DE102011018930B4

DE102011018930B4 - Sekundärbatteriemodul

Info

Publication number: DE102011018930B4
Application number: DE201110018930
Authority: DE
Inventors: Kuo-Huey CHEN; Taeyoung Han; Bahram Khalighi; Chih-Cheng Hsu; Herman K. Phlegm; Robert D. Drexler
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2010-05-04
Filing date: 2011-04-28
Publication date: 2013-02-28
Anticipated expiration: 2031-04-29
Also published as: DE102011018930A1; CN102233703A; CN102233703B; US8372532B2; US20110274957A1

Abstract

Sekundärbatteriemodul (28), welches zum Betrieb durch Elektronenübertragung ausgebildet ist, wobei das Sekundärbatteriemodul (28) umfasst:
eine Sekundärbatteriezelle (10), die eine Länge und eine durchschnittliche messbare Temperatur entlang der Länge während des Betriebes des Sekundärbatteriemoduls (28) aufweist; und
ein Verbundprodukt (14), das benachbart zu und in thermischem Kontakt mit der Sekundärbatteriezelle (10) angeordnet ist, um dadurch thermische Energie von der Sekundärbatteriezelle (10) während eines Betriebes des Sekundärbatteriemoduls (28) abzuleiten, wobei das Verbundprodukt (14) umfasst:
eine erste Graphitschicht (16);
eine zweite Graphitschicht (18), die von der ersten Graphitschicht (16) beabstandet und parallel zu dieser angeordnet ist; und
eine Metallschicht (26), die zwischen jeder der ersten Graphitschicht (16) und der zweiten Graphitschicht (18) und in Kontakt mit diesen angeordnet ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenlegung betrifft ein Sekundärbatteriemodul.
Hintergrund der Erfindung
Batterien sind nützlich, um chemische Energie in elektrische Energie umzuwandeln, und können als primär und sekundär beschrieben werden. Primärbatterien sind allgemein nicht wiederaufladbar, während Sekundärbatterien ohne weiteres wiederaufladbar sind und nach Gebrauch auf eine vollständige Ladung zurückgebracht werden können. Als solches können Sekundärbatterien für Anwendungen wie z. B. zum Betreiben von elektronischen Vorrichtungen, Werkzeugen, Maschinen und Fahrzeugen nützlich sein. Zum Beispiel können Sekundärbatterien für Fahrzeuganwendungen außerhalb des Fahrzeuges über einen herkömmlichen elektrischen Steckdosenausgang oder im Fahrzeug eingebaut über einen regenerativen Vorgang wiederaufgeladen werden.
Eine Sekundärbatterie, die auch als ein Sekundärbatteriesatz bekannt sein kann, kann ein oder mehrere Sekundärbatteriemodule umfassen. Ebenso kann ein Sekundärbatteriemodul eine oder mehrere Sekundärbatteriezellen umfassen, die benachbart zueinander, z. B. gestapelt, positioniert sind. Wenn solche Sekundärbatterien geladen oder entladen werden, wird Wärme produziert. Wenn diese Wärme nicht beherrscht wird, kann sie die Haltbarkeit und Leistung der Sekundärbatterie und/oder einzelner Sekundärbatteriezellen beeinträchtigen. Es ist daher wichtig, eine gleichmäßige Temperaturverteilung innerhalb der Sekundärbatteriezellen aufrechtzuerhalten, um die Sekundärbatterie innerhalb eines gewünschten Betriebstemperaturbereiches zu betreiben, um die Leistung und Langlebigkeit der Sekundärbatterie zu maximieren.
Die Druckschrift WO 2010/112 468 A1 beschreibt ein Verbundprodukt aus Metallschichten, bei dem jede Metallschicht zwischen zwei Graphitschichten eingebunden ist. Die Druckschrift DE 10 2008 044 162 A1 beschreibt ein Sekundärbatteriemodul mit einem in der Batterie angeordneten Wärmeleitelement.
Zusammenfassung der Erfindung
Ein Verbundprodukt zum Ableiten von thermischer Energie von einer Sekundärbatteriezelle umfasst eine erste Graphitschicht, eine zweite Graphitschicht, die von der ersten Graphitschicht beabstandet und parallel zu dieser angeordnet ist, und eine Metallschicht, die zwischen und in Kontakt mit jeder von der ersten Graphitschicht und der zweiten Graphitschicht angeordnet ist.
Ein erfindungsgemäßes Sekundärbatteriemodul, das zum Betrieb durch Elektronenübertragung ausgebildet ist, umfasst das Verbundprodukt und eine Sekundärbatteriezelle, die eine Länge und eine durchschnittliche messbare Temperatur entlang der Länge während des Betriebes des Sekundärbatteriemoduls aufweist. Das Verbundprodukt ist benachbart zu und in thermischem Kontakt mit der Sekundärbatteriezelle angeordnet, um dadurch thermische Energie von der Sekundärbatteriezelle während des Betriebes des Sekundärbatteriemoduls abzuleiten.
In einer Variante umfasst ein Sekundärbatteriemodul eine Vielzahl von Sekundärbatteriezellen, wobei jede eine Länge und eine durchschnittliche messbare Temperatur entlang der Länge aufweist. Ferner ist jede der Sekundärbatteriezellen von einer benachbarten der Sekundärbatteriezellen beabstandet und parallel zu dieser angeordnet. Die Vielzahl von Sekundärbatteriezellen umfasst eine erste der Sekundärbatteriezellen, die eine durchschnittliche messbare erste Temperatur während des Betriebes des Sekundärbatteriemoduls aufweist, und eine endständige der Sekundärbatteriezellen, die eine durchschnittliche messbare endständige Temperatur während des Betriebes des Sekundärbatteriemoduls aufweist. Die endständige der Sekundärbatteriezellen ist von der ersten der Sekundärbatteriezellen durch zumindest eine weitere der Sekundärbatteriezellen getrennt. Das Sekundärbatteriemodul umfasst ferner eine Vielzahl von Verbundprodukten, wobei jedes der Verbundprodukte benachbart zu und in Kontakt mit zumindest einer der Sekundärbatteriezellen angeordnet ist, um dadurch thermische Energie von der zumindest einen der Sekundärbatteriezellen während des Betriebes des Sekundärbatteriemoduls abzuleiten.
Das Verbundprodukt stellt eine ausgezeichnete Temperatursteuerung für die Sekundärbatteriezelle und das Sekundärbatteriemodul bereit. Das heißt, das Verbundprodukt leitet thermische Energie von der Sekundärbatteriezelle während des Betriebes, d. h. während eines Ladens und Entladens des Sekundärbatteriemoduls, ab. Darüber hinaus ist das Verbundprodukt langlebig, strukturell steif und fest und mit verschiedenen Kühlkörpern kompatibel. Daher weist das Sekundärbatteriemodul eine ausgezeichnete Leistung und Langlebigkeit auf.
Die oben stehenden Merkmale und Vorteile sowie weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der besten Arten, die Erfindung auszuführen, in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen ohne weiteres verständlich.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische perspektivische Explosionsdarstellung einer Sekundärbatterie und von Komponenten derselben einschließlich einer Vielzahl von Sekundärbatteriezellen und einer Vielzahl von Sekundärbatteriemodulen;
2 ist eine schematische vergrößerte perspektivische Darstellung eines Verbundproduktes zum Ableiten von thermischer Energie von einer Sekundärbatteriezelle von 1; und
3 ist eine schematische perspektivische Darstellung eines Sekundärbatteriemoduls von 1, welches das Verbundprodukt von 2 umfasst.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Unter Bezugnahme auf die Fig., in denen gleiche Bezugsziffern gleiche Elemente bezeichnen, ist ein Verbundprodukt zum Ableiten von thermischer Energie von einer Sekundärbatteriezelle 10 (1) einer Sekundärbatterie 12 (1) allgemein bei 14 in 2 gezeigt. Das heißt, das Verbundprodukt 14 ist ausgebildet, um die Sekundärbatteriezelle 10 während eines Betriebes zu kühlen, wie unten stehend in größerem Detail dargelegt ist. Daher kann das Verbundprodukt 14 für eine Vielfalt von Anwendungen nützlich sein, die Sekundärbatteriezellen 10 erfordern, wie z. B., jedoch nicht beschränkt auf elektronische Vorrichtungen, Werkzeuge, Maschinen und Fahrzeuge. Das Verbundprodukt 14 kann z. B. für Lithium-Ionen-Sekundärbatteriezellen 10 für elektrische und Elektrohybridfahrzeuge nützlich sein. Es sollte jedoch einzusehen sein, dass das Verbundprodukt 14 auch für Nicht-Automobilanwendungen wie z. B., jedoch nicht beschränkt auf Haushalts- und Industrie-Elektrowerkzeuge und elektronische Vorrichtungen geeignet sein kann.
Unter Bezugnahme auf 2 umfasst das Verbundprodukt 14 eine erste Graphitschicht 16 und eine zweite Graphitschicht 18. Wie hierin verwendet umfasst der Ausdruck „Graphit” eine allotrope Modifikation des Kohlenstoffes, in der die Kohlenstoffatome in einem Gitter angeordnet sind. Jede von der ersten Graphitschicht 16 und der zweiten Graphitschicht 18 stellt eine ausgezeichnete thermische Leitfähigkeit und elektrische Leitfähigkeit für das Verbundprodukt 14 bereit, wie nachfolgend in größerem Detail dargelegt ist. Jede von der ersten Graphitschicht 16 und der zweiten Graphitschicht 18 kann aus einer beliebigen geeigneten Art oder Form von Graphit gebildet sein. Zum Beispiel kann jede von der ersten Graphitschicht 16 und der zweiten Graphitschicht 18 aus kristallinem Schuppengraphit, amorphem Graphit, Stückgraphit, hoch geordnetem pyrolytischem Graphit und Kombinationen davon bestehen. Ebenso kann jede von der ersten Graphitschicht 16 und der zweiten Graphitschicht 18 aus einem Alpha-Graphit mit einem hexagonalen Gitter oder einem Beta-Graphit mit einem rhomboedrischen Gitter gebildet sein. Ferner kann jede von der ersten Graphitschicht 16 und der zweiten Graphitschicht 18 von derselben Graphitquelle wie z. B. einer Rolle aus Graphitfolie gebildet sein. Alternativ kann jede von der ersten Graphitschicht 16 und der zweiten Graphitschicht 18 von verschiedenen Graphitquellen gebildet sein. Darüber hinaus kann es sein, dass jede von der ersten Graphitschicht 16 und der zweiten Graphitschicht 18 Wasser nicht wesentlich absorbiert.
Wie in 2 gezeigt, ist die zweite Graphitschicht 18 von der ersten Graphitschicht 16 beabstandet und parallel zu dieser angeordnet. Das heißt, eine Fläche 20 und nicht ein Ende 22 der ersten Graphitschicht 16 kann im Wesentlichen parallel zu und beabstandet von einer ähnlichen Fläche 24 der zweiten Graphitschicht 18 sein.
Unter erneuter Bezugnahme auf 2 umfasst das Verbundprodukt 14 auch eine Metallschicht 26, die zwischen und in Kontakt mit jeder von der ersten Graphitschicht 16 und der zweiten Graphitschicht 18 angeordnet ist. Das heißt, die Metallschicht 26 kann zwischen der ersten Graphitschicht 16 und der zweiten Graphitschicht 18 angeordnet sein, sodass die Metallschicht 26 mit den jeweiligen Flächen 20, 24 einer jeden von der ersten Graphitschicht 16 und der zweiten Graphitschicht 18 in Kontakt steht.
Die Metallschicht 26 kann an jede von der ersten Graphitschicht 16 und der zweiten Graphitschicht 18 gebunden sein. In einem nicht einschränkenden Beispiel kann die Metallschicht 26 durch einen Klebstoff an jede von der ersten Graphitschicht 16 und der zweiten Graphitschicht 18 geklebt sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Metallschicht 26 durch eine Druck- und/oder eine Presspassung an jede von der ersten Graphitschicht 16 und der zweiten Graphitschicht 18 gebunden sein.
Die Metallschicht 26 kann aus Metallen gewählt sein, die eine geeignete thermische Leitfähigkeit und elektrische Leitfähigkeit für eine gewünschte Anwendung aufweisen. Die Metallschicht 26 kann z. B. ein Element umfassen, das aus der Gruppe aus Aluminium, Kupfer und Kombinationen davon gewählt ist. Die Metallschicht 26 sorgt für eine ausgezeichnete strukturelle Festigkeit und stützt jede von der ersten Graphitschicht 16 und der zweiten Graphitschicht 18. Das heißt, die Metallschicht 26 gleicht jegliche Sprödigkeit von jeder von der ersten Graphitschicht 16 und der zweiten Graphitschicht 18 aus und trägt zur Haltbarkeit des Verbundproduktes 14 bei.
Die Metallschicht 26 kann in dem Verbundprodukt 14 in einer Menge von etwa 10 Gewichtsteilen bis zu etwa 90 Gewichtsteilen auf der Basis von 100 Gewichtsteilen des Verbundproduktes 14 vorhanden sein. Zum Beispiel kann die Metallschicht 26 in dem Verbundprodukt 14 in einer Menge von etwa 70 Gewichtsteilen bis etwa 80 Gewichtsteilen auf der Basis von 100 Gewichtsteilen des Verbundproduktes 14 vorhanden sein. Das heißt, in einem nicht einschränkenden Beispiel können die erste Graphitschicht 16 und die zweite Graphitschicht 18 in dem Verbundprodukt zusammen in einer Menge von etwa 20 Gewichtsteilen bis etwa 30 Gewichtsteilen auf der Basis von 100 Gewichtsteilen des Verbundproduktes 14 vorhanden sein.
Unter neuerlicher Bezugnahme auf 2 kann das Verbundprodukt 14 in einer Variante eine Vielzahl von ersten Graphitschichten 16 und eine Vielzahl von zweiten Graphitschichten 18 umfassen, wobei jede der zweiten Graphitschichten 18 von zumindest einer der ersten Graphitschichten 16 beabstandet und parallel zu dieser angeordnet ist. Das heißt, die Vielzahl von ersten Graphitschichten 16 kann mit der Vielzahl von den zweiten Graphitschichten 18 entlang einer Dicke w_ca des Verbundproduktes 14 alternieren.
Unter fortgesetzter Bezugnahme auf 2 kann das Verbundprodukt 14 in dieser Variante ferner eine Vielzahl von Metallschichten 26 umfassen, wobei jede der Metallschichten 26 zwischen exakt einer der ersten Graphitschichten 16 und exakt einer der zweiten Graphitschichten 18 und in Kontakt mit diesen angeordnet ist. Das heißt, jede der Metallschichten 26 kann zwischen exakt einer der ersten Graphitschichten 16 und exakt einer der zweiten Graphitschichten 18 angeordnet sein. Das Verbundprodukt 14 kann z. B. genau vier Metallschichten 26 umfassen, um eine Konfiguration entlang der Dicke w_ca des Verbundproduktes 14 zu bilden, die durch die Sequenz (1) G₁-M-G₂-M-G₁-M-G₂-M-G₁ (1) dargestellt werden kann, wobei G₁ jede der ersten Graphitschichten 16, M jede der Metallschichten 26 und G₂ jede der zweiten Graphitschichten 18 darstellt. Allerdings kann das Verbundprodukt 14 in Übereinstimmung mit Größen- und/oder Spannungsanforderungen einer gewünschten Anwendung eine beliebige geeignete Anzahl von Metallschichten 26, z. B. weniger als vier Metallschichten 26 oder mehr als vier Metallschichten 26, umfassen.
Die Dicke w_ca des Verbundproduktes 14 und eine Dicke w_g einer jeden von der ersten Graphitschicht 16 und der zweiten Graphitschicht 18 kann in Übereinstimmung mit einer gewünschten Anwendung gewählt sein. In dem nicht einschränkenden Beispiel der Sekundärbatterieanwendung kann das Verbundprodukt 14 eine Dicke w_ca von etwa 0,5 mm bis etwa 1,5 mm, z. B. etwa 1 mm, aufweisen. Es kann daher jede von der ersten Graphitschicht 16 und der zweiten Graphitschicht 18 eine Dicke w_g von etwa 0,04 mm bis etwa 0,08 mm, z. B. etwa 0,06 mm, aufweisen, und die Metallschicht 26 kann eine Dicke w_m von etwa 0,1 mm bis etwa 0,3 mm, z. B. etwa 0,175 mm, aufweisen. Daher kann für die Variante des Verbundproduktes 14, die genau vier Metallschichten 26 umfasst, in einem Beispiel jede der Metallschichten 26 eine Dicke w_m von etwa 0,2 mm aufweisen, während jede von der ersten Graphitschicht 16 und der zweiten Graphitschicht 18 eine Dicke w_g von etwa 0,04 mm aufweisen kann. In einem weiteren Beispiel kann jede der Metallschichten 26 eine Dicke w_m von etwa 0,175 mm aufweisen, während jede von der ersten Graphitschicht 16 und der zweiten Graphitschicht 18 eine Dicke w_g von etwa 0,06 mm aufweisen kann.
Das Verbundprodukt 14 weist eine thermische Leitfähigkeit von größer als oder gleich etwa 1200 W/mK bei 273 K und eine elektrische Leitfähigkeit von größer als oder gleich etwa 10000 S/cm auf. Das heißt, ohne zu beabsichtigen, durch irgendeine Theorie eingeschränkt zu sein, erhöhen die erste Graphitschicht 16 und die zweite Graphitschicht 18 die thermische Leitfähigkeit und elektrische Leitfähigkeit des Verbundproduktes 14. Daher ist das Verbundprodukt 14, da das Verbundprodukt 14 jede von der ersten Graphitschicht 16, der zweiten Graphitschicht 18 und der Metallschicht 26 umfasst, für Anwendungen nützlich, die eine ausgezeichnete strukturelle Steifigkeit und thermische und elektrische Leitfähigkeit erfordern.
Unter erneuter Bezugnahme auf die 1 und 3 ist ein Sekundärbatteriemodul, das für einen Betrieb durch Elektronenübertragung ausgebildet ist, allgemein bei 28 gezeigt. Im Speziellen kann während eines Betriebes des Sekundärbatteriemoduls 28 eine chemische Redoxreaktion Elektronen von einem Bereich mit einem relativ negativen Potential (nicht gezeigt) zu einem Bereich mit einem relativ positiven Potential (nicht gezeigt) übertragen, um dadurch die Sekundärbatterie 12 zyklisch zu betreiben, d. h. zu laden und zu entladen, um Spannung für Leistungsanwendungen bereitzustellen.
Das Sekundärbatteriemodul 28 kann für Kraftfahrzeuganwendungen wie z. B. ein Plug-In-Elektrohybridfahrzeug (PHEV) nützlich sein. Das Sekundärbatteriemodul 28 kann z. B. ein Lithium-Ionen-Sekundärbatteriemodul 28 sein. Unter Bezugnahme auf 1 kann eine Vielzahl von Sekundärbatteriemodulen 28 kombiniert sein, um die Sekundärbatterie 12, d. h. den Sekundärbatteriesatz, zu bilden. Das heißt, wenngleich das Sekundärbatteriemodul 28 in 3 unter einem anderen Winkel gezeigt ist als in 1, kann das Sekundärbatteriemodul 28 mit einem oder mehreren weiteren Sekundärbatteriemodulen 28 verbunden sein, um die Sekundärbatterie 12 (1) zu bilden. Das Sekundärbatteriemodul 28 kann beispielsweise hinlänglich dimensioniert sein, um abhängig von der geforderten Anwendung eine erforderliche Spannung zum Betreiben eines Elektrohybridfahrzeuges (HEV), eines Elektrofahrzeuges (EV), eines Plug-In-Elektrohybridfahrzeuges (PHEV) und dergleichen, z. B., ungefähr 300 bis 400 Volt oder mehr, bereitzustellen.
Unter erneuter Bezugnahme auf 1 umfasst das Sekundärbatteriemodul 28 eine Sekundärbatteriezelle 10. Die Sekundärbatteriezelle 10 kann eine beliebige geeignete elektrochemische Batteriezelle sein. Die Sekundärbatteriezelle 10 kann z. B. eine Lithium-Ionen-, eine Lithium-Ionen-Polymer-, eine Lithium-Eisenphosphat-, eine Lithium-Vanadiumpentoxid-, eine Lithium-Kupferchlorid-, eine Lithium-Mangandioxid-, eine Lithium-Schwefel-, eine Lithium-Titanat-, eine Nickel-Metallhydrid-, eine Nickel-Cadmium-, eine Nickel-Wasserstoff-, eine Nickel-Eisen-, eine Natrium-Schwefel-, eine Vanadium-Redox-, eine Blei-Säure-Batterie und Kombinationen davon sein.
Ferner kann die Sekundärbatteriezelle 10, wie in 1 gezeigt, eine positive Zellenkontaktfahne 30 und eine negative Zellenkontaktfahne 32 aufweisen, und die Sekundärbatteriezelle 10 kann zum Stapeln geeignet sein. Das heißt, die Sekundärbatteriezelle 10 kann aus einer flexiblen Heißklebefolie gebildet sein, die versiegelt ist, um eine Kathode, eine Anode und ein Trennelement (nicht gezeigt) einzuschließen. Es kann daher eine beliebige Anzahl von Sekundärbatteriezellen 10 gestapelt oder sonst wie benachbart zueinander angeordnet sein, um einen Zellenstapel, d. h. das Sekundärbatteriemodul 28, zu bilden. Es ist zu erwarten, dass die tatsächliche Anzahl von Sekundärbatteriezellen 10 mit dem geforderten Spannungsausgang eines jeden Sekundärbatteriemoduls 28 variiert. Ebenso kann die Anzahl der miteinander verbundenen Sekundärbatteriemodule 28 variieren, um die notwendige Gesamtausgangsspannung für eine spezifische Anwendung zu produzieren.
Unter erneuter Bezugnahme auf 1 weist die Sekundärbatteriezelle 10 eine Länge L_c und eine durchschnittliche messbare Temperatur T entlang der Länge L_c während des Betriebes des Sekundärbatteriemoduls 28 auf. Die durchschnittliche messbare Temperatur T der Sekundärbatteriezelle 10 kann z. B. zwischen etwa 298 K und etwa 313 K während des Betriebes des Sekundärbatteriemoduls 28 liegen.
Unter nunmehriger Bezugnahme auf 3 umfasst das Sekundärbatteriemodul 28 auch das Verbundprodukt 14, das zumindest eine von der ersten Graphitschicht 16 (2), der Metallschicht 26 (2) und der zweiten Graphitschicht 18 (2) umfasst, wie oben stehend dargelegt ist. Das Verbundprodukt 14 ist benachbart zu und in Kontakt mit der Sekundärbatteriezelle 10 angeordnet, um dadurch thermische Energie von der Sekundärbatteriezelle 10 während des Betriebes des Sekundärbatteriemoduls 28 abzuleiten, wie nachfolgend in größerem Detail dargelegt ist.
Anders ausgedrückt kann das Verbundprodukt 14 als eine Kühlplatte für die Sekundärbatteriezelle 10 fungieren. Insbesondere leitet das Verbundprodukt 14, da das Verbundprodukt 14 jede von der ersten Graphitschicht 16 (2) und der zweiten Graphitschicht 18 (2) umfasst, und da das Verbundprodukt 14 benachbart zu und in Kontakt mit der Sekundärbatteriezelle 10 angeordnet ist, thermische Energie effektiv und effizient von der Sekundärbatteriezelle 10, z. B. durch Konduktion, ab. Das Verbundprodukt 14 kann thermische Energie von der Sekundärbatteriezelle 10 an einen beliebigen geeigneten Kühlkörper (nicht gezeigt) innerhalb oder außerhalb des Sekundärbatteriemoduls 28, z. B. eine unterkühlte Flüssigkeit oder eine Wärmepumpe, ableiten. Die durchschnittliche messbare Temperatur T der Sekundärbatteriezelle 10 darf daher um nicht mehr als etwa 15 K während des Betriebes des Sekundärbatteriemoduls 28 variieren, sodass die Sekundärbatterie 12 (1) innerhalb eines Temperaturbereiches von etwa 298 K bis etwa 313 K arbeitet. Demzufolge sorgt das Verbundprodukt 14 für eine ausgezeichnete Kühlung der Sekundärbatteriezelle 10, minimiert eine ungleiche Temperaturverteilung innerhalb der Sekundärbatteriezelle 10 und sorgt dadurch für eine im Wesentlichen gleichmäßige Temperaturverteilung über die Länge Lc (1) der Sekundärbatteriezelle 10 hinweg.
Ferner kann sich die durchschnittliche messbare Temperatur T der Sekundärbatteriezelle 10 verringern, wenn eine Menge der in dem Verbundprodukt 14 vorhandenen Metallschicht 26 kleiner wird. Zum Beispiel kann eine Sekundärbatteriezelle 10, welche die vorliegende Metallschicht 26 in einer Menge von etwa 80 Gewichtsteilen auf der Basis von 100 Gewichtsteilen des Verbundproduktes 14 umfasst, eine allgemein höhere durchschnittliche messbare Temperatur T aufweisen, als eine vergleichbare Sekundärbatteriezelle 10, welche die vorliegende Metallschicht 26 in einer Menge von etwa 70 Gewichtsteilen auf der Basis von 100 Gewichtsteilen des Verbundproduktes 14 umfasst. Ohne zu beabsichtigen, durch irgendeine Theorie eingeschränkt zu sein, leiten daher Varianten, die vergleichbar höhere Mengen an jeder von der ersten Graphitschicht 16 und der zweiten Graphitschicht 18 umfassen, thermische Energie effektiver von der Sekundärbatteriezelle 10 ab.
Unter erneuter Bezugnahme auf die 1 und 3 umfasst das Sekundärbatteriemodul 28 in einer Variante eine Vielzahl von Sekundärbatteriezellen 10, wobei jede eine Länge L_c (1) und eine durchschnittliche messbare Temperatur T entlang der Länge L_c (1) aufweist und jede von einer benachbarten der Sekundärbatteriezellen 10 beabstandet und parallel zu dieser angeordnet ist. Das heißt, unter Bezugnahme auf 3 umfasst die Vielzahl von Sekundärbatteriezellen 10 eine erste von den Sekundärbatteriezellen 10 ₁, die eine durchschnittliche messbare erste Temperatur T₁ während des Betriebes des Sekundärbatteriemoduls 28 aufweist, und eine endständige von den Sekundärbatteriezellen 10 _n, die eine durchschnittliche messbare endständige Temperatur T_n während des Betriebes des Sekundärbatteriemoduls 28 aufweisen. Die endständige von den Sekundärbatteriezellen 10 _n ist von der ersten von den Sekundärbatteriezellen 10 ₁ durch zumindest eine weitere von den Sekundärbatteriezellen 10, 10 ₁, 10 _n getrennt. Daher umfasst das Sekundärbatteriemodul 28 in dieser Variante zumindest drei Sekundärbatteriezellen 10. Das Sekundärbatteriemodul 28 kann jedoch eine beliebige geeignete Anzahl von Sekundärbatteriezellen 10, z. B. von etwa 3 bis etwa 100 Sekundärbatteriezellen 10, umfassen.
Ferner können die Sekundärbatteriezellen 10 in Reihe geschaltet sein, um die gewünschte Spannung des Sekundärbatteriemoduls 28 und/oder der Sekundärbatterie 12 (1) bereitzustellen. Und, wie in 3 gezeigt, kann ein Abstand d zwischen der ersten von den Sekundärbatteriezellen 10 ₁ und der endständigen von den Sekundärbatteriezellen 10 _n zwischen etwa 0,5 m und etwa 2 m betragen.
Unter erneuter Bezugnahme auf 3 umfasst das Sekundärbatteriemodul 28 in dieser Variante auch eine Vielzahl von Verbundprodukten 14, wobei jedes von den Verbundprodukten 14 benachbart zu und in Kontakt mit zumindest einer von den Sekundärbatteriezellen 10 angeordnet ist, um dadurch thermische Energie von der zumindest einen von den Sekundärbatteriezellen 10 während des Betriebes des Sekundärbatteriemoduls 28 abzuleiten. Das heißt es kann, wie in 3 gezeigt, ein erstes Verbundprodukt 141 zwischen der ersten von den Sekundärbatteriezellen 10 ₁ und einer benachbarten von den Sekundärbatteriezellen 10 ₂ angeordnet sein, sodass das erste Verbundprodukt 14 ₁ mit jeder von der ersten von den Sekundärbatteriezellen 10 ₁ und der zweiten von den Sekundärbatteriezellen 10 ₂ in Kontakt steht. Ebenso können ein zweites Verbundprodukt 14 ₂ und ein endständiges Verbundprodukt 14 _n jeweils zwischen entsprechenden benachbarten Sekundärbatteriezellen 10 angeordnet sein. Das heißt, die Vielzahl von Sekundärbatteriezellen 10 kann in der Reihenfolge mit der Vielzahl von den Verbundprodukten 14 alternieren, um z. B. eine Konfiguration entlang der Länge L des Sekundärbatteriemoduls 28 zu bilden, die durch die Sequenz (2) SBC-CA-SBC-CA-...-SBC (2) dargestellt werden kann, wobei SBC jede der Sekundärbatteriezellen 10 und CA jedes der Verbundprodukte 14 darstellt.
Wenngleich in 3 nicht gezeigt, können ferner die Vielzahl von Sekundärbatteriezellen 10 und die Vielzahl von Verbundprodukten 14 in einer beliebigen geeigneten Konfiguration angeordnet sein. Das heißt, sofern jedes der Verbundprodukte 14 benachbart zu und in Kontakt mit zumindest einer von den Sekundärbatteriezellen 10 angeordnet ist, kann die Kombination aus den Sekundärbatteriezellen 10 und den Verbundprodukten 14 in einer einzigen Reihe (wie in 3 gezeigt) oder in einer Vielzahl von benachbarten Reihen (nicht gezeigt) angeordnet sein.
Während eines Betriebes kann, da jedes Verbundprodukt 14 thermische Energie über den Kontakt mit einer oder mehreren Sekundärbatteriezellen 10 ableitet, eine Differenz ΔT zwischen der durchschnittlichen messbaren ersten Temperatur T₁ der ersten von den Sekundärbatteriezellen 10 ₁ und der durchschnittlichen messbaren endständigen Temperatur T_n der endständigen von den Sekundärbatteriezellen 10 _n weniger als oder gleich etwa 8 K während eines Betriebes des Sekundärbatteriemoduls 28 betragen. Anders ausgedrückt weist das Sekundärbatteriemodul 28 eine im Wesentlichen gleichmäßige durchschnittliche messbare Temperatur T sowohl innerhalb jeder Sekundärbatteriezelle 10, d. h. entlang der Länge L_c (1) jeder Sekundärbatteriezelle 10 als auch zwischen benachbarten Sekundärbatteriezellen 10 auf.
Im Speziellen kann die durchschnittliche messbare Temperatur T jeder der Sekundärbatteriezellen 10 zwischen etwa 298 K und etwa 313 K, z. B. zwischen etwa 298 K und etwa 308 K, während des Betriebes des Sekundärbatteriemoduls 28 betragen. Das heißt, die durchschnittliche messbare Temperatur T der Vielzahl von Sekundärbatteriezellen 10 darf um nicht mehr als etwa 15 K variieren, sodass die Sekundärbatterie 12 (1), die mehrere Sekundärbatteriezellen 10 umfasst, während eines Betriebes innerhalb des Temperaturbereiches von etwa 298 K bis etwa 313 K arbeitet. Somit sorgt das Verbundprodukt 14 für eine ausgezeichnete Kühlung und eine im Wesentlichen gleichmäßige Temperaturverteilung über die Sekundärbatteriezellen 10 hinweg und minimiert dadurch eine ungleiche Temperaturverteilung innerhalb des Sekundärbatteriemoduls 28.
Das Verbundprodukt 14 stellt eine ausgezeichnete Temperatursteuerung für die Sekundärbatteriezelle 10 und das Sekundärbatteriemodul 28 bereit. Das heißt, das Verbundprodukt 14 leitet während eines Betriebes, d. h. während eines Ladens und Entladens des Sekundärbatteriemoduls 28, thermische Energie von der Sekundärbatteriezelle 10 ab und minimiert dadurch die durchschnittliche messbare Temperatur T der Sekundärbatteriezelle 10 und eine Betriebstemperatur des Sekundärbatteriemoduls 28. Darüber hinaus maximiert das Verbundprodukt 14 die Temperaturgleichmäßigkeit innerhalb der Sekundärbatteriezelle 10 entlang der Länge L_c (1) der Sekundärbatteriezelle 10. Außerdem ist das Verbundprodukt 14 dauerhaft, strukturell steif und fest und mit verschiedenen Kühlkörpern kompatibel. Somit weist das Sekundärbatteriemodul 28 eine ausgezeichnete Leistung und Langlebigkeit auf.
Während die besten Arten, die Erfindung auszuführen, im Detail beschrieben wurden, werden Fachleute auf dem Gebiet, auf das sich diese Erfindung bezieht, verschiedene alternative Ausgestaltungen und Ausführungsformen erkennen, um die Erfindung innerhalb des Schutzumfanges der beiliegenden Ansprüche praktisch umzusetzen.

Claims

Sekundärbatteriemodul (28), welches zum Betrieb durch Elektronenübertragung ausgebildet ist, wobei das Sekundärbatteriemodul (28) umfasst: eine Sekundärbatteriezelle (10), die eine Länge und eine durchschnittliche messbare Temperatur entlang der Länge während des Betriebes des Sekundärbatteriemoduls (28) aufweist; und ein Verbundprodukt (14), das benachbart zu und in thermischem Kontakt mit der Sekundärbatteriezelle (10) angeordnet ist, um dadurch thermische Energie von der Sekundärbatteriezelle (10) während eines Betriebes des Sekundärbatteriemoduls (28) abzuleiten, wobei das Verbundprodukt (14) umfasst: eine erste Graphitschicht (16); eine zweite Graphitschicht (18), die von der ersten Graphitschicht (16) beabstandet und parallel zu dieser angeordnet ist; und eine Metallschicht (26), die zwischen jeder der ersten Graphitschicht (16) und der zweiten Graphitschicht (18) und in Kontakt mit diesen angeordnet ist.
Sekundärbatteriemodul (28) nach Anspruch 1, wobei die durchschnittliche messbare Temperatur der Sekundärbatteriezelle (10) während eines Betriebes des Sekundärbatteriemoduls (28) zwischen 298 K und 313 K beträgt.