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Die Erfindung betrifft ein Energiespeichersystem, umfassend ein Gehäuse, in welchem mehrere Speicherzellen angeordnet sind, wobei die Speicherzellen mittels einer zwischen den Speicherzellen angeordneten Einrichtung thermisch voneinander getrennt sind.
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Energiespeichersysteme, insbesondere wiederaufladbare Speicher für elektrische Energie, sind vor allem in mobilen Systemen weit verbreitet. Wiederaufladbare Speicher für elektrische Energie werden beispielsweise in tragbaren elektronischen Geräten wie Smartphones oder Laptops eingesetzt. Des Weiteren werden wiederaufladbare Speicher für elektrische Energie vermehrt zum Bereitstellen von Energie für elektrisch angetriebene Fahrzeuge eingesetzt. Dabei ist eine große Bandbreite elektrisch angetriebener Fahrzeuge denkbar, neben Personenkraftwagen beispielsweise auch Zweiräder, Kleintransporter oder Lastkraftwagen. Anwendungen in Robotern, Schiffen, Flugzeugen und mobilen Arbeitsmaschinen sind ebenfalls denkbar. Weitere Einsatzgebiete von elektrischen Energiespeichersystemen sind stationäre Anwendungen, beispielsweise in Backup-Systemen, in Netzwerkstabilisierungssystemen und zur Speicherung elektrischer Energie aus erneuerbaren Energiequellen.
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Ein häufig eingesetztes Energiespeichersystem ist dabei ein wiederaufladbarer Speicher in Form eines Lithium-Ionen-Akkumulators. Lithium-Ionen-Akkumulatoren weisen, wie andere wiederaufladbare Speicher für elektrische Energie auch, zumeist mehrere Speicherzellen auf, welche gemeinsam in einem Gehäuse verbaut sind. Mehrere elektrisch miteinander verbundene Speicherzellen werden dabei meist zu einem Modul zusammengefasst.
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Dabei erstreckt sich das Energiespeichersystem nicht nur auf Lithium-Ionen-Akkumulatoren. Auch andere wiederaufladbare Batterie-Systeme wie Lithium-Schwefel-Batterien, Feststoff-Batterien oder Metall-Luft-Batterien sind denkbare Energiespeichersysteme. Des Weiteren kommen auch Superkondensatoren als Energiespeichersystem in Betracht.
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Energiespeichersysteme in Form von wiederaufladbaren Speichern weisen die höchste elektrische Kapazität sowie die beste Leistungsaufnahme und - abgabe nur in einem begrenzten Temperaturspektrum auf. Bei Über- bzw. Unterschreiten des optimalen Betriebstemperaturbereichs fallen die Kapazität, die Leistungsaufnahmefähigkeit und die Leistungsabgabefähigkeit des Speichers stark ab und die Funktionalität des Energiespeichers ist beeinträchtigt. Zu hohe Temperaturen können darüber hinaus den Energiespeicher irreversibel schädigen. Demnach sollen sowohl dauerhaft auftretende erhöhte Temperaturen als auch kurzfristige Temperaturspitzen unbedingt vermieden werden. Bei Lithium-Ionen-Akkumulatoren sollen beispielsweise dauerhaft Temperaturen von mehr als 50°C und kurzfristige Temperaturspitzen von mehr als 80°C nicht überschritten werden.
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Insbesondere bei Anwendungen in Personenkraftwagen wird eine Schnellladefähigkeit der Energiespeichersysteme gefordert. Dabei sollen die ein Energiespeichersystem bildenden Akkumulatoren innerhalb kurzer Zeit, beispielsweise innerhalb von 15 Minuten vollständig oder nahezu vollständig geladen werden. Aufgrund des Wirkungsgrades des Ladesystems von etwa 90% bis 95% werden während des Ladevorgangs im Energiespeichersystem große Wärmemengen freigesetzt, welche aus dem Energiespeichersystem abgeführt werden müssen. Diese Wärmemengen werden im normalen Betriebszustand nicht freigesetzt. Daher ist es erforderlich, das Kühlsystem des Energiespeichersystems so auszulegen, dass die beim Ladevorgang auftretende Wärmemenge aufgenommen werden kann.
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Zu hohe Temperaturen können zu einer irreversiblen Schädigung des Energiespeichersystems führen. In diesem Zusammenhang ist insbesondere bei Lithium-Ionen-Zellen das sogenannte thermische Durchgehen (thermal runaway) bekannt. Dabei werden in kurzer Zeit hohe thermische Energiemengen sowie gasförmige Abbauprodukte frei, woraus ein hoher Druck und hohe Temperaturen im Gehäuse resultieren. Dieser Effekt ist insbesondere problematisch bei Energiespeichersystemen mit hoher Energiedichte, wie sie beispielsweise zur Bereitstellung elektrischer Energie in elektrisch angetriebenen Fahrzeugen erforderlich ist. Durch zunehmende Energiemengen der einzelnen Zellen und Erhöhung der Packungsdichte der in dem Gehäuse angeordneten Zellen vergrößert sich die Problematik des thermischen Durchgehens.
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Im Bereich einer durchgehenden Zelle können an der Gehäusewand der Zelle über eine Zeitdauer von etwa 30 Sekunden Temperaturen im Bereich von 600°C entstehen. Die Einrichtung zum thermischen Isolieren muss einer derartigen Beanspruchung standhalten und den Energieübergang auf Nachbarzellen so reduzieren, dass die Temperaturbelastung der Nachbarzellen lediglich höchstens 150°C beträgt. Wesentlich ist die Begrenzung der Energieübertragung auf Nachbarzellen, um zu verhindern, dass auch diese thermisch durchgehen.
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Aus der
US 2013/0302659 A1 und
US 2016/0301045 A1 sind Energiespeichersysteme bekannt, bei welchen in einem Gehäuse mehrere Speicherzellen angeordnet sind, wobei die Speicherzellen mittels einer zwischen den Speicherzellen angeordneten Einrichtung thermisch voneinander getrennt sind.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Energiespeichersystem bereitzustellen, welches die beim Schnellladen auftretenden Temperaturspitzen puffert und darüber hinaus insbesondere bei einem thermischen Durchgehen einer Speicherzelle eine hohe Betriebssicherheit des Energiespeichersystems sicherstellt.
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Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Auf vorteilshafte Ausgestaltungen nehmen die Unteransprüche Bezug.
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Zur Lösung der Aufgabe weist die Einrichtung zumindest zwei Schichten auf, wobei eine erste Schicht thermisch isolierend und eine zweite Schicht thermisch leitend ausgebildet sind, wobei die erste Schicht einer ersten Hauptseite einer ersten Speicherzelle zugewandt ist und die zweite Schicht einer zweiten Hauptseite einer der ersten Speicherzelle benachbarten zweiten Speicherzelle zugewandt ist. Erfindungsgemäß ist die zweite Schicht latent wärmespeichernd ausgebildet.
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Durch die Einrichtung sind die benachbarten Speicherzellen thermisch zueinander isoliert, wobei die von einer Speicherzelle emittierte Wärme durch die zweite Schicht der Einrichtung reversibel gespeichert und abgeleitet werden kann. Liegt das Energiespeichersystem in Form eines Stacks vor, sind mehrere Speicherzellen nebeneinander angeordnet. Dabei ist jeweils zwischen zwei Speicherzellen eine erfindungsgemäße Einrichtung angeordnet. Dadurch ist gewährleistet, dass einerseits alle Speicherzellen gegeneinander thermisch isoliert sind und andererseits die von den Speicherzellen emittierte Wärme über die Einrichtung aufgenommen bzw. abgeführt werden kann. Dadurch kann eine im Schadensfall einer Speicherzelle unerwünschte Wärmeübertragung von einer Speicherzelle in eine benachbarte Speicherzelle verhindert werden, ebenfalls kann die im Normalbetrieb und insbesondere beim Schnellladen entstehende Wärme einer Speicherzelle aufgenommen, gegebenenfalls gespeichert und wieder abgegeben werden.
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Zumindest eine Schicht kann einen elastisch und/oder plastisch deformierbaren Werkstoff aufweisen. Dabei kann der Werkstoff in sich komprimierbar sein. Je nach Ausgestaltung können Speicherzellen in Abhängigkeit des Ladezustands oder in Abhängigkeit der Temperatur eine Volumenänderung erfahren. Durch einen derartigen Werkstoff, beziehungsweise durch eine derart ausgebildete Schicht ist gewährleistet, dass die Ausdehnung der Speicherzellen in Richtung der Einrichtung kompensiert werden kann. Zudem stellt die Ausgestaltung des Werkstoffs sicher, dass eine thermische Anbindung zu der benachbarten Lage gegeben ist.
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Die zweite Schicht kann eine hohe Wärmespeicherkapazität sowie eine gute Wärmeleitfähigkeit aufweisen. Dadurch kann die Einrichtung eine hohe Wärmemenge aufnehmen, welche aufgrund der guten Wärmeleitfähigkeit schnell von der Speicherzelle in die Einrichtung übertragen wird, wodurch die Speicherzelle gekühlt wird.
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Die zweite Schicht kann ein Phasenwechselmaterial umfassen. Phasenwechselmaterial (Phase Change Material, PCM) ändert durch Wärmeeintrag oder Wärmeabfuhr seinen Aggregatzustand, zumeist von flüssig nach fest und umgekehrt. Dabei liegt die Aggregatszustandsänderung im Bereich der Arbeitstemperatur des Energiespeichersystems. Durch den Phasenübergang kann eine große Wärmemenge aufgenommen werden, ohne dass sich die Temperatur in der Einrichtung systembeeinflussend ändert.
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Das Phasenwechselmaterial kann eine Schmelztemperatur im Bereich von 35 °C bis 85 °C aufweisen. Dieser Temperaturbereich entspricht der oberen Arbeitstemperatur, beziehungsweise der Grenztemperatur einer Vielzahl von Energiespeichersystemen, beispielsweise des Energiespeichersystems in Form einer Lithium-Ionen-Batterie.
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Derzeitige Lithium-Ionen-Akkumulatoren erlauben kurzfristige Temperaturspitzen im Bereich von etwa 45°C bis 50°C. Höhere Temperaturen führen zu einer beschleunigten Alterung der Zellen, was sich beispielsweise in einem Kapazitätsverlust des Akkumulators zeigt. Eine irreversible Schädigung wird bei Temperaturspitzen ab etwa 100°C ausgelöst. Hierbei werden unter anderem in den Elektrodenmaterialien irreversible chemische Reaktionen ausgelöst, die bei tieferen Temperaturen nicht auftreten. Diese chemischen Seitenreaktionen können unter anderem zum thermischen Durchgehen der Speicherzellen führen.
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Für Feststoff-Akkumulatoren, sogenannten Solid-State-Batterien, sind Arbeitstemperaturen vorgesehen, die oberhalb der Arbeitstemperaturen von Lithium-Ionen-Akkumulatoren liegen. Dies ist unter anderem darin begründet, dass der Feststoff-Elektrolyt einer Solid-State-Batterie eine geringere lonenleitfähigkeit aufweist als ein Flüssigelektrolyt eines Lithium-Ionen-Akkumulators. Daher sind Feststoff-Akkumulatoren bei Raumtemperatur weniger leistungsbelastbar. Um diese geringe Leitfähigkeit zu kompensieren, können Feststoff-Akkumulatoren in einem erhöhten Temperaturfenster von etwa 50°C bis 80°C betrieben werden. Für derartige Einsätze ist es vorteilhaft, das Phasenwechselmaterial so wählen, dass es in einem Temperaturbereich von 70°C bis 130°C aktivierbar ist.
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Vorzugsweise ist das Material so gewählt und angeordnet, dass der Prozess reversibel ist. Dabei kann die zweite Schicht zu einem späteren Zeitpunkt die Wärme wieder an die temperierte Umgebung oder die temperierte Speicherzelle abgeben.
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Bei einem Schnellladenvorgang erwärmt sich jede Speicherzelle und nimmt thermische Energie auf. Dabei emittiert jede Speicherzelle des Akkumulators eine Energiemenge. Ein Teil dieser Energiemenge wird durch eine Kühleinrichtung, über die elektrische Verkabelung oder durch Strahlung abgeführt. Ein anderer Teil der Energiemenge wird in die zweite Lage überführt sobald die Schmelztemperatur des Phasenwechselmaterials überschritten ist und dort gespeichert. Nach Beendigung des Schnellladens kühlt sich das Energiespeichersystem ab. Nach Unterschreiten der Schmelztemperatur des Phasenwechselmaterials erstarrt dieses und gibt dabei allmählich Schmelzenthalpie ab. Dementsprechend werden durch die Einrichtung kurze, hohe Temperaturspitzen abgefangen und geglättet. Die einzelne Speicherzelle wird dadurch zwar länger einer erhöhten Temperatur ausgesetzt, die für die Speicherzelle schädlichen Temperaturspitzen werden hingegen vermieden.
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Das Phasenwechselmaterial kann kapselförmig vorliegen und in die zweite Schicht eingebracht sein. Bei dieser Ausgestaltung ist das Phasenwechselmaterial in eine kugelförmige Hülle eingebracht. Diese Kugeln wiederum sind in der Matrix der zweiten Schicht verteilt. Dabei kann das Material der zweiten Schicht ein Material mit besonders hoher Wärmeleitfähigkeit sein. Damit kann eine Funktionstrennung zwischen den Funktionen Wärmeleitung und Wärmespeicherung vorgenommen werden. Die Verkapselung stellt sicher, dass das Phasenwechselmaterial im geschmolzenen Zustand in der zweiten Schicht verbleibt und sich nicht aus der Schicht entfernt oder in bestimmten Bereichen ansammelt.
Alternativ sind auch andere Formen der Einbindung des Phasenwechselmaterials denkbar. Beispielsweise kann das Phasenwechselmaterial in poröse Strukturen eingebunden sein. Bei dieser Ausgestaltung ist das geschmolzene Phasenwechselmaterial in den Poren der porösen Materialien fixiert. Vorteilhafte poröse Strukturen werden beispielsweise durch Aktivkohle oder anorganische Blähkörper gebildet. Ein Vorteil dieser porösen Trägermaterialien ist eine im Vergleich zu Kapseln erhöhte mechanische Festigkeit, was bei Verarbeitungsprozessen mit hohen auf das Material einwirkenden Scherkräften wie beispielsweise beim Spritzgießen vorteilhaft ist.
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Denkbar ist auch eine Fixierung in Faserstrukturen, beispielsweise in Vliesstoffen. Ebenso ist es denkbar, dass ein molekularer, teilweise ein vernetzter Anteil eines Polymers einen Phasenübergang aufweist und durch nicht-phasenwechselnde Bestandteile in seiner Form stabilisiert ist.
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Das Phasenwechselmaterial kann im Bereich der der zweiten Hauptseite zugewandten Oberfläche der zweiten Schicht angeordnet sein. Dadurch ist das Material mit besonders hoher Wärmespeicherfähigkeit besonders nah an der Hitzequelle angeordnet. Es kann ein besonders hoher Wärmeeintrag von der Speicherzelle unmittelbar in das Phasenwechselmaterial erfolgen. Dies kann nach einer vorteilhaften Ausgestaltung durch Lacke oder Pasten erzielt werden, welche ein Phasenwechselmaterial enthalten und welche auf die Oberfläche der zweiten Schicht appliziert sind.
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Als wärmeleitendes Material sind insbesondere Materialien vorteilhaft, welche neben der Wärmeleitfähigkeit auch elektrisch isolierende Eigenschaften aufweisen. Bei dieser Ausgestaltung kommen beispielsweise mineralische Füllstoffe wie Siliciumcarbid, Kohlenstoff, Bornitrid sowie Oxide und Hydroxide insbesondere von Aluminium oder von Magnesium als Leitfähigkeitskomponenten in Betracht. In anderen Anwendungen kann es vorteilhaft sein, wenn die Einrichtung elektrisch leitfähig ausgestaltet ist. In diesem Zusammenhang sind Metalle oder auch kohlenstoffbasierte Komponenten wie Leitruß, Kohlenstoff-Nanoröhrchen oder Graphen als Leitfähigkeitskomponenten denkbar.
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Die erste Schicht kann ausgebildet sein, die zweite Schicht mit elastischer Vorspannung an die zweite Hauptseite der zweiten Speicherzelle anzupressen. Die erste Schicht ist im normalen Betriebszustand thermisch isolierend ausgebildet und kann dabei insbesondere ein Material mit hoher Porosität oder oberflächennahen Luftkammern umfassen. Die thermisch isolierende, poröse Schicht ist geeignet, die zweite Schicht an die Speicherzelle anzupressen. Poröse Materialien sind beispielsweise Faserwerkstoffe wie Vliesstoffe, polymerbasierte Schäume oder andere schaumartige feste Materialien wie beispielsweise Zeolithe. Weitere vorteilhafte Materialien sind Elastomere mit einer Luftpolster-Struktur wie beispielsweise einer Waffelstruktur, einer Näpfchenstruktur oder einer Zapfenstruktur. Besonders vorteilhaft ist die Ausgestaltung, wenn die poröse Struktur der benachbarten Speicherzelle zugewandt ist. Dabei kann die Seite, welche der zweiten Struktur benachbart ist, porös ausgestaltet sein.
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Auch die zweite Schicht kann aus porösem Material ausgebildet sein. In derartiges Material kann ein Phasenwechselmaterial besonders gut eingebettet werden.
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Der Wärmeleitfähigkeitskoeffizient der zweiten Schicht beträgt vorzugsweise mindestens 0,5 W/m.K. Ein Material mit einer derartigen Wärmeleitfähigkeit ist besonders gut geeignet, eine größere Wärmemenge abzuführen, die an einer Speicherzelle entstehen kann.
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Der Wärmeleitfähigkeitskoeffizient der ersten Schicht beträgt vorzugsweise höchstens 0,15 W/m K. Ein derartiges Material isoliert zuverlässig zwei benachbarte Speicherzellen voneinander und verhindert eine Wärmeübertragung von einer Speicherzelle in Richtung zur nächsten Speicherzelle. Dabei ist nicht zwingend, dass der Wärmeleitfähigkeitskoeffizient ein materialspezifischer Wert ist. Wesentlich ist die Isolierfunktion der Einrichtung. Daher kann auch durch die oben beschriebenen Luftkammern und ähnliche Strukturen der Wärmeleitfähigkeitskoeffizient des reinen Materials durchaus höher sein. Durch die isolierenden Strukturen ergibt sich aber insgesamt der oben beschriebene niedrige Wert des Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten.
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Die erste Schicht kann darüber hinaus Füllstoffe enthalten, die oberhalb einer Zersetzungstemperatur endotherm und irreversibel zerfallen. Solche Zerfallsprozesse sind beispielsweise bekannt von Hydroxiden oder Oxyhydroxiden von Magnesium, Aluminium und anderen Metallen. Beispielsweise nimmt Al(OH)3 beim Überschreiten von 200°C bis 250°C unter Abspaltung von Wasser und Bildung von Al2O3 eine Energiemenge von mehr als 1.000 J/g auf.
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Denkbar ist es auch, solche Materialien in beide Schichten einzubringen. So sind beispielsweise AIOOH oder Al(OH)3 thermisch leitfähig und führen als Füllstoffe zu einer erhöhten thermischen Leitfähigkeit. Demzufolge können solche Füllstoffe zwei Funktionen übernehmen. Einerseits tragen sie im Normalbetrieb, das heißt bei Temperaturen von weniger als 100°C zum verbesserten Thermomanagement bei. Andererseits können sie im Störfall, das heißt bei Temperaturen von mehr als 150°C die oben beschriebene einmalige Schutzfunktion bereitstellen. Magnesiumhydroxid Mg(OH)2 weist vergleichbare Eigenschaften auf wie AIOOH oder Al(OH)3. Der irreversible Zerfall von Mg(OH)2 erfolgt allerdings erst bei höheren Temperaturen. Aus diesem Grund ist es denkbar, Magnesiumhydroxid beispielsweise für Feststoffbatterien einzusetzen. Denkbar sind auch die Verwendung von Carbonaten oder organischen Substanzen wie Zitronensäure, die bei Temperaturerhöhung Kohlendioxid freisetzen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die zweite Schicht direkt auf die erste Schicht appliziert sein. Die zweite Schicht ist dabei keine freitragende Schicht. Hierbei kann die zweite Schicht beispielsweise in Form eines Lacks, einer Paste oder eines Klebers auf die erste Schicht appliziert werden. Dabei ist es bei dieser Ausgestaltung vorteilhaft, wenn die erste Schicht Strukturen wie Aussparungen oder Hohlräume aufweist, welche die zweite Schicht aufnehmen.
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Alternativ ist es denkbar, die erste Schicht auf eine zweite Schicht zu applizieren. Bei dieser Ausgestaltung ist die erste Schicht nicht als freitragende Schicht ausgebildet.
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Zudem ist es denkbar, die erste Schicht und die zweite Schicht integral auszubilden. Bei dieser Ausgestaltung liegen Phasenwechselmaterialien und auch sich irreversibel zersetzende Komponenten nebeneinander vor. Bei einer derartigen Ausgestaltung erfolgt die Wahl der Materialien derart, dass diese entweder hoch oder niedrig eingestellt ist.
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Einige Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Energiespeichersystems werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Diese zeigen, jeweils schematisch:
- 1 ein Energiespeichersystem mit zweischichtiger Einrichtung;
- 2 ein Energiespeichersystem gemäß 1, wobei die erste Schicht Abstandshalter aufweist;
- 3 ein Energiespeichersystem gemäß 2, umfassend eine Kühleinrichtung;
- 4 ein Energiespeichersystem gemäß 1, wobei die erste Schicht eine Anpressung der zweiten Schicht an die Speicherzelle bewirkt;
- 5 ein Energiespeichersystem, wobei die zweite Schicht ein Phasenwechselmaterial enthält;
- 6 ein Energiespeichersystem, wobei die zweite Schicht ein oberflächennah angeordnetes Phasenwechselmaterial enthält;
- 7 ein Energiespeichersystem mit einer Zell-Berstscheibenanordnung;
- 8 ein Energiespeichersystem mit einer Zell-Berstscheibenanordnung.
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Die Figuren zeigen ein Energiespeichersystem 1 zum Speichern elektrischer Energie. Vorliegend ist das Energiespeichersystem 1 als Akkumulator, zum Beispiel als Lithium-Ionen-Akkumulator oder als Feststoff-Batterie-Akkumulator ausgebildet. Das Energiespeichersystem 1 umfasst ein Gehäuse 2, in welchem mehrere Speicherzellen 3 angeordnet sind. Die Speicherzellen 3 können dabei in Form von prismatischen Zellen, Pouch-Zellen oder Rundzellen vorliegen und nebeneinander in dem Gehäuse 2 angeordnet sein. Dabei können die Speicherzellen 3 einen Stack bilden.
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Die Speicherzellen 3 sind mittels einer zwischen den Speicherzellen 3 angeordneten Einrichtung 4 thermisch voneinander isoliert. Dabei weist die Einrichtung 4 mindestens zwei Schichten 5, 6 auf, wobei eine erste Schicht 5 thermisch isolierend und eine zweite Schicht 6 thermisch leitend ausgebildet sind. Die erste Schicht 5 ist einer ersten Hauptseite 7 einer ersten Speicherzelle 3' zugewandt und die zweite Schicht 6 ist einer zweiten Hauptseite 8 einer der ersten Speicherzelle 3' benachbarten Speicherzelle 3" zugewandt.
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1 zeigt eine erste Ausgestaltung des zuvor beschriebenen Energiespeichersystems 1. Die zwischen den Speicherzellen 3, 3', 3" angeordneten Einrichtungen 4 sind zweischichtig ausgebildet. Jede der Einrichtungen 4 umfasst eine erste Schicht 5, welche thermisch isolierend ausgebildet ist und eine zweite Schicht 6, welche thermisch leitend ausgebildet ist. Der Wärmeleitfähigkeitskoeffizient der zweiten Schicht 6 beträgt dabei 1 W/m·K. Der Wärmeleitfähigkeitskoeffizient der ersten Schicht 5 beträgt 0,1 W/m K. Die zweite Schicht 6 ist darüber hinaus wärmespeichernd ausgebildet.
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2 zeigt eine alternative Ausgestaltung des in 1 beschriebenen Energiespeichersystems 1. Dabei umfasst die erste Schicht 5, welche thermisch isolierend ist, rippenförmige, bzw. waffelförmige Abstandshalter. Dadurch schließt die erste Schicht 5 einen thermisch isolierenden Luftraum ein. Alternativ zu den Rippen ist auch denkbar, dass kreisförmige Vorsprünge, beispielsweise in Form von Noppen oder dergleichen vorgesehen sind. Die Struktur kann dabei durch ein elastomeres Formteil beispielsweise aus einem Silikon-Elastomer bestehen. Die Struktur kann auch aus einem flächig ausgebildeten Trägermaterial bestehen, wobei die Vorsprünge aus elastischem Material sind.
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3 zeigt ein Energiespeichersystem 1 gemäß 2, wobei zusätzlich eine Kühleinrichtung 10 vorgesehen ist, auf welcher die Speicherzellen 3 und die Einrichtung 4 mit erster Schicht 5 und zweiter Schicht 6 angeordnet sind. Die Kühleinrichtung 10 kühlt dabei die Zellen 3 direkt. Zusätzlich führt die Kühleinrichtung 10 Wärme ab, welche über die zweite Schicht 6 in die Kühleinrichtung 10 eingeleitet wird.
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4 zeigt eine Ausgestaltung eines Energiespeichersystems 1 gemäß 1, wobei die erste Schicht 5 einen elastischen Werkstoff umfasst. Nach Montage des Energiespeichersystems 1 bewirkt die elastische Ausgestaltung der ersten Schicht 5 eine Anpressung der zweiten Schicht 6 an die zweite Hauptseite 8 der Speicherzelle 3. Die elastische Ausgestaltung bewirkt eine flächige Anpressung der zweiten Schicht 6 an die zweite Hauptseite 8 der Speicherzelle 3. Volumenänderungen der Speicherzelle 3 können durch die elastische Ausgestaltung der ersten Schicht 5 kompensiert werden. Die zweite Schicht 6 wird formschlüssig an die Hauptseite 8 der Speicherzelle 3 gepresst. Alternativ zu der elastischen Ausgestaltung der ersten Schicht 5 durch Verwendung elastischer Werkstoffe ist es denkbar, die erste Schicht 5 aus intrinsisch komprimierbarem Werkstoff auszugestalten. Das komprimierbare Material kann dabei beispielsweise als poröses Material, insbesondere als Zellkautschuk oder in Form einer Faserlage bei einer Vliesstofflage vorliegen.
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5 zeigt eine weitere alternative Ausgestaltung eines Energiespeichersystems 1 gemäß 2. Bei der vorliegenden Ausgestaltung ist in die zweite Schicht 6 ein Phasenwechselmaterial 9 eingebettet. Das Phasenwechselmaterial 9 weist bei der vorliegenden Ausgestaltung eine Schmelztemperatur von 55°C und eine Schmelzenthalpie von 180 kJ/kg auf. Das Phasenwechselmaterial 9 ist in kugelförmigen Kapseln eingebunden und gleichmäßig verteilt in die zweite Schicht 6 eingebracht. Dabei ist die zweite Schicht 6 aus elastomerem Material ausgebildet. Zusätzlich sind dem elastomeren Material der zweiten Schicht 6 thermisch leitende Füllstoffe beigemischt, so dass der Wärmeübergang zwischen Hauptseite 8 der Speicherzelle 3" und den Phasenwechselmaterialien 9 schnell und effektiv erfolgen kann.
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6 zeigt eine alternative Ausgestaltung des Energiespeichersystems 1 gemäß 5. Dabei ist das Phasenwechselmaterial 9 im Bereich der der zweiten Hauptseite 8 zugewandten Oberfläche der zweiten Schicht 6 angeordnet. Hierbei ist das Phasenwechselmaterial 9 zum Beispiel in Form eines Auftrags als Lack, Paste oder Kleber denkbar. Die Konzentration des Phasenwechselmaterials 9 an der Oberfläche führt zu einem schnellen Ansprechen bei Überschreiten der Schmelztemperatur.
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7 zeigt ein Energiespeichersystem 1 mit Speicherzellen 3 und einer Einrichtung 4, wobei die Speicherzellen 3 eine Notöffnung 11 aufweisen, welche an der Stirnseite der Speicherzelle 3 angeordnet ist. Bei der vorliegenden Ausgestaltung ist die zweite Schicht 6 so ausgebildet, dass diese die Notöffnung 11 umgibt. Dadurch bildet die zweite Schicht 6 eine Abdichtung zwischen der Notöffnung 11 der Speicherzelle 3 und dem Austrittskanal 12, durch welchen aus der Notöffnung 11 der Speicherzelle 3 austretendes Medium abgeleitet werden kann.
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8 zeigt eine alternative Ausgestaltung eines Energiespeichersystems 1 gemäß 7. Bei der vorliegenden Ausgestaltung ist die erste Schicht 5 so ausgebildet, dass diese die Notöffnung 11 umgibt. Dadurch bildet die erste Schicht 5 eine Abdichtung zwischen der Notöffnung 11 der Speicherzelle 3 und dem Austrittskanal 12, durch welchen aus der Notöffnung 11 der Speicherzelle 3 austretendes Medium abgeleitet werden kann.
