DE102015202168B4 - Kraftfahrzeug mit elektrischer Antriebsvorrichtung und wiederaufladbarem elektrochemischem Energiespeicher - Google Patents

Kraftfahrzeug mit elektrischer Antriebsvorrichtung und wiederaufladbarem elektrochemischem Energiespeicher Download PDF

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Abstract

Kraftfahrzeug (1) mit einer Systemspannung, insbesondere einer Hochvolt-Systemspannung, aufweisend:wenigstens eine elektrische Antriebsvorrichtung (2), undeinen wiederaufladbaren elektrochemischen Energiespeicher (3), der eine Mehrzahl von Modulen (4) aufweist, welche jeweils wenigstens einen Elektrodenstapel (6) beinhalten, der wenigstens zwei Einheitszellen (7) aufweist,wobei in jeder Einheitszelle eine Anodenmaterial aufweisende Anodenschicht (8), eine Elektrolyt aufweisende Elektrolytschicht (9) undeine Kathodenmaterial aufweisende Kathodenschicht (10) sequentiell gestapelt sind,wobei zwischen zwei aneinander angrenzenden Einheitszellen jeweils eine elektrisch leitfähige und für die ladungstransportierenden Ionen isolierende Verbindungsschicht (11) angeordnet ist,wobei die Kathodenschicht einer ersten äußersten Einheitszelle (7P) des wenigstens einen Elektrodenstapels mit dem Pluspol (12) sowie die Anodenschicht einer zweiten äußersten Einheitszelle (7N) des wenigstens einen Elektrodenstapels (6) mit dem Minuspol (13) des jeweiligen Moduls elektrisch verbunden ist und jeweils zwei aneinander angrenzende Einheitszellen in dem wenigstens einem Elektrodenstapel (6) in der Weise angeordnet sind, dass die Anodenschicht der einen Einheitszelle mit der Kathodenschicht der jeweils anderen Einheitszelle elektrisch verbunden ist,wobei alle Module (2) elektrisch parallel verschaltbar sind und eine im Wesentlichen gleiche effektive elektrische Spannung aufweisen, undwobei die Gesamtkapazität des elektrochemischen Energiespeichers (1) auf die Module (2) so aufgeteilt ist, dass ein Modul (2) jeweils eine Teilkapazität, insbesondere von 20 von 100 bis 0,02 von 100, aufweist, und jedes Modul der Mehrzahl von Modulen jeweils die Systemspannung bereitstellt.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Kraftfahrzeuge mit einer elektrischen Antriebsvorrichtung und einem wiederaufladbaren elektrochemischen Energiespeicher. Verschiedene Aspekte der Erfindung betreffen dabei die Konstruktion, den Aufbau und die Anordnung des elektrochemischen Energiespeichers sowie seiner Komponenten, zusammen mit einem daran angepassten Batteriemanagementsystem.
  • Elektrisch angetriebene Kraftfahrzeuge und Hybridkraftfahrzeuge weisen im Allgemeinen einen Speicher für elektrische Energie auf. Hierfür kommen beispielsweise Brennstoffzellen oder wiederaufladbare Batterien bzw. ein wiederaufladbarer elektrochemischer Energiespeicher in Betracht.
  • Die gespeicherte elektrische Energie wird im Allgemeinen in Form von einer oder mehrerer Systemspannungen des Kraftfahrzeugs zur Verfügung gestellt. Einerseits werden im Stand der Technik zur Erzielung der vom Benutzer gewünschten Reichweite sowie maximal möglicher Beschleunigung Batteriezellen parallel verschaltet und/oder entsprechend große Anodenschichten und Kathodenschichten bei den einzelnen Batteriezellen verwendet und so die Gesamtkapazität sowie der maximal abrufbare elektrische Strom des elektrochemischen Energiespeichers erhöht. Andererseits wird/werden die Systemspannung(en) durch die serielle Verschaltung einzelner Batteriezellen erreicht. Dabei fasst eine Batteriezelle im Allgemeinen mehrere galvanische Zellen zusammen und unterteilt zugleich den gesamten elektrochemischen Energiespeicher in kleinere Untereinheiten.
  • Bei einem Kraftfahrzeug mit elektrischer Antriebsvorrichtung ist insbesondere auch die gravimetrische und volumetrische Energiedichte des elektrochemischen Speichers entscheidend, um gemäß dem Wunsch des Benutzers eine große Reichweite und zugleich ein dynamisches Fahrverhalten d.h. u.a. eine hohe maximale Beschleunigung zu ermöglichen. Die gravimetrische und volumetrische Energiedichte hängt dabei einerseits von den eingesetzten Anoden- und Kathodenmaterialien sowie ihrer Mengenverhältnisse und andererseits von den weiteren Komponenten des elektrochemischen Energiespeichers wie mechanischen Haltevorrichtungen, Spannbändern und Gehäusen, insbesondere den Gehäusen der einzelnen Batteriezellen, ab.
  • Eine wichtige Rolle bei der Versorgung eines Kraftfahrzeugs mit elektrischer Energie mittels eines wiederaufladbaren, elektrochemischen Energiespeichers spielt dabei dessen Kontrolle, Regelung und Überwachung über ein sogenanntes Batteriemanagementsystem, um einerseits die vom Benutzer gewünschte Fahrleistung wie Beschleunigung und maximale Reichweite zu erreichen und andererseits die notwendige Ausfallsicherheit, Lebensdauer und Sicherheit des elektrochemischen Energiespeichers zu gewährleisten. Bei Defekt einer einzelnen Batteriezelle muss diese elektrisch vom Rest des elektrochemischen Energiespeichers getrennt werden; zugleich muss die notwendige elektrische Spannung und der notwendige elektrische Strom des Fahrzeugs sichergestellt werden.
  • In der US 8,133,287 B2 werden die einzelnen Batteriezellen eines Batteriepacks, also mehrerer elektrisch miteinander verschalteter Batteriezellen, jeweils mit einer Sicherung versehen, um einzelne Batteriezellen bei Defekt, insbesondere bei einem Kurzschluss, vom Batteriepack zu trennen und so den Schaden einzugrenzen.
  • In der US 7,678,497 B2 ist eine Batterie mit mehreren parallel und seriell verschalteten galvanischen Zellen aus Festkörperelektrolytschichten und darauf separiert aufgebrachten Bereichen von Anodenschichten sowie Kathodenschichten beschrieben, wobei die Stränge aus seriell verschalteten galvanischen Elementen elektrisch miteinander parallel verschaltet werden und der elektrische Kontakt für jeden einzelnen Strang unterbrochen werden kann. Wird eine defekte Batterie aus einem Strang von seriell verschalteten Batterien getrennt, so ändert sich entsprechend auch die erzielte Spannung des Strangs von seriellen Batterien. Diese muss nun entweder z.B. mittels eines Spannungswandlers wieder auf die bereitzustellende Systemspannung angehoben werden oder aber die entsprechende Systemspannung muss insgesamt an die nun niedrigere Spannung des Strangs von seriellen Batterien, der eine defekte Batterie aufweist, angepasst werden.
  • Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Kraftfahrzeug mit wiederaufladbarem elektrochemischem Energiespeicher und einer elektrischen Antriebsvorrichtung bereitzustellen, welches eine große Reichweite bei gleichzeitiger hoher Ausfallsicherheit aufweist. Eine weitere Aufgabe der Erfindung liegt darin, die Komplexität eines Energiespeichers mit hoher volumetrischer sowie gravimetrischer Energiedichte zu reduzieren. Vorzugsweise sollen einzelne Module des Energiespeichers dabei auswechselbar sein.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einer Systemspannung, das wenigstens eine elektrische Antriebsvorrichtung und einen wiederaufladbaren elektrochemischen Energiespeicher aufweist. Dabei weist der wiederaufladbare elektrochemische Energiespeicher eine Mehrzahl von Modulen auf, welche jeweils wenigstens einen Elektrodenstapel beinhalten. Ein derartiger Elektrodenstapel weist wenigstens zwei Einheitszellen auf; dabei sind in jeder Einheitszelle eine Anodenmaterial aufweisende Anodenschicht, eine Elektrolyt aufweisende Elektrolytschicht und eine Kathodenmaterial aufweisende Kathodenschicht sequentiell gestapelt und zwischen aneinander angrenzenden Einheitszellen ist jeweils eine elektrisch leitfähige und für die ladungstransportierenden Ionen isolierende Verbindungsschicht angeordnet. Jedes Modul weist wenigstens einen Pluspol und einen Minuspol auf. Beim Elektrodenstapel ist die Kathodenschicht einer ersten äußersten Einheitszelle des wenigstens einen Elektrodenstapels des Moduls mit dem Pluspol sowie die Anodenschicht einer zweiten äußersten Einheitszelle des wenigstens einen Elektrodenstapels mit dem Minuspol des jeweiligen Moduls elektrisch verbunden und jeweils zwei aneinander angrenzende Einheitszellen in dem wenigstens einem Elektrodenstapel sind in der Weise angeordnet, dass die Anodenschicht der einen Einheitszelle mit der Kathodenschicht der anderen Einheitszelle elektrisch verbunden ist. Alle Module sind dabei elektrisch parallel verschaltbar und weisen eine im Wesentlichen gleiche effektive elektrische Spannung auf. Dabei ist die Gesamtkapazität des elektrochemischen Energiespeichers auf die Module so aufgeteilt, dass ein Modul eine Teilkapazität 20 von 100 bis 0,02 von 100 aufweist, und jedes Modul der Mehrzahl von Modulen stellt jeweils die Systemspannung bereitstellt.
  • Der Elektrodenstapel weist ferner einen für den Betrieb der Zelle ausreichenden Lithium-Ionengehalt auf. Dies bedeutet, dass entweder Anodenaktivmaterial oder Kathodenaktivmaterial in seiner lithiierten Form in die Zelle eingebaut werden muss.
  • Am Beispiel des FeF3 Aktivmaterials erläutert sich dies an dem Einsatz von metallischen Fe-Partikel und 3-fach äquivalentem LiF, entsprechend der nachfolgenden Reaktionsgleichung: FeF3 + 3Li+ -> 3LiF + Fe°
  • Unter einem Kraftfahrzeug im Sinne der Erfindung ist jede Art von Fahrzeug zu verstehen, mittels dessen eine oder mehrere Personen und/oder Zuladung transportiert werden kann, insbesondere ein Personenkraftwagen (PKW), ein Lastwagen (LKW), ein Motorrad, ein Bus, ein Fahrrad.
  • Unter einer Systemspannung im Sinne der Erfindung ist eine elektrische Spannung zu verstehen, die in dem entsprechenden System verwendet bzw. für die Energieversorgung bereitgestellt wird. Im Sinne der Erfindung kann es sich bei dem entsprechenden System insbesondere um ein Kraftfahrzeug handeln, welches eine oder mehrere ggf. verschiedene Systemspannungen aufweist.
  • Unter einer elektrischen Antriebsvorrichtung im Sinne der Erfindung ist eine Vorrichtung zu verstehen, die den Antrieb eines Kraftfahrzeugs über elektrische Energie bewirkt. Dies können insbesondere ein oder mehrere Elektromotoren z.B. Asynchronmotoren oder Permanenterregte Synchronmaschinen ggf. mit zugehörigen Getriebekomponenten sein. Eine derartige elektrische Antriebsvorrichtung kann insbesondere auch als Generator ausgestaltet, betrieben und/oder konfiguriert sein. Zur Steuerung der Antriebsvorrichtung können weitere Komponenten notwendig sein, insbesondere um die von der elektrischen Antriebsvorrichtung für eine Beschleunigung, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, benötigte bzw. zugeführte Energie zu regeln oder im Falle eines Abbremsens, um mögliche über die elektrische Antriebsvorrichtung zurückgewonnene Energie, insbesondere kinetische Energie z.B. eines Kraftfahrzeugs, wiederaufzunehmen und als elektrische Energie ganz oder teilweise in einem wiederaufladbaren elektrochemischen Energiespeicher zu speichern.
  • Unter einem Energiespeicher im Sinne der Erfindung ist insbesondere ein Speicher von Energie zu verstehen; also insbesondere eine Vorrichtung, ein Gerät, ein Apparat, eine mechanische Anordnung oder ein Material, das Energie in wenigstens einer Energieform speichern und nach einer gewissen Zeitdauer wieder Energie in wenigstens einer ggf. anderen Energieform abgeben kann. Insbesondere kann ein Energiespeicher im Sinne der Erfindung ein wiederaufladbarer elektrochemischer Energiespeicher sein.
  • Unter einem wiederaufladbaren elektrochemischen Energiespeicher oder einem elektrochemischen Energiespeicher oder einem elektrochemischen Speicher im Sinne der Erfindung ist insbesondere ein Speicher von Energie zu verstehen, der Energie über elektrochemische Reaktionen speichern und wieder abgeben kann. Insbesondere kann der elektrochemische Energiespeicher mehrere Untereinheiten wie Batteriezellen, Einzelzellen, galvanischen Elementen, Einheitszellen oder Module aufweisen. Insbesondere kann dabei die elektrische Verschaltung der einzelnen Untereinheiten konfiguriert oder konfigurierbar sein, um beispielsweise einzelne Untereinheiten bei Vorliegen eines fehlerhaften Zustand vom Rest des elektrochemischen Energiespeichers elektrisch trennen zu können. Zudem können einzelne Untereinheiten oder insbesondere Module des elektrochemischen Energiespeichers so ausgebildet sein, dass sie wechselbar bzw. austauschbar sind; dies ermöglicht den Austausch einzelner Untereinheiten oder Module, die einen fehlerhaften Zustand aufweisen. Schließlich kann ein elektrochemischer Energiespeicher wenigstens eine Mehrzahl von im Wesentlichen gleichen Modulen d.h. mit im Wesentlichen gleichen Dimensionen und/oder technische Parametern wie Kapazität oder elektrischer Spannung aufweisen.
  • Unter einem Modul im Sinne der Erfindung ist insbesondere eine abgetrennte, abtrennbare, wechselbare oder austauschbare Einheit zu verstehen, insbesondere eine Untereinheit eines elektrochemischen Energiespeichers. Ein derartiges Modul kann insbesondere mechanisch und elektrisch so ausgebildet sein, dass der Wechsel bzw. Austausch dieses Moduls unabhängig von den anderen Komponenten und Modulen des elektrochemischen Energiespeichers möglich ist. Insbesondere beinhaltet ein Modul im Sinne der Erfindung weitere Unterkomponenten und kann einen oder mehrere Pluspole und einen oder mehrere Minuspole aufweisen.
  • Unter einer elektrischen Verschaltung im Sinne der Erfindung ist insbesondere zu verstehen, dass ein, zwei oder mehrere elektrische Komponenten z.B. Pluspole oder Minuspole von Modulen miteinander elektrisch verbunden, elektrisch verschalten oder elektrisch verschaltbar sind. Insbesondere können für die elektrische Verschaltung Drähte oder Kabel mit einem elektrisch leitfähigen Material eingesetzt werden. Zudem sind für die elektrische Verschaltung weitere Komponenten wie Stecker, Stecksysteme, Kontaktflächen, Relais, Transistoren, Thyristoren, Schalter und Drehschalter, Sicherungen oder Leiterbahnen denkbar.
  • Eine äußerste Einheitszelle im Sinne der Erfindung ist eine Einheitszelle, welche einen Elektrodenstapel abschließt. Ein Elektrodenstapel weist daher wenigstens zwei äußerste Einheitszellen auf. Ein Kraftfahrzeug mit einer Systemspannung und wenigstens einer elektrischen Antriebsvorrichtung kann mittels eines erfindungsgemäßen wiederaufladbaren elektrochemischen Energiespeichers eine gemäß Nutzerwunsch bessere Fahrleistung, d.h. insbesondere eine größere Reichweite und höhere maximale Beschleunigung, erzielen. Durch einen erfindungsgemäßen elektrochemischen Energiespeicher wird bei vergleichbarer Sicherheit die volumetrische sowie gravimetrische Energiedichte erhöht, die elektrische Verschaltung vereinfacht, die Komplexität reduziert und damit die Ausfallsicherheit erhöht. So werden insbesondere auch durch den Entfall oder die Reduktion aktiver und nichtaktiver Komponenten sowie schweren mechanischen Haltevorrichtungen, Spannbändern, Hüllkomponenten und Gehäusen, insbesondere den Gehäusen der einzelnen Batteriezellen, das Gewicht und die Betriebs- sowie Herstellungskosten des Kraftfahrzeugs reduziert.
  • Ein weiterer Vorteil besteht insbesondere darin, dass bei Ausfall bzw. fehlerhaftem Zustand eines oder mehrerer Module des elektrochemischen Energiespeichers, weiterhin die Systemspannung ohne komplexe bzw. aufwändige Spannungswandlung vollständig bereitgestellt werden kann. Insbesondere kann die Systemspannung sogar bei nur noch einem intakten Modul zur Verfügung stehen. Aufgrund der ausgewählten Aufteilung der Gesamtkapazität des elektrochemischen Energiespeichers auf die einzelnen Module reduzieren sich bei Ausfall von einem oder mehreren Modulen die Gesamtkapazität des elektrochemischen Energiespeichers und damit die Reichweite des Kraftfahrzeugs nur geringfügig und schrittweise. Damit kann einerseits auf ein komplexes und damit fehleranfälliges sowie teures Batteriemanagementsystem verzichtet und/oder wenigstens ein wesentlich vereinfachtes und robusteres Batteriemanagementsystem eingesetzt werden. Andererseits werden die Nutzerfreundlichkeit und die Lebensdauer des elektrochemischen Energiespeichers und damit des gesamten Kraftfahrzeugs erhöht.
  • Nachfolgend werden vorteilhafte Ausgestaltungen des Kraftfahrzeugs beschrieben, die jeweils beliebig miteinander kombiniert werden können. Gemäß einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs ist beim wiederaufladbaren elektrochemischen Energiespeicher vorgesehen, dass die Module einzeln wechselbar sind, wobei die Module, insbesondere einzeln oder als Modulgruppe, ausgetauscht, gewechselt oder entfernt werden können. Insbesondere können so Module gewechselt oder entfernt werden, bei denen die vom Benutzer gewünschte Kapazität oder Leistungsfähigkeit z.B. bezüglich des maximal abrufbaren elektrischen Stroms nicht mehr gegeben ist, für die ein höherwertiger Ersatz z.B. in Form von Modulen mit höherer Leistungsfähigkeit, höherer Energiedichte und/oder verbesserter Sicherheit existiert oder deren Wechsel bzw. Entfernung aus anderen z.B. sicherheitstechnischen Gründen notwendig ist. Folglich können insbesondere die Gesamtkapazität sowie der maximal abrufbare elektrische Strom des elektrochemischen Energiespeichers über die gesamte Lebensdauer des Kraftfahrzeugs erhalten oder sogar gesteigert werden. Auch ist der Wechsel einzelner Module oder Modulgruppen einfacher durchzuführen als der Austausch des gesamten elektrochemischen Energiespeichers des Kraftfahrzeugs, wobei zudem der Materialverbrauch reduziert wird. Diese vielfältigen Vorteile tragen zu einer vom Benutzer gewünschten verlängerten Lebensdauer sowie verringerten Wartungskosten des Kraftfahrzeugs bei. Unter wechselbar im Sinne der Erfindung ist zu verstehen, dass Komponenten, Geräte oder Vorrichtungen von ihrem Anbringungs- oder Installationsort, insbesondere mechanisch, entfernt werden können und insbesondere eine neue Komponente, die so ausgestaltet ist, dass sie sowohl mechanisch/räumlich den Platz der vorherigen Komponente, des vorherigen Geräts oder der vorherigen Vorrichtung einnehmen als auch dessen Funktion übernehmen kann, an der gleichen Stelle installiert werden kann. Insbesondere ist unter einem einzeln wechselbaren Modul bzw. einer wechselbaren Modulgruppe ein Modul bzw. eine Modulgruppe zu verstehen, welches bzw. welche derart ausgestaltet ist, dass dieses bzw. diese z.B. bei Defekt oder Alterung durch ein weiteres Modul bzw. eine weitere Modulgruppe ausgetauscht werden kann, d.h. das defekte oder das gealterte Modul bzw. die defekte oder gealterte Modulgruppe vom Installationsort entfernt werden kann und ein neues Modul bzw. eine neue Modulgruppe an der gleichen Stelle installiert werden kann. Zwischen dem ersten ausgewechselten Modul bzw. der ausgewechselten Modulgruppe und dem neuen eingewechselten Modul bzw. Modulgruppe können dabei technische Unterschiede bestehen. Diese müssen jedoch so ausgestaltet sein, dass die Installation mechanisch/räumlich möglich ist und das eingewechselte Modul bzw. Modulgruppe die Funktion des ausgewechselten Moduls bzw. Modulgruppe im Gesamtsystem, insbesondere bei einem wiederaufladbaren elektrochemischen Energiespeicher, übernehmen kann. Dabei wird also insbesondere die Funktionalität des Gesamtsystems, insbesondere eines elektrochemischen Energiespeichers, durch den Wechsel bzw. Austausch nicht eingeschränkt.
  • Unter einer Modulgruppe im Sinne der Erfindung ist insbesondere eine Mehrzahl von Modulen zu verstehen, die miteinander in Verbindung stehen. Diese Mehrzahl von Modulen kann dabei insbesondere weniger als 10 Module, bevorzugt weniger als 5 Module und am bevorzugtesten zwei Module aufweisen. Insbesondere können die Module im Wesentlichen gleiche Dimensionen und/oder technische Parameter wie elektrische Spannung (Potential) aufweisen. Auch können die Module einer Modulgruppe insbesondere mechanisch und elektrisch so ausgebildet sein, dass der Wechsel bzw. Austausch dieser Module nur gemeinsam als Modulgruppe erfolgen kann aber zugleich unabhängig von den anderen Komponenten und Modulen und/oder Modulgruppen z.B. eines elektrochemischen Energiespeichers möglich ist.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs erreicht jedes Modul der Mehrzahl von Modulen eine effektive Spannung von etwa 50V bis 1000V, bevorzugt etwa 200V bis 600V, noch bevorzugter etwa 300V bis 500V und insbesondere etwa 350V bis 400V. Bei einem Kraftfahrzeug mit einer Systemspannung und einer elektrischen Antriebsvorrichtung bestimmt das Produkt aus Systemspannung und elektrischem Strom die elektrische Leistung, die dem Antrieb, insbesondere der elektrischen Antriebsvorrichtung, zugeführt wird bzw. in Bezug zu einem maximal abrufbaren elektrischen Strom maximal zugeführt werden kann. Der elektrische Strom für eine vom Benutzer gewünschte Beschleunigung des Kraftfahrzeugs verhält sich folglich reziprok zur gewählten bzw. zur Verfügung stehenden Systemspannung. Je größer der elektrische Strom ist, desto größer müssen auch die stromführenden elektrischen Bauteile ausfallen, d.h. insbesondere Kabel, elektrische Leiter, Terminals, Pole und Schaltelemente, beispielsweise bei den Zuleitungen einer elektrischen Antriebsvorrichtung und der elektrischen Antriebsvorrichtung selbst; damit steigt das Gesamtgewicht des Fahrzeugs und dies bedingt bei gleicher vom Benutzer gewünschten Beschleunigung wiederum eine größere benötigte elektrische Leistung und somit einen größeren elektrischen Strom für die elektrische Antriebsvorrichtung, wodurch zusätzlich die Reichweite des Kraftfahrzeugs, im Falle gleichbleibender Gesamtkapazität des elektrochemischen Energiespeichers, reduziert wird. Eine gleichartige Betrachtung kann auch für einen Bremsvorgang anstelle der Beschleunigung und somit für die Rückgewinnung der elektrischen Energie aus der kinetischen Energie durchgeführt werden; um die Darstellung nicht unnötig zu verkomplizieren, wird jedoch nur auf die Beschleunigung des Kraftfahrzeugs eingegangen, wobei die Darstellung entsprechend angepasst auch für einen Bremsvorgang gilt. Ausgehend von den vorangegangenen Betrachtungen darf der für die elektrische Antriebsvorrichtung benötigte elektrische Strom nicht zu groß sein. Zugleich muss jedoch die Betriebsspannung der elektrischen Antriebsvorrichtung bzw. die Zufuhr der elektrischen Energie bzw. Leistung zur elektrischen Antriebsvorrichtung geregelt werden. Eine höhere Systemspannung und damit auch eine höhere mögliche Betriebsspannung für die elektrische Antriebsvorrichtung bedingt aufwendigere elektrische Komponenten, insbesondere bei den Regelkreisen zur Steuerung der Antriebsleistung, und erhöht den Aufwand für sowie das Gewicht von elektrischen Isolierungen beim gesamten System. Eine Systemspannung in den hier ausgewählten Spannungsbereichen stellt insbesondere einen optimalen Kompromiss zwischen der Systemspannung und damit Betriebsspannung der elektrischen Antriebsvorrichtung und andererseits dem von der elektrischen Antriebsvorrichtung benötigten elektrischen Strom bei einer vom Benutzer gewünschten Beschleunigung dar. Dabei liegt einerseits die Systemspannung in einem für andere technische Gebiete üblichen Spannungsbereich, sodass technisch bewährte wie kostengünstige elektrische/elektronische Komponenten verfügbar sind, und andererseits sind insbesondere die Dimensionen und Gewichte der elektrischen/elektronischen Komponenten bei den für ein Kraftfahrzeug mit elektrischer Antriebsvorrichtung benötigen Leistungsbereichen relativ gering. Damit trägt eine Systemspannung in den hier ausgewählten Spannungsbereichen zur vom Benutzer gewünschten Fahrleistung wie einer hohen maximalen Beschleunigung, einer großen Reichweite und einem geringen Energieverbrauch bei.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs weisen die Module je eine Kapazität von etwa 0,001Ah bis 4000Ah, bevorzugter etwa 4Ah bis 400Ah und insbesondere etwa 40Ah bis 400Ah auf. Die in dieser Ausgestaltung ausgewählten Kapazitäten bzw. Kapazitätsbereiche einzelner Module führen insbesondere dazu, dass bei Ausfall, Defekt oder fehlerhaftem Zustand eines oder mehrerer Module die Gesamtkapazität des elektrochemischen Energiespeichers und damit die Reichweite des Kraftfahrzeugs weitgehend erhalten bleibt und die Ausfallsicherheit gesteigert wird. Ein weiterer Vorteil bei einer Kapazität eines Moduls in den hier ausgewählten Kapazitätsbereichen ist, dass insbesondere die aus dieser Kapazität resultierenden räumlichen Dimensionen sowie das Gewicht einen einfachen Wechsel einzelner Module oder Modulgruppen ermöglichen. Zugleich ist die Kapazität so gewählt, dass der volumetrische und gravimetrische Anteil an aktivem Material, d.h. der Anteil an dem zusammengesetzten Anoden- und Kathodenmaterial relativ zum übrigen nichtaktiven Material wie Haltevorrichtungen und Hüllkomponenten groß ist; die so gesteigerte Energiedichte bzw. spezifische Energie des elektrochemischen Energiespeichers erhöht sowohl die Reichweite des Kraftfahrzeugs als auch maximale Beschleunigung bei gleicher elektrischer Leistung bzw. gleichem Energiebedarf.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs entspricht die Systemspannung im Wesentlichen der Betriebsspannung der wenigstens einen elektrischen Antriebsvorrichtung. Dies hat den Vorteil, dass die vom elektrochemischen Energiespeicher zur Verfügung gestellte elektrische Energie bzw. Systemspannung direkt von der elektrischen Antriebsvorrichtung verwendet werden kann. Insbesondere muss hierbei keine weitere Spannungswandlung zwischen für die elektrische Antriebsvorrichtung geeigneter Spannung und der Systemspannung durchgeführt werden und die Komponenten, welche die Zufuhr von elektrischer Energie u.a. von dem elektrochemischen Energiespeicher zur elektrischen Antriebsvorrichtung steuern, vereinfachen sich, was komplexe, teure und gegebenenfalls auch fehleranfällige Komponenten, insbesondere elektronische Komponenten, einspart und zudem das Gewicht reduziert und damit die Fahrleistung verbessert.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs ist ein Batteriemanagementsystem vorgesehen, welches eingerichtet ist, um die Mehrzahl von Modulen zu überwachen und elektrisch zu verbinden. Zum einen verbindet es dabei die Pluspole der einzelnen Module elektrisch miteinander und zum anderen verbindet es dabei die Minuspole der einzelnen Module elektrisch miteinander; also bewirkt das Batteriemanagementsystem eine Parallelschaltung der Module. Dabei ist das Batteriemanagementsystem des Weiteren eingerichtet, um bei Vorliegen eines fehlerhaften Zustands wie Defekt, Überhitzung, Überlastung und/oder Abweichung von der effektiven Spannung eines Moduls dieses vom Gesamtsystem elektrisch zu trennen. Ein besonderer Vorteil dieses Batteriedesigns ist es, dass die vom elektrochemischen Energiespeicher gelieferte elektrische Spannung, also die Systemspannung, auch beim Ausfall eines oder mehrerer Module erhalten bleibt. Außerdem nimmt die Gesamtkapazität des elektrochemischen Energiespeichers bei Vorliegen eines fehlerhaften Zustands eines oder mehrerer Module nur schrittweise ab, wodurch die Reichweite des Kraftfahrzeugs weitgehend erhalten bleibt und die Ausfallsicherheit gesteigert wird. Da beispielsweise auf Spannungswandlung, diverse Einzelkomponenten und/oder zahlreiche einzelnen Batteriezellen verzichtet werden kann, ist ein zusätzlicher Vorteil, insbesondere im Vergleich zu anderen Batteriemanagementsystemen gemäß dem Stand der Technik, die robuste und einfache Ausgestaltung des Batteriemanagementsystems, das durch den erfindungsgemäßen elektrochemischen Energiespeicher ermöglicht wird. Damit werden insbesondere das Gewicht des Fahrzeugs reduziert, die Ausfallsicherheit erhöht, die Herstellungskosten reduziert und die Fahrleistung verbessert.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs ist vorgesehen, dass der Elektrolyt ein Festkörper-Elektrolyt ist und der elektrochemische Energiespeicher insbesondere eine Festkörperbatterie ist. Durch die Verwendung eines Festkörper-Elektrolyten als Elektrolyt der Elektrolytschichten wird insbesondere die Ausgestaltung des Elektrodenstapels vereinfacht und dessen Energiedichte erhöht, da die Elektrolyt aufweisenden Elektrolytschichten untereinander bereits durch die räumliche Anordnung voneinander getrennt sind und z.B. anders als bei einem flüssigen Elektrolytmaterial keine zusätzlichen Isolationsmaßnahmen notwendig sind, um die einzelnen Elektrolyt aufweisenden Elektrolytschichten voneinander, insbesondere elektrisch/ionisch, zu trennen. Da bei der Verwendung eines Festkörper-Elektrolyten die Bildung von Dendriten vermieden wird, kann insbesondere auf eine Überdimensionierung der Anode verzichtet und somit die Energiedichte der Einheitszellen und damit des elektrochemischen Energiespeichers erhöht werden. Ein weiterer Vorteil beim Einsatz eines Festkörper-Elektrolyten sind die verringerten Nebenreaktionen und somit die verbesserte Effizienz sowie das Vermeiden einer Gasung der Einheitszellen bzw. einer Schwellung der Module, was insbesondere den Aufwand für die mechanische Ausgestaltung des elektrochemischen Energiespeichers wie schwere mechanische Halte- und Spannvorrichtungen oder Belüftungsmaßnahmen verringert. Dadurch weist der elektrochemische Energiespeicher eine höhere Energiedichte und damit entweder ein reduziertes Gewicht oder aber eine erhöhte gespeicherte bzw. speicherbare Energiemenge auf. Ein erfindungsgemäßes Fahrzeug profitiert dabei insbesondere durch eine verbesserte Fahrleistung sowie eine erhöhte Ausfallsicherheit und Lebensdauer.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs ist vorgesehen, dass wenn M ein Metall bezeichnet, das Anodenmaterial aus einer MO-Gruppe ausgewählt worden ist, welche MnO, FeO, CoO, NiO, CuO und ZnO aufweist, und/oder
    dass das Anodenmaterial aus einer M2O3-Gruppe ausgewählt worden ist, welche Mn2O3, α-Fe2O3, γ-Fe2O3, Cr2O3 und V2O3 aufweist, und/oder dass das Anodenmaterial aus einer M3O4-Gruppe ausgewählt worden ist, welche Mn3O4, Fe3O4 und Co3O4 aufweist, und/oder
    dass das Anodenmaterial aus einer M2O-Gruppe ausgewählt worden ist, welche Cu2O aufweist, und/oder
    dass das Anodenmaterial aus einer M(1)M(2)2O4-Gruppe ausgewählt worden ist, welche MnCo2O4, FeCo2O4, MgCo2O4, NiCo2O4, CuCo2O4, ZnCo2O4, MgFe2O4, MnFe2O4, CoFe2O4, NiFe2O4, CuFe2O4, ZnFe2O4, ZnMn2O4, NiMn2O4 und CoMn2O4 aufweist, und/oder dass
    das Anodenmaterial aus einer MO2-Gruppe ausgewählt worden ist, welche TiO2 als Rutil, TiO2 als Anatas, SnO2 und MnO2 aufweist, und/oder dass das Anodenmaterial aus einer M2SnO4-Gruppe ausgewählt worden ist, welche Mg2SnO4, Mn2SnO4, Co2SnO4, Zn2SnO4, und Cd2SnO4 aufweist, und/oder
    dass das Anodenmaterial aus einer M2GeO4-Gruppe ausgewählt worden ist, welche Zn2GeO4 aufweist, und/oder
    dass das Anodenmaterial aus einer MSnO3-Gruppe ausgewählt worden ist, welche CaSnO3, SrSnO3, BaSnO3 und CdSnO3 aufweist, und/oder dass das Anodenmaterial aus einer MC2O4-Gruppe ausgewählt worden ist, welche FeC2O4 aufweist, und/oder
    dass das Anodenmaterial aus einer Nitrid-Gruppe ausgewählt worden ist, welche CoN, CoN3 ,Fe3N, CrN, Cu3N, Ni3N und Mn2N2 aufweist, und/oder dass das Anodenmaterial aus einer Phosphid-Gruppe ausgewählt worden ist, welche Cu3P, FeP2, MnP4, CoP3, CoPx, FeP und NiP3 aufweist, Insbesondere können hiermit einerseits technisch bewährte Anodenmaterialien eingesetzt werden und anderseits sind Anodenmaterialien ausgewählt, die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Elektrodenstapel eine hohe Energiedichte und/oder eine bessere technische Umsetzbarkeit ermöglichen. Dabei kann insbesondere die Änderung des Volumens der Einheitszellen durch die Auswahl des Anodenmaterials kontrolliert werden. Dabei können gegebenenfalls auch Mischungen mehrerer Anoden-Aktivmaterialien eingesetzt werden. Die Materialien können dabei in der Weise gewählt werden, dass sich das Volumen der Module wenig ändert und sich die mechanische Ausgestaltung des elektrochemischen Energiespeichers damit aufgrund geringerer Anforderungen an die Spann- und Haltevorrichtungen vereinfacht.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs ist vorgesehen, dass wenn M ein Metall bezeichnet, das Kathodenmaterial aus einer MF3-Gruppe ausgewählt worden ist, welche FeF3, VF3, TiF3 und BiF3 aufweist, und/oder
    dass das Kathodenmaterial aus einer MF2-Gruppe ausgewählt worden ist, welche FeF2, NiF2, CuF2 und CoF2 aufweist, und/oder
    dass das Kathodenmaterial aus einer LiMO4-Gruppe ausgewählt worden ist, welche LiMnO4 aufweist, und/oder
    dass das Kathodenmaterial aus einer MCI(2)-Gruppe ausgewählt worden ist, welche AgCI und CuCl2 aufweist, und/oder
    dass das Kathodenmaterial aus einer MPO4-Gruppe ausgewählt worden ist, welche BiPO4 aufweist, und/oder dass
    das Anodenmaterial aus einer MS-Gruppe ausgewählt worden ist, welche CuS und CoS2 aufweist, Insbesondere können hiermit einerseits technisch bewährte Kathodenmaterialien eingesetzt werden und anderseits sind Kathodenmaterialien ausgewählt, die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Elektrodenstapel eine hohe Energiedichte und/oder eine bessere technische Umsetzbarkeit ermöglichen. Überdies können das Anodenmaterial zusammen mit dem Kathodenmaterial so ausgewählt werden, dass sich die Änderungen des Volumens der Anodenschichten und die Änderungen des Volumens der Kathodenschichten, die durch die elektrochemischen Reaktionen hervorgerufen werden, sich gegenseitig im Wesentlichen ausgleichen. Dabei können gegebenenfalls auch Mischungen mehrerer Kathoden-Aktivmaterialien eingesetzt werden. Daneben kann ein Elektrodenstapel insbesondere mehrere erste Einheitszellen mit einer ersten Kombination von Anoden- und Kathodenmaterial und mehrere zweite Einheitszellen mit einer zweiten Kombination an Anoden- und Kathodenmaterial so angeordnet und in einem solchen Verhältnis aufweisen, dass sich die Änderungen der Volumina der mehreren ersten Einheitszellen und die Änderungen der Volumina der mehreren zweiten Einheitszellen im
    Wesentlichen ausgleichen. Dabei wird insbesondere die Änderung des Volumens der Module reduziert und die mechanische Ausgestaltung des elektrochemischen Energiespeichers aufgrund geringerer Anforderungen an die Spann- und Haltevorrichtungen vereinfacht. Dies kann insbesondere zu einem verringerten Gesamtgewicht des Kraftfahrzeugs und damit zu einer verbesserten Fahrleistung führen.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs ist vorgesehen, dass die Einheitszelle zusammen mit der Verbindungsschicht eine Stapeldicke von etwa 1000µm, bevorzugt von etwa 500µm und am bevorzugtesten von etwa 100µm nicht überschreitet. Die so ausgewählte Stapeldicke bedingt eine entsprechend ausgewählte Dicke der Anodenschicht, Kathodenschicht und insbesondere Elektrolytschicht und Verbindungsschicht, wodurch aufgrund einer größeren Ladungsdurchtrittsfläche geringere Flächenströme auftreten; dabei wird insbesondere sowohl die Stromtragfähigkeit der Einheitszellen und damit des gesamten Elektrodenstapels erhöht als auch die durch den Stromfluss bedingte Erwärmung reduziert. Schließlich werden insbesondere bezogen auf die Module und den elektrochemischen Energiespeicher sowohl der maximal abrufbare elektrische Strom erhöht als auch die Hitzeentwicklung und Temperaturschwankungen verringert. Dies reduziert insbesondere die Degradation der Einheitszellen und erhöht die Lebensdauer des elektrochemischen Energiespeichers. Weiterhin verringert eine Hitzeentwicklung den den energetischen Wirkungsgrad der Zelle bzw. des Speichers. Aus der hier geschilderten verbesserten Leistungsfähigkeit der Einzelkomponenten wie der erhöhten Stromtragfähigkeit der Einheitszellen und den verringerten Temperaturschwankungen resultiert für das Kraftfahrzeug daraus insbesondere eine erhöhte Fahrleistung wie maximal mögliche Beschleunigung und/oder Reichweite und zudem eine verbesserte Ausfallsicherheit sowie eine verlängerte Lebensdauer. Überdies bedingen die verringerten Temperaturschwankungen einen einfacheren mechanischen Aufbau bzw. eine einfachere Ausgestaltung des elektrochemischen Energiespeichers, da aufgrund der verringerten thermischen Ausdehnung bzw. Schwankungen der Dimensionen der Module mechanische Haltevorrichtungen, Spannbänder, Hüllkomponenten und Gehäuse und ebenso die Kontrolle, Regelung und gegebenenfalls Kühlung des elektrochemischen Energiespeichers vereinfacht werden können.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs machen die Dicke der Anoden- und Kathodenschichten zusammen mindestens 80% und bevorzugt mindestens 90% der Gesamtdicke des wenigstens einen Elektrodenstapels aus und/oder die Dicken von Anoden- und Kathodenschichten einer Einheitszelle sind jeweils so gewählt, dass die Differenz der reversiblen Kapazität der Anodenschicht und der reversiblen Kapazität der Kathodenschicht kleiner als etwa 10%, bevorzugt kleiner als etwa 1 % und am bevorzugtesten kleiner als etwa 0,1% ist. Aufgrund des großen Anteils an Anoden- und Kathodenmaterial im Elektrodenstapel wird dessen Energiedichte erhöht; insbesondere ist die tatsächlich verfügbare Energiedichte maximiert, da die reversiblen Kapazitäten der Anodenschichten mit den Kathodenschichten im Wesentlichen angeglichen sind, wodurch die Edukte für die elektrochemische, also Anoden- und Kathodenmaterial, in einem im Wesentlichen optimalen Verhältnis bezüglich einer möglichst großen Stoffumsetzung vorliegen. Dieses Angleichen der reversiblen Kapazitäten, das sogenannte Elektroden-Balancing, führt insbesondere zu einer erhöhten bzw. maximierten Energiedichte in den Elektrodenstapeln und damit im elektrochemischen Energiespeicher; somit kann das Gewicht des elektrochemischen Energiespeichers bei gleicher gespeicherter Energiemenge reduziert werden oder aber bei gleichem Gewicht im Vergleich zu einer anderen technischen Lösung ein höherer Energieinhalt bzw. eine größere Gesamtkapazität erzielt werden. Daraus ergibt sich für das Kraftfahrzeug eine vom Benutzer gewünschte verbesserte Fahrleistung wie maximal mögliche Beschleunigung, größere Reichweite und/oder verringerter Energiebedarf.
  • Gemäß einer zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs ist vorgesehen, dass die Mehrzahl von Modulen mechanisch dem Formfaktor 18650 entsprechen, also einen Durchmesser von etwa 18mm und eine Höhe von etwa 65mm aufweisen. Der in dieser Ausgestaltung ausgewählte Formfaktor erlaubt insbesondere, bereits bestehende Produktionsanlagen einfach für die neuartigen Module zu verwenden; dies reduziert insbesondere die Umrüstkosten und den Materialeinsatz für eine derartige Neuproduktion und dient somit auch dem Umweltschutz.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs ist vorgesehen, dass die Mehrzahl von Modulen die folgenden Dimensionen aufweisen: 85mm x 173mm x 21mm oder 115mm x 173mm x 32mm oder 115mm x 173mm x 45mm. Die genauen Werte können dabei angepasst werden, um den jeweiligen Zweck zu erfüllen. Die in dieser Ausgestaltung ausgewählten Dimensionen erlauben insbesondere, dass Module in bereits existierenden Kraftfahrzeugen mit elektrischer Antriebsvorrichtung durch die neuartigen, vorteilhaften Module ersetzt werden können. Überdies ermöglichen die ausgewählten Dimensionen der Module insbesondere, bereits bestehende Produktionsanlagen für die neuartigen Module zu verwenden; dies reduziert insbesondere die Umrüstkosten und den Materialeinsatz für eine derartige Neuproduktion. Zudem ist es so insbesondere möglich im Sinne einer Plattformstrategie unterschiedliche Kraftfahrzeuge, insbesondere mit unterschiedlichen Energiespeichern bzw. Energieträgern und ggf. unterschiedlichen Modulen für elektrochemische Energiespeicher, synergistisch zu entwickeln und zu produzieren. Insbesondere ist mit den hier ausgewählten Dimensionen der Module auch ein einfacher Einbau oder Wechsel bzw. Austausch von einzelnen Modulen oder Modulgruppen erzielbar; dies erlaubt bzw. erleichtert die Wartung oder Reparatur des elektrochemischen Energiespeichers, da einzelne Module/Modulgruppen gewechselt werden können, die einen fehlerhaften Zustand aufweisen oder deren Leistungsfähigkeit wie Kapazität oder maximal abrufbarer elektrischer Strom nicht mehr dem Wunsch des Benutzer entsprechen. Auf diese Weise kann die Lebensdauer des elektrochemischen Energiespeichers und damit des gesamten Fahrzeugs verlängert sowie dessen vom Benutzer gewünschte Fahrleistung wie Reichweite und erzielbare Beschleunigung nachhaltig gesichert werden.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung von Ausführungsformen im Zusammenhang mit den Figuren.
  • Es zeigen dabei teilweise schematisch:
    • 1 eine wenigstens teilweise schematische Darstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs mit einer elektrischen Antriebsvorrichtung und einem wiederaufladbaren elektrochemischen Energiespeicher;
    • 2 eine wenigstens teilweise schematische Darstellung eines elektrochemischen Energiespeichers für ein Kraftfahrzeug gemäß 1 mit einer Mehrzahl von Modulen und einer entsprechenden elektrischen Verschaltung;
    • 3 eine wenigstens teilweise schematische Darstellung eines Querschnitt eines Moduls eines elektrochemischen Energiespeichers nach 2 in Querschnittansicht, welches einen Plus- und Minuspol aufweist und einen Elektrodenstapel beinhaltet; und
    • 4 eine wenigstens teilweise schematische Darstellung eines elektrochemischen Energiespeichers für ein Kraftfahrzeug gemäß 1 mit einer Mehrzahl von Modulen und einem zugehörigen Batteriemanagementsystem.
  • Unter Bezugnahme auf die 1 und 2 wird die Ausgestaltung eines Kraftfahrzeugs 1 mit einer Systemspannung gemäß eines Ausführungsbeispiels veranschaulicht. 1 stellt ein Kraftfahrzeug 1 mit einer elektrischen Antriebsvorrichtung 2 und einem elektrochemischen Energiespeicher 3 dar. Um das Kraftfahrzeug 1 zu beschleunigen, wird Energie aus dem elektrochemischen Energiespeicher 3 an die elektrische Antriebsvorrichtung 2 abgegeben und diese wandelt die elektrische Energie in kinetische Energie des Kraftfahrzeugs 1. Umgekehrt kann bei einem Bremsvorgang die kinetische Energie des Kraftfahrzeugs unter anderem über die elektrische Antriebsvorrichtung 2 zurückgewonnen werden und dann in Form von elektrischer Energie wieder in den wiederaufladbaren elektrochemischen Energiespeicher 3 gespeist werden, dieser also aufgeladen werden (Rekuperation). Die gestrichelte Linie zwischen elektrischer Antriebsvorrichtung 2 und wiederaufladbarem elektrochemischem Energiespeicher 3 deutet dabei einen Transfer elektrischer Energie an. Offensichtlich ist auch insbesondere vorgesehen, dass der elektrochemische Energiespeicher 3 über weitere Energiequellen wie einen oder mehrere ggf. zusätzliche Verbrennungsmotoren, eine oder mehrere Brennstoffzellen oder externe Energiequellen aufgeladen werden kann. Dabei können als externe Energiequellen insbesondere ein öffentliches oder privates Stromnetz, induktiv eingekoppelte elektromagnetische Strahlung bzw. Magnetfelder und/oder eine Ladestation für Kraftfahrzeuge mit elektrischem Antrieb dienen.
  • Die schematische Zeichnung in 2 zeigt die Ausgestaltung eines elektrochemischen Energiespeichers 3, der gemäß 1 eingesetzt werden kann. Dabei ist eine Mehrzahl von Modulen 4 dargestellt, die je einen Pluspol 12 und einen Minuspol 13 aufweisen, und eine elektrische Verschaltung 5, welche die Pluspole 12 der Module 4 miteinander elektrisch verbindet bzw. verbinden kann, sowie entsprechend eine elektrische Verschaltung 5, welche die Minuspole 13 der Module 4 elektrisch verbindet bzw. verbinden kann. Folglich sind die einzelnen Module 4 des elektrochemischen Energiespeichers 3 elektrisch parallel verschaltbar. Insbesondere können dabei die Module 4 des elektrochemischen Energiespeichers 4 gleich oder ähnlich ausgestaltet sein; auch kann der elektrochemische Energiespeicher 3 mehrere Gruppen gleich ausgestalteter Module 4 aufweisen. Wie für den Fachmann offensichtlich, ist es bei parallel verschaltbaren Modulen 4 insbesondere zweckdienlich, wenn diese jeweils eine im Wesentlichen gleiche effektive elektrische Spannung aufweisen. Dabei kann die im Wesentlichen gleiche effektive elektrische Spannung insbesondere der bzw. einer Systemspannung des Kraftfahrzeugs 1 entsprechen.
  • In 3 ist der Querschnitt eines Moduls 4 mit Pluspol 12, Minuspol 13 und darin beinhaltetem Elektrodenstapel 6 dargestellt. Der Elektrodenstapel 6 weist dabei Anodenschichten 8, Elektrolytschichten 9, Kathodenschichten 10 und Verbindungsschichten 11 auf, die sequentiell gestapelt sind, wobei Anodenschichten 8 Anodenmaterial, Elektrolytschichten 9 Elektrolyt sowie Kathodenschichten 10 Kathodenmaterial aufweisen und Verbindungsschichten 11 elektrisch leitfähig sowie für die jeweiligen ladungstransportierenden Ionen isolierend sind. Hierbei lassen sich eine Anodenmaterial aufweisende Anodenschicht 8, eine Elektrolyt aufweisende Elektrolytschicht 9 und eine Kathodenmaterial aufweisende Kathodenschicht 10 als eine Einheitszelle 7 zusammenfassen, wobei sich die Elektrolyt aufweisende Elektrolytschicht 9 zumindest teilweise zwischen der Anodenschicht 8 und Kathodenschicht 10 befindet. Dabei weist der Elektrodenstapel 6 eine erste äußerste Einheitszelle 7P und eine zweite äußerste Einheitszelle 7N auf. Die Kathodenmaterial aufweisende Kathodenschicht der ersten äußersten Einheitszelle 7P ist mit dem Pluspol 12 des Moduls 4 elektrisch verbunden. Entsprechend ist die Anodenmaterial aufweisende Anodenschicht der zweiten äußersten Einheitszelle 7N mit dem Minuspol 13 des Moduls 4 elektrisch verbunden. Zudem sind zwei aneinander angrenzende Einheitszellen so angeordnet, dass die Anodenschicht der einen Einheitszelle über die Verbindungsschicht zwischen beiden Einheitszellen mit der Kathodenschicht der jeweils anderen Einheitszelle elektrisch verbunden ist. Über diese sequentielle Stapelung erfolgt also zusammen mit den Verbindungsschichten 11 eine elektrisch serielle Verschaltung der Einheitszellen 7.
  • 4 zeigt einen wiederaufladbaren elektrochemischen Energiespeicher 3, der eine Mehrzahl von Modulen 4 enthält, zusammen mit einem Batteriemanagementsystem 14. Die Module 4 des wiederaufladbaren elektrochemischen Energiespeichers 3 haben jeweils einen Pluspol 12 und einen Minuspol 13. Das Batteriemanagementsystem 14 überwacht die Module 4 und kontrolliert sowie steuert über die Schaltelemente 15 die elektrische Verschaltung einerseits der Pluspole 12 der Module 4 untereinander sowie andererseits der Minuspole 13 der Module 4 untereinander, wobei es bei den elektrisch miteinander verschalteten Modulen 4 eine elektrische Parallelschaltung bewirkt. Dabei stellt das Batteriemanagementsystem 14 über die elektrisch parallel verschalteten Module 4 eine Systemspannung für das Kraftfahrzeug 1 bereit. Durch die über das Batteriemanagementsystem 14 gesteuerte Parallelschaltung mehrerer Module 4 wird die Gesamtkapazität des elektrochemischen Energiespeichers 3 und dessen Leistungsfähigkeit, d.h. insbesondere dessen maximal abrufbarer elektrischer Strom, erhöht. Abhängig vom Betriebszustand können bei einem fehlerhaften Zustand wie Defekt, Überhitzung, Überlastung und/oder Abweichung von der effektiven Spannung eines Moduls 4 die jeweiligen Module 4 aus der elektrischen Parallelschaltung entfernt oder bei z.B. einem erhöhten Energiebedarf oder einer notwendigen Lastenverteilung die entsprechenden Module 4 zur elektrischen Parallelschaltung hinzugefügt werden. Zur Entfernung aus der Parallelschaltung wird die elektrische Verbindung des Pluspols 12 des entsprechenden Moduls 4 von den Pluspolen 12 der weiteren parallel geschalteten Module 4 über ein Schaltelement 15 getrennt und/oder die elektrische Verbindung des Minuspols 13 des entsprechenden Moduls 4 von den Minuspolen 13 der weiteren parallel geschalteten Module 4 über ein Schaltelement 15 getrennt. Entsprechend kann ein Modul 4 zur elektrischen Parallelschaltung hinzugefügt werden, indem die Schaltelemente 15, die mit dem Pluspol 12 und dem Minuspol 13 des jeweiligen Moduls 4 elektrisch verbunden sind, die elektrische Verbindung mit dem Kraftfahrzeug 1 und den ggf. weiteren bereits in der elektrischen Parallelschaltung befindlichen Modulen 4 herstellen.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Kraftfahrzeug
    2
    elektrische Antriebsvorrichtung
    3
    wiederaufladbarer elektrochemischer Energiespeicher
    4
    Modul
    5
    elektrische Verschaltung
    6
    Elektrodenstapel
    7
    Einheitszelle
    7P
    erste äußerste Einheitszelle
    7N
    zweite äußerste Einheitszelle
    8
    Anodenmaterial aufweisende Anodenschicht
    9
    Elektrolyt aufweisende Elektrolytschicht
    10
    Kathodenmaterial aufweisende Kathodenschicht
    11
    Verbindungsschicht
    12
    Pluspol
    13
    Minuspol
    14
    Batteriemanagementsystem
    15
    Schaltelement

Claims (13)

  1. Kraftfahrzeug (1) mit einer Systemspannung, insbesondere einer Hochvolt-Systemspannung, aufweisend: wenigstens eine elektrische Antriebsvorrichtung (2), und einen wiederaufladbaren elektrochemischen Energiespeicher (3), der eine Mehrzahl von Modulen (4) aufweist, welche jeweils wenigstens einen Elektrodenstapel (6) beinhalten, der wenigstens zwei Einheitszellen (7) aufweist, wobei in jeder Einheitszelle eine Anodenmaterial aufweisende Anodenschicht (8), eine Elektrolyt aufweisende Elektrolytschicht (9) und eine Kathodenmaterial aufweisende Kathodenschicht (10) sequentiell gestapelt sind, wobei zwischen zwei aneinander angrenzenden Einheitszellen jeweils eine elektrisch leitfähige und für die ladungstransportierenden Ionen isolierende Verbindungsschicht (11) angeordnet ist, wobei die Kathodenschicht einer ersten äußersten Einheitszelle (7P) des wenigstens einen Elektrodenstapels mit dem Pluspol (12) sowie die Anodenschicht einer zweiten äußersten Einheitszelle (7N) des wenigstens einen Elektrodenstapels (6) mit dem Minuspol (13) des jeweiligen Moduls elektrisch verbunden ist und jeweils zwei aneinander angrenzende Einheitszellen in dem wenigstens einem Elektrodenstapel (6) in der Weise angeordnet sind, dass die Anodenschicht der einen Einheitszelle mit der Kathodenschicht der jeweils anderen Einheitszelle elektrisch verbunden ist, wobei alle Module (2) elektrisch parallel verschaltbar sind und eine im Wesentlichen gleiche effektive elektrische Spannung aufweisen, und wobei die Gesamtkapazität des elektrochemischen Energiespeichers (1) auf die Module (2) so aufgeteilt ist, dass ein Modul (2) jeweils eine Teilkapazität, insbesondere von 20 von 100 bis 0,02 von 100, aufweist, und jedes Modul der Mehrzahl von Modulen jeweils die Systemspannung bereitstellt.
  2. Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Module (4) des wiederaufladbaren elektrochemischen Energiespeichers (3) einzeln wechselbar sind.
  3. Kraftfahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, wobei jedes Modul (2) der Mehrzahl von Modulen eine effektive Spannung von etwa 50V bis 1000V, bevorzugt etwa 200V bis 600V, noch bevorzugter etwa 300V bis 500V und insbesondere etwa 350V bis 400V erreicht.
  4. Kraftfahrzeug nach mindestens einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei die Module je eine Kapazität von etwa 0,001Ah bis 4000Ah, bevorzugter etwa 4Ah bis 400Ah und insbesondere etwa 40Ah bis 400Ah aufweisen.
  5. Kraftfahrzeug nach einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei die Systemspannung im Wesentlichen der Betriebsspannung der wenigstens einen elektrischen Antriebsvorrichtung entspricht.
  6. Kraftfahrzeug nach einem der vorausgehenden Ansprüche, aufweisend ein Batteriemanagementsystem (14), eingerichtet, um die Mehrzahl von Modulen (2) zu überwachen und elektrisch zu verbinden, wobei das Batteriemanagementsystem (14) die Pluspole (12) der einzelnen Module (2) elektrisch miteinander verbindet und die Minuspole (13) der einzelnen Module (2) elektrisch miteinander verbindet, also eine Parallelschaltung der Module bewirkt, wobei das Batteriemanagementsystem (7) des Weiteren eingerichtet ist, um bei Vorliegen eines fehlerhaften Zustands wie Defekt, Überhitzung, Überlastung und/oder Abweichung von der effektiven Spannung eines Moduls dieses vom Gesamtsystem elektrisch zu trennen.
  7. Kraftfahrzeug nach einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei der Elektrolyt ein Festkörper-Elektrolyt ist und wobei der elektrochemische Energiespeicher insbesondere eine Festkörper-Batterie ist.
  8. Kraftfahrzeug nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn M ein Metall bezeichnet, das Anodenmaterial aus einer MO-Gruppe ausgewählt worden ist, welche MnO, FeO, CoO, NiO, CuO und ZnO aufweist, und/oder dass das Anodenmaterial aus einer M2O3-Gruppe ausgewählt worden ist, welche Mn2O3, α-Fe2O3, γ-Fe2O3, Cr2O3 und V2O3 aufweist, und/oder dass das Anodenmaterial aus einer M3O4-Gruppe ausgewählt worden ist, welche Mn3O4, Fe3O4 und Co3O4 aufweist, und/oder dass das Anodenmaterial aus einer M2O-Gruppe ausgewählt worden ist, welche Cu2O aufweist, und/oder dass das Anodenmaterial aus einer M(1)M(2)2O4-Gruppe ausgewählt worden ist, welche MnCo2O4, FeCo2O4, MgCo2O4, NiCo2O4, CuCo2O4, ZnCo2O4, MgFe2O4, MnFe2O4, CoFe2O4, NiFe2O4, CuFe2O4, ZnFe2O4, ZnMn2O4, NiMn2O4 und CoMn2O4 aufweist, und/oder dass das Anodenmaterial aus einer MO2-Gruppe ausgewählt worden ist, welche TiO2 als Rutil, TiO2 als Anatas, SnO2 und MnO2 aufweist, und/oder dass das Anodenmaterial aus einer M2SnO4-Gruppe ausgewählt worden ist, welche Mg2SnO4, Mn2SnO4, Co2SnO4, Zn2SnO4, und Cd2SnO4 aufweist, und/oder dass das Anodenmaterial aus einer M2GeO4-Gruppe ausgewählt worden ist, welche Zn2GeO4 aufweist, und/oder dass das Anodenmaterial aus einer MSnO3-Gruppe ausgewählt worden ist, welche CaSnO3, SrSnO3, BaSnO3 und CdSnO3 aufweist, und/oder dass das Anodenmaterial aus einer MC2O4-Gruppe ausgewählt worden ist, welche FeC2O4 aufweist, und/oder dass das Anodenmaterial aus einer Nitrid-Gruppe ausgewählt worden ist, welche CoN, CoN3 ,Fe3N, CrN, Cu3N, Ni3N und Mn2N2 aufweist, und/oder dass das Anodenmaterial aus einer Phosphid-Gruppe ausgewählt worden ist, welche Cu3P, FeP2, MnP4, CoP3, CoPx, FeP und NiP3 aufweist.
  9. Kraftfahrzeug nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenn M ein Metall bezeichnet, das Kathodenmaterial aus einer MF3-Gruppe ausgewählt worden ist, welche FeF3, VF3, TiF3 und BiF3 aufweist, und/oder dass das Kathodenmaterial aus einer MF2-Gruppe ausgewählt worden ist, welche FeF2, NiF2, CuF2 und CoF2 aufweist, und/oder dass das Kathodenmaterial aus einer LiMO4-Gruppe ausgewählt worden ist, welche LiMnO4 aufweist, und/oder dass das Kathodenmaterial aus einer MCI(2)-Gruppe ausgewählt worden ist, welche AgCI und CuCl2 aufweist, und/oder dass das Kathodenmaterial aus einer MPO4-Gruppe ausgewählt worden ist, welche BiPO4 aufweist, und/oder dass das Anodenmaterial aus einer MS-Gruppe ausgewählt worden ist, welche CuS und CoS2 aufweist.
  10. Kraftfahrzeug nach einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei die Einheitszelle (4) zusammen mit der Verbindungsschicht (6) eine Stapeldicke von etwa 1000µm, bevorzugt von etwa 500µm und am bevorzugtesten von etwa 100µm nicht überschreitet.
  11. Kraftfahrzeug nach einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei die Dicke der Anoden- und Kathodenschichten zusammen mindestens 80% und bevorzugt mindestens 90% der Gesamtdicke des wenigstens einen Elektrodenstapels ausmacht und/oder die Dicken von Anoden- und Kathodenschichten einer Einheitszelle jeweils so gewählt sind, dass die Differenz der reversiblen Kapazität der Anodenschicht und der reversiblen Kapazität der Kathodenschicht kleiner als etwa 10%, bevorzugt kleiner als etwa 5% und am bevorzugtesten kleiner als etwa 1% ist.
  12. Kraftfahrzeug nach einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei die Mehrzahl von Modulen mechanisch dem Formfaktor 18650 entsprechen, also einen Durchmesser von etwa 18mm und eine Höhe von etwa 65mm aufweisen.
  13. Kraftfahrzeug nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Mehrzahl von Modulen die folgenden Dimensionen aufweisen: etwa 85mm x 173mm x 21mm oder etwa 115mm x 173mm x 32mm oder etwa 115mm x 173mm x 45mm.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7678497B2 (en) 2003-12-18 2010-03-16 Nissan Motor Co., Ltd. Multiple cell battery
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US8133287B2 (en) 2010-08-04 2012-03-13 Tesla Motors, Inc. Method of controlled cell-level fusing within a battery pack
DE102011089086A1 (de) 2011-12-19 2013-06-20 Robert Bosch Gmbh Elektrisches Energiespeichermodul und Verfahren zum Herstellen eines elektrischen Energiespeichermoduls
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Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7678497B2 (en) 2003-12-18 2010-03-16 Nissan Motor Co., Ltd. Multiple cell battery
DE102009037727A1 (de) 2009-08-17 2011-02-24 Li-Tec Battery Gmbh Verfahren zum Herstellen eines Elektrodenstapels
US8133287B2 (en) 2010-08-04 2012-03-13 Tesla Motors, Inc. Method of controlled cell-level fusing within a battery pack
DE102011089086A1 (de) 2011-12-19 2013-06-20 Robert Bosch Gmbh Elektrisches Energiespeichermodul und Verfahren zum Herstellen eines elektrischen Energiespeichermoduls
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