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DE102012212887A1 - Akkumulator mit galvanischen Zellen - Google Patents

Akkumulator mit galvanischen Zellen Download PDF

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DE102012212887A1
DE102012212887A1 DE201210212887 DE102012212887A DE102012212887A1 DE 102012212887 A1 DE102012212887 A1 DE 102012212887A1 DE 201210212887 DE201210212887 DE 201210212887 DE 102012212887 A DE102012212887 A DE 102012212887A DE 102012212887 A1 DE102012212887 A1 DE 102012212887A1
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galvanic
accumulator
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galvanic cell
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Ralf SCHURER
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Duerr Systems AG
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Duerr Systems AG
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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Akkumulator (10) mit wenigstens einer galvanischen Zelle (12), die eine in eine Ebene erstrecktes, als Flachkörper mit einer schmalen Seite gestaltetes galvanisches Element (13) umgebende Folienhülle (16) mit einer an der schmalen Seite und im Flachkörper umlaufenden und in die Ebene eines Flachkörpers ausgedehnte Randpartie (22) hat. Die Randpartie (20) weist einen die Folienhülle (16) abdichtende Versiegelungsnaht (18) auf, durch welche eine erste Anschlusselektrode (22) und eine von der ersten Anschlusselektrode (22) elektrisch getrennte zweite Anschlusselektrode (24) des galvanischen Elements (13) aus der Folie (16) geführt ist. Die Randpartie (20) ist zumindest teilweise in eine die Versiegelungsnaht (18) überdeckende Haltestruktur (40, 48, 50) aus Klebstoffmaterial eingebettet.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Akkumulator mit wenigstens einer an einem Träger festgelegten, galvanischen Zelle, die eine ein in eine Ebene erstrecktes, als ein Flachkörper mit einer schmalen Seite gestaltetes galvanisches Element umgebende Folienhülle mit einer an der schmalen Seite um den Flachkörper umlaufenden und in die Ebene des Flachkörpers ausgedehnte Randpartie hat, die eine die Folienhülle abdichtende Versiegelungsnaht aufweist, durch welche eine erste Anschlusselektrode und eine von der ersten Anschlusselektrode getrennte zweite Anschlusselektrode des galvanischen Elements aus der Folienhülle geführt ist.
  • Derartige Akkumulatoren werden z. B. in Form von Lithium-Ionen Akkumulatoren als elektrische Energiespeicher eingesetzt. Erfindungsgemäße Akkumulatoren können in stationären und instationären Systemen Verwendung finden. Als instationäre Systeme kommen z. B. alle Arten von (Land-)Fahrzeugen, Schiffe und Flugzeuge in Betracht. Entsprechend bezieht sich die Erfindung auch auf solche Anwendungen. Lithium-Ionen-Akkumulatoren enthalten üblicher Weise bis zu 100 oder auch mehr galvanische Elemente, die in einer beutelförmigen Folienhülle angeordnet sind und einen Elektrolyten aufweisen, in dem Lithium-Ionen verlagert werden. Mit den beutelförmigen Folienhüllen werden sogenannte Beutelzellen bzw. „Pouch-Zellen“ gebildet. Die beutelförmigen Folienhüllen sind mittels Verschweißen von aneinander liegenden Flachfolien hergestellt. Die Lebensdauer von Lithium-Ionen Akkumulatoren wird maßgeblich durch die Dichtigkeitseigenschaften der betreffenden Beutelzellen beeinflusst. Bei dem Betrieb eines Fahrzeuges sind solche Beutelzellen Erschütterungen und damit mechanischen Belastungen ausgesetzt, die zu Undichtigkeiten einer Beutelzelle führen können.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, einen Akkumulator mit einer hohen Lebensdauer zu schaffen, in dem bei vergleichsweise geringem Gewicht elektrische Energie mit einer großen Energiedichte gespeichert werden kann und der insbesondere für den Einsatz als Energiespeicher in einer mobilen Anwendung geeignet ist.
  • Darüber hinaus ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Akkumulators bereitzustellen, das einfach auf die Abmessungen der galvanischen Zellen in dem Akkumulator und den für den Akkumulator vorgesehenen Bauraum angepasst werden kann.
  • Diese Aufgabe wird durch einen Akkumulator mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Akkumulator ist die umlaufende Randpartie zumindest teilweise in eine die Versiegelungsnaht überdeckende Haltestruktur aus Klebstoffmaterial eingebettet.
  • Die Erfindung basiert auf dem Gedanken, dass Klebstoffe, die für das mechanische Verbinden von Baugruppen geeignet sind, auch eine Dichtfunktion ausfüllen können. Eine Idee des Erfinders besteht deshalb darin, die für die Lebensdauer eines Akkumulators so maßgeblichen Versiegelungs- bzw. Dichtnähte (Versiegelungs- bzw. Dichtraupen) von auch als Beutelzellen bezeichneten galvanischen Zellen zusätzlich abzudichten, indem diese in Raupen aus Klebstoffmaterial eingebettet und damit zusätzlich so versiegelt werden, dass an dem umlaufenden Rand einer Beutelzelle der Gasaustausch vermieden wird. Die Raupen aus Klebstoffmaterial bilden eine Haltestruktur / Tragstruktur. Diese Struktur ist zwischen einer Grundplatte und einer Abschlussplatte angeordnet. Die Verwendung des Klebstoffmaterials hat den Vorteil, dass das Klebstoffmaterial zum einen dichtende Funktion hat und zum anderen Schwingungen dämpfen kann. Wird zum Beispiel der Akkumulator in einem Kraftfahrzeug eingesetzt, so werden Schwingungen des Fahrzeuges auf den Akkumulator übertragen. Durch diese Schwingungen können Undichtigkeiten der Folienhüllen entstehen. In dem erfindungsgemäßen Akkumulator werden mittels der aus Klebstoffmaterial bestehenden Haltestruktur diese Schwingungen gedämpft.
  • Vorzugsweise wird als Klebstoffmaterial ein Elastomer verwendet. Ein Elastomer ist ein formfester, aber elastisch verformbarer Kunststoff. Elastomere können also so verformt werden, dass sie nach der Verformung wieder von selbst in ihre ursprüngliche, unverformte Gestalt zurückfinden.
  • Das Elastomer wird in einem (hoch)viskosen Zustand aufgetragen und härtet nachfolgend aus, wodurch die Formfestigkeit zunimmt und eine elastische Verformbarkeit erreicht wird. Die Auftragsviskosität liegt je nach Verfahren zwischen 102 und 1010 mPa·s (MilliPascalsekunden), vorzugsweise zwischen 103 und 104 mPa·s. Als Elastomere eignen sich vorwiegend Nicht-Newtonsche Flüssigkeiten mit einer ausgeprägten Thixotropie (Strukturviskosität). Zum Auftragen der Versiegelungsnaht erfolgt unter Scherbeanspruchung eine Erniedrigung der dynamischen Viskosität, was die Applikation, d. h. das Auftragen wesentlich erleichtert. Nach dem Auftragen steigt die Viskosität auf Werte oberhalb der Fließgrenze an, was zur Folge hat, dass die aufgetragene Versiegelungsnaht nicht mehr ihre Form ändert, also nicht mehr fließt. Das Elastomer kann ein Silikonmaterial, insbesondere ein Silikon-Kautschuk oder ein Epoxidharz sein. Insbesondere kann als verformbarer Kunststoff ein Polyesterharz oder ein anderer Kunststoff vorgesehen sein, der sich mit UV-Licht härten lässt. Die nach dem Aushärten zu erzielende Härte hängt insbesondere vom jeweiligen Anwendungsfall ab, so dass auch elastomere Kunststoffe mit vergleichsweise großer Härte verwendet werden können.
  • Vor dem Aushärten kann das Elastomer auch in eine beliebige Form gespritzt werden. Zunächst ist es dann noch nicht elastisch, d.h. das Elastomer kehrt noch nicht in seine ursprüngliche Form zurück. Somit kann einfach durch Spritzen des viskosen Elastomers eine beliebige Haltestruktur aus Klebstoffmaterial erzeugt werden, die nach einem Aushärten, Trocknen, Abkühlen und/oder Ausreagieren formbeständig bleibt.
  • Vorzugsweise wird das Elastomermaterial für einen Akkumulator unter Legen von Raupen mittels Formdüsen ausgebracht.
  • Das Klebstoffmaterial für die Haltestruktur in einem erfindungsgemäßen Akkumulator kann auch im sogenannten Airless-Spritzverfahren aufgebracht werden. Bei diesem Verfahren wird unter hohem Druck (ca. 200 bar) das hochviskose Material in kleinen Tropfen scharf begrenzt formgebend aufgetragen. Eine weitere Möglichkeit für das Auftragen von Klebstoffmaterial ist das Drucken in einem Inkjet-Verfahren.
  • Als Klebstoffmaterial für die Haltestruktur in einem erfindungsgemäßen Akkumulator eignen sich abhängig vom Anwendungsfall folgende Kunststoffe:
    Acrylnitril-Butadien-Acrylat, Acrylnitril-Methylmethacrylat, Butadien-Kautschuke, Butylkautschuke, Ethylen-Ethylacrylat-Copolymere, Ethylen-Propylen-Copolymere, Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuke, Ethylenvinylacetate, Fluorkautschuke, Isopren-Kautschuke, Polyisobutylene, Polyurethane, Styrol-Butadien-Kautschuke, Styrol-Butadien-Styrole, Vinylchlorid/Ethylen und dergleichen. In besonders bevorzugten Ausführungsbeispielen werden Naturkautschuk oder Silikonkautschuk verwendet. Sie zeichnen sich durch gute Verarbeitungs- und Beständigkeitseigenschaften aus. Geeignet sind auch Silane, Polyvinylchlorid (PVC-Plastisole), Polyurethan (1K-PUR, 2K-PUR), PMMA-Plastisole (Polymethylmetharrylat) und Epoxid-Harze. Um schnell eine Viskosität oberhalb der Fließgrenze zu erreichen, eignen sich in besonderem Maße 2-Komponenten-Systeme oder feuchtigkeitshärtende Systeme, wobei zum schnellen Aushärten die relative Luftfeuchtigkeit künstlich und/oder temporär erhöht werden kann.
  • Bevorzugt besteht das Klebstoffmaterial aus Materialien, die von sich aus schnell aushärten, so dass vor dem nächsten Stapelvorgang (Einlegen der galvanischen Zelle, Auftrag der nächsten Versiegelungsnaht-Raupe) kein Aushärtevorgang erforderlich ist. Sollte trotzdem eine Zwischenhärtung notwendig sein, so wären Verfahren mit kurzzeitiger Wärmezufuhr oder Verfahren mit veränderter Atmosphärenzusammensetzung (z. B. Erhöhung der relativen Luftfeuchtigkeit) die bevorzugte Wahl.
  • Gerade im Bereich von Anschlusselektroden, die aus der Folienhülle herausragen, besteht ein großes Risiko von Undichtigkeiten. Insbesondere ist ein Hineindiffundieren von Feuchtigkeit zu verhindern. Herkömmlich wurde dem Rechnung getragen, indem die Verbindungsnähte, insbesondere im Bereich der Anschlusselektroden besonders groß bzw. breit ausgeführt worden sind. Aufgrund der Erfindung ist es jetzt möglich, die in der Regel als Schweißnähte ausgeführten Versiegelungsnähte der Folienhülle vergleichsweise schmal zu gestalten. Das hat den Vorteil, dass erfindungsgemäße Akkumulatoren kleiner bauen und somit in der Gesamtbetrachtung eine erhöhte Energiedichte aufweisen. Die erforderliche Dichtigkeit ist dabei durch die Einbettung in das Klebstoffmaterial der Raupen sichergestellt.
  • Es hat sich insbesondere als vorteilhaft herausgestellt, dass der Bereich, in dem die Anschlusselektroden aus der Folienhülle herausragen, in dem Klebstoffmaterial eingebettet sind.
  • Um die Dichtigkeit der galvanischen Zelle zu erhöhen, hat es sich auch als vorteilhaft herausgestellt, dass die umlaufende Verbindungsnaht der galvanischen Zelle komplett von Klebstoffmaterial umgeben ist. Dabei stellt die Verbindungsnaht den Rand der galvanischen Zelle dar.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Akkumulators umfasst das Aufbauen eines Batteriestapels mit aufeinander angeordneten galvanischen Zellen. Der Batteriestapel aus galvanischen Zellen wird mittels Kleberaupen hergestellt. Dabei werden in einem Arbeitsgang die galvanischen Zellen zusätzlich durch die Raupen aus Klebstoffmaterial abgedichtet und zu einem Stapel verklebt. Damit wird in einem und demselben Arbeitsgang ein Abdichten und eine mechanische Stabilisierung eines Batteriestapels ermöglicht. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es deshalb möglich, Akkumulatoren kostengünstig herzustellen.
  • Darüber hinaus ist es auch möglich, dem Batteriestapel in einem Akkumulator eine grundsätzlich beliebige Form zu geben. Folglich kann das Verfahren für das Herstellen eines Akkumulators sehr leicht an unterschiedliche Formen von Batteriebeuteln angepasst werden, indem die Struktur des aufgetragenen Klebstoffmaterials an die Formgebung der Batteriebeutel angepasst wird, so dass wiederum die Verbindungsnähte der verwendeten Batteriebeutel in Klebstoffmaterial eingebettet werden. Damit ist es mit geringem Aufwand möglich, die Abmessungen von Akkumulatoren an die verschiedenen Einbausituationen anzupassen, die sich in unterschiedlichen Einsatzgebieten ergeben. Der geringe Aufwand ergibt sich insbesondere dadurch, dass kein spezielles, auf die Beutelform angepasstes Werkzeug erforderlich ist.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in der Zeichnung in schematischer Weise dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.
  • Es zeigen:
  • 1 einen Akkumulator, der mehre galvanische Zellen enthält;
  • 2 bis 4 die galvanischen Zellen und den Aufbau des Akkumulators;
  • 5 einen Schnitt des der in der 4 gezeigten Akkumulator-Baugruppe entlang der Schnittfläche A-A;
  • 6 einen mit dem Bezugszeichen VI kenntlich gemachten vergrößerten Abschnitt aus 5 mit einem Elektrodenbereich der galvanischen Zellen des Akkumulators;
  • 7 einen Abschnitt eines Akkumulators mit einer Haltestruktur aus Klebstoffmaterial, in der Kühlkanäle ausgebildet sind;
  • 8 einen Abschnitt eines weiteren Akkumulators mit einer Haltestruktur aus Klebstoffmaterial und Kühlkanälen;
  • 9 und 10 eine Anlage für das Herstellen von Akkumulatoren.
  • Der in der 1 gezeigte Akkumulator 10 hat eine Grundplatte 28 und eine Abschlussplatte 30, die vorzugsweise aus einem Leichtbaumaterial besteht, etwa aus Aluminiumdruckguss, die aber auch aus einem insbesondere duroplastischen Kunststoffmaterial bestehen kann. Die Grundplatte 28 und die Abschlussplatte 30 weisen eine Normungsbemaßung auf und haben eine Bauform, die z. B. für den Einbau des Akkumulators in die Bodenwanne eines Kraftfahrzeugs ausgelegt ist.
  • Der Akkumulator 10 hat eine aus Raupen aus Klebstoffmaterial aufgebaute Akkumulatorenwand 52, die einen Stapel von acht galvanischen Zellen 12 umgibt, die jeweils Anschlusselektroden 22, 24 aufweisen. Die Anschlusselektroden 22, 24 der galvanischen Zellen 12 durchsetzen die Akkumulatorenwand 52. Die Akkumulatorenwand 52 ist durch Übereinanderlegen von Raupen aus Klebstoffmaterial hergestellt, die z.B. ca. 10 mm breit und 15 mm hoch sind. Solche Raupen aus Klebstoffmaterial finden in der Kraftfahrzeugtechnik z.B. für das Einkleben von Frontscheiben in Kraftfahrzeugkarossen Verwendung. Die Akkumulatorenwand 52 wirkt für die galvanischen Zellen 12 als eine Haltestruktur. Es ist somit auch möglich, einen erfindungsgemäßen Akkumulator mit mehr als acht galvanischen Zellen 12 auszubilden. Alternativ wird eine große Batterie aus mehreren kleinen erfindungsgemäßen Modulen zusammengesetzt (und ggf. in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht.
  • Für das Stabilisieren des Stapels aus galvanischen Zellen 12 sind die Grundplatte 28 und die Abschlussplatte 30 durch Befestigungslaschen 32 verbunden.
  • Die 2 bis 6 zeigen die galvanischen Zellen 12 und erläutern den Aufbau des Akkumulators 10. Die galvanischen Zellen 12 des Akkumulators 10 sind als sogenannte Pouch-Zelle bzw. Coffee-Bag-Zelle ausgebildet. Die galvanischen Zellen enthalten ein galvanisches Element 13 in Form einer Lithium-Ionen-Batterie.
  • Das galvanische Element 13 ist ein in eine Ebene erstreckter quaderförmiger Flachkörper, der aus einer Vielzahl von dünnen beschichteten Kupfer- bzw. Aluminium-Metallfolien besteht, welche jeweils durch einen ionendurchlässigen, elektrolytgetränkten Separator getrennt werden und eine Sandwichstruktur bilden. Die Sandwichstruktur mit dem Elektrolyt-getränkten Separator ist in einer Folienhülle 16 aus einem fluiddichten Kunststoff-Aluminium-Verbundmaterial angeordnet. Die Folienhülle 16 ist aus einer ersten Folie 15 und einer zweiten Folie 17 zusammengefügt. Die Folienhülle 16 hat eine in der Ebene des galvanischen Elements 13 erstreckte Randpartie 20, die eine Versiegelungsnaht 18 aufweist. Mit der Versiegelungsnaht 18 wird die Folienhülle 16 abgedichtet. Durch die Versiegelungsnaht 18 sind die Anschlusselektroden 22, 24 der galvanischen Zelle 12 geführt. Die Randpartie 20 der Folienhülle 16 umgibt das galvanische Element.
  • Die Anschlusselektroden 22,24 sind voneinander beabstandet angeordnet. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die erste 22 und die zweite Anschlusselektrode 24 auf ein und derselben Seite der galvanischen Zelle 12 positioniert. Es ist aber grundsätzlich auch möglich, dass die Anschlusselektroden 22, 24 an unterschiedlichen Seiten der galvanischen Zelle 12 herausragen.
  • Es sei auch bemerkt, dass das galvanische Element 13 nicht zwingend als quaderförmiger Flachkörper gestaltet sein muss. Das galvanische Element kann grundsätzlich auch als ein Flachkörper mit einer beliebigen Grundfläche ausgebildet sein.
  • Die Randpartie 20 der Folienhülle 16 ist in die Akkumulatorenwand 52 eingebettet. Die Haltestruktur der Akkumulatorenwand 52 überdeckt dabei die Versiegelungsnaht 18 und umgibt die Außenkontur 21 der Randpartie 20.
  • Der Akkumulator 10 wird hergestellt, indem auf der in der 1 gezeigten Grundplatte 28 in dem Bereich ihres umlaufenden Randes eine erste Raupe 40 aus einem insbesondere elastomeren Klebstoffmaterial aufgetragen wird. Auf die Raupe 40 aus Klebstoffmaterial wird dann eine galvanische Zelle 12 aufgelegt. Die auf der Grundplatte 28 aufgebrachte erste Raupe 40 aus Klebstoffmaterial ist dabei so bemessen, dass die Versiegelungsnaht 18 der galvanischen Zelle 12 auf der Raupe 40 etwa mittig aufliegt.
  • In einem nächsten Schritt wird dann eine weitere Raupe 48 aus Klebstoffmaterial auf die umlaufende Randpartie 20 der galvanischen Zelle 12 aufgetragen. Die Randpartie 20 der galvanischen Zelle 12 wird damit in die Raupen 40, 48 aus Klebstoffmaterial eingebettet. Die beiden Seiten der Versiegelungsnaht 18 werden dabei mit Klebstoffmaterial überdeckt. Die Außenkontur 21 der Randpartie 20 ist dabei mit dem Klebstoffmaterial der Raupen 40, 48 umgeben.
  • Im Anschluss daran wird auf die Raupe 48 aus Klebstoffmaterial eine weitere galvanische Zelle 12 aufgelegt und dann mit einer Raupe 50 aus Klebstoffmaterial mit der Raupe 48 aus Klebstoffmaterial verklebt, wobei die Randpartie der galvanischen Zelle 12 in das Klebstoffmaterial eingebettet, die Versiegelungsnaht 18 auf ihren beiden Seiten mit Klebstoffmaterial überdeckt und die Außenkontur 21 der Randpartie 20 von dem Klebstoffmaterial der Raupen 48, 50 umgeben wird.
  • Dieses Verfahren wird entsprechend fortgesetzt, um so einen Stapel mit einer Vielzahl von galvanischen Zellen 12 zu schaffen. Eine galvanische Zelle 12 in dem Stapel ist jeweils an einer aus Raupen 40, 48, 50 aus Klebstoffmaterial gebildeten Haltestruktur festgelegt. Die Haltestruktur für eine galvanische Zelle 12 weist eine Raupe 40, 48, 50 aus Klebstoffmaterial auf, auf der die galvanische Zelle 12 mit ihrer umlaufenden Randpartie 20 aufliegt und enthält eine Raupe 48, 50 aus Klebstoffmaterial, die auf die Randpartie 20 der betreffenden galvanischen Zelle 12 aufgetragen ist. Durch das aufeinanderfolgende Auftragen der Raupen 40, 48, 50 wird die Akkumulatorenwand 52 aufgebaut. Die aus elastomerem Klebstoffmaterial bestehenden Haltestrukturen mit den Raupen 40, 48, 50 bewirken für die galvanischen Zellen sowohl eine Stütz- als auch eine Dichtfunktion. Darüber hinaus dämpfen die Haltestrukturen Vibrationen und Schwingungen, die in den Akkumulator 10 eingeleitet werden, wenn dieser z. B. in ein Kraftfahrzeug montiert ist. Damit werden unerwünschte, die Lebensdauer verringernde mechanische Erschütterungen von galvanischen Zellen 12 in dem Akkumulator 10 reduziert.
  • Indem die galvanischen Zellen in dem Bereich der Anschlusselektroden 22, 24 in das Klebstoffmaterial der Raupen 40, 48, 50 eingebettet werden, ist es möglich, die galvanischen Zellen 12 hier zusätzlich abzudichten. Die Bauform des erfindungsgemäßen Akkumulators 10 ermöglicht also, dass ein Eindiffundieren von Feuchtigkeit durch die Verbindungsnaht in die galvanische Zelle weitgehend unterbunden wird.
  • Wenn die Raupen aus Klebstoffmaterial eine Höhe von z.B. 15 mm haben und einer Breite von z. B. 10 mm aufweisen und die galvanische Zellen 12 etwa 10 mm dick sind, berühren sich die galvanischen Zellen 12 in dem Akkumulator 10 nicht gegenseitig. Wenn aber der Abstand der galvanischen Zellen 12 hier geringer ist als 5 mm, so werden die galvanischen Zellen 12 in Abhängigkeit ihres Ladezustands aneinander gedrückt
  • Mittels der Raupen 40, 48, 50 aus Klebstoffmaterial ist es außerdem möglich, eine unterschiedliche geometrische Bemaßung von galvanischen Zellen 12 auszugleichen, etwa eine unterschiedliche Dicke des Materials der Folienhülle 16 einer galvanischen Zelle 12 oder eine andersartige Bemaßung eines in der Folienhülle 16 angeordneten galvanischen Elements 13.
  • Es ist auch möglich vor dem Aufbringen des nächstfolgenden Raupenauftrags die Oberfläche mittels eines Kamerasystems zu vermessen und Unebenheiten zu berechnen. Durch entsprechende Ausbringung des Raupenmaterials oder der Spritzmenge kann mit diesem Auftrag eine Höhenkorrektur vorgenommen werden.
  • An der Grundplatte 28 und der Abschlussplatte 30 des Akkumulators 10 gibt es Befestigungslaschen 32, die ein mechanisches Verbinden der Grundplatte und Abschlussplatte mit einer Einrichtung zum Stabilisieren des Akkumulators 10 ermöglichen. Es sei bemerkt, dass ein erfindungsgemäßer Akkumulator 10 auch mittels an die Grundplatte 28 und Abschlussplatte 30 angeschlossenen Zugankern oder Spannbändern zusätzlich stabilisiert werden kann. Darüber hinaus ist es möglich, einen erfindungsgemäßen Akkumulator in einen stabilisierenden, insbesondere topfförmigen Behälter einzukleben.
  • Die 7 zeigt einen Abschnitt eines alternativ aufgebauten Akkumulators 10', der mehrere Kühlkanäle 34 aufweist, die in die Akkumulatorenwand 52' integriert sind. Auch die Kühlkanäle 34 sind mit einer Raupe 40' aus Klebstoffmaterial gestaltet. Die Kühlkanäle 34 in der Akkumulatorenwand 52' sind geschlossen. Damit ist gewährleistet, dass ein durch die Kühlkanäle 34 hindurchgeströmtes Kühlmedium nicht mit den galvanischen Zellen 12 in Kontakt gerät.
  • Die 8 zeigt einen Abschnitt eines weiteren alternativ aufgebauten Akkumulators 10'' einer aus Raupen 40'', 48'' aufgebauten Akkumulatorenwand 52'', die mit Kühlkanälen 34' ausgebildet ist. Die Kühlkanäle 34' verlaufen hier so, dass die galvanischen Elemente 12 in dem Akkumulator 10'' von einem Kühlfluid direkt angeströmt werden können. Wenn die galvanischen Zellen 12 in dem Akkumulator 10' ausgasen, kann hier das von einer galvanischen Zelle 12 freigesetzte Medium über einen Kühlkanal 34' auch abgeführt werden.
  • Als Kühlfluid in den vorstehend beschriebenen Akkumulatoren 10', 10'' ist sowohl flüssiges als auch gasförmiges Medium geeignet.
  • Wird als Kühlfluid eine Kühlflüssigkeit verwendet und ist zwischen einem nicht dargestellten Ausgleichsbehälter und den Kühlkanälen eine Strömungsdrossel angeordnet, so kann damit erreicht werden, dass das Kühlfluid eine weitere Dämpfung gegen Vibrationen der galvanischen Zellen 12 bewirkt. Neben den gezeigten Formen der Kühlkanäle 34, 34' können auch anstelle von Kühlkanälen mit einem großen freien Durchmesser auch eine Vielzahl an kleinen Kühlkanälen vorgesehen sein.
  • Die 9 und 10 zeigen eine Anlage 54 für das Herstellen der zuvor beschriebenen Akkumulatoren 10, 10', 10''. Die Anlage 54 enthält Roboter 56, 58 und hat einen um eine Drehachse 62 entsprechend dem Pfeil 64 bewegbaren Drehteller 60. Alternativ kann dies mit jeder geeigneten Kinematik bzw. Positioniertechnologie mit freiprogrammierbarer Steuerung erfolgen. Der Roboter 56 ist ein Greifsystem. Damit wird zunächst die Grundplatte 28 positioniert. Dann wird mittels des Roboters 58 durch eine Düse 59 eine Raupe 40, 40', 40'' aus Klebstoffmaterial auf die Grundplatte 28 aufgetragen und dann eine galvanische Zelle 12 mit dem Greifsystem bzw. Roboter 56 auf diese Raupe 40, 40', 40'' aus Klebstoffmaterial aufgelegt. Nachdem die Raupe 40, 40', 40'' aus Klebstoffmaterial durch Viskositätsanstieg (Aushärten) entsprechend Stabilität entwickelt hat, wird in einer weiteren Lage die nächste Raupe 48, 48', 48'' aufgetragen und die nächste galvanische Zelle 12 wird platziert. Dann wird darauf eine weitere Raupe als Klebstoffmaterial aufgetragen und so weiter. Als abschließenden Schritt wird dann die Endplatte 30 aufgelegt und den entsprechenden Akkumulator 10, 10', 10'' fertig zu stellen.
  • Durch einfaches Umprogrammieren des Roboters 58 ist es bei diesem Herstellungsverfahren möglich, die Formgebung und den Verlauf der Raupen 40, 40', 40'' an beliebige Formen von galvanischen Zellen 12 anzupassen. Ein aufwändiger Werkzeugwechsel ist nicht erforderlich.
  • Zusammenfassend sind insbesondere die folgenden bevorzugten Merkmale einer erfindungsgemäßen Vorrichtung festzuhalten: Die Erfindung betrifft einen Akkumulator 10 mit wenigstens einer galvanischen Zelle 12, die eine in eine Ebene erstrecktes, als Flachkörper mit einer schmalen Seite gestaltetes galvanisches Element 13 umgebende Folienhülle 16 mit einer an der schmalen Seite und im Flachkörper umlaufenden und in die Ebene eines Flachkörpers ausgedehnte Randpartie 22 hat. Die Randpartie 20 weist einen die Folienhülle 16 abdichtende Versiegelungsnaht 18 auf, durch welche eine erste Anschlusselektrode 22 und eine von der ersten Anschlusselektrode 22 elektrisch getrennte zweite Anschlusselektrode 24 des galvanischen Elements 13 aus der Folie 16 geführt ist. Die Randpartie 20 ist zumindest teilweise in eine die Versiegelungsnaht 18 überdeckende Haltestruktur 40, 48, 50 aus Klebstoffmaterial eingebettet.
  • Bezugszeichenliste
    • 10, 10', 10''
    Akkumulator
    12
    galvanische Zelle
    13
    galvanisches Element
    14
    Flachkörper
    15, 17
    Folie
    16
    Folienhülle
    18
    Versiegelungsnaht
    20
    Randpartie
    21
    Außenkontur
    22, 24
    Anschlusselektroden
    28
    Grundplatte
    30
    Abschlussplatte
    32
    Befestigungslaschen
    34, 34'
    Kühlkanal
    40, 40', 40'', 48, 48', 48'', 50
    Raupen aus Klebstoffmaterial
    52, 52', 52''
    Akkumulatorenwand
    54
    Anlage
    56, 58
    Roboter
    60
    Drehteller
    62
    Drehachse
    64
    Pfeil

Claims (13)

  1. Akkumulator (10) mit wenigstens einer galvanischen Zelle (12), die eine ein in eine Ebene erstrecktes, als ein Flachkörper mit einer schmalen Seite gestaltetes galvanisches Element (13) umgebende Folienhülle (16) mit einer an der schmalen Seite um den Flachkörper umlaufenden und in die Ebene des Flachkörpers ausgedehnte Randpartie (20) hat, die eine die Folienhülle (16) abdichtende Versiegelungsnaht (18) aufweist, durch welche eine erste Anschlusselektrode (22) und eine von der ersten Anschlusselektrode (22) elektrisch getrennte zweite Anschlusselektrode (24) des galvanischen Elements (13) aus der Folienhülle (16) geführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Randpartie (20) zumindest teilweise in eine die Versiegelungsnaht (18) überdeckende Haltestruktur (40, 48, 50) aus Klebstoffmaterial eingebettet ist.
  2. Akkumulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das galvanische Element (13) zwischen einer ersten und einer zweiten Folie (15, 17) angeordnet ist, die mit einer in der Randpartie (20) umlaufenden Versiegelungsnaht (18) zusammengefügt sind, wobei die Haltestruktur (40, 48, 50) aus Klebstoffmaterial die Versiegelungsnaht (18) beidseitig abdeckt.
  3. Akkumulator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltestruktur (40, 48, 50) die Außenkontur (21) der Randpartie (20) umgibt.
  4. Akkumulator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Klebstoffmaterial ein Elastomer und/oder ein Kunststoff aus der folgenden Gruppe ist: Acrylnitril-Butadien-Acrylate, Acrylnitril-Methylmethacrylate, Butadien-Kautschuke, Butylkautschuke, Ethylen-Ethylacrylat-Copolymere, Ethylen-Propylen-Copolymere, Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuke, Ethylenvinylacetate, Fluorkautschuke, Isopren-Kautschuke, Polyisobutylene, Styrol-Butadien-Kautschuke, Styrol-Butadien-Styrole, Vinylchlorid/Ethylen, Naturkautschuk oder Silikonkautschuk, Silane, Polyvinylchloride (PVC-Plastisole), Polyurethane (1K-PUR, 2K-PUR), PMMA-Plastisole (Polymethylmethacrylate) und Epoxid-Harze.
  5. Akkumulator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und zweite Anschlusselektrode (22, 24) durch die Haltestruktur (40, 48, 50) aus Klebstoffmaterial hindurchgeführt sind und einen zusammen mit wenigstens einem Abschnitt der Randpartie (20) in die Haltestruktur (40, 48, 50) aus Klebstoffmaterial eingebetteten Zwischenabschnitt haben.
  6. Akkumulator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Klebstoffmaterial die umlaufende Randpartie (20) der Folienhülle (16) umgibt.
  7. Akkumulator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch einen Stapel mit einer Vielzahl von galvanischen Zellen (12), die jeweils eine ein in eine Ebene erstrecktes, als ein Flachkörper mit einer schmalen Seite gestaltetes galvanisches Element (13) umgebende Folienhülle (16) mit einer an der schmalen Seite um den Flachkörper umlaufenden und in die Ebene des Flachkörpers ausgedehnte Randpartie (20) haben, die eine die Folienhülle (16) abdichtende Versiegelungsnaht (18) aufweist, durch welche eine erste Anschlusselektrode (22) und eine von der ersten Anschlusselektrode (22) elektrisch getrennte zweite Anschlusselektrode (24) des galvanischen Elements (13) aus der Folienhülle (16) geführt ist, wobei die umlaufende Randpartie (20) zumindest teilweise in eine die Versiegelungsnaht (18) überdeckende der galvanischen Zelle (12) zugeordnete Haltestruktur (40, 48, 50) aus Klebstoffmaterial eingebettet ist.
  8. Akkumulator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die einer galvanischen Zelle (12) zugeordnete Haltestruktur (40) an einer Grundplatte (28) oder einer Abschlussplatte (30) oder an einer einer benachbarten galvanischen Zelle (12) zugeordneten Haltestruktur (48) aus Klebstoffmaterial festgelegt ist.
  9. Akkumulator nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die den galvanischen Zellen (12) zugeordneten Haltestrukturen (40, 48, 50) eine Akkumulatorwand (52) bilden.
  10. Akkumulator nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Akkumulatorwand (52', 52'') einen Fluidkanal (34, 34') für ein Kühlmedium aufweist.
  11. Verfahren zum Herstellen eines gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 ausgebildeten Akkumulators (109 bei dem auf einer Grundplatte (28) eine erste Raupe (40) aus Klebstoffmaterial ausgebracht wird, deren Verlauf dem Verlauf der Randpartie (20) der galvanischen Zelle (12) entspricht, bei dem die galvanische Zelle (12) in dem Bereich der in der Randpartie (20) angeordneten Verbindungsnaht (18) auf die erste Raupe (40) gelegt wird, und bei dem dann auf der ersten Raupe (40) eine weitere raupe (48) aus Klebstoffmaterial ausgebracht wird, deren Verlauf der dem Verlauf der Randpartie (20) der galvanischen Zelle (12) entspricht und die die Randpartie der galvanischen Zelle mit der ersten Raupe (40) umgibt und eine Haltestruktur aus Klebstoffmaterial erzeugt, in welcher die Randpartie (20) der galvanischen Zelle (12) eingebettet ist.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass mit der ersten Raupe (40', 40'') und der zweiten Raupe (48', 48'') ein zu der Randpartie (20) der galvanischen Zelle (12) im Wesentlichen senkrecht verlaufender Fluidkanal (34, 34') ausgebildet wird.
  13. Vorrichtung (54) für das Herstellen eines gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 ausgebildeten Akkumulators (10) mit einem Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (58) für das Handhaben eines Werkzeugs (59), mit dem eine Raupe (40) aus Klebstoffmaterial ausgebracht werden kann, deren Verlauf dem Verlauf der Randpartie (20) der galvanischen Zelle (12) entspricht, und eine Greifereinrichtung (56), mit der die galvanische Zelle (12) in die ausgebrachte Raupe (40) aus Klebstoffmaterial eingelegt werden kann.
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