Warum kein stacking auf "Zellebene " ?

[SRAM]

Weis jemand, warum man bei "Zellen" bisher (spezialitäten ausgenommen) nicht wie bei Elektrolysen oder Fuel Cells auf Zellebene stackt ?

Die Vorteile wären wie bei den genanntem Beispielen eine hohe, beliebig wählbare Spannung und geringere Ströme. Muss ja nicht gleich eine 400 oder 800 Volt Stack sein...

Gruss SRAM

[spark-ed]

Du meinst vermutlich mehrere Zellen seriell verschaltet integriert in einem Gehäuse?
Im Bereich Fahrzeug-Antriebsbatterien werden ja einzelne Zellen in der Regel extra parallel geschaltet um überhaupt auf die notwendigen Kapazitäten zu kommen.
Weiterhin wirkt das BMS ja auch auf Zellebene, damit wäre der Vorteil einer internen Kontaktierung bei gleichzeitig nach aussen geführten BMS Anschlüssen zum Großteil aufgehoben.
Evtl ist auch die Isolierung der einzelnen Zellen gegeneinander nicht unproblematisch.
Ein integrierter Zellstack bringt aus diesen Gründen insgesamt vermutlich keinen Vorteil.

[Michael_Ohl]

Daran wird gearbeitet so das auf der (Metall)Folie eine Seite die Anode die andere Kathode der nächsten Zelle sitzt. Spart Material und aufwändige Zellverbinder, so das nur eine dünne Leitung für das Balancen nach draußen muss.

MfG
Michael

[SRAM]

Weist du wer daran arbeitet ?

Gruss SRAM

[AbRiNgOi]

Weil auf der Rückseite einer Anode/Kathode das Kühlsystem ansetzen muss, da kann nicht gleich die nächste Zelle anfangen.
Immer schön: Kühlelement - Anode - Dielektrikum - Kathode - Kühlelement.

Eine Alternative wäre die Ableiterkühlung:

Quelle:http://link.springer.com/content/pdf/10 ... 5381904056

Aber dann ist es vorbei mit "nur eine dünne Leitung für das Balancen" und man hat gegenüber einer Pauch Zelle keinen Vorteil mehr.

[solardaddy]

Nur so aus dem Nähkästchen geplaudert....

Ja, könnte mir vorstellen, dass das Einsparen der Hochstromverbinder einen Kostenvorteil bringt. Aber z.B. Tesla hat ja jede einzelne Zelle mit einem kleinen Sicherungsdraht verbunden. Diese Sicherheitsfunktion würde dann wegfallen. Man muss die Fertigung also sehr gut im Griff haben, damit alle Zellen wirklich gut und gleichmäßig sind. Ich denke, das könnte man heute schaffen, vor allem bei den heute vielfach verwendeten großen Zellen mit 94 oder 120Ah. Die Kühlungsprobleme bleiben, das müßte man anderweitig in den Griff bekommen. Die Balancer-Bausteine könnten vollständig innenliegend sein ohne Drahtanschluss nach draußen. Glasfaser oder Funkverbindung würden reichen, und man spart sich die Hochvoltleitungen nach außen, die ja extra abgesichert, isoliert und gekennzeichnet sein müssen. Man denkt über alle möglichen Lösungen nach. Lion hat auf einer Messe einen kleineren Akkusatz mit rund 100 Stück 18650er Zellen und Infrarot-Datenübertragung vorgestellt, da spart man sich auch die Management Leitungen nach außen. Denkbar wäre dann auch ein Kühlung mit vollem Eintauchen der Zellen in eine Kühlflüssigkeit. Macht Kreisel ja, weiß aber nicht, wie und ob die Management-Anschlüsse nach außen führen.

Ich habe in einem Vortrag schon vor einen Jahr gehört, dass Mahle einen Hochstromakku entwickelt, bei dem die Kühlschläuche direkt durch die Zellen geführt werden. Vorteil: noch höhere Ströme möglich, z.B. in 5 bis 6 Minuten auf 80% laden können. Bei den hohen Strömen wären die Hochstromverbinder von Zelle zu Zelle natürlich lästig und teuer und sicher ein Fertigungsproblem. Wer kann schon garantieren, dass die Verbinder bei einer Mengenfertigung immer gleich gut montiert werden. Denn das läßt sich nicht besonders gut automatisieren. Ein Zellenstack dagegen schon, und nur bei automatischer Fertigung würden sich da Vorteile ergeben. Ich denke, dass da einiges in der Entwicklung ist. Es wird spannend.

In der Zwischenzeit bin ich froh, wenn die Akkus der Serienfahrzeuge überhaupt gut gekühlt oder gewärmt werden. An einem warmen Tag habe auch ich bemerkt, dass bei mehrmaligem DC-Schnellladen und Fahren hintereinander auf einmal nur noch auf 73% geladen wurde (Stichwort Rapidgate). Ansonsten ging es immer bis 83%, und ich konnte problemlos durch erneutes Starten relativ schnell auf 90% kommen. Die IONIC, auf die ich ein paarmal an DC ALDI Stationen warten mußte, haben sogar meist bis 95% geladen laut Anzeige an den Stationen. Offenbar kühlen die besser.

Gruss, Roland

[B.XP]

Weis jemand, warum man bei "Zellen" bisher (spezialitäten ausgenommen) nicht wie bei Elektrolysen oder Fuel Cells auf Zellebene stackt ?

Die Vorteile wären wie bei den genanntem Beispielen eine hohe, beliebig wählbare Spannung und geringere Ströme. Muss ja nicht gleich eine 400 oder 800 Volt Stack sein...

Gruss SRAM

Der Witz an der Sache ist, dass genau dieses Prinzip bei Batterien bzw. Akkus eigentlich schon seit der Erfindung der Batterie verwendet wird - und es nach wie vor Gang und Gebe ist. Bei Bleibatterien gibt es auch Typen bei denen das Prinzip konstruktiv umgesetzt wird, andere Batterie- und Akkuzellen verwenden es nicht mehr weil das Handling schlicht einfacher ist. Einzelne Zellen zu fertigen und diese nach Belieben zu kombinieren ist einfacher und weniger fehleranfällig als eine große, monolithische Zelle zu fertigen. Auch die Teilspannungen innerhalb des Batteriestacks sind so einfacher zu kontrollieren. Natürlich lassen sich solche Balancing/Überwachungs-Anschlüsse auch in eine gestackte Zelle installieren. Vor ~10 Jahren hat afaik Toyota intensiv an solchen Zellenstacks geforscht.

Es hat aber ganz andere Gründe warum man Zellen immer noch nicht "stackt": Die Elektroden bei Li-Ionen-Zellen sind nicht einfach zwei Platten die sich gegenüber stehen, sondern zwei Folien mit den entsprechenden Kathoden/Anoden-Materialien bestrichen, mit einem Separator getrennt und mit Elektrolyt "getränkt" sind - und das ganze wird passend zum Packaging gerollt/gefaltet. Ganz stark simplifiziert kann das gleiche "Innenleben" in ein unterschiedliches Packaging verbaut werden. Ob Rund, Prismatisch oder als Pouch ist da erstmal "egal". Aber in Sachen Kühlung eben wiederum nicht; Prismatische Zellen eignen sich gut für eine Bodenkühlung, die Oberfläche ist bei Rundzellen zu klein, deshalb setzt man hier auf eine radiale bzw. Seitenkühlung. Je nach Literatur findet man hier aber auch sehr unterschiedliche Einordnungen dafür.

Meiner Meinung nach ist der Grund, warum wir keine Stack-Batterien sehen, tatsächlich das Pouch-Package. Angenommen, wir hätten statt dem lang-gewickelten Akku einen gestackten; das würde im gleichen Package bedeuten, dass die gleiche Menge Material quasi nur anders verschaltet wird - mehr Spannung, weniger Stromstärke. Der Energieinhalt bleibt der gleiche, dafür muss ich mehr individuelle Zwischenspannungen pro Element abgreifen und mehr Stack-Zellen nebeneinander schalten, damit ich auf den Strom komme. Insofern spare ich mir am Ende nichts. Wenn ich mir dann noch ansehe, dass das Pouch-Package kaum Gewicht/Raum braucht, dann ist das der elegantere, modularere Ansatz.

Bei der ganzen Wasserstoff-Geschichte ist der Grund ein anderer: Elektrolyse braucht eine hohe Stromstärke und eine große Oberfläche, aber keine hohe Spannung. Brennstoffzellen sind auf der Chemischen Seite parallel, an der elektrischen Seriell geschaltet. Beides geht einfach, da ich "außen rum" nur ein entsprechend dichtes Gehäuse brauche bei der die Edukte eingeführt werden und dann das Produkt (H2O) abgeführt werden kann. Liefert ein Element der BZ höhere/niedrigere Spannungen, ist da erstmal egal, am Ende zählt die Summe. Bei Akkus sieht das mitunter anders aus.

[solardaddy]

Ich darf daran erinnern, dass es eigentlich schon immer in Teilbereichen dieses Zusammbauen auf Zellebene zu Akkus höherer Spannung gibt.

Bei Kleinbatterien: 9V Batterie
Bei Autoakkus: Sechs Zellen á 2 Volt sind zu einer 12V Batterie zusammengefasst. Adoer 3 Stück bei kleinen 6V Akkus. Oder 12 Stück bei LKW Akkus.
SAFT STM100 (die berühmte Batterie der 90er für E-Fahrzeuge): 5 NiCd Zellen á 1,2 Volt in einem Gehäuse mit Wasserkühlung: 6V 100Ah
(solche Lösung in möglichst der gleichen mechanischen Größe und mit einfachen Anschlüssen auch für die Kühlung suche ich schon lange, natürlich mit Lithium inside).
Sicher gibt es noch viel mehr.

Es gibt einige Firmen, die 4 Lithium Zellen in ein Gehäuse packen, da recht geschlossen daherkommt. Sozusagen der Ersatz für 12V Blei Starterakkus. Vielfach aber auch für andere Anwendungen: Boote, Campingmobile und mehr. Ist zwar nicht direkt ein Zusammenbau auf Zellebene, sondern mehrere Zellen in einem Gehäuse. Ist aber schon mal ein erster Schritt.

[Super-E]

Also das mehrere Zellen in Reihe zu Modulen höherer Spannung verschaltet werden ist ja nicht gerade selten. Im Automobilbereich denke ich da besonders an die Module vom i3.

Ich glaube aber SRAM meint eigentlich was anderes.

Ich verstehe die Frage eher so, warum man nicht direkt nach einem leitfähigen chemischen Separator die nächste Kathode an die vorherige Anode legt. Kühlung sollte nicht das Problem sein, denn es geht ja nur um Volumen. Dann hätte man z.B eine bev2 Zelle und eben ein Vielfaches der normalen Zellspannung an den Polen und damit innerhalb der Zelle eine geringere Stromstärke...

Oder sehe ich da was falsch?

[SRAM]

Genau so !

Danke SRAM