat ist also im Fluidkanal angeordnet bzw. eingerichtet, den axialen Fluidkanal durch die elektrochemische Rundzelle temperaturabhängig zu öffnen bzw. zu verschließen. Durch eine thermische Ankopplung des Thermostats an den Zellwickel kann eine besonders rasche, verzögerungsarme und zellindividuelle Kühlung der elektrochemischen Rundzelle bereitgestellt werden. Die elektrochemische Rundzelle kann im Zellverbund eines elektrochemischen Energiespeichers (z.B. eine Traktionsbatterie, insbesondere für ein elektrisch antreibbares Fortbewegungsmittel) ausgestaltet sein.The electrochemical round cell according to the invention comprises a cell coil, which comprises the cell chemistry and/or the inner cell electrodes as well as any separator contained therein. This is wrapped around a hollow cell winding mandrel. The cell winding mandrel can have the shape of a tube so that it has a hollow core as a fluid guide. At the front, the electrochemical round cell is closed off by a cell base and a cell cover. On the shell side, an optional housing surrounds the cell coil. A thermostat is also provided, which is arranged in or on the cell winding mandrel. In this way, the thermostat can open or close the channel in the cell winding mandrel depending on the temperature. The cell winding mandrel forms a fluid channel together with a first opening in the cell cover and a second opening in the cell bottom. In this way, the electrochemical round cell is able to be flushed axially by cooling fluid, which dissipates excess heat. The thermostat is therefore arranged or set up in the fluid channel to open or close the axial fluid channel through the electrochemical round cell depending on the temperature. By thermally coupling the thermostat to the cell coil, particularly rapid, low-delay and cell-specific cooling of the electrochemical round cell can be provided. The electrochemical round cell can be designed in the cell network of an electrochemical energy storage device (e.g. a traction battery, in particular for an electrically driven means of transportation).

Der Fluidkanal kann anteilig oder vollständig durch das Thermostat verlaufen. Bei einem anteiligen Durchfließen des Thermostats durch das Kühlfluid kann im Falle einer Fehlfunktion bzw. eines versehentlichen Blockierens des Thermostats am Thermostat vorbeilaufendes Kühlfluid überschüssige Wärme abführen bzw. der Strömungswiderstand für das Kühlfluid auch im ordnungsgemäßen Funktionszustand verringert werden. Wenn der Fluidkanal vollständig durch das Thermostat verläuft, kann eine besonders umfassende Regelung des Fluidstroms erfolgen.The fluid channel can run partially or completely through the thermostat. If the cooling fluid flows through the thermostat proportionally, in the event of a malfunction or accidental blocking of the thermostat, cooling fluid running past the thermostat can dissipate excess heat or the flow resistance for the cooling fluid can be reduced even in the correct functional state. If the fluid channel runs completely through the thermostat, the fluid flow can be regulated particularly comprehensively.

Das Thermostat ist insbesondere an einem Ende des Zellwickeldorns angeordnet. Beispielsweise kann es stirnseitig am Zellwickeldorn angeschweißt, angeklebt, angeschraubt oder anderweitig fluiddicht angebracht sein. Insbesondere kommt ein Reibschweißen, ein Ultraschallschweißen und eine Verschraubung für die Abdichtung zwischen Zellwickeldorn und Thermostat infrage. Beispielsweise kann auch ein Gewinde in dem Zellwickeldorn geschnitten sein, in welches das Thermostat eingeschraubt sein kann. Ein solches Gewinde kann auch während der Fertigung, insbesondere beim Wickeln des Zellwickels, für eine temporäre Festlegung des Zellwickeldorns in einer Werkzeugmaschine Verwendung finden.The thermostat is arranged in particular at one end of the cell winding mandrel. For example, it can be welded, glued, screwed or otherwise fluid-tightly attached to the front of the cell winding mandrel. In particular, friction welding, ultrasonic welding and a screw connection are possible for sealing between the cell winding mandrel and the thermostat. For example, a thread can also be cut in the cell winding mandrel, into which the thermostat can be screwed. Such a thread can also be used during production, in particular when winding the cell roll, for temporarily fixing the cell winding mandrel in a machine tool.

Beispielsweise kann das Thermostat eingerichtet sein, den Fluidkanal im Ansprechen auf ein Überschreiten einer Temperatur von 30°C, insbesondere 35°C, bevorzugt 40°C, insbesondere bevorzugt 45°C und äußerst bevorzugt 50°C, mindestens teilweise freizugeben. Auf diese Weise kann vermieden werden, dass die elektrochemische Rundzelle übermäßig altert, da sie in einem zu hohen Temperaturbereich betrieben wird. Unterhalb der vorgenannten Temperaturschwellen kann das Thermostat den Fluidkanal verschließen, um eine geeignete Arbeitstemperatur der Zellchemie möglichst bald zu erreichen und die Leistungsfähigkeit nicht unnötig zu verringern.For example, the thermostat can be set up to at least partially open the fluid channel in response to a temperature exceeding 30°C, in particular 35°C, preferably 40°C, particularly preferably 45°C and extremely preferably 50°C. In this way it can be avoided that the electrochemical round cell ages excessively because it is operated in a temperature range that is too high. Below the aforementioned temperature thresholds, the thermostat can close the fluid channel in order to achieve a suitable working temperature of the cell chemistry as quickly as possible and not to unnecessarily reduce performance.

Sofern ein Gewinde im Zellwickeldorn bzw. am Zellwickeldorn vorgesehen ist, kann dieses als Innengewinde und/oder als Außengewinde ausgestaltet sein. Entsprechend weist das Thermostat, sofern es mit diesem Gewinde in Eingriff gebracht werden soll, ein korrespondierendes Gewinde auf. Auch eine Dichtung kann hier vorgesehen sein.If a thread is provided in the cell winding mandrel or on the cell winding mandrel, this can be designed as an internal thread and/or an external thread. Accordingly, the thermostat has a corresponding thread if it is to be brought into engagement with this thread. A seal can also be provided here.

Eine besonders einfache Fertigung und besonders widerstandsfähige robuste Abdichtung zwischen einem Zelldeckel und einem Zellwickeldorn kann dadurch erzielt werden, dass der Zelldeckel integral mit dem Zellwickeldorn gefertigt wird. Mit anderen Worten wird zunächst der Zelldeckel mit dem Zellwickeldorn stoffschlüssig und/oder formschlüssig verbunden oder direkt einstückig gefertigt (z.B. durch Tiefziehen). Bevorzugt kann auch ein Hartlötprozess oder ein Schweißvorgang den Zelldeckel und den Zellwickeldorn miteinander verbinden. Somit kann die Baugruppe bestehend aus Zelldeckel und Zellwickeldorn anschließend in eine Werkzeugmaschine eingespannt und zur Erzeugung des Zellwickels verwendet, insbesondere rotiert, werden. Auf diese Ausgestaltung wird in Verbindung mit dem weiter unten beschriebenen Herstellungsverfahren detailliert eingegangen.A particularly simple production and particularly resistant, robust seal between a cell cover and a cell winding mandrel can be achieved by manufacturing the cell cover integrally with the cell winding mandrel. In other words, the cell cover is first connected to the cell winding mandrel in a cohesive and/or form-fitting manner or is manufactured directly in one piece (e.g. by deep drawing). A brazing process or a welding process can preferably also connect the cell cover and the cell winding mandrel to one another. Thus, the assembly consisting of the cell cover and cell winding mandrel can then be clamped in a machine tool and used, in particular rotated, to produce the cell winding. This design will be discussed in detail in connection with the manufacturing process described below.

Der Zellwickeldorn kann beispielsweise einen Innendurchmesser von 2 mm bis 10 mm, insbesondere von 3 mm bis 5 mm aufweisen. Sämtliche ganzzahlige Millimeter-Innendurchmesser von 2 mm bis 10 mm seien hiermit als potenzielle Bereichsgrenzen offenbart.The cell winding mandrel can, for example, have an inner diameter of 2 mm to 10 mm, in particular 3 mm to 5 mm. All integer millimeter inner diameters from 2 mm to 10 mm are hereby disclosed as potential range limits.

Beispielsweise kann die elektrochemische Rundzelle ein Gehäuse aufweisen, welches beispielsweise einen Außendurchmesser von mindestens 18 mm, insbesondere mindestens 21 mm, bevorzugt mindestens 40 mm, aufweist. Mit anderen Worten können im Stand der Technik als Standardzellen bekannte Energiespeicher in erfindungsgemäßer Weise gefertigt und ausgestaltet werden. Das Gehäuse kann beispielsweise aus Kunststoff und/oder aus Metall bestehen oder eines der vorgenannten Materialien umfassen. Auch können Kombinationen aus den vorgenannten Materialien verwendet werden, um das Gehäuse zu fertigen.For example, the electrochemical round cell can have a housing which, for example, has an outer diameter of at least 18 mm, in particular at least 21 mm, preferably at least 40 mm. In other words, energy storage devices known as standard cells in the prior art can be manufactured and designed in accordance with the invention. The housing can, for example, be made of plastic and/or metal or comprise one of the aforementioned materials. Combinations of the aforementioned materials can also be used to manufacture the housing.

Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein elektrochemischer Energiespeicher vorgeschlagen, welcher eine Mehrzahl elektrochemischer Rundzellen gemäß den obigen Ausführungen aufweisen kann. Zudem weist der elektrochemische Energiespeicher eine Fluidführung mit einer Vielzahl Anschlüsse für die elektrochemischen Zellen auf. Die Fluidführung kann als starre oder flexible Verbindung nach Art eines gemeinsamen Druckanschlusses (englisch auch: common-rail) ausgestaltet sein und die Vielzahl Anschlüsse können zur Verrastung, insbesondere nach Art eines Gartenschlauchanschlusses und/oder unter Vermittlung eines Bajonettverschlusses mit den Anschlüssen der elektrochemischen Rundzellen verbunden werden. Auch hier kommt eine stoffschlüssige Verbindung infrage, um die Steckverbindung stärker gegen ein unerwünschtes Lösen zu sichern.According to a second aspect of the present invention, an electrochemical energy storage device is proposed, which can have a plurality of electrochemical round cells according to the above statements. In addition, the electrochemical energy storage has a fluid guide with a large number of connections for the electrochemical cells. The fluid guide can be designed as a rigid or flexible connection in the manner of a common pressure connection (also: common rail) and the large number of connections can be connected to the connections of the electrochemical round cells for locking, in particular in the manner of a garden hose connection and/or using a bayonet lock become. Here too, a cohesive connection is possible in order to secure the plug connection more strongly against unwanted loosening.

Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen einer elektrochemischen Rundzelle vorgeschlagen. Die elektrochemische Rundzelle kann bevorzugt gemäß dem erstgenannten Erfindungsaspekt ausgestaltet sein. In einem ersten Schritt wird Zellmaterial, welches Elektrodenmaterial, Elektroden, Separatoren und andere chemische Stoffe zur Energiespeicherung aufweisen kann, auf einen insbesondere hohlen Zellwickeldorn zur Herstellung eines Zellwickels aufgewickelt. Der Zellwickeldorn kann als Massivstab oder als Rohr/Röhrchen ausgestaltet sein. Der Zellwickeldorn kann insbesondere ein Gewinde aufweisen, mittels dessen er temporär mit einer Werkzeugmaschine verbunden ist, während das Zellmaterial auf den Zellwickeldorn aufgewickelt wird. In einem weiteren Schritt wird der Zellwickeldorn mit dem Zelldeckel verbunden, wobei insbesondere eine Steckverbindung, Schraubverbindung, Schweißverbindung, Klebverbindung oder Presspassung gewählt werden kann. Auch Kombinationen der vorgenannten Montageweisen sind möglich. Das Verbinden des Zellwickeldorns mit dem Zelldeckel kann vor dem Aufwickeln von Zellmaterial oder auch nach dem Aufwickeln von Zellmaterial auf den Zellwickeldorn erfolgen. Anschließend wird ein Thermostat am Zellwickeldorn oder im Zellwickeldorn angeordnet. In jedem Fall ist das Thermostat derart an der elektrochemischen Rundzelle bzw. als Bestandteil der elektrochemischen Rundzelle vorgesehen, dass es eine Fluidführung durch den optional hohlen Zellwickeldorn ermöglichen oder vereiteln kann. Anschließend oder zuvor kann der Zellwickel gemeinsam mit dem Zellwickeldorn, dem Zelldeckel und dem Thermostat in ein Gehäuse eingebracht werden, welches anschließend mit dem Zelldeckel fluiddicht verschlossen wird. Hierzu kann eine Bördelnut, eine Verklebung, eine Versiegelung mittels eines Harzes o.ä., vorgenommen werden. Somit ergibt sich eine insbesondere gemäß den obigen Ausführungen ausgestaltete elektrochemische Rundzelle in einem besonders prozesssicheren und effizienten Herstellungsverfahren.According to a third aspect of the present invention, a method for producing a round electrochemical cell is proposed. The electrochemical round cell can preferably be designed according to the first-mentioned aspect of the invention. In a first step, cell material, which may have electrode material, electrodes, separators and other chemical substances for energy storage, is wound onto a particularly hollow cell winding mandrel to produce a cell coil. The cell winding mandrel can be designed as a solid rod or as a tube/tube. The cell winding mandrel can in particular have a thread by means of which it is temporarily connected to a machine tool while the cell material is wound onto the cell winding mandrel. In a further step, the cell winding mandrel is connected to the cell cover, whereby in particular a plug connection, screw connection, welded connection, adhesive connection or press fit can be selected. Combinations of the aforementioned assembly methods are also possible. The cell winding mandrel can be connected to the cell cover before winding up cell material or after winding cell material onto the cell winding mandrel. A thermostat is then arranged on the cell winding mandrel or in the cell winding mandrel. In any case, the thermostat is provided on the electrochemical round cell or as a component of the electrochemical round cell in such a way that it can enable or prevent fluid flow through the optionally hollow cell winding mandrel. Subsequently or beforehand, the cell winding can be introduced together with the cell winding mandrel, the cell cover and the thermostat into a housing, which is then sealed in a fluid-tight manner with the cell cover. This can be done using a flanged groove, gluing, or sealing a resin or similar. This results in an electrochemical round cell designed in particular according to the above statements in a particularly reliable and efficient manufacturing process.

Bevorzugt kann das Verbinden des Zellwickeldorns mit dem Zelldeckel ein Verschweißen, insbesondere ein Reibschweißen, Ultraschallschweißen und/oder ein Hartlöten umfassen. Der Zellwickeldorn kann hohl ausgestaltet sein, so dass er ein Thermostat aufnehmen kann und alternativ oder zusätzlich als Fluidkanal zur Wärmeabfuhr durch ein Kühlfluid durchströmt werden kann. Die Merkmale, Merkmalskombinationen und die sich aus diesen ergebenden Vorteile entsprechen derart ersichtlich denjenigen, welche in Verbindung mit den vorgenannten Erfindungsaspekten im Detail beschrieben worden ist, dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die obigen Ausführungen verwiesen wird. Preferably, connecting the cell winding mandrel to the cell cover can include welding, in particular friction welding, ultrasonic welding and/or brazing. The cell winding mandrel can be designed to be hollow so that it can accommodate a thermostat and, alternatively or additionally, a cooling fluid can flow through it as a fluid channel for heat dissipation. The features, combinations of features and the advantages resulting from these correspond to those which have been described in detail in connection with the aforementioned aspects of the invention in such a way that reference is made to the above statements to avoid repetition.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren. Es zeigen:

  • 1 einen Längsschnitt durch eine im Stand der Technik bekannte elektrochemische Rundzelle ohne Wickeldorn;
  • 2 eine schematische Darstellung der in 1 gezeigten elektrochemischen Zelle in einer geschnittenen Seitenansicht sowie in einer geschnittenen Draufsicht;
  • 3 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß ausgestalteten elektrochemischen Energiespeichers mit einem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäß ausgestalteten elektrochemischen Rundzelle;
  • 4 eine schematische Schnittdarstellung einer Deckelbaugruppe eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen elektrochemischen Rundzelle; und
  • 5 ein Flussdiagramm veranschaulichend Schritte eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens.
Further details, features and advantages of the invention result from the following description and the figures. Show it:
  • 1 a longitudinal section through an electrochemical round cell known from the prior art without a winding mandrel;
  • 2 a schematic representation of the in 1 electrochemical cell shown in a sectioned side view and in a sectioned top view;
  • 3 an exemplary embodiment of an electrochemical energy storage device designed according to the invention with an exemplary embodiment of an electrochemical round cell designed according to the invention;
  • 4 a schematic sectional view of a cover assembly of an exemplary embodiment of an electrochemical round cell according to the invention; and
  • 5 a flowchart illustrating steps of an exemplary embodiment of a manufacturing method according to the invention.

1 zeigt eine geschnittene Darstellung einer aus dem Stand der Technik bekannten elektrochemischen Rundzelle 1, deren Zellwickel 2 keinen Zellwickeldorn mehr aufweist. Vielmehr hat das Entfernen des Zellwickeldorns nach dem Herstellen des Zellwickels 2 einen Hohlraum 13 hinterlassen, welcher in der gezeigten Darstellung nicht als Fluidführung verwendbar ist, da ein Zelldeckel 3 das Rundzellenvolumen nach außen hin hermetisch abdichtet. 1 shows a sectional view of an electrochemical round cell 1 known from the prior art, the cell winding 2 of which no longer has a cell winding mandrel. Rather, the removal of the cell winding mandrel after producing the cell winding 2 left a cavity 13, which cannot be used as a fluid guide in the illustration shown, since a cell cover 3 hermetically seals the round cell volume from the outside.

2 zeigt eine geschnittene Seitenansicht (unten) sowie eine geschnittene Draufsicht (oben) der in 1 dargestellten Rundzelle 1. Nach unten hin ist die elektrochemische Rundzelle 1 durch einen Zellboden 4 abgedichtet, welcher an eine Wandung eines Gehäuses 9 angeschlossen ist. Eine innerste Lage 14 des Zellwickels 2 definiert den Außendurchmesser des lichten Innenraums der elektrochemischen Rundzelle 1. 2 shows a sectioned side view (bottom) and a sectioned top view (top) of the in 1 shown round cell 1. The electrochemical round cell 1 is sealed at the bottom by a cell base 4, which is connected to a wall of a housing 9. An innermost layer 14 of the cell coil 2 defines the outer diameter of the clear interior of the electrochemical round cell 1.

3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen elektrochemischen Energiespeichers 10, in welchem zwei elektrochemische Rundzellen 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung über Thermostate 6 an eine gemeinsame Fluidführung in Form einer Common-Rail 11 fluidisch angeschlossen sind. Hierzu weist die Common-Rail 11 zwei Anschlüsse 12 auf, in welche die Thermostate 6 eingreifen. Ein hohler Zellwickeldorn 5 dient einer fluidischen Abdichtung der Zellwickel 2 gegenüber dem (nicht dargestellten) Kühlfluid, welches die Fluidführung 11 und den Fluidkanal 7 abdichtet. Während das links im Bild dargestellte Thermostat 6 eine Fluidführung durch den Fluidkanal 7 verhindert, lässt das rechts im Bild dargestellte, geöffnete Thermostat 6 in der Fluidführung 11 befindliches Kühlfluid in den Fluidkanal 7 einströmen und sorgt somit für eine Kühlung der heißeren (rechten) elektrochemischen Rundzelle 1. 3 shows an exemplary embodiment of an electrochemical energy storage device 10 according to the invention, in which two electrochemical round cells 1 according to an exemplary embodiment of the present invention are fluidically connected via thermostats 6 to a common fluid guide in the form of a common rail 11. For this purpose, the common rail 11 has two connections 12 into which the thermostats 6 intervene. A hollow cell winding mandrel 5 serves to fluidly seal the cell windings 2 from the cooling fluid (not shown), which seals the fluid guide 11 and the fluid channel 7. While the thermostat 6 shown on the left in the picture prevents fluid flow through the fluid channel 7, the open thermostat 6 shown on the right in the picture allows cooling fluid located in the fluid guide 11 to flow into the fluid channel 7 and thus ensures cooling of the hotter (right) electrochemical round cell 1.

4 zeigt eine Schnittdarstellung einer Deckelbaugruppe, in welcher ein Thermostat 6 über ein Gewinde 8 in einen hohlen Zellwickeldorn 5 eingeschraubt ist. Das obere Ende des Zellwickeldorns 5 weist hierzu ein zum Gewinde des Thermostats 6 korrespondierendes Gewinde 8 auf. Nach oben hin ist das Thermostat 6 mit einem Anschluss für die fluidische Kopplung mit einer Common-Rail (Bezugszeichen 11 in 3) versehen, welcher ein Außengewinde 8 aufweist. Das Thermostat 6 weist einen Fluidkanal 7 auf, innerhalb dessen eine Führung 60 mit einer (nicht dargestellten) Bohrung, einen Schaft 62 eines Stempels 63 führt. Über einen Bimetallaktuator 61 strebt der Stempel 63 aus einer Ruhelage, in welcher das Dichtmittel 64 den Fluidkanal 7 blockiert, ab Erreichen einer vordefinierten Schwellentemperatur in Richtung Fluidanschluss (oben im Bild), so dass der Fluidkanal 7 durch die elektrochemische Rundzelle 1 geöffnet wird. Über eine (nicht dargestellte) Common-Rail kann nun unter Druck stehendes Kühlfluid (ein Gas und/oder eine Flüssigkeit) durch die Seele der elektrochemischen Rundzelle 1 strömen und Prozesswärme abführen. 4 shows a sectional view of a cover assembly in which a thermostat 6 is screwed into a hollow cell winding mandrel 5 via a thread 8. For this purpose, the upper end of the cell winding mandrel 5 has a thread 8 corresponding to the thread of the thermostat 6. At the top, the thermostat 6 has a connection for the fluidic coupling with a common rail (reference number 11 in 3 ), which has an external thread 8. The thermostat 6 has a fluid channel 7, within which a guide 60 with a bore (not shown) guides a shaft 62 of a stamp 63. Via a bimetal actuator 61, the stamp 63 strives from a rest position, in which the sealant 64 blocks the fluid channel 7, towards the fluid connection (top of the picture) when a predefined threshold temperature is reached, so that the fluid channel 7 is opened by the electrochemical round cell 1. Via a common rail (not shown), pressurized cooling fluid (a gas and/or a liquid) can now flow through the core of the electrochemical round cell 1 and dissipate process heat.

5 zeigt Schritte eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zur Herstellung einer elektrochemischen Rundzelle. In Schritt 100 wird Zellmaterial umfassend Elektrodenmaterial und einen Separator auf einem hohlen Zellwickeldorn zur Herstellung eines Zellwickels aufgewickelt. Der Zellwickeldorn kann ein Gewinde aufweisen, mittels dessen er an einer rotierenden Werkzeugmaschine temporär angeschraubt ist. In Schritt 200 wird der Zellwickeldorn mit einem Zelldeckel fluiddicht und mechanisch stabil verbunden. In Schritt 300 wird ein Thermostat am Zellwickeldorn angeordnet, so dass das Thermostat imstande ist, einen hohlen Kern des Zellwickeldorns zu verschließen oder zu öffnen. In Abhängigkeit einer Dimensionierung des Thermostats kann somit eine fluidische Kühlung der elektrochemischen Rundzelle ab Erreichen einer vordefinierten Schwellentemperatur erzielt werden. In Schritt 400 schließlich werden der Zellwickel, der Zellwickeldorn, der Zelldeckel und das Thermostat in ein Gehäuse der elektrochemischen Rundzelle eingefügt. Erst anschließend erfolgt eine fluiddichte Verbindung des Zelldeckels mit dem Gehäuse (Mantel) der elektrochemischen Rundzelle. 5 shows steps of an exemplary embodiment of a method for producing an electrochemical round cell. In step 100, cell material comprising electrode material and a separator is wound on a hollow cell winding mandrel to produce a cell coil. The cell winding mandrel can have a thread by means of which it is temporarily screwed onto a rotating machine tool. In step 200 the Cell winding mandrel connected to a cell cover in a fluid-tight and mechanically stable manner. In step 300, a thermostat is placed on the cell winding mandrel so that the thermostat is capable of closing or opening a hollow core of the cell winding mandrel. Depending on the dimensioning of the thermostat, fluidic cooling of the electrochemical round cell can be achieved once a predefined threshold temperature is reached. Finally, in step 400, the cell winding, the cell winding mandrel, the cell cover and the thermostat are inserted into a housing of the electrochemical round cell. Only then is there a fluid-tight connection between the cell cover and the housing (jacket) of the electrochemical round cell.

Bezugszeichenliste:List of reference symbols:

11
elektrochemische Rundzelleelectrochemical round cell
22
ZellwickelCell wrap
33
ZelldeckelCell cap
44
Zellbodencell bottom
55
ZellwickeldornCell winding mandrel
66
Thermostatthermostat
77
FluidkanalFluid channel
88th
Gewindethread
99
GehäuseHousing
1010
elektrochemischer Energiespeicherelectrochemical energy storage
1111
FluidführungFluid guidance
1212
Anschlüsseconnections
1313
Hohlraumcavity
1414
innerste Lage des Zellwickelsinnermost layer of the cell coil
6060
Führungguide
6161
BimetallaktuatorBimetallic actuator
6262
KolbenPistons
6363
StempelRubber stamp
6464
Dichtungpoetry
100 bis 400100 to 400
VerfahrensschritteProcedural steps

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 202007018731 U1 [0003]DE 202007018731 U1 [0003]

Claims (11)

Elektrochemische Rundzelle umfassend • einen Zellwickel (2), • einen Zelldeckel (3), • einen Zellboden (4), • einen hohlen Zellwickeldorn (5) und • ein Thermostat (6), welches im Zellwickeldorn (5) angeordnet ist, wobei der Zellwickeldorn (5) gemeinsam mit einer ersten Öffnung im Zelldeckel (3) und einer zweiten Öffnung im Zellboden (4) einen Fluidkanal (7) ausbildet, wobei das Thermostat (6) im Fluidkanal (7) angeordnet ist.Comprehensive electrochemical round cell • a cell wrap (2), • a cell cover (3), • a cell base (4), • a hollow cell winding mandrel (5) and • a thermostat (6), which is arranged in the cell winding mandrel (5), the cell winding mandrel (5) forming a fluid channel (7) together with a first opening in the cell cover (3) and a second opening in the cell base (4), whereby the Thermostat (6) is arranged in the fluid channel (7). Elektrochemische Rundzelle nach Anspruch 1, wobei der Fluidkanal (7) durch das Thermostat (6) verläuft.Electrochemical round cell Claim 1 , wherein the fluid channel (7) runs through the thermostat (6). Elektrochemische Rundzelle nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Thermostat (6) an einem Ende des Zellwickeldorns (5) angeordnet ist.Electrochemical round cell Claim 1 or 2 , wherein the thermostat (6) is arranged at one end of the cell winding mandrel (5). Elektrochemische Rundzelle nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Thermostat (6) eingerichtet ist, den Fluidkanal (7) im Ansprechen auf ein Überschreiten einer Temperatur von 30°C, insbesondere 40°C, bevorzugt 50°C, freizugeben.Electrochemical round cell according to one of the preceding claims, wherein the thermostat (6) is set up to release the fluid channel (7) in response to a temperature of 30°C, in particular 40°C, preferably 50°C being exceeded. Elektrochemische Rundzelle nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Zellwickeldorn (5) ein Gewinde (8) aufweist, in welches das Thermostat (6) eingeschraubt ist.Electrochemical round cell according to one of the preceding claims, wherein the cell winding mandrel (5) has a thread (8) into which the thermostat (6) is screwed. Elektrochemische Rundzelle nach Anspruch 5, wobei das Gewinde (8) ein Innengewinde oder ein Außengewinde ist.Electrochemical round cell Claim 5 , whereby the thread (8) is an internal thread or an external thread. Elektrochemische Rundzelle nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Zelldeckel (3) integral mit dem Zellwickeldorn (5) gefertigt und/oder mit diesem stoffschlüssig verbunden, bevorzugt verschweißt, ist.Electrochemical round cell according to one of the preceding claims, wherein the cell cover (3) is manufactured integrally with the cell winding mandrel (5) and/or is cohesively connected to it, preferably welded. Elektrochemische Rundzelle nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei - der Zellwickeldorn (5) einen Innendurchmesser von 3 mm bis 10 mm, insbesondere von 3 mm bis 5 mm aufweist und/oder - die elektrochemische Rundzelle (1) ein Gehäuse (9) aufweist, welches einen Außendurchmesser von mindestens 18 mm, insbesondere mindestens 21 mm, bevorzugt mindestens 40 mm, aufweist.Electrochemical round cell according to one of the preceding claims, wherein - the cell winding mandrel (5) has an inner diameter of 3 mm to 10 mm, in particular 3 mm to 5 mm and/or - The electrochemical round cell (1) has a housing (9) which has an outer diameter of at least 18 mm, in particular at least 21 mm, preferably at least 40 mm. Elektrochemischer Energiespeicher umfassend - eine Fluidführung (11) mit einer Vielzahl von Anschlüssen (12) für elektrochemische Zellen (1) - eine elektrochemische Rundzelle (1) nach einem der obigen Ansprüche, deren Fluidkanal (7) mit einem der Anschlüsse (12) fluidisch verbunden ist.Comprehensive electrochemical energy storage - a fluid guide (11) with a large number of connections (12) for electrochemical cells (1) - An electrochemical round cell (1) according to one of the above claims, the fluid channel (7) of which is fluidly connected to one of the connections (12). Verfahren zum Herstellen einer elektrochemischen Rundzelle (1) umfassend die Schritte: - Aufwickeln (100) von Zellmaterial auf einen Zellwickeldorn (5) zur Herstellung eines Zellwickels (2), wobei der Zellwickeldorn (5) insbesondere ein Gewinde (8) aufweist, mittels dessen er mit einer Werkzeugmaschine temporär verbunden ist, - Verbinden (200) des Zellwickeldorns (5) mit einem Zelldeckel (3), und - Einfügen (400) des Zellwickels (2), des Zellwickeldorns (5), des Zelldeckels (3) in ein Gehäuse (9).Method for producing an electrochemical round cell (1) comprising the steps: - winding (100) of cell material onto a cell winding mandrel (5) to produce a cell winding mandrel (2), the cell winding mandrel (5) in particular having a thread (8) by means of which it is temporarily connected to a machine tool, - Connecting (200) the cell winding mandrel (5) with a cell cover (3), and - Inserting (400) the cell winding (2), the cell winding mandrel (5), the cell cover (3) into a housing (9). Verfahren nach Anspruch 10, wobei - das Verbinden des Zellwickeldorns (5) mit dem Zelldeckel (3) ein Verschweißen umfasst und/oder - der Zellwickeldorn (5) hohl und/oder als Fluidkanal ausgebildet ist.Procedure according to Claim 10 , wherein - connecting the cell winding mandrel (5) to the cell cover (3) includes welding and/or - the cell winding mandrel (5) is hollow and/or designed as a fluid channel.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE69800291T2 (en) 1997-06-27 2001-04-26 Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho, Nagakute Cylindrical accumulator
DE202007018731U1 (en) 2007-07-12 2009-03-26 Dilo Trading Ag Portable and stackable energy storage based on lithium-polymer cells
DE102009053506A1 (en) 2009-11-16 2011-05-19 Li-Tec Battery Gmbh Battery housing for receiving electrochemical energy storage devices
DE102019118160A1 (en) 2019-07-04 2021-01-07 F.E.R. Fischer Edelstahlrohre Gmbh Cell with electrical energy storage and housing

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE69800291T2 (en) 1997-06-27 2001-04-26 Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho, Nagakute Cylindrical accumulator
DE202007018731U1 (en) 2007-07-12 2009-03-26 Dilo Trading Ag Portable and stackable energy storage based on lithium-polymer cells
DE102009053506A1 (en) 2009-11-16 2011-05-19 Li-Tec Battery Gmbh Battery housing for receiving electrochemical energy storage devices
DE102019118160A1 (en) 2019-07-04 2021-01-07 F.E.R. Fischer Edelstahlrohre Gmbh Cell with electrical energy storage and housing

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