能量储存系统的制作方法

1.本发明涉及一种能量储存系统，包括至少一个储存电池单体，其中，所述储存电池单体至少局部地设有包套，其中，包套由塑料制成。


背景技术：

2.能量储存系统广泛传播并且尤其是用作移动式和固定式系统中的可再充电的电能储存器。在此，以可再充电的储存器形式的能量储存系统被使用在便携式电子设备中，例如使用在测量设备、医学设备、工具或消费品中。此外，以可再充电的储存器的形式的能量储存系统被用于为电驱动的运输工具提供电能。在此，电驱动的运输工具可以是两轮车、四轮车例如乘用车或也可以是商用车如公共汽车、载重汽车、轨道车辆或叉车。此外，能量储存系统被使用在船舶和飞机中。
3.还已知的是，在固定式应用中设置呈可再充电的储存器形式的能量储存系统，例如作为网络设备中的备用系统并且用于储存来自可再生能量源的电能。
4.在此，经常使用的能量储存系统是锂离子蓄电池形式的可再充电的储存器。这样的能量储存系统与其他可再充电的储存器一样大多具有布置在壳体中的多个储存电池单体。多个布置在壳体中并且彼此电连接的储存电池单体在此形成模块。
5.另外的已知的能量储存系统例如是锂硫蓄电池、固体蓄电池也或者是金属空气蓄电池。
6.以可再充电的储存器形式的能量储存系统仅在有限的温度范围内具有最大电容量。如果超过或低于最佳温度范围，则能量储存系统的电容急剧下降，但至少能量储存系统的功能性受到影响。
7.尤其是过高的温度可能导致能量储存系统的损坏。在这种情况下，尤其在锂离子电池单体中已知所谓的热失控。在此，在短时间内释放高的热能量量和气态的分解产物，这导致在储存电池单体内的高压和高温。
8.该效应尤其在具有高能量密度的能量储存系统中以及在狭窄空间上的相应多个储存电池单体的情况下是有问题的，如高能量密度例如在用于为电驱动的车辆提供电能的能量储存系统中是必须的。热失控的问题在此相应地根据各个储存电池单体的增加的能量量和通过提高布置在壳体中的储存电池单体的包装密度而变大。
9.在储存电池单体热失控的情况下，在能量储存系统内部局部地在大约30秒的持续时间上形成在600℃或更高的范围中的温度。在此，通过合适的措施应当将到相邻储存电池单体上的能量过渡减小到使得相邻储存电池单体的温度不会过强地升高。优选地，相邻储存电池单体的温度应最高为100℃。然而该值强烈地取决于为蓄电池使用的化学物质以及取决于从电池单体壳体到电池单体绕组中的热输入。相应地，温度也可以明显高于或低于100℃。
10.虽然在此情况下所涉及的储存电池单体也被不可逆地损坏，但是可以防止该损坏扩展到相邻的储存电池单体(避免热传播)。
11.作为措施，为此例如由wo 2019/046871已知，在储存电池单体之间布置冷却装置，其中，所述装置面状地构造并且局部地紧贴在储存电池单体的外罩上。


技术实现要素：

12.本发明的任务在于，提供一种能量储存系统，该能量储存系统具有改善的运行安全性。
13.该任务利用权利要求1的特征来解决。从属权利要求涉及有利的构造方案。
14.根据本发明的能量储存系统包括至少一个储存电池单体，其中，所述储存电池单体至少局部地设有包套，其中，包套弹性地构造并且由塑料制成，其中，包套设有用于提高热传导性的材料，其中，所述材料被构造成，使得在故障情况下减少热传输。
15.包套吸收由储存电池单体发出的热量并且将该热量传导到冷却装置上，例如传导到以冷却介质穿流的冷却器上。通过使包套由塑料制成，可以大批量成本低廉地制造包套。此外，包套由于弹性的构造方案而紧密地贴靠在储存电池单体的外侧上，从而在储存电池单体和包套之间存在直接接触，这对热传导也是有利的。
16.然而，大多数塑料具有相对差的热传导性。通过引入到包套中的用于提高热传导性的材料，显著地改善了由塑料构造的包套的热传导性。由此尤其保证，可以可靠地导出在储存电池单体中产生的热峰值。优选地，根据本发明构造的包套的热导率为至少0.6w/(m
·
k)。
17.储存电池单体可以是圆形电池单体。以锂离子蓄电池形式的储存电池单体通常实施为圆形电池单体。这些圆形电池单体能够以大批量和良好的质量被制造。在此，尤其具有18mm的直径、65mm的长度、或70mm的长度、21mm直径的圆形电池单体特别常见。具有较小直径的圆形电池单体主要用于要求高电压同时系统能量有限的应用中。例如这种圆形电池单体被用在电动车辆中以及也用在电动工具中。较大的圆形电池单体的应用领域例如是商用车、例如叉车。但也已知具有较大或较小的长度和直径的圆形电池单体的构造形式。
18.圆形电池单体具有圆柱形外罩、底部和在与底部相对的侧面上的盖。底部和外罩大多材料统一地并且一体地实施。盖是单独的构件并且与外罩或底部电绝缘。相应地，一个极大多配设给盖并且另一个极配设给外罩或底部。在上述构造方案中，储存电池单体的外罩和底部都是导电的。因此，为了防止在能量储存系统内部的无意的短路和泄漏电流，已知在触点外部与储存电池单体的壳体绝缘。在此，绝缘部大多由绝缘的聚合物材料构成，该绝缘的聚合物材料例如可以构造为包围储存电池单体的外罩的收缩软管。与此相应地，根据本发明的包套也可以被构造成，使得该包套至少局部地包围储存电池单体的外罩。优选地，包套电绝缘地构造。
19.由于包套弹性地构造，因此包套可以容易地推到圆形电池单体的圆柱形外罩上并且也可以例如在充电或放电时跟随在运行期间出现的储存电池单体的尺寸变化，并且由此防止在储存电池单体内部建立不允许地高的内压。在此，原则上可以想到的是，包套由纺织的面状形成物、例如无纺布构造。这种面状形成物是可压缩的并且易于安装。
20.此外，包套以耐热的方式被构造和配备成在至少30秒的持续时间上承受600℃的温度负荷。在此，包套应在这样的温度负荷之后包围储存电池单体，使得防止到相邻的储存电池单体上的不允许的高的热传递。
21.包套可以由弹性体材料构造。然而，弹性体材料通常仅具有有限的热传导性。然而，通过根据本发明，给该材料配备用于提高热传导性的材料，得到足够高的热传导性，以便能够导出在正常运行中的电池单体中的热量产生。
22.根据另外的有利的构造方案，在弹性体材料中引入起吸热作用的材料，所述起吸热作用的材料在超过温度时吸收一次热能并且由此也能够导出例如在热失控时出现的热峰值负荷。
23.有利的弹性体材料例如是基于硅树脂的弹性体或三元乙丙橡胶(epdm)。硅树脂弹性体是非常耐热的并且具有相对于火焰的一定的耐久性。在使用epdm时，优选的是，该材料附加地配备有阻燃材料。
24.包套可以软管形地构造。这样构造的包套尤其在与圆形电池单体的关联中是有利的。
25.备选地，包套可以由幅面制品构造。这实现包套适配到不同储存电池单体的多种形状上。在安装时，至少局部地围绕储存电池单体来放置幅面状的包套。紧接着，包套的彼此重叠的区域可以材料锁合地互相连接。
26.包套可以在外侧被构造轮廓。尤其是可以想到的是，包套在外侧这样构造，使得多个相邻的储存电池单体的包套彼此进行紧密且大面积的接触。由此确保经过多个储存电池单体的热传递。通过构造轮廓，根据构造也可产生增大的表面，从而得到朝周围环境的方向的改善的散热。
27.包套可以在外侧至少局部平坦地构造。关于用于圆形电池单体的包套，包套例如可以沿着外轮廓d形地构造。通过包套外轮廓的局部削平部，得出包套在相邻构件上的大的贴靠面，这在应将具有包套的储存电池单体布置在面状的冷却元件上时是特别有利的。在此，包套在外侧和/或在内侧可以被构造轮廓成，使得围绕包套的环周得到保持不变的材料厚度。
28.所述用于提高热传导性的材料可以是电绝缘的、无机的填料。这种材料例如在陶瓷材料组中找到。
29.为了改善在故障情况下的保护功能，这样的材料是特别有利的，该材料在加热超过100℃时经受例如通过释放结晶水而触发的吸热反应。这种材料例如是无机氢氧化物或氧化物氢氧化物，例如mg(oh)2、al(oh)3或alooh。当超过材料特定的分解温度时，这些化合物在吸收能量的情况下释放水。在此特别优选的是氢氧化铝(al(oh)3)，因为借助利用该氢氧化铝作为填料可以实现混合物(复合物)中的直至1w/(m
·
k)的热导率并且该填料在200℃和250℃之间的温度范围内释放结晶水。吸热反应明显降低了在损坏情况下的相邻的储存电池单体之间的热传递。
30.因此，这种材料特别适合于在高于100℃的温度下限制正常运行中所期望的高的热传输并且由此使储存电池单体热绝缘。
31.在超过100℃的温度下释放气体例如co2的材料也是有利的。在包套内释放气体导致附加的一次性热垫并且减慢储存电池单体之间的热传递。此类材料可以在碳酸盐组中找到，例如k2co3、na2co3或者caco3。也可以想到这些材料的混合物。
32.通过进行分解的材料的高的特定的热吸收，包套可以薄地并且节省位置地实施。尽管如此，包套在损坏情况下具有朝向相邻的储存电池单体的良好的热绝缘。
33.在此尤其有利的是，具有在损坏情况下进行分解的材料的包套在正常的运行状态下具有高的热传导性，但是在损坏情况下在包套内的高的能量量通过吸热反应被吸收，而没有高的热量量传递到相邻的储存电池单体上。相反，在正常的运行条件下，在储存电池单体内发出的热量向冷却装置的方向导出。
34.该材料可以被构造成用作潜热储存器。这种潜热储存器材料例如是相变材料，其中，优选地选择所述材料，使得固液之间的相变的温度为至少100℃。
35.用于提高热传导性的材料可以被引入到面状的基体中，其中，所述基体嵌入到所述包套中。基体例如可以由耐热的无纺布构成。在此有利的是，材料可以在包套的表面上特别均匀地分布，从而可以将大量材料引入到包套中。在此，材料可以通过常用的工艺、如刮板或浸轧而引入到基体中。备选地，基体可以被布置成靠近表面或者沿着表面。
36.包套优选具有最大3mm的厚度。优选地，包套的厚度小于1.5mm。
37.所述包套可以在朝向储存电池单体的侧面上被构造轮廓。在这种情况下，可以想到将纵向肋整合到包套中。这些纵向肋可以被实施为通到储存电池单体上的通道。一方面，纵向肋简化了包套的安装。另一方面，通过纵向通道可以确保，释放的气体在相应构造的材料吸热反应时有针对性地从包套的材料中沿纵向肋的方向导出，而不会在材料中形成不期望的高的压力或应力。
38.包套也可以被构造成，使得该包套容纳多于一个的储存电池单体并且在此将储存电池单体彼此电绝缘。例如，用于两个储存电池单体的包套可以以8字形来构造。
39.通过在包套的内侧上安设的轮廓可以在包套中构造贴靠在储存电池单体上的区域和与储存电池单体间隔开的另外的区域。在此形成空腔，这些空腔改善了包套的热绝缘。此外，可以想到，直接与储存电池单体相邻的空腔可以用作冷却通道，气态或液态的冷却介质被引导通过该冷却通道。
40.得到这样的构造轮廓，例如如果所述装置肋形地构造轮廓。当该装置在内侧在环周上波浪状地成型时，也得到这样的构造方案。在这两种构造方案中有利的是，这两种构造方案可以在一个挤出过程中制造。
41.包套可以具有在包套内延伸的通道。优选地，通道沿着包套延伸。这样的通道改善了包套的绝缘作用。
42.在包套中可以引入热绝缘的填料。在此，填料优选被构造成，使得这些填料产生固有的多孔性并且由此在包套的内部产生固有的气垫。由此产生微观的空腔。这种材料例如是玻璃空心球或高孔隙率的无机材料，如气溶胶、膨胀材料或气凝胶。此外，可以想到使用精细分布的发泡剂来进行包套的细孔发泡或微孔发泡。已经膨胀的石墨或可膨胀的石墨(例如膨胀石墨)原则上也是可想到的，但是由于导电性不是优选的。
附图说明
43.下面借助附图更详细阐述根据本发明的能量储存系统的一些构造方案。附图分别示意地示出：
44.图1示出具有软管形的包套的储存电池单体，其中，包套分别完全覆盖储存电池单体的外罩和部分覆盖储存电池单体的外罩；
45.图2示出弹性包套；
46.图3示出构造为d形的包套；
47.图4示出椭圆形包套；
48.图5示出具有外侧轮廓的包套；
49.图6示出具有星形的内侧轮廓和/或外侧轮廓的包套；
50.图7示出具有包套的储存电池单体的布置。
具体实施方式
51.附图示出能量储存系统1，包括至少一个储存电池单体2。在本构造方案中，储存电池单体2是用于储存电能的蓄电池。优选地，蓄电池是锂离子蓄电池。同样，蓄电池可以是锂硫蓄电池、固体蓄电池或金属空气蓄电池。
52.在本构造方案中，储存电池单体2构造为圆形电池单体并且根据第一构造方案具有18mm的直径和65mm的长度并且在第二构造方案中具有70mm的长度和21mm的直径。储存电池单体2具有带有底部6的壳体和外罩4，并且在与底部6相对的侧面上通过盖7封闭。盖7和外罩4或底部6分别彼此电绝缘。储存电池单体2的接触通过底部6和盖7实现。
53.能量储存系统1还包括其中布置有多个储存电池单体2的壳体。在此，储存电池单体2直立地彼此并列布置。
54.储存电池单体2至少局部地设有包套3。包套3弹性地构造并且由塑料制成，在本构造方案中，包套3由硅树脂弹性体制成。为了提高热传导性，弹性体材料、即硅树脂弹性体设有用于提高热传导性的材料。所述用于提高热传导性的材料是电绝缘的、无机的填料，当前是陶瓷材料。
55.在这种情况下，有利的陶瓷材料是无机氢氧化物或氧化物-氢氧化物，例如mg(oh)2、al(oh)3或alooh。它们在较高温度下释放水蒸汽。
56.特别有利的是氢氧化铝(al(oh)3)，因为用该填料可以实现在复合物中的直至1w/(m
·
k)的热导率并且该填料在200℃至250℃的温度范围内释放结晶水。
57.由硅树脂弹性体和由陶瓷材料形成的用于提高热传导性的材料构造的包套3是电绝缘构造的。
58.在本构造方案中，包套3软管形地构造并且能够以挤出方法制造。根据有利的备选的构造方案，包套3由幅面制品构造。
59.包套3具有1.2mm的材料厚度。
60.图1示出能量储存系统1的第一构造方案。图1在左侧示出第一储存电池单体2，该第一储存电池单体设有包围储存电池单体2的外罩4的包套3。通过这种构造方案，外罩4相对于周围环境、尤其相对于另外的储存电池单体电绝缘。在右侧示出另外的储存电池单体2，该储存电池单体同样设有包套3。但是，该包套仅仅局部地包围外罩4。
61.图2在俯视图中在上部区域中示出具有软管形的包套3的储存电池单体2。包套3由弹性体材料构造并且因此是弹性的。在下部区域中可看到储存电池单体2，该储存电池单体连同包套3压到面状构造的冷却元件8上。在此，包套3局部地变形，从而产生包套3与冷却元件8的部分面状接触。
62.根据本实施例，设有用于提高热传导性的材料的包套3具有1.1w/(m
·
k)的热导率。
63.图3在上部区域中示出具有软管形的包套3的储存电池单体2，该包套包围储存电池单体2的外罩4。包套3在外侧被构造轮廓并且在本构造方案中构造成d形。由此，包套3在外侧具有削平部，该削平部适于将包套3面状地贴靠在冷却装置8上。在下方的视图中可看到带有冷却装置的该构造方案。
64.图4示出由软管形的包套3包围的储存电池单体2。包套3在外侧被构造轮廓成，使得包套3在外侧椭圆形地构造。这样构造的包套3尤其适用于贴靠到凹形弯曲的冷却元件8上，如其在图的下部区域中所示。
65.图5示出设有软管形包套3的储存电池单体2。包套3在外侧局部地被构造轮廓并且为此具有分布在环周的一部分上的、以在纵向方向上延伸的矩形肋形式的凸起部9。通过这种轮廓，包套的外表面明显增大，从而改善朝周围环境方向上的热传递。在附图的下部区域中可看到，包套3弹性地构造并且在与冷却元件8接触时弹性地变形，从而在此产生包套3在冷却元件8上的面状贴靠。
66.图6示出在图5中示出的包套3的备选的构造方案。在本实施方式中，在左边的实施例中，包套3的外侧星形地构造轮廓。根据右边的构造方案，包套3在外侧构造成圆形的。两种构造方案在内侧具有星形的轮廓。
67.图7示出储存电池单体2的布置8，其中，多个储存电池单体2彼此同轴地布置并且由单个的软管形构造的包套3包围。在该构造方案中，包套3用作用于多个储存电池单体2的载体。