DE102021104644A1 - ENERGY STORAGE CELL AND ENERGY STORAGE MODULE WITH AT LEAST ONE ENERGY STORAGE CELL - Google Patents

ENERGY STORAGE CELL AND ENERGY STORAGE MODULE WITH AT LEAST ONE ENERGY STORAGE CELL Download PDF

Info

Publication number
DE102021104644A1
DE102021104644A1 DE102021104644.0A DE102021104644A DE102021104644A1 DE 102021104644 A1 DE102021104644 A1 DE 102021104644A1 DE 102021104644 A DE102021104644 A DE 102021104644A DE 102021104644 A1 DE102021104644 A1 DE 102021104644A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
energy storage
layer
storage cell
wall
thermal conductivity
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102021104644.0A
Other languages
German (de)
Inventor
Franz Fuchs
Frank Kiesewetter
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bayerische Motoren Werke AG
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bayerische Motoren Werke AG filed Critical Bayerische Motoren Werke AG
Priority to DE102021104644.0A priority Critical patent/DE102021104644A1/en
Publication of DE102021104644A1 publication Critical patent/DE102021104644A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/653—Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by electrically insulating or thermally conductive materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/655—Solid structures for heat exchange or heat conduction
    • H01M10/6554—Rods or plates
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/249—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders specially adapted for aircraft or vehicles, e.g. cars or trains
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058—Construction or manufacture
    • H01M10/0585—Construction or manufacture of accumulators having only flat construction elements, i.e. flat positive electrodes, flat negative electrodes and flat separators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058—Construction or manufacture
    • H01M10/0587—Construction or manufacture of accumulators having only wound construction elements, i.e. wound positive electrodes, wound negative electrodes and wound separators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/204—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells
    • H01M50/207—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape
    • H01M50/209—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape adapted for prismatic or rectangular cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/204—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells
    • H01M50/207—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape
    • H01M50/211—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape adapted for pouch cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/204—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells
    • H01M50/207—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape
    • H01M50/213—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape adapted for cells having curved cross-section, e.g. round or elliptic

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

Eine Energiespeicherzelle (100, 100', 100") weist auf:- ein Gehäuse (10) mit einem Boden (11) und einer Wandung (12),- einen Elektrolyt und zumindest eine Elektrodenanordnung (30) in einem Inneren des Gehäuses (10), und- eine Umhüllung (20, 20', 20"), die die zumindest eine Elektrodenanordnung (30) radial umschließt, wobeia) eine thermische Leitfähigkeit der Umhüllung (20) in Richtung senkrecht zu der Wandung (12) kleiner ist als in Richtung parallel zu der Wandung (12), oderb) die Umhüllung (20') eine zweite Schicht (22') und eine erste Schicht (21') zwischen der zumindest einen Elektrodenanordnung (30) und der zweiten Schicht (22') aufweist, wobei die zweite Schicht (22') in Richtung parallel zu der Wandung (12) eine größere thermische Leitfähigkeit aufweist als die erste Schicht (21') in Richtung senkrecht zu der Wandung (12), oder die erste Schicht (21') in Richtung parallel zu der Wandung (12) eine größere thermische Leitfähigkeit aufweist als die zweite Schicht (22') in Richtung senkrecht zu der Wandung (12), oderc) die Umhüllung (20") eine isotrope thermische Leitfähigkeit aufweist, die innerhalb der Umhüllung (20") zumindest um einen Faktor 100 größer ist als eine thermische Leitfähigkeit von der Umhüllung (20") zu der zumindest einen Elektrodenanordnung (30).An energy storage cell (100, 100', 100") has: - a housing (10) with a base (11) and a wall (12), - an electrolyte and at least one electrode arrangement (30) in an interior of the housing (10 ), and- a casing (20, 20', 20"), which radially encloses the at least one electrode arrangement (30), whereina) a thermal conductivity of the casing (20) in the direction perpendicular to the wall (12) is smaller than in Direction parallel to the wall (12), orb) the casing (20') has a second layer (22') and a first layer (21') between the at least one electrode arrangement (30) and the second layer (22'), wherein the second layer (22') in a direction parallel to the wall (12) has a greater thermal conductivity than the first layer (21') in a direction perpendicular to the wall (12), or the first layer (21') in direction parallel to the wall (12) has a greater thermal conductivity than the second layer (22 ') in direction perpendicular to the wall (12), orc) the casing (20") has an isotropic thermal conductivity which is greater by a factor of at least 100 within the casing (20") than a thermal conductivity from the casing (20") to the at least one electrode arrangement (30).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Energiespeicherzelle und ein Energiespeichermodul mit zumindest einer Energiespeicherzelle.The present invention relates to an energy storage cell and an energy storage module having at least one energy storage cell.

Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere eine elektrochemische Energiespeicherzelle mit einem Gehäuse, in dem eine Elektrodenanordnung, welche eine Kathode, eine Anode und einen dazwischen angeordneten Separator aufweist, und ein Elektrolyt aufgenommen sind. Ein Energiespeichermodul kann mehrere derartige Energiespeicherzellen aufweisen, und beispielsweise zur Energieversorgung eines Antriebs eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs dienen.In particular, the present invention relates to an electrochemical energy storage cell having a housing in which an electrode arrangement, which has a cathode, an anode and a separator arranged therebetween, and an electrolyte are accommodated. An energy storage module can have a number of such energy storage cells and can be used, for example, to supply energy to a drive of an electric or hybrid vehicle.

Die Energiespeicherzelle kann beispielsweise als Lithium-Ionen-Energiespeicherzelle ausgebildet sein, die eine oder mehrere Elektrodenanordnungen in gestapelter oder gewickelter Form beinhaltet. Das Zellformat kann zum Beispiel eine Pouch-Zelle, eine prismatische Hardcasezelle oder eine Rundzelle sein. Zur Zusammenschaltung der einzelnen Elektrodenanordnungen sind ferner ein Stromsammler, beispielsweise aus Aluminium, welcher mit den Kathoden verbunden ist, und ein weiterer Stromsammler, beispielsweise aus Kupfer, welcher mit den Anoden verbunden ist, in dem Gehäuse vorgesehen, wobei der Stromsammler und der weitere Stromsammler mit den Anschlusspolen der Energiespeicherzelle verbunden sind.The energy storage cell can be designed, for example, as a lithium-ion energy storage cell that contains one or more electrode arrangements in a stacked or wound form. The cell format can be, for example, a pouch cell, a prismatic hard case cell or a round cell. To interconnect the individual electrode arrangements, a current collector, for example made of aluminum, which is connected to the cathodes, and a further current collector, for example made of copper, which is connected to the anodes, are also provided in the housing, the current collector and the further current collector having are connected to the connection poles of the energy storage cell.

Das Gehäuse, insbesondere Metallgehäuse einer als prismatische Hardcasezelle oder Rundzelle ausgebildeten Energiespeicherzelle, weist eine Wandung, einen Boden und einen Deckel auf. An einer Innenseite dieses Gehäuses der Energiespeicherzelle ist zumindest eine Isolationsschicht, beispielsweise eine Polymerfolie, vorgesehen, welche die Elektrodenanordnungen von dem Gehäuse elektrisch isoliert beziehungsweise von diesem trennt. Innerhalb eines Energiespeichermoduls sind die einzelnen Energiespeicherzellen nebeneinander angeordnet, wobei zwischen den einzelnen Energiespeicherzellen eine thermische Isolationsschicht oder ein Luftspalt vorgesehen ist.The housing, in particular metal housing, of an energy storage cell designed as a prismatic hard case cell or round cell has a wall, a base and a cover. At least one insulation layer, for example a polymer film, is provided on an inner side of this housing of the energy storage cell, which electrically insulates or separates the electrode arrangements from the housing. The individual energy storage cells are arranged next to one another within an energy storage module, with a thermal insulation layer or an air gap being provided between the individual energy storage cells.

Hierbei ist zumindest ein Abschnitt eines Gehäuses einer jeweiligen Energiespeicherzelle in thermischem Kontakt mit einer Wärmebrücke, die beispielsweise Teil einer Kühleinrichtung, welche beispielsweise als Bodenkühlung oder Seitenkühlung ausgebildet sein kann, des Energiespeichermoduls sein kann, um eine Kühlung der Energiespeicherzelle im Betrieb sicherzustellen bzw. eine im Wesentlichen gleichmäßige Temperatur der Energiespeicherzelle im Betrieb sicherzustellen und eine Überhitzung und somit verstärkte Alterung der Energiespeicherzelle zu verhindern. Insbesondere sollte, um einen effizienten Betrieb der Energiespeicherzelle zu gewährleisten, eine Temperatur der Energiespeicherzelle in einem Bereich von etwa 20°C bis 60°C liegen.At least one section of a housing of a respective energy storage cell is in thermal contact with a thermal bridge, which can be part of a cooling device of the energy storage module, which can be embodied, for example, as bottom cooling or side cooling, in order to ensure cooling of the energy storage cell during operation or to Substantially uniform temperature of the energy storage cell to ensure operation and to prevent overheating and thus increased aging of the energy storage cell. In particular, in order to ensure efficient operation of the energy storage cell, a temperature of the energy storage cell should be in a range of approximately 20°C to 60°C.

Hierbei kann beispielsweise im Fall einer als Bodenkühlung ausgebildeten Kühleinrichtung ein jeweiliger Boden eines Gehäuses einer jeweiligen Energiespeicherzelle in thermischem Kontakt mit einer Kühlplatte der Kühleinrichtung des Energiespeichermoduls, welche beispielsweise Aluminium und Kühlkanäle, durch welche beispielsweise Wasser geleitet wird, aufweisen kann, um eine Überhitzung der Energiespeicherzelle, die zu einem Ausfall der Energiespeicherzelle führen kann, zu verhindern.For example, in the case of a cooling device designed as a base cooling system, a respective base of a housing of a respective energy storage cell can be in thermal contact with a cooling plate of the cooling device of the energy storage module, which can have aluminum and cooling channels, for example, through which water is conducted, for example, in order to prevent the energy storage cell from overheating , which can lead to failure of the energy storage cell to prevent.

Zur Verbesserung des thermischen Kontakts des jeweiligen Bodens mit der Kühlplatte kann die Energiespeicherzelle auf die Kühlplatte mit Wärmeleitkleber oder Vergussmasse aufgeklebt sein. Dieser Wärmeleitkleber oder diese Vergussmasse weisen meist eine relativ hohe thermische Leitfähigkeit auf, um einen guten Wärmeaustausch zwischen dem jeweiligen Energiespeicherzellenboden und der Kühlplatte zu erreichen.To improve the thermal contact of the respective base with the cooling plate, the energy storage cell can be glued onto the cooling plate with thermally conductive adhesive or casting compound. This thermally conductive adhesive or this casting compound usually has a relatively high thermal conductivity in order to achieve good heat exchange between the respective energy storage cell base and the cooling plate.

Im Falle eines Defekts einer Energiespeicherzelle kann eine Situation auftreten, in der sich die Energiespeicherzelle stark erhitzt. Durch Übertragung der thermischen Energie der Energiespeicherzelle auf benachbarte Energiespeicherzellen über die thermische Isolationsschicht zwischen benachbarten Energiespeicherzellen und/oder den Luftspalt zwischen benachbarten Energiespeicherzellen und/oder die hinsichtlich thermischer Leitfähigkeit optimierte Wärmebrücke, im Falle einer Bodenkühlung beispielsweise die Kühlplatte, falls die thermische Isolationsschicht eine hohe thermische Barriere darstellt, können die benachbarten Energiespeicherzellen ebenfalls geschädigt werden.In the event of a defect in an energy storage cell, a situation can arise in which the energy storage cell heats up considerably. By transferring the thermal energy of the energy storage cell to adjacent energy storage cells via the thermal insulation layer between adjacent energy storage cells and/or the air gap between adjacent energy storage cells and/or the thermal bridge optimized in terms of thermal conductivity, in the case of floor cooling, for example the cooling plate, if the thermal insulation layer has a high thermal Is a barrier, the neighboring energy storage cells can also be damaged.

Falls die thermische Isolationsschicht die hohe thermische Barriere darstellt, erfolgt die Übertragung der thermischen Energie von einer stark erhitzten bzw. überhitzten Energiespeicherzelle auf die benachbarten Energiespeicherzellen vorwiegend über die Wärmebrücke, im Falle einer Bodenkühlung beispielsweise über die Kühlplatte. Hierbei wird zunächst ein nahe der überhitzten Energiespeicherzelle und nahe der Wärmebrücke, beispielsweise der Kühlplatte, gelegener Bereich der benachbarten Energiespeicherzellen, beispielsweise die jeweiligen Wandungsbereiche der benachbarten Energiespeicherzellen, mit hoher thermischer Energie von der überhitzten Energiespeicherzelle beaufschlagt. Sofern in diesem Bereich der Nachbarzelle die punktuell hohe zugeführte Wärmemenge höher ist als die Wärmemenge, die in benachbarte Zellbereiche abgeführt werden kann, kann die Temperatur in diesem Bereich auf einen Temperaturwert ansteigen, der über einem für die Energiespeicherzelle kritischen Temperaturwert liegt. In diesem Fall können die Elektroden der benachbarten Energiespeicherzelle ebenfalls überhitzen und sich die Überhitzung sukzessive auf sämtliche Energiespeicherzellen des Energiespeichermoduls ausbreiten, mit der Folge, dass das gesamte Energiespeichermodul defekt ist und thermisch massiv überhitzt („Thermal Cell-to-Cell-Propagation“).If the thermal insulation layer represents the high thermal barrier, the transfer of thermal energy from a strongly heated or overheated energy storage cell to the adjacent energy storage cells takes place primarily via the thermal bridge, in the case of floor cooling, for example via the cooling plate. In this case, a region of the adjacent energy storage cells located close to the overheated energy storage cell and close to the thermal bridge, for example the cooling plate, for example the respective wall regions of the adjacent energy storage cells, is first subjected to high thermal energy from the overheated energy storage cell. If in this area of the neighboring cell the locally high amount of heat supplied is higher than the amount of heat that can be dissipated into neighboring cell areas, the temperature in this area can rise to a temperature value which is above a temperature value that is critical for the energy storage cell. In this case, the electrodes of the adjacent energy storage cell can also overheat and the overheating can gradually spread to all energy storage cells of the energy storage module, with the result that the entire energy storage module is defective and thermally massively overheats ("thermal cell-to-cell propagation").

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Energiespeicherzelle sowie ein verbessertes Energiespeichermodul, welches zumindest eine Energiespeicherzelle aufweist, bereitzustellen.It is an object of the present invention to provide an improved energy storage cell and an improved energy storage module which has at least one energy storage cell.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.This object is solved by the features of the independent patent claims. Further preferred embodiments of the invention are the subject matter of the dependent patent claims.

Eine Energiespeicherzelle gemäß einer Ausführungsform weist auf:

  • - ein Gehäuse mit einem Boden und einer Wandung,
  • - einen Elektrolyt und zumindest eine Elektrodenanordnung mit einer Anode, einer Kathode und einem dazwischen angeordneten Separator, welche in einem Inneren des Gehäuses angeordnet sind, und
  • - eine Umhüllung, die zwischen der Wandung und der zumindest einen Elektrodenanordnung angeordnet ist, und die zumindest eine Elektrodenanordnung radial umschließt, wobei
    1. a) eine thermische Leitfähigkeit der Umhüllung in Richtung senkrecht zu der Wandung kleiner ist als eine thermische Leitfähigkeit der Umhüllung in Richtung parallel zu der Wandung, oder
    2. b) die Umhüllung eine erste Schicht und eine zweite Schicht aufweist, die erste Schicht zwischen der zumindest einen Elektrodenanordnung und der zweiten Schicht angeordnet ist, und die zweite Schicht eine thermische Leitfähigkeit in Richtung parallel zu der Wandung aufweist, die größer ist als eine thermische Leitfähigkeit der ersten Schicht in Richtung senkrecht zu der Wandung, oder die erste Schicht eine thermische Leitfähigkeit in Richtung parallel zu der Wandung aufweist, die größer ist als eine thermische Leitfähigkeit der zweiten Schicht in Richtung senkrecht zu der Wandung, oder
    3. c) die Umhüllung eine isotrope thermische Leitfähigkeit aufweist, und die isotrope thermische Leitfähigkeit innerhalb der Umhüllung zumindest um einen Faktor 100 größer ist als eine thermische Leitfähigkeit von der Umhüllung zu der zumindest einen Elektrodenanordnung.
An energy storage cell according to one embodiment has:
  • - a housing with a bottom and a wall,
  • - an electrolyte and at least one electrode arrangement with an anode, a cathode and a separator arranged in between, which are arranged in an interior of the housing, and
  • - A sheath, which is arranged between the wall and the at least one electrode arrangement, and which encloses at least one electrode arrangement radially, wherein
    1. a) a thermal conductivity of the casing in a direction perpendicular to the wall is smaller than a thermal conductivity of the casing in a direction parallel to the wall, or
    2. b) the casing has a first layer and a second layer, the first layer is arranged between the at least one electrode arrangement and the second layer, and the second layer has a thermal conductivity in a direction parallel to the wall which is greater than a thermal conductivity of the first layer in a direction perpendicular to the wall, or the first layer has a thermal conductivity in a direction parallel to the wall that is greater than a thermal conductivity of the second layer in a direction perpendicular to the wall, or
    3. c) the casing has an isotropic thermal conductivity, and the isotropic thermal conductivity within the casing is greater by at least a factor of 100 than a thermal conductivity from the casing to the at least one electrode arrangement.

Auf diese Weise kann bzw. wird thermische Energie, die von außerhalb der Energiespeicherzelle, beispielsweise von einer benachbarten Energiespeicherzelle, welche in Folge eines Defekts überhitzt ist, über einen thermischem Kontakt mit einer Wärmebrücke in die Energiespeicherzelle an einem Berührpunkt der Wärmebrücke mit der Energiespeicherzelle, zunächst vorwiegend in Richtung parallel zu der Wandung der Energiespeicherzelle fließen, und lediglich ein geringerer Anteil der eingebrachten thermischen Energie senkrecht zu der Wandung zu der benachbarten Energiespeicherzelle fließen. Die Wärmebrücke kann beispielsweise Teil einer Kühleinrichtung eines Energiespeichermoduls sein, das mehrere der Energiespeicherzellen aufweist, wobei die Kühleinrichtung insbesondere als Bodenkühlung oder Seitenkühlung ausgebildet sein kann. Der Berührpunkt der Wärmebrücke mit der Energiespeicherzelle kann im Falle einer als Bodenkühlung ausgebildeten Kühleinrichtung insbesondere an einer Position nahe des Bodens und der Wandung der Energiespeicherzelle liegen.In this way, thermal energy from outside the energy storage cell, for example from an adjacent energy storage cell, which has overheated as a result of a defect, can or will first enter the energy storage cell via thermal contact with a thermal bridge at a contact point of the thermal bridge with the energy storage cell flow predominantly in the direction parallel to the wall of the energy storage cell, and only a smaller proportion of the thermal energy introduced flow perpendicularly to the wall to the adjacent energy storage cell. The thermal bridge can be part of a cooling device of an energy storage module, for example, which has a plurality of energy storage cells, it being possible for the cooling device to be designed in particular as a base cooling system or side cooling system. In the case of a cooling device designed as a base cooling system, the contact point of the heat bridge with the energy storage cell can be in particular at a position close to the base and the wall of the energy storage cell.

Mit anderen Worten wird lediglich ein kleiner Anteil der lokal bzw. punktuell an dem Berührpunkt der Energiespeicherzelle eingebrachten thermischen Energie durch die anisotrope thermische Leitfähigkeit der Umhüllung senkrecht zu der Wandung in Richtung einer der Elektrodenanordnungen von der benachbarten Energiespeicherzelle geleitet, während ein Großteil der eingebrachten thermischen Energie parallel zu bzw. entlang der Wandung fließt und sich somit über einen größeren Teil der Energiespeicherzelle homogener verteilen kann, bevor die Energiespeicherzelle am oder in der Nähe des Berührpunkts überhitzt. Daher kann eine lokale Überhitzung einer der Vielzahl von Elektrodenanordnungen oder eines Abschnitts davon, die bzw. der sich in der Nähe des Berührpunkts der benachbarten Energiespeicherzelle mit der Wärmebrücke befindet, und welche zu einem Defekt der Elektrodenanordnung der Vielzahl von Elektrodenanordnungen der benachbarten Energiespeicherzelle oder sogar des gesamten Energiespeichermoduls führen könnte, weitgehend vermieden werden.In other words, only a small proportion of the thermal energy introduced locally or selectively at the point of contact of the energy storage cell is conducted through the anisotropic thermal conductivity of the casing perpendicular to the wall in the direction of one of the electrode arrangements of the adjacent energy storage cell, while a large part of the thermal energy introduced flows parallel to or along the wall and can thus be distributed more homogeneously over a larger part of the energy storage cell before the energy storage cell overheats at or near the point of contact. Therefore, localized overheating of one of the plurality of electrode assemblies or a portion thereof located in the vicinity of the contact point of the adjacent energy storage cell with the thermal bridge and leading to a defect in the electrode assembly of the plurality of electrode assemblies of the adjacent energy storage cell or even the entire energy storage module could lead to be largely avoided.

Gemäß einer Ausführungsform weist in a) die Umhüllung eine Graphitschicht auf oder ist eine Graphitschicht, deren thermische Leitfähigkeit in Richtung senkrecht zu der Wandung kleiner ist als eine thermische Leitfähigkeit der Graphitschicht in Richtung parallel zu der Wandung.According to one embodiment, in a) the casing has or is a graphite layer whose thermal conductivity in the direction perpendicular to the wall is smaller than a thermal conductivity of the graphite layer in the direction parallel to the wall.

Gemäß einer Ausführungsform weist in b) die erste Schicht eine Polymerschicht auf oder ist eine Polymerschicht, und/oder weist die zweite Schicht eine Kupferschicht auf oder ist eine Kupferschicht.According to one embodiment, in b) the first layer has a polymer layer or is a polymer layer, and/or the second layer has a copper layer or is a copper layer.

Gemäß einer Ausführungsform ist in b) die zweite Schicht auf die erste Schicht laminiert.According to one embodiment, in b) the second layer is laminated onto the first layer.

Gemäß einer Ausführungsform weist in c) die Umhüllung eine Kupferschicht auf oder ist eine Kupferschicht.According to one embodiment, in c) the casing has a copper layer or is a copper layer.

Gemäß einer Ausführungsform ist in c) die isotrope thermische Leitfähigkeit innerhalb der Umhüllung zumindest um einen Faktor 200, vorzugsweise zumindest um einen Faktor 400 größer als eine thermische Leitfähigkeit von der Umhüllung zu der zumindest einen Elektrodenanordnung.According to one embodiment, in c) the isotropic thermal conductivity within the casing is at least 200 times greater, preferably at least 400 times greater than a thermal conductivity from the casing to the at least one electrode arrangement.

Ein Energiespeichermodul gemäß einer Ausführungsform weist auf:

  • - ein Energiespeichermodulgehäuse mit einem Energiespeichermodulboden und einer Energiespeichermodulwandung, und
  • - zumindest eine der vorstehend beschriebenen Energiespeicherzellen, wobei
die zumindest eine Energiespeicherzelle innerhalb des Energiespeichermodulgehäuses auf dem Energiespeichermodulboden angeordnet ist.An energy storage module according to one embodiment includes:
  • - An energy storage module housing with an energy storage module base and an energy storage module wall, and
  • - At least one of the energy storage cells described above, wherein
the at least one energy storage cell is arranged within the energy storage module housing on the energy storage module base.

Gemäß einer Ausführungsform weist das Energiespeichermodul ferner eine Kühlplatte auf, die zwischen dem Energiespeichermodulboden und der zumindest einen Energiespeicherzelle angeordnet ist.According to one embodiment, the energy storage module also has a cooling plate, which is arranged between the energy storage module base and the at least one energy storage cell.

Gemäß einer Ausführungsform weist das Energiespeichermodul ferner eine Wärmeleitvergussmasse oder einen Wärmekleber auf, die bzw. der zwischen der Kühlplatte und der zumindest einen Energiespeicherzelle angeordnet ist.According to one embodiment, the energy storage module also has a heat-conducting potting compound or a thermal adhesive, which is arranged between the cooling plate and the at least one energy storage cell.

Gemäß einer Ausführungsform weist das Energiespeichermodul ferner zumindest eine Isolationsschicht auf, welche zwischen benachbarten der zumindest einen Energiespeicherzelle angeordnet ist.According to one embodiment, the energy storage module also has at least one insulation layer which is arranged between adjacent ones of the at least one energy storage cell.

Ein Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform, insbesondere Elektro- oder Hybridfahrzeug, weist ein vorstehend beschriebenes Energiespeichermodul auf.A vehicle according to one embodiment, in particular an electric or hybrid vehicle, has an energy storage module as described above.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungen. Hierzu zeigt, teilweise schematisiert:

  • 1 eine Energiespeicherzelle gemäß einer Ausführungsform,
  • 2 eine schematische Darstellung einer Energiespeicherzelle gemäß einer Ausführungsform,
  • 3 eine schematische Darstellung einer Energiespeicherzelle gemäß einer anderen Ausführungsform,
  • 4 eine schematische Darstellung einer Energiespeicherzelle gemäß einer weiteren anderen Ausführungsform, und
  • 5 eine schematische Darstellung eines Energiespeichermoduls gemäß einer Ausführungsform.
Further advantageous developments of the present invention result from the following description of preferred embodiments. This shows, partially schematized:
  • 1 an energy storage cell according to an embodiment,
  • 2 a schematic representation of an energy storage cell according to one embodiment,
  • 3 a schematic representation of an energy storage cell according to another embodiment,
  • 4 a schematic representation of an energy storage cell according to another embodiment, and
  • 5 a schematic representation of an energy storage module according to an embodiment.

1 zeigt eine Energiespeicherzelle gemäß einer Ausführungsform. Die Energiespeicherzelle 100, 100', 100", beispielsweise eine Lithium-Ionen-Energiespeicherzelle, weist ein Gehäuse 10 mit einem Boden 11 und einer Wandung 12 auf. In dem Gehäuse 10 sind ein Elektrolyt und zumindest eine Elektrodenanordnung 30, vorzugsweise eine Vielzahl von Elektrodenanordnungen 30 vorgesehen, die jeweils eine Anode 31, eine Kathode 32, und einen dazwischen angeordneten Separator 33 beinhalten. Zwischen benachbarten Anoden 31 ist ein Stromkollektor 34, der beispielsweise Kupfer aufweisen oder aus Kupfer gebildet sein kann, angeordnet, und zwischen benachbarten Kathoden 32 ist ein Stromkollektor 35, der beispielsweise Aluminium aufweisen oder aus Aluminium gebildet sein kann, angeordnet. Die Energiespeicherzelle 100, 100', 100" kann beispielsweise als prismatische Zelle, Rundzelle oder Pouch-Zelle ausgebildet sein, und die Anordnung der Elektroden, das heißt der Kathoden 32 und der Anoden 31, kann gestapelt oder gewickelt sein. 1 12 shows an energy storage cell according to one embodiment. The energy storage cell 100, 100', 100", for example a lithium-ion energy storage cell, has a housing 10 with a bottom 11 and a wall 12. In the housing 10 are an electrolyte and at least one electrode arrangement 30, preferably a large number of electrode arrangements 30 are provided, each including an anode 31, a cathode 32, and an interposed separator 33. Between adjacent anodes 31 is arranged a current collector 34, which may comprise or be formed of copper, for example, and between adjacent cathodes 32 is a Current collector 35, which can have aluminum or be made of aluminum, for example, is arranged. The energy storage cell 100, 100', 100" can be designed, for example, as a prismatic cell, round cell or pouch cell, and the arrangement of the electrodes, i.e. the cathodes 32 and the anode 31 may be stacked or wound.

Zwischen der Wandung 12 des Gehäuses 10 der Energiespeicherzelle 100, 100', 100" und den Elektrodenanordnungen 30 ist eine Umhüllung 20, 20', 20" vorgesehen, die die Elektrodenanordnungen 30 radial umgibt bzw. umschließt und die Elektrodenanordnungen 30 von der Wandung 12 des Gehäuses 10 separiert.A casing 20, 20', 20" is provided between the wall 12 of the housing 10 of the energy storage cell 100, 100', 100" and the electrode arrangements 30, which surrounds or encloses the electrode arrangements 30 radially and separates the electrode arrangements 30 from the wall 12 of the Housing 10 separated.

Mit Bezug auf 2 weist bei einer Energiespeicherzelle 100 gemäß einer Ausführungsform die Umhüllung 20 eine durch den Pfeil P2 veranschaulichte thermische Leitfähigkeit in Richtung senkrecht zu der Wandung 12 auf, die kleiner ist als eine durch den Pfeil P1 veranschaulichte thermische Leitfähigkeit der Umhüllung 20 in Richtung parallel zu der Wandung 12. Hierbei kann die Umhüllung 20 beispielsweise eine Graphitschicht aufweisen oder eine Graphitschicht sein, deren thermische Leitfähigkeit in Richtung senkrecht zu der Wandung 12 kleiner ist als eine thermische Leitfähigkeit in Richtung parallel zu der Wandung 12.Regarding 2 in an energy storage cell 100 according to one embodiment, the case 20 has a thermal conductivity illustrated by the arrow P2 in a direction perpendicular to the wall 12 that is smaller than a thermal conductivity of the case 20 illustrated by the arrow P1 in a direction parallel to the wall 12 In this case, the casing 20 can have, for example, a graphite layer or be a graphite layer whose thermal conductivity in the direction perpendicular to the wall 12 is smaller than a thermal conductivity in the direction parallel to the wall 12.

Auf diese Weise kann bzw. wird thermische Energie, die von außerhalb der Energiespeicherzelle 100, beispielsweise von einer benachbarten Energiespeicherzelle 100, welche in Folge eines Defekts überhitzt ist, über einen thermischen Kontakt mit einer nicht gezeigten Wärmebrücke, die beispielsweise Teil einer Kühleinrichtung, welche beispielsweise als Bodenkühlung oder Seitenkühlung ausgebildet sein kann, eines Energiespeichermoduls sein kann, das mehrere der Energiespeicherzellen 100 aufweist, in die Energiespeicherzelle 100 an einem Berührpunkt der Wärmebrücke mit der Energiespeicherzelle 100, im Falle einer als Bodenkühlung ausgebildeten Kühleinrichtung insbesondere an einer durch einen Stern veranschaulichten Position 40 nahe des Bodens 11 und der Wandung 12 der Energiespeicherzelle 100 eingebracht wird, vorwiegend in Richtung parallel zu der Wandung 12 fließen, während ein geringerer Anteil der eingebrachten thermischen Energie senkrecht zu der Wandung 12 fließt. Mit anderen Worten wird lediglich ein kleiner Anteil der lokal bzw. punktuell an dem Berührpunkt bzw. der Position 40 eingebrachten thermischen Energie durch die anisotrope thermische Leitfähigkeit der Umhüllung 20 senkrecht zu der Wandung in Richtung einer der Vielzahl von Elektrodenanordnungen 30 geleitet, während ein Großteil der eingebrachten thermischen Energie parallel zu bzw. entlang der Wandung, das heißt mit Bezug auf die Zeichnungsebene der 2, nach oben und nach unten sowie in die Zeichnungsebene hinein und aus der Zeichnungsebene heraus, fließt, und dann homogen auf einen großen Teil der Energiespeicherzelle 100 und deren Elektroden verteilt wird. Dies führt, obwohl die thermische Energie in die Energiespeicherzelle 100 eingetragen wird, im Vergleich zu herkömmlichen Energiespeicherzellen dann zu lokal niedrigeren Temperaturen, da die thermische Energie besser verteilt wird und somit eine kritische Temperatur mit Gefahr eines thermischen Durchgehens (Thermal Runaway) der Energiespeicherzelle 100 nicht überschritten wird.In this way, thermal energy from outside the energy storage cell 100, for example from an adjacent energy storage cell 100, which has overheated as a result of a defect, can or will be transferred via thermal contact with a thermal bridge (not shown), which, for example, is part of a cooling device which, for example, designed as bottom cooling or side cooling formed, of an energy storage module that has a plurality of energy storage cells 100, into energy storage cell 100 at a point of contact of the thermal bridge with energy storage cell 100, in the case of a cooling device designed as floor cooling, in particular at a position 40 illustrated by a star near floor 11 and the wall 12 of the energy storage cell 100 will flow predominantly in the direction parallel to the wall 12, while a smaller proportion of the thermal energy introduced will flow perpendicularly to the wall 12. In other words, only a small proportion of the thermal energy introduced locally or at specific points at the contact point or position 40 is conducted perpendicularly to the wall in the direction of one of the plurality of electrode arrangements 30 by the anisotropic thermal conductivity of the casing 20, while a large part of the introduced thermal energy parallel to or along the wall, that is, with respect to the plane of the drawing 2 , up and down as well as in and out of the plane of the drawing, and is then homogeneously distributed over a large part of the energy storage cell 100 and its electrodes. Although the thermal energy is introduced into the energy storage cell 100, this leads to locally lower temperatures compared to conventional energy storage cells, since the thermal energy is better distributed and thus a critical temperature with the risk of thermal runaway (thermal runaway) of the energy storage cell 100 is not is exceeded.

Dadurch kann eine lokale kritische Überhitzung einer der Vielzahl von Elektrodenanordnungen 30 oder eines Abschnitts davon, die bzw. der sich in der Nähe des Berührpunkts bzw. der Position 40 befindet, und welche zu einem Defekt der Elektrodenanordnung der Vielzahl von Elektrodenanordnungen 30, der Energiespeicherzelle 100 oder sogar des gesamten Energiespeichermoduls führen könnte, weitgehend vermieden werden. Die eingebrachte thermische Energie wird durch die charakteristischen Eigenschaften der Umhüllung 20 über einen großen Bereich in Höhenrichtung und tangentialer Richtung innerhalb der Umhüllung 20 verteilt, bevor sie über eine Innenfläche der Umhüllung 20 in Kontakt mit einer Elektrodenanordnung der Vielzahl von Elektrodenanordnungen 30 entweder direkt oder über den Elektrolyten tritt.As a result, local critical overheating of one of the plurality of electrode arrangements 30 or a section thereof which is in the vicinity of the point of contact or the position 40 and which leads to a defect in the electrode arrangement of the plurality of electrode arrangements 30, the energy storage cell 100 or even the entire energy storage module can be largely avoided. The introduced thermal energy is distributed by the characteristics of the cladding 20 over a large range in elevation and tangential direction within the cladding 20 before passing through an inner surface of the cladding 20 in contact with one of the plurality of electrode assemblies 30 either directly or via the electrolyte occurs.

Mit Bezug auf 3 weist bei einer Energiespeicherzelle 100' gemäß einer anderen Ausführungsform die Umhüllung 20' eine erste Schicht 21' und eine zweite Schicht 22' auf, wobei die erste Schicht 21' zwischen der zumindest einen Elektrodenanordnung 30 und der zweiten Schicht 22' angeordnet ist. Bei dieser anderen Ausführungsform weist die innere erste Schicht 21' der Umhüllung 20' eine durch einen Pfeil P2' veranschaulichte thermische Leitfähigkeit in Richtung senkrecht zu der Wandung 12 auf, die kleiner ist als eine durch einen Pfeil P1' veranschaulichte thermische Leitfähigkeit der äußeren zweiten Schicht 22' in Richtung parallel zu der Wandung 12. Hierbei kann die erste Schicht 21' beispielsweise eine Polymerschicht aufweisen oder sein, und/oder kann die zweite Schicht 22' eine Kupferschicht aufweisen oder sein.Regarding 3 In an energy storage cell 100′ according to another embodiment, the casing 20′ has a first layer 21′ and a second layer 22′, the first layer 21′ being arranged between the at least one electrode arrangement 30 and the second layer 22′. In this alternate embodiment, the inner first layer 21' of the cladding 20' has a thermal conductivity, illustrated by an arrow P2', in a direction perpendicular to the wall 12 that is less than a thermal conductivity of the outer second layer, illustrated by an arrow P1'22' in the direction parallel to the wall 12. In this case, the first layer 21' can have or be a polymer layer, for example, and/or the second layer 22' can have or be a copper layer.

Auf diese Weise kann bzw. wird thermische Energie, die von außerhalb der Energiespeicherzelle 100', beispielsweise von einer benachbarten Energiespeicherzelle 100', welche in Folge eines Defekts überhitzt ist, über einen thermischen Kontakt mit einer nicht gezeigten Wärmebrücke, die beispielsweise Teil einer Kühleinrichtung, welche beispielsweise als Bodenkühlung oder Seitenkühlung ausgebildet sein kann, eines Energiespeichermoduls sein kann, das mehrere der Energiespeicherzellen 100' aufweist, in die Energiespeicherzelle 100' an einem Berührpunkt der Wärmebrücke mit der Energiespeicherzelle 100', im Falle einer als Bodenkühlung ausgebildeten Kühleinrichtung insbesondere an einer durch einen Stern veranschaulichten Position 40 nahe des Bodens 11 und der Wandung 12 der Energiespeicherzelle 100' eingebracht wird, vorwiegend in Richtung parallel zu der Wandung 12 fließen, während ein geringerer Anteil der eingebrachten thermischen Energie senkrecht zu der Wandung 12 fließt. Mit anderen Worten wird lediglich ein kleiner Anteil der lokal bzw. punktuell an dem Berührpunkt bzw. der Position 40 eingebrachten thermischen Energie durch die anisotrope thermische Leitfähigkeit der die erste Schicht 21' und die zweite Schicht 22' aufweisenden Umhüllung 20' senkrecht zu der Wandung in Richtung einer der Vielzahl von Elektrodenanordnungen 30 geleitet, während ein Großteil der eingebrachten thermischen Energie parallel zu bzw. entlang der Wandung 12, das heißt mit Bezug auf die Zeichnungsebene der 3, nach oben und nach unten sowie in die Zeichnungsebene hinein und aus der Zeichnungsebene heraus, fließt, und dann homogen auf einen großen Teil der Energiespeicherzelle 100' und deren Elektroden verteilt wird. Dies führt, obwohl die thermische Energie in die Energiespeicherzelle 100' eingetragen wird, im Vergleich zu herkömmlichen Energiespeicherzellen dann zu lokal niedrigeren Temperaturen, da die thermische Energie besser verteilt wird und somit die kritische Temperatur mit Gefahr eines thermischen Durchgehens (Thermal Runaway) der Energiespeicherzelle 100' nicht überschritten wird.In this way, thermal energy from outside the energy storage cell 100′, for example from an adjacent energy storage cell 100′, which has overheated as a result of a defect, can or will be transferred via thermal contact with a thermal bridge, not shown, which, for example, is part of a cooling device, which can be embodied as bottom cooling or side cooling, for example, of an energy storage module that has a plurality of energy storage cells 100', into energy storage cell 100' at a contact point of the thermal bridge with energy storage cell 100', in the case of a cooling device embodied as bottom cooling, in particular at a through a star-illustrated position 40 near the bottom 11 and the wall 12 of the energy storage cell 100' will flow predominantly in the direction parallel to the wall 12, while a smaller proportion of the thermal energy introduced will flow perpendicular to the wall 12. In other words, only a small proportion of the thermal energy introduced locally or at specific points at the point of contact or position 40 is absorbed perpendicularly to the wall in Headed towards one of the plurality of electrode assemblies 30, while a majority of the thermal energy introduced parallel to or along the wall 12, that is, with respect to the plane of the drawing 3 , up and down as well as in and out of the plane of the drawing, and is then homogeneously distributed over a large part of the energy storage cell 100' and its electrodes. Although the thermal energy is introduced into the energy storage cell 100', this then leads to locally lower temperatures compared to conventional energy storage cells, since the thermal energy is better distributed and thus the critical temperature with the risk of thermal runaway (thermal runaway) of the energy storage cell 100 ' is not exceeded.

Dadurch kann eine lokale Überhitzung einer der Vielzahl von Elektrodenanordnungen 30 oder eines Abschnitts davon, die bzw. der sich in der Nähe des Berührpunkts bzw. der Position 40 befindet, und welche zu einem Defekt der Elektrodenanordnung der Vielzahl von Elektrodenanordnungen 30, der Energiespeicherzelle 100' oder sogar des gesamten Energiespeichermoduls führen könnte, weitgehend vermieden werden, da die eingebrachte thermische Energie durch die charakteristischen Eigenschaften der Umhüllung 20' über einen großen Bereich in Höhenrichtung und tangentialer Richtung innerhalb der zweiten Schicht 22' der Umhüllung 20 verteilt wird, bevor sie nach durchfließen der ersten Schicht 21' über eine Innenfläche der ersten Schicht 21' der Umhüllung 20' in Kontakt mit einer Elektrodenanordnung der Vielzahl von Elektrodenanordnungen 30 entweder direkt oder über den Elektrolyten tritt.As a result, localized overheating of one of the plurality of electrode assemblies 30 or a portion thereof located near the touch point or location 40 and resulting in failure of the electrodes order of the plurality of electrode arrangements 30, which could lead to the energy storage cell 100' or even the entire energy storage module, can be largely avoided, since the thermal energy introduced is due to the characteristic properties of the cover 20' over a large area in the height direction and tangential direction within the second layer 22 ' of the envelope 20 before, after flowing through the first layer 21', it comes into contact with one of the plurality of electrode assemblies 30 either directly or via the electrolyte via an inner surface of the first layer 21' of the envelope 20'.

Mit Bezug auf 4 weist bei einer Energiespeicherzelle 100" gemäß einer weiteren anderen Ausführungsform die Umhüllung 20" eine isotrope thermische Leitfähigkeit auf, die zumindest um einen Faktor 100, in einer Ausführungsform zumindest um einen Faktor 200, in einer Ausführungsform zumindest um einen Faktor 400, größer ist als eine thermische Leitfähigkeit von der Umhüllung 20" zu einer benachbarten der Vielzahl von Elektrodenanordnungen 30. Hierbei kann die Umhüllung 20" beispielsweise eine Kupferschicht aufweisen oder sein.Regarding 4 in an energy storage cell 100" according to another embodiment, the casing 20" has an isotropic thermal conductivity that is at least a factor of 100, in one embodiment at least a factor of 200, in one embodiment at least a factor of 400 greater than one thermal conductivity from the casing 20" to an adjacent one of the plurality of electrode arrangements 30. In this case, the casing 20" can have or be a copper layer, for example.

Auf diese Weise kann bzw. wird thermische Energie, die von außerhalb der Energiespeicherzelle 100", beispielsweise von einer benachbarten Energiespeicherzelle 100", welche in Folge eines Defekts überhitzt ist, über einen thermischen Kontakt mit einer nicht gezeigten Wärmebrücke, die beispielsweise Teil einer Kühleinrichtung, welche beispielsweise als Bodenkühlung oder Seitenkühlung ausgebildet sein kann, eines Energiespeichermoduls sein kann, das mehrere der Energiespeicherzellen 100" aufweist, in die Energiespeicherzelle 100" an einem Berührpunkt der Wärmebrücke mit der Energiespeicherzelle 100", im Falle einer als Bodenkühlung ausgebildeten Kühleinrichtung insbesondere an einer durch einen Stern veranschaulichten Position 40 nahe des Bodens 11 und der Wandung 12 der Energiespeicherzelle 100" eingebracht wird, vorwiegend innerhalb der Umhüllung 20" fließen, und lediglich ein geringer Anteil der eingebrachten thermischen Energie an einer nahe des Berührpunkts bzw. der Position 40 befindlichen Stelle zu der zumindest einen Elektrodenanordnung 30 fließen. Mit anderen Worten wird lediglich ein kleiner Anteil der lokal bzw. punktuell an dem Berührpunkt bzw. der Position 40 eingebrachten thermischen Energie senkrecht zu der Wandung 12 in Richtung einer der Vielzahl von Elektrodenanordnungen 30 geleitet, während ein Großteil der eingebrachten thermischen Energie sich innerhalb der Umhüllung 20" verteilt, bevor die thermische Energie an eine der Elektrodenanordnungen 30 abgegeben wird. Somit wird die thermische Energie homogen auf einen großen Teil der Energiespeicherzelle 100" und deren Elektroden verteilt. Dies führt, obwohl die thermische Energie in die Energiespeicherzelle 100" eingetragen wird, im Vergleich zu herkömmlichen Energiespeicherzellen dann zu lokal niedrigeren Temperaturen, da die thermische Energie besser verteilt wird und somit die kritische Temperatur mit Gefahr eines thermischen Durchgehens (Thermal Runaway) der Energiespeicherzelle 100" nicht überschritten wird.In this way, thermal energy coming from outside the energy storage cell 100", for example from an adjacent energy storage cell 100", which has overheated as a result of a defect, can or will be transferred via thermal contact with a thermal bridge (not shown) which, for example, is part of a cooling device, which can be embodied as bottom cooling or side cooling, for example, of an energy storage module that has a plurality of energy storage cells 100", into energy storage cell 100" at a point of contact of the thermal bridge with energy storage cell 100", in the case of a cooling device embodied as bottom cooling, in particular at a through a star-illustrated position 40 near the bottom 11 and the wall 12 of the energy storage cell 100" is introduced, flow predominantly within the casing 20", and only a small proportion of the introduced thermal energy is located at a point close to the touch point or the position 40 final point to the at least one electrode assembly 30 flow. In other words, only a small proportion of the thermal energy introduced locally or selectively at the contact point or position 40 is conducted perpendicularly to the wall 12 in the direction of one of the plurality of electrode arrangements 30, while a large part of the thermal energy introduced is inside the envelope 20" before the thermal energy is delivered to one of the electrode arrangements 30. The thermal energy is thus distributed homogeneously over a large part of the energy storage cell 100" and its electrodes. Although the thermal energy is introduced into the energy storage cell 100", this leads to locally lower temperatures compared to conventional energy storage cells, since the thermal energy is better distributed and thus the critical temperature with the risk of thermal runaway of the energy storage cell 100 " is not exceeded.

Dadurch kann eine lokale Überhitzung einer der Vielzahl von Elektrodenanordnungen 30 oder eines Abschnitts davon, die bzw. der sich in der Nähe des Berührpunkts bzw. der Position 40 befindet, und welche zu einem Defekt der Elektrodenanordnung der Vielzahl von Elektrodenanordnungen 30, der Energiespeicherzelle 100" oder sogar des gesamten Energiespeichermoduls führen könnte, weitgehend vermieden werden, da die eingebrachte thermische Energie durch die charakteristischen Eigenschaften der Umhüllung 20" über einen großen Bereich in Höhenrichtung und tangentialer Richtung innerhalb der Umhüllung 20" verteilt wird, bevor sie über eine Innenfläche der Umhüllung 20" in Kontakt mit einer Elektrodenanordnung der Vielzahl von Elektrodenanordnungen 30 entweder direkt oder über den Elektrolyten tritt.As a result, local overheating of one of the plurality of electrode arrangements 30 or a section thereof which is in the vicinity of the point of contact or the position 40 and which can lead to a defect in the electrode arrangement of the plurality of electrode arrangements 30, the energy storage cell 100". or even the entire energy storage module, can be largely avoided, since the introduced thermal energy is distributed by the characteristic properties of the cover 20" over a large area in the height direction and tangential direction within the cover 20" before it is distributed over an inner surface of the cover 20 " makes contact with one of the plurality of electrode assemblies 30 either directly or via the electrolyte.

5 zeigt eine schematische Darstellung eines Energiespeichermoduls gemäß einer Ausführungsform. Das Energiespeichermodul 200 weist ein Energiespeichermodulgehäuse 203 mit einem Energiespeichermodulboden 204 und einer Energiespeichermodulwandung 205 auf, wobei auf dem Energiespeichermodulboden 204 eine Kühlplatte 201 einer als Bodenkühlung ausgebildeten Kühleinrichtung des Energiespeichermoduls 200 angeordnet ist, welche beispielsweise Aluminium und Kühlkanäle, durch welche beispielsweise Wasser geleitet wird, aufweisen kann. 5 FIG. 12 shows a schematic representation of an energy storage module according to an embodiment. Energy storage module 200 has an energy storage module housing 203 with an energy storage module base 204 and an energy storage module wall 205, with a cooling plate 201 of a cooling device of energy storage module 200 designed as base cooling being arranged on energy storage module base 204, which cooling device, for example, has aluminum and cooling channels through which water, for example, is conducted can.

Innerhalb des Energiespeichermodulgehäuses 203 ist eine Vielzahl von Energiespeicherzellen 100, 100', 100", die mit Bezug auf die 2, 3 und 4 beschrieben wurden, in thermischem Kontakt mit der Kühlplatte 201, beispielsweise über eine nicht gezeigte Wärmeleitvergussmasse oder einen Wärmekleber, die bzw. der zwischen den Böden 11 der Energiespeicherzellen 100, 100', 100' und der Kühlplatte 201 angeordnet sind, angeordnet. Bei nicht gezeigten Ausführungsformen können die einzelnen Energiespeicherzellen 100, 100', 100" auch über eine Wärmebrücke, die beispielsweise Teil einer Kühleinrichtung, welche beispielsweise als Seitenkühlung ausgebildet ist, des Energiespeichermoduls in thermischem Kontakt miteinander sein.Within the energy storage module housing 203 is a plurality of energy storage cells 100, 100', 100", which are 2 , 3 and 4 have been described, in thermal contact with the cooling plate 201, for example via a thermally conductive casting compound (not shown) or a thermal adhesive, which is arranged between the bases 11 of the energy storage cells 100, 100', 100' and the cooling plate 201. In the case of embodiments that are not shown, the individual energy storage cells 100, 100′, 100″ can also be in thermal contact with one another via a thermal bridge which, for example, is part of a cooling device, which is designed as side cooling, for example, of the energy storage module.

Zwischen den einzelnen Energiespeicherzellen 100, 100', 100" ist eine Isolationsschicht 202, beispielsweise in Form einer Polymerfolie, eines Schaum zur Aufnahme der Cell-Swelling-Forces, oder einer oder mehrerer Mineral- oder Glasfasermatten zur thermischen Isolierung, angeordnet, durch welche der thermische Kontakt zwischen benachbarten der Energiespeicherzellen 100, 100', 100" reduziert wird, so dass lediglich ein geringer Anteil an thermischer Energie, wie durch den Pfeil P10 veranschaulicht, von einer Energiespeicherzelle 100, 100', 100', die beispielsweise überhitzt ist, senkrecht zu der Wandung 12 zu der benachbarten Energiespeicherzelle 100, 100', 100" fließen kann. Ein Großteil der thermischen Energie der überhitzten Energiespeicherzelle 100, 100', 100' fließt hingegen, wie durch den Pfeil P11 veranschaulicht, über den thermischen Kontakt mit der Kühlplatte 201 in die Kühlplatte 201, und über diese zu der benachbarten Energiespeicherzelle 100, 100,100', wo sie, wie anhand der Pfeile P12 und P13 veranschaulicht, in die benachbarte Energiespeicherzelle 100, 100', 100' eingebracht wird.Between the individual energy storage cells 100, 100', 100'' there is an insulating layer 202, for example in the form of a polymer film, a foam for absorbing the cell swelling forces, or one or more mineral or glass fiber mats for thermal insulation, by which the thermal contact between adjacent ones of the energy storage cells 100, 100', 100" is reduced so that only a small proportion of thermal energy, as illustrated by arrow P10, from an energy storage cell 100, 100', 100', which is overheated, for example, can flow perpendicularly to the wall 12 to the adjacent energy storage cell 100, 100', 100''. A large part of the thermal energy of the overheated energy storage cell 100, 100', 100', however, flows, as illustrated by the arrow P11, via the thermal contact with the cooling plate 201 into the cooling plate 201, and via this to the adjacent energy storage cell 100, 100, 100', where, as illustrated by arrows P12 and P13, it is introduced into the adjacent energy storage cell 100, 100', 100'.

Aufgrund der anisotropen thermischen Leitfähigkeit der Umhüllung 20, 20', 20" fließt dann ein Großteil der durch den Pfeil P12 veranschaulichten thermischen Energie vorwiegend parallel zu bzw. entlang der Wandung 12 in der Umhüllung 20, 20', 20", wie durch die Pfeile P14 veranschaulicht, um in einem großen Teil der Umhüllung 20, 20', 20" homogen verteilt zu sein, bevor diese, wie durch die Pfeile P15 veranschaulicht, über die Innenfläche der Umhüllung 20, 20', 20" zu den Elektrodenanordnungen 30 fließt, während lediglich ein geringer Anteil der thermischen Energie weiter in Richtung des von der überhitzten Energiespeicherzelle 100, 100', 100" entfernten Endes der benachbarten Energiespeicherzelle 100, 100', 100" fließt und wie durch den Pfeil P13 veranschaulicht in diese eintritt.Due to the anisotropic thermal conductivity of the cladding 20, 20', 20", a large part of the thermal energy illustrated by the arrow P12 then flows predominantly parallel to or along the wall 12 in the cladding 20, 20', 20", as indicated by the arrows P14 illustrated to be homogeneously distributed throughout a large portion of the envelope 20, 20', 20" before flowing, as illustrated by arrows P15, over the inner surface of the envelope 20, 20', 20" to the electrode assemblies 30, while only a small proportion of the thermal energy continues to flow towards the end of the adjacent energy storage cell 100, 100', 100" remote from the overheated energy storage cell 100, 100', 100" and enters it as illustrated by arrow P13.

Claims (11)

Energiespeicherzelle (100, 100', 100"), aufweisend: - ein Gehäuse (10) mit einem Boden (11) und einer Wandung (12), - einen Elektrolyt und zumindest eine Elektrodenanordnung (30) mit einer Anode (31), einer Kathode (32) und einem dazwischen angeordneten Separator (33), welche in einem Inneren des Gehäuses (10) angeordnet sind, und - eine Umhüllung (20, 20', 20"), die zwischen der Wandung (12) und der zumindest einen Elektrodenanordnung (30) angeordnet ist, und die zumindest eine Elektrodenanordnung (30) radial umschließt, wobei a) eine thermische Leitfähigkeit der Umhüllung (20) in Richtung senkrecht zu der Wandung (12) kleiner ist als eine thermische Leitfähigkeit der Umhüllung (20) in Richtung parallel zu der Wandung (12), oder b) die Umhüllung (20') eine erste Schicht (21') und eine zweite Schicht (22') aufweist, die erste Schicht (21') zwischen der zumindest einen Elektrodenanordnung (30) und der zweiten Schicht (22') angeordnet ist, und die zweite Schicht (22') eine thermische Leitfähigkeit in Richtung parallel zu der Wandung (12) aufweist, die größer ist als eine thermische Leitfähigkeit der ersten Schicht (21') in Richtung senkrecht zu der Wandung (12), oder die erste Schicht (21') eine thermische Leitfähigkeit in Richtung parallel zu der Wandung (12) aufweist, die größer ist als eine thermische Leitfähigkeit der zweiten Schicht (22') in Richtung senkrecht zu der Wandung (12), oder c) die Umhüllung (20") eine isotrope thermische Leitfähigkeit aufweist, und die isotrope thermische Leitfähigkeit innerhalb der Umhüllung (20") zumindest um einen Faktor 100 größer ist als eine thermische Leitfähigkeit von der Umhüllung (20") zu der zumindest einen Elektrodenanordnung (30).Energy storage cell (100, 100', 100"), comprising: - a housing (10) with a floor (11) and a wall (12), - An electrolyte and at least one electrode arrangement (30) with an anode (31), a cathode (32) and a separator (33) arranged between them, which are arranged in an interior of the housing (10), and - A covering (20, 20', 20"), which is arranged between the wall (12) and the at least one electrode arrangement (30), and which encloses at least one electrode arrangement (30) radially, wherein a) a thermal conductivity of the casing (20) in a direction perpendicular to the wall (12) is smaller than a thermal conductivity of the casing (20) in a direction parallel to the wall (12), or b) the casing (20') has a first layer (21') and a second layer (22'), the first layer (21') being arranged between the at least one electrode arrangement (30) and the second layer (22'). , and the second layer (22') has a thermal conductivity in a direction parallel to the wall (12) that is greater than a thermal conductivity of the first layer (21') in a direction perpendicular to the wall (12), or the first Layer (21') has a thermal conductivity in a direction parallel to the wall (12) which is greater than a thermal conductivity of the second layer (22') in a direction perpendicular to the wall (12), or c) the casing (20") has an isotropic thermal conductivity, and the isotropic thermal conductivity within the casing (20") is at least 100 times greater than a thermal conductivity from the casing (20") to the at least one electrode arrangement ( 30). Energiespeicherzelle (100) gemäß Anspruch 1, wobei in a) die Umhüllung (20) eine Graphitschicht aufweist oder ist, deren thermische Leitfähigkeit in Richtung senkrecht zu der Wandung (12) kleiner ist als eine thermische Leitfähigkeit der Graphitschicht in Richtung parallel zu der Wandung (12).Energy storage cell (100) according to claim 1 , wherein in a) the covering (20) has or is a graphite layer whose thermal conductivity in a direction perpendicular to the wall (12) is smaller than a thermal conductivity of the graphite layer in a direction parallel to the wall (12). Energiespeicherzelle (100') gemäß Anspruch 1, wobei in b) die erste Schicht (21') eine Polymerschicht aufweist oder ist, und/oder die zweite Schicht (22') eine Kupferschicht aufweist oder ist.Energy storage cell (100 ') according to claim 1 , wherein in b) the first layer (21') has or is a polymer layer, and/or the second layer (22') has or is a copper layer. Energiespeicherzelle (100") gemäß Anspruch 1 oder 3, wobei in b) die zweite Schicht (22') auf die erste Schicht (21') laminiert ist.Energy storage cell (100") according to claim 1 or 3 , wherein in b) the second layer (22') is laminated to the first layer (21'). Energiespeicherzelle (100") gemäß Anspruch 1, wobei in c) die Umhüllung (20") eine Kupferschicht aufweist oder ist.Energy storage cell (100") according to claim 1 , wherein in c) the casing (20") has or is a copper layer. Energiespeicherzelle (100") gemäß Anspruch 1 oder 5, wobei in c) die isotrope thermische Leitfähigkeit innerhalb der Umhüllung (20") zumindest um einen Faktor 200, vorzugsweise zumindest um einen Faktor 400 größer ist als eine thermische Leitfähigkeit von der Umhüllung (20") zu der zumindest einen Elektrodenanordnung (30).Energy storage cell (100") according to claim 1 or 5 , wherein in c) the isotropic thermal conductivity within the cover (20") is at least 200 times greater, preferably at least 400 times greater than a thermal conductivity from the cover (20") to the at least one electrode arrangement (30). Energiespeichermodul (200), aufweisend: - ein Energiespeichermodulgehäuse (203) mit einem Energiespeichermodulboden (204) und einer Energiespeichermodulwandung (205), und - zumindest eine Energiespeicherzelle (100, 100', 100") gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die zumindest eine Energiespeicherzelle (100, 100', 100") innerhalb des Energiespeichermodulgehäuses (203) auf dem Energiespeichermodulboden (204) angeordnet ist.Energy storage module (200) comprising: - An energy storage module housing (203) with an energy storage module base (204) and an energy storage module wall (205), and - at least one energy storage cell (100, 100', 100") according to one of the preceding claims, wherein the at least one energy storage cell (100, 100', 100") is arranged within the energy storage module housing (203) on the energy storage module base (204). Energiespeichermodul (200) gemäß Anspruch 7, ferner aufweisend eine Kühlplatte (201), die zwischen dem Energiespeichermodulboden (204) und der zumindest einen Energiespeicherzelle (100, 100', 100") angeordnet ist.Energy storage module (200) according to claim 7 , further comprising a cooling plate (201) between is arranged between the energy storage module base (204) and the at least one energy storage cell (100, 100', 100"). Energiespeichermodul (200) gemäß Anspruch 8, ferner aufweisend eine thermische Folie, die zwischen der Kühlplatte (201) und der zumindest einen Energiespeicherzelle (100, 100', 100") angeordnet ist.Energy storage module (200) according to claim 8 , further comprising a thermal foil which is arranged between the cooling plate (201) and the at least one energy storage cell (100, 100', 100"). Energiespeichermodul (200) gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9, ferner aufweisend zumindest eine Isolationsschicht (202), welche zwischen benachbarten der zumindest einen Energiespeicherzelle (100, 100', 100") angeordnet ist.Energy storage module (200) according to one of Claims 7 until 9 , further comprising at least one insulating layer (202) which is arranged between adjacent ones of the at least one energy storage cell (100, 100', 100"). Fahrzeug, insbesondere Elektro- oder Hybridfahrzeug, aufweisend ein Energiespeichermodul (200) gemäß Anspruch 10.Vehicle, in particular electric or hybrid vehicle, having an energy storage module (200) according to claim 10 .
DE102021104644.0A 2021-02-26 2021-02-26 ENERGY STORAGE CELL AND ENERGY STORAGE MODULE WITH AT LEAST ONE ENERGY STORAGE CELL Pending DE102021104644A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021104644.0A DE102021104644A1 (en) 2021-02-26 2021-02-26 ENERGY STORAGE CELL AND ENERGY STORAGE MODULE WITH AT LEAST ONE ENERGY STORAGE CELL

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021104644.0A DE102021104644A1 (en) 2021-02-26 2021-02-26 ENERGY STORAGE CELL AND ENERGY STORAGE MODULE WITH AT LEAST ONE ENERGY STORAGE CELL

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102021104644A1 true DE102021104644A1 (en) 2022-09-01

Family

ID=82799266

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102021104644.0A Pending DE102021104644A1 (en) 2021-02-26 2021-02-26 ENERGY STORAGE CELL AND ENERGY STORAGE MODULE WITH AT LEAST ONE ENERGY STORAGE CELL

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102021104644A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102022205751A1 (en) 2022-06-07 2023-12-07 Siemens Mobility GmbH Arrangement for dissipating heat

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014019417A1 (en) 2014-12-20 2016-06-23 Daimler Ag Single cell and battery
CN210668429U (en) 2019-07-12 2020-06-02 苏州安靠电源有限公司 Anisotropic heat conduction insulating sleeve and cylindrical battery with same

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014019417A1 (en) 2014-12-20 2016-06-23 Daimler Ag Single cell and battery
CN210668429U (en) 2019-07-12 2020-06-02 苏州安靠电源有限公司 Anisotropic heat conduction insulating sleeve and cylindrical battery with same

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102022205751A1 (en) 2022-06-07 2023-12-07 Siemens Mobility GmbH Arrangement for dissipating heat

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102008034860B4 (en) Battery with a battery housing and a heat-conducting plate for tempering the battery
DE102008056859A1 (en) Device for supplying power to a motor vehicle
DE102015121107A1 (en) Electrical energy storage device
DE102008059954A1 (en) Battery for use in e.g. hybrid vehicle, has cooling device including heat exchanger with meandering-type molded cooling pipe, where planar side of upper surfaces of meander of pipe lies at surface of cooling plate
DE102020105308A1 (en) Temperature control system for lithium-ion battery cells
DE102021104644A1 (en) ENERGY STORAGE CELL AND ENERGY STORAGE MODULE WITH AT LEAST ONE ENERGY STORAGE CELL
WO2010149608A2 (en) Battery comprising electrode heat conductors for efficient temperature control
DE102018112475B4 (en) BATTERY ARRANGEMENT AND MANUFACTURING METHOD
EP3535804B1 (en) Circuit board for connecting battery cells
DE102020005410A1 (en) Energy storage arrangement
DE112009005315T5 (en) fuel cell stack
DE102018000278B4 (en) battery arrangement
DE102017008838A1 (en) Battery cell, in particular pouch cell, for a battery, in particular a motor vehicle, and method for determining a temperature of a battery cell
DE102019007812B4 (en) Battery cell for an electrical energy store and electrical energy store
DE102012200401A1 (en) Battery for battery module of e.g. electric car, has cell temperature control device that includes heat pipe plate which is provided with plate portions corresponding to surface of cell and cooling/heating device respectively
DE102020109872B3 (en) Electrical energy store for a motor vehicle and a method for operating such an electrical energy store
DE112020003883T5 (en) FUEL BATTERY STACK
DE102020111243A1 (en) Lithium ion battery and battery module
DE102023114660B3 (en) Electrical energy storage device for a motor vehicle, in particular for a motor vehicle, and motor vehicle
DE102018123910A1 (en) Battery, especially lithium-ion battery
EP3507853B1 (en) Printed circuit board for connecting battery cells
DE102017215990A1 (en) Battery cell assembly
DE102014019417A1 (en) Single cell and battery
DE102016221817A1 (en) Battery module with a plurality of battery cells and battery
DE102022000411A1 (en) Electrical energy storage

Legal Events

Date Code Title Description
R083 Amendment of/additions to inventor(s)
R163 Identified publications notified