DE102020005410A1 - Energiespeicheranordnung - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Energiespeicheranordnung (8), umfassend mindestens zwei Pouchzellen (1), welche jeweils elektrochemisch aktive Komponenten (2) aufweisen, die von einer Folienhülle (3) umschlossen sind, wobei die Folienhülle (3) durch eine Siegelnaht (4) verschlossen ist, und umfassend ein Wärmetauscherelement (7).In einer Ausführungsform der Erfindung weist die jeweilige Pouchzelle (1) mindestens einen Wärmeleiter (6) auf, der mit Anoden oder Kathoden der Pouchzelle (1) zusammengefügt ist, wobei der mindestens eine Wärmeleiter (6) in die Siegelnaht (4) integriert ist oder aus der Siegelnaht (4) nach außen herausragt, wobei zumindest ein den mindestens einen Wärmeleiter (6) enthaltender Bereich der Siegelnaht (4) derart mindestens einmal umgebogen ist, dass die Siegelnaht (4) einerseits an der Pouchzelle (1) anliegt und andererseits an dem Wärmetauscherelement (7) anliegt und mit diesem thermisch gekoppelt ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Energiespeicheranordnung nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
  • Aus dem Stand der Technik ist, wie in der DE 10 2015 003 644 A1 beschrieben, eine Pouchzelle für eine Energiespeicheranordnung bekannt. Die Pouchzelle umfasst mehrere zur elektrochemischen Energiewandlung ausgebildete Zelllagen, welche im Inneren einer geschlossenen Hülle angeordnet sind, und wenigstens zwei mit wenigstens einer Zelllage elektrisch leitend verbundene Kontaktierungselemente, welche eine die Hülle schließende Siegelnaht durchdringend aus dem Inneren der Hülle herausgeführt sind. Im Inneren der Hülle ist wenigstens ein zur Wärmeabfuhr ausgebildeter Wärmekollektor angeordnet, welcher mit wenigstens einem die Siegelnaht durchdringend aus dem Inneren der Hülle herausgeführten Wärmeableiter thermisch gekoppelt ist.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Energiespeicheranordnung anzugeben.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Energiespeicheranordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Eine Energiespeicheranordnung umfasst mindestens zwei oder mehr Pouchzellen, welche jeweils elektrochemisch aktive Komponenten aufweisen, die von einer Folienhülle umschlossen sind, wobei die Folienhülle durch eine Siegelnaht verschlossen ist, und des Weiteren ein Wärmetauscherelement.
  • Erfindungsgemäß weist die jeweilige Pouchzelle mindestens einen Wärmeleiter auf, der mit Anoden oder Kathoden der Pouchzelle, beispielsweise mit Stromableiterbereichen der Anoden oder Kathoden zusammengefügt ist, insbesondere verschweißt ist. Ferner weist die Pouchzelle Stromableiter auf. Der mindestens eine Wärmeleiter ist in die Siegelnaht integriert oder ragt zum Teil aus der Siegelnaht nach außen heraus. Zumindest ein den mindestens einen Wärmeleiter enthaltender Bereich der Siegelnaht oder die gesamte Siegelnaht an der Seite der Pouchzelle, an welcher der mindestens eine Wärmeleiter angeordnet ist, ist derart mindestens einmal oder zweimal oder mehrfach umgebogen, dass die Siegelnaht einerseits, d. h. mit einer ihrer Seiten, an der Pouchzelle anliegt und andererseits, d. h. mit der anderen Seite, an dem Wärmetauscherelement anliegt und mit diesem thermisch gekoppelt ist, d. h. in wärmeleitendem Kontakt steht.
  • Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass mindestens ein Stromableiter der jeweiligen Pouchzelle als ein solcher Wärmeleiter ausgebildet ist, d. h. dass der Wärmeleiter oder die Wärmeleiter auch als Stromableiter der jeweiligen Pouchzelle dient/dienen.
  • Alternativ kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die jeweilige Pouchzelle, zusätzlich zu dem mindestens einen Wärmeleiter, separate Stromableiter aufweist, d. h. dass der mindestens eine Wärmeleiter und die Stromableiter separate Bauteile sind. Dabei kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Stromableiter und der mindestens eine Wärmeleiter an verschiedenen Seiten der Pouchzelle, insbesondere an benachbarten Seiten, angeordnet sind und, zumindest die Stromableiter, aus der Pouchzelle herausgeführt sind.
  • Bevorzugt stehen die Pouchzellen mit ihren die Wärmeleiter enthaltenden umgebogenen Siegelnähten auf dem als Wärmetauscherplatte ausgebildeten Wärmetauscherelement und die Stromableiter befinden sich auf einer anderen Seite der jeweiligen Pouchzelle.
  • Die Energiespeicheranordnung ist beispielsweise eine Batterie oder ein Batteriemodul für eine Batterie, welche dann ein solches Batteriemodul oder mehrere solche Batteriemodule aufweist. Die Batterie ist insbesondere eine HV-Batterie (Hochvoltbatterie) bzw. das Batteriemodul ist insbesondere ein HV-Batteriemodul (Hochvoltbatteriemodul). Die Batterie ist insbesondere eine Traktionsbatterie für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Elektrofahrzeug, Hybridfahrzeug oder Brennstoffzellenfahrzeug, zur elektrischen Energieversorgung mindestens einer elektrischen Antriebsmaschine zum Antrieb des Fahrzeugs.
  • Bei der Pouchzelle sind die elektrochemisch aktiven Komponenten, insbesondere die an der elektrochemischen Energiewandlung beteiligten Elektroden, d. h. die Anoden und Kathoden, insbesondere als Folien ausgebildet und beispielsweise als Folienlagen oder Folienwickel angeordnet. Die eine galvanische Zelle, insbesondere eine Lithium-Ionen-Zelle, bildenden Anoden- und Kathodenfolien sind dabei durch Separatoren getrennt in einer geschlossenen, mit einem Elektrolyt gefüllten Hülle angeordnet. Auch diese besteht typischerweise aus einem oder mehreren Folienelementen, welche eine Siegelnaht bildend zusammengefügt sind, wofür häufig Ultraschallschweißverfahren zum Einsatz kommen. Diese Hülle ist somit die Folienhülle. Die Stromableiter sind im Inneren der Folienhülle mit den Elektroden, d. h. mit den Anoden bzw. Kathoden, verbunden und nach außen durch die Siegelnaht durchgeführt, sind somit auch mit dieser Folienhülle verschweißt. Dies gilt auch für den mindestens einen Wärmeleiter, falls dieser separat ausgebildet ist, d. h. nicht gleichzeitig Stromableiter ist, und aus der Folienhülle durch die Siegelnaht hindurch herausgeführt ist. Ist der mindestens eine Wärmeleiter in die Siegelnaht integriert, d. h. nicht herausgeführt, so ist er vorteilhafterweise darin eingeschweißt, d. h. ebenfalls mit der Folienhülle verschweißt.
  • Die erfindungsgemäße Energiespeicheranordnung löst das Problem der Temperaturregelung der Batteriezellen. Insbesondere gestapelte Pouchzellen stellen aufgrund einer kleinen Kühlfläche entlang des Stapels eine Herausforderung dar, da die Kühlfläche hier bisher nur durch die Siegelnaht der einzelnen Batteriezellen gebildet wird. Dieses Problem wird nun durch den mindestens einen Wärmeleiter gelöst, der thermisch leitend mit den Kathoden oder Anoden der Pouchzelle verbunden ist, beispielsweise verscheißt ist, und an einer oder bei mehreren Wärmeleitern pro Pouchzelle beispielsweise an mehreren Randseiten, vorteilhafterweise an mindestens einer langen Randseite, in der Siegelnaht angeordnet oder durch diese hindurchgeführt ist. Die Folienhülle ist dabei um den jeweiligen Wärmeleiter herum versiegelt.
  • Um die Energiedichte in der Batterie zu erhöhen, ist es vorteilhaft, den räumlichen Bedarf der Pouchzellen zu verringern. Dies wird durch die erfindungsgemäße Lösung erreicht, indem die Siegelnaht, die zunächst parallel zu den beiden Flachseiten der Pouchzelle verläuft, ein- oder mehrmals gefaltet wird, zumindest im Bereich des mindestens einen Wärmeleiters oder an der Randseite der Pouchzelle, an welcher der mindestens eine Wärmeleiter angeordnet ist, so dass sie dann parallel zur Randseite der Pouchzelle, an welcher sie angeordnet ist, verläuft.
  • Die Temperaturregelung der Pouchzellen wird nun dadurch erreicht, dass der mindestens eine Wärmeleiter und/oder die den mindestens einen Wärmeleiter umfassende Siegelnaht, insbesondere der den mindestens einen Wärmeleiter umfassende Bereich der Siegelnaht, mit dem Wärmetauscherelement, beispielsweise einer Kühl- und/oder Heizplatte, verbunden ist. Beispielsweise tritt der mindestens eine Wärmeleiter aus der Siegelnaht aus, d. h. durch diese hindurch, und ist indirekt über eine elektrische Isolierschicht mit dem Wärmetauscherelement verbunden. Das Material der Isolierschicht weist vorzugsweise einen hohen elektrischen Widerstand und einen niedrigen Wärmewiderstand auf.
  • Die erfindungsgemäße Lösung ist besonders vorteilhaft bei sehr lang ausgebildeten Pouchzellen, da besonders hier die Wärme, beispielsweise im Unterboden von Fahrzeugen, bisher schlecht abgeleitet werden kann. Dadurch ist bei hoher Energiedichte ein Schnellladen ohne Schädigung der Pouchzellen problematisch, wodurch kurze Ladezeiten, welche durch das Schnellladen möglich wären, nicht realisiert werden können. Da die Stromableiter bei solchen langen Pouchzellen, um eine Bauhöhe der Batterie zu verringern, üblicherweise seitlich der Batterie, d. h. an kurzen Randseiten der Pouchzellen, angeordnet sind und diese Stromableiter bisher auch zur Wärmeableitung verwendet werden, kann eine stark ungleichmäßige Wärmeabfuhr über die Länge der jeweiligen Pouchzelle auftreten.
  • Durch die erfindungsgemäße Lösung wird dieses Problem gelöst, da der Wärmeleiter oder mehrere solche Wärmeleiter vorteilhafterweise an mindestens einer der langen Randseiten der jeweiligen Pouchzelle angeordnet ist/sind, und direkt mit den elektrochemisch aktiven Komponenten, d. h. mit den Anoden oder Kathoden, verbunden ist/sind. Beispielsweise sind über die Länge der jeweiligen Pouchzelle mehrere solcher Wärmeleiter verteilt angeordnet. Durch die Nutzung der Wärmeleiter über die Zelllänge der jeweiligen Pouchzelle zur Wärmeabführung kann diese Wärmeabführung von den elektrochemisch aktiven Komponenten durch den direkten Kühlzugang zu diesen stark optimiert erfolgen.
  • Bauraumverluste ergeben sich durch diese Lösung nicht oder nur in geringem Umfang, da die Wärmeleiter seitlich an der langen Randseite der jeweiligen Pouchzelle gebogen angeordnet sind und somit einerseits an diese lange Randseite und andererseits an das Wärmetauscherelement, beispielsweise an die Kühlplatte, angelegt sind. Es ergibt sich somit eine optimierte kühltechnische Anbindung, ohne eine Bauraumhöhe zu verschlechtern. Vorteilhafterweise sind weiterhin davon separate Stromableiter seitlich der jeweiligen Pouchzelle, d. h. an deren kurzer Randseite, vorgesehen, welche beispielsweise mit Stromschienen verbunden werden können. Sie tragen somit nicht zur Bauraumerhöhung der Batterie bei.
  • Die Pouchzellen weisen Randseiten auf, welche ihre Höhe und ihre Breite definieren. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Stromableiter oder die Wärmeleiter oder die als Wärmeleiter ausgebildeten Stromableiter sich entlang mindestens 50 % der Länge einer die Breite definierenden Randseite erstrecken. Dadurch ist eine besonders effiziente Wärmeabfuhr (oder Wärmezufuhr in Fällen, in denen die Pouchzellen erwärmt werden müssen) aus den Pouchzellen möglich, ohne dabei die Bauraumhöhe zu verschlechtern.
  • Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Energiespeicheranordnung, die mindestens zwei Pouchzellen umfasst, welche jeweils elektrochemisch aktive Komponenten aufweisen und von einer Folienhülle umschlossen sind, wobei die Folienhülle durch eine Siegelnaht verschlossen ist. Die Energiespeicheranordnung weist außerdem ein Wärmetauscherelement auf.
    Erfindungsgemäß weist die jeweilige Pouchzelle mindestens einen Wärmeleiter auf, der mit Anoden oder Kathoden der Pouchzelle zusammengefügt ist, sowie Stromableiter. Die Stromableiter der jeweiligen Pouchzelle sind als Wärmeleiter ausgebildet. Ferner weisen die Pouchzellen Randseiten auf, welche die Höhe und die Breite der Pouchzellen definieren. Die Wärmeleiter oder Stromableiter sind bei Pouchzellen, die eine die Höhe definierende Randseite mit einer Länge < 13 cm und eine die Breite definierende Randseite mit einer Länge ≥ 25 cm aufweisen, an der die Breite definierende Randseite angebracht.
  • Bei der vorgenannten Energiespeicheranordnung hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die als Wärmeleiter ausgebildeten Stromableiter sind entlang mindestens 50 % der Länge einer die Breite definierenden Randseite erstrecken. Dadurch ist eine besonders effiziente Wärmeabfuhr (oder Wärmezufuhr in Fällen, in denen die Pouchzellen erwärmt werden müssen) aus den Pouchzellen möglich, ohne Beeinträchtigung der Bauraumhöhe.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
  • Dabei zeigen:
    • 1 schematisch eine Pouchzelle in einer Draufsicht auf eine Flachseite,
    • 2 schematisch eine Pouchzelle in einer Draufsicht auf eine lange Randseite,
    • 3 schematisch eine Schnittdarstellung einer Ausführungsform einer Pouchzelle,
    • 4 schematisch eine Schnittdarstellung einer weiteren Ausführungsform einer Pouchzelle,
    • 5 schematisch eine Schnittdarstellung einer weiteren Ausführungsform einer Pouchzelle,
    • 6 schematisch eine perspektivische Darstellung einer Ausführungsform einer Energ iespeicheranordnung,
    • 7 schematisch eine perspektivische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer Energiespeicheranordnung,
    • 8 schematisch eine perspektivische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer Energiespeicheranordnung,
    • 9 schematisch eine perspektivische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer Energiespeicheranordnung,
    • 10 schematisch eine perspektivische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer Energiespeicheranordnung, und
    • 11 schematisch eine perspektivische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer Energiespeicheranordnung.
  • Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
  • Die 1 und 2 zeigen eine Pouchzelle 1, in 1 in einer Draufsicht auf eine Flachseite und in 2 in einer Draufsicht auf eine lange Randseite. Die Pouchzelle 1 weist elektrochemisch aktive Komponenten 2 auf, die von einer Folienhülle 3 umschlossen sind, wobei die Folienhülle 3 durch eine Siegelnaht 4 verschlossen ist. Die elektrochemischen Komponenten 2 und die Siegelnaht 4 sind in nachfolgenden Figuren dargestellt.
  • Bei derartigen Pouchzellen 1 sind die elektrochemisch aktiven Komponenten 2, insbesondere an der elektrochemischen Energiewandlung beteiligte Elektroden, d. h. Anoden und Kathoden, insbesondere als Folien ausgebildet und beispielsweise als Folienlagen oder Folienwickel angeordnet. Die eine galvanische Zelle, insbesondere eine Lithium-Ionen-Zelle, bildenden Anoden- und Kathodenfolien sind dabei durch Separatoren getrennt in einer geschlossenen, mit einem Elektrolyt gefüllten Hülle angeordnet. Auch diese besteht typischerweise aus einem oder mehreren Folienelementen, welche die Siegelnaht 4 bildend zusammengefügt sind, wofür häufig Ultraschallschweißverfahren zum Einsatz kommen. Diese Hülle ist somit die Folienhülle 3. Stromableiter 5 sind im Inneren der Folienhülle 3 mit den Elektroden, d. h. mit den Anoden bzw. Kathoden, verbunden und nach außen durch die Siegelnaht 4 durchgeführt, sind somit auch mit dieser Folienhülle 3 verschweißt.
  • Bei der hier dargestellten und beschriebenen Pouchzelle 1 ist des Weiteren mindestens ein Wärmeleiter 6 vorgesehen, der mit den Anoden oder Kathoden der Pouchzelle 1, beispielsweise mit Stromableiterbereichen der Anoden oder Kathoden, zusammengefügt ist, insbesondere verschweißt ist. Der mindestens eine Wärmeleiter 6 ist in die Siegelnaht 4 integriert oder ragt zum Teil aus der Siegelnaht 4 nach außen heraus. Zumindest ein den mindestens einen Wärmeleiter 6 enthaltender Bereich der Siegelnaht 4 oder die gesamte Siegelnaht 4 an der Seite der Pouchzelle 1, an welcher der mindestens eine Wärmeleiter 6 angeordnet ist, ist derart mindestens einmal oder zweimal oder mehrfach umgebogen, dass die Siegelnaht 4 einerseits, d. h. mit einer ihrer Seiten, an der Pouchzelle 1 anliegt und andererseits, d. h. mit der anderen Seite, an einem Wärmetauscherelement 7 anlegbar ist oder anliegt und mit diesem thermisch koppelbar oder gekoppelt ist, d. h. dann in wärmeleitendem Kontakt steht. Auch dieser mindestens eine Wärmeleiter 6 ist im Bereich der Siegelnaht 4 vorteilhafterweise mit der Folienhülle 3 verschweißt, um eine dichte Durchführung durch die Siegelnaht 4 oder dichte Integration in die Siegelnaht 4 sicherzustellen. In 2 ist dies schematisch stark vereinfacht dargestellt, um das Prinzip der Wärmeleitung aus der Pouchzelle 1 zum Wärmetauscherelement 7 zu deren Kühlung und/oder vom Wärmetauscherelement 7 in die Pouchzelle 1 zu deren Erwärmung zu verdeutlichen. Ausführungsformen der Ausgestaltung dieser Lösung sind dann in den folgenden Figuren näher dargestellt.
  • Eine Energiespeicheranordnung 8 umfasst mehrere solche Pouchzellen 1 und das Wärmetauscherelement 7. Die Energiespeicheranordnung 8 ist beispielsweise eine Batterie oder ein Batteriemodul für eine Batterie, welche dann ein solches Batteriemodul oder mehrere solche Batteriemodule aufweist. Die Batterie ist insbesondere eine HV-Batterie (Hochvoltbatterie) bzw. das Batteriemodul ist insbesondere ein HV-Batteriemodul (Hochvoltbatteriemodul). Die Batterie ist insbesondere eine Traktionsbatterie für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Elektrofahrzeug, Hybridfahrzeug oder Brennstoffzellenfahrzeug, zur elektrischen Energieversorgung mindestens einer elektrischen Antriebsmaschine zum Antrieb des Fahrzeugs.
  • Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass mindestens ein Stromableiter 5 der jeweiligen Pouchzelle 1 als Wärmeleiter 6 ausgebildet ist, d. h. das der Wärmeleiter 6 oder die Wärmeleiter 6 auch als Stromableiter 5 der jeweiligen Pouchzelle 1 dient/dienen.
  • Alternativ kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die jeweilige Pouchzelle 1, zusätzlich zu dem mindestens einen Wärmeleiter 6, separate Stromableiter 5 aufweist, wie beispielsweise in 2 gezeigt. D. h. der mindestens eine Wärmeleiter 6 und die Stromableiter 5 sind separate Bauteile. Dabei kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Stromableiter 5 und der mindestens eine Wärmeleiter 6 an verschiedenen Seiten der Pouchzelle 1, insbesondere an benachbarten Seiten, angeordnet sind, wie ebenfalls beispielsweise in 2 gezeigt, und zumindest die Stromableiter 5, aus der Pouchzelle 1 herausgeführt sind, beispielsweise auch der Wärmeleiter 6.
  • Bevorzugt stehen die Pouchzellen 1 mit ihren die Wärmeleiter 6 enthaltenden umgebogenen Siegelnähten 4 auf dem als Wärmetauscherplatte ausgebildeten Wärmetauscherelement 7 und die Stromableiter 5 befinden sich auf einer anderen Seite der jeweiligen Pouchzelle 1. Vorteilhafterweise sind die Stromableiter 5 an mindestens einer kurzen Randseite der Pouchzelle 1 angeordnet und der mindestens eine Wärmeleiter 6 ist an einer langen Randseite der Pouchzelle 1 angeordnet, wie ebenfalls beispielsweise in 2 gezeigt. Bei mehreren Wärmeleitern 6 kann beispielsweise vorgesehen sein, dass an beiden langen Randseiten der Pouchzelle 1 jeweils ein oder mehrere Wärmeleiter 6 angeordnet sind und/oder dass die Wärmeleiter 6 an der jeweiligen langen Randseite über deren Länge verteilt angeordnet sind, beispielsweise gleichmäßig verteilt.
  • Die Energiespeicheranordnung 8 löst das Problem der Temperaturregelung der Batteriezellen. Insbesondere gestapelte Pouchzellen 1 stellen aufgrund einer kleinen Kühlfläche entlang des Stapels eine Herausforderung dar, da die Kühlfläche hier bisher nur durch die Siegelnaht 4 der einzelnen Batteriezellen gebildet wird. Dieses Problem wird nun durch den mindestens einen Wärmeleiter 6 gelöst, der thermisch leitend mit den Kathoden oder Anoden der Pouchzelle 1 verbunden ist, beispielsweise verscheißt ist, und an einer oder bei mehreren Wärmeleitern 6 pro Pouchzelle 1 beispielsweise an mehreren Randseiten, vorteilhafterweise an mindestens einer langen Randseite, in der Siegelnaht 4 angeordnet oder durch diese hindurchgeführt ist. Die Folienhülle 3 ist dabei um den jeweiligen Wärmeleiter 6 herum versiegelt.
  • Um die Energiedichte in der Batterie zu erhöhen, ist es vorteilhaft, den räumlichen Bedarf der Pouchzellen 1 zu verringern. Dies wird durch die hier beschriebene Lösung erreicht, indem die Siegelnaht 4, die zunächst parallel zu den beiden Flachseiten der Pouchzelle 1 verläuft, ein- oder mehrmals gefaltet wird, zumindest im Bereich des mindestens einen Wärmeleiters 6 oder an der Randseite der Pouchzelle 1, an welcher der mindestens eine Wärmeleiter 6 angeordnet ist, so dass sie dann parallel zur Randseite der Pouchzelle 1, an welcher sie angeordnet ist, verläuft.
  • Die Temperaturregelung der Pouchzellen 1 wird nun dadurch erreicht, dass der mindestens eine Wärmeleiter 6 und/oder die den mindestens einen Wärmeleiter 6 umfassende Siegelnaht 4, insbesondere der den mindestens einen Wärmeleiter 6 umfassende Bereich der Siegelnaht 4, mit dem Wärmetauscherelement 7, beispielsweise einer Kühl- und/oder Heizplatte, verbunden ist. Beispielsweise tritt der mindestens eine Wärmeleiter 6 aus der Siegelnaht 4 aus, d. h. durch diese hindurch, und ist indirekt über eine elektrische Isolierschicht mit dem Wärmetauscherelement 7 verbunden. Das Material der Isolierschicht weist vorzugsweise einen hohen elektrischen Widerstand und einen niedrigen Wärmewiderstand auf.
  • Die hier beschriebene Lösung ist besonders vorteilhaft bei sehr lang ausgebildeten Pouchzellen 1, da besonders hier die Wärme, beispielsweise im Unterboden von Fahrzeugen, bisher schlecht abgeleitet werden kann. Dadurch ist bei hoher Energiedichte ein Schnellladen ohne Schädigung der Pouchzellen 1 problematisch, wodurch kurze Ladezeiten, welche durch das Schnellladen möglich wären, nicht realisiert werden können.
  • Solche langen Pouchzellen 1 sind für Fahrzeuganwendungen vorteilhaft, da sie im Unterboden von Fahrzeugen bauraumoptimiert eingebaut werden können. Um eine Bauhöhe zu verringern sind die Stromableiter 5 bei solchen langen Pouchzellen 1 üblicherweise seitlich der Pouchzellen 1, d. h. an den kurzen Randseiten der Pouchzellen 1, angeordnet, wie beispielsweise in den 1 und 2 gezeigt. Bisher werden diese Stromableiter 5 auch zur Wärmeableitung aus der jeweiligen Pouchzelle 1 verwendet. Beispielsweise ist an den Anoden der jeweiligen Pouchzelle 1 ein Kupferableiter und an den Kathoden ein Aluminiumableiter eingebracht. Die Ableiter sind somit gute Wärmeleiter 6. Problematisch ist bei solchen langen Pouchzellen 1 jedoch eine Wärmeabfuhr aus einem mittleren Bereich der jeweiligen Pouchzelle 1. Es kann somit eine stark ungleichmäßige Wärmeabfuhr über die Länge der jeweiligen Pouchzelle 1 auftreten. Insbesondere bei hohen Anforderungen, beispielsweise bei Schnellladung, können dadurch thermische Überlastungen auftreten.
  • Durch die hier beschriebene Lösung wird dieses Problem gelöst, da der Wärmeleiter 6 oder mehrere solche Wärmeleiter 6 vorteilhafterweise an mindestens einer der langen Randseiten der jeweiligen Pouchzelle 1 angeordnet ist/sind, und direkt mit den elektrochemisch aktiven Komponenten 2, d. h. mit den Anoden oder Kathoden, verbunden ist/sind. Dadurch kann eine flächige Anbindung an das Wärmetauscherelement 7 und somit insbesondere an eine Kühlung erreicht werden.
  • Beispielsweise sind, wie oben bereits erwähnt, über die Länge der jeweiligen Pouchzelle 1 mehrere solcher Wärmeleiter 6 verteilt angeordnet. Durch die Nutzung der Wärmeleiter 6 über die Zelllänge der jeweiligen Pouchzelle 1 zur Wärmeabführung kann diese Wärmeabführung von den elektrochemisch aktiven Komponenten 2 durch den direkten Kühlzugang zu diesen stark optimiert erfolgen.
  • Bauraumverluste ergeben sich durch diese Lösung nicht oder nur in geringem Umfang, da die Wärmeleiter 6 seitlich an der langen Randseite der jeweiligen Pouchzelle 1 gebogen angeordnet sind und somit einerseits an diese lange Randseite und andererseits an das Wärmetauscherelement 7, beispielsweise an die Kühlplatte, angelegt sind. Es ergibt sich somit eine optimierte kühltechnische Anbindung, ohne eine Bauraumhöhe zu verschlechtern. Vorteilhafterweise sind weiterhin davon separate Stromableiter 5 seitlich der jeweiligen Pouchzelle 1, d. h. an deren kurzer Randseite, vorgesehen, wie beispielsweise in den 1 und 2 gezeigt, welche beispielsweise mit Stromschienen verbunden werden können. Sie tragen somit nicht zur Bauraumerhöhung der Batterie bei.
  • Durch eine flächige Anbindung beispielsweise der Anoden an eine Unterbodenkühlung können Hotspots in der jeweiligen Pouchzelle 1 vermieden werden und somit die Schnellladung unter Vermeidung von Zellschädigungen ermöglicht werden. Der Wärmeleiter 6 kann somit beispielsweise auch ein Teil der Anoden oder beispielsweise auch der Kathode der Pouchzelle 1 sein.
  • Alternativ können statt Anoden und/oder Kathoden beispielsweise auch Wärmeleitfolien auf die oben beschriebene Weise aus der jeweiligen Pouchzelle 1 herausgeführt werden, d. h. die Wärmeleiter 6 sind dann als solche Wärmeleitfolien ausgebildet. Diese zusätzlich herausgeführten Wärmeleiter 6 werden vorteilhafterweise elektrisch isoliert, bevor sie mit dem Wärmetauscherelement 7 verbunden werden.
  • Wie bereits erwähnt, kann der jeweilige mindestens eine Wärmeleiter 6 auch zum Heizen der jeweiligen Pouchzelle 1 verwendet werden.
  • Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass diese separaten und somit zusätzlich zu den Stromableitern 5 vorhandenen Wärmeleiter 6 mit einer Klebefolie versehen sind, um sie mit dem Wärmetauscherelement 7 zu verbinden. Damit kann beispielsweise ein Verbrauch von Wärmeleitpaste eingeschränkt werden und Toleranzen bezüglich der Anbindung an das Wärmetauscherelement 7 werden weniger kritisch.
  • Sind die elektrochemisch aktiven Komponenten 2 der Pouchzelle 1 als ein Zellwickel, d. h. als ein Folienwickel, ausgebildet, so ist beispielsweise vorgesehen, dass an den Anodenableiter beim Wickeln direkt bei der innersten Lage beispielsweise eine Kupferfolie zur Wärme- und/oder Kälteleitung als Wärmeleiter 6 mit eingelegt wird und, wie oben beschrieben, zur Kälte- und/oder Wärmeableitung aus dem Inneren der Pouchzelle 1 verwendet wird. Analoges gilt für die Kathoden mit dem Wärmeleiter 6 aus Aluminium.
  • Der jeweilige Wärmeleiter 6 ist beispielsweise auf ähnliche Weise wie die Stromableiter 5 mit Utraschallschweißung mit den Anoden oder Kathoden der jeweiligen Pouchzelle 1 verbunden, über die Siegelnaht 4 nach außen geführt und beispielsweise über eine isolierende klebende Folie mit dem Wärmetauscherelement 7 verbunden.
  • Alternativ kann beispielsweise vorgesehen sein, dass eine Schiene, beispielsweise aus Kupfer oder Aluminium, mit den Anoden oder Kathoden der jeweiligen Pouchzelle 1 verbunden ist. Die Anode oder Kathode, insbesondere diese Schiene, weist dann beispielsweise Stifte auf, die bei der Fertigung der Pouchzelle 1 durch die Folienhülle 3 gedrückt werden und als Wärmebrücke dienen. Alternativ kann beispielsweise die Pouchfolie an einer zur Wärmeleitung vorgesehenen Stelle aus Aluminium ausgebildet und mit den Anoden oder Kathoden verbunden sein. Dadurch ist kein Herausführen eines Wärmeleiters 6 durch die Siegelnaht 4 hindurch erforderlich.
  • 3 zeigt eine Pouchzelle 1 im Querschnitt mit einem Wärmeleiter 6, wobei Anodenlagen der elektrochemisch aktiven Komponenten 2 mit dem Wärmeleiter 6 verschweißt sind, beispielsweise durch Reibschweißen, Laserschweißen oder Ultraschallschweißen. Die Folienhülle 3 ist über die Siegelnaht 4 abgedichtet, in der sich der Wärmeleiter 6 befindet und durch diese hindurch aus der Folienhülle 3 herausgeführt ist. Der Wärmeleiter 6 ist beispielsweise an das als Kühlplatte ausgebildete Wärmetauscherelement 7, auf dem sich eine elektrische Isolierung befindet, angeklebt. Je dicker der Wärmeleiter 6 ist, desto besser ist die Wärmeleitung, insbesondere die Kühlung der Pouchzelle 1. Bei einer Zelldicke der Pouchzelle 1 von beispielsweise einem Zentimeter weist der Wärmeleiter 6 beispielsweise eine Dicke von einem Millimeter bis zwei Millimeter auf.
  • 4 zeigt eine Pouchzelle 1 wobei die Anoden der elektrochemisch aktiven Komponenten 2 mit der Folienhülle 3 verbunden sind, d. h. nicht durch die Siegelnaht 4 aus der Folienhülle 3 herausgeführt sind. Der Wärmeleiter 6 ist hier somit mit den Anoden und der Folienhülle 3, vorteilhafterweise im Bereich der Siegelnaht 4, verbunden, beispielsweise durch Verschweißen oder Verkleben, oder die Anoden sind direkt mit der Folienhülle 3, vorteilhafterweise im Bereich der Siegelnaht 4, verbunden, beispielsweise durch Verschweißen oder Verkleben. Dieser Bereich der Folienhülle 3, insbesondere die Siegelnaht 4, liegt an dem Wärmetauscherelement 7 an. Er kann beispielsweise durch Verschweißen oder Verkleben mit dem Wärmetauscherelement 7 verbunden sein.
  • 5 zeigt eine lange Pouchzelle 1, deren elektrochemisch aktive Komponenten 2 als Zellwickel, d. h. Folienwickel, ausgebildet sind. Die Anbindung des Wärmeleiters 6 an die elektrochemisch aktiven Komponenten 2, insbesondere an die Anoden, zur Kühlung und/oder Heizung erfolgt hier zwischen den mehreren Folienwickeln. Auch ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass der Wärmeleiter 6 auf die oben beschriebene Weise in die Siegelnaht 4 integriert ist oder aus der Siegelnaht 4 nach außen herausragt, wobei zumindest der den Wärmeleiter 6 enthaltende Bereich der Siegelnaht 4 derart mindestens einmal umgebogen ist, dass die Siegelnaht 4 einerseits an der Pouchzelle 1 anliegt und andererseits an dem Wärmetauscherelement 7 anliegt und mit diesem thermisch gekoppelt ist. Vorteilhafterweise liegt auch der aus der Folienhülle 3 herausgeführte Bereich des Wärmeleiters 6 an dem Wärmetauscherelement 7 an und ist mit diesem thermisch gekoppelt, wenn der Wärmeleiter 6 aus der Folienhülle 3 herausgeführt ist.
  • Wie in 6 gezeigt, kann beispielsweise auch vorgesehen sein, dass Wärmeleiter 6 auf die oben beschriebene Weise an der oberen und unteren langen Randseite aus der jeweiligen Pouchzelle 1 durch die Siegelnaht 4 hindurch herausgeführt sind oder zumindest in dieser angeordnet sind und Wärmeleiter 6 und/oder Siegelnähte 4 benachbarter Pouchzellen 1 miteinander verbunden sind, beispielsweise mittels Zellverbindern 9. Dies ist besonders vorteilhaft bei langen Pouchzellen 1.
  • Die elektrochemisch aktiven Komponenten 2 der Pouchzellen 1 können dabei jeweils als Folienwickel oder Folienstapel ausgebildet sein. Bei einer Zelldicke von ca. einem Zentimeter reicht die Dicke der Siegelnaht 4, jeweils nach links und rechts gebogen, für eine Lebensdauer von mindestens 10 Jahren. Um den Bauraum optimal zu nutzen, sind die Siegelnähte 4 und/oder Wärmeleiter 6 optional nahe an den Kanten der jeweiligen langen Randseite der jeweiligen Pouchzelle 1 angeordnet.
  • Durch diesen Aufbau kann eine Packungsdichte erhöht werden und die thermische Anbindung ist optimal, da eine große Wärmeleiterfläche herausgeführt ist. Innenwiderstände und eine Wärmeleistungsentwicklung sind optimiert, da ein Abstand zwischen Plus- und Minus-Pol gering ist. Die Wärmeleiter 6 können hierbei gleichzeitig die Stromableiter 5 bilden. Zur besseren Fertigbarkeit können optional Spalte in die Siegelnähte 4 eingebracht werden, d. h. Bereiche, in denen kein Wärmeleiter 6 angeordnet ist. Vorteilhaft sind hier, insbesondere bei langen Pouchzellen 1, die Wärmeleiter 6 über die Kanten der jeweiligen langen Randseite herausgeführt, wechselseitig abgebogen und mit den Wärmeleitern 6 der jeweiligen benachbarten Pouchzelle 1 verbunden. Eine Wärmeübertragung, d. h. die thermische Kopplung an das Wärmetauscherelement 7, erfolgt vorteilhafterweise an einer jeweiligen Verbindungsstelle zweier miteinander verbundener Wärmeleiter 6. Durch die ermöglichte große Wärmeleiterbreite kann deren Dicke bei gleicher Stromlasttragfähigkeit reduziert werden. Damit sind die Wärmeleiter 6 auch biegbarer für diesen Zweck. Optional können direkt die Ableiter von Anode und Kathode der jeweiligen Pouchzelle 1 ohne Verstärkung als Wärmeleiter 6 über die Siegelnaht 4 herausgeführt sein. Dadurch kann der Biegeradius verkleinert werden und das effektive Zellvolumen über die Bauhöhe optimiert werden. Zellen können über Halter gehalten werden und die Ableiter so mit der Kühlung/Heizung verbunden werden, dass eine Zugentlastung vorhanden ist.
  • Bei der dargestellten Pouchzelle kann beispielsweise eine die Höhe definierende Randseite mit einer Länge < 13 cm und eine die Breite definierende Randseite mit einer Länge ≥ 25 cm aufweisen. Im dargestellten Fall sind sowohl die Wärmeleiter 6 als auch die Stromableiter 5 an der die Breite definierende Randseite angebracht und erstrecken sich entlang mindestens 50 % der Länge der die Breite definierenden Randseite.
  • 7 zeigt eine weitere Ausführungsform der Energiespeicheranordnung 8, bei deren Pouchzellen 1 die Wärmeleiter 6, welche auch hier gleichzeitig die Stromableiter 5 bilden können, an der jeweiligen langen Randseite in der Mitte bezüglich der Dickenausdehnung herausgeführt sind. Damit die Länge der Siegelnaht 4 eingehalten werden kann, ist der jeweilige Wärmeleiter 6 mit Siegelnacht 4 mehrfach gebogen, zunächst um 90° nach in die eine Richtung, beispielsweise nach außen und dann um 180° in die andere Richtung, beispielsweise nach innen. Es muss genügend Kontaktfläche vorhanden bleiben, um die benachbarten Wärmeleiter 6 miteinander kontaktieren zu können, und um eine ausreichende Kühlung und/oder Heizung über diese Fläche sicherzustellen. Die Wärmeleiter 6 müssen dünn genug sein, damit sie in die beschriebenen Richtungen gebogen werden können.
  • Bei lagen Pouchzellen 1 ist dies möglich an der Ober- und der Unterseite, d. h. an der oberen und unteren langen Randseite, da über die Länge dennoch die Stromtragfähigkeit sichergestellt ist. Normalerweise werden bei langen Pouchzellen 1 die Stromableiter 5 seitlich, d. h. an einer oder beiden kurzen Randseiten, herausgeführt, wie oben bereits erwähnt, da eine Reduzierung der Höhe der Pouchzellen 1 zu einer prozentual wesentlich größeren Reduzierung des erforderlichen Bauraumvolumens beispielsweise im Unterboden des Fahrzeugs führt. Durch die Verringerung der Dicke der Wärmeleiter 6, welche gleichzeitig die Stromableiter 5 bilden, kann jedoch dieser Nachteil größtenteils kompensiert werden. Gleichzeitig kann die Pouchzelle 1 durch diese Lösung wesentlich besser gekühlt und geheizt werden und der durchschnittliche elektrische Widerstand von oben nach unten ist wesentlich besser, d. h. geringer, als die elektrische Leitung längs der langen Pouchzelle 1. Damit kann Material eingespart werden bzw. der elektrische Widerstand verringert werden und dadurch beispielsweise die Ladezeit verringert werden.
  • 8 zeigt eine Ausführungsform der Energiespeicheranordnung 8 mit Pouchzellen 1, bei denen die Wärmeleiter 6, welche gleichzeitig Stromableiter 5 sind, bezüglich der Dickenausdehnung der Pouchzelle 1 in der Mitte der jeweiligen oberen langen Randseite herausgeführt sind, wobei an der oberen Seite Plus- und Minus-Pol mit jeweils der nächsten Pouchzelle 1 verbunden wird, hier dargestellt für vier Pouchzellen 1. Die Heizung erfolgt vorteilhafterweise vollständig über diese oberen Wärmeleiter 6, die auch die Stromableiter 5 bilden, beispielsweise über Heizpads am Zellspannungsabgriff. Die Kühlung erfolgt beispielsweise von unten und oben. Hierzu sind beispielsweise an der jeweiligen unteren langen Randseite ebenfalls ein oder mehrere Wärmeleiter 6 aus der jeweiligen Pouchzelle 1 durch die Siegelnaht 4 hindurch herausgeführt.
  • Im Unterboden von Fahrzeugen, insbesondere Personenkraftwagen, weisen dort verwendete Pouchzellen 1 typischerweise eine Höhe von ca. 10 cm (+/- ca. 3 cm) auf und können Längen größer als 50 cm aufweisen. Bei dieser Anordnung wirken sich seitliche Wärmeleiter 6 und/oder Stromableiter 5 ungünstig aus, da über sie nur ungenügend geheizt und gekühlt werden kann und auch der elektrische Widerstand tendenziell ansteigt. Bei diesen Maßverhältnissen ist es günstig, wenn die Wärmeleiter 6 und/oder Stromableiter 5 über mindestens 30 % der Länge, vorteilhafterweise über 50% oder über 70 % der Länge, herausgeführt werden können. Damit können sowohl thermische Nachteile minimiert als auch Leitwerte der Pouchzellen 1 erhöht werden, im Vergleich zu bisher üblichen Anordnungen bei gleichem Materialeinsatz, insbesondere Kupfer und Aluminium für Anode und Kathode.
  • Der Nachteil der größeren Bauhöhe bei an den oberen und/oder unteren langen Randseiten angeordneten Wärmeleitern 6 und/oder Stromableitern 5 kann durch das beschriebene Umbiegen der Siegelnähte 4 zumindest größtenteils kompensiert werden.
  • Die dargestellte Pouchzelle kann beispielsweise eine die Höhe definierende Randseite mit einer Länge < 13 cm und eine die Breite definierende Randseite mit einer Länge ≥ 25 cm aufweisen, wobei die Wärmeleiter 6, die gleichzeitig Stromableiter 5 sind, an der die Breite definierende Randseite angebracht sind und sich entlang mindestens 50 % der Länge der die Breite definierenden Randseite erstrecken.
  • Bei diesen langen Pouchzellen 1 können die Wärmeleiter 6 und/oder Stromableiter 5 beispielsweise unterbrochen ausgebildet und dadurch über die Länge der jeweiligen Pouchzelle 1 verteilt sein, wie beispielsweise in 9 gezeigt, wobei hier beispielsweise ebenfalls die Wärmeleiter 6 auch gleichzeitig die Stromableiter 5 bilden. Beispielsweise kann auch vorgesehen sein, dass über die Länge der Pouchzelle 1 Stromableiter 5 für den Minus-Pol und für den Plus-Pol abwechselnd angeordnet sind, wodurch die Stromführung günstig beeinflusst werden kann. Durch die Verteilung der Wärmeleiter 6 und/oder Stromableiter 5 über die Länge der jeweiligen Pouchzelle 1 mit Unterbrechungen dazwischen wird verhindert, dass die Siegelnaht 4 zu lang wird.
  • Die 10 und 11 zeigen zwei weitere Ausführungsformen der Energiespeicheranordnung 8. Die Anoden oder Kathoden sind hier jeweils mit dem Wärmeleiter 6, der auch gleichzeitig den Stromableiter 5 bilden kann, verschweißt, welcher durch die Siegelnaht 4 hindurch nach außen geführt ist und mit dem Wärmeleiter 6 und/oder Stromableiter 5 einer benachbarten Pouchzelle 1 verbunden ist. Die Siegelnaht 4 ist auf die oben beschriebene Weise umgebogen. 10 zeigt eine Halterung der Pouchzelle 1 mittels eines Rahmenhalters 10 und 11 mittels eines Siegelnahthalters 11.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Pouchzelle
    2
    elektrochemisch aktive Komponenten
    3
    Folienhülle
    4
    Siegelnaht
    5
    Stromableiter
    6
    Wärmeleiter
    7
    Wärmetauscherelement
    8
    Energiespeicheranordnung
    9
    Zellverbinder
    10
    Rahmenhalter
    11
    Siegelnahthalter
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102015003644 A1 [0002]

Claims (9)

  1. Energiespeicheranordnung (8), umfassend mindestens zwei Pouchzellen (1), welche jeweils elektrochemisch aktive Komponenten (2) aufweisen, die von einer Folienhülle (3) umschlossen sind, wobei die Folienhülle (3) durch eine Siegelnaht (4) verschlossen ist, und umfassend ein Wärmetauscherelement (7), dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Pouchzelle (1) mindestens einen Wärmeleiter (6) aufweist, der mit Anoden oder Kathoden der Pouchzelle (1) zusammengefügt ist, sowie Stromableiter (5), wobei der mindestens eine Wärmeleiter (6) in die Siegelnaht (4) integriert ist oder aus der Siegelnaht (4) nach außen herausragt, wobei zumindest ein den mindestens einen Wärmeleiter (6) enthaltender Bereich der Siegelnaht (4) derart mindestens einmal umgebogen ist, dass die Siegelnaht (4) einerseits an der Pouchzelle (1) anliegt und andererseits an dem Wärmetauscherelement (7) anliegt und mit diesem thermisch gekoppelt ist.
  2. Energiespeicheranordnung (8) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Stromableiter (5) der jeweiligen Pouchzelle (1) als Wärmeleiter (6) ausgebildet ist.
  3. Energiespeicheranordnung (8) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Pouchzelle (1), zusätzlich zu dem mindestens einen Wärmeleiter (6), separate Stromableiter (5) aufweist.
  4. Energiespeicheranordnung (8) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromableiter (5) und der mindestens eine Wärmeleiter (6) an verschiedenen Randseiten der Pouchzelle (1) angeordnet sind.
  5. Energiespeicheranordnung (8) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Pouchzellen (1) mit ihren die Wärmeleiter (6) enthaltenden umgebogenen Siegelnähten (4) auf dem als Wärmetauscherplatte ausgebildeten Wärmetauscherelement (7) stehend angeordnet sind.
  6. Energiespeicheranordnung (8) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pouchzellen (1) Randseiten aufweisen, welche die Höhe und die Breite der Pouchzellen (1) definieren, und dass sich die Stromableiter (5) oder die Wärmeleiter (6) oder die als Wärmeleiter (6) ausgebildeten Stromableiter (5) entlang mindestens 50 % der Länge einer die Breite definierenden Randseite erstrecken.
  7. Energiespeicheranordnung (8), umfassend mindestens zwei Pouchzellen (1), welche jeweils elektrochemisch aktive Komponenten (2) aufweisen, die von einer Folienhülle (3) umschlossen sind, wobei die Folienhülle (3) durch eine Siegelnaht (4) verschlossen ist, und umfassend ein Wärmetauscherelement (7), dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Pouchzelle (1) mindestens einen Wärmeleiter (6) aufweist, der mit Anoden oder Kathoden der Pouchzelle (1) zusammengefügt ist, sowie Stromableiter (5), wobei die Stromableiter (5) der jeweiligen Pouchzelle (1) als Wärmeleiter (6) ausgebildet sind, wobei ferner die Pouchzellen (1) Randseiten aufweisen, welche die Höhe und die Breite der Pouchzellen (1) definieren, und wobei die Wärmeleiter (6) oder Stromableiter (5) bei Pouchzellen (1), die eine die Höhe definierende Randseite mit einer Länge < 13 cm und eine die Breite definierende Randseite mit einer Länge ≥ 25 cm aufweisen, an der die Breite definierende Randseite angebracht sind.
  8. Energiespeicheranordnung (8) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die als Wärmeleiter (6) ausgebildeten Stromableiter (5) entlang mindestens 50 % der Länge einer die Breite definierenden Randseite erstrecken.
  9. Energiespeicheranordnung (8) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Ausbildung als eine Batterie oder als ein Batteriemodul für eine Batterie.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4044335A1 (de) * 2021-02-12 2022-08-17 Volkswagen Ag Batteriezelle und verfahren zur herstellung einer batteriezelle
DE102021201496A1 (de) 2021-02-17 2022-08-18 Volkswagen Aktiengesellschaft Batterie

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4044335A1 (de) * 2021-02-12 2022-08-17 Volkswagen Ag Batteriezelle und verfahren zur herstellung einer batteriezelle
DE102021103376A1 (de) 2021-02-12 2022-08-18 Volkswagen Aktiengesellschaft Batteriezelle und Verfahren zur Herstellung einer Batteriezelle
CN114927806A (zh) * 2021-02-12 2022-08-19 大众汽车股份公司 电池单元和用于制造电池单元的方法
DE102021201496A1 (de) 2021-02-17 2022-08-18 Volkswagen Aktiengesellschaft Batterie

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