DE102022000411A1 - Elektrischer Energiespeicher - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Energiespeicher mit einer Mehrzahl Einzelzellen (1), die mittels Stromschienen (9, 10) elektrisch seriell und/oder parallel miteinander verschaltetet sind. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass- eine Temperiereinheit (11) zum Temperieren der Einzelzellen (1) auf zumindest einer Stromschiene (9, 10) angeordnet ist und/oder in zumindest eine Stromschiene (9, 10) integriert ist, wobei- die Temperiereinheit (11) eine Kanalstruktur (K) aufweist, welche von einem Temperierfluid durchströmt ist.

Description

• Die Erfindung betrifft einen elektrischen Energiespeicher mit einer Mehrzahl Einzelzellen, die mittels Stromschienen elektrisch seriell und/oder parallel miteinander verschaltetet sind.
• Aus der DE 10 2008 034 867 A1 ist eine Batterie, insbesondere eine Lithium-Ionen-Batterie, mit einer Mehrzahl von in Serie und/oder parallel miteinander verschalteten Einzelzellen und einer polseitig auf den Einzelzellen angeordneten Kühlplatte bekannt. Dabei sind Ableiterfahnen von Polen der Einzelzellen thermisch an die Kühlplatte gekoppelt.
• Darüber hinaus beschreibt die DE 10 2013 018 415 A1 eine Batterie mit einem Stapel aus einer Vielzahl von aufeinander geschichteten Batterieeinzelzellen, die elektrisch in Reihe oder parallel zueinander geschaltet sind. Jede Batterieeinzelzelle weist wenigstens zwei Ableiter auf und die Ableiter verschiedener Batterieeinzelzellen sind elektrisch miteinander kontaktiert. Ferner umfasst die Batterie eine Temperiereinrichtung mit wenigstens einer Wärmetauscherplatte, die zur Kühlung und/oder Heizung der Batterieeinzelzellen in thermisch leitender und elektrisch isolierter Verbindung mit den Ableitern der Batterieeinzelzellen steht und auf wenigstens einer Seite des Stapels auf diese direkt oder unter Zwischenschaltung wenigstens eines weiteren Bauteiles aufgelegt ist. Wenigstens einige der Ableiter weisen an einem Ende einen Überstand auf, der auf dem Stapel seitlich aus dem von der Wärmetauscherplatte abgedeckten Bereich herausragt und einen Niedervoltkontakt für eine Batterieelektronik ausbildet.
• Weiterhin ist in der DE 10 2020 119 584 A1 eine Batteriemodulanordnung offenbar. Die Batteriemodulanordnung umfasst eine Vielzahl von Zellen, eine Vielzahl von Einsätzen, die einen ersten Einsatz und einen zweiten Einsatz aufweisen, die alternierend mit einer entsprechenden dazwischen angeordneten Zelle gestapelt sind, und ein Verstemmrohr, das zum Zusammenbauen der Vielzahl von Einsätzen in ein in einer Ecke jedes der gestapelten Vielzahl von Einsätzen vorgesehenes Durchgangsloch eingesetzt ist. Eine Sammel- bzw. Stromschiene aus Hauptelementen, die eine Spannungssensieranordnung bilden, ist in einem Rahmen angeordnet, der eine kurze Seite bildet, von vier Rahmen, die den ersten Einsatz bilden, und ein Sensierdraht aus den Hauptelementen, die die Spannungssensieranordnung bilden, ist in zwei Rahmen, die eine kurze Seite bilden, und einem Rahmen angeordnet, der eine lange Seite bildet, von vier Rahmen, die den zweiten Einsatz bilden.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektrischen Energiespeicher mit einer Mehrzahl elektrisch seriell und/oder parallel miteinander verschalteter Einzelzellen anzugeben.
• Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen elektrischen Energiespeicher gelöst, welcher die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist.
• Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
• Ein elektrischer Energiespeicher weist eine Mehrzahl Einzelzellen auf, die mittels Stromschienen elektrisch seriell und/oder parallel miteinander verschaltetet sind. Erfindungsgemäß ist eine Temperiereinheit zum Temperieren der Einzelzellen auf zumindest einer Stromschiene angeordnet ist und/oder in zumindest eine Stromschiene integriert, wobei die Temperiereinheit eine Kanalstruktur aufweist, welche von einem Temperierfluid durchströmt ist.
• Dadurch, dass, insbesondere eine beim Laden und Entladen der jeweiligen Einzelzelle entstehende Verlustwärme nur durch vergleichsweise wenige, gut kontaktierte, metallische Komponenten mit relativ hoher Wärmeleitfähigkeit auf verhältnismäßig kurzem Weg zu der Temperiereinheit, insbesondere zu dem Temperierfluid, im Bereich der zumindest einen Stromschiene strömt, verringert sich eine Maximaltemperatur der jeweiligen Einzelzelle in deren Betrieb erheblich. Somit kann eine Gefahr eines thermischen Durchgehens wesentlich verringert werden.
• Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert.
• Dabei zeigt die:
• 1 schematisch eine Schnittdarstellung einer Einzelzelle eines elektrischen Energiespeichers.
• Die einzige Figur zeigt eine Schnittdarstellung einer elektrochemischen Einzelzelle 1 eines nicht näher dargestellten elektrischen Energiespeichers. Dieser elektrische Energiespeicher ist insbesondere eine Traktionsbatterie für ein Elektrofahrzeug oder ein mit Brennstoffzellen betriebenes Fahrzeug. Denkbar ist auch, dass der elektrische Energiespeicher in einem Hybridfahrzeug angeordnet ist.
• Die Einzelzelle 1 weist ein Zellgehäuse 2 auf und ist eine sogenannte Hardcase-Batteriezelle. Das Zellgehäuse 2 ist über eine nicht gezeigte Wärmeleitpaste thermisch mit einem Gehäuseboden 3 eines nicht gezeigten Gehäuses des elektrischen Energiespeichers gekoppelt.
• Im Inneren der Einzelzelle 1 ist eine Elektrodenfolienanordnung 4 angeordnet, welche Anodenfolien 4.1 und Kathodenfolien 4.2 umfasst, die mittels sogenannter nicht dargestellter Separatorfolien voneinander separiert sind. Die Anodenfolien 4.1 und Kathodenfolien 4.2 sind zur Verdeutlichung versetzt zueinander dargestellt. Des Weiteren ist ein Elektrolyt E in das Zellgehäuse 2 eingefüllt.
• Zur weitestgehenden Vermeidung eines internen Kurzschlusses ist zwischen der Elektrodenfolienanordnung 4 und dem Zellgehäuse 2 eine Isolierfolie 5 angeordnet.
• Sowohl die Anodenfolien 4.1 als auch die Kathodenfolien 4.2 weisen jeweils einen Stromableiter 4.3 auf, die beide mittels jeweils einer elektrischen Leitung 6 mit einem jeweiligen Kontaktniet 7, 8 verbunden sind. Dabei bildet ein Kontaktniet 7 einen elektrischen Pluspol und ein weiterer Kontaktniet 8 den elektrischen Minuspol der Einzelzelle 1.
• Darüber hinaus sind die Einzelzellen 1 des elektrischen Energiespeichers mittels Stromschienen 9, 10 elektrisch kontaktiert und somit elektrisch verbunden.
• Üblicherweise wird eine im Inneren der Elektrodenfolienanordnung 4 freigesetzte Wärme nur durch den Elektrolyten E, die Isolierfolie 5, das Zellgehäuse 2 und die Wärmeleitpaste aus dem Zellgehäuse 2 heraus in den Gehäuseboden 3 des Gehäuses des elektrischen Energiespeichers geleitet. Dadurch existieren vergleichsweise viele Wärmeübergänge, zu deren Überwindung jeweils eine Temperaturdifferenz aufgebaut werden muss. Zudem handelt es sich bei einigen Komponenten der Einzelzelle 1 aus thermischer Sicht um Isolatoren, wodurch sich eine Temperatur in der Elektrodenfolienanordnung 4 erhöhen kann. In der Elektrodenfolienanordnung 4 können lokale Überhitzungen auftreten, wobei diese zu einem thermischen Durchgehen der Einzelzelle 1 führen können. Daraus kann eine Brandgefahr für die Einzelzelle 1 und somit auch für den elektrischen Energiespeicher entstehen.
• Um die Einzelzelle 1 effizient zu temperieren, insbesondere zu kühlen, ist die Einzelzelle 1, wie im Folgenden beschrieben, ausgebildet.
• Die in der vorliegenden 1 gezeigte Einzelzelle 1 weist zwei Ausführungen in Bezug auf die Temperierung auf, wobei in einer ersten Ausführung eine Temperiereinheit 11 auf eine mit dem Kontaktniet 7 gekoppelte Stromschiene 9 aufgesetzt ist. Insbesondere ist die Temperiereinheit 11 als eine Kanalstruktur K ausgebildet. Die Kanalstruktur K ist von einem Temperierfluid, insbesondere von Kühlluft und/oder einem Kältemittel eines Fahrzeugkühlkreislaufes, durchströmt.
• Die beim Laden und Entladen der Einzelzelle 1 entstehende Wärme, insbesondere Verlustwärme, wird über die Leitung 6, welche einen vergleichsweise großen Querschnitt aufweist, an den Kontaktniet 7 weitergeleitet. Die an dem Kontaktniet 7, d. h. an dem Pluspol der Einzelzelle 1, angeordnete Stromschiene 9 ist aufgrund des die Kanalstruktur K durchströmenden Temperierfluids temperiert, insbesondere gekühlt. Gelangt die Wärme der Einzelzelle 1 zu dem Kontaktniet 7, wird die Wärme an das Temperierfluid abtransportiert, wodurch die Einzelzelle 1, insbesondere die Elektrodenfolienanordnung 4, gekühlt wird.
• Eine weitere Ausführung zur Temperierung der Einzelzelle 1, insbesondere zum Abtransport in der Einzelzelle 1 entstehender Wärme bezieht sich auf einen Bereich des weiteren Kontaktnietes 8, d. h. des Minuspols der Einzelzelle 1.
• Auf dem weiteren Kontaktniet 8 ist eine weitere Stromschiene 10 angeordnet, in welche die Temperiereinheit 11 in Form einer Kanalstruktur K integriert ist. Da die Kanalstruktur K als Temperiereinheit 11 in die weitere Stromschiene 10 integriert ist, wird diese mittels des durchströmenden Temperierfluids unmittelbar temperiert, insbesondere gekühlt. Die von der Elektrodenfolienanordnung 4 abgegebene Wärme wird an den weiteren Kontaktniet 8 übertragen und an die temperierte weitere Stromschiene 10, also an das Temperierfluid, weitergeleitet, so dass die Wärme an das Temperierfluid abgegeben und abtransportiert wird. Dadurch wird die Elektrodenfolienanordnung 4 temperiert, insbesondere gekühlt.
• Bezugszeichenliste

1

Einzelzelle

2

Zellgehäuse

3

Gehäuseboden

4

Elektrodenfolienanordnung

4.1

Anodenfolie

4.2

Kathodenfolie

4.3

Stromableiter

5

Isolierfolie

6

Leitung

7, 8

Kontaktniet

9, 10

Stromschiene

11

Temperiereinheit

E

Elektrolyt

K

Kanalstruktur

• 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 102008034867 A1 [0002]
• DE 102013018415 A1 [0003]
• DE 102020119584 A1 [0004]

Claims (3)

1. Elektrischer Energiespeicher mit einer Mehrzahl Einzelzellen (1), die mittels Stromschienen (9, 10) elektrisch seriell und/oder parallel miteinander verschaltetet sind, dadurch gekennzeichnet, dass - eine Temperiereinheit (11) zum Temperieren der Einzelzellen (1) auf zumindest einer Stromschiene (9, 10) angeordnet ist und/oder in zumindest eine Stromschiene (9, 10) integriert ist, wobei - die Temperiereinheit (11) eine Kanalstruktur (K) aufweist, welche von einem Temperierfluid durchströmt ist.
2. Elektrischer Energiespeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanalstruktur (K) von einem Temperierfluid in Form von Kühlluft und/oder einem Kältemittel eines Fahrzeugkühlkreislaufes durchströmt ist.
3. Elektrischer Energiespeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einer Elektrodenfolienanordnung (4) und einem Zellgehäuse (2) der jeweiligen Einzelzelle (1) zumindest abschnittsweise eine Isolierfolie (5) angeordnet ist.

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