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Stand der Technik
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Sowohl
aus Sicherheitsgründen
als auch um die Bereitstellung einer spezifizierten elektrischen Leistung über die
gesamte Lebensdauer zu gewährleisten,
ist beim Einsatz von Batterien, insbesondere Lithium-Ionen-Batterien
für Kraftfahrzeuganwendungen,
eine strenge Temperierung der Lithium-Ionen-Zellen erforderlich.
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Die
Temperierung des Zellkerns wird mithilfe von äußeren Temperaturmanagementsystemen
realisiert, die einen Wärmefluss
von der Gehäuseoberfläche einer
Zelle hin zu einem Wärmetauscher
umfassen. Um Temperaturgradienten innerhalb der Zelle, insbesondere
innerhalb des Zellkerns, zu vermeiden, muss die Wärme zwischen
dem für
eine Temperierung gut zugänglichen
Gehäuse
und dem temperaturempfindlichen und Wärme produzierenden Zellkern
möglichst
widerstandsfrei geleitet werden können. Dies ist bislang nur
unzureichend gelöst.
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Batteriezellen
umfassen ein Gehäuse
und einen im Gehäuse
angeordneten Zellkern. Der Kern von Batteriezellen, beispielsweise
von prismatischen Lithium-Ionen-Zellen besteht im Wesentlichen aus
einem von flüssigem
Elektrolyt umgebenem Wickel. Der Wickel wird hauptsächlich aus
drei unterschiedlichen, dünnen
Schichten gebildet, die um eine Achse aufeinander gewickelt sind
und im Gehäuse
mit flüssigem
Elektrolyt umgegeben werden. Die Anode (beispielsweise aus Kupfer)
und die Kathode (beispielsweise aus Aluminium) besitzen hohe Strom- und
Wärmeleitfähigkeiten,
während
der Separator, der die dritte Schicht bildet, sowohl elektrisch
als auch thermisch isolierend wirkt. Die Anodenschicht und die Kathodenschicht
werden an jeweils gegenüberliegenden,
achsialen Enden des Wickels der Zelle zu einer Elektrode zusammengefasst,
der Anode bzw. der Kathode, und anschließend mit den Zellpolen verbunden,
wobei die Anode mit dem negativen Zellpol verbunden ist und die
Kathode mit dem positiven Zellpol. Das Gehäuse kann mit einer der Elektroden
verbunden sein, man spricht dann von einem potenzialgebundenen Gehäuse. Das
Gehäuse
kann aber auch von den beiden elektroden elektrisch isoliert vorliegen
und besitzt dann selbst kein elektrisches Potenzial.
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Da
der umgebende Elektrolyt eine sehr schlechte Wärmeleitfähigkeit besitzt und die Kontakte
zwischen Elektroden bzw. Zellpolen und Gehäuse elektrisch und thermisch
isoliert sind, verläuft
der Hauptwärmeleitpfad
zwischen dem Zellkern (Wickel) und dem Gehäuse nicht axial über die
Grundflächen des
Wickels, sondern radial über
die Seitenflächen des
Wickels. Dies hat erhebliche Auswirkungen auf der Temperaturverteilung
im Wickel. Aufgrund der unterschiedlichen Eigenschaften der verschiedenen gewickelten
Schichten, insbesondere den schlechten Wärmeleiteigenschaften der Separatorschicht,
leitet der Wickel die Wärme
relativ schlecht in der radialen Richtung, der Richtung des Hauptwärmeleitpfad. Dies
hat zur Folge, dass im Zellkern große Temperaturgradienten entstehen
können.
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Insbesondere
bei energieoptimierten Zellen, die deutlich dicker als leistungsoptimierte
Zellen sind, besteht die Gefahr, dass inhomogene Temperaturverteilungen
innerhalb der Zelle auftreten.
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Ein
aktuelles Konzept von Temperaturmanagementsystemen setzt auf die
Kombination von passiver Wärmeleitung
und aktivem Wärmeaustausch
mit einem Kühl-
oder Kältemittel.
Dem radialen Hauptwärmeleitpfad
folgend, wird die Wärme aussen über die
Seitenflächen
der Batteriezelle, beispielsweise mittels aussen an dem Gehäuse angeordneten
Wärmeleitblechen,
z. B. Aluminiumblechen, passiv nach nach einer Seite der Batteriezelle
geführt,
beispielsweise Richtung Zellboden. Diese Lösung beinhaltet die Verwendung
von großen
Mengen zusätzlichen
Materials, den Wärmeleitblechen,
was sich negativ auf die Gesamtmasse und das Gesamtvolumen der Batteriezelle
bzw. der Batterie auswirkt. Am Zellboden findet ein aktiver Wärmeaustausch
mit einer mit Kühlmittel
durchströmten
Kühlplatte
statt. Ein weiteres Problem dieser Lösung ist es, dass der abgeführte Wärmefluss
sich kaum über
die Gestaltung der passiv wärmeleitenden
Aluminiumbleche erhöhen
lässt und
somit die Temperaturgradienten in der Batteriezelle bei steigender
thermischer Leistung steigen.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es einen oder mehrere der Nachteile
des Standes der technik zu vermindern oder zu vermeiden. Insbesondere
ist es Aufgabe der Erfindung eine Batteriezelle bereitzustellen,
bei der Wärme
aus dem Zellkern schneller und/oder gleichmäßiger aus der Batteriezelle
ausgeführt
werden kann.
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Offenbarung der Erfindung
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Die
Aufgabe wird gelöst
durch Bereitstellung einer Batteriezelle umfassend ein Gehäuse und
einen im Gehäuse
angeordneten Zellkern, wobei der Zellkern einen Wickel enthält, der
eine achsiale Wicklung von mindestens drei Schichten aufweist, einer Anodenschicht,
einer Kathodenschicht und einer Separatorschicht, wobei die Anodenschicht
an einem achsialen Ende des Wickels zu einer Elektrode zusammengefasst
und mit einem negativen Zellpol verbunden ist und die Kathodenschicht
am gegenüberliegenden
achsialen Enden des Wickels zu einer Elektrode zusammengefasst und
mit einem positiven Zellpol verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass
- i) eine der Elektroden mit mindestens
einem im Gehäuse
angeordneten Elektrodenwärmeleiter direkt
wärmeleitend
verbunden ist; und
- ii) der mindestens eine Elektrodenwärmeleiter wärmeleitend mit einem ausserhalb
des Gehäuses
angeordneten Wärmetauscher
verbunden ist;
so dass Wärme in achsialer Richtung des
Wickels aus dem Zellkern ableitbar und anschließend dem Wärmetauscher zuführbar ist,
wobei
alle Elektrodenwärmeleiter
der Batteriezelle zusammengenommen eine Wärmeleitfläche bilden über die mindestens 50% der
aus dem Zellkern abgegeleiteten Wärme dem Wärmetauscher zuführbar ist.
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Bevorzugt
handelt es sich bei der erfindungsgemäßen Batteriezelle um eine Lithium-Ionen-Batteriezelle
oder um eine Lithium-Ionen-Polymer-Batteriezelle.
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Bei
der erfindungsgemäßen Batteriezelle
ist der Hauptwärmeleitpfad
verändert
und führt
jetzt nicht mehr radial aus dem Wickel, sondern verläuft axial
entlang der Wickelachse aus dem Kern. Da nun nicht mehr intermittierende
Abschnitte mit guter thermischer Leitfähigkeit (Kathoden- und Anodenschichten)
und Abschnitte mit schlechter thermischer Leitfähigkeit (Separatorschicht) überwunden
werden müssen
verringert sich insgesamt der Wärmeleitwiderstand
aus dem Wickelinneren zum Gehäuse
und eine Temperierung mittels eines aussen gelegenen Wärmetauschers
kann schneller und effizienter stattfinden. Die resultierende Umorientierung
des Hauptwärmeleitpfads
in der axialen Richtung des Wickels hat aufgrund der guten Wärmeleitfähigkeit
in diese Richtung eine erhebliche Verringerung der Temperaturgradienten
im Zellkern zur Folge. Insbesondere bei dicken energieoptimierten
Zellen ist es von Vorteil die Wärmeflüsse mit
der Umgebung über
die Elektroden zu führen.
Bei diese Lösung
ist eine passive Wärmeleitung
auf der Aussenseite der Batteriezelle überflüssig, was eine Volumen- und
Gewichtsreduzierung der Batteriezelle ermöglicht.
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Die
erfindungsgemäße Batteriezelle
umfasst ein Gehäuse.
Das Gehäuse
kann verschiedenste Formen und Gestaltungen aufweisen. Insbesondere kann
das Gehäuse
prismenförmig
sein. An das Gehäuse
werden keine unüblichen
Anforderungen gestellt, so dass Gehäuse aus Materialien verwendet werden
können,
die bereits im Stand der Technik als Materialien für Batteriezellengehäuse eingesetzt worden
sind. Bevorzugt weist das Gehäuse
Aluminium auf oder besteht daraus.
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Im
Inneren des Gehäuses
ist der Zellkern angeordnet. Der Zellkern umfasst einen, ggf. von
flüssiger
Elektrolytlösung
umgebenen, Wickel. Der Wickel weist eine Wicklung von unterschiedlichen
Schichten um eine Wickelachse auf. Der Wickel umfasst mindestens
drei unterschiedliche Schichten, eine Anodenschicht, eine Kathodenschicht
und eine dazwischen liegende Separatorschicht. Der Wickel kann weitere
zusätzliche
Schichten aufweisen. An einem axialen Ende des Wickels wird die
Anodenschicht zu einer Elektrode zusammengefasst, die mit dem negativen
Zellpol der Batteriezelle verbunden ist. Am gegenüberliegenden
axialen Ende des Wickels ist die Kathodenschicht zu einer Elektrode
zusammengefasst, die mit dem positiven Zellpol verbunden ist. An
den Aufbau des Wickels werden keine unüblichen Anforderungen gestellt,
so dass hier je nach Batteriezelltyp übliche Anoden-, Separator-,
Kathodenschichten sowie ggf. Elektrolytlösungen in allen möglichen,
Zusammensetzungen, Schichtdicken und Dimensionierungen verwendet
werden können.
Insbesondere können übliche Elektrolyt-Anoden-Kathoden-Separator-Kombinationen
eingesetzt werden, wie sie in Lithium-Ionen- oder Lithium-Ionen-Polymer-Zellen Verwendung
finden. Bevorzugt kann die Anodenschicht und die daraus gebildete
Elektrode Kupfer aufweisen oder daraus bestehen. Insbesondere kann
die Kathodenschicht und die daraus gebildete Elektrode Aluminium
aufweisen oder daraus bestehen.
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Die
erfindungsgemäße Batteriezelle
weist mindestens einen im Gehäuse
angeordneten Elektrodenwärmeleiter
auf, der mit einer der beiden Elektroden direkt wärmeleitend
verbunden ist. Dabei ist der Elektrodenwärmeleiter so beschaffen, dass über den
Elektrodenwärmeleiter
Wärme,
die von der Elektrode aus dem Wickel geleitet wird, effektiv an
einen ausserhalb des Gehäuses
befindlichen Wärmetauscher
weitergegeben werden kann. Dazu kann der Elektrodenwärmeleiter
derart gestaltet sein, dass er einen Wärmeleitwiderstand aufweist,
der nicht höher ist
als der Wärmeleitwiderstand
der mit dem Elektrodenwärmeleiter
verbundenen Elektrode. Der mindestens eine Elektrodenwärmeleiter
kann ein Material enthalten oder daraus bestehen, welches eine Wärmeleitfähigkeit
aufweist, die mindestens der Wärmeleitfähigkeit
der mit dem Elektrodenwärmeleiter
verbundenen Elektrode entspricht. Bevorzugt besteht der elektrodenwärmeleiter
aus dem selben Material wie die elektrode mit der er verbunden ist.
Besonders bevorzugt kann der mindestens eine Elektrodenwärmeleiter
Aluminium aufweisen oder daraus bestehen.
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Der
mindestens eine Elektrodenwärmeleiter ist
an einem ersten Ende mit einer der Elektrode der Batteriezelle verbunden.
In einer Batteriezelle mit potentialgeladenem Gehäuse ist
der Elektrodenwärmeleiter
in der Regel mit der Kathode verbunden. In einer Batteriezelle mit
potentialneutralem Gehäuse kann
der mindestens eine Elektrodenwärmeleiter entweder
mit der Kathode oder der Anode verbunden vorliegen. Die erfindungsgemäße Batteriezelle
kann auch mehrere Elektrodenwärmeleiter
aufweist, wobei sowohl eine Elektrode mit mehr als einem Elektrodenwärmeleiter
verbunden sein kann, als auch beide Elektroden jeweils unabhängig voneinander
mit einem oder mehreren Elektrodenwärmeleiter verbunden sein können.
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An
einem zweiten Ende ist der mindestens eine Elektrodenwärmeleiter
derart ausgestaltet, dass er mit einem ausserhalb des Gehäuses angeordneten
Wärmetauscher
wärmeleitend
verbindbar ist, so dass Wärme
in axialer Richtung des Wickels aus dem Zellkern ableitbar und anschließend dem
Wärmetauscher
zuführbar
ist. Dazu kann der Elektrodenwärmeleiter
in einem L- oder T-Profil ausgebildet sein, wobei der vertikale
Teil des Profils mit der Elektrode verbunden ist und der horizontal
ausgeprägte Teil
des Profils der Wärmeübertragung
in Richtung des Wärmetauschers
dient. Der Wärmeübertrag
aus dem Elektrodenwärmeleiter
in Richtung des Wärmetauschers
erfolgt über
eine Wärmeleitfläche. Diese Wärmeleitfläche umfasst
die Fläche
aller in der Batteriezelle vorhandenen Elektrodenwärmeleiter,
die für
die Weiterleitung der Wärme
aus den Elektrodenwärmeleitern
in Richtung auf den Wärmetauscher
zur Verfügung
stehen. Dabei sind die Elektrodenwärmeleiter derart ausgestaltet,
dass über
die resultierende Wärmeleitfläche mindestens
50% der aus dem Zellkern abgeleiteten Wärme dem Wärmetauscher zuführbar ist.
Die Wärmeleitfläche kann
mindestens 5% und höchstens
50% der inneren Oberfläche
des Gehäuses
direkt oder indirekt bedecken und/oder mindestens 5% und höchstens
50% der Gehäusewand bilden.
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Für den Übertrag
von Wärmeenergie
aus dem Elektrodenwärmeleiter
in den Wärmetauscher kann
der mindestens eine Elektrodenwärmeleiter über die
Wärmeleitfläche direkt
mit dem Wärmetauscher
in Kontakt stehen. Dazu kann das Gehäuse derart geformt sein, dass
im Bereich des Kontakt zwischen dem Elektrodenwärmeleiter und dem Wärmetauscher
die Wärmeleitfläche die
Gehäusewand
ersetzt. Alternativ kann die Überleitung
von Wärmeenergie
aus dem Elektrodenwärmeleiter
in den Wärmespeicher
indirekt erfolgen, wobei zwischen Wärmeleitfläche und Wärmetauscher mehrere, bevorzugt wärmeleitende
Schichten vorhanden sein können. Beispielsweise
können
diese zusätzlichen
Schichten die Gehäusewand
und/oder eine elektrische Isolierschicht umfassen oder daraus bestehen.
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Soll
das Gehäuse
der erfindungsgemäßen Batteriezelle
potentialneutral ausgestaltet sein oder sind beide Elektroden, sowohl
die Anode als auch die Kathode, jeweils unabhängig voneinander mit mindestens
einem Elektrodenwärmeleiter
verbunden, so ist es notwendig, dass zwischen Wärmeleitfläche der Elektrodenwärmeleiter
und Gehäusewand
eine Isolierschicht vorhanden ist, die zwar elektrisch isolierend
ist, die aber ausreichend wärmeleitfähig ist,
um einen Wärmeübertrag
zwischen Elektrodenwärmeleiter
und Wärmetauscher
zu gewährleisten.
Dazu kann die Isolierschicht ein Material enthalten oder daraus bestehen,
welches eine Wärmeleitfähigkeit
aufweist, die mindestens der Wärmeleitfähigkeit
des mindestens einen Elektrodenwärmeleiters
entspricht.
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Die
erfindungsgemäße Batteriezelle
ist derart mit einem ausserhalb des Gehäuses angeordneten Wärmetauscher
verbunden, dass ein Wämreübertrag
vom mindestens einen Elektrodenwärmeleiter
zum Wärmetauscher
möglich
ist. An den Wärmetauscher
werden für
die Zwecke der Erfindung keine besonderen Anforderungen gestellt,
so dass grundsätzlich
jeder bekannte Wärmetauscher
verwendet werden kann, vorausgesetzt der Wärmetauscher weist eine Kapazität auf, die
groß genug
ist die zu erwartende Abwärmemenge
der betreffenden erfindungsgemäßen Batteriezelle
aufzunehmen. Es ist möglich,
dass eine erfindungsgemäße Batteriezelle mit
einem oder mehreren Wärmetauschern
verbunden ist. Es ist auch möglich,
dass eine oder mehr als eine erfindungsgemäße Batteriezelle mit einem
Wärmetauscher
wärmeleitend
verbunden sind. Bevorzugt werden aktive Wärmetauscher eingesetzt, die mit
einem Kühl-
oder Kältemittel
betrieben werden. Es ist auch möglich
Latentwärmespeicher
als Wärmeaustauscher
einzusetzen.
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf eine Batterie enthaltend
eine oder mehrere erfindungsgemäße Batteriezellen.
Bevorzugt weist die Batterie mehrere in Reihe geschaltete erfindungsgemäße Batteriezellen
desselben Typs auf.
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In
den folgenden Ausführungsbeispielen wird
die Erfindung näher
beschrieben.
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Figuren
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1 zeigt in schematischer Schnittdarstellung
eine Batteriezelle mit einer Temperierung nach Stand der Technik.
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2 zeigt in schematischer Schnittdarstellung
eine erste Ausführung
einer erfindungsgemäßen Batteriezelle.
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3 zeigt
in schematischer Schnittdarstellung eine zweite Ausführung einer
erfindungsgemäßen Batteriezelle.
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4 zeigt
in schematischer Schnittdarstellung eine dritte Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Batteriezelle.
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5 zeigt in schematischer Schnittdarstellung
in 5A, B, C, D, E, F fünf verschiedene Profile erfindungsgemäßer Elektrodenwärmeleiter.
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In 1 ist eine schematischer Schnitt durch eine
prismatische Batteriezelle aus dem Stand der Technik gezeigt, bei
der der Hauptwärmeleitpfad
radial zur Wickelachse verläuft.
Wie in 1A gezeigt, weist die Batteriezelle
ein Gehäuse 1 auf
in dem ein Wickel 3 angeordnet ist. Der Wickel 3 umfasst
drei Schichten, eine Anodenschicht, eine Separatorschicht und eine
Kathodenschicht, die gemeinsam um eine Achse des Wickels 3 gewickelt
sind. Auf der Aussenseite des Gehäuses 1 weist die Batteriezelle Wärmeleitbleche 2 auf,
die die radial aus dem Wickel abgeleitete und an das Gehäuseäußere abgegebene Wärme aufnehmen
und zu einem an einer Seite der Batteriezelle aussen angebrachten
aktiven Wärmetauscher 4 weiter
leiten können.
Parallel zur Wickelachse des Wickels 3 verläuft eine
Schnittebene 5 durch die Batteriezelle. In 1B ist
die bekannte Batteriezelle gemäß der Schnittebene 5 dargestellt. Hier
ist gezeigt, wie die Anodenschicht 6 an einem axialen Ende
des Wickels 3 zu einer Elektrode 7, der Anode,
zusammengefasst ist und mit einem negativen Zellpol 8 verbunden
ist. Die Kathodenschicht 9 ist am gegenüberliegenden axialen Ende des
Wickels 3 zu einer Elektrode 10, der Kathode,
zusammengefasst und mit einem positiven Zellpol 11 verbunden. Zur
Verdeutlichung des Hauptwärmeleitpfades
ist der Wärmetransport
aus dem Wickel 3 zum aktiven Wärmetauscher 4 durch
Pfeile gekennzeichnet. Es wird deutlich, dass bei dieser Art von
Wärmeleitung
die Wärme über viele
Schichtgrenzen des Wickels 3 erfolgen muss. Da die unterschiedlichen
Schichten unterschiedlich gute Wärmeleiteigenschaften
aufweisen, entsteht ein großer
Temperaturgradient zwischen dem Kern des Wickels 3 und
den äußeren Schichten
des Wickels 3. Diese Form des Wärmetransports ist ineffizient
und kann dazu führen,
dass sich bei Betrieb der Batteriezelle nur ein Teil des Wickels 3 im
optimalen Temperaturbereich befindet und somit die optimale Leistung
der Batteriezelle nicht abrufbar ist.
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In 2 ist ein schematischer Schnitt durch eine
erste Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Batteriezelle
gezeigt. Der Aufbau der Ausführungsform
folgt im Wesentlichen dem Aufbau der zuvor in 1 beschriebenen
Batteriezelle des Standes der Technik, so dass im folgenden insbesondere auf
die Unterschiede zwischen der Batteriezelle aus 1 und
der erfindungsgemäßen Batteriezelle
aus 2 eingegangen wird. Die in 2A und 2B dargestellte
erfindungsgemäße Batteriezelle
weist keine, aussen am Gehäuse 1 angeordneten
Wärmeleitbleche 2 auf.
Dafür ist
die Elektrode 10, die Kathode, mit einem Elektrodenwärmeleiter 12 direkt
wärmeleitend
verbunden. Diese Verbindung ist in 2B als
direkter Kontakt 13 zwischen dem Elektrodenwärmeleiter 12 und
der Elektrode 10 hervorgehoben. Der Elektrodenwärmeleiter 12 ist
mit einem T-förmigen Profil
ausgestaltet, wobei der Kontakt 13 zwischen einer vertikalen
Ausdehnung des Elektrodenwärmeleiters 12 und
der Elektrode 10 ausgebildet ist. Der horizontale Bereich
des T-Profils des Elektrodenwärmeleiters 12 ersetzt
und/oder bildet einen Teil der Wand des Gehäuses 1. Dabei entstehen die
offenen Kontakte 14a und 14b, an denen der Elektrodenwärmeleiter 12 mit
dem Gehäuse 1 derart verbunden
ist, dass mindestens ein Teil einer Aussenfläche der Batteriezelle nicht
von einer Wand des Gehäuses 1 gebildet
wird, sondern von einer Oberfläche
des Elektrodenwärmeleiters 12.
Der horizontale Bereich des T-Profils
des Elektrodenwärmeleiters 12 bildet
auch die Wärmeleitfläche 15 der
erfindungsgemäßen Batteriezelle.
Wie in 2B gezeigt steht der Elektrodenwärmeleiter 12 über die
Wärmeleitfläche 15 direkt
mit einem aktiven Wärmetauscher 4 derart in
Kontakt, dass mindestens 50% der aus dem Wickel 3 bzw.
aus dem Zellkern abgeleiteten Wärme dem
Wärmetauscher
darüber
zugeführt
wird. Der Hauptwärmeleitpfad
ist in 2B wieder durch Pfeile gekennzeichnet.
Der Wärmetransport
aus dem Wickelinneren erfolgt nun entlang der Elektrodenschicht und
somit in axialer Richtung des Wickels hin zur Elektrode 10.
Dort erfolgt ein Wärmeübertrag
von der Elektrode 10 an den Elektrodenwärmeleiter 12 und schließlich wird
die Wärme
aus dem Gehäuse
der Batteriezelle direkt an einen Wärmetauscher 4 abgeleitet.
Der Wärmefluss
aus dem Wickel 3 bzw. dem Zellkern erfolgt also nicht mehr
in radialer Richtung sondern in axialer Richtung parallel zur Wickelachse des
Wickels 3. Abgegeben wird die Wärme dann direkt an einen Wärmetauscher 4 über eine
Wärmeleitfläche 15.
Bei der erfindungsgemäßen Batteriezelle erfolgt
der Wärmetransport
aus dem Kern des Wickels 3 effizienter, weil nicht mehr
so viele Schichtgrenzen überwunden
werden müssen, insbeondere muss
die Wärme
nicht über
so viele schlecht wärmeleitende
Separatorschichten transportiert werden. Der Wärmetransport kann somit schneller
erfolgen und sorgt insgesamt für
einen geringeren Temperaturgrandienten über den Wickel 3,
so dass bei Betrieb der Batteriezelle größere Teile des Wickels 3 im
optimalen Temperaturbereich gehalten werden können und somit höhere Spitzenleistungen
der Batteriezelle abrufbar sind.
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In 3 ist
eine zweite Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Batteriezelle
im schematischen Schnitt dargestellt. Diese zweite Ausführungsform
unterscheidet sich von der ersten in 2 gezeigten
dadurch, dass nun nicht nur die Elektrode 10, die Kathode,
mit einem Elektrodenwärmeleiter 12 verbunden
ist, sondern auch die Elektrode 7, die Anode der erfindungsgemäßen Batteriezelle,
mit einem eigenen Elektrodenwärmeleiter 12 verbunden
ist. In der Ausführungsform
in 3 leitet jeder Elektrodenwärmeleiter 12 die Wärme jeweils
an einen separaten Wärmetauscher 4 ab.
Da bei dieser Batteriezelle die Kathode bereits mit dem Gehäuse 1 verbunden ist
und somit ein potentialgeladenes Gehäuse aufweist, ist es erforderlich
zwischen den mit der Anode, der Elektrode 7, verbundenen
Elektrodenwärmeleiter 12 und
dem Gehäuse 1 eine
elektrische Isolierschicht 16 einzuführen, so dass die Elektrode 7 nicht
elektrisch leitend mit dem Gehäuse 1 verbunden
ist. Die elektrische Isolierschicht besteht dabei aus einem Material,
welches zwar elektrisch isolierend ist, aber dabei wärmeleitend
bleibt und Wärme
vom mit der Elektrode 7 verbundenen Elektrodenwärmeleiter 12 in
Richtung eines Wärmetauschers 4 weiterleiten kann.
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In 4 ist
eine dritte Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Batteriezelle
gezeigt. Diese Batteriezelle weist sowohl zwischen dem Elektrodenwärmeleiter 12,
der mit der Anode (Elektrode 7) verbunden ist, als auch
dem Elektrodenwärmeleiter 12,
der mit der Kathode (Elektrode 10) verbunden ist, und dem
Gehäuse 1 jeweils
eine wärmeleitende
elektrische Isolierschicht 16 auf. Bei dieser Ausführungsform
kann das Gehäuse 1 potentialneutral
ausgestaltet sein.
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In 5 sind unterschiedliche Profile des Elektrodenwärmeleiters 12 dargestellt.
Die Profile in 5A und 5B stellen
T-Profile dar, die offene Kontakte 14a und 14b mit
dem Gehäuse 1 aufweisen,
so dass ein Wärmetransport
vom Elektrodenwärmeleiter 12 über die
Wärmeleitfläche 15 hin
zu einem Wärmetauscher 4 also
nicht über
eine Gehäusewandschicht
erfolgt sondern ein direkter Kontakt zwischen Wärmeleitfläche 15 des Elektrodenwärmeleiter 12 mit
einem Wärmetauscher 4 möglich ist.
Die Profile in 5C, 5D, 5E und 5F stellen
T- und L-Profile
dar, die keine offenen Kontakte 14a und 14b aufweisen
und über
ihre Wärmeleitfläche 15 mit
einem Teil der Wand des Gehäuses 1 in Kontakt
stehen, so dass ein Wärmetransport
vom Elektrodenwärmeleiter 12 über die
Wärmeleitfläche 15 hin
zu einem Wärmetauscher 4 nicht über einen direkter
Kontakt zwischen Wärmeleitfläche 15 mit
einem Wärmetauscher 4 möglich ist,
sondern indirekt erfolgt mindestens über eine Gehäusewandschicht hinweg.