DE69824005T2

DE69824005T2 - Thermischer Leiter für elektrochemische Hochenergiezellen

Info

Publication number: DE69824005T2
Application number: DE1998624005
Authority: DE
Inventors: A. Joseph HOFFMAN; K. Michael DOMROESE; D. David LINDEMAN; E. Vern RADEWALD; Roger Rouillard; L. Jennifer TRICE
Original assignee: Hydro Quebec; 3M Innovative Properties Co
Current assignee: Bathium Canada Inc; 3M Innovative Properties Co
Priority date: 1997-07-25
Filing date: 1998-07-23
Publication date: 2005-06-23
Anticipated expiration: 2018-07-24
Also published as: US6117584A; CA2297845A1; JP2001511595A; DE69824005D1; AU8584398A; JP4593773B2; CA2297845C; WO1999005749A1; EP0998766B1; EP0998766A1

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen Energiespeichereinrichtungen und insbesondere einen thermischen Leiter zum Einsatz in elektrochemischen Hochenergiezellen.
Stand der Technik
Die Nachfrage nach neuartigen und verbesserten elektronischen und elektromechanischen Systemen setzt die Hersteller von Energiespeichereinrichtungen einem immer größer werdenden Druck aus, Batterietechnologien zu entwickeln, die eine hohe Energiebereitstellung in kleinen Einheiten gewährleisten. Eine Reihe fortschrittlicher Batterietechnologien sind in der jüngeren Vergangenheit bereits entwickelt worden, so beispielsweise Metallhydrid-(Ni-MH-), Lithium-Ionen- und Lithium-Polymer-Zellentechnologien, von denen angenommen werden kann, dass sie Energie mit der geforderten Leistung und der gebotenen Sicherheit für viele kommerzielle und verbraucherseitige Verwendungszwecke zu erzeugen vermögen (siehe beispielsweise EP-A-0 310 075).
Diese fortschrittlichen Energiespeichersysteme erzeugen jedoch in aller Regel eine beträchtliche Menge an Wärme, die zu thermischem Weglaufen bzw. einer thermischen Runaway-Bedingung und schließlich zur Zerstörung sowohl der Energiespeichereinrichtung als auch des von dieser gespeicherten Systems führen kann. Eine konventionelle Lösung, bei der beispielsweise eine Wärmeübertragungsvorrichtung außerhalb einer elektrochemischen Hochenergiezelle oder Hochenergiezellengruppe installiert ist, kann insofern unzureichend sein, als sie eine wirksame Wärmeabfuhr aus den Innenbereichen der Zellen nicht gewährleistet. Die Schwere der aus Kurzschlüssen und thermischem Weglaufen resultierenden Folgen vergrößert sich umso beträchtlicher, je höher der Spannungs- und Strombedarf wird.
Andere Merkmale fortschrittlicher Batterietechnologien stellen die Entwicklungstechniker moderner Energiespeichereinrichtungen vor weitere Herausforderungen. So unterliegen gewisse moderne Zellenkonstruktionen zyklischen Volumenänderungen als Folge von Veränderungen des Ladungszustands der Zelle. Durch diese sich wiederholenden Änderungen der physischen Größe einer Zelle werden die elektrische Schaltungsstrategie und die Bedingungen für die thermische/mechanische Einhausung beträchtlich verkompliziert.
In der modernen Batterie-Herstellungsindustrie besteht Bedarf für eine Methodik, durch welche hochexotherme elektrochemische Hochenergiezellen zum Einsatz für eine Vielzahl von Verwendungszwecken sicher zusammengefasst werden können. Weiter besteht Bedarf für eine Wärmeregelvorrichtung, welche die ungewöhnliche Dynamik einer volumetrischen Änderungen im Lade- und Entladezyklus unterliegenden elektrochemischen Zelle aufzunehmen vermag. Die vorliegende Erfindung erfüllt diese und weitere Forderungen.
Zusammenfassende Beschreibung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen thermischen Leiter zum Einsatz in einer elektrochemischen Speichereinrichtung. Der thermische Leiter ist an entweder den Anoden- oder den Kathodenkontakt bzw. die Kontakte sowohl der Anode als auch der Kathode einer elektrochemischen Zelle gelegt. Ein elastischer Abschnitt des Leiters verändert sich höhen- bzw. lagemäßig, um den Kontakt zwischen dem Leiter und einer benachbarten Wandkonstruktion als Antwort auf relative Bewegungen zwischen Leiter und Wand bzw. Wandstruktur aufrechtzuerhalten. Der thermische Leiter leitet Strom in die elektrochemische Zelle und aus dieser heraus sowie Wärmeenergie zwischen der elektrochemischen Zelle und einem wärmeleitenden sowie elektrisch resistiven Material, das zwischen dem Leiter und der Wandkonstruktion angeordnet ist.
Der thermische Leiter ist so herstellbar, dass er einen elastischen Abschnitt aufweist, der einen im wesentlichen C-förmig, doppelt-C-förmig, Z-förmig, V-förmig, O-förmig, S-förmig oder fingerförmig ausgebildeten Querschnitt aufweist. Ein elastomeres Federelement kann in der Weise konzipiert sein, dass es von dem elastischen Leiter festgehalten wird, um die Funktionalität des thermischen Leiters zu verbessern. Das Federelement kann mit einem Vorsprung versehen sein, der bei relativen Bewegungen zwischen den Zellen und der Wandkonstruktion die elektrische Isolation zwischen dem federnden Leiter einer und einen federnden Leiter einer benachbarten elektrochemischen Zelle bewirkt. Auch ist der thermische Leiter aus einer Folie elektrisch leitenden Materials, das an den Kontakten einer Anzahl elektrochemischer Zellen befestigt ist, herstellbar.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Es zeigen:
1 eine Ausführungsform einer elektrochemischen Festkörper-Dünnschichtzelle in prismatischer Form;
2A bis 2C verschiedene Ausführungsformen einer elektrochemischen Dünnschichtzelle;
3 eine weitere Ausführungsform einer elektrochemischen Zelle in prismatischer Form;
4 eine detailliertere Darstellung der Anoden- und Kathodenkontaktbereiche der in 3 gezeigten elektrochemischen Zelle;
5 eine elektrochemische Zelle mit einem an einem Endabschnitt des Anoden- bzw. Kathodenkontakts befestigten Leiter;
6 ein Energiespeichermodul mit einem Stapel miteinander verbundener elektrochemischer Zellen;
7 und 8 eine Darstellung des Verhältnisses zwischen der maximalen Temperatur in einem Zellenstapel und der Anzahl benachbarter kurzgeschlossener Zellen mit und ohne außenliegendem Wärmeregelsystem;
9 eine Draufsicht auf eine elektrochemische Zelle mit zwischen im wesentlichen ebenen Wandkonstruktionen eines Sicherheitsbehälters eingespannten Anoden- und Kathodenleiterkontakten;
10A–10B eine Ausführungsform einer prismatischen elektrochemischen Zelle mit einem Paar thermischer Leiter, die am Anoden- bzw. Kathodenkontakt der Zelle befestigt sind;
11 eine Querschnittsansicht einer elektrochemischen Zelle mit einem neben der Wandkonstruktion einer Einhausung angeordneten thermischen Leiter, wobei die Wandkonstruktion oberflächenbehandelt bzw. mit einem Beschichtungsmaterial versehen ist, das eine gute thermische und eine geringe elektrische Leitfähigkeit aufweist;
12 eine Draufsicht auf eine Gruppe elektrochemischer Zellen, die so ausgerichtet sind, dass sich die Zellenkontakte neben einer Wand des Sicherheitsbehälters befinden, wobei durch Veränderungen der Zellenlänge und Verwerfungen der Wand bedingt eine Anzahl von Zwischenräumen zwischen einigen Zellenkontakten und der Wand vorhanden sind;
13 eine Draufsicht auf eine Ausführungsform eines thermischen Leiters, der höhen- bzw. lageveränderlich ist, um den mechanischen Kontakt mit der Wand des Sicherheitsbehälters aufrechtzuerhalten;
14A–14D eine Darstellung der Federungseigenschaften des thermischen Leiters;
15 einen in einem thermischen Leiter gehaltenen Federisolator, der die Federungseigenschaften des thermischen Leiters verstärkt;
16 verschiedene Formen eines thermischen Leiters mit Federisolator in zusammengedrücktem und nicht zusammengedrücktem Zustand;
17–22 weitere Ausführungsformen eines thermischen Leiters; und
23 einen sich über mehrere elektrochemische Zellenkontakte erstreckenden thermischen Leiter.
Ausführliche Beschreibung der Ausführungsformen
Die Zeichnungen und insbesondere 1 zeigen eine Ausführungsform einer elektrochemischen Festkörper-Dünnschichtzelle, die zur Herstellung einer wiederaufladbaren elektrochemischen Zelle für eine Reihe der verschiedensten Verwendungszwecke eingesetzt wird. In dieser Ausführungsform gemäß 1 weist die elektrochemische Zelle 20 eine flachgewickelte prismatische Form auf und ist ein Dünnschicht-Festelektrolyt 26 zwischen einer die Anode bildenden Schicht 24 und einer die Kathode bildenden Schicht 28 angeordnet.
Eine zentrale Kathodenstromsammelschicht 30 ist zwischen den beiden Kathodenschichten 28 angeordnet und bildet ein Zweiflächensystem. Alternativ ist eine Einflächenausführung einsetzbar, bei der eine einzelne Kathodenstromsammelschicht 30 einer aus einer einzelnen Anoden/Elektrolyt/Kathoden-Elementkombination zugeordnet ist. In dieser Ausführung ist in aller Regel eine Isolationsschicht zwischen den einzelnen Anoden/Elektrolyt/Kathoden-Stromsammelschicht-Kombinationen vorgesehen. Die Anodenschichten 24 sind gegenüber der Kathodenstromsammelschicht 30 seitlich abgesetzt, so dass die Anode 24 entlang einer ersten Kante 25 der Zelle 20 und die Kathodenstromsammelschicht 30 entlang einer zweiten Kante 23 der Zelle 20 freiliegt. Die in 1 dargestellte Ausführungsform enthält ein Kernelement 22, beispielsweise ein Schaumstoff- oder Metallfederelement, auf den die elektrochemische Dünnschichtzelle 20 gewickelt ist.
2A–2C zeigen verschiedene Ausführungsformen einer elektrochemischen Dünnschichtzelle, die zur Herstellung einer wiederaufladbaren elektrochemischen Energiespeichereinrichtung benutzt werden kann. Wie aus 2A ersichtlich, kann die elektrochemische Dünnschichtzelle in "Biskuitrollenform" ausgebildet sein in der Weise, dass eine im allgemeinen zylindrische Zelle entsteht, in der eine erste Kante 42 den positiven Kontakt 43 und eine zweite Kante 44 den negativen Kontakt bildet. Die positiven und negativen Kontakte 43, 45 werden in aller Regel im Wege eines bekannten Metallspritzverfahren hergestellt.
2B und 2C zeigen alternative Kapselungsformen für eine wiederaufladbare elektrochemische Dünnschichtzelle. Die ein 2B dargestellte Flachrollen- bzw. die in 2C gezeigte Flachstapelform bieten insgesamt eine relativ große Dünnschichtzellenoberfläche in einer relativ kleinen Montageeinheit. Solche Geometrien minimieren die I²R-Verluste und ermöglichen einen wirksamen Wärmeübergang in die und aus der Mehrschichtzelle. Man beachte, dass auch andere als die in den Zeichnungen dargestellten Formen einer elektrochemischen Zelle den elektrischen, mechanischen und thermischen Anforderungen eines speziellen Einsatzzwecks gerecht werden können.
Nach einer Ausführungsform und mit Bezug auf 1 weist die elektrochemische Zelle 20 einen eine Ionentransportmembran bildenden Festpolymerelektrolyten 26, eine Lithiummetallanode 24 und eine Vanadiumoxidkathode 28 auf. Diese Schichtelemente werden so hergestellt, dass sie ein prismatisches Dünnschichtlaminat bilden, das eine Isolationsschicht, beispielsweise eine Polypropylenschicht, enthalten kann. Ein bekanntes Zerstäubungsmetallisier-Verfahren wird zur Bildung der Stromsammelkontakte entlang den Kanten 25, 23 der Anoden- und Kathodenstromsammelschichten 24 bzw. 30 eingesetzt. Man beachte, dass die metallisierten Kontakte eine hervorragende Stromsammelleistung über die gesamte Länge der Anoden- und Kathodenschichtkanten bieten sowie gute elektrische Kontakt- und Wärmeübertragungseigenschaften aufweisen.
Im allgemeinen behalten die aktiven Materialien, welche die elektrochemische Festkörper-Dünnschichtzelle bilden, ihre chemische und mechanische Integrität bei weit über ihren typischen Betriebstemperaturen liegenden Temperaturen. So sind Betriebstemperaturen in der Größenordnung von 180°C tolerierbar. Die generell in den Zeichnungen dargestellten elektrochemischen Zellen lassen sich nach den in den US Patenten Nr. 5 423 110, 5 415 954 und 4 897 917 beschriebenen Verfahren herstellen.
Was 3–4 betrifft, so zeigen diese eine Ausführungsform einer primatischen elektrochemischen Zelle 70, die einen entlang den gegenüberliegenden Kanten der Zelle 70 ausgebildeten Anodenkontakt 72 bzw. Kathodenkontakt 74 aufweist. Die elektrochemische Zelle 70 gemäß 4 zeigt die seitlich abgesetzten Anodenstrom- und Kathodenstromsammelschichten 73, 75, die an ihren gemeinsamen Anoden- bzw. Kathodenkontakten 72, 74 enden. Man beachte, dass in aller Regel eine Kupfersprühtechnik zum Bilden der Anoden- und Kathodenkontakte 72, 74 angewandt wird.
Während der Auf- und Entladezyklen wird elektrische Energie vorzugsweise entlang den Oberflächen der Anoden- und Kathodenschichten 73, 75 sowie durch die Anoden- und Kathodenkontakte 72, 74 geleitet. Bei der elektrischen Entladung erzeugt der aktive Teil 76 der Zelle 70 eine beträchtliche Menge an Wärmeenergie, die vorzugsweise über die Anoden- und Kathodenschichtoberflächen geleitet wird und so den gleichen Konduktivitätsweg nimmt wie von der Zelle 70 erzeugte elektrische Energie. Damit bilden die Kontakte 72 bzw. 74 auf den Kantenbereichen der verlängerten Anoden- und Kathodenschichten 73, 75 eine Region, über welche die elektrische und thermische Verbindung mit der Zelle 70 hergestellt werden kann.
Die in 3–4 dargestellte elektrochemische Zelle kann mit einer Länge L von ca. 135 mm, einer Höhe H von ca. 149 mm und einer Dicke W_ec von ca. 5,4 mm bzw. einschließlich eines Schaumstoffkernelements 22 mit einer Dicke W_ec von ca. 5,86 mm hergestellt werden. Die Dicke W_c des Kathodenkontakts 74 bzw. Anodenkontakts 72 beträgt ca. 3,9 mm. Eine Zelle mit diesen Abmessungen erbringt in aller Regel eine Nennenergieleistung von ca. 36,5 Wh, eine Spitzenlast von 87,0 W bei 80prozentiger Entladungstiefe, eine Zellenkapazität von 14,4 Ah und eine Nennspannung von 3,1 V bei voller Ladung.
In der nachstehenden Tabelle 1 sind verschiedene thermische Eigenschaften für eine auf einer Temperatur von ca. 60°C gehaltene elektrochemische Zelle, deren Aufbau ähnlich dem in 3–4 gezeigten ist. Die Auflistung der Wärmeleitfähigkeitswerte zeigt klar und deutlich, dass der bevorzugte Wärmekonduktivitätsweg seitlich über die Schichtoberfläche und nicht axial durch das Schichtmaterial verläuft.
TABELLE 1
Sonstige Komponenten
Für den Fachmann ist klar, dass eine konventionelle Anordnung mit Befestigung einer elektrischen Leitung 77 an einem Ende der Anoden- und Kathodenkontakte 72, 74, wie dies 5 zeigt, eine zum wirksamen Leiten von Wärme in die Zelle 70 und aus dieser heraus unzureichende Lösung darstellt. Wenngleich dieser relativ lange Konduktivitätsweg zum Leiten elektrischen Stroms zwischen der Zelle 70 und einem außenliegenden Anschluss ausreichen dürfte, ist eine solche Anordnung dennoch nicht in der Lage, Wärmeenergie in so genügender Menge in die Zelle 70 hinein- und aus dieser herauszubringen, dass ein zuverlässiger und sicherer Betrieb der Zelle 70 gewährleistet ist.
Das Problem einer ausreichenden Steuerung der thermischen und elektrischen Bedingungen einer elektrochemischen Dünnschichtzelle wird noch größer, wenn mehrere Zellen nahe beieinander, beispielsweise in Form eines Zellenstapels oder Zellenbündels, angeordnet sind. So lassen sich, beispielsweise wie aus 6 ersichtlich, eine Anzahl elektrochemischer Zellen 82 wahlweise parallel bzw. in Reihe schalten, um eine geforderte Spannungs- und Stromleistung zu erzielen. Eine Anzahl elektrochemischer Zellen 82 können zu einer Gruppe zusammengefasst und mit gemeinsamen positiven und negativen Leitern oder Anschlüssen zu einem Zellenpaket 83 parallelgeschaltet werden. Mehrere elektrochemische Zellenpakete 83 lassen sich sodann zur Bildung eines Moduls 80 in Reihe schalten. Eine Anzahl von Modulen 80 können zur Bildung größerer und leistungsstärkerer Energieerzeugerbatterien reihengeschaltet werden.
In der Annahme, dass jede der elektrochemischen Zellen 82 Abmessungen und Eigenschaften aufweist, die den in 3–4 aufgezeigten gleichwertig sind, erbringt beispielsweise jede einzelne Zelle 82 einen Gesamtenergieausstoß von ca. 36,5 Wh. Jedes Zellenpaket hat eine gesamte Energieleistung von ca. 292 Wh und jedes Modul 80 eine solche von ca. 1,75 kWh. Eine aus 24 reihengeschalteten Modulen 80 bestehende Batterie (nicht dargestellt) erbringt eine Gesamtenergieleistung von ca. 42 kWH.
7–8 stellen den Einfluss von Kurzschlussbedingungen auf die Zellentemperatur von in einem Stapel in körperlichem Kontakt miteinander zusammengefassten Zellen. Das Kurvenbild gemäß 7 zeigt das Verhältnis zwischen der maximalen Temperatur in einem Zellenstapel in Abhängigkeit von der Zahl benachbarter kurzgeschlossener Zellen, wenn keine äußere Wärmeregelung benutzt wird. Es sind fünf Kurven von fünf Ladungszuständen (SOC) entsprechenden Daten aufgezeichnet. 8 zeigt ein ähnliches Datenkurvenbild mit der Ausnahme, dass eine äußere Wärmeregelung benutzt wird, um die Wärmeübertragung aus den den Zellenstapel bildenden Zellen zu verbessern.
Man beachte, dass die durchgezogene Linie bei 180°C die Schmelztemperatur von Lithium darstellt und dass 130°C als obere Sicherheitsgrenze anzusehen ist. Es versteht sich, dass die 130°C-Grenze zeigen soll, dass eine bestimmte Energiespeichereinrichtung so konzipiert sein kann, dass sie unterhalb einer von der zum Zusammenbruch der Zellen führenden Temperatur unterschiedlichen maximalen Temperatur einsetzbar ist.
Die in graphischer Form in 7–8 dargestellten Daten zeigen den beträchtlichen Einfluss von Kurzschlussbedingungen auf die Temperatur eines Zellenstapels. Die in 7 aufgetragenen Daten lassen erkennen, dass bei nicht vorhandener äußerer Kühlvorrichtung nur eine einzige kurzgeschlossene Zelle in einem Zellenstapel tolierbar ist, soll die Integrität des Stapels nicht in Frage gestellt werden. Dem Fachmann ist sofort klar, wie wichtig eine wirksame Übertragung von Wärmeenergie aus einer elektrochemischen Dünnschichtzelle ist, wenn die nachteiligen Auswirkungen von Übertemperaturbedingungen in einem Stapel eng beieinander angeordneter Zellen minimiert werden soll.
Die in 6 dargestellte Ausführungsform eines Energiespeichermoduls 80 weist einen Stapel 84 elektrochemischer Zellen 82 auf, der von einem in aller Regel mit einem Wärmeregelsystem versehenen Sicherheitsbehälter 86 umschlossen ist. Der Sicherheitsbehälter 86 ist als mit einem serpeninenartigen Fluidkanal 88 versehen dargestellt, in dem ein Wärmeübertragungsmedium strömt. Wärmeenergie kann durch Einsatz eines äußeren Wärmeregelsystems (beispielsweise in Form von Kühlkanälen) in Kombination mit einem thermischen Leiter, der entweder an dem Anoden- oder dem Kathodenkontakt bzw. an den Kontakten sowohl der Anode als auch der Kathode der einzelnen Zellen vorgesehen ist, in die den Stapel 84 bildenden Zellen 82 hinein- bzw. aus diesen herausgeleitet werden.
Es wurde festgestellt, dass ein äußeres Wärmeregelsystem der in 6 dargestellten Art in der Kombination mit einem nach den Grundgedanken der vorliegenden Erfindung konzipierten elastischen thermischen und elektrischen Leiter vorgesehen werden kann, um die Innentemperatur einer elektrochemischen Dünnschicht-Energiespeichereinrichtung wirksam zu regulieren.
Ein zusätzlicher Faktor, der die Bemühungen, eine wirksame thermische und elektrische Leitereinrichtung für elektrochemische Hochenergiezellen bereitzustellen, noch komplizierter macht, sind zyklische Veränderungen des Zellenvolumens, die in verschiedenen Arten von elektrochemischen Dünnschichtzellen auftreten. So ändert sich beispielsweise das Volumen einer elektrochemischen Zelle der mit Bezug auf 1 vorbeschriebenen Art während der Lade- und Entladezyklen infolge einer Lithiumionenwanderung in das und aus dem Gitter des Kathodenmaterials. Diese Wanderung führt beim Auf- bzw. Entladen zu einer entsprechenden Vergrößerung und Verkleinerung des Gesamtzellenvolumens in der Größenordnung von fünf bis sechs Prozent oder darüber.
Es ist festgestellt worden, dass die Leistungs- und Betriebslebensdauer einer derartigen elektrochemischen Zelle beträchtlich verlängert werden kann, wenn die Zelle in einem Kompressionszustand gehalten wird. Eine bessere Zellenleistung ist dadurch erzielbar, dass während der Zellenzyklen Druck auf die beiden größeren gegenüberliegenden Zellenoberflächen ausgeübt wird. Es erscheint wünschenswert, die Druckkräfte, ob im Inneren oder außerhalb der Zelle erzeugt, ziemlich gleichmäßig über die beaufschlagte Fläche zu verteilen.
In der Ausführungsform gemäß 9 ist beispielsweise eine Zelle 90 dargestellt, die zwischen im wesentlichen ebenen Wänden 92 eines Sicherheitsbehälters eingespannt ist. Die Zelle 90 weist zwei gegenüberliegende Oberflächen 91, 93 mit jeweils einer gegenüber der Gesamtfläche der vier Kanten der Zelle 90 großen Fläche auf. Eine äußere Kraft F_E wird diesen gegenüberliegenden Oberflächen 91, 93 beaufschlagt, um die Zelle 90 in einem Kompressionszustand zu halten. Die Größe der äußeren Kraft F_E liegt während der Auf-/Entladezyklen in aller Regel in einem Bereich zwischen ca. 5 psi und 100 psi.
Man beachte, dass die äußere Kraft F_E auf einer konstanten Größe, beispielsweise 20 psi, gehalten oder zwischen einem minimalen und einem maximalen Wert, beispielsweise zwischen ca. 20 und 100 psi, variiert werden kann. Weiter kann die äußere Kraft F_E durch Kontakt zwischen einer Oberfläche 91 der Zelle 90 und einem eine aktive Kraft erzeugenden Mechanismus erzeugt werden, während einer Bewegung der gegenüberliegenden Oberfläche 93 durch eine stationäre Anordnung entgegengewirkt wird. Alternativ kann beiden gegenüberliegenden Oberflächen 91, 93 der elektrochemischen Zelle 90 eine Vorrichtung zum Erzeugen einer aktiven Kraft zugeordnet werden.
Ein nach den Grundgedanken der vorliegenden Erfindung konzipierter elastischer thermischer und elektrischer Leiter gewährleistet in vorteilhafter Weise eine wirksame Leitung thermischer und elektrischer Energie in eine mit der Zeit zyklischen volumetrischen Änderungen ausgesetzte elektrochemische Dünnschichtzelle und aus dieser heraus. Wie dies die Ausführungsform gemäß 10A zeigt, weist eine elektrochemische Zelle 100 einen thermischen Leiter 102 auf, welcher durch Punktschweißen oder sonstwie jeweils an dem Anoden- bzw. Kathodenkontakt 104, 106 befestigt ist. Der thermische Leiter 102 wird normalerweise über die Länge des Anodenkontakts 104 und des Kathodenkontakts 106 verlaufend angeordnet und ist in aller Regel mit einer elektrischen Verbindungsleitung 108 versehen, um Strom in die elektrochemische Zelle 100 hinein- und aus dieser herauszuleiten, wobei der Strom über die Anoden- und Kathodenkontakten 104, 106 hinweg gesammelt und geleitet wird.
Weiterhin bildet der thermische Leiter 102 einen Wärmeflussweg zum wirksamen Übertragen von Wärmeenergie zwischen der Zelle 100 und einem wärmeleitenden und elektrisch resistiven Material bzw. einer aus diesem hergestellten Konstruktion neben der Zelle 100. Man beachte, dass das wärmeleitende und elektrisch resistive Material bzw. die aus diesem hergestellte Konstruktion wie beschrieben als Oberflächenbeschichtung/Ober- flächenbehandlung oder als separates Material zu verstehen ist, durch das eine ausreichende Wärmemenge hindurchgeleitet werden kann, das aber dennoch gegenüber dem elektrischen Stromfluss relativ zu dem Stromweg zum Einleiten elektrischen Stroms in die elektrochemische Zelle und aus dieser heraus resistiv ist. Beispielsweise kann eine Eloxalschicht eine Dicke aufweisen, die das Hindurchleiten einer ausreichend großen Wärmeenergiemenge gestattet, aber dennoch gegen elektrischen Strom zu den Anoden- und Kathodenkontakten oder dem thermischen Leiter genügend resistiv ist. Weiter kann zum Beispiel ein wärmeleitendes Polymerelement eingesetzt werden, wobei die Dichte der in diesem imprägnierten wärmeleitenden Teilchen so gewählt wird, dass ein vorgegebenes Gleichgewicht zwischen den thermischen und elektrischen Leiteigenschaften hergestellt wird.
Der thermische Leiter 102 ist so konzipiert, dass er Federungseigenschaften besitzt, die einen im wesentlichen kontinuierlichen Kontakt zwischen der Zelle 100 und einem feststehenden Bauteil wie beispielsweise einer neben der Zelle 100 angeordneten metallischen Wandoberfläche sicherstellt, wenn relative Bewegungen zwischen der Zelle 100 und der Wandkonstruktion stattfinden. Man beachte, dass der thermische Leiter 102 oder ein sonstiger thermischer Leiter, der die Wärmeübertragung zwischen der Zelle 100 und einem wärmeleitenden Bauteil oder Material neben der Zelle 100 bewirkt, entlang entweder nur des Anoden- bzw. nur des Kathodenkontaktes oder beider Kontakte 104, 106 benutzt werden kann.
Beispielhaft und mit Bezug auf die in 10B dargestellte Ausführungsform weist der thermische Leiter 102 einen über die Länge eines Anoden- oder Kathodenkontakts 111 aus Spritzmetall verlaufenden Kupferstreifen 103 auf. Der Kupferstreifen 103 ist mit einem elastischen Abschnitt 109 versehen, durch den Wärme zwischen der Zelle 100 und einem daneben befindlichen wärmeableitenden Element, beispielsweise der Wand einer metallischen Einhausung, übertragen wird. Der Kupferstreifen 103 ist mit dem Spritzmetallkontakt 111 an mehreren Stellen 101 durch Punktschweißen verbunden. Eine flexible elektrische Leitung 107 ist im Punkt 105 nahe dem Ende des Kupferstreifens 103 durch Ultraschallschweißen befestigt. Strom wird zunächst den Spritzmetallkontakt 111 der Zelle 100 entlang geleitet und sodann über die flexiblen elektrischen Leitungen 107 zu den Außenanschlüssen geführt.
Allgemein sollte ein die vorbeschriebenen thermischen, elektrischen und mechanischen Vorteile bietender thermischer Leiter aus einem Material mit relativ hoher thermischer und elektrischer Leitfähigkeit hergestellt werden. Das Material sollte eine gute Oberflächenbeschaffenheit zum Herstellen von Kontakten mit sowohl einer separaten ebenen Trägerfläche als auch einer integralen Metallisierungsschicht auf den Anoden- bzw. Kathodenkontakten der elektrochemischen Zelle aufweisen.
Das zum Herstellen der Kontakte des thermischen Leiters verwendete Material sollte eine relativ niedrige Druckkraft besitzen, damit Beschädigungen der Zellenkanten oder der Oberfläche der neben der Zelle befindlichen Wandkonstruktion vermieden werden. Auch sollten die Kontakte des thermischen Leiters so konzipiert sein, dass die Länge des Wärmeflussweges minimiert, seine Querschnittsfläche jedoch maximiert wird, um die Wärmeübertragungseigenschaften dieser Kontakte zu optimieren. Ein geeignetes Material zur Herstellung eines thermischen Leiters mit den vorbeschriebenen Eigenschaften ist reines Kupfer, wenngleich auch andere Metalle und Legierungen eingesetzt werden können.
11 zeigt in der Seitenschnittansicht eine elektrochemische Zelle 120 mit einem thermischen Leiter 122, der neben der mit einer Beschichtung aus wärmeleitendem sowie elektrisch resistiven Material 124 versehenen Wand 128 angeordnet ist. In dieser Ausführung führt der thermische Leiter 122 Strom in die elektrochemische Zelle 120 und aus dieser heraus und ist mit einem Leitungsabschnitt 126 versehen, über den ein äußeres Energie verbrauchendes Element und ein Ladegerät bequem angeschlossen werden können.
Strom wird vorzugsweise über den durch den thermischen Leiter 122 und die Leitung 126 gebildeten Weg mit niedriger Resistivität statt über den vom thermischen Leiter 122 und dem auf der Wand 128 des Sicherheitsbehälters befindlichen Material 124 gebildeten Pfad mit hoher Resistivität geleitet. Der thermische Leiter 122 bildet weiterhin einen Wärmeflussweg, über den Wärmeenergie wirksam zwischen der Zelle 120 und der Wand 128 des mit dem wärmeleitenden Material 124 beschichteten Sicherheitsbehälters übertragen wird.
In einer Ausführungsform kann das wärmeleitende Material 124 in Form einer eloxierten Aluminiumbeschichtung auf der Oberfläche eines Gehäuses oder einer sonstigen Konstruktion 128 aus Aluminium vorgesehen sein. Auf die eloxierte Oberfläche kann eine konformale Kunststoffbeschichtung aufgebracht werden. Im Falle einer Einhausung aus nichtrostendem Stahl lässt sich neben der Wand 128 des Sicherheitsbehälters eine dünne Auflage aus Kunststoff oder einem Material auf Mineralbasis vorsehen. Die wärmeleitende Beschichtung 124, die wahlweise auch aus einer elastischen thermischen Masse bzw. einem elastischen thermischen Material bestehen kann, besorgt das Übertragen von Wärmeenergie zwischen der Zelle 120 und dem wärmeleitenden Material 124, ist aber dennoch elektrisch so resistiv, dass der Strom vorzugsweise über die Anoden- und Kathodenkontakte der Zelle 120 und die Leitung 126 des thermischen Leiters 122 geleitet wird.
Es kann eingesehen werden, dass ein kontinuierlicher Kontakt zwischen dem Wärmeleiter und einer angrenzenden wärmeleitenden Oberfläche oder eines wärmeleitenden Materials unabdingbar ist, um gute Wärmeleitung zwischen der elektrochemischen Zelle und einem externen thermischen Leitsystem zu erreichen. In den 12 bis 13 ist eine Ansammlung elektrochemischer Zellen 140 gezeigt, die typisch abhängig von erlaubten Herstellungs- und Aufbautoleranzen variieren. Aufgrund solcher Variationen und Behälterwandverwerfungen oder andere Fehlstellen, die der Wand 142 eines Sicherheitsbehälters inhärent sind oder in diese eingebracht wurden, werden sich typisch eine Anzahl von Spalten 144 zwischen der Behälterwand 142 und einer Anzahl von elektrochemischen Zellen 140 ausbilden.
Es versteht sich, dass die Wärmeleitung nach dem Entstehen eines Spalts 144 zwischen einem Zellenkontakt 146 und der Behälterwandung 142 stark reduziert wird. Wenngleich durch e ne elastische thermische Masse die Wärmeleitung beim Vorhandensein kleiner Spalten 144 verbessert werden kann, sind derartige Massen im allgemeinen nicht in der Lage, die Wärmeleitung über große Spalten 144 hinweg aufrechtzuerhalten.
Im allgemeinen sind die Kontakte 148 des thermischen Leiters 148 so ausgebildet, dass sie Dimensionsänderungen in einem relativ hohen Maße aufzunehmen vermögen, um beim Einbau der elektrochemischen Zellen 140 zwischen im wesentlichen ortsfeste Tragkonstruktionen 142 eines Sicherheitsbehälters auftretende Toleranzen auszugleichen. Die Kontakte 148 des thermischen Leiters weisen außerdem ein relativ hohes Rückfederungsvermögen auf, um mögliche Wanddurchbiegungen sowie im Laufe der Zeit auftretende Veränderungen des Trennungsabstands zwischen den Zellen 140 und der Wandkonstruktion 142 zu kompensieren.
In der Ausführungsform gemäß 14A–14D ist ein thermischer Leiter 154 mit einen im wesentlichen C-förmigen Abschnitt vorgesehen, der gute Eigenschaften zum Aufnehmen von Dimensionsänderungen sowie ein hohes Rückfederungsvermögen besitzt. 14A zeigt den thermischen Leiter 154 im entspannten Zustand vor seiner Befestigung an einem Kontakt 152 einer elektrochemischen Zelle 150. Der entspannte Zustand des thermischen Leiters 154 vereinfacht des Befestigen des Leiters 154 an der Zelle. Nach dem Befestigen des thermischen Leiters 154 am Zellenkontakt 152 wird in aller Regel der Leiter 154 einer Reibbehandlung unterzogen, um sicherzustellen, dass er sich für den Einbau zwischen die Wände eines einspannenden Bauteils im zusammengedrückten Zustand ordnungsgemäß verformen lässt.
Die Form des thermischen Leiters vor seinem Einbau zeigt die 14B. In 14C ist der thermische Leiter 154 im zusammengedrückten Zustand dargestellt, wie sich dieser in aller Regel bei der Installation der Zelle 150 zwischen die Wände eines einspannenden Bauelements ergibt. Der Aufnahmebereich R_T stellt die Gesamtstrecke dar, über die der thermische Leiter 154 ohne wesentliche Beeinträchtigung seines Rückfederungsvermögens zusammengedrückt werden kann. 14D zeigt das Rückfederungsvermögen des thermischen Leiters 154, das sich als Antwort auf relative Bewegungen zwischen der Zelle 150 und den Wänden eines an den thermischen Leiter 154 anstoßenden einspannenden Bauteils einstellen kann. Die Größe des Rückfederungswegs in diesem zeichnerischen Beispiel ist als Dimension R_S ausgewiesen.
Der in 14A bis 14D dargestellte thermische Leiter 154 hat ein Rückfederungsvermögen von ca. 1 bis 3 mm, was ausreicht, um relative Bewegungen von ca. 1–3 mm zwischen der elektrochemischen Zelle und einer angrenzenden Wandkonstruktion zu kompensieren. Man beachte, dass ein thermischer Leiter mit einem im wesentlichen C-förmigen Querschnitt und einer nominellen Höhe von ca. 3 mm einer Wärmeleitfähigkeitsänderung in Abhängigkeit von Änderungen der Kontaktflächengröße zwischen dem thermischen Leiter und der angrenzenden Wand unterliegt.
So konnte zum Beispiel nachgewiesen werden, dass eine Höhenänderung von +/– 0,5 mm zu einer entsprechenden Änderung der Leitfähigkeit im Bereich zwischen ca. 450 und 575 W/m²C führt. Die Konduktanz eines nicht zusammengedrückten thermischen Leiters mit der normalen Höhe von 3 mm beträgt ohne dazwischenliegende wärmeleitende Masse ca. 200 W/m²C. Durchbringen einer elastischen wärmeleitenden Masse lassen sich die Wärmeleitfähigkeitseigenschaften des thermischen Leiters beim Zusammendrücken und Entspannen des Leiters verbessern.
15–16 zeigen eine alternative Ausführungsform eines thermischen Leiters mit einem im wesentlichen C-förmigen Querschnitt, bei der ein elastomeres Federelement innerhalb des thermischen Leiters angeordnet ist. Das elastomere Federelement verbessert allgemein die Rückfederungseigenschaften des thermischen Leiters und ist aus Vorratsmaterialien wie beispielsweise zylindrischem elastomeren Schlauchmaterial 177 oder wärmeleitendem Schaumstoff herstellbar. Alternativ lässt sich ein komplexeres Federelement aus elastomerem Material formen. Der thermische Leiter 174 weist eine hakenförmige Spitze 171 auf, die das elastomere Federelement 176/177 im thermischen Leiter festhält.
Die elastomere Feder 176 kann mit einem isolierenden Vorsprung 178 versehen und einer isolierenden Nase 180 versehen sein, welche die elektrische Isolation für den thermischen Leiter 174 und den Kontakt 172 gegenüber den Leitern und Kontakten angrenzender Zellen 170 bewirken. Zusätzlich kann noch ein Anschlag 182 vorgesehen sein, welcher ein übermäßiges Zusammendrücken oder möglicherweise Zerdrücken des thermischen Leiters 174 verhindert. Die 16 stellt die dynamische Isolationseigenschaft der elastomeren Feder 176 beim Übergang zwischen dem nicht zusammengedrückten und dem zusammengedrückten Zustand dar.
In dieser Ausführungsform hat der thermische Leiter 174 zu Beginn des zusammendrückten Zustands eine Höhe H₁ von ca. 4 mm. Mittelmäßig zusammengedrückt besitzt der thermische Leiter 174 eine Höhe H₂ von ca. 3 mm. Ist der thermische Leiter 174 vollständig zusammengedrückt in der Weise, dass der Anschlag 182 die Innenfläche des oberen Teils der Feder 176 berührt, so liegt die Höhe H₃ des Leiters 174 bei ca. 2 mm. Jedes der Federelemente 176/177 weist einen Durchmesser D₁ von ca. 3.8 mm auf.
Man beachte, dass ein die vorstehend beschriebenen mechanischen, thermischen und elektrischen Eigenschaften aufweisender thermischer Leiter so konzipiert sein kann, dass er formmäßig von den vorbeschriebenen Leitern abweichende federartige Abschnitte aufweist. So sind als Beispiel drei zum Einsatz in prismatischen elektrochemischen Zellen bestens geeignete Ausführungsformen eines thermischen Leiters in 17–19 dargestellt. Diese Ausführungsformen gewährleisten eine wirksame Übertragung von elektrischem Strom und thermischer Energie in eine prismatische Zelle und aus dieser heraus.
Der nach 17 ausgebildete thermische Leiter weist einen im wesentlichen doppelt-C-förmigen Abschnitt auf, durch den der thermische Leiter federartig zusammengedrückt und expandiert werden kann. 18–20 zeigen Z-förmige, V-förmige bzw. S-förmige Kontakte für thermische Leiter, die wie vorstehend beschrieben expandiert und zusammengedrückt werden können, um Dimensionsänderungen und lagemäßige Verschiebungen zwischen der Zelle und den Wänden eines die Zelle einspannenden Bauteils zu kompensieren. Eine übereinanderliegende S-förmige Ausführung eines thermischen Leiters, die vorteilhafterweise die Anzahl der Wärmeleitwege zwischen der Zelle und einer angrenzenden Wärmeableitvorrichtung erhöht, ist in 21 dargestellt. 22 zeigt eine weitere Ausführungsform eines thermischen Leiters mit zweifingerförmigen oder L-förmig gebogenen elastischen Leitern 204, die am Spritzmetallkontakt 202 der Zelle 200 befestigt sind. Ein elastomeres Element 206 ist zwischen den zusammendrückbaren fingerförmigen Leitern 204 angeordnet, um ein übermäßiges Zusammendrücken der Leiter 204 zu verhindern.
In 23 ist eine weitere Ausführungsform eines thermischen Leiters dargestellt, die für eine Reihe elektrochemischer Zellen 212 einsetzbar ist. Der thermische Leiter 210 ist als flacher Streifen eines metallischen oder sonstigen elektrisch leitenden Materials vorgesehen. In dieser Ausführungsform überspannt der thermische Leiter 210 die Anoden- bzw. Kathodenstromsammelkontakte 214 mehrerer Zellen 212. Wie ersichtlich, bewirkt der thermische Leiter 210 die Parallelschaltung mehrerer Zellen 212, beispielsweise von acht Zellen 212, die ein Zellenpaket bilden. Strom wird über den thermischen Leiter 210 geleitet sowie über einen elektrischen Kontakt oder eine am thermischen Leiter 210 befestigte elektrische Leitung (nicht dargestellt) in die parallelgeschalteten Zellen hinein- und aus diesen herausgeführt. Wärme wird über den thermischen Leiter 210 in ein neben dem Leiter 210 befindliches wärmeableitendes Bauelement, beispielsweise die Wand einer metallischen Einhausung, geleitet. Eine dünne Plastik- oder Glimmerplatte kann zwischen dem thermischen Leiter 210 und dem wärmeableitenden Element angeordnet sein. Alternativ kann die Oberfläche des wärmeableitenden Elements eloxiert oder mit einem sonstigen elektrisch resistiven, wärmeleitenden Material beschichtet werden.
In einer noch weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen thermischen Leiters weist der thermische Leiter, wie am besten aus 4 ersichtlich, mehrere seitlich abgesetzte Anoden- und Kathodenschichten 73, 75 sowie Anoden- und Kathodenkontakte 72, 74 auf. In dieser Ausführungsform können der Kontakt entweder der Anode oder Kathode oder aber beide Kontakte 72, 74 direkt an dem wärmeleitenden und elektrisch resistiven Material auf der Wand eines Sicherheitsbehälters angreifen. Der elastische Abschnitt des thermischen Leiters bildet die seitlich abgesetzte Anoden- bzw. Kathodenschicht 73, 75, die sich als Antwort auf relative Bewegungen zwischen Zelle und Behälterwand durchbiegt.
Natürlich versteht es sich, dass verschiedene Abwandlungen der und Ergänzungen zu den vorbeschriebenen Ausführungsformen möglich sind, ohne dass der Rahmen der vorliegenden Erfindung bzw. der Erfindungsgedanke verlassen wird. So können beispielsweise einzelne Flächen statt der gesamten Oberfläche des Wärmeabführelements, wie zum Beispiel die metallische Wand eines Schutzgehäuses, mit der vorbeschriebenen Beschichtung aus wärmeleitendem und elektrisch resistivem Material versehen sein. Weiter ist beispielsweise ein nach den Grundgedanken der vorliegenden Erfindung hergestellter thermischer Leiter in Verbindung mit anderen als Lithiumpolymerelektrolyte benutzen den Batterietechnologien, beispielsweise mit Nickelmetallhydrid (Ni-MH) bzw. Lithiumionen (Li-Ion) arbeitenden und sonstigen Hochenergiebatterie-Technologien, einsetzbar. Dementsprechend ist der Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht durch die vorstehend erläuterten besonderen Ausführungsformen eingeschränkt, sondern durch die nachfolgenden Ansprüche bzw. deren Äquivalente bestimmt.

Claims

Energiespeichereinrichtung mit: einer elektrochemischen Dünnschichtzelle (70, 90, 100, 120, 150) mit einem Anodenkontakt (72) und einem Kathodenkontakt (74) und einem an dem Anoden- oder dem Kathodenkontakt (106) befestigten Leiter (77, 102) mit einem elastischen Abschnitt (73, 75, 109), dessen Lage sich verändert, um den Kontakt zwischen dem Leiter und einer an diesen angrenzenden Wandkonstruktion (128) aufrechtzuerhalten, wenn relative Bewegungen zwischen Leiter und Wand stattfinden, wobei der Leiter Strom in die elektrochemische Zelle hinein- und aus dieser herausführt sowie Wärmeenergie zwischen die elektrochemische Zelle und ein zwischen Leiter und Wandkonstruktion angeordnetes wärmeleitendes sowie elektrisch resistives Material (124) leitet.
Einrichtung nach Anspruch 1, wobei der Leiter eine flexible Leitung (77, 107, 108) aufweist, die mit einem äußeren Anschluss verbunden ist und Strom in die elektrochemische Zelle hinein- und aus dieser herausleitet.
Einrichtung nach Anspruch 1, wobei der Leiter eine Leitung (77, 107, 108) aufweist, die an einem äußeren Anschluss befestigt ist und mit den Anoden- und Kathodenkontakten dahingehend zusammenwirkt, dass Strom in die elektrochemische Zelle hinein- und aus dieser herausgeleitet wird.
Einrichtung nach Anspruch 1, wobei der elastische Abschnitt des Leiters einen im wesentlichen C-förmigen, doppelt-C-förmigen, Z-förmigen, O-förmigen, S-förmigen, V-förmigen, L-förmigen bzw. ein- bzw. mehrfingerförmigen Querschnitt aufweist.
Einrichtung nach Anspruch 1, wobei: die elektrochemische Zelle seitlich abgesetzte Anoden- und Kathodenstromsammelschichten (24, 30) aufweist, die mit den Anoden- bzw. Kathodenkontakten verbunden sind, und wobei der elastische Abschnitt des Leiters mit seitlich abgesetzten Anoden- und Kathodenstromsammelschichten versehen ist.
Einrichtung nach Anspruch 1, ferner mit einem im wesentlichen zylindrischen Federelement, das von dem elastischen Abschnitt (109) des Leiters gehalten wird und mit diesem zusammenwirkt, um den Kontakt zwischen Leiter und Wandkonstruktion aufrechtzuerhalten.
Einrichtung nach Anspruch 1, wobei entweder der Anoden- oder der Kathodenkontakt eine Kupferkontaktschicht aufweist und der Leiter an der Kupferkontaktschicht angeschweißt ist.
Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die Länge des Leiters in etwa gleich der Länge entweder des Anoden- oder des Kathodenkontakts ist.
Einrichtung nach Anspruch 1, wobei das wärmeleitende sowie elektrisch resistive Material (124) als eloxierte Beschichtung der Wandkonstruktion, wärmeleitendes Polymer-Bahnmaterial neben der Wandkonstruktion, thermische Masse auf der Wandkonstruktion oder neben einer Wandkonstruktion aus nichtrostendem Stahl angeordnetes Bahnmaterial aus Plastik oder auf Mineralbasis vorgesehen ist.
Einrichtung nach Anspruch 1, wobei der elastische Abschnitt (73, 75, 109) des Leiters im Bereich von ca. 1 bis 3 mm lageveränderlich ist, um bei relativen Bewegungen zwischen Leiter und Wandkonstruktion den Kontakt zwischen Leiter und Wand aufrechtzuerhalten.
Energiespeichereinrichtung mit: einer Einhausung mit einer ersten Wandkonstruktion (100) und einer zweiten Wandkonstruktion; einem wärmeleitenden sowie elektrisch resistiven Material (124) auf oder neben der ersten Wandkonstruktion; einer zwischen der ersten und der zweiten Wandkonstruktion angeordneten elektrochemischen Dünnschichtzelle (70, 90, 100, 120, 150); und einem entweder den positiven oder den negativen Kontakt für die elektrochemische Zelle bildenden Leiter (102), der lageveränderlich ist, um als Antwort auf relative Bewegungen zwischen der elektrochemischen Zelle und der ersten Wandkonstruktion den Kontakt mit dem auf der ersten Wandkonstruktion angeordneten Material aufrechtzuerhalten, wobei der Leiter (102) einen Stromweg zum Leiten von Strom zwischen der elektrochemischen Zelle und einem außerhalb der elektrochemischen Zelle befindlichen Kontakt sowie einen Wärmeflussweg zwischen der elektrochemischen Zelle und dem auf der ersten Wandkonstruktion angeordneten wärmeleitenden sowie elektrisch resistiven Material (124) bildet.
Einrichtung nach Anspruch 11, wobei der Leiter einen im wesentlichen C-förmigen, doppelt-C-förmigen, Z-förmigen, O-förmigen, S-förmigen, V-förmigen, L-förmigen bzw. ein- oder mehrfingerförmigen Querschnitt aufweist.
Einrichtung nach Anspruch 11, ferner mit einem Federelement (176, 177), das von dem Leiter (174) gehalten wird und mit diesem dahingehend zusammenwirkt, dass als Antwort auf relative Bewegungen zwischen der elektrochemischen Zelle und der ersten Wandkonstruktion der Kontakt zwischen dem Leiter und dem auf der ersten Wandkonstruktion befindlichen Material aufrechterhalten wird.
Einrichtung nach Anspruch 13, wobei das Federelement einen Anschlag (182) aufweist, der das Zusammendrücken des Leiters verhindert, wenn dieser einer Druckkraft ausgesetzt ist.
Einrichtung nach Anspruch 13, wobei das Federelement mit einem Vorsprung (178) versehen ist, der als Antwort auf relative Bewegungen zwischen dem Leiter und der ersten Wandkonstruktion die elektrische Isolation zwischen dem Leiter und einem Leiter einer benachbarten Zelle bewirkt.
Einrichtung nach Anspruch 11, wobei der Leiter eine Länge aufweist, die in etwa gleich der Länge der elektrochemischen Zelle ist.
Einrichtung nach Anspruch 11, wobei das wärmeleitende und elektrisch resistive Material als eloxierte Beschichtung auf der ersten Wandkonstruktion, Polymer-Bahnmaterial neben der ersten Wandkonstruktion, thermische Masse auf der ersten Wandkonstruktion oder neben der ersten Wandkonstruktion angeordnetes Bahnmaterial auf Mineralbasis vorgesehen ist.
Einrichtung nach Anspruch 11, wobei der Leiter im Bereich von ca. 1 bis 3 mm lageveränderlich ist, um als Antwort auf relative Bewegungen zwischen der elektrochemischen Zelle und der ersten Wandkonstruktion den Kontakt mit dem Material auf der ersten Wandkonstruktion aufrechtzuerhalten.
Verfahren zum Übertragen von Wärmeenergie und elektrischem Strom in eine elektrochemische Dünnschichtzelle (70, 90, 100, 120, 150) und aus dieser heraus, mit den Schritten: Leiten von Strom zwischen der elektrochemischem Zelle und einem außerhalb dieser Zelle angeordneten Kontakt (107, 108) über entweder den positiven oder den negativen Kontakt für die elektrochemische Zelle bildenden Leiter (73, 75, 102, 154); Leiten von Wärmeenergie zwischen der elektrochemischen Zelle und dem neben dem elastischen Leiter angeordneten wärmeleitenden sowie elektrisch resistiven Material (124) über den elastischen Leiter; und Aufrechterhalten des mechanischen Kontakts zwischen dem elastischen Leiter und dem wärmeleitenden sowie elektrisch resistiven Material als Antwort auf Änderungen des Trennungsabstands zwischen der elektrochemischen Zelle und dem wärmeleitenden sowie elektrisch resistiven Material.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei das Aufrechterhalten des mechanischen Kontakts zwischen dem elastischen Leiter und dem wärmeleitenden sowie elektrisch resistiven Material ein mechanisches Verformen des elastischen Leiters als Antwort auf Änderungen des Trennungsabstands zwischen der elektrochemischen Zelle und dem wärmeleitenden sowie elektrisch resistiven Material beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei das Aufrechterhalten des mechanischen Kontakts zwischen dem elastischen Leiter und dem wärmeleitenden sowie elektrisch resistiven Material als Antwort auf Änderungen des Trennungsabstands zwischen der elektrochemischen Zelle und dem wärmeleitenden sowie elektrisch resistiven Material das Verschieben eines Teils des elastischen Leiters in einem Bereich von 1 bis 3 mm beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei: die elektrochemische Zelle seitlich abgesetzte Anoden- und Kathodenstromsammelschichten (24, 30) aufweist und das Aufrechterhalten des mechanischen Kontakts zwischen dem elastischen Leiter und dem wärmeleitenden sowie elektrisch resistiven Material das Durchbiegen der seitlich abgesetzten Anoden- und Kathodenstromsammelschichten als Antwort auf Änderungen des Trennungsabstands zwischen der elektrochemischen Zelle und dem wärmeleitenden sowie elektrisch resistiven Material beinhaltet.
Einrichtung nach Anspruch 1, wobei: die Einrichtung mehrere elektrochemische Dünnschichtzellen aufweist und der Leiter aus einem Streifen (210) elektrisch leitenden Materials besteht, der sich über den Anoden- oder den Kathodenkontakt von wenigstens zwei der elektrochemischen Zellen erstreckt.
Einrichtung nach Anspruch 23, wobei das wärmeleitende und elektrisch resistive Material als eloxierte Beschichtung auf der Wandkonstruktion, wärmeleitendes Polymer-Bahnmaterial neben der Wand, thermische Masse auf der Wandkonstruktion oder neben der Wand angeordnetes Bahnmaterial auf Mineralbasis vorgesehen ist.
Einrichtung nach Anspruch 1, wobei der Leiter aus mehreren übereinanderliegend angeordneten Leitern besteht.