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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Energiespeichermodul für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Kraftfahrzeug.
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Moderne Energiespeichermodule kommen beispielsweise bei Kraft- oder Nutzfahrzeugen, wie Elektrofahrzeugen, Hybridfahrzeugen, usw. zum Einsatz. Vor allem bei Elektrofahrzeugen und Hybridfahrzeugen finden sogenannte Hochvoltspeicher Verwendung, die mehrere solcher Energiespeichermodule aufweisen, um einen Verbraucher wie etwa einen elektrischen Antriebsmotor des Fahrzeugs mit Energie zu versorgen. Dabei weisen die einzelnen Energiespeichermodule üblicherweise jeweils mehrere einzelne Energiespeicherzellen auf, die beispielsweise in Form eines Stapels angeordnet und über Zellverbinder miteinander verbunden sind. Dabei können die einzelnen Energiespeicherzellen über die Zellverbinder in Reihe geschaltet sein oder jeweils mehrere Energiespeicherzellen eines Energiespeichermoduls über Zellverbinder parallel zu einem jeweiligen Bündel von Energiespeicherzellen geschaltet sein, und die jeweiligen Bündel von parallelgeschalteten Energiespeicherzellen über Zellverbinder in Reihe geschaltet sein. Als Energiespeicherzellen werden beispielsweise Lithium-Ionen-Energiespeicherzellen verwendet, die als Pouchzellen ausgebildet sein können.
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Üblicherweise umfassen Lithium-Ionen-Energiespeicherzellen ein gas- und flüssigkeitsdichtes Gehäuse, in welchem innere Elemente der Energiespeicherzelle angeordnet sind. Die inneren Elemente umfassen eine Anode, einen Separator bzw. eine Trennschicht und eine Kathode, die beispielsweise stapelförmig angeordnet sind, wobei die Trennschicht zwischen der Anode und der Kathode angeordnet ist, und einen beispielsweise flüssigen Elektrolyten, um zu ermöglichen, dass die Ladungsträger zwischen der Kathode und der Anode hin und her wandern können. Dabei kann eine Energiespeicherzelle auch mehrere stapelförmige bzw. gewickelt angeordnete Anoden, Trennschichten und Kathoden umfassen, wobei die Anoden und Kathoden mit einem jeweiligen Ableiter verbunden sind, die an den Pluspol bzw. Minuspol der Energiespeicherzelle angeschlossen sind.
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Das Gehäuse der Lithium-Ionen-Energiespeicherzellen kann dabei unterschiedlich ausgebildet sein. Beispielsweise kann das Gehäuse ein prismatisches Metallgehäuse, welches mittels eines Deckelelements geöffnet und verschlossen werden kann, oder im Falle von Pouchzellen eine flexible folienartige Zellhülle umfassen. Abhängig vom Aufbau und dem eingesetztem Werkstoff des Gehäuses kann dieses zusätzlich von einer elektrisch isolierenden Folie bzw. einem elektrisch isolierenden Schlauch umschlossen werden, um einen Kurzschluss zwischen zwei angrenzenden Lithium-Ionen-Energiespeicherzellen zu verhindern.
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Auf diese Art ausgebildete Lithium-Ionen-Energiespeicherzellen können in unterschiedlicher Anzahl und Anordnung zu einem Energiespeichermodul zusammengefasst werden. Beispielsweise können die einzelnen Energiespeicherzellen miteinander verklebt sein, oder die Energiespeicherzellen können mittels eines Rahmens zusammengepresst sein.
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1 veranschaulicht eine Seitenansicht eines herkömmlichen Energiespeichermoduls 101, das mehrere Energiespeicherzellen 102 aufweist, welche beispielsweise zu einem Stapel verspannt sind oder flächig miteinander verklebt sind. Zur Abführung von Wärme, die von den Energiespeicherzellen 102 erzeugt wird, ist ein Kühlkörper 104 wie etwa eine Kühlplatte unterhalb des Stapels von Energiespeicherzellen 102 angeordnet. Zur weiter verbesserten Wärmeabfuhr von den Energiespeicherzellen 102 kann zusätzlich zwischen den einzelnen Energiespeicherzellen 102 jeweils eine nicht dargestellte Kühlplatte angeordnet sein.
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Die Energiespeicherzellen 102 weisen jeweils einen Pluspol 103 und einen Minuspol 103 auf, wobei in der dargestellten Seitenansicht des Energiespeichermoduls 101 jeweils nur der Plus- bzw. Minuspol 103 einer Energiespeicherzelle 102 sichtbar ist. Die Plus- und Minuspole 103 der einzelnen Energiespeicherzellen 102 sind mittels nicht dargestellter Zellverbinder verbunden, um beispielsweise eine Reihenschaltung der einzelnen Energiespeicherzellen 102 oder eine gleichzeitige Reihen- und Parallelschaltung von Gruppen von Energiespeicherzellen 102, die mehr als eine Energiespeicherzelle 102 aufweisen, zu realisieren.
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Im Falle des Auftretens eines Defekts in einer der Energiespeicherzellen 102, beispielsweise durch Überhitzung, besteht die Gefahr, dass diese Überhitzung auf benachbarte Energiespeicherzellen 102 übergreift, wodurch auch die benachbarten Energiespeicherzellen 102 überhitzen können, und somit letztendlich alle Energiespeicherzellen 102 des Energiespeichermoduls 101 defekt sind. Dieses Übergreifen der Überhitzung einer Energiespeicherzelle 102 auf benachbarte Energiespeicherzellen 102 kann auch über die jeweiligen Zellverbinder erfolgen.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Energiespeichermodul bereitzustellen, bei dem eine Gefahr eines Übergreifens einer Überhitzung einer Energiespeicherzelle auf eine andere Energiespeicherzelle des Energiespeichermoduls verringert werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch ein Energiespeichermodul gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
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Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Ein Energiespeichermodul gemäß einer Ausführungsform umfasst eine Vielzahl von Energiespeicherzellen, welche jeweils ein Gehäuse aufweisen, in dem innere Elemente der Energiespeicherzelle aufgenommen sind, wobei zwischen ersten inneren Elementen einer ersten Energiespeicherzelle und zweiten inneren Elementen einer zweiten Energiespeicherzelle eine Aerogelschicht vorgesehen ist, welche die ersten inneren Elemente und die zweiten inneren Elemente voneinander thermisch isoliert.
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Die Energiespeicherzellen können insbesondere galvanische Zellen sein, welche beispielsweise als Lithium-Ionen-Akkumulatorzellen ausgebildet sind.
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Ein Aerogel, aus welchem die Aerogelschicht gebildet ist, ist ein hochporöser Werkstoff, bei dem nahezu das gesamte Volumen bzw. bis zu 99,98% des gesamten Volumens aus Poren besteht, und bei dem die typische Größe der einzelnen Poren im Nanometerbereich liegt. Demzufolge weist die Aerogelschicht einerseits eine geringe Dichte auf, wodurch das Vorsehen der Aerogelschicht lediglich zu einer geringen Zunahme der Masse des Energiespeichermoduls führt, was insbesondere im Hinblick auf das Erfordernis eines geringen Fahrzeuggewichts für Elektro- bzw. Hybridfahrzeuge vorteilhaft ist.
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Andererseits weisen Aerogelschichten aufgrund der hohen Porosität eine ausgezeichnete thermische Isolationseigenschaft, insbesondere eine sehr geringe Wärmeleitfähigkeit, auf. Dabei kann die Wärmeleitfähigkeit der Aerogelschicht in Abhängigkeit von ihrer speziellen Struktur und chemischen Zusammensetzung in Luft bei 300 Kelvin beispielsweise zwischen 0,017 W/m·K bis 0,021 W/m·K betragen.
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Aufgrund der geringen Wärmeleitfähigkeit des Aerogels ist es ausreichend, eine dünne Aerogelschicht als effiziente Wärmeisolationsschicht zwischen den inneren Elementen zweier Energiespeicherzellen einzusetzen. Hierbei kann die Aerogelschicht sowohl außerhalb der Energiespeicherzellen als auch innerhalb der Energiespeicherzellen ausgebildet werden. Aufgrund der geringen Dicke der als Wärmeisolationsschicht verwendeten Aerogelschicht ist lediglich ein geringfügig erhöhter Platzbedarf für das erfindungsgemäße Energiespeichermodul erforderlich.
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Insbesondere kann durch das Vorsehen der Aerogelschicht zwischen den ersten inneren Elementen der ersten Energiespeicherzelle und den zweiten inneren Elementen der zweiten Energiespeicherzelle ein hoher Grad der thermischen Isolation zwischen den für die Hitzeentwicklung aufgrund eines Defekts verantwortlichen Bestandteilen der ersten Energiespeicherzelle und der zweiten Energiespeicherzelle erreicht werden, wodurch die Gefahr des Übergreifens einer Überhitzung der Energiespeicherzelle auf die zweite Energiespeicherzelle erheblich reduziert werden kann.
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Zudem weisen Aerogele eine hohe Temperaturstabilität auf, wodurch selbst im Falle des Auftretens einer hohen Temperatur in der ersten Energiespeicherzelle, welches beispielsweise durch einen Defekt verursacht wird, die Gefahr eines Übergreifens auf die zweite Energiespeicherzelle zumindest reduziert werden kann.
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Bei einer Ausführungsform kann die Aerogelschicht aus einem Aerogel gebildet sein, welches seine thermischen Isolationseigenschaften beibehält, selbst wenn es einer Temperatur von mehr als 1000°C ausgesetzt wird.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die Aerogelschicht eine silikatbasierte Aerogelschicht bzw. eine Silicat-Aerogelschicht.
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Bevorzugt sind die erste Energiespeicherzelle und die zweite Energiespeicherzelle benachbart zueinander angeordnet. In diesem Fall kann insbesondere das Risiko eines Übergreifens einer Überhitzung der ersten Energiespeicherzelle auf eine benachbarte zweite Energiespeicherzelle verringert werden.
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Weiterhin kann auch eine Vielzahl von Aerogelschichten derart vorgesehen sein, dass jeweils eine Aerogelschicht zwischen den jeweiligen inneren Elementen benachbarter Energiespeicherzellen vorgesehen ist.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die Aerogelschicht zwischen der ersten Energiespeicherzelle und der zweiten Energiespeicherzelle angeordnet. Dabei kann die Aerogelschicht derart vorgesehen sein, dass sie einen Abschnitt einer Außenfläche der ersten Energiespeicherzelle, welcher der zweiten Energiespeicherzelle zugewandt ist, vollständig überlappt.
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Gemäß einer anderen Ausführungsform kann die Aerogelschicht zwischen den ersten inneren Elementen und dem Gehäuse der ersten Energiespeicherzelle angeordnet ist. Insbesondere kann in diesem Fall die Aerogelschicht auf einem Abschnitt einer Innenfläche des Gehäuses der ersten Energiespeicherzelle vorgesehen sein, der dem Abschnitt der Außenfläche des Gehäuses der ersten Energiespeicherzelle entspricht bzw. zugeordnet ist, der der zweiten Energiespeicherzelle zugewandt ist.
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Das Energiespeichermodul kann ferner eine erste medienbeständige Schutzschicht umfassen, welche gegenüber den ersten inneren Elementen chemisch beständig ist, und welche zwischen den ersten inneren Elementen und der Aerogelschicht angeordnet ist. Dabei kann die erste medienbeständige Schutzschicht beispielsweise Polyethylen, Polyethylenterephthalat, Polypropylen, Polyaramid, Polyimid oder Polyamid enthalten oder aus einem dieser Materialien gebildet sein. Bevorzugt ist die erste medienbeständige Schutzschicht derart vorgesehen, dass die Aerogelschicht von der medienbeständigen Schutzschicht vollständig bedeckt wird, um zu verhindern, dass die Aerogelschicht in Kontakt mit den ersten inneren Elementen gelangt.
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Die Vielzahl von Energiespeicherzellen kann stapelartig angeordnet sein, wobei jeweilige benachbarte Energiespeicherzellen der Vielzahl von Energiespeicherzellen flächig miteinander direkt oder indirekt über die Aerogelschicht mittels eines Haftvermittlers wie etwa eines Klebstoffs stoffschlüssig verbunden sind.
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Des Weiteren kann die Vielzahl von Energiespeicherzellen stapelartig in einem Rahmen angeordnet, und von dem Rahmen eingespannt sein.
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Bei einer Ausführungsform kann die Vielzahl von Energiespeicherzellen eine Energiespeicherzelle umfassen, bei der das Gehäuse als ein prismatisches Metallgehäuse ausgebildet ist.
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Außerdem kann die Vielzahl von Energiespeicherzellen eine Energiespeicherzelle umfassen, bei der das Gehäuse als eine flexible Hülle ausgebildet ist. In diesem Fall kann die Energiespeicherzelle beispielsweise als eine Pouchzelle ausgebildet sein.
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Bevorzugt umfasst das Energiespeichermodul ferner einen Kühlkörper, welcher in thermischem Kontakt mit der Vielzahl von Energiespeicherzellen steht.
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Durch das Vorsehen des Kühlkörpers, beispielsweise in Form einer Kühlplatte, kann eine zusätzliche Möglichkeit zur Abführung von Wärmeenergie an einer Außenseite des Energiespeichermoduls bereitgestellt werden. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn eine starke Überhitzung im Bereich mehrerer Energiespeicherzellen des Energiespeichermoduls vorliegt, sodass der Wärmeisolationseffekt der jeweiligen Aerogelschichten nicht ausreicht, um eine Überhitzung des gesamten Energiespeichermoduls zu verhindern.
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Die inneren Elemente können zumindest ein Elektrodenpaar aus einer Anode und einer Kathode, zwischen welchen eine Trennschicht angeordnet ist, und ein Elektrolyt, beispielsweise ein flüssiges und wasserloses Elektrolyt umfassen.
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Bei einer Ausführungsform können in einer Energiespeicherzelle ein erstes Elektrodenpaar aus einer ersten Anode und einer ersten Kathode, zwischen welchen eine erste Trennschicht angeordnet ist, und ein zweites Elektrodenpaar aus einer zweiten Anode und einer zweiten Kathode, zwischen welchen eine zweite Trennschicht angeordnet ist, vorgesehen sein, wobei zwischen dem ersten Elektrodenpaar und dem zweiten Elektrodenpaar eine zweite medienbeständige Schutzschicht, welche gegenüber den inneren Elementen chemisch beständig ist, vorgesehen ist. Dabei kann die zweite medienbeständige Schutzschicht beispielsweise Polyethylen, Polyethylenterephthalat, Polypropylen, Polyaramid, Polyimid oder Polyamid enthalten oder aus einem dieser Materialien gebildet sein.
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In einer einzelnen Energiespeicherzelle kann auch eine Vielzahl von Elektrodenpaaren einschließlich einer jeweiligen Trennschicht vorgesehen sein, wobei jeweils mehrere der Vielzahl von Elektrodenpaaren eine jeweilige Gruppe von Elektrodenpaaren bilden, und jeweilige benachbarte der Gruppen von Elektrodenpaaren durch eine jeweilige zweite medienbeständige Schutzschicht getrennt sind. Dabei können die jeweiligen Gruppen von Elektrodenpaaren in jeweiligen Teilbereichen des Gehäuses vorgesehen sein, und die jeweiligen Teilbereiche durch entsprechende zweite medienbeständige Schutzschichten derart voneinander getrennt sein, dass verhindert wird, dass eines der inneren Elemente eines Teilbereichs in einen anderen Teilbereich gelangt.
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Das Energiespeichermodul kann insbesondere als Hochvoltspeicher zur Bereitstellung von elektrischer Energie für einen Antriebsmotor eines Elektrofahrzeugs oder eines Hybridfahrzeugs ausgebildet sein.
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Ein Kraftfahrzeug, insbesondere Elektrofahrzeug oder Hybridfahrzeug gemäß einer Ausführungsform umfasst eines der oben beschriebenen Energiespeichermodule.
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Die vorliegende Erfindung stellt ein eine geringe Masse aufweisendes Energiespeichermodul bereit, bei dem innere Elemente von benachbarten Energiespeicherzellen auf einfache Weise effizient voneinander thermisch isoliert sind, und bei dem eine Gefahr einer Schadenspropagation von einer überhitzten Energiespeicherzelle auf eine benachbarte Energiespeicherzelle innerhalb eines Energiespeichermoduls verringert wird.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.
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Darin zeigen:
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1 eine Seitenansicht eines herkömmlichen Energiespeichermoduls,
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2 eine Seitenansicht eines Energiespeichermoduls gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
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3 eine Seitenansicht eines Energiespeichermoduls gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und
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4 eine Seitenansicht eines Energiespeichermoduls gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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2 veranschaulicht eine Seitenansicht eines Energiespeichermoduls 201 gemäß einer ersten Ausführungsform. Das Energiespeichermodul 201 weist eine Vielzahl von als galvanische Zellen, beispielsweise als Lithium-Ionen-Akkumulatorzellen, ausgebildete Energiespeicherzellen 202 auf, wobei die einzelnen Energiespeicherzellen 202 stapelförmig bzw. nebeneinander angeordnet sind.
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Jede der einzelnen Energiespeicherzellen 202 weist ein flüssigkeits- und gasdichtes Gehäuse 206 auf, in dem innere Elemente der Energiespeicherzelle 202 aufgenommen sind. Die in 2 nicht dargestellten inneren Elemente umfassen eine mit einem Ableiter verbundene Anode bzw. Anodenfolie, eine mit einem Ableiter verbundene Kathode bzw. Kathodenfolie, und einen Separator bzw. eine Trennschicht, welche zwischen der Kathode und der Anode angeordnet ist und verhindert, dass die Kathode und die Anode miteinander in Kontakt gelangen. Um zu ermöglichen, dass Ladungsträger zwischen der Kathode und der Anode hin und her wandern können, umfassen die inneren Elemente der Energiespeicherzelle 202 ferner ein Elektrolyt, beispielsweise einen flüssigen und wasserfreien Elektrolyt.
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Bevorzugt umfasst eine Energiespeicherzelle mehrere Anordnungen aus stapelförmig bzw. gewickelt angeordneten Anoden, Trennschichten und Kathoden, wobei die mehreren Anoden und mehreren Kathoden mit einem jeweiligen Ableiter verbunden sind.
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In einer Energiespeicherzelle 202 können insbesondere ein erstes Elektrodenpaar aus einer ersten Anode und einer ersten Kathode, zwischen welchen eine erste Trennschicht angeordnet ist, und ein zweites Elektrodenpaar aus einer zweiten Anode und einer zweiten Kathode, zwischen welchen eine zweite Trennschicht angeordnet ist, vorgesehen sein.
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In diesem Fall kann gemäß einer Ausführungsform zwischen dem ersten Elektrodenpaar und dem zweiten Elektrodenpaar eine nicht dargestellte medienbeständige Schutzschicht, welche gegenüber den inneren Elementen, insbesondere gegenüber dem Elektrolyt und den darin gelösten Ionen, chemisch beständig ist, vorgesehen sein.
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Diese medienbeständige Schutzschicht kann beispielsweise Polyethylen, Polyethylenterephthalat, Polypropylen, Polyaramid, Polyimid oder Polyamid enthalten oder aus einem dieser Materialien gebildet sein.
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In einer einzelnen Energiespeicherzelle 202 kann auch eine Vielzahl von Elektrodenpaaren einschließlich einer jeweiligen Trennschicht vorgesehen sein, wobei jeweils mehrere der Vielzahl von Elektrodenpaaren eine jeweilige Gruppe von Elektrodenpaaren bilden, und jeweilige benachbarte der Gruppen von Elektrodenpaaren durch eine jeweilige medienbeständige Schutzschicht getrennt sind. Dabei können die jeweiligen Gruppen von Elektrodenpaaren in jeweiligen Teilbereichen des Gehäuses 206 vorgesehen sein, und die jeweiligen Teilbereiche durch entsprechende medienbeständige Schutzschichten derart voneinander getrennt sein, dass verhindert wird, dass eines der inneren Elemente, insbesondere der Elektrolyt, eines Teilbereichs in einen anderen Teilbereich gelangt.
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Jede der Energiespeicherzellen 202 weist einen Pluspol 203 und einen Minuspol 203 auf, wobei in der veranschaulichten Seitenansicht jeweils nur der Pluspol 203 bzw. Minuspol 203 einer Energiespeicherzelle 202 dargestellt sind, und der Ableiter der Anode bzw. der Anoden mit dem Minuspol 203 verbunden ist, und der Ableiter der Kathode bzw. der Kathoden mit dem Pluspol 203 verbunden ist.
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Die Plus- und Minuspole 203 der einzelnen Energiespeicherzellen 202 können über nicht dargestellte Zellverbinder verbunden sein, um beispielsweise eine Reihenschaltung der einzelnen Energiespeicherzellen 202 oder eine gleichzeitige Reihen- und Parallelschaltung von Gruppen von Energiespeicherzellen 202, die mehr als eine Energiespeicherzelle 202 aufweisen, zu realisieren.
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Zur Abführung von Wärme, die von den Energiespeicherzellen 202 im Betrieb erzeugt wird, ist ein Kühlkörper 204 wie etwa eine Kühlplatte vorgesehen, der in thermischem Kontakt mit den Energiespeicherzellen 202 steht, und der wie in 2 gezeigt beispielsweise unterhalb des Stapels von Energiespeicherzellen 202 und in Kontakt mit diesen angeordnet sein kann. Dabei wird insbesondere zumindest ein Teil der Wärme, die in den Energiespeicherzellen 202 erzeugt wird, durch den thermischen Kontakt auf den Kühlkörper 204 übertragen, von welchem die Wärme beispielsweise durch Wärmestrahlung oder Konvektion an die Umgebung abgegeben wird.
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Um die Gefahr eines Übergreifens einer Überhitzung einer der Energiespeicherzellen 202 auf eine benachbarte Energiespeicherzelle 202 zu verringern, ist jeweils zwischen benachbarten der Energiespeicherzellen 202 eine Wärmeisolationsschicht 205 vorgesehen, die eine Aerogelschicht umfasst bzw. aus dieser gebildet ist, und die die benachbarten Energiespeicherzellen 202 thermisch voneinander isoliert. In Abhängigkeit von der erforderlichen Wärmeisolationseigenschaft kann die Wärmeisolationsschicht 205 eine oder mehrere Schichten, und insbesondere eine oder mehrere Aerogelschichten beispielsweise eine oder mehrere silikatbasierte Aerogelschichten bzw. Silicat-Aerogelschichten aufweisen.
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Aerogele, welche in der Wärmeisolationsschicht 205 enthalten sind, sind hochporöse Werkstoffe, bei denen nahezu das gesamte Volumen aus Poren besteht. Dabei liegt eine typische Größe der einzelnen Poren im Nanometerbereich. Aufgrund ihrer hohen Porosität weisen Aerogele einerseits eine geringe Dichte auf, wodurch das Vorsehen der Wärmeisolationsschicht 205 lediglich zu einer geringen Zunahme der Masse des Energiespeichermoduls 201 führt, was insbesondere im Hinblick auf das Erfordernis eines geringen Fahrzeuggewichts für Elektro- bzw. Hybridfahrzeuge vorteilhaft ist.
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Andererseits weisen Aerogele aufgrund der hohen Porosität eine ausgezeichnete thermische Isolationseigenschaft, insbesondere eine sehr geringe Wärmeleitfähigkeit, auf. Dabei kann die Wärmeleitfähigkeit eines Aerogels in Abhängigkeit von seiner speziellen Struktur und chemischen Zusammensetzung in Luft bei 300 Kelvin beispielsweise zwischen 0,017 W/m·K bis 0,021 W/m·K betragen. Demzufolge kann durch das Vorsehen der Wärmeisolationsschicht 205 zwischen benachbarten der Energiespeicherzellen 202 ein hoher Grad der thermischen Isolation zwischen den benachbarten Energiespeicherzellen 202 erreicht werden, wodurch die Gefahr des Übergreifens einer Überhitzung einer Energiespeicherzelle 202 auf eine benachbarte Energiespeicherzelle 202 erheblich reduziert werden kann.
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Zudem weisen Aerogele eine hohe Temperaturstabilität auf, wodurch selbst im Falle des Auftretens einer hohen Temperatur in einer Energiespeicherzelle 202, die beispielsweise durch einen Defekt der Energiespeicherzelle 202 verursacht wird, die Gefahr eines Übergreifens auf eine benachbarte Energiespeicherzelle 202 zumindest reduziert werden kann. Insbesondere können für die Aerogelschicht Aerogele verwendet werden, welche ihre thermischen Isolationseigenschaften beibehalten, selbst wenn sie einer Temperatur von mehr als 1000°C ausgesetzt werden.
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Bevorzugt ist die Wärmeisolationsschicht 205 derart vorgesehen, dass sie einander zugewandte Abschnitte von Außenflächen der Gehäuse 206 benachbarter Energiespeicherzellen 202 vollständig überlappt, um eine möglichst effektive Wärmeisolation zwischen den beiden benachbarten Energiespeicherzellen 202 zu erzielen.
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Die Wärmeisolationsschicht 205 kann beispielsweise mit einem Abschnitt einer Außenfläche eines Gehäuses 206 einer ersten der benachbarten Energiespeicherzellen 202, welche einem Abschnitt einer Außenfläche eines Gehäuses 206 einer zweiten der benachbarten Energiespeicherzellen 202 zugewandt ist, stoffschlüssig verbunden sein. Zur stoffschlüssigen Verbindung kann beispielsweise ein Klebstoff zwischen der Wärmeisolationsschicht 205 und dem Abschnitt der Außenfläche des Gehäuses 206 der ersten der benachbarten Energiespeicherzellen 202 vorgesehen sein.
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Bevorzugt ist die Außenfläche bzw. zumindest der Abschnitt der Außenfläche des Gehäuses 206 der zweiten der benachbarten Energiespeicherzellen 202 ebenfalls stoffschlüssig mit der Wärmeisolationsschicht 205 verbunden. Auf diese Weise können die Energiespeicherzellen 202 des Energiespeichermoduls 201 derart miteinander verbunden sein, dass jeweils benachbarte der Energiespeicherzellen 202 über die jeweiligen dazwischen angeordneten Wärmeisolationsschichten 205 stoffschlüssig miteinander verbunden sind.
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Bei einer anderen Ausführungsform können die jeweiligen Wärmeisolationsschichten 205 auch lediglich zwischen den jeweiligen benachbarten Energiespeicherzellen 202 angeordnet sein, ohne mit diesen stoffschlüssig verbunden zu sein. In diesem Fall können die Energiespeicherzellen 202 und die Wärmeisolationsschichten 205 beispielsweise derart innerhalb eines Rahmens angeordnet sein, dass sie von dem Rahmen zusammengepresst werden.
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Das Gehäuse 206 kann ein prismatisches Metallgehäuse, welches mittels eines Deckelelements geöffnet und verschlossen werden kann, oder im Falle von Pouchzellen eine flexible folienartige Zellhülle umfassen. Bevorzugt sind die Energiespeicherzellen 202 jedoch als Pouchzellen ausgebildet, bei welchen das Gehäuse 206 eine flexible Hülle bzw. Folie, insbesondere Aluminiumfolie umfasst bzw. aus dieser gebildet ist. Aufgrund der geringen Masse der flexiblen Hülle ist die Gesamtmasse des aus Pouchzellen gebildeten Energiespeichermoduls 201 deutlich geringer als die Masse eines Energiespeichermoduls 201, bei dem das Gehäuse 206 ein prismatisches Metallgehäuse ist.
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3 veranschaulicht eine Seitenansicht eines Energiespeichermoduls 301 gemäß einer zweiten Ausführungsform. Das Energiespeichermodul 301 weist ebenso wie das 2 gezeigte Energiespeichermodul 201 eine Vielzahl von Energiespeicherzellen 302 mit einem entsprechenden Gehäuse 306 und entsprechenden inneren Elementen, eine Vielzahl von Wärmeisolationsschichten 305A, 305B, welche in ihrer Beschaffenheit den Wärmeisolationsschichten 205 entsprechen, einen Kühlkörper 304, und Plus- bzw. Minuspole 303 auf.
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Im Unterschied zu dem in 2 veranschaulichten Energiespeichermodul 201 ist jedoch bei dem Energiespeichermodul 301 keine Wärmeisolationsschicht zwischen jeweiligen benachbarten Energiespeicherzellen 302 angeordnet. Stattdessen ist, um eine Gefahr eines Übergreifens einer Überhitzung von einer defekten Energiespeicherzelle 302 auf eine benachbarte Energiespeicherzelle 302 zu verringern, eine Wärmeisolationsschicht 305A, 305B derart innerhalb der Energiespeicherzelle 302 vorgesehen, dass die Wärmeisolationsschicht 305A, 305B die inneren Elemente der Energiespeicherzelle 302 gegenüber den inneren Elementen der benachbarten Energiespeicherzelle 302 thermisch isoliert.
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Dabei können wie in 3 veranschaulicht eine erste Wärmeisolationsschicht 305A auf einem Abschnitt einer ersten Innenfläche des Gehäuses 306 einer Energiespeicherzelle 302, und eine zweite Wärmeisolationsschicht 305B auf einem Abschnitt einer zweiten Innenfläche des Gehäuses 306 der Energiespeicherzelle 302 angeordnet bzw. stoffschlüssig mit diesen verbunden sein. Bevorzugt entsprechen dabei der Abschnitt der ersten Innenfläche einem Abschnitt der Außenfläche des Gehäuses 306, welcher einer ersten benachbarten Energiespeicherzelle 302 zugewandt ist, und der Abschnitt der zweiten Innenfläche einem Abschnitt der Außenfläche des Gehäuses 306, welcher einer zweiten benachbarten Energiespeicherzelle 302 zugewandt ist.
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Bei einer anderen Ausführungsform kann die Wärmeisolationsschicht 305A, 305B auch auf der gesamten Innenfläche des Gehäuses 306 mit Ausnahme eines Bodens einer Energiespeicherzelle 302 vorgesehen bzw. stoffschlüssig mit dieser verbunden sein. Dadurch wird ermöglicht, dass mittels des thermischen Kontakts der Außenfläche des Bodens der Energiespeicherzelle 302 mit dem Kühlkörper 304 ein Teil der in der Energiespeicherzelle 302 erzeugten Wärme auf den Kühlkörper 304 übertragen wird.
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Bei einer weiteren anderen Ausführungsform kann die Wärmeisolationsschicht 305A, 305B auch auf der gesamten Innenfläche des Gehäuses 306 mit Ausnahme von einem oder mehreren vorgegebenen Bereichen der Innenfläche des Gehäuses 306 vorgesehen sein. In diesem Fall kann die Abfuhr eines Teils der in der Energiespeicherzelle 302 erzeugten Wärme beispielsweise über die elektrische Kontaktierung, insbesondere über die Zellverbinder erfolgen.
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Um zu verhindern, dass die Aerogelschicht der Wärmeisolationsschicht 305A, 305B durch einen Kontakt mit beispielsweise dem Elektrolyt beschädigt wird, kann eine nicht dargestellte medienbeständige Schutzschicht, welche gegenüber den inneren Elementen chemisch beständig ist, zwischen den inneren Elementen und der Aerogelschicht angeordnet ist sein. Dabei kann die medienbeständige Schutzschicht beispielsweise Polyethylen, Polyethylenterephthalat, Polypropylen, Polyaramid, Polyimid oder Polyamid enthalten oder aus einem dieser Materialien gebildet sein.
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Bevorzugt sind jeweilige medienbeständige Schutzschichten derart vorgesehen, dass durch eine jeweilige medienbeständige Schutzschicht eine jeweilige, eine Aerogelschicht enthaltende Wärmeisolationsschicht 305A, 305B vollständig bedeckt wird, um zu verhindern, dass die Aerogelschicht in Kontakt mit den inneren Elementen gelangt.
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4 veranschaulicht eine Seitenansicht eines Energiespeichermoduls 401 gemäß einer dritten Ausführungsform. Das Energiespeichermodul 401 weist ebenso wie das 3 gezeigte Energiespeichermodul 301 eine Vielzahl von Energiespeicherzellen 402 mit einem entsprechenden Gehäuse 406 und entsprechenden inneren Elementen, eine Vielzahl von Wärmeisolationsschichten 405, 405A, 405B, welche in ihrer Beschaffenheit den Wärmeisolationsschichten 205 bzw. 305A, 305B entsprechen, einen Kühlkörper 404, und Plus- bzw. Minuspole 403 auf.
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Dabei sind jeweilige innere Elemente benachbarter Energiespeicherzellen 402 sowohl durch eine Wärmeisolationsschicht 405, die zwischen den benachbarten Energiespeicherzellen 402 angeordnet ist, als auch durch Wärmeisolationsschichten 405A, 405B, die innerhalb der Energiespeicherzellen 402 zwischen dem jeweiligen Gehäuse 406 und den jeweiligen inneren Elementen angeordnet sind, voneinander thermisch isoliert.
