储能模块及其生产方法与流程

本申请涉及通过连续生产方法生产的储能模块，并且涉及其生产方法。

在储能模块的生产中，通常惯例是首先要生产多重储能电池。为此目的，将多重电极和间隔件布置在电池外壳内并且封装。然后必须将各个储能电池布置在模块外壳中并且电连接。这常规地通过汇流条来完成，该汇流条必须以导电方式连接到各个电池，特别地通过焊接连接。直到那时才可以将储能模块封装并且例如构造成储能系统。

然而，这种生产方法的缺点在于大量相互独立的生产步骤使其既耗时又昂贵。此外，这增大生产方法的成本，正如其增大储能系统和储能模块的成本。

因此，本发明的基本目的是提供一种改进的高功率且节省空间的储能模块，其没有现有技术的缺点并且可以以简单且低成本的方式进行生产。

关于储能系统，本发明所基于的目的是根据本发明通过独立权利要求1的主题来实现。关于生产此种储能模块的方法，本发明所基于的目的是根据本发明通过另一独立权利要求16的主题来实现。在从属权利要求中明确说明有利的进展。

根据本发明，因此明确说明通过连续生产方法生产的储能模块。在此情况中，储能模块具有串联电连接的多重储能电池，以及外壳，该外壳至少在某一区域或某些区域并且优选地完全由塑料制成。多重储能电池能够被容纳在外壳中或多重储能电池被容纳在外壳中。阻隔层至少在某一区域或某些区域，优选地在全部区域被布置在外壳和多重储能电池之间。

阻隔层意指防止气体和/或液体免于进入外壳或离开外壳的层。在本文中，阻隔层可以由金属、金属氧化物和/或金属硅酸盐形成。优选使用由轻金属制成的阻隔层，特别地由铝和/或铝合金制成。

本发明的优点显而易见。首先，根据本发明的此种储能模块的优点在于，各种功能件被集成到储能模块中，并且因此可以降低产品成本和生产成本。这进一步由简单且快速的生产方法增进。通过使用连续生产方法，可在短时间内生产大量储能模块，与不连续生产相比，涉及更少的工作量并且同时成本密集性更低。还可有利地将低成本且易于成形的材料用于外壳，特别地将塑料用于外壳。例如，可以选择丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、聚碳酸酯、聚酰胺、聚氯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚甲醛、聚烯烃，或者其共聚物，优选聚烯烃共聚物例如聚丙烯-聚乙烯共聚物。同时，凭借阻隔层，外壳却有利地对气体和/或液体是不可透过的。

根据本发明的另一方面，外壳可以具有外壳上壳体和外壳下壳体。因为外壳在一方面生产更简单，并且在另一方面布置更简单，所以进一步简化储能模块的生产。由此可进一步降低产品成本和生产成本。

根据本发明的另一方面，外壳可以密封地封装多重储能电池。这有利地提高储能模块的安全性，因为通过将储能模块相对于环境密封可以有利地预防可能由湿气进入储能模块中而导致的爆炸和着火风险。

根据本发明的另一方面，外壳可以被预成形，具体地被可塑地预成形，更具体地被预成形为具有多个凹部的外壳，每个凹部被设计成接纳一个储能电池。具体而言，外壳是热成形的。因为可以借助于凹部自动地正确地布置储能电池，这有助于使得生产更简单。由此省略了进一步定位和对齐的步骤。外壳还可以通过低成本生产方法进行预成形，从而进一步使得产品成本和生产成本的降低。

根据本发明的另一方面，每个储能电池可以在两个相对侧上各具有连接元件，通过该连接元件将相邻布置的储能电池连接或者可以彼此连接。特别地，连接元件可以是挠性和/或可弯曲的连接元件。相邻布置的储能电池可以优选地经由其连接元件而被焊接到彼此，更具体地，从而形成挠性和/或可弯曲的连接点。因此，有利地简化相邻布置的储能电池的电连接，特别是储能电池的串联连接。这使得储能模块的生产更简单，这继而与成本缩减相关联。

根据本发明的另一方面，外壳和多重储能电池可以形成电池堆，更具体地凭借连接元件的各自弯曲，从而两个相邻电池被布置成一个在另一个之上。这意味着，先前至少基本水平地彼此相邻布置的多重储能电池形成电池堆，在电池堆中，多重储能电池现在被至少基本垂直地一个堆叠在另一个之上，其中一个直接在另一个之上的储能电池继而被现在弯曲的连接元件连接。

这有利地具有以节省空间的方式布置储能模块的储能电池的效果，并且特别地，因此可以使储能模块的整体尺寸以及具有至少一个储能模块的储能系统的整体尺寸同时保持尽可能地小。

根据本发明的另一方面，储能模块还可以具有至少一个塑料膜，所述塑料膜设置在外壳与储能电池之间，至少在某一区域或某些区域，优选地设置在外壳下壳体和外壳上壳体与多重储能电池之间的每一处位置。这具有优点在于，借助于塑料膜，储能电池还可以被保护免受环境影响。在此情况中，塑料膜可以由低成本易于加工的塑料生产，例如聚酰胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯和/或聚乙烯。此外，塑料的使用还有助于确保储能模块的重量不会更高。此外，它保持廉价且易于生产。

根据本发明的另一方面，塑料膜可以具有孔隙，更具体地，在布置连接元件的位点处具有孔隙。这有利地提供形成接触点的简单的方式，例如，用测量线，并且提供采用连接元件以便于任何进一步加工步骤的简单方式，例如将两个直接相邻的储能电池通过其连接元件连接。

根据本发明的另一方面，塑料膜可以被预成形，特别地被可塑性预成形，优选地被热成形，更具体地被预成形以使该膜具有多个凹部，每个凹部被设计成接纳一个储能电池。这有利地使储能电池得以在所述膜中简单地布置并且对齐，并且所述膜在外壳中，或者在外壳上壳体和外壳下壳体中，简单地布置并且对齐。这还与简单生产相关联，由此还可以导致方法成本的降低。

根据本发明的另一方面，储能电池可以被设计成果冻卷(jellyroll)。在本文中，果冻卷电池提供有利的、节省空间且重量减轻的储能电池，却具有相对高的功率密度。

根据本发明的另一方面，储能电池可以是锂离子电池。锂离子电池可以有利地具有相对高的功率密度。

根据本发明的另一方面，储能模块可以具有测量线，其被优选地集成到外壳中或塑料膜中。通过这种测量线，可以有利地以简单的方式监测储能模块，由此可以提高储能模块的安全性和性能，或者能够获得对储能模块的性能的评估。

根据本发明的另一方面，测量线可以确定多个储能电池和/或所有多重储能电池中的一个储能电池的状态，特别是电压和/或电流和/或电容。在此，可以有利地监测可借以推定储能模块的状态的多个最重要的参数。由此可以连续地监测并且保证储能模块的运行能力。

根据本发明的另一方面，每个储能电池可以具有至少一个填充孔和/或通风孔。特别地，至少一个填充孔和/或通风孔可以具有可重新封闭或密封地可重新封闭的设计。这有利地简化对储能电池的加工。

根据本发明的另一方面，明确说明了储能系统，其特别地用于交通工具中。在此，储能系统具有至少一个上述储能模块和系统外壳，其中所述至少一个储能模块被布置在所述系统外壳内。在此情况中，详细说明了工艺简单且廉价的能量系统。

关于生产储能模块的方法，特别是生产上述储能模块的方法，根据本发明，在此涉及的方法是连续生产方法。其优点在于可以快速且廉价地生产储能模块或多重储能模块。此外，与不连续的生产方法相比，该方法涉及更少的工作量。此外，可有利地将低成本且易于成形的材料，特别是塑料，用于外壳。可以选择，例如，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、聚碳酸酯、聚酰胺、聚氯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚甲醛、聚烯烃或其共聚物。

根据本发明的另一方面，所述方法还可以具有以下步骤，即以无端带的方式提供由塑料制成的外壳下壳体，在每种情况下通过储能电池的第一表面将多重储能电池布置在外壳下壳体上，并且以无端带方式提供由塑料制成的外壳上壳体，更具体地提供在储能电池的与第一表面相对的第二表面上。在此情况中，将阻隔层布置在外壳下壳体和外壳上壳体与多重储能电池中的每个电池之间。这有利地缩短所述方法的持续时间并且因此缩减生产成本。同时，借助于阻隔层，外壳却有利地不可透过气体和/或液体。

根据本发明的另一方面，该方法还可以具有以下步骤，即在每种情况中供应和热成形至少一个塑料膜，更具体地从而形成多个凹部，其中每个凹部被设计成接纳一个储能电池。在此情况中，在外壳上壳体和外壳下壳体与多重储能电池中的每个储能电池之间设置塑料膜。特别地，在阻隔层和多重储能电池中的每个储能电池之间设置塑料膜。

其优点在于，借助于塑料膜，储能电池可以进一步受保护，免受环境影响。在此情况中，塑料膜可以由易于加工的廉价塑料生产，例如聚酰胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯，聚丙烯和/或聚乙烯。此外，塑料的使用还有助于确保储能模块的重量不会更高。此外，它保持廉价且易于生产。

根据本发明的另一方面，直接相邻的储能电池可以通过连接元件彼此连接，所述连接元件各自被布置在每个储能电池的相对两侧上，更具体地被布置成将储能电池串联电连接。特别地，直接相邻的储能电池可以通过焊接这些储能电池的连接元件进行连接。特别地，连接元件可以是挠性和/或可弯曲的连接元件。相邻布置的储能电池可以优选地通过其连接元件而焊接到彼此，更具体地，从而形成挠性和/或可弯曲的连接点。其优点在于可以由此简化相邻布置的储能电池的电接触，特别是储能电池的串联连接。这使得储能模块的生产更简单，这继而与成本降低相关联。

根据本发明的另一方面，预定或可预定数量的连接的电池被隔绝，其中，至少外壳和多重储能电池形成电池堆，更具体地，从而在每种情况下两个直接相邻的储能电池通过相关联的连接元件而弯曲成使它们一个布置在另一个之上，特别地，从而形成蛇形弯曲线。其优点在于，可以以节省空间的方式布置储能模块的储能电池，并且特别地，因此使得储能模块的整体尺寸以及具有至少一个储能模块的储能系统的整体尺寸同时保持尽可能地小。

参考附图利用对实施例的描述，以下详细地描述本发明，包括关于其他特征和优点的描述。

在附图中：

图1示出交通工具的示意图；

图2示出根据本发明储能模块的示意图；

图3示出根据本发明电池堆的示意图；

图4示出布置在模块外壳中的电池堆的示意图；和

图5示出储能模块的生产过程的示意图。

以下参考图1至5中的图示更详细地描述根据本发明的储能模块以及根据本发明生产此种储能模块的方法。相同或等同的元件和功能被赋予相同或相似的附图标记。

随着电能消耗单元的数量持续增长以及交通工具2000在电动车辆和/或混合动力车辆方向的发展，越来越需要具有相对高的功率密度同时还可以快速且低成本生产的储能系统。然而，此外，同样可设想到将根据本发明的储能模块100用于需要将储能模块100和储能系统1000的相对高的功率密度与小安装体积和低价结合的行业中。

在下文中，“并排”意指至少基本上在水平方向上，并且“一个在另一个之上”意指至少基本上在垂直方向上。

图1示出交通工具2000的示意图，其具有至少一个储能系统1000。储能系统1000还具有至少一个根据本发明的储能模块100，该储能模块具有多重储能电池10。在此情况中，可以将储能系统1000布置在交通工具2000的区域中，该区域在朝向行驶方向的前部位置处、在交通工具2000的后部区域中和/或在座椅之下的区域中，特别是在驾驶座之下的区域中。

交通工具2000可以是飞行工具或水运工具，轨道车辆，全地形车辆，或优选地公路车辆，其中公路车辆可以意指客运车辆、卡车、公共汽车或房车。

交通工具2000由驱动单元驱动。驱动单元可以包括内燃机、电动机或其组合。由电动机唯一驱动的交通工具2000被称为电动车辆。兼具电动机和内燃机的交通工具2000被称为混合动力车辆。此外，混合动力车辆可以被细分成微混合动力车辆、轻度混合动力车辆、全混合动力车辆和/或插电式混合动力车辆。在此，插电式混合动力车辆可以被视为意指不仅借助于内燃机充电而且也可以借助于电力网充电的任何混合动力车辆。全混合动力车辆意指只能借助于电动机驱动的车辆。微混合动力车辆具有启-停功能并且优选地还具有制动(stop-in-motion)功能。另外，微混合动力车辆可以通过“制动能量回收”对储能系统1000充电。轻度混合动力车辆还可以具有助推功能，其用于辅助内燃机来增强动力。

图2示出根据本发明储能模块100的分解示意图。因此，储能模块100具有串联电连接的多重储能电池10。此外，储能模块100具有外壳20，该外壳至少在某一区域或某些区域由塑料制成，优选地完全由塑料制成。此外，在外壳20和多重储能电池10之间，至少在某一区域或某些区域，特别是在全部区域设置阻隔层。

在本申请的过程中，阻隔层意指防止气体和/或液体免于从环境进入储能模块100的外壳20或者防止气体和/或液体免于从外壳20逸入到环境中的层。具体而言，“阻隔层”意指对周围空气中的气体、储能模块100的操作期间形成的气体和环境中的液体不可透过的层。

在本文中，阻隔层可以由金属、金属氧化物和/或金属硅酸盐制成。还可设想到由乙烯-乙烯醇共聚物制成的阻隔层。此外，还可以使用活性阻隔层。这些被视为意指可以与气体和/或液体(化学)结合的阻隔层。所述金属可以是或者包括轻金属，特别地，为铝和/或铝合金，或者镁和/或镁合金。特别地，防止气体和液体通过塑料而不改变电池的电化学性质的任何层都适合作为阻隔层。

阻隔层可以至少在某一区域或某些区域实质性地连接到外壳的内表面，特别地，连接到外壳下壳体20b和外壳上壳体20a的内表面。特别地，阻隔层可被气相沉积在外壳20的内表面上。这优选地通过化学气相沉积或物理气相沉积来完成。

至少在某一区域或某些区域，特别地，在全部区域，还可以以箔的方式形成阻隔层，所述箔连接到外壳的内表面，特别地，连接到外壳下壳体20b和外壳上壳体20a的内表面。这优选地是金属箔，该金属箔实质性地连接到外壳20的内表面。

图2还表明每个储能电池10可以在两个相对侧上各具有连接元件11a、11b。在此情况中，第一连接元件11a可以对应于储能电池10的正接触并且第二连接元件11b可以对应于储能电池10的负接触。

此外，连接元件11a、11b可以由金属箔形成，特别地，由铜箔或铝箔形成。

此外，两个直接相邻的储能电池10可以各自通过这些储能电池10的连接元件11a、11b而彼此连接。两个直接相邻的储能电池10之间的连接优选地通过在每种情况下将要被连接的储能电池10的一个连接元件11a、11b焊接来完成。在此情况中，两个直接相邻的储能电池10的连接元件11a、11b形成重叠区域，在该重叠区域中进行焊接。同时，应注意到，两个直接相邻的储能电池10之间的连接在每种情况下通过储能电池10的连接元件11a、11b进行，从而形成挠性和/或可弯曲的连接点。

通过其连接元件11a、11b连接多重储能电池10有利地消除设置汇流条的需要。

此外，可以设置至少一个塑料膜30。在此，塑料膜30被布置在多重储能电池10与外壳20之间，或多重储能电池10与外壳下壳体20b和外壳上壳体20a之间。此外，塑料膜30可以被预成形，特别地被塑性预成形，并且优选地被热成形，更具体地以使塑料膜30具有多个凹部，每个凹部被设计为接纳一个储能电池10。优选地设置布置在外壳下壳体20b和多重储能电池10之间的下塑料膜30b，以及布置在外壳上壳体20a和多重储能系统1000之间的上塑料膜30a。在此，至少一个膜30可以由例如丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、聚碳酸酯、聚酰胺、聚氯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚甲醛、聚烯烃例如聚丙烯和/或聚乙烯，或其共聚物生产。

此外，在设有储能电池10的连接元件11a、11b的区域中，至少一个塑料膜30可以具有孔隙。这些孔隙在一方面用以使进一步的生产步骤(例如将两个直接相邻的储能电池10通过其连接元件11a、11b而连接)能够更易于实施，在另一方面用以使对各个电池的监测能够通过连接元件11a、11b与测量线40的接触而被简化。

还可以在储能模块100中设置测量线40。此测量线40可以被集成到塑料膜30中，例如，特别地集成到上塑料膜30a中，或者集成到外壳20中，特别地集成到外壳上壳体20a中。在此布置中，测量线40可以确定一个储能电池10、多个储能电池10和/或所有多重储能电池10的状态。特别地，测量线40可以确定其电压和/或电流和/或电容。

图2中示意性示出的储能模块100具有4个储能电池10。然而，应注意到，储能模块100的储能电池10的数量取决于储能模块100的期望功率密度。因此，还可以设想到具有更多或更少储能电池10的储能模块100。

图3示出储能模块100的示意图，其被设计为电池堆100'。为此目的，储能模块100，被初始地基本水平地对齐，即各个储能电池10基本水平地并排，通过储能电池10的连接元件11a、11b被弯曲，从而电池堆100'的储能电池10被基本垂直地一个布置在另一电池之上。在此，两个相连的储能电池10的连接元件11a、11b优选地形成至少大致180°弯曲。外壳20以及在可适用的情形中至少一个塑料膜30也形成此弯曲，更具体地在储能电池10的连接元件11a、11b被容置的位点处。

图4示出储能系统1000的示意图，其具有系统外壳1200以及形成电池堆100'的储能模块100。为了清楚起见，在此未示出盖子。盖子(未示出)具有正连接元件和负连接元件，其各自可以通过接触元件而连接到电池堆100'的连接元件11a、11b。此外，可设想到，形成电池堆100'的多重储能模块100被布置在系统外壳1200中。在此，储能模块100的数量取决于储能系统1000的期望的总容量。

即使这未在附图中明确强调，每个储能电池10可以具有至少一个填充孔和/或通风孔。填充孔和/或通风孔有利地被设计成它可以借助于塞子而被重新关闭，优选地被密封地关闭。还可设想到，通过隔膜重新关闭填充孔和/或通风孔，其优选地被设计为爆破隔膜。这种隔膜特别不同之处在于，它对于气体和/或液体不可透并且当储能电池的内压超过预定值或可预定值时它爆破而提供保护。

图5示出生产储能模块100的方法的示意图，该方法是连续方法。在此，示出容纳有多重储能电池10的匣子10'。图5还示出了辊筒20'，在该辊筒上缠绕有外壳20的供给，特别地，在辊筒20b'上，外壳下壳体20b以无端带的形式缠绕，以及在辊筒20a'上，外壳上壳体20a以无端带的形式缠绕。外壳20，或外壳下壳体20b和外壳上壳体20a，优选地已被预成形，更具体地以使外壳20，或外壳下壳体20b和外壳上壳体20a，具有多个凹部，每个凹部被设计为接纳一个储能电池10。特别优选地，阻隔层被布置在外壳20上或者在外壳下壳体20b或外壳上壳体20a上，即在外壳的表面上或外壳下壳体20b的表面上或在外壳上壳体20a的表面上，更具体地在多重储能电池10的方向上。在此，生产方向由箭头f指示。

在此，阻隔层阻止气体和/或液体免于经由外壳20渗入储能模块100中，并且阻止气体和/或液体经由外壳20逸出。

在本文中，阻隔层可以由金属、金属氧化物和/或金属硅酸盐制成。还可设想到由乙烯-乙烯醇共聚物制成的阻隔层。此外，还可以使用活性阻隔层。这些被视为意指可以与气体和/或液体(化学)结合的阻隔层。所述金属可以是或者包括轻金属，特别地，为铝和/或铝合金，或者镁和/或镁合金。

阻隔层可以至少在某一区域或某些区域实质性地连接到外壳的内表面，特别地，连接到外壳下壳体20b和外壳上壳体20a的内表面，特别地，外壳20的内表面可被阻抑。这优选地通过化学气相沉积或物理气相沉积来完成。

至少在某一区域或某些区域，特别地，在全部区域，还可以以箔的方式形成阻隔层，所述箔连接到外壳的内表面，特别地，连接到外壳下壳体20b和外壳上壳体20a的内表面。这优选地是金属箔，其实质性地连接到外壳20的内表面。

此外，至少一个辊筒30'可以设有以无端带方式供给的塑料膜。首先，在第一步骤(s1b)中，下塑料膜30b从载有下塑料膜30b的辊筒30b'上被展开并且被预成形。特别地，下塑料膜30b的预成形是可塑性预成形，预成形优选地通过热成形步骤完成。在此过程期间，下塑料膜30b被预成形为包含多个凹部。

而后在每种情况下，从储能电池10的匣子10'沿进给方向l供给一个储能电池10，从而在下塑料膜30b的每个凹部中布置一个储能电池10。在此，储能电池10的进给方向由箭头l所示。

然后，上塑料膜30a从包含膜供给的辊筒30a'被供给，并且以与下塑料膜30b相应的方式被预成形(s1a)。

然后，预形成的膜30a可以被布置在多重储能电池10上，从而在上塑料膜30a的每个凹部中布置一个储能电池10。随后，两个直接相邻的储能电池10的连接元件11a、11b通过上和下塑料膜30a、30b中的孔隙而彼此连接(s2)。这优选地通过焊接过程完成。在此应小心，以确保形成挠性和/或可弯曲的连接点。

然后，外壳下壳体20b以环形带的形式从包含外壳下壳体供给的辊筒20b'被供给，并且同时，外壳上壳体20a也以无端带的形式从包含外壳上壳体供给的辊筒20a'被供给，更具体地以使外壳下壳体20b和外壳上壳体20a包围下塑料膜30b和上塑料膜30a以及多重储能电池10。特别优选地，在此情况中，阻隔层已被设置在外壳下壳体20b或外壳上壳体20a上，并且此阻隔层也已被预成形。外壳上壳体20a和外壳下壳体20b被进给，以便外壳下壳体20b和外壳上壳体20a中的凹部接纳下塑料膜30b和上塑料膜30a中的凹部以及储能电池10。

在另一步骤中，储能电池10与外壳20和至少一个塑料膜30的无端布置通过切割操作被切割成包含预定或可预定数量的储能电池10的各个储能模块100。

在另一步骤中，可以使储能模块100弯曲。这一弯曲实施成使先前基本水平布置的储能模块100弯曲，从而形成电池堆100'，其中储能电池10被基本垂直地上下堆叠。

然而，同样可设想到，多重储能电池10未被布置在塑料膜30上而直接被布置在外壳中。为此目的，各个储能电池10各自与一个电池外壳成形。在此情况中，来自匣子的储能电池10首先被置于传送带上，并且在传送带上通过两个相邻的储能电池10的连接元件11a、11b而彼此连接。然后，相连的储能电池10被布置在外壳20中，或者在外壳下壳体20b和外壳上壳体20a中，并随后通过切割操作被分成储能模块100。

尽管未在附图中明确示出，测量线40可以被集成到例如上塑料膜30a或下塑料膜30b中。这种测量线40也可以被集成到外壳上壳体20a或下壳体20b中。

此时应注意，将上述所有部件，独立地或组合地考虑，特别是如附图中所示的细节，作为本发明的要素要求保护。其修改是本领域技术人员所熟悉的。

附图标记列表

10储能电池

10'储能电池匣子

11a、11b连接元件

20外壳

20a、20b外壳下壳体/外壳上壳体

20a'，20b'包含外壳下壳体/外壳上壳体的外壳供给的辊筒

30至少一个塑料膜

30a、30b下塑料膜/上塑料膜

30a'，30b'下膜供给/上膜供给

40测量线

100储能模块

100'电池堆

1000储能系统

1200系统外壳

2000交通工具

l储能电池的进给方向

f生产方向

s1热成形步骤

s2接合步骤

s3切割步骤