DE102012017190A1 - Elektrochemische Energiespeicherzelle und elektrochemische Energiespeichervorrichtung mit wenigstens einer solchen elektrochemischen Energiespeicherzelle - Google Patents

Elektrochemische Energiespeicherzelle und elektrochemische Energiespeichervorrichtung mit wenigstens einer solchen elektrochemischen Energiespeicherzelle Download PDF

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Abstract

Eine elektrochemische Energiespeicherzelle (10) enthält eine Elektrodenbaugruppe (12), welche wenigstens eine erste Elektrode (14) einer ersten Polarität und wenigstens eine zweite Elektrode (16) einer zweiten Polarität aufweist, eine folienartige Umhüllung (24), welche die Elektrodenbaugruppe (12) zumindest teilweise umschließt; und wenigstens einer ersten Stromleiteinrichtung (20), welche mit wenigstens einer ersten Elektrode (14) der Elektrodenbaugruppe (12) elektrisch leitend verbunden ist und zumindest teilweise aus der Umhüllung (24) heraus ragt, und wenigstens einer zweiten Stromleiteinrichtung (22), welche mit wenigstens einer zweiten Elektrode (14) der Elektrodenbaugruppe (12) elektrisch leitend verbunden ist und zumindest teilweise aus der Umhüllung (24) heraus ragt. Zur Erhöhung der Sicherheit weist die Umhüllung (24) wenigstens eine erste Funktionsschicht (243), welche zumindest teilweise elektrisch leitfähig ausgebildet ist und elektrisch leitend (21) mit der wenigstens einen ersten Elektrode (14) der Elektrodenbaugruppe (12) verbunden ist, und wenigstens eine elektrische Isolierschicht (245), welche die erste Funktionsschicht (243) der Umhüllung (24) im Normalbetriebszustand der Energiespeicherzelle (10) in einer Schichtrichtung (25) der Umhüllung von der Elektrodenbaugruppe (12) trennt, auf. Außerdem ist die wenigstens eine erste Funktionsschicht (243) der Umhüllung (24) mit einer Messvorrichtung (26) verbunden ist, welche ausgestaltet ist, um einen elektrischen Betriebsparameter und/oder eine elektrische Betriebsparameteränderung der wenigstens einen ersten Funktionsschicht (243) zu erfassen.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrochemische Energiespeicherzelle, insbesondere in Form einer Pouch- oder Coffeebag-Zelle, und eine elektrochemische Energiespeichervorrichtung bzw. Batterie mit wenigstens einer solchen elektrochemischen Energiespeicherzelle.
  • Die Erfindung wird im Zusammenhang mit Lithium-Ionen-Batterien zur Versorgung von Kraftfahrzeugantrieben beispielhaft beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass die Erfindung auch unabhängig von der Bauart der Batterie, der Chemie der elektrochemischen Energiespeicherzelle und unabhängig von der Art des versorgten Antriebs Verwendung finden kann.
  • Aus dem Stand der Technik sind Batterien mit mehreren elektrochemischen Energiespeicherzellen zur Versorgung von Kraftfahrzeugantrieben bekannt. Üblicherweise sind die elektrochemischen Energiespeicherzellen untereinander elektrisch verschaltet, insbesondere zur Erhöhung der Batteriespannung, der Batterieleistung und/oder der Reichweite des von der Batterie versorgten Kraftfahrzeuges.
  • Übliche Energiespeicherzellen weisen eine Elektrodenbaugruppe mit zumindest zwei Elektroden unterschiedlicher Polarität und einem Separator auf. Der Separator trennt bzw. beanstandet die Elektroden unterschiedlicher Polarität. Weiter weisen übliche Energiespeicherzellen eine Zellumhüllung auf, welche die Elektrodenbaugruppe zumindest teilweise umschließt. Im Fall von so genannten Pouch- oder Coffeebag-Zellen ist diese Zellumhüllung folienartig ausgebildet und im Allgemeinen mehrschichtig aufgebaut. Ferner sind übliche Energiespeicherzellen mit wenigstens zwei Stromleiteinrichtungen ausgestattet, welche mit den Elektroden unterschiedlicher Polarität elektrisch leitend verbunden sind und zumindest teilweise aus der Umhüllung heraus ragen, um so als elektrische Anschlüsse der Energiespeicherzellen zu dienen.
  • Insbesondere bei der Anwendung in Kraftfahrzeugen, aber nicht nur dort, kommt es bei solchen Batterien bzw. Energiespeicherzellen besonders auf die Sicherheit an. Die Sicherheit muss dabei auch bei mechanischen Belastungen von außen, wie beispielsweise dem Auftreffen von Fremdkörpern wie Nägeln und dergleichen, gewährleistet sein. Neben dem Ansatz, ein Eindringen von Fremdkörpern zum Beispiel durch hochfeste Batteriegehäuse zu verhindern, besteht ein weiterer Lösungsansatz darin, beim (teilweisen) Eindringen eines Fremdkörpers in eine Batterie oder Energiespeicherzelle diese zumindest teilweise kontrolliert zu entladen, um eine Gefährdung von zum Beispiel Fahrzeuginsassen und Rettungskräften zu vermindern. Derartige Schutzmaßnahmen werden mit größeren Batteriekapazitäten und höheren Energiedichten immer wichtiger.
  • Es ist deshalb die Aufgabe der Erfindung, Batterien bzw. Energiespeicherzellen mit erhöhter Sicherheit zur Verfügung zu stellen.
  • Diese Aufgabe wird durch eine elektrochemische Energiespeicherzelle mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Besonders bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Die erfindungsgemäße elektrochemische Energiespeicherzelle weist eine Elektrodenbaugruppe, welche wenigstens eine erste Elektrode einer ersten Polarität und wenigstens eine zweite Elektrode einer zweiten Polarität aufweist; eine folienartige Umhüllung, welche die Elektrodenbaugruppe zumindest teilweise umschließt; und wenigstens eine erste Stromleiteinrichtung, welche mit wenigstens einer ersten Elektrode der Elektrodenbaugruppe elektrisch leitend verbunden ist und zumindest teilweise aus der Umhüllung heraus ragt, und wenigstens eine zweiten Stromleiteinrichtung, welche mit wenigstens einer zweiten Elektrode der Elektrodenbaugruppe elektrisch leitend verbunden ist und zumindest teilweise aus der Umhüllung heraus ragt, auf. Die Umhüllung weist wenigstens eine erste Funktionsschicht, welche zumindest teilweise elektrisch leitfähig ausgebildet ist, und wenigstens eine elektrische Isolierschicht, welche die erste Funktionsschicht im Normalbetriebszustand der Energiespeicherzelle in einer Schichtrichtung der Umhüllung von der Elektrodenbaugruppe trennt, auf. Außerdem ist die wenigstens eine erste Funktionsschicht der Umhüllung mit einer Messvorrichtung verbunden, welche ausgestaltet ist, um einen elektrischen Betriebsparameter und/oder eine elektrische Betriebsparameteränderung der wenigstens einen ersten Funktionsschicht zu erfassen.
  • Wenn ein Fremdkörper auf eine erfindungsgemäße Batterie, insbesondere auf eine erfindungsgemäße elektrochemische Energiespeicherzelle der Batterie einwirkt oder auftrifft, beispielsweise bei einem Unfall insbesondere eines Kraftfahrzeuges, dann kann die Energiespeicherzelle beschädigt werden. Es ist beobachtet worden, dass eine herkömmliche Batterie insbesondere nach einer Beschädigung insbesondere einer ihrer Energiespeicherzellen unkontrolliert Energie an die Umgebung abgibt. Die erfindungsgemäße Energiespeicherzelle bietet den Vorteil, dass ein derartiger Gefährdungszustand für die Energiespeicherzelle mittels der speziellen Umhüllung und der Messvorrichtung einfach, schnell und zuverlässig erfasst werden kann. Hierdurch besteht die Möglichkeit, bei der Erfassung eines Gefährdungszustandes geeignete Maßnahmen einzuleiten, insbesondere eine kontrollierte Entladung der Energiespeicherzelle zu veranlassen. Die Sicherheit für die Umgebung der Energiespeicherzelle kann so deutlich erhöht werden. Die Umhüllung mit der wenigstens einen ersten Funktionsschicht, welche mit der Messvorrichtung verbunden ist, kann deshalb auch als „Nail Safety Device” bezeichnet werden.
  • Bei der erfindungsgemäßen Energiespeicherzelle kann die erste Funktionsschicht der Umhüllung der Energiespeicherzelle im Fall eines in die Umhüllung eindringenden Fremdkörpers oder eines auf die Umhüllung von außen einwirkenden Druckes ihre Verbindung zu anderen Komponenten und/oder ihre Eigenschaften verändern. Insbesondere verändert sich ein elektrischer Betriebsparameter der ersten Funktionsschicht, insbesondere der elektrische Widerstand zwischen der ersten Funktionsschicht und einer anderen Komponente wie vorzugsweise einer weiteren elektrisch leitfähigen Funktionsschicht der Umhüllung oder einer Elektrode oder einer Stromleiteinrichtung der Energiespeicherzelle, was von der Messvorrichtung erfasst werden kann.
  • Während die erste Funktionsschicht der Umhüllung im Normalbetriebszustand der Energiespeicherzelle von den anderen elektrisch leitfähigen Komponenten der Energiespeicherzelle getrennt ist, wird diese Isolierung beim Eindringen eines Fremdkörpers entweder durch den Fremdkörper selbst überbrückt, falls es sich zum Beispiel um einen elektrisch leitfähigen Fremdkörper wie beispielsweise einen Metallnagel handelt, oder durch eine Verformung der Umhüllung und einen direkten Kontakt zwischen der ersten Funktionsschicht und der entsprechenden anderen Komponente aufgehoben. Der letztgenannte Mechanismus erfolgt auch bei einer insbesondere örtlich begrenzten, insbesondere im Wesentlichen punktuellen Druckeinwirkung von außen auf die Umhüllung.
  • Die erste Funktionsschicht ist Bestandteil der folienartigen Umhüllung, sodass sich ein besonders einfacher Aufbau der erfindungsgemäßen elektrochemischen Energiespeicherzelle mit einer geringen Anzahl von Bauteilen ergibt. Vorzugsweise ist die erste Funktionsschicht dabei in die Umhüllung der Energiespeicherzelle integriert oder Bestandteil eines gemeinsamen mehrschichtigen Aufbaus oder als separate Baueinheit eingelegt. Durch diesen Einbau des Schutzmechanismus in die Umhüllung der Energiespeicherzelle kann die gewünschte Erhöhung der Sicherheit mit den erfindungsgemäßen Energiespeicherzellen unabhängig vom Aufbau der Batterie mit diesen Energiespeicherzellen erzielt werden.
  • Unter einer elektrochemischen Energiespeicherzelle im Sinne der Erfindung ist eine Einrichtung zu verstehen, welche insbesondere dazu dient, zumindest zeitweise chemische Energie in elektrische Energie zu wandeln und zumindest zeitweise elektrische Energie insbesondere einem Verbraucher zur Verfügung zu stellen. Von einer solchen Energiespeicherzelle ist in diesem Zusammenhang eine elektrochemische Energiespeichervorrichtung zu unterscheiden, welche ein oder vorzugsweise mehrere solcher Energiespeicherzellen in einem Gehäuse aufnimmt. Eine solche Energiespeichervorrichtung wird im Sinne der Erfindung auch als Batterie bezeichnet.
  • Die elektrochemische Energiespeicherzelle weist eine Elektrodenbaugruppe auf. Unter einer Elektrodenbaugruppe im Sinne der Erfindung ist eine Einrichtung zu verstehen, welche insbesondere der Bereitstellung elektrischer Energie dient. Die Elektrodenbaugruppe ist vorzugsweise ausgestaltet, insbesondere gespeicherte chemische Energie in elektrische Energie zu wandeln, bevor die Elektrodenbaugruppe diese elektrische Energie einem Verbraucher zur Verfügung stellt. Die Elektrodenbaugruppe ist vorzugsweise auch ausgestaltet, zugeführte elektrische Energie in chemische Energie zu wandeln und als chemische Energie zu speichern. Man spricht dann auch von einer wiederaufladbaren Elektrodenbaugruppe.
  • Die Elektrodenbaugruppe weist zumindest zwei Elektroden unterschiedlicher Polarität (erste und zweite Elektroden im Sinne der Erfindung) auf. Vorzugsweise weisen die Elektroden der Elektrodenbaugruppe jeweils eine insbesondere metallische Kollektorfolie sowie eine oder zwei Aktivmassen auf. Die Aktivmasse ist auf die Kollektorfolie zumindest einseitig aufgetragen. Zwei Aktivmassen unterschiedlicher Polarität sind auf verschiedenen Flächen der Kollektorfolie angeordnet und durch die Kollektorfolie beabstandet. Beim Laden oder Entladen der Elektrodenbaugruppe werden Elektronen zwischen der Kollektorfolie und der/den Aktivmasse(n) ausgetauscht. Vorzugsweise weist die Kollektorfolie die Materialen Kupfer und/oder Aluminium auf. Vorzugsweise sind mit der Kollektorfolie eine oder mehrere Ableiterfahnen insbesondere stoffschlüssig verbunden, bevorzugt einstückig ausgebildet. Die Elektrodenbaugruppe ist insbesondere über die Ableiterfahnen der Elektroden mit wenigstens zwei Stromleiteinrichtungen unterschiedlicher Polarität insbesondere stoffschlüssig verbunden, welche zur elektrischen Verbindung der Elektrodenbaugruppe mit zumindest einer Elektrodenbaugruppe einer benachbarten Energiespeicherzelle und/oder zumindest mittelbar der elektrischen Verbindung mit Batterieanschlüssen dienen. Die Stromleiteinrichtungen ragen zu diesem Zweck wenigstens teilweise aus der Umhüllung heraus.
  • Die Elektroden unterschiedlicher Polarität der Elektrodenbaugruppe sind vorzugsweise durch einen Separator beabstandet, wobei der Separator für Ionen leitfähig ist, aber nicht oder nur kaum für Elektronen. Vorzugsweise enthält der Separator zumindest einen Teil des Elektrolyten bzw. des Leitsalzes. Vorzugsweise ist der Elektrolyt insbesondere nach dem Verschließen der Energiespeicherzelle im Wesentlichen ohne flüssigen Anteil ausgebildet. Vorzugsweise weist das Leitsalz Lithiumionen auf. Besonders bevorzugt werden Lithiumionen beim Laden in die negative Elektrode eingelagert bzw. interkaliert und beim Entladen wieder ausgelagert.
  • Vorzugsweise ist die Elektrodenbaugruppe als im Wesentlichen quaderförmiger Elektrodenstapel ausgebildet. Der Elektrodenstapel weist in seiner Stapelrichtung eine vorbestimmte Abfolge von Stapelblättern auf, wobei je zwei Elektrodenblätter unterschiedlicher Polarität von einem Separatorblatt getrennt sind. Vorzugsweise sind Elektrodenblätter gleicher Polarität insbesondere über eine gemeinsame Stromleiteinrichtung miteinander elektrisch verbunden. Diese Ausgestaltung der Elektrodenbaugruppe bietet den Vorteil, dass die Ladekapazität der Elektrodenbaugruppe, beispielsweise in Amperestunden [Ah] oder Wattstunden [Wh], seltener in Coulomb [C] angegeben, auf einfache Weise durch Hinzufügen weiterer Elektrodenblätter erhöht werden kann. Besonders bevorzugt sind zumindest zwei Separatorblätter miteinander verbunden und umschließen eine begrenzende Kante eines Elektrodenblattes. Eine derartige Elektrodenbaugruppe mit einem einzelnen, insbesondere mäanderförmigen Separator bietet den Vorteil, dass einem parasitären Strom, ausgehend von dieser begrenzenden Kante zu einem Elektrodenblatt anderer Polarität, begegnet ist. Die wenigstens zwei Stromleiteinrichtungen können wahlweise an der gleichen oder an verschiedenen Seiten bzw. Stirnflächen aus der Umhüllung heraus ragen. Die Stromleiteinrichtungen sind dabei vorzugsweise im Wesentlichen senkrecht zur Stapelrichtung der Elektrodenbaugruppe ausgerichtet.
  • Die Elektrodenbaugruppe der Energiespeicherzelle ist von einer folienartigen Umhüllung zumindest teilweise umschlossen. Unter einer Umhüllung im Sinn der Erfindung wird insbesondere eine Einrichtung verstanden, welche die Energiespeicherzelle zumindest teilweise umgibt und sie zu ihrer Umgebung hin abgrenzt. Durch die folienartige Ausbildung der Umhüllung kann diese eine zumindest teilweise adaptive mechanische Struktur bereitstellen, in der sich Komponenten der Energiespeicherzelle befinden. Vorzugsweise ist die folienartige Umhüllung mehrschichtig, d. h. aus zwei, drei, vier, fünf oder mehr Schichten ausgebildet. Die mehreren Schichten der Umhüllung sind vorzugsweise fest miteinander verbunden und/oder in einem Fertigungsschritt als einheitlicher Schichtverbund gemeinsam hergestellt. Die folienartige Umhüllung weist vorzugsweise an ihrer der Elektrodenbaugruppe zugewandten Innenseite eine elektrische Isolierschicht auf. Die folienartige Umhüllung weist vorzugsweise eine fluiddichte Schicht, bevorzugt eine Metallschicht auf, welche vorzugsweise als Wasserdampfsperre dient. Energiespeicherzellen mit solchen folienartigen Umhüllungen werden auch als Pouch- oder Coffeebag-Zellen bezeichnet.
  • Die folienartige Umhüllung weist erfindungsgemäß wenigstens eine erste Funktionsschicht und wenigstens eine elektrische Isolierschicht auf. Die Umhüllung kann im Rahmen der Erfindung nur aus diesen Funktions- und Isolierschichten bestehen, weist aber vorzugsweise neben den genannten Schichten noch weitere Schichten oder Lagen auf.
  • Gemäß der Erfindung ist die wenigstens eine erste Funktionsschicht der Umhüllung mit einer Messvorrichtung verbunden. Die Messvorrichtung ist vorzugsweise mit wenigstens einer weiteren elektrisch leitfähigen Komponente der Energiespeicherzelle (z. B. weitere Funktionsschicht, Elektrode, Stromleiteinrichtung, etc.) verbunden. Diese Verbindungen sind vorzugsweise elektrisch leitend und/oder wärmeleitend, leitungsgebunden oder drahtlos, mittelbar oder unmittelbar ausgestaltet. Die Messvorrichtung ist vorzugsweise Bestandteil der Energiespeicherzelle, d. h. sie kann gemeinsam mit dieser als eine Baueinheit in eine Batterie eingesetzt werden. Die Messvorrichtung kann in diesem Zusammenhang innerhalb oder außerhalb der Umhüllung angeordnet sein. In anderen Ausgestaltungen der Erfindung ist die Messvorrichtung vorzugsweise als eine von der Energiespeicherzelle separate Komponente ausgestaltet. Bei dieser Ausgestaltung kann eine Messvorrichtung bevorzugt auch mehreren Energiespeicherzellen zum Beispiel einer Batterie zugeordnet sein.
  • Die erfindungsgemäß vorgesehene Messvorrichtung ist ausgestaltet, um einen elektrischen Betriebsparameter und/oder eine elektrische Betriebsparameteränderung der wenigstens einen ersten Funktionsschicht zu erfassen. Als elektrischer Betriebsparameter sind in diesem Zusammenhang alle Zustandsgrößen geeignet, welche eine Unversehrtheit bzw. Beschädigung der Umhüllung kennzeichnen können. Zu dem elektrischen Betriebsparameter zählt in diesem Zusammenhang insbesondere ein elektrischer Widerstandswert oder Spannungswert zwischen der ersten Funktionsschicht und einer anderen elektrisch leitfähigen Komponente der Energiespeicherzelle, welche im Normalbetriebszustand von der ersten Funktionsschicht elektrisch isoliert ist. Weitere geeignete elektrische Betriebsparameter sind ein elektrischer Strom durch die erste Funktionsschicht, eine Temperatur der ersten Funktionsschicht und dergleichen sowie Kombinationen der genannten Betriebsparameter und deren Veränderungen.
  • In einer Ausgestaltung der Erfindung sind die wenigstens eine erste Funktionsschicht und/oder die wenigstens eine elektrische Isolierschicht integraler Bestandteil der Umhüllung, d. h. sie bilden mit der Umhüllung ein gemeinsames Bauteil, welches um die Elektrodenbaugruppe herum angeordnet ist. In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung sind die wenigstens eine erste Funktionsschicht und die wenigstens eine elektrische Isolierschicht als eine separate Baueinheit getrennt von der üblichen bzw. übrigen Umhüllung vorgesehen; sie können dann vorzugsweise stoffschlüssig mit dieser verbunden werden oder in einem separaten Fertigungsschritt um die Elektrodenbaugruppe montiert werden. Bei dieser Ausgestaltung können die Funktions- und Isolierschichten selbst folienartig oder im Wesentlichen formstabil ausgebildet sein. Auch können diese Funktions- und Isolierschichten bei dieser Ausgestaltung beide innerhalb der übrigen Umhüllung, beide außerhalb der übrigen Umhüllung oder zum Teil innerhalb und zum Teil außerhalb der übrigen Umhüllung angeordnet sein.
  • Die Umhüllung der Elektrodenbaugruppe weist gemäß der Erfindung wenigstens eine, d. h. vorzugsweise ein, zwei, drei oder mehr erste Funktionsschichten und wenigstens eine, d. h. vorzugsweise ein, zwei, drei oder mehr elektrische Isolierschichten auf.
  • Die wenigstens eine erste Funktionsschicht erstreckt sich vorzugsweise über den gesamten Bereich der Umhüllung, zumindest im Wesentlichen über die gesamten Hauptflächen der Umhüllung zu beiden Seiten der Elektrodenbaugruppe in deren Stapelrichtung, oder zumindest im Wesentlichen über die gesamte Hauptfläche der Umhüllung auf einer Seite der Elektrodenbaugruppe in deren Stapelrichtung. Im Fall von mehreren, d. h. wenigstens zwei ersten Funktionsschichten erstrecken sich diese vorzugsweise im Wesentlichen deckungsgleich oder zumindest teilweise einander überlappend in der Umhüllung. Die wenigstens eine elektrische Isolierschicht erstreckt sich vorzugsweise über den gesamten Bereich der Umhüllung oder zumindest im Wesentlichen über die gesamten Hauptflächen der Umhüllung zu beiden Seiten der Elektrodenbaugruppe in deren Stapelrichtung.
  • Die wenigstens eine erste Funktionsschicht ist zumindest teilweise, vorzugsweise im Wesentlichen über ihren gesamten Bereich elektrisch leitfähig ausgebildet. Die wenigstens eine erste Funktionsschicht ist zumindest teilweise, vorzugsweise im Wesentlichen über ihre gesamte Schichtdicke elektrisch leitfähig ausgebildet. Die wenigstens eine erste Funktionsschicht ist vorzugsweise einteilig ausgebildet oder aus mehreren Abschnitten zusammengefügt. Die wenigstens eine erste Funktionsschicht ist einschichtig oder mehrschichtig aufgebaut.
  • Die wenigstens eine erste Funktionsschicht der Umhüllung ist durch wenigstens eine elektrische Isolierschicht in der Schichtrichtung der Umhüllung von der Elektrodenbaugruppe getrennt. Unter einer elektrischen Isolierschicht soll in diesem Zusammenhang eine Schicht mit einem derart großen elektrischen Widerstand insbesondere in ihrer Schichtdickenrichtung verstanden werden, der einen elektrischen Stromfluss zwischen den ersten und zweiten Elektroden der Elektrodenbaugruppe über die wenigstens eine erste Funktionsschicht auch bei vollständig geladener Energiespeicherzelle und über den gesamten Einsatztemperaturbereich der Energiespeicherzelle im Wesentlichen verhindern kann. Der erforderliche Widerstandswert hängt in diesem Zusammenhang insbesondere auch von den Übergangswiderständen zwischen der wenigstens einen ersten Funktionsschicht der Umhüllung und den ersten Elektroden der Elektrodenbaugruppe ab. Der Widerstandswert der elektrischen Isolierschicht kann insbesondere durch die Wahl des Materials und die Schichtdicke der Isolierschicht beeinflusst werden. Die elektrische Isolierschicht ist einschichtig oder mehrschichtig aufgebaut.
  • Unter dem Normalbetriebszustand der Energiespeicherzelle, in welchem die wenigstens eine erste Funktionsschicht der Umhüllung durch die wenigstens eine elektrische Isolierschicht in der Schichtrichtung der Umhüllung von der Elektrodenbaugruppe getrennt ist, sollen alle Betriebszustände verstanden werden, in denen ein Laden oder Entladen der Energiespeicherzelle und ein stabiles Energiespeichern gefahrlos möglich sind. Die wenigstens eine elektrische Isolierschicht trennt die erste(n) Funktionsschicht(en) der Umhüllung zumindest in einem solchen gefahrlosen Normalbetriebszustand von der Elektrodenbaugruppe. In bestimmten Gefährdungssituationen, insbesondere beim Einwirken von Drücken oder Fremdkörpern auf die Energiespeicherzelle bzw. deren Umhüllung kann hingegen die durch die wenigsten eine elektrische Isolierschicht bewirkte elektrische Isolierung aufgehoben werden.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die ersten und zweiten Stromleiteinrichtungen mit einer Entladevorrichtung verbunden, welche die Elektrodenbaugruppe in Abhängigkeit von dem/der von der Messvorrichtung erfassten Betriebsparameter(änderung) entlädt. Die Entladevorrichtung ist vorzugsweise mit der Messvorrichtung gekoppelt, bevorzugt direkt oder über eine zwischengeschaltete Steuervorrichtung mit ihr verbunden. Erfasst die Messvorrichtung einen elektrischen Betriebsparameter oder eine elektrische Betriebsparameteränderung der wenigstens einen ersten Funktionsschicht der Umhüllung, der/die auf einen Gefährdungszustand der Energiespeicherzelle schließen lässt, so wird über die Entladevorrichtung ein kontrolliertes Entladen der Elektrodenbaugruppe der Energiespeicherzelle eingeleitet.
  • Die Entladevorrichtung ist Bestandteil der Energiespeicherzelle oder eine von dieser separate Komponente. Die Entladevorrichtung ist innerhalb oder außerhalb der Umhüllung der Energiespeicherzelle angeordnet. Die Entladevorrichtung ist vorzugsweise zwischen die zwei Stromleiteinrichtungen unterschiedlicher Polarität geschaltet. Die Entladevorrichtung enthält vorzugsweise eine Schalteinrichtung, welche den Strompfad zwischen den zwei Stromleiteinrichtungen im Normalbetriebszustand trennt und in Abhängigkeit von dem/der von der Messvorrichtung erfassten Betriebsparameter(änderung) wahlweise schließt. Die Schalteinrichtung weist vorzugsweise einen Halbleiterschalter oder ein Relais auf. Die Entladevorrichtung bzw. deren Schalteinrichtung ist vorzugsweise von der Messvorrichtung und/oder einer Steuereinrichtung wie beispielsweise einem Batteriemanagementsystem ansteuerbar.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Umhüllung ferner wenigstens eine zweite Funktionsschicht, welche zumindest teilweise elektrisch leitfähig ausgebildet ist, und wenigstens eine weitere elektrische Isolierschicht, welche die ersten und zweiten Funktionsschichten der Umhüllung im Normalbetriebszustand der Energiespeicherzelle in der Schichtrichtung der Umhüllung voneinander trennt, auf.
  • Bei dieser Ausgestaltung werden die ersten und zweiten Funktionsschichten der Umhüllung in einem oben beschriebenen Gefährdungszustand elektrisch leitend miteinander verbunden bzw. kurzgeschlossen, sodass der elektrische Widerstand zwischen diesen Funktionsschichten reduziert oder minimiert wird, was von der Messvorrichtung erfasst werden kann.
  • Die obigen Ausführungen in Zusammenhang mit der wenigstens einen ersten Funktionsschicht der Umhüllung gelten in entsprechender Weise für diese wenigstens eine zweite Funktionsschicht der Umhüllung. Die obigen Ausführungen in Zusammenhang mit der wenigstens einen Isolierschicht gelten in entsprechender Weise für diese wenigstens eine weitere Isolierschicht.
  • In einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Umhüllung in einer Stapelrichtung der Elektrodenbaugruppe auf der einen Seite der Elektrodenbaugruppe wenigstens eine erste Funktionsschicht, welche zumindest teilweise elektrisch leitfähig ausgebildet ist, und auf der anderen Seite der Elektrodenbaugruppe wenigstens eine zweite Funktionsschicht, welche zumindest teilweise elektrisch leitfähig ausgebildet ist und von der wenigstens einen ersten Funktionsschicht elektrisch isoliert ist, auf.
  • Die erste Funktionsschicht auf der einen Seite der Elektrodenbaugruppe und die zweite Funktionsschicht auf der anderen Seite der Elektrodenbaugruppe sind – zumindest im Normalbetriebszustand der Energiespeicherzelle – elektrisch voneinander isoliert. In der Schichtrichtung der Umhüllung ist zwischen der wenigstens einen ersten Funktionsschicht und der Elektrodenbaugruppe vorzugsweise wenigstens eine elektrische Isolierschicht angeordnet und ist zwischen der wenigstens einen zweiten Funktionsschicht und der Elektrodenbaugruppe vorzugsweise wenigstens eine elektrische Isolierschicht angeordnet. Die elektrischen Isolierschichten zu beiden Seiten der Elektrodenbaugruppe sind vorzugsweise miteinander verbunden oder separat zueinander. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform funktionieren die ersten und zweiten Funktionsschichten der Umhüllung auf den verschiedenen Seiten der Elektrodenbaugruppe unabhängig voneinander. Vorzugsweise werden von der wenigstens einen Messvorrichtung auf den verschiedenen Seiten der Elektrodenbaugruppe jeweils die elektrischen Widerstände zwischen der jeweiligen Funktionsschicht und der jeweiligen Elektrodenart der Elektrodenbaugruppe, welche in der Stapelrichtung der Elektrodenbaugruppe außen liegt, erfasst.
  • Die obigen Ausführungen in Zusammenhang mit der wenigstens einen ersten Funktionsschicht der Umhüllung gelten in entsprechender Weise für diese ersten und zweiten Funktionsschichten der Umhüllung.
  • In einer Abwandlung der zuletzt beschriebenen Ausgestaltung kann die Energiespeicherzelle gemäß der Erfindung auch nur einseitig mit einem „Nail Safety Device” ausgestattet sein. In diesem Fall weist die Umhüllung in einer Stapelrichtung der Elektrodenbaugruppe auf der einen Seite der Elektrodenbaugruppe wenigstens eine erste Funktionsschicht, welche zumindest teilweise elektrisch leitfähig ausgebildet ist, während auf der anderen Seite der Elektrodenbaugruppe keine Funktionsschicht, welche zumindest teilweise elektrisch leitfähig ausgebildet ist, vorgesehen ist. In der Schichtrichtung der Umhüllung ist zwischen der wenigstens einen ersten Funktionsschicht und der Elektrodenbaugruppe vorzugsweise wenigstens eine elektrische Isolierschicht angeordnet.
  • In einer noch anderen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Elektrodenbaugruppe in einer Stapelrichtung der Elektrodenbaugruppe als äußerste Elektrode jeweils eine Elektrode gleicher Polarität auf und weist die Umhüllung in einer Stapelrichtung der Elektrodenbaugruppe auf beiden Seiten der Elektrodenbaugruppe wenigstens eine erste Funktionsschicht auf, welche zumindest teilweise elektrisch leitfähig ausgebildet ist.
  • Die erste Funktionsschicht auf der einen Seite der Elektrodenbaugruppe und die erste Funktionsschicht auf der anderen Seite der Elektrodenbaugruppe sind vorzugsweise einteilig miteinander ausgebildet, als separate Komponenten elektrisch leitend miteinander verbunden oder als separate Komponenten elektrisch voneinander isoliert. In der Schichtrichtung der Umhüllung ist zwischen der wenigstens einen ersten Funktionsschicht und der Elektrodenbaugruppe vorzugsweise jeweils wenigstens eine elektrische Isolierschicht angeordnet. Die elektrischen Isolierschichten zu beiden Seiten der Elektrodenbaugruppe sind vorzugsweise miteinander verbunden oder separat zueinander. Vorzugsweise wird von der wenigstens einen Messvorrichtung auf beiden Seiten der Elektrodenbaugruppe der elektrische Widerstand zwischen der ersten Funktionsschicht und der in Stapelrichtung der Elektrodenbaugruppe außen liegenden Elektrodenart, erfasst.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die erste Funktionsschicht und/oder die zweite Funktionsschicht der Umhüllung im Wesentlichen fluiddicht ausgebildet. Bei dieser Ausgestaltung kann vorzugsweise auf eine zusätzliche fluiddichte Schicht in der Umhüllung verzichtet werden. Die erste bzw. zweite Funktionsschicht, welche fluiddicht ausgebildet ist, kann damit zugleich als Wasserdampfsperre dienen. Bei Ausführungsformen, bei denen nur auf einer Seite der Elektrodenbaugruppe eine Funktionsschicht vorgesehen ist, ist auf der anderen Seite der Elektrodenbaugruppe vorzugsweise eine zusätzliche fluiddichte Schicht vorgesehen.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Umhüllung auf ihrer der Elektrodenbaugruppe zugewandten Seite der ersten und/oder zweiten Funktionsschichten wenigstens eine stichfeste Schutzschicht auf. Diese stichfeste Schutzschicht weist vorzugsweise ein Gewebe oder Gewirke von verstärkenden Fasern, insbesondere Aramidfasern, und/oder einen oder mehrere metallische Einleger, welche vorzugsweise miteinander verbunden sind, und/oder einen oder mehrere oxidkeramische Einleger, welche vorzugsweise plattenförmig ausgebildet sind, auf. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die Umhüllung einem Fremdkörper einen erhöhten mechanischen Widerstand gegen dessen Eindringen ins Innere der Energiespeicherzelle entgegensetzt.
  • In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die der Elektrodenbaugruppe zugewandte elektrische Isolierschicht der Umhüllung zugleich als eine stichfeste Schutzschicht ausgebildet.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die mit den Stromleiteinrichtungen verbundene Entladevorrichtung wenigstens einen Entladewiderstand auf. Dieser wenigstens eine Entladewiderstand ist vorzugsweise zumindest teilweise außerhalb der Umhüllung angeordnet und/oder mit einem Bauteil außerhalb der Umhüllung wärmeleitend verbunden. Der Entladewiderstand ist insbesondere vorgesehen, um beim kontrollierten Entladevorgang elektrische Energie aus der Elektrodenbaugruppe in Wärmeenergie zu wandeln. Bei dieser Ausgestaltung kann ein Entladestrom der Elektrodenbaugruppe durch den Entladewiderstand begrenzt werden. Auf diese Weise kann auch die elektrische Heizleistung begrenzt werden. Vorzugsweise sind ein, zwei, drei, vier oder mehr Entladewiderstände für eine Energiespeicherzelle vorgesehen.
  • Vorzugsweise weist der wenigstens eine Entladewiderstand einen vorbestimmten elektrischen Widerstandswert auf. Vorzugsweise beträgt der gesamte elektrische Widerstandswert mindestens 0,5 Ω, weiter bevorzugt mindestens 2 Ω, weiter bevorzugt mindestens 5 Ω, weiter bevorzugt mindestens 10 Ω, weiter bevorzugt mindestens 20 Ω, weiter bevorzugt mindestens 50 Ω, weiter bevorzugt mindestens 100 Ω, weiter bevorzugt mindestens 200 Ω, weiter bevorzugt mindestens 500 Ω, weiter bevorzugt höchstens 1.000 Ω. Besonders bevorzugt ist der Entladewiderstand an die elektrische Spannung der Energiespeicherzelle derart angepasst, dass die Heizleistung im Entladewiderstand beim kontrollierten Entladen der Energiespeicherzelle auf höchstens 500 W begrenzt ist, weiter bevorzugt auf höchstens 200 W, weiter bevorzugt auf höchstens 100 W, weiter bevorzugt auf höchstens 50 W, weiter bevorzugt auf höchstens 20 W, weiter bevorzugt auf höchstens 10 W, weiter bevorzugt auf höchstens 2 W.
  • Durch die bevorzugte Anordnung und/oder wärmeleitende Verbindung des wenigstens einen Entladewiderstandes außerhalb der Umhüllung kann vorzugsweise erreicht werden, dass die von der Energiespeicherzelle beim kontrollierten Entladen erzeugte Wärme nach außen abgegeben wird und nicht das Innere der Zelle mit der Elektrodenanordnung zu stark aufgeheizt wird.
  • In einer noch weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die wenigstens eine erste Funktionsschicht und/oder die wenigstens eine zweite Funktionsschicht der Umhüllung zumindest teilweise als Metallfolien ausgebildet.
  • Gegenstand der Erfindung ist auch eine elektrochemische Energiespeichervorrichtung, die wenigstens eine oben beschriebene elektrochemische Energiespeicherzelle der Erfindung aufweist. Eine solche elektrochemische Energiespeichervorrichtung kann auch als Batterie bezeichnet werden. Die Energiespeichervorrichtung weist zudem ein vorzugsweise formstabiles Gehäuse zum Aufnehmen der wenigstens einen Energiespeicherzelle und wenigstens zwei Batterieanschlüsse unterschiedlicher Priorität, welche elektrisch leitend mit den Stromleiteinrichtungen der wenigstens einen Energiespeicherzelle verbunden sind, auf. Im Fall von mehreren Energiespeicherzellen in der Batterie sind diese über ihre Stromleiteinrichtungen zwischen den Batterieanschlüssen vorzugsweise in Reihe und/oder parallel zueinander geschaltet.
  • Die erfindungsgemäße Energiespeichervorrichtung enthält wenigstens eine oben beschriebene Energiespeicherzelle gemäß der Erfindung. In einer Ausgestaltung der Erfindung enthält die Energiespeichervorrichtung ausschließlich Energiespeicherzellen, welche gemäß der Erfindung ausgestaltet sind. In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung enthält die Energiespeichervorrichtung eine oder mehrere Energiespeicherzellen, die gemäß der Erfindung ausgestaltet sind, sowie eine oder mehrere anders ausgestaltete Energiespeicherzellen. Im letztgenannten Fall sind die Energiespeicherzellen, die gemäß der Erfindung eine Umhüllung mit ersten und ggf. zweiten Funktionsschichten aufweisen, vorzugsweise in einer Anordnungsrichtung der Energiespeicherzellen außen und damit nahe an einer Gehäusewandung der Batterie angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass nur die äußeren Energiespeicherzellen, welche einer größeren Gefahr einer Fremdkörpereinwirkung ausgesetzt sind, gemäß der Erfindung mit einer speziellen Umhüllung ausgebildet sein müssen.
  • Bei der Ausgestaltung der Entladevorrichtung mit wenigstens einem Entladewiderstand ist dieser Entladewiderstand vorzugsweise wärmeleitend mit dem Gehäuse der Batterie verbunden.
  • Im Rahmen der Erfindung kann wenigstens eine der Energiespeicherzellen mit einer eigenen Entladevorrichtung versehen und/oder können mehrere Energiespeicherzellen mit einer gemeinsamen Entladevorrichtung versehen sein. In diesem Zusammenhang können auch Energiespeicherzellen, die nicht gemäß der Erfindung ausgestaltet sind, d. h. insbesondere keine erste Funktionsschicht in der Umhüllung aufweisen und/oder mit keiner Messvorrichtung versehen sind, dennoch ebenfalls mit einer Entladevorrichtung verbunden sein.
  • Im Rahmen der Erfindung kann wenigstens eine der Energiespeicherzellen mit einer eigenen Messvorrichtung versehen sein und/oder können mehrere Energiespeicherzellen mit einer gemeinsamen Messvorrichtung versehen sein.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist wenigstens eine Stromunterbrechungseinrichtung vorgesehen, welche ausgestaltet ist, die elektrisch leitende Verbindung zwischen wenigstens einem der Batterieanschlüsse und den Stromleiteinrichtungen der wenigstens einen Energiespeicherzelle zu unterbrechen. Die Stromunterbrechungseinrichtung ist vorzugsweise mittelbar oder unmittelbar mit der oben genannten Messvorrichtung gekoppelt.
  • Die Stromunterbrechungseinrichtung dient insbesondere dazu, die Energiespeicherzelle(n) gegenüber ihrer Umgebung elektrisch zu isolieren. Mit Hilfe der Stromunterbrechungseinrichtung kann insbesondere die elektrische Verbindung zwischen einer der Stromleiteinrichtungen der Energiespeicherzelle und einem Batterieanschluss insbesondere derselben Polarität zumindest zeitweise unterbrochen werden. Die Stromunterbrechungseinrichtung ist insbesondere vorgesehen, aktiviert zu werden und im aktivierten Zustand die elektrische Verbindung zwischen der Stromleiteinrichtung und dem Batterieanschluss insbesondere derselben Polarität zu unterbrechen. Vorzugsweise weist die Stromunterbrechungseinrichtung einen angesteuerten Schalter, bevorzugt einen Halbleiterschalter oder ein Relais, auf. Vorzugsweise ist die Stromunterbrechungseinrichtung von einer Batteriesteuereinrichtung oder einem Batteriemanagementsystem angesteuert. Der angesteuerte Schalter der Stromunterbrechungseinrichtung kann vorzugsweise nach einer insbesondere vorbestimmten Zeitdauer wieder geschlossen werden. Diese bevorzugte Ausführungsform bietet den Vorteil, dass nach dem Schließen des Schalters die elektrische Spannung der Energiespeicherzellen über die Batterieanschlüsse gemessen werden kann. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform weist die Stromunterbrechungseinrichtung eine insbesondere von der Batteriesteuereinrichtung angesteuerte Trenneinrichtung und einen elektrischen Leiter auf. Der elektrische Leiter ist zwischen die Stromleiteinrichtung der Energiespeicherzelle und den Batterieanschluss geschaltet. Die Trenneinrichtung ist vorgesehen, auf den elektrischen Leiter derart einzuwirken, dass dessen elektrische Leitfähigkeit weitgehend, insbesondere im Wesentlichen vollständig verloren geht. Vorzugsweise ist die Trenneinrichtung ausgestaltet, den elektrischen Leiter zu zerteilen, sodass der Strompfad zwischen Stromleiteinrichtung und Batterieanschluss unterbrochen ist. Diese bevorzugte Ausführungsform bietet den Vorteil erhöhter Sicherheit der Batterie, insbesondere auch nach schädlicher Einwirkung eines Fremdkörpers.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Batterie eine Anzeigeeinrichtung auf. Die Anzeigeeinrichtung ist vorgesehen, insbesondere den Gefährdungszustand der Energiespeicherzelle in Bezug auf die Funktionsschichten ihrer Umhüllung anzuzeigen. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass einer Person eine Information über den Zustand der Batterie bzw. der Energiespeicherzelle(n) zur Verfügung gestellt werden kann. Besonders bevorzugt ist die Anzeigeeinrichtung ausgestaltet als Piepser, lichtemittierende Diode, Infrarotschnittstelle, GPS-Einrichtung, GSM-Baugruppe, erste Nahfunkeinrichtung oder Transponder. Die Anzeigevorrichtung ist vorzugsweise mit der/den Messvorrichtung(en), der/den Entladevorrichtung(en) und/oder der Batteriesteuerung bzw. dem Batteriemanagementsystem verbunden.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Zusammenhang mit den Figuren. Darin zeigen:
  • 1 eine schematische Darstellung des Aufbaus einer elektrochemischen Energiespeicherzelle gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 2 eine schematische Darstellung des Schichtaufbaus einer Umhüllung der Energiespeicherzelle von 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
  • 3 eine schematische Darstellung des Schichtaufbaus einer Umhüllung der Energiespeicherzelle von 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel;
  • 4 eine schematische Darstellung des Aufbaus einer elektrochemischen Energiespeichervorrichtung bzw. Batterie mit mehreren Energiespeicherzellen gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 5 eine schematische Darstellung des Schichtaufbaus einer Umhüllung einer Energiespeicherzelle gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel;
  • 6 eine schematische Darstellung des Schichtaufbaus einer Umhüllung einer Energiespeicherzelle gemäß einem noch weiteren Ausführungsbeispiel; und
  • 7 eine schematische Darstellung des Schichtaufbaus einer Umhüllung einer Energiespeicherzelle gemäß einem noch weiteren Ausführungsbeispiel.
  • 1 zeigt schematisch den Aufbau einer wiederaufladbaren elektrochemischen Energiespeicherzelle 10 in Form einer Pouch-Zelle gemäß der Erfindung. Die Energiespeicherzelle 10 enthält eine Elektrodenbaugruppe 12, welche von einer folienartigen Umhüllung 24 im Wesentlichen vollständig umschlossen ist.
  • Wie in 2 und 3 veranschaulicht, weist die Elektrodenbaugruppe 12 einen im Wesentlichen quaderförmigen Elektrodenstapel aus ersten Elektroden 14 und zweiten Elektroden 16 unterschiedlicher Polarität auf. Die ersten und zweiten Elektroden 14, 16 sind durch einen Separator 18 voneinander getrennt.
  • Die Ableiterfahnen (nicht dargestellt) der ersten Elektroden 14 sind mit einer ersten Stromleiteinrichtung (Stromableiter) 20 elektrisch leitend verbunden. Die Ableiterfahnen (nicht dargestellt) der zweiten Elektroden 16 sind mit einer zweiten Stromleiteinrichtung (Stromableiter) 22 elektrisch leitend verbunden. Die beiden Stromleiteinrichtungen 20, 22 sind durch die Umhüllung 24 hindurch nach außen geführt. Die Umhüllung 24 ist im Bereich dieser Ableiterdurchführungen fluiddicht versiegelt.
  • Zurück zu 1 sind in der Umhüllung 24 der Elektrodenbaugruppe 12 eine erste Funktionsschicht 243 und eine zweite Funktionsschicht 244 angedeutet. Die ersten und zweiten Funktionsschichten 243, 244 sind jeweils als elektrisch leitfähige Metallfolien ausgebildet. Außerdem sind die erste und die zweite Funktionsschicht 243, 244 in der Schichtrichtung 25 der Umhüllung 24 sowohl gegeneinander als auch gegen die Elektrodenbaugruppe 12 elektrisch isoliert. Ferner sind die Funktionsschichten 243, 244 auch gegenüber den Stromleiteinrichtungen 20, 22 der Energiespeicherzelle 10 elektrisch isoliert.
  • Wie in 1 dargestellt, ist eine Messvorrichtung 26 vorgesehen, welche mit der ersten Funktionsschicht 243 und der zweiten Funktionsschicht 244 der Umhüllung 24 verbunden ist. Die Messvorrichtung 26 ist ausgestaltet, um einen elektrischen Widerstandswert zwischen der ersten und der zweiten Funktionsschicht 243, 244 der Umhüllung zu erfassen bzw. zu überwachen.
  • Im Normalbetriebszustand der Energiespeicherzelle 10 sind die erste und die zweite Funktionsschicht 243, 244 der Umhüllung 24 elektrisch voneinander isoliert, sodass die Messvorrichtung 26 einen hohen Widerstandswert erfasst. Trifft nun ein Fremdkörper, beispielsweise ein Nagel aus Metall, auf diese Energiespeicherzelle 10, so kann dieser Nagel in die Umhüllung 24 eindringen. Sobald der elektrisch leitfähige Nagel die innere der beiden Funktionsschichten der Umhüllung 24 berührt oder durchstößt, sind die beiden Funktionsschichten 243, 244 durch den Nagel elektrisch leitend miteinander verbunden. Die Messvorrichtung 25 erfasst dann einen deutlich reduzierten Widerstandswert, woraus auf einen Gefährdungszustand für die Energiespeicherzelle 10 geschlossen werden kann.
  • Auch bei der Einwirkung eines Drucks von außen auf die Energiespeicherzelle 10 kann die Messvorrichtung 26 eine Veränderung des elektrischen Widerstandswertes zwischen den beiden Funktionsschichten 243, 244 der Umhüllung 24 erfassen. Übersteigt der Druck ein gewisses Maß, so kann sich die Umhüllung 24 derart verformen, dass die erste Funktionsschicht 243 und die zweite Funktionsschicht 244 einander kontaktieren oder zumindest die Isolierschicht dazwischen stark reduziert ist. Dies kann insbesondere bei ungleichmäßig, insbesondere bei im Wesentlichen punktuell auf die Energiespeicherzelle 10 einwirkenden Druckkräften geschehen. Ähnliches gilt für das Eindringen eines Fremdkörpers aus einem elektrisch nicht oder kaum leitenden Material.
  • Zwischen die beiden Stromleiteinrichtungen 20, 22 der Energiespeicherzelle 10 ist ferner eine Entladevorrichtung 28 geschaltet, mittels welcher die Elektrodenbaugruppe 12 der Energiespeicherzelle 10 bei Bedarf, d. h. insbesondere bei einem durch die Messvorrichtung 26 erfassten Gefährdungszustand, kontrolliert entladen werden kann. Die Entladevorrichtung 28 ist hierzu mit der Messvorrichtung 26 und/oder einer Steuereinrichtung (z. B. Batteriesteuerung, Batteriemanagementsystem, etc.) gekoppelt.
  • Wie in 1 dargestellt, enthält die Entladevorrichtung 28 wenigstens eine Schalteinrichtung (z. B. Halbleiterschalter, Relais, etc.) 282 und wenigstens einen Entladewiderstand 284, die in Reihe zwischen die erste Stromleiteinrichtung 20 und die zweite Stromleiteinrichtung 22 geschaltet sind. Im Normalbetriebszustand der Energiespeicherzelle 10 wird die Schalteinrichtung 282 offen angesteuert, sodass die beiden Stromleiteinrichtungen 20, 22 voneinander getrennt sind.
  • Kann die Messvorrichtung 26 oder eine mit ihr verbundene Steuervorrichtung aus dem von der Messvorrichtung 26 erfassten Betriebsparameter bzw. dessen Änderung auf einen Gefährdungszustand für die Energiespeicherzelle 10, insbesondere einen Gefährdungszustand der oben beschriebenen Art, schließen, so werden die Schalteinrichtung 282 der Entladevorrichtung 28 geschlossen und damit der Strompfad zwischen den beiden Stromleiteinrichtungen 20, 22 geschlossen. Als Folge wird die Elektrodenbaugruppe 12 der Energiespeicherzelle über diesen Strompfad entladen.
  • Durch den wenigstens einen Entladewiderstand 284 in der Entladevorrichtung 28 wird die in der Elektrodenbaugruppe 12 gespeicherte elektrische Energie in Wärmeenergie umgewandelt. Der wenigstens eine Entladewiderstand 284 ist deshalb bevorzugt außerhalb der Umhüllung 24 der Energiespeicherzelle 10 angeordnet oder zumindest wärmeleitend mit einem externen Bauteil außerhalb der Umhüllung, zum Beispiel einem Batteriegehäuse verbunden, um die beim kontrollierten Entladen der Elektrodenbaugruppe 12 entstehende Wärme nach außen abzuführen. Über den Widerstandswert des Entladewiderstandes 26 lassen sich die beim Entladen entstehende Wärme und die Zeitdauer des Entladevorganges einstellen. Für den Entladewiderstand 284 der Entladevorrichtung 28 kann wahlweise auch ein Kaltleiter oder dergleichen eingesetzt werden.
  • Ein erstes Ausführungsbeispiel des Schichtaufbaus einer Umhüllung 24 der erfindungsgemäßen Energiespeicherzelle 10 von 1 ist in 2 dargestellt.
  • In diesem Ausführungsbeispiel enthält die Umhüllung 24 eine äußere, im Wesentlichen fluiddichte Schicht 241 und eine elektrische Isolierschicht 242 auf der der Elektrodenbaugruppe 12 zugewandten Seite der fluiddichten Schicht 241. Dieser Schichtaufbau 241, 242 entspricht im Wesentlichen dem Aufbau herkömmlicher folienartiger Umhüllungen für Pouch-Zellen.
  • Zusätzlich zu diesen beiden Schichten 241, 242 sind die erste Funktionsschicht 243 und die zweite Funktionsschicht 244 auf der der Elektrodenbaugruppe 12 zugewandten Seite der Schichten 241, 242 vorgesehen. Zwischen den beiden Funktionsschichten 243, 244 ist eine elektrische Isolierschicht 245 angeordnet.
  • Auf der der Elektrodenbaugruppe 12 zugewandten Innenseite der ersten Funktionsschicht 243 ist ebenfalls eine elektrische Isolierschicht 246 vorgesehen. Diese Isolierschicht 246 soll – zumindest im Normalbetriebszustand der Energiespeicherzelle 10 – eine elektrische Isolierung zwischen der Elektrodenbaugruppe 12 und der Umhüllung 24 gewährleisten.
  • In einer speziellen Variante dieses Ausführungsbeispiels ist diese innere Isolierschicht 246 gleichzeitig als stichfeste Schutzschicht ausgebildet. Dies geschieht beispielsweise durch integrierte Gewebe, Gewirke, Metallplatten oder dergleichen. Ein Fremdkörper soll so an einem vollständigen Durchdringen der Umhüllung 24 und einem Eindringen in die Elektrodenbaugruppe 12 der Energiespeicherzelle 10 gehindert werden.
  • Die „normalen” Schichten 241–242 der Umhüllung 24 und die „Nail Safety Device” – Schichten 243–246 der Umhüllung 24 sind beispielsweise als ein gemeinsamer Schichtverbund ausgebildet.
  • In einer anderen Ausführungsform sind die „normalen” Schichten 241–242 der Umhüllung 24 und die „Nail Safety Device” – Schichten 243–246 der Umhüllung 24 als separate Komponenten ausgebildet, welche nacheinander um die Elektrodenbaugruppe 12 gelegt werden oder nach einer vorzugsweise stoffschlüssigen Verbindung miteinander gemeinsam um die Elektrodenbaugruppe 12 gelegt werden. In diesem Fall können die „Nail Safety Device” – Schichten 243–246 der Umhüllung 24 selbst folienartig oder im Wesentlichen formstabil ausgebildet sein. Außerdem können die „Nail Safety Device” – Schichten 243–246 der Umhüllung 24 wahlweise auf beiden Hauptseiten der Elektrodenbaugruppe 12 oder nur auf einer Hauptseite der Elektrodenbaugruppe 12 vorgesehen sein.
  • Ein zweites Ausführungsbeispiel des Schichtaufbaus einer Umhüllung 24 der erfindungsgemäßen Energiespeicherzelle 10 von 1 ist in 3 dargestellt.
  • In diesem Ausführungsbeispiel sind die erfindungsgemäß vorgesehenen „Nail Safety Device” – Schichten in die „normalen” Umhüllungsschichten integriert. Insbesondere bildet die zweite Funktionsschicht 244 gleichzeitig die fluiddichte Schicht. Die elektrische Isolierschicht 242 bildet die elektrische Isolierung zwischen der ersten und der zweiten Funktionsschicht 243, 244.
  • An der der Elektrodenbaugruppe 12 zugewandten Innenseite der ersten Funktionsschicht 243 ist auch in diesem Ausführungsbeispiel eine elektrische Isolierschicht 246 vorgesehen, welche optional zugleich als stichfeste Schutzschicht ausgebildet sein kann.
  • Das Ausführungsbeispiel von 3 stellt einen besonders kompakten, multifunktionalen Schichtaufbau der Umhüllung 24 zur Verfügung.
  • Auch wenn die Lagen der Umhüllung 24 und der Elektrodenbaugruppe 12 in 2 und 3 jeweils mit Abständen dazwischen dargestellt sind, ist die Energiespeicherzelle 10 bevorzugt ohne diese Abstände aufgebaut. Insbesondere ist die Umhüllung 24 bevorzugt aus einem einheitlichen Schichtverbund 241–246 gebildet und ist die Elektrodenbaugruppe 12 bevorzugt ohne Hohlräume ausgebildet und umschließt die Umhüllung 24 die Elektrodenbaugruppe 12 bevorzugt ohne Einschluss von Hohlräumen. Ferner können die Schichten 241–246 der Umhüllung 24 jeweils einschichtig oder mehrschichtig aufgebaut sein.
  • Auch wenn in 2 und 3 die Umhüllung 24 jeweils in Stapelrichtung 19 der Elektrodenbaugruppe 12 auf beiden Hauptseiten im Wesentlichen identisch dargestellt ist, so muss die Umhüllung 24 nicht notwendigerweise auf beiden Hauptseiten der Elektrodenbaugruppe 12 gleichartig aufgebaut sein. Beispielsweise können die ersten und zweiten Funktionsschichten 243, 244 auch nur auf einer Hauptseite der Elektrodenbaugruppe 12 in der Umhüllung 24 vorhanden sein.
  • In den beiden Ausführungsbeispielen der 2 und 3 überwacht die Messvorrichtung 26 vorzugsweise den elektrischen Widerstandswert zwischen den beiden Funktionsschichten 243, 244 der Umhüllung 24 als zu erfassende Betriebsparameter(änderung). Im Normalbetriebszustand der Energiespeicherzelle ist dieser Widerstandswert wegen der Isolierschicht 242 bzw. 245 zwischen den beiden Funktionsschichten 243, 244 relativ hoch. In einem Gefährdungszustand der oben beschriebenen Art (d. h. Eindringen eines Fremdkörpers, Druckeinwirkung, etc.) wird dieser Widerstandswert stark vermindert, was durch die Messvorrichtung 26 einfach erfasst und ausgewertet werden kann, um in diesem Fall die Entladevorrichtung 28 zu aktivieren.
  • 4 zeigt schematisch den Aufbau einer elektrochemischen Energiespeichervorrichtung bzw. Batterie 30 gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • Die Batterie 30 hat ein vorzugsweise formstabiles Gehäuse 32. In diesem Gehäuse 32 ist eine Vielzahl von Energiespeicherzellen 10 aufgenommen, um die gewünschte Leistungsstärke der Batterie einzustellen. Wie in 4 angedeutet, sind die Elektrodenbaugruppen 12 der Energiespeicherzellen 10 über ihre aus der Umhüllung 24 heraus ragenden Stromleiteinrichtungen 20, 22 zwischen zwei Batterieanschlüssen 34 und 36 in Reihe geschaltet. Alternativ können die Energiespeicherzellen 10 auch parallel zueinander oder in einer Kombination aus Parallel- und Reihenschaltung verschaltet sein.
  • Die Entladewiderstände 284 der Entladevorrichtungen 28 der Energiespeicherzellen 10 können beispielsweise mit dem Gehäuse 32 der Batterie wärmeleitend verbunden sein. Auf diese Weise kann die beim kontrollierten Entladen einer Energiespeicherzelle 10 entstehende Wärme über das Batteriegehäuse 32 nach außen abgeführt werden.
  • Wie in 4 veranschaulicht, enthält das Gehäuse 32 mehrere elektrochemische Energiespeicherzellen 10, welche nebeneinander angeordnet sind. In einer Ausführungsform enthält die Batterie 30 ausschließlich Energiespeicherzellen 10, welche gemäß den Ausführungsbeispielen der 2 oder 3 eine Umhüllung 24 mit ersten und zweiten Funktionsschichten 243, 244 aufweisen.
  • In einer anderen Ausführungsform enthält die Batterie 30 neben einer oder mehreren erfindungsgemäßen Energiespeicherzellen 10 auch eine oder mehrere anders ausgestaltete Energiespeicherzellen, beispielsweise herkömmliche Energiespeicherzellen ohne „Nail Safety Device”. Bei dieser Ausführungsform werden die erfindungsgemäßen Energiespeicherzellen 10 vorzugsweise in der Anordnungsrichtung der Energiespeicherzellen (Rechts/Links-Richtung in 4) außen und damit nahe an dem Gehäuse 32 der Batterie 30 angeordnet. Die Gefahr einer Fremdkörpereinwirkung existiert insbesondere an diesen äußeren Energiespeicherzellen, weshalb es ggf. ausreicht, nur diese mit einem entsprechenden Schutzmechanismus gemäß der Erfindung auszustatten.
  • Wie in 4 dargestellt, ist einem Batterieanschluss 34 eine Stromunterbrechungseinrichtung 38 zugeordnet. Außerdem ist in dem Batteriegehäuse 32 eine Steuervorrichtung 40 zum Beispiel in Form eines Batteriemanagementsystems vorgesehen.
  • Die Steuervorrichtung 40 ist u. a. mit den Messvorrichtungen 26 der Energiespeicherzellen 10 verbunden, um deren Messergebnisse auszuwerten. In Abhängigkeit von dem Auswertungsergebnis (Normalbetriebszustand, Gefährdungszustand) steuert die Steuervorrichtung 40 die Schalteinrichtungen 282 der Entladevorrichtungen 28 offen oder geschlossen an.
  • Auch wenn nicht alle Energiespeicherzellen 10 der Batterie 30 gemäß der Erfindung mit Funktionsschichten 243, 244 und Messvorrichtung 26 ausgestattet sind, so sind dennoch vorzugsweise alle Energiespeicherzellen 10 in der Batterie 30 mit einer Entladevorrichtung 38 ausgestaltet oder in irgendeiner Weise gekoppelt. Wenn die Steuervorrichtung 40 anhand der Messergebnisse einer Messvorrichtung 26 einer Energiespeicherzelle 10 das Vorhandensein eines Gefährdungszustandes bestimmt, so aktiviert sie vorzugsweise alle Entladevorrichtungen 28 zum kontrollierten Entladen aller Energiespeicherzellen 10 der Batterie 30.
  • Die Messvorrichtungen 26 der Energiespeicherzellen 10 und/oder die Steuervorrichtung 40 sind vorzugsweise auch mit der Stromunterbrechungseinrichtung 38 gekoppelt.
  • Die Stromunterbrechungseinrichtung 38 ist ausgestaltet, bei einem wie oben beschrieben erfassten Gefährdungszustand die elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Batterieanschluss 34 und den Energiespeicherzellen 10 zu unterbrechen, d. h. den Batterieanschluss 34 innerhalb des Gehäuses 32 abzuklemmen. Auf diese Weise kann sicher verhindert werden, dass die Batterie 30 in einem Gefährdungszustand weiter elektrische Energie an einen angeschlossenen Verbraucher abgeben kann.
  • Die Stromunterbrechungseinrichtung 38 weist zum Beispiel einen angesteuerten Schalter, beispielsweise einen Halbleiterschalter oder ein Relais, auf. Dieser angesteuerte Schalter der Stromunterbrechungseinrichtung 38 kann vorzugsweise nach einer vorbestimmten Zeitdauer wieder geschlossen werden, sodass nach dem Schließen des Schalters die elektrische Spannung der Energiespeicherzellen 10 über die Batterieanschlüsse 34, 36 gemessen werden kann. Die genannte Zeitdauer wird dabei so bemessen, dass sich die Elektrodenbaugruppen 12 der durch einen Fremdkörper oder Druck gefährdeten Energiespeicherzellen 10 zumindest weitestgehend über die Entladevorrichtungen 28 entladen können.
  • Obwohl nicht dargestellt, kann die Batterie 30 zudem eine Anzeigeeinrichtung aufweisen. Diese Anzeigeeinrichtung ist vorgesehen, um den durch die Messvorrichtungen 26 erfassten Gefährdungszustand der Energiespeicherzellen 10 anzuzeigen. Mit Hilfe der Anzeigeeinrichtung kann einer Person eine Information über den Zustand der Batterie 30 bzw. der Energiespeicherzelle(n) 10 zur Verfügung gestellt werden.
  • 5 zeigt schematisch den Schichtaufbau einer Umhüllung 24 der Energiespeicherzelle 10 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel.
  • Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel hauptsächlich dadurch, dass in Stapelrichtung 19 der Elektrodenbaugruppe 12 (Rechts/Links-Richtung in 5) auf beiden Seiten der Elektrodenbaugruppe 12 jeweils nur eine Funktionsschicht in der Umhüllung 24 vorgesehen ist.
  • Auf der einen Seite der Elektrodenbaugruppe 12 (links in 5) weist die Umhüllung 24 neben der fluiddichten Schicht 241 und der elektrischen Isolierschicht 242 nur (wenigstens) eine elektrisch leitfähige zweite Funktionsschicht 244 auf. Zwischen dieser zweiten Funktionsschicht 244 und der Elektrodenbaugruppe 12 ist in der Schichtrichtung 25 der Umhüllung 24 (Rechts/Links-Richtung in 5) eine elektrische Isolierschicht 246 vorgesehen. Auf der anderen Seite der Elektrodenbaugruppe 12 (rechts in 5) weist die Umhüllung 24 neben der fluiddichten Schicht 241 und der elektrischen Isolierschicht 242 nur (wenigstens) eine elektrisch leitfähige erste Funktionsschicht 243 auf. Zwischen dieser ersten Funktionsschicht 243 und der Elektrodenbaugruppe 12 ist in der Schichtrichtung 25 der Umhüllung 24 (Rechts/Links-Richtung in 5) eine elektrische Isolierschicht 246 vorgesehen. Die elektrischen Isolierschichten 246 auf beiden Seiten der Elektrodenbaugruppe 12 sind vorzugsweise als eine durchgängige, einheitliche Isolierschicht ausgebildet.
  • Trifft ein Fremdkörper, beispielsweise ein Nagel aus Metall, auf diese Energiespeicherzelle 10, so kann dieser Nagel die Umhüllung 24 durchstoßen. Sobald der elektrisch leitfähige Nagel die Elektrodenbaugruppe 12, d. h. deren außen liegende Elektrode berührt, ist die jeweilige Funktionsschicht 243, 244 der Umhüllung 24 durch den Nagel mit dieser äußeren Elektrode 16, 14 elektrisch leitend verbunden.
  • Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die erste Funktionsschicht 243 auf der einen Seite der Elektrodenbaugruppe 12 mit einer ersten Messvorrichtung 26 verbunden und ist die zweite Funktionsschicht 244 auf der anderen Seite der Elektrodenbaugruppe mit einer zweiten Messvorrichtung 26 verbunden. Beide Messvorrichtungen 26 sind mit der einen Entladevorrichtung 28 und der Steuervorrichtung 40 der Batterie 30 verbunden.
  • Im Übrigen entspricht der Aufbau der Energiespeicherzelle von 5 dem ersten Ausführungsbeispiel von 2. Auch kann die Energiespeicherzelle von 5 in entsprechender Weise in einer Batterie gemäß 4 verwendet werden.
  • 6 zeigt schematisch den Schichtaufbau einer Umhüllung 24 der Energiespeicherzelle 10 gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel.
  • Dieses Ausführungsbeispiel basiert auf einer Kombination des dritten Ausführungsbeispiels von 5 mit dem zweiten Ausführungsbeispiel von 3. Insbesondere enthält die Umhüllung 24 in der Stapelrichtung 25 der Elektrodenbaugruppe 12 zu beiden Seiten der Elektrodenbaugruppe 12 jeweils nur eine Funktionsschicht 243 oder 244 und ist diese (wenigstens) eine Funktionsschicht 243, 244 in kompakter Weise in die Umhüllung 24 integriert.
  • In einer erfindungsgemäßen Variante der 5 und 6 können die Umhüllungen 24 der Energiespeicherzellen 10 auch jeweils auf nur einer Hauptseite der Elektrodenbaugruppe 12 (d. h. nur rechts oder links in den Figuren) mit einer elektrisch leitfähigen Funktionsschicht 243, 244 versehen sein.
  • Im Übrigen entspricht der Aufbau der Energiespeicherzelle von 6 dem zweiten Ausführungsbeispiel von 3. Auch kann die Energiespeicherzelle von 6 in entsprechender Weise in einer Batterie gemäß 4 verwendet werden.
  • In den beiden Ausführungsbeispielen der 5 und 6 überwacht die Messvorrichtung 26 vorzugsweise den elektrischen Widerstandswert zwischen der einen Funktionsschicht 243, 244 der Umhüllung 24 und der jeweils außen liegenden Elektrode 16, 14 der Elektrodenbaugruppe 12 als zu erfassende Betriebsparameter(änderung). Im Normalbetriebszustand der Energiespeicherzelle sind diese Widerstandswerte wegen der Isolierschicht 246 relativ hoch. In einem Gefährdungszustand der oben beschriebenen Art (d. h. Eindringen eines Fremdkörpers, Druckeinwirkung, etc.) wird dieser Widerstandswert auf der entsprechenden Seite der Elektrodenbaugruppe 12 stark vermindert, was durch jeweilige die Messvorrichtung 26 einfach erfasst und ausgewertet werden kann, um in diesem Fall die Entladevorrichtung 28 zu aktivieren.
  • 7 zeigt schematisch den Aufbau einer Energiespeicherzelle 10 gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel.
  • Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in 6 gezeigten Ausführungsbeispiel hauptsächlich dadurch, dass in Stapelrichtung 19 der Elektrodenbaugruppe 12 (Rechts/Links-Richtung in 7) jeweils eine zweite Elektrode (d. h. Elektrode der zweiten Polarität) 16 als äußerste Elektrode der Elektrodenbaugruppe 12 angeordnet ist und die Umhüllung 24 auf beiden Seiten der Elektrodenbaugruppe 12 wenigstens eine erste Funktionsschicht 243 enthält. Diese erste Funktionsschicht 243 sowie die elektrische Isolierschicht 246 können sich in diesem Fall durchgängig über die gesamte Umhüllung 24 erstrecken. Der Aufbau der Umhüllung 24 kann auf diese Weise weiter vereinfacht werden.
  • In diesem Ausführungsbeispiel genügt eine Messvorrichtung 26, welche den elektrischen Widerstandswert zwischen der (umlaufenden) ersten Funktionsschicht 243 der Umhüllung 24 und den zweiten Elektroden 16 bzw. der zweiten Stromleiteinrichtung 22 überwacht.
  • Im Übrigen entspricht der Aufbau der Energiespeicherzelle von 7 den Ausführungsbeispielen von 3 und 6. Auch kann die Energiespeicherzelle von 7 in entsprechender Weise in einer Batterie gemäß 4 verwendet werden.
  • Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele können darüber hinaus in beliebiger Weise miteinander kombiniert werden, um zu weiteren Ausgestaltungen gemäß der vorliegenden Erfindung zu gelangen.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Energiespeicherzelle
    12
    Elektrodenbaugruppe
    14
    erste Elektroden
    16
    zweite Elektroden
    18
    Separator
    19
    Stapelrichtung von 12
    20
    erste Stromleiteinrichtung
    22
    zweite Stromleiteinrichtung
    24
    Umhüllung
    241
    fluiddichte Schicht
    242
    elektrische Isolierschicht
    243
    erste Funktionsschicht
    244
    zweite Funktionsschicht
    245
    weitere elektrische Isolierschicht
    246
    elektrische Isolierschicht und/oder stichfeste Schutzschicht
    25
    Schichtrichtung von 24
    26
    Messvorrichtung
    28
    Entladevorrichtung
    282
    Schalteinrichtung
    284
    Entladewiderstand
    30
    Energiespeichervorrichtung bzw. Batterie
    32
    Gehäuse
    34
    erster Batterieanschluss
    36
    zweiter Batterieanschluss
    38
    Stromunterbrechungseinrichtung
    40
    Steuervorrichtung

Claims (14)

  1. Elektrochemische Energiespeicherzelle (10), mit einer Elektrodenbaugruppe (12), welche wenigstens eine erste Elektrode (14) einer ersten Polarität und wenigstens eine zweite Elektrode (16) einer zweiten Polarität aufweist; einer folienartigen Umhüllung (24), welche die Elektrodenbaugruppe (12) zumindest teilweise umschließt; und wenigstens einer ersten Stromleiteinrichtung (20), welche mit wenigstens einer ersten Elektrode (14) der Elektrodenbaugruppe (12) elektrisch leitend verbunden ist und zumindest teilweise aus der Umhüllung (24) heraus ragt, und wenigstens einer zweiten Stromleiteinrichtung (22), welche mit wenigstens einer zweiten Elektrode (14) der Elektrodenbaugruppe (12) elektrisch leitend verbunden ist und zumindest teilweise aus der Umhüllung (24) heraus ragt, dadurch gekennzeichnet, dass die Umhüllung (24) wenigstens eine erste Funktionsschicht (243), welche zumindest teilweise elektrisch leitfähig ausgebildet ist, und wenigstens eine elektrische Isolierschicht (246), welche die erste Funktionsschicht (243) im Normalbetriebszustand der Energiespeicherzelle (10) in einer Schichtrichtung (25) der Umhüllung von der Elektrodenbaugruppe (12) trennt, aufweist; und die wenigstens eine erste Funktionsschicht (243) der Umhüllung (24) mit einer Messvorrichtung (26) verbunden ist, welche ausgestaltet ist, um einen elektrischen Betriebsparameter und/oder eine elektrische Betriebsparameteränderung der wenigstens einen ersten Funktionsschicht (243) zu erfassen.
  2. Energiespeicherzelle gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Stromleiteinrichtungen (20, 22) mit einer Entladevorrichtung (28) verbunden sind, welche die Elektrodenbaugruppe (12) in Abhängigkeit von dem/der von der Messvorrichtung (26) erfassten Betriebsparameter(änderung) entlädt.
  3. Energiespeicherzelle gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Umhüllung (24) ferner wenigstens eine zweite Funktionsschicht (244), welche zumindest teilweise elektrisch leitfähig ausgebildet ist, und wenigstens eine weitere elektrische Isolierschicht (245), welche die ersten und zweiten Funktionsschichten (243, 244) der Umhüllung (24) im Normalbetriebszustand der Energiespeicherzelle (10) in der Schichtrichtung (25) der Umhüllung voneinander trennt, aufweist.
  4. Energiespeicherzelle gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Umhüllung (24) in einer Stapelrichtung (19) der Elektrodenbaugruppe (12) auf der einen Seite der Elektrodenbaugruppe wenigstens eine erste Funktionsschicht (243), welche zumindest teilweise elektrisch leitfähig ausgebildet ist, und auf der anderen Seite der Elektrodenbaugruppe wenigstens eine zweite Funktionsschicht (244), welche zumindest teilweise elektrisch leitfähig ausgebildet ist und von der ersten Funktionsschicht (243) elektrisch isoliert ist, aufweist.
  5. Energiespeicherzelle gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenbaugruppe (12) in einer Stapelrichtung der Elektrodenbaugruppe als äußerste Elektrode jeweils eine Elektrode (16) gleicher Polarität aufweist; und die Umhüllung (24) in einer Stapelrichtung (19) der Elektrodenbaugruppe (12) auf beiden Seiten der Elektrodenbaugruppe wenigstens eine erste Funktionsschicht (243) aufweist, welche zumindest teilweise elektrisch leitfähig ausgebildet ist.
  6. Energiespeicherzelle gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Funktionsschicht (243) und/oder die zweite Funktionsschicht (244) der Umhüllung (24) im Wesentlichen fluiddicht ausgebildet sind.
  7. Energiespeicherzelle gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umhüllung (24) in der Schichtrichtung (25) der Umhüllung auf ihrer der Elektrodenbaugruppe (12) zugewandten Seite der ersten und/oder zweiten Funktionsschichten (243, 244) wenigstens eine stichfeste Schutzschicht (246) aufweist.
  8. Energiespeicherzelle gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mit den Stromleiteinrichtungen (20, 22) verbundene Entladevorrichtung (28) wenigstens einen Entladewiderstand (26) aufweist, welcher vorzugsweise zumindest teilweise außerhalb der Umhüllung (24) angeordnet ist und/oder mit einem Bauteil außerhalb der Umhüllung (24) wärmeleitend verbunden ist.
  9. Energiespeicherzelle gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine erste Funktionsschicht (243) und/oder die wenigstens eine zweite Funktionsschicht (244) der Umhüllung (24) zumindest teilweise als Metallfolien ausgebildet sind.
  10. Elektrochemische Energiespeichervorrichtung (30), mit wenigstens einer elektrochemischen Energiespeicherzelle (10), wobei wenigstens eine der Energiespeicherzellen (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 ausgestaltet ist; einem Gehäuse (32) zum Aufnehmen der wenigstens einen Energiespeicherzelle (10); und wenigstens zwei Batterieanschlüssen (34, 36) unterschiedlicher Priorität, welche elektrisch leitend mit den Stromleiteinrichtungen (20, 22) der wenigstens einen Energiespeicherzelle (10) verbunden sind.
  11. Energiespeichervorrichtung gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Energiespeicherzellen (10) mit einer eigenen Entladevorrichtung (28) versehen ist und/oder mehrere Energiespeicherzellen (10) mit einer gemeinsamen Entladevorrichtung (28) versehen sind.
  12. Energiespeichervorrichtung gemäß Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Energiespeicherzellen (10) mit einer eigenen Messvorrichtung (26) versehen ist und/oder mehrere Energiespeicherzellen (10) mit einer gemeinsamen Messvorrichtung (28) versehen sind.
  13. Energiespeichervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Stromunterbrechungseinrichtung (38) vorgesehen ist, welche ausgestaltet ist, die elektrisch leitende Verbindung zwischen wenigstens einem der Batterieanschlüsse (34, 36) und den Stromleiteinrichtungen (20, 22) der wenigstens einen Energiespeicherzelle (10) wahlweise zu unterbrechen.
  14. Energiespeichervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Anzeigeeinrichtung aufweist, welche ausgestaltet ist, einen Gefährdungszustand wenigstens einer der wenigstens einen Energiespeicherzelle (10) in Bezug auf die Funktionsschichten ihrer Umhüllung (24) anzuzeigen.
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