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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen elektrochemischen Energiespeicher
und ein Verfahren zum Kühlen oder Erwärmen eines
elektrochemischen Energiespeichers, insbesondere eines Lithium-Ionen-Akkumulators.
Solche elektrochemischen Energiespeicher finden beispielsweise in
Kraftfahrzeugen Anwendung. Die Erfindung kann aber auch bei elektrochemischen
Energiespeichern ohne Lithium und auch unabhängig von Kraftfahrzeugen
Anwendung finden.
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Aus
dem Stand der Technik sind zahlreiche Bauformen von elektrochemischen
Energiespeichern mit galvanischen Zellen zur Speicherung elektrischer Energie
bekannt. Dabei wird die einem solchen Energiespeicher zugeführte
elektrische Energie in chemische Energie gewandelt und gespeichert.
Diese Wandlung ist verlustbehaftet, weil während dieser Wandlung
unumkehrbare (irreversible) chemische Reaktionen auftreten, welche
eine Alterung des Akkumulators bewirken. Die dabei auftretenden
Energieverluste werden in Form von Wärme freigesetzt, was
mit einer Temperaturerhöhung der galvanischen Zelle verbunden
sein kann.
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Mit
steigender Temperatur innerhalb einer galvanischen Zelle eines Akkumulators
sind neben schnellerer Wandlung der Energie aber auch die Alterung
beschleunigt. Insbesondere während der Beschleunigung eines
elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs werden dem Akkumulator über
kurze Zeiträume hohe elektrische Ströme entnommen.
Diese hohen elektrischen Ströme treten beispielsweise auch
auf, wenn die Verzögerung eines KFZ von elektrischen Einrichtungen
unterstützt und die gewonnene Energie dem Akkumulator zugeführt
wird.
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Steigt
die Temperatur in der galvanischen Zelle zu sehr an, besteht die
Gefahr einer Zerstörung des Energiespeichers, wobei dieser
unter bestimmten Voraussetzungen brennen oder explodieren kann.
Solche unerwünschten Phänomene können durch
eine möglichst wirksame Kühlung des elektrochemischen
Energiespeichers vermieden werden.
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Andererseits
arbeiten viele elektrochemische Energiespeicher erst oberhalb einer
von ihrer Bauart und ihrem Wirkprinzip abhängigen unteren Betriebstemperatur
effizient oder zuverlässig. Deshalb kann es, je nach dem
Einsatzzweck oder der Anwendung eines elektrochemischen Energiespeichers wünschenswert
sein, dessen Temperatur durch Wärmezufuhr zu erhöhen.
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Die
DE 602 134 74 T2 beschreibt
eine elektrochemische Energiespeichereinheit mit einem verformbaren,
wärmeleitfähigen Kühlbalg, der sich zu
einer schlangenförmigen Anordnung fügt und mehrere Strömungsabteile
aufweist, durch welche ein Wärmeübertragungsmedium
strömt.
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Die
DE 699 01 973 T2 beschreibt
eine Batterie aus mehreren Zellen mit einem Gehäuse, einem Belüftungssystem
und einer metallischen Wärmesenke und einem Fluid-Leitmittel,
das die Luft zu den Zellen leitet.
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Die
DE 10 2007 012 893
A1 beschreibt eine Kühlvorrichtung für
Batterien mit Speicherzellen, die in einem Batteriekasten untergebracht
sind und eine Kühleinrichtung zum Kühlen der Zellen
aufweist. Zur bedarfsgerechten Kühlung wird vorgeschlagen,
dass die Kühlvorrichtung einen Luftwärmetauscher,
einen Flüssigkeitskühler und eine Drei-Wege-Ventil
zum bedarfsweisen Umschalten zwischen diesen beiden Kühlern
umfasst.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein möglichst
wirkungsvolles Verfahren zum Kühlen oder zum Erwärmen
eines elektrochemischen Energiespeichers und einen entsprechenden
elektrochemischen Energiespeicher anzugeben. Dies wird erfindungsgemäß durch
die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche
erreicht.
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Der
erfindungsgemäße elektrochemische Energiespeicher
weist mindestens zwei elektrische Stromableiter zum elektrischen
Anschluss des elektrochemischen Energiespeichers innerhalb einer
Anwendungsumgebung auf. Diese Stromableiter weisen einen innerhalb
des elektrochemischen Energiespeichers angeordneten ersten Bereich
und einen außerhalb des elektrochemischen Energiespeichers angeordneten
zweiten Bereich auf. Der erfindungsgemäße elektrochemische
Energiespeicher ist dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer
dieser elektrischen Stromableiter so ausgestaltet ist, dass er in
dem zweiten Bereich von einem flüssigen oder gasförmigen
Wärmetransportmedium durchströmt werden kann.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Kühlung
oder Erwärmung eines solchen elektrochemischen Energiespeichers
wird wenigstens einer der elektrischen Stromableiter des Energiespeichers
in dem zweiten Bereich von einem flüssigen oder gasförmigen
Wärmetransportmedium durchströmt.
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Im
Zusammenhang mit der Beschreibung der vorliegenden Erfindung soll
unter einem elektrochemischen Energiespeicher jede Art von Energiespeicher
verstanden werden, dem elektrische Energie entnommen werden kann,
wobei eine elektrochemische Reaktion im Innern des Energiespeichers
abläuft. Der Begriff umfasst insbesondere galvanische Zellen
aller Art, insbesondere Primärzellen, Sekundärzellen
und Zusammenschaltungen solcher Zellen zu Batterien aus solchen
Zellen. Solche elektrochemischen Energiespeicher weisen üblicherweise
negative und positive Elektroden auf, die durch einen sogenannten
Separator getrennt sind. Zwischen den Elektroden findet ein Ionentransport
durch einen Elektrolyten statt.
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Im
Zusammenhang mit der Beschreibung der vorliegenden Erfindung soll
unter einem Stromableiter ein elektrisch leitendes Konstruktionselement
eines elektrochemischen Energiespeichers verstanden werden, welches
zum Transport elektrischer Energie in den Energiespeicher oder aus
dem Energiespeicher dient. Elektrochemische Energiespeicher weisen
gewöhnlich zwei Arten von Stromableitern auf, die jeweils
mit einer der beiden Gruppen von Elektroden – Anoden bzw.
Kathoden – im Innern des Energiespeichers verbunden sind.
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Im
Zusammenhang mit der Beschreibung der vorliegenden Erfindung soll
unter einem Wärmetransportmedium ein gasförmiges
oder flüssiges Material verstanden werden, das aufgrund
seiner physikalischen Eigenschaften geeignet ist, Wärme
durch Wärmeleitung und/oder Wärmetransport über
aerodynamische oder hydrodynamische Ströme, insbesondere
auch über Konvektionsströme, im Wärmetransportmedium
zu transportieren. Wichtige Beispiele für allgemein in
der Technik verwendete Wärmetransportmedien sind beispielsweise
Luft oder Wasser oder andere gebräuchliche Kühlmittel.
Je nach dem Anwendungszusammenhang sind auch andere Gase oder Flüssigkeiten
gebräuchlich, etwa chemisch inerte (wenig reaktionsfähige)
Gase oder Flüssigkeiten, wie beispielsweise Edelgase oder
verflüssigte Edelgase oder Stoffe mit hoher Wärmekapazität
und/oder Wärmeleitfähigkeit.
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Im
Zusammenhang mit der Beschreibung der vorliegenden Erfindung soll
unter einer Anwendungsumgebung eines Energiespeichers jede technische
Einrichtung verstanden werden, die elektrisch mit dem Energiespeicher
verbunden ist oder verbunden werden kann und somit elektrische Energie
aus dem Energiespeicher entnehmen oder dem Energiespeicher elektrische
Energie zuführen kann. Beispiele für solche Anwendungsumgebungen
sind elektrische Verbraucher aller Art oder elektrische Energieversorgungseinrichtungen
oder Kombinationen aus elektrischen Verbrauchern und Versorgern.
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Vorteilhafte
Ausführungsformen und Weiterbildungen sind Gegenstand der
Unteransprüche.
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Ein
bevorzugter elektrochemischer Energiespeicher weist mindestens einen
Stromableiter auf, der so ausgestaltet ist, dass er auch in dem
ersten Bereich von einem flüssigen oder gasförmigen
Wärmetransportmedium durchströmt werden kann.
Bei dieser Ausführungsform der Erfindung wird der Wärmetransport
auch im ersten Bereich durch ein Zusammenwirken von Wärmeleitung
und Wärmetransport durch Konvektionsströme in
dem Wärmetransportmedium bewirkt und deshalb bei geeigneter
Wahl eines Wärmetransportmediums möglicherweise
weiter verbessert.
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Ein
besonders bevorzugter elektrochemischer Energiespeicher weist mindestens
einen Stromableiter auf, der so ausgestaltet ist, dass er in dem
ersten und in dem zweiten Bereich von dem selben flüssigen
oder gasförmigen Wärmetransportmedium durchströmt
werden kann. Diese Ausführungsform ist besonders einfach
zu realisieren und kann bei geeigneter Wahl eines Wärmetransportmediums möglicherweise
mit einem besonders wirkungsvollen Wärmetransport verbunden
sein.
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Ein
besonders bevorzugter elektrochemischer Energiespeicher weist mindestens
einen Stromableiter auf, der so ausgestaltet ist, dass er in dem
ersten Bereich von einem ersten flüssigen oder gasförmigen
Wärmetransportmedium und in dem zweiten Bereich von einem
zweiten flüssigen oder gasförmigen Wärmetransportmedium
durchströmt werden kann. Diese Ausführungsform
kann bei geeigneter Wahl der Wärmetransportmedien und/oder bei
geeigneter Gestaltung der Strömungsverhältnisse
möglicherweise mit einem besonders wirkungsvollen Wärmetransport
verbunden sein. Dies gilt besonders dann, wenn, gemäß einer
besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung, mindestens ein Stromableiter so ausgestaltet ist, dass
ein Wärmeaustausch zwischen dem ersten und dem zweiten
Wärmetransportmedium stattfinden kann.
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Ein
weiterer bevorzugter elektrochemischer Energiespeicher weist mindestens
einen Stromableiter auf, der im zweiten Bereich mit einem Kühlkörper wärmeleitend
verbunden ist. Durch das Anbringen eines Kühlkörpers
auf dem von einem Wärmetransportmedium durchströmten
Stromableiter kann der Wärmetransport weiter verbessert
werden.
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Bei
einem weiteren bevorzugten elektrochemischen Energiespeicher ist
mindestens ein Kühlkörper so ausgestaltet, dass
er von einem flüssigen oder gasförmigen Wärmetransportmedium
wenigstens teilweise umströmt werden kann. Auch diese zusätzliche
Maßnahme dieses Ausführungsbeispiels dürfte in
vielen Fällen mit einer weiteren Verbesserung des Wärmetransports
verbunden sein.
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Bei
einem bevorzugten erfindungsgemäßen Verfahren
wird mindestens ein Stromableiter auch in dem ersten Bereich von
einem flüssigen oder gasförmigen Wärmetransportmedium
durchströmt. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung
wird der Wärmetransport auch im ersten Bereich durch ein
Zusammenwirken von Wärmeleitung und Wärmetransport durch
Konvektionsströme in dem Wärmetransportmedium
bewirkt und deshalb bei geeigneter Wahl eines Wärmetransportmediums
möglicherweise weiter verbessert.
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Bei
einem besonders bevorzugten erfindungsgemäßen
Verfahren wird mindestens ein Stromableiter in dem ersten und in
dem zweiten Bereich von dem selben flüssigen oder gasförmigen Wärmetransportmedium
durchströmt. Diese Ausführungsform ist besonders
einfach zu realisieren und kann bei geeigneter Wahl eines Wärmetransportmediums
möglicherweise mit einem besonders wirkungsvollen Wärmetransport
verbunden sein.
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Bei
einem besonders bevorzugten Verfahren wird mindestens ein Stromableiter
in dem ersten Bereich von einem ersten flüssigen oder gasförmigen Wärmetransportmedium
und in dem zweiten Bereich von einem zweiten flüssigen
oder gasförmigen Wärmetransportmedium durchströmt.
Diese Ausführungsform kann bei geeigneter Wahl der Wärmetransportmedien
und/oder bei geeigneter Gestaltung der Strömungsverhältnisse
möglicherweise mit einem besonders wirkungsvollen Wärmetransport
verbunden sein. Dies gilt besonders dann, wenn, gemäß einer
besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung, mindestens ein Stromableiter so ausgestaltet ist, dass
ein Wärmeaustausch zwischen dem ersten und dem zweiten
Wärmetransportmedium stattfinden kann.
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Bei
einem weiteren bevorzugten Verfahren ist mindestens ein Stromableiter
im zweiten Bereich mit einem Kühlkörper wärmeleitend
verbunden. Durch das Anbringen eines Kühlkörpers
auf dem von einem Wärmetransportmedium durchströmten Stromableiter
kann der Wärmetransport weiter verbessert werden.
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Bei
einem besonders bevorzugten Verfahren wird mindestens ein Kühlkörper
von einem flüssigen oder gasförmigen Wärmetransportmedium
wenigstens teilweise umströmt. Auch diese zusätzliche Maßnahme
dieses Ausführungsbeispiels dürfte in vielen Fällen
mit einer weiteren Verbesserung des Wärmetransports verbunden
sein.
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Einige
der beschriebenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung
wird der Fachmann anhand seines Fachwissens in vorteilhafter Weise
zu kombinieren wissen; andere vorteilhafte Ausführungsbeispiele,
die hier nicht abschließend beschrieben werden können,
wird der Fachmann mit Hilfe seines Fachwissens anhand der vorliegenden
Beschreibung leicht auffinden können. Die Erfindung ist
nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt.
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Im
folgenden wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele
und mit Hilfe der Figuren näher beschrieben.
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Dabei
zeigt
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1 eine
schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen
elektrochemischen Energiespeichers gemäß einer
ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei
der zwei Stromableiter nur im Bereich außerhalb des Energiespeichers
von einem Wärmetransportmedium durchströmt werden.
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2 eine
schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen
elektrochemischen Energiespeichers gemäß einer
zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei
der zwei Stromableiter nur im Bereich außerhalb des Energiespeichers
von einem Wärmetransportmedium durchströmt werden, und
bei der beide Stromableiter in Kontakt mit einem Kühlkörper
stehen.
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3 eine
schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen
elektrochemischen Energiespeichers gemäß einer
dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei
der zwei Stromableiter im Bereich innerhalb des Energiespeichers
von einem ersten Wärmetransportmedium und im Bereich außerhalb
des Energiespeichers von einem zweiten Wärmetransportmedium
durchströmt werden.
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4 eine
schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen
elektrochemischen Energiespeichers gemäß einer
vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei
der zwei Stromableiter im Bereich innerhalb des Energiespeichers
von einem ersten Wärmetransportmedium und im Bereich außerhalb
des Energiespeichers von einem zweiten Wärmetransportmedium
durchströmt werden, und bei der beide Stromableiter in
Kontakt mit einem Kühlkörper stehen.
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5 eine
schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen
elektrochemischen Energiespeichers gemäß einer
fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
bei der zwei Stromableiter im Bereich innerhalb und im Bereich außerhalb
des Energiespeichers von dem selben Wärmetransportmedium
durchströmt werden.
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6 eine
schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen
elektrochemischen Energiespeichers gemäß einer
sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei
der zwei Stromableiter im Bereich innerhalb und im Bereich außerhalb des
Energiespeichers von dem selben Wärmetransportmedium durchströmt
werden, und bei der beide Stromableiter in Kontakt mit einem Kühlkörper
stehen.
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Ein
erfindungsgemäßer elektrochemischer Energiespeicher
weist vorzugsweise gut wärmeleitende Stromableiter auf.
Solche Stromableiter leiten den elektrischen Strom aus dieser galvanischen
Zelle heraus bzw. in sie hinein. Solche Stromableiter sind bevorzugt
metallisch und weisen schon deshalb neben einer ausreichenden elektrischen
Leitfähigkeit häufig auch eine hohe Wärmeleitfähigkeit
auf.
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Diese
hohe Wärmeleitfähigkeit bewirkt, dass innerhalb
eines Stromableiters nur geringe Temperaturgradienten auftreten
und hohe Wärmeströme in oder aus der galvanischen
Zelle geleitet werden können. Ein erster Bereich 103, 104, 203, 204, 303, 304, 403, 404, 503, 504, 603, 604 des
Stromableiters ist innerhalb einer galvanischen Zelle angeordnet
und dort mit den elektrochemisch aktiven Komponenten der galvanischen
Zelle, also mit den durch einen Separator 102, 202, 302, 402, 502, 602 getrennten Elektroden
ungleichnamiger Polarität elektrisch verbunden. Ein zweiter
Bereich 105, 106, 205, 206, 305, 306, 405, 406, 505, 506, 605, 606 des
Stromableiters erstreckt sich aus dieser galvanischen Zelle und
dient dazu, den Energiespeicher elektrisch mit der Anwendungsumgebung
zu verbinden.
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Wie
in 1 anhand eines Ausführungsbeispiels schematisch
dargestellt, weist ein elektrochemischer Energiespeicher mindestens
zwei elektrische Stromableiter auf, die zum elektrischen Anschluss
des elektrochemischen Energiespeichers innerhalb einer Anwendungsumgebung
dienen. Diese Stromableiter weisen einen innerhalb des elektrochemischen
Energiespeichers angeordneten ersten Bereich und einen außerhalb
des elektrochemischen Energiespeichers angeordneten zweiten Bereich
auf. Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass
wenigstens einer dieser elektrischen Stromableiter so ausgestaltet
ist, dass er in dem zweiten Bereich von einem flüssigen
oder gasförmigen Wärmetransportmedium 107, 108, 207, 208, 307, 308, 407, 408, 507, 508, 607, 608 durchströmt
werden kann.
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Vorzugsweise
sind in dem erfindungsgemäßen Stromableiter zu
diesem Zweck Strömungskanäle 107, 108, 207, 208, 307, 308, 407, 408, 507, 508, 607, 608 vorgesehen,
durch die das flüssige oder gasförmige Wärmetransportmedium
strömen kann. Auf diese Weise wird der Stromableiter in
diesem äußeren Bereich nicht ausschließlich über
den Mechanismus der Wärmeleitung gekühlt, sondern
es findet zusätzlich ein Wärmetransport mit Hilfe
des flüssigen oder gasförmigen Wärmetransportmediums
statt.
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Die
Strömung des Wärmetransportmediums kann dabei
durch sog. Konvektion betrieben werden, bei der ein sich im Stromableiter
ausbildender Temperaturgradient von sich aus einen Konvektionsstrom in
dem Wärmetransportmedium hervorruft. Dieser Konvektionsstrom
sorgt dafür, dass dem äußeren Bereich
des Stromableiters ständig das Wärmetransportmedium
bei niedriger Temperatur zugeführt wird, und dass aus diesem
Stromableiter gleichzeitig das Wärmetransportmedium bei
höherer Temperatur abgeführt wird.
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Wählt
man die Materialeigenschaften des Wärmetransportmediums
in geeigneter Weise, dann lässt sich durch ein strömendes
Wärmetransportmedium eine wirksamere Kühlung erzielen,
als wenn die Kühlung allein durch Wärmeleitung
in einem beispielsweise metallischen Stromableiter erfolgen würde.
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Anstatt
den Wärmetransport im Wärmetransportmedium allein
durch thermische Konvektion hervorzurufen, ist es auch möglich,
den Strom des Wärmetransportmediums durch die Strömungskanäle von
außen anzutreiben. Hierbei kann die Strömungsgeschwindigkeit
größer gewählt werden als wenn eine reine
thermische Konvektion erfolgen würde. Die von außen
aufgeprägte Strömungsgeschwindigkeit kann dabei
so gewählt werden, dass der erzielte Wärmetransport
den momentanen Erfordernissen der Anwendung bzw. des Betriebszustandes
des Energiespeichers angepasst wird.
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Die
in 1 gezeigte Vorrichtung kann dabei sowohl zum Kühlen
als auch zum Erwärmen des elektrochemischen Energiespeichers
dienen. Befindet sich beispielsweise der elektrochemische Energiespeicher
unterhalb seiner optimalen Betriebstemperatur, dann kann durch Einspeisung
eines geeignet erwärmten Wärmetransportmediums
in die Strömungskanäle der Stromableiter erreicht
werden, dass die Stromableiter in ihrem äußeren
Bereich erwärmt werden. Dabei bildet sich ein Temperaturgradient
im Stromableiter aus, der durch einen in Richtung auf den inneren
Bereich einsetzenden Wärmestrom durch Wärmeleitung
abgebaut wird. Im Ergebnis erfolgt also ein Wärmestrom
von dem Wärmetransportmedium in den äußeren
Bereich des Stromableiters und innerhalb des Stromableiters durch Wärmeleitung
vom äußeren Bereich in seinen inneren Bereich,
wobei der innere Bereich der Stromableiter 103, 104 erwärmt
wird, was insgesamt zu einer Erwärmung der Zelle und damit
zu einer Anhebung der Temperatur des Energiespeichers auf seine
Betriebstemperatur führen kann.
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Erfolgt
hingegen im Betrieb des elektrischen Energiespeichers durch den
Ablauf irreversibler chemischer Reaktionen eine Erwärmung
innerhalb des Energiespeichers, dann muss dieser häufig
gekühlt werden, um zu verhindern, dass sich der Energiespeicher über
seine maximale Betriebstemperatur hinaus erwärmt. In diesem
Fall wird ein kühlendes Wärmetransportmedium bei
niedriger Temperatur in die Strömungskanäle 107, 108 der äußeren
Bereiche 105, 106 der Stromableiter eingespeist.
Dies führt zu einer Abkühlung der äußeren
Bereiche 105, 106 der Stromableiter, wodurch ein
Temperaturgradient zwischen den inneren Bereichen 103, 104 und
den äußeren Bereichen 105, 106 entsteht.
Dieser Temperaturgradient wird durch die einsetzende Wärmeleitung von
den inneren Bereichen 103, 104 in die äußeren Bereiche 105, 106 der
Stromableiter abgebaut, wodurch im Ergebnis ein Wärmestrom
von innen nach außen entsteht wodurch die Zelle und damit
der Energiespeicher gekühlt wird.
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Wie
in 2 anhand eines weiteren Ausführungsbeispiels
schematisch dargestellt, kann der Wärmetransport, beispielsweise
im Fall der Kühlung, weiter verbessert werden, indem in
den äußeren Bereichen 205, 206 der
Stromableiter Kühlkörper 209, 210 angebracht
werden, die in gutem Wärmeleitungskontakt mit den Stromableitern
stehen. Durch solche Kühlkörper, die vorzugsweise
eine große Oberfläche aufweisen und somit den
Wärmeübergang zwischen dem Stromableiter und der
Umgebung bedeutend erhöhen können, lässt
sich die Kühlung eines elektrochemischen Energiespeichers
im Betriebszustand bedeutend verbessern. Dies gilt umso mehr, wenn
die Kühlkörper 209, 210 zusätzlich von
einem Wärmetransportmedium 211, 212 umströmt
werden. Hierbei kann es sich um ein gasförmiges Wärmetransportmedium,
beispielsweise um Luft, oder auch um ein flüssiges Wärmetransportmedium, beispielsweise
um Wasser, handeln.
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Die
Wahl eines geeigneten Wärmetransportmediums wird durch
verschiedene Faktoren beeinflusst. Einerseits ist bei der Materialauswahl
der Gesichtspunkt eines möglichst wirkungsvollen Wärmeübergangs
von großer Bedeutung. Andererseits kann die verwendete
Energiespeichertechnologie auch die Wahl eines Wärmetransportmediums
beeinflussen. So wird es im Allgemeinen vorteilhaft sein, wenn das gewählte
Wärmetransportmedium sich chemisch inert (wenig reaktionsfähig)
gegenüber den Materialien verhält, mit denen es
im Normalbetrieb in Kontakt kommt, oder mit denen es im Störfall
in Kontakt kommen könnte.
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Wie
in 3 anhand eines weiteren Ausführungsbeispiels
der Erfindung schematisch dargestellt, kann der Wärmeübergang
zwischen dem Inneren des elektrochemischen Energiespeichers und den äußeren
Bereichen 305, 306 der Stromableiter weiter verbessert
werden, wenn die inneren Bereiche der Stromableiter 303, 304 ebenfalls
von einem Wärmetransportmedium durchströmt werden.
In dem in 3 schematisch dargestellten
Ausführungsbeispiel strömt das Wärmetransportmedium
in den inneren Bereichen 303, 304 der Stromableiter
durch geschlossene Strömungskanäle 313, 314.
Die hier gezeigte Anordnung der Strömungskanäle
in den inneren Bereichen der Stromableiter trägt daher
hauptsächlich zum Abbau von Temperaturgradienten innerhalb
der inneren Bereiche 303, 304 der Stromableiter
bei. Diese Anordnung der Strömungskanäle in den
inneren Bereichen führt nicht zu einem Wärmetransport
durch Strömung eines Wärmetransportmittels von
den inneren Bereichen in die äußeren Bereiche 305, 306 der
Stromableiter. Aus diesem Grund ist es bei diesem Ausführungsbeispiel
bevorzugt, die Strömungskanäle 308 und 313 bzw. 307 und 314 so anzuordnen,
dass ein intensiver Wärmeaustausch zwischen diesen Strömungskanälen
erfolgen kann. Dies kann vorzugsweise u. a. dadurch erreicht werden,
dass der Stromableiter im Übergangsbereich zwischen dem
inneren Bereich der Stromableiter 303, 304 und
dem äußeren Bereich 305, 306 der Stromableiter
besonders gut wärmeleitend ausgeführt wird.
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Wie
in 4 anhand eines weiteren Ausführungsbeispiels
schematisch dargestellt, kann auch im Fall des in 3 dargestellten
Ausführungsbeispiels der Wärmetransport, beispielsweise
im Fall der Kühlung, weiter verbessert werden, indem in
den äußeren Bereichen 405, 406 der
Stromableiter Kühlkörper 409, 410 angebracht
werden, die in gutem Wärmeleitungskontakt mit den Stromableitern
stehen. Durch solche Kühlkörper, die vorzugsweise
eine große Oberfläche aufweisen und somit den
Wärmeübergang zwischen dem Stromableiter und der
Umgebung bedeutend erhöhen können, lässt
sich die Kühlung eines elektrochemischen Energiespeichers
im Betriebszustand bedeutend verbessern. Dies gilt umso mehr, wenn
die Kühlkörper 409, 410 zusätzlich von
einem Wärmetransportmedium 411, 412 umströmt
werden. Hierbei kann es sich um ein gasförmiges Wärmetransportmedium,
beispielsweise um Luft oder auch um ein flüssiges Wärmetransportmedium, beispielsweise
um Wasser handeln.
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5 zeigt
in schematischer Weise ein weiteres Ausführungsbeispiel
der Erfindung, bei dem das in den äußeren Bereichen 505, 506 der
Stromableiter strömende Wärmetransportmedium auch
in den inneren Bereichen 503, 504 dieser Stromableiter fließt.
Bei geeigneter Wahl der Materialeigenschaften des Wärmetransportmediums
und bei geeigneter Auslegung der Strömungskanäle
wird der durch den Strom des Wärmetransportmediums bediente
Wärmetransport bei dieser Ausführungsform besonders hoch
sein.
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Im
Hinblick auf die Betriebssicherheit der gesamten Vorrichtung konnte
es jedoch – je nach verwendeter Technologie des elektrochemischen
Energiespeichers – mit Schwierigkeiten verbunden sein, im
inneren und im äußeren Bereich des Stromableiters
das gleiche Wärmetransportmedium strömen zu lassen,
beispielsweise dann, wenn ein im äußeren Bereich
sehr wirksames Wärmetransportmedium im Störfall
mit den im Innern des Energiespeichers verwendeten Materialien in
unerwünschter Weise chemisch reagieren könnte.
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Wie
in den 4 und 6 in schematischer Weise anhand
weiterer Ausführungsbeispiele gezeigt wird, kann der Wärmetransport
durch die Stromableiter weiter verbessert werden, wenn im äußeren
Bereich der Stromableiter geeignet ausgestaltete Kühlkörper
in wärmeleitendem Kontakt mit den Stromableitern angeordnet
werden, die den Wärmeübergang zwischen den Stromableitern
und der Umgebung erhöhen. Dieser Effekt kann weiter verbessert
werden, wenn diese Kühlkörper von einem Wärmetransportmedium
umströmt werden.
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Das
zur Kühlung der Kühlkörper 609, 610 verwendete
Wärmetransportmedium 611, 612 ist bevorzugt
ein elektrischer Isolator mit ansonsten möglichst guten
Wärmetransporteigenschaften. In vielen Fällen
wird hierfür Luft oder ein chemisch inertes Gas wie beispielsweise
Stickstoff oder Kohlendioxid geeignet erscheinen. Die Strömung
gasförmiger Wärmetransportmittel kann vorzugsweise
durch eine geeignete Anordnung von Ventilatoren betrieben werden.
Für die Erzeugung und Aufrechterhaltung einer Strömung
von flüssigen Wärmetransportmitteln sind vorzugsweise
Pumpen geeignet. Die Leistung solcher Ventilatoren oder Pumpen kann
vorzugsweise in Abhängigkeit von gemessenen Temperaturen
im Bereich der Stromableiter erfolgen, so dass beispielsweise die
Leistung dieser Ventilatoren oder Pumpen erhöht wird, wenn
die Temperatur von der gewünschten Betriebstemperatur zu
sehr abweicht. Je nachdem, ob eine Kühlung oder eine Erwärmung
des Inneren des elektrochemischen Energiespeichers erforderlich
oder erwünscht ist, sind die verwendeten Wärmetransportmedien
in geeigneter Weise zu temperieren. Dies kann vorzugsweise über
eine elektrische Heizung oder über ein elektrisch betriebenes Kühlaggregat
geschehen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 60213474
T2 [0006]
- - DE 69901973 T2 [0007]
- - DE 102007012893 A1 [0008]
