EP2417652A1 - Akkumulator mit verlängerter lebensdauer - Google Patents

Akkumulator mit verlängerter lebensdauer

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EP2417652A1
EP2417652A1 EP10712351A EP10712351A EP2417652A1 EP 2417652 A1 EP2417652 A1 EP 2417652A1 EP 10712351 A EP10712351 A EP 10712351A EP 10712351 A EP10712351 A EP 10712351A EP 2417652 A1 EP2417652 A1 EP 2417652A1
Authority
EP
European Patent Office
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cell
galvanic cell
heat conducting
heat
galvanic
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.)
Withdrawn
Application number
EP10712351A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Walter Lachenmeier
Andreas Gutsch
Tim Schaefer
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.)
Li Tec Battery GmbH
Original Assignee
Li Tec Battery GmbH
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 Li Tec Battery GmbH filed Critical Li Tec Battery GmbH
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Withdrawn legal-status Critical Current

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Definitions

  • the present invention relates to a rechargeable battery with extended life.
  • the invention will be described in relation to a lithium-ion battery for supplying a motor vehicle drive. It should be noted, however, that the invention can also be applied to batteries without lithium and / or also independent of motor vehicles.
  • Accumulator taken over short periods of high electrical currents. These high electric currents also occur when the deceleration of a motor vehicle is supported by electrical devices and the recovered energy is supplied to the accumulator.
  • the disadvantage here is that these short-term high currents cause the accumulator to age prematurely.
  • the present invention is therefore based on the object to increase the life of such operated accumulators. This is achieved according to the invention by the subject matters of the independent claims. Advantageous embodiments and further developments are the subject of the dependent claims.
  • An inventive device for storing electrical energy has at least one galvanic cell. This is at least partially surrounded by a cell envelope.
  • the device according to the invention is characterized in that it has at least one heat conducting device, which is operatively connected to this galvanic cell. This heat conducting device is suitable for supplying heat power to this galvanic cell and / or removing it from this galvanic cell.
  • the device according to the invention preferably has at least one cell holding device. This encloses with a wall at least partially an interior. This is suitable to receive these at least one galvanic cell.
  • the cell envelope with this wall is thermally at least partially operatively connected.
  • the device has at least one first measuring device. This is suitable to detect a temperature at a predetermined position of this galvanic cell.
  • the device has a control device. This is at least suitable to evaluate the signals of the existing first measuring devices and / or to control existing heat conducting devices. In this case, heat conducting means are arranged between this cell envelope of the wall of this cell holder device and / or a further existing cell envelope.
  • the device for storing electrical energy with at least one galvanic cell is a primary or secondary battery which provides electrical energy by conversion of chemical energy. If the device is designed as a secondary battery, it is also suitable to absorb electrical energy, convert it into chemical energy and store it as chemical energy.
  • the device has in addition to at least one galvanic cell various other devices for an orderly operation and supplies a motor vehicle drive.
  • This inventive device has at least one galvanic cell, but preferably has a plurality of cells in parallel and / or series connection for increasing the electrical voltage and / or the amount of charge contained. Also preferably, for example, four galvanic cells are connected in series to achieve a predetermined operating voltage as a group. Several such groups are preferably connected in parallel and store a larger amount of charge.
  • Such a galvanic cell is surrounded by a cell envelope.
  • This cell envelope protects the galvanic cell and its chemistry from damaging external influences, for example from the atmosphere.
  • This cell envelope is preferably formed by a gas-tight and electrically insulating solid or layer composite, for example a welded foil.
  • the cell envelope is thin-walled and thermally conductive.
  • This cell envelope preferably encloses the galvanic cell as closely as possible. It is not necessary that this galvanic cell is completely surrounded by the cell envelope.
  • the cell envelope can also surround only parts of this galvanic cell.
  • a heat conducting device has an increased thermal conductivity and is used to supply heat energy to an actively connected galvanic cell. This is particularly advantageous at low ambient temperatures. Furthermore, a heat conducting device preferably carries out heat energy from an actively connected galvanic cell. This is preferably done when a high electric current is supplied or removed from this galvanic cell. These high currents cause heating of the galvanic cell, but too high a temperature of a cell shortens its life. By means of an actively connected heat-conducting device, heat is preferably removed from the galvanic cell and the cell is spared. These high currents occur predominantly during - A -
  • the device has a cell holding device.
  • This has a geometrically adapted to the recorded galvanic cells interior and at least partially surrounding this interior wall.
  • This cell holding device preferably accommodates further devices in addition to the galvanic cells, for example measuring devices, control devices and others for the operation of the cell
  • the wall also allows for connection and attachment to the motor vehicle. Also for economic reasons, the wall is preferably made thin.
  • the wall preferably encloses the accommodated galvanic cells closely and thermally conductive, so that the cell envelopes of the galvanic
  • a heat conduction has an increased thermal conductivity, is formed as thin as possible layer.
  • Suitable are pastes which are applied, for example, with a brush or a roller, foils which are placed or glued on, or thin cut mats. These heat transfer these to avoid air pockets, the enlargement of heat transfer surfaces and thus the increase of transmitted heat outputs. Cooling or heating of the galvanic cells accommodated by the interior are improved by these heat-conducting means.
  • heat conducting means are applied to those surfaces which serve to transfer heat from one device to another. Particularly preferred are heat conducting between individual galvanic Cells and / or arranged between galvanic cells and, for example, the wall of the cell holder.
  • the device has at least first measuring devices, which determine the temperature at a predetermined location of a galvanic cell.
  • first measuring devices which determine the temperature at a predetermined location of a galvanic cell.
  • This measuring device is suitable for receiving the signals of the measuring devices at any time. For practical considerations and to reduce the amount of data, it is preferable to acquire only from time to time. That is also from the participating heat capacities and
  • a first measuring device sends signals to an also existing control device.
  • this control device triggers the detection of temperatures by a first measuring device as a function of the operating conditions.
  • the device has a control device.
  • This control device controls at least the existing first measuring devices and evaluates their signals. This happens on the basis of given calculation rules. These take account of different characteristics of the individual measuring means.
  • the control device is also suitable for controlling existing heat conducting devices. Depending on the operating state of a galvanic cell, one or more heat conducting devices are switched. The functions of this control device of the device according to the invention can also be taken over by another controller or battery management system.
  • a device is operated such that its control device first detects the temperature at a predetermined location of a galvanic cell. Depending on this temperature, this control device switches on or off a heat conducting device. Preferably, the controller turns on or off conveyors for fluids. So Prevents premature aging of a device for storing electrical energy and extends their life.
  • this control device is connected to a memory device.
  • This is used to store recorded data, evaluated measured values and / or calculation rules. Together with a measured value or an evaluated measured value, another value is stored, which represents the time of the measurement.
  • targets or target values for a measured parameter such as the temperature of a cell, are stored in this memory device.
  • the device has a control device, an associated memory device and at least one first measuring device.
  • This control device is suitable for forming a difference between a measured value or signal of this first measuring device and a predetermined value. Depending on this temperature difference, this control device switches on or off a heat conducting device.
  • the controller turns on or off conveyors for fluids.
  • the device according to the invention is also equipped with at least one second measuring device. This is suitable for charging or
  • the device has a control device, an associated memory device, at least one first measuring device and at least one second measuring device.
  • This control device is suitable for forming a difference between a measured value or signal of this first measuring device and a predetermined value.
  • this control device is suitable for linking the measured values of a first measuring device with a signal of a second measuring device using a stored calculation rule.
  • the control device preferably estimates the future temporal development of the cell temperature using stored calculation instructions.
  • the control device preferably switches on or off heat-conducting devices and / or conveying devices for a fluid. For example, in the case of a high discharge current during an acceleration phase of the motor vehicle, the control device switches on a conveying device for a fluid and / or a heat conducting device even before a noticeable rise in a cell temperature.
  • One or more galvanic cells preferably have a prismatic base surface, particularly preferably a rectangular base surface. Such rectangular galvanic cells can be brought into thermal contact with each other particularly well and receive from the interior.
  • a galvanic cell preferably has a substantially plate-shaped current conductor as a heat conducting device. This current conductor conducts the electric current out of or into this galvanic cell.
  • This current collector is preferably metallic and has a high thermal conductivity. This high thermal conductivity has the effect that only slight temperature gradients occur within a current conductor and high heat flows are conducted into or out of the galvanic cell.
  • a first region of the current collector is arranged within a galvanic cell.
  • a second region of the current collector extends from this galvanic ZeIIe.
  • this second region is at least as wide as the first region of the current conductor within the galvanic cell.
  • the current collector is preferably plate-shaped and is described by plate thickness, width and height / length. The height is measured along an edge of the plate-shaped current collector which extends beyond the first region and second region out of the galvanic cell.
  • the second region of a current collector is cooled or heated by conduction to a heat sink or convection.
  • This heat sink is thermally connected to the current conductor preferably using a heat conduction.
  • This heat sink or this current collector are preferably at least partially flowed around by a first fluid.
  • the galvanic cell is supplied with heat or taken from it.
  • the heat sink comprises copper, more preferably copper and aluminum.
  • a copper-containing region of the heat sink is particularly preferably in thermal contact with the current conductor, while an aluminum-containing region of this heat sink is flown by this first fluid.
  • a plastic or synthetic resin can be added to increase the thermal or electrical conductivity, for example, metallic particles.
  • a heat conducting means is preferably electrically insulating.
  • An electrically insulating and at the same time heat-conducting heat conduction of predetermined shape a so-called "heat pad", for example, mica, various types of ceramic (for example, Al 2 O 3 , BeO), silicone rubber, diamond, carbon nanotubes, polyimide or other plastic.
  • Various adhesives are also suitable as thermal conduction agents after the addition of metallic particles, in which case a heat-conducting adhesive additionally bonds the adjacent components cohesively.
  • a galvanic cell preferably has active heat conducting devices.
  • this second fluid flows through this fluid channel or is held in this fluid channel, provided that this fluid channel is a closed space.
  • this second fluid is first supplied to this first fluid channel at a predetermined temperature and discharged again after the heat has been released or absorbed.
  • Fluid channel has a third region within the cell or in thermal contact with this cell.
  • the fluid channel preferably also has a fourth region outside the cell. This fourth region is preferably at least partially surrounded by a third fluid and / or heat-conductively connected to a heat sink. This third fluid preferably also flows to this heat sink.
  • the device has a container. This is for example connected to the cell recording.
  • This container has at least one closing device and is filled with a third substance.
  • This locking device is suitable to be opened by this control device. Subsequently, this third substance exits from this container.
  • This third substance preferably exits in the direction of at least one galvanic cell, for example through a designated channel.
  • the control device closes this closing device. The substance passes through a phase change at the latest after hitting this galvanic cell, is absorbed or discharged at the heat energy.
  • the container is preferably connected to a plurality of channels which are directed to different galvanic cells.
  • a locking device is additionally equipped with a temperature-sensitive switch, for example with a bimetallic switch.
  • a temperature-sensitive switch for example with a bimetallic switch.
  • the wall of this cell holder device has at least one curable first substance as well as highly heat-conductive embedded particles.
  • this wall is thin-walled to reduce the thermal resistance and formed close fitting to the galvanic cells.
  • the accommodated galvanic cells are at least partially surrounded by this wall, so that a good heat transfer of the recorded galvanic cells is given to the wall.
  • this wall has at least one second fluid channel.
  • This second fluid channel is flowed through by a fourth fluid, which is supplied at a predetermined temperature. After leaving this second fluid channel, this fourth fluid is treated, for example, by a vehicle-side or an independent cooling or heating device.
  • this wall has a prepared connection surface for thermal contact with an evaporator or cooler. This exchanges heat energy, for example, with the ambient air or with the air conditioning of the motor vehicle.
  • the wall at least partially on a second substance.
  • This second substance is suitable to undergo phase changes during the operation of the accumulator and / or at a predetermined temperature.
  • This second substance is contained, for example, in a predetermined space in or on the wall of the cell holder.
  • This wall has, for example, at least partially or predominantly this second substance.
  • a phase change of this second substance takes place at a substance-specific temperature and thus also influences the temperature of a galvanic cell.
  • Such a configuration of the wall of the cell-holding device advantageously enables the release or absorption of heat energy even when the control or heat-conducting device and / or conveying device for a fluid that is not ready for operation or failed.
  • Nickel-metal hydride accumulators or lithium-ion accumulators too.
  • An inventive design of such accumulators increases their life by preventive measures for temperature control, i. to the planned temporal temperature course of the individual galvanic cells.
  • the cell holder device for a device according to the invention is produced using a mold and at least one curable first substance.
  • the male galvanic cells are positioned in this form arranged to each other. Any gaps between these galvanic cells are filled with heat conduction, preferably bathleitfolien. Subsequently, these cells are pressed against each other to achieve a good thermal connection between these galvanic cells. Next, provided cavities within this mold are filled with this curable first substance. Subsequently, this curable first substance is given opportunity to cure.
  • an electrolyte is to be understood as meaning a substance which is at least partially ionized and which is intended to conduct electrical current when a voltage is applied under the influence of the electric field produced, the electrical conductivity or the Carrier transport is effected by the directed movement of the ions in the electric field.
  • an electrode stack is to be understood as meaning a device which, as an assembly of a galvanic cell, also comprises
  • the electrode stack has a plurality of plate-shaped elements, at least two electrodes, anode and cathode, and a separator which at least partially receives the electrolyte.
  • a separator which at least partially receives the electrolyte.
  • at least one anode, a separator and a cathode are stacked or stacked, wherein the separator is at least partially disposed between the anode and the cathode.
  • This sequence of anode, separator and cathode can be repeated as often as desired within the electrode stack.
  • the plate-shaped elements are wound into an electrode winding.
  • electrode stack is also used for electrode windings: Before the electrical energy is emitted, stored chemical energy is converted into electrical energy. During charging, the electrical energy supplied to the electrode stack or galvanic cell is converted into chemical energy and stored a plurality of electrode pairs and separators, particularly preferably some of the electrodes are electrically connected to one another.
  • a contact means an arrangement of at least one first body and at least one second body, which is configured such that a transfer of thermal energy from the at least first body to the at least second body and / or opposite possible is.
  • the device according to the invention has at least one
  • this contact is configured in such a way that the at least one galvanic cell and / or in particular the electrode stack of the at least one galvanic cell can be directly supplied with heat energy and / or dissipated therefrom.
  • the at least one heat conducting device has at least one fluid channel, which is provided in particular to be flowed through by a fluid.
  • this fluid channel is provided to extend at least over a partial area in the transverse and / or longitudinal extension direction of the at least one heat conducting device.
  • higher heat outputs are transported within the at least one heat conducting device than in the case of a heat conducting device with identical geometry without a fluid channel.
  • the fluid is intended to pass through at least one phase transition, wherein the temperature of the at least one phase transition of this fluid is adapted to the operating temperature of the at least one galvanic cell.
  • a fluid which undergoes, at least partially, in the operating temperature range of the at least one galvanic cell, a phase transition from a liquid to a gaseous state of matter.
  • the heat energy required for the phase transition of the fluid into a gaseous state of aggregation is withdrawn from the at least one galvanic cell in contact and / or in particular the electrode stack in contact with the at least one galvanic cell, wherein the at least one galvanic cell and / or the electrode stack the at least one galvanic cell are cooled.
  • the at least one heat conducting device has at least a first region and a second region, this second region being arranged outside the cell envelope.
  • the fluid is evaporated in the at least one first region, wherein the heat energy required for the evaporation of this fluid is withdrawn, in particular of the at least one galvanic cell and / or the electrode stack of the at least one galvanic cell and the vaporized fluid transports the received heat energy from the at least one first region within the at least one galvanic cell into the at least one second region outside the at least one galvanic cell.
  • the gaseous fluid condenses releasing at least a portion of the absorbed thermal energy in the at least one second region.
  • this prevents overheating of the at least one galvanic cell and / or the electrode stack of the at least one galvanic cell during operation.
  • the fluid is also evaporated in the at least one second region, wherein the thermal energy required for the evaporation of this fluid is withdrawn, in particular the environment of this at least one second region and wherein the evaporated fluid absorbs the absorbed heat energy the at least one second region outside the at least one galvanic cell is transported into the at least one first region within the at least one galvanic cell.
  • the gaseous fluid condenses, releasing at least a portion of the absorbed heat energy in the at least one first region.
  • the at least one galvanic cell and / or the electrode stack of the at least one galvanic cell are heated up to a temperature which is preferred for the operation of the at least one galvanic cell.
  • the electrode stack of the at least one galvanic cell has at least one current conductor, wherein the at least one Heat conducting device is provided for contact with the at least one current conductor.
  • the at least one Heat conducting device also removes thermal energy from the at least one current conductor and thereby also reduces the thermal load of this at least one current conductor.
  • the at least one first region of the heat conduction device is provided for heat exchange with the at least one galvanic cell and / or with the electrode stack of the at least one galvanic cell, and further preferably the at least one second region of the heat conduction device is provided by at least one second fluid. to be flown through.
  • the at least one galvanic cell is heated or cooled depending on the prevailing temperatures in the vicinity of the at least one first and at least one second region of the heat conducting device, the at least one galvanic cell and / or the electrode stack of the at least one galvanic cell.
  • a heat exchange device is to be understood as a device which is intended to transfer thermal energy from at least one first fluid stream to at least one second fluid stream. Preference is given to an indirect heat energy transfer of the heat exchange device, which is characterized in that the fluid streams are spatially separated from each other by at least one heat-conducting solid.
  • the at least one second region of the heat conducting device is provided at least in regions for contact with at least one heat exchange device.
  • the at least one heat conducting device is formed integrally with the at least one current conductor, wherein the at least one heat conducting device extends at least partially over the at least one current conductor.
  • the at least one fluid channel is closed. More preferably, the at least one sealed fluid channel is configured as a heat pipe.
  • a heat pipe means a device which is also provided for heat conduction, wherein the heat energy to be transported by means of the heat pipe can be transferred very efficiently from at least one first location to at least one second location.
  • the heat pipe can conduct up to 3 orders of magnitude higher heat flow, as a component of the same geometric dimensions of solid copper.
  • the heat pipe uses the physical effect that preferably larger heat outputs are converted during evaporation and condensation of a liquid, as in heat conduction in a solid.
  • the working medium evaporates at least at a first location of the heat pipe, wherein the temperature is at this at least first location above the corresponding phase transition temperature of the working fluid of the heat pipe.
  • the vaporous working medium condenses at this at least second location of the heat pipe, wherein the temperature at this at least second location is below the corresponding phase transition temperature of the working medium.
  • the flow direction of the vaporous working medium essentially corresponds to the direction of the temperature gradient within the heat pipe.
  • a heat pipe has an evaporation zone, a preferably adiabatic transport zone, a condensation zone and a gas storage, which are preferably continuously connected to each other and preferably formed in one piece.
  • the condensate flows from the condensation zone in the evaporation zone due to its weight.
  • the heat pipe has, at least in regions, a capillary section which is formed in at least one interior of the evaporation zone, in which the working medium moves and which is also intended to convey the condensate in a direction different from its weight.
  • a capillary section which is formed in at least one interior of the evaporation zone, in which the working medium moves and which is also intended to convey the condensate in a direction different from its weight.
  • there is a negative pressure within the heat pipe so that the working fluid evaporates already at low temperatures.
  • the heat pipe works with water as the working medium, with a corresponding design at an internal pressure of 1 Pa, even at temperatures around 3 0 C, a heat conduction is possible.
  • the electrolyte temperature must not exceed the maximum permissible temperature during the operation of galvanic cells, which is particularly important in the charging of the galvanic cell, because during charging at an electrolyte temperature above the maximum permissible values in the current conductors of the galvanic cell irreversible processes which impairs the operational reliability of the galvanic cell and consequently its service life.
  • Indirect cooling or heating of the electrolyte via the wall elements of the galvanic cell using the arranged outside of this galvanic cell thermal conduction is especially in a backup failure of the location of these heat conduction and uneven lubrication of the contacting surfaces with heat transfer, the heat transfer coefficient smaller, thereby reducing the effectiveness the heat conducting device is reduced outside this galvanic cell.
  • At least one current conductor of the at least one galvanic cell is configured at least in sections as a heat pipe, wherein this section is provided to cool or to cool the electrolyte heat.
  • at least one first region of the section of the current conductor designed as a heat pipe is arranged inside the at least one galvanic cell, wherein this at least one first region preferably also interacts with the electrolyte of the at least one galvanic cell.
  • at least one second region of the section of the current conductor configured as a heat pipe is arranged outside the at least one galvanic cell, wherein this at least one second region is also provided to be at least partially flowed and / or flowed through by a second fluid. Further preferably, this at least one second region is also provided, preferably to be heated by a resistance heater.
  • the at least one heat conducting device is assigned at least one conveying device.
  • the at least one delivery device is provided to convey the at least second fluid, wherein this fluid flow preferably at least partially flows against or flows through the at least one second region of the heat conduction device.
  • the conveyor is associated with at least one heat exchange device, which is provided to regulate the at least second fluid to a preferably preset temperature.
  • the at least one galvanic cell is associated with at least one measuring device which detects the temperature at a predetermined location of the at least one galvanic cell.
  • a plurality of measuring means for detecting temperatures at different positions of the at least one galvanic cell are preferably also connected to a measuring device.
  • This measuring device is suitable for receiving the signals of the measuring devices at any time.
  • the detection is preferably carried out at a low frequency, the frequency is preferably between 1 Hz and 100 Hz. This is also dependent on the participating heat capacities and heat transfer coefficients.
  • the at least one galvanic cell is assigned at least one control device, which is also intended to control the at least one measuring device and to evaluate their signals.
  • the control device is also suitable for controlling existing conveying devices. Depending on the operating state of the at least one galvanic cell, one or more conveying devices are switched. The functions of this control device can also be taken over by another controller or a battery management system.
  • a separator is preferably used, which consists of a material-permeable carrier, preferably partially permeable to material, ie substantially permeable with respect to at least one material and substantially impermeable with respect to at least one other material.
  • the carrier is coated on at least one side with an inorganic material.
  • an organic material is preferably used, which is preferably configured as a non-woven fabric.
  • the organic material preferably a polymer, and more preferably polyethylene terephthalate (PET), is coated with an inorganic ion conducting material which is preferably ion conducting in a temperature range of -40 ° C to 200 ° C.
  • the inorganic, ion-conducting material preferably comprises at least one compound from the group of oxides, phosphates, sulfates, titanates, silicates, aluminosolizates with at least one of the elements Zr, Al, Li, particularly preferably zirconium oxide.
  • the inorganic, ion-conducting material preferably has particles with a largest diameter below 100 nm.
  • Each galvanic cell of the device according to the invention preferably has at least one separator.
  • a separator is marketed, for example, under the trade name "Separion” by Evonik AG in Germany.
  • the at least one galvanic cell of the device according to the invention is substantially cuboidal or prismatic. Such substantially parallelepipedic galvanic cells can be brought into contact with each other particularly well and receive from an interior space.
  • At least one first longitudinal extent 11 of the at least one galvanic cell (1) is preferably in the range of 15 cm ⁇ 11 ⁇ 50 cm, more preferably in the range of 20 cm ⁇ 11 ⁇ 30 cm, even more preferably in the range of 24 cm ⁇ 11 ⁇ 27 cm
  • At least one second longitudinal extent 12 of the at least one galvanic cell (1) is preferably in the range of 10 cm ⁇ 12 ⁇ 40 cm, more preferably in the range of 15 cm ⁇ 12 ⁇ 25 cm, particularly preferably in the range of 20 cm ⁇ 12 ⁇ 21 cm.
  • At least one third longitudinal extent 13 of the at least one galvanic cell (1) is preferably in the range of 0.5 cm ⁇ 13 ⁇ 5 cm, more preferably in the range of 1 cm ⁇ 13 ⁇ 2 cm, even more preferably in the range of 1, 1 cm ⁇ 13 ⁇ 1, 2 cm.
  • FIG. 3 shows a cross section through a galvanic cell according to the invention.
  • Fig. 1 shows an inventive device for storing electrical energy in a preferred embodiment. The representation is not to scale.
  • the accumulator shown has two groups of 4 galvanic cells. The two groups are connected in parallel to increase the amount of charge. Within a group, four galvanic cells 1 are connected in series. The electrical connection is not shown. Also not shown are the individual cell envelopes, which are designed as gas-tight and welded foils.
  • a heat conducting device 8 is assigned to each galvanic cell 1.
  • the heat conducting device 8 in a so-called
  • Micro channel cooler 8 The channels of the micro channel cooler 8 are flowed through by a temperature-controlled second fluid, wherein the geometry of the channel, the material properties of the second fluid and its flow rate are selected so that the flow has the highest possible Reynolds number or Nusselt number.
  • the supply line 5 and the line 6 are provided.
  • this galvanic cell 1 is supplied with heat by means of the microchannel cooler 8 or else dissipated.
  • the microchannel cooler is replaced by a so-called "heat pipe.” This involves further changes in the design without this embodiment having the features of the claims.
  • the galvanic cells 1 are received by a cell holder 2.
  • Their wall 9 is thin-walled made of a thermosetting plastic and encloses the galvanic cells while avoiding trapped air.
  • the interior of the cell holder 2 has two nests, which are separated by a wall and each accommodate 4 galvanic cells.
  • the cell envelopes, not shown, are enclosed by the wall 9 such that the transmission of high heat flows between a galvanic cell 1 and the wall 9 is possible.
  • channels 3 are formed for a fourth fluid. These are introduced into the wall 9 during the production of the cell holder 2. These channels 3 are flowed through by a fourth fluid, which can supply or remove heat.
  • the devices for conveying these fluids is switched on or off by the control device 11, not shown.
  • thermocouple 7 whose contacts are connected to the control device 11, not shown.
  • each of these galvanic cells 1 has its own thermocouple 7.
  • the thermocouples 7 are each queried with a frequency of 100 Hz.
  • the device further comprises second measuring devices 10. Shown is an ammeter 10, which measures the strength of the electric current, which is supplied to a galvanic cell 1 or this is removed.
  • a heat conducting film 4 is arranged in each case.
  • This heat-conducting film 4 serves to improve the thermal contact between the individual galvanic cells, also by increasing the actual contact surfaces. Furthermore, this heat-conducting film 4 additionally exerts elastic restoring forces on the galvanic cells in order to avoid their unwanted movements.
  • FIG. 1 does not show the adjacent or interacting means for supplying the device. These are, for example, the coolant circuits which supply the microchannel coolers 8 and the channels 3. Also not shown are various attachments of the cell holder 2, which are required for proper operation of the battery.
  • FIG. 2 shows an inventive arrangement of control and measuring devices for temperature control of the accumulator.
  • a control device 11 which is associated with a memory device 12.
  • Arithmetic instructions, recorded and evaluated measured values and temperature specifications or target values are stored in this memory device 12.
  • this memory device 12 contains specifications for the temperature control of the accumulator. With these specifications for temperature control, the control device 11 is capable of switching on or off existing facilities in a forward-looking manner.
  • Control device 11 is connected to a first measuring device 7 for detecting temperatures of connected galvanic cells. With this first measuring device 7, a switch 13 is connected to which the various thermocouples are connected. Furthermore, a second measuring device 10 for detecting electrical currents is connected to the control device 11. With this second measuring device 10, a switch 14 is connected to which the various ammeters are connected. Furthermore, a number of fluid delivery devices and control lines to various switches are connected to the controller 11.
  • the control device 11 is able to carry out the temperature control of the operated accumulator in a forward-looking manner.
  • the functions of the control device 11 can also be taken over by another existing controller or by a higher-level battery management system.
  • Fig. 3 shows a cross section through a galvanic cell (1) of the device according to the invention, said galvanic cell (1) is partially surrounded by a cell envelope (21). The representation is not to scale.
  • the interior space (15) enclosed by this cell envelope (21) accommodates two electrodes (17a, 17b), a separator (16) and the electrolyte (not shown). Furthermore, the current conductors or the heat conducting devices in the interior (15) are partially included.
  • the current collector and a respective heat conducting device are integrally formed as components (30 a, 30 b).
  • the heat conducting device is designed therein as a heat pipe.
  • the respective first regions of the heat conducting devices (18 a, 18 b) are each formed with a first portion of the current collector as a functional block for heat conduction and current dissipation, these areas are partially surrounded by the cell envelope (21).
  • the first regions of the heat conduction devices designed as heat pipes also each have an evaporation zone (18 a, 18 b).
  • the components (30 a, 30 b) each have a substantially full metallic region (19 a, 19 b) outside the cell casing, wherein these regions have no fluid channel and wherein these regions (19 a, 19 b) are preferably for electrical contacting of the serve galvanic cell (1).
  • the second regions of the heat conduction devices configured as heat pipes each have a condensation region (20 a, 20 b) outside the galvanic cell. This arrangement of condensation and evaporation, is provided to cool the galvanic cell (1) and in particular the electrodes (17 a, 17 b).
  • the evaporation region (18 a, 18 b) and the condensation region (20 a, 20 b) of a component (30 a, 30 b) may also be reversed.
  • the condensation regions (20 a, 20 b) are then arranged inside the cell envelope and the evaporation regions (18 a, 18 b) outside the cell envelope, with this arrangement the galvanic cell (1) and in particular the electrodes (17 a, 17 b). be heated if necessary.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Akkumulator mit verlängerter Lebensdauer. Die Erfindung wird in bezug auf einen Lithium-Ionen-Akkumulator zur Versorgung eines Kraftfahrzeugantriebs beschrieben. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die Erfindung auch bei Batterien ohne Lithium und/oder auch unabhängig von Kraftfahrzeugen Anwendung finden kann.

Description

Akkumulator mit verlängerter Lebensdauer
B e s c h r e i b u n g
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Akkumulator mit verlängerter Lebensdauer. Die Erfindung wird in bezug auf einen Lithium-Ionen-Akkumulator zur Versorgung eines Kraftfahrzeugantriebs beschrieben. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die Erfindung auch bei Batterien ohne Lithium und/oder auch unabhängig von Kraftfahrzeugen Anwendung finden kann.
Aus dem Stand der Technik sind Akkumulatoren mit galvanischen Zellen zur Speicherung elektrischer Energie bekannt. Dabei wird die einem Akkumulator zugeführte elektrische Energie in chemische Energie gewandelt und gespeichert. Diese Wandlung ist verlustbehaftet. Während dieser Wandlung treten ferner unumkehrbare chemische Reaktionen auf, welche eine Alterung des Akkumulators bewirken. Mit steigender Temperatur innerhalb einer galvanischen Zelle eines Akkumulators sind neben schnellerer Wandlung der Energie aber auch die Alterung beschleunigt. Insbesondere während der Beschleunigung eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs werden dem
Akkumulator über kurze Zeiträume hohe elektrische Ströme entnommen. Diese hohen elektrischen Ströme treten auch auf, wenn die Verzögerung eines KFZ von elektrischen Einrichtungen unterstützt und die gewonnene Energie dem Akkumulator zugeführt wird.
Dabei ist nachteilig, dass diese kurzzeitigen hohen Ströme den Akkumulator vorzeitig altern lassen. Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Lebensdauer derart betriebener Akkumulatoren zu erhöhen. Dies wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche erreicht. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Speicherung elektrischer Energie weist wenigstens eine galvanische Zelle auf. Diese ist wenigstens teilweise von einer Zellhülle umgeben. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass diese wenigstens eine Wärmeleiteinrichtung aufweist, welche mit dieser galvanischen Zelle wirkverbunden ist. Diese Wärmeleiteinrichtung ist geeignet, dieser galvanischen Zelle Wärmeleistung zuzuführen und/oder aus dieser galvanischen Zelle abzuführen.
Vorzugsweise weist die erfindungsgemäße Vorrichtung wenigstens eine Zellhalteeinrichtung auf. Diese umschließt mit einer Wandung wenigstens teilweise einen Innenraum. Dieser ist geeignet, diese wenigstens eine galvanische Zelle aufzunehmen. Dabei ist die Zellhülle mit dieser Wandung thermisch wenigstens teilweise wirkverbunden. Weiter weist die Vorrichtung wenigstens eine erste Messeinrichtung auf. Diese ist geeignet, eine Temperatur an einer vorgegebenen Position dieser galvanischen Zelle zu erfassen. Weiter weist die Vorrichtung eine Steuereinrichtung auf. Diese ist wenigstens geeignet, die Signale der vorhandenen ersten Messeinrichtungen auszuwerten und/oder vorhandene Wärmeleiteinrichtungen zu steuern. Dabei sind zwischen dieser Zellhülle der Wandung dieser Zellhaltereinrichtung und/oder einer weiteren vorhandenen Zellhülle Wärmeleitmittel angeordnet.
Bei der Vorrichtung zur Speicherung elektrischer Energie mit wenigstens einer galvanischen Zelle handelt es sich um eine Primär- oder Sekundärbatterie, welche elektrische Energie durch Umwandlung aus chemischer Energie zur Verfügung stellt. Sofern die Vorrichtung als Sekundärbatterie ausgebildet ist, ist sie auch geeignet, elektrische Energie aufnehmen, in chemische Energie umwandeln und als chemische Energie abspeichern. Die Vorrichtung weist neben wenigstens einer galvanischen Zelle verschiedene weitere Einrichtungen für einen geordneten Betrieb auf und versorgt einen Kraftfahrzeugantrieb.
Diese erfindungsgemäße Vorrichtung weist wenigstens eine galvanische Zelle auf, weist aber vorzugsweise zur Erhöhung der elektrischen Spannung und/oder der enthaltenen Ladungsmenge eine Vielzahl von Zellen in Parallel- und/oder Reihenschaltung auf. Auch sind vorzugsweise beispielsweise je vier galvanische Zellen zur Erzielung einer vorgegebenen Betriebsspannung als Gruppe in Reihe geschaltet. Mehrere solcher Gruppen sind vorzugsweise parallel geschaltet und speichern eine größere Ladungsmenge.
Eine solche galvanische Zelle ist von einer Zellhülle umgeben. Diese Zellhülle schützt die galvanische Zelle und deren Chemie vor schädigenden äußeren Einflüssen, beispielsweise aus der Atmosphäre. Diese Zellhülle ist vorzugsweise durch gasdichter und elektrisch isolierender Feststoff oder Schichtverbund gebildet, beispielsweise eine verschweißte Folie. Vorzugsweise ist die Zellhülle dünnwandig und wärmeleitend ausgebildet. Diese Zellhülle umschließt die galvanische Zelle vorzugsweise möglichst eng. Es ist nicht erforderlich, dass diese galvanische Zelle gänzlich von der Zellhülle umgeben ist. Die Zellhülle kann auch nur Teile dieser galvanischen Zelle umgeben.
Eine Wärmeleiteinrichtung weist eine erhöhte Wärmeleitfähigkeit auf und wird verwendet, um einer wirkverbundenen galvanischen Zelle Wärmenergie zuführen. Das ist insbesondere bei geringen Umgebungstemperaturen von Vorteil. Ferner führt eine Wärmeleiteinrichtung vorzugsweise Wärmenergie aus einer wirkverbundenen galvanischen Zelle ab. Das erfolgt vorzugsweise, wenn dieser galvanischen Zelle ein hoher elektrischer Strom zugeführt oder entnommen wird. Diese hohen Ströme bewirken eine Erwärmung der galvanischen Zelle, wobei eine zu hohe Temperatur einer Zelle aber deren Lebensdauer verkürzt. Mittels einer wirkverbundenen Wärmeleiteinrichtung wird der galvanischen Zelle vorzugsweise Wärme entnommen und die Zelle geschont. Diese hohen Ströme treten überwiegend während - A -
Beschleunigungsphasen des Kfz bzw. während Verzögerungsphasen desselben auf, wenn die Verzögerung beispielsweise durch einen generatorisch wirkenden Elektromotor erfolgt. Unter wirkverbunden ist zu verstehen, dass die galvanische Zelle mit dieser Wärmeleiteinrichtung wenigstens in thermischen Kontakt steht.
Die Vorrichtung weist eine Zellhalteeinrichtung auf. Diese weist einen geometrisch an die aufgenommenen galvanischen Zellen angepassten Innenraum und eine diesen Innenraum wenigstens teilweise umgebende Wandung auf. Diese Zellhalteeinrichtung nimmt vorzugsweise zusätzlich zu den galvanischen Zellen weitere Einrichtungen auf, beispielsweise Messeinrichtungen, Steuereinrichtungen sowie andere zum Betrieb des
Akkumulators erforderliche Einrichtungen oder Bauteile. Die Wandung gestattet auch eine Verbindung und Befestigung mit dem Kraftfahrzeug. Auch aus wirtschaftlichen Erwägungen ist die Wandung vorzugsweise dünn ausgebildet. Die Wandung umschließt die aufgenommenen galvanischen Zellen vorzugsweise eng und wärmeleitend, so dass die Zellhüllen der galvanischen
Zellen mit dieser Wandung große Wärmeleistungen austauschen. Vorzugsweise geben diese galvanischen Zellen Wärme an die Wandung ab oder nehmen Wärme von ihr auf.
Vorzugsweise weist ein Wärmeleitmittel eine erhöhte Wärmeleitfähigkeit auf, ist als möglichst dünne Schicht ausgebildet. Geeignet sind Pasten, welche beispielsweise mit einem Pinsel oder einer Rolle aufgetragen werden, Folien, welche aufgelegt oder aufgeklebt werden, oder dünne zugeschnittene Matten. Diese Wärmeleitmittel diesen der Vermeidung von Lufteinschlüssen, der Vergrößerung wärmeübertragender Flächen und somit der Erhöhung übertragener Wärmeleistungen. Kühlung oder Erwärmung der vom Innenraum aufgenommen galvanischen Zellen werden durch diese Wärmeleitmittel verbessert. Vorteilhaft werden Wärmeleitmittel auf solche Flächen aufgebracht, die der Wärmeübertragung von einer Einrichtung auf eine andere dienen. Besonders bevorzugt sind Wärmeleitmittel zwischen einzelnen galvanischen Zellen und/oder zwischen galvanischen Zellen und beispielsweise der Wandung der Zellhalteeinrichtung angeordnet.
Die Vorrichtung weist wenigstens erste Messeinrichtungen auf, welche die Temperatur an einer vorgegebenen Stelle einer galvanischen Zelle feststellen. Dabei sind vorzugsweise auch mehrere Messmittel zur Erfassung von
Temperaturen an verschiedenen Positionen einer galvanischen Zelle mit einer Messeinrichtung verbunden. Diese Messeinrichtung ist geeignet, jederzeit die Signale der Messmittel aufzunehmen. Aus praktischen Erwägungen und zur Verringerung der Datenmenge erfolgt die Erfassung vorzugsweise nur von Zeit zur Zeit. Das ist auch von den beteiligten Wärmekapazitäten und
Wärmeübertragungskoeffizienten abhängig. Eine erste Messeinrichtung gibt Signale an eine ebenfalls vorhandene Steuereinrichtung weiter. Vorzugsweise löst diese Steuereinrichtung die Erfassung von Temperaturen durch eine erste Messeinrichtung in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen aus.
Die Vorrichtung weist eine Steuereinrichtung auf. Diese Steuereinrichtung steuert wenigstens die vorhandenen ersten Messeinrichtungen und wertet deren Signale aus. Das geschieht auf Grundlage vorgegebener Rechenvorschriften. Diese tragen unterschiedlichen Kennlinien der einzelnen Messmittel Rechnung. Auch ist die Steuereinrichtung zur Steuerung vorhandener Wärmeleiteinrichtungen geeignet. Dabei werden, je nach Betriebszustand einer galvanischen Zelle, einzelne oder mehrere Wärmeleiteinrichtungen geschaltet. Die Funktionen dieser Steuereinrichtung der erfindungsgemäßen Vorrichtung können auch von einer anderen Steuerung oder Batteriemanagementsystem übernommen werden.
Vorteilhaft wird eine erfindungsgemäße Vorrichtung so betrieben, dass deren Steuereinrichtung zunächst die Temperatur an einem vorgegebenen Ort einer galvanischen Zelle erfassen. Abhängig von dieser Temperatur schaltet diese Steuereinrichtung eine Wärmeleiteinrichtung ein oder aus. Vorzugsweise schaltet die Steuereinrichtung Fördereinrichtungen für Fluide ein oder aus. So wird einer vorzeitigen Alterung einer Vorrichtung zur Speicherung elektrischer Energie abgeholfen und deren Lebensdauer verlängert.
Vorteilhaft ist diese Steuereinrichtung mit einer Speichereinrichtung verbunden. Diese dient zum Abspeichern von erfassten Daten, ausgewerteten Messwerten und/oder Rechen Vorschriften. Gemeinsam mit einem Messwert oder einem ausgewerteten Messwert wird ein weiterer Wert abgespeichert, welcher vertretend für den Zeitpunkt der Messung ist. Vorzugsweise sind Vorgaben bzw. Zielwerte zu einem gemessenen Parameter, wie beispielsweise der Temperatur einer Zelle, in dieser Speichereinrichtung abgespeichert.
Besonders vorteilhaft weist die Vorrichtung eine Steuereinrichtung, eine zugeordnete Speichereinrichtung und wenigstens eine erste Messeinrichtung auf. Diese Steuereinrichtung ist geeignet, eine Differenz aus einem Messwert bzw. Signal dieser ersten Messeinrichtung und einem vorgegebenen Wert zu bilden. Abhängig von dieser Temperaturdifferenz schaltet diese Steuereinrichtung eine Wärmeleiteinrichtung ein oder aus. Vorzugsweise schaltet die Steuereinrichtung Fördereinrichtungen für Fluide ein oder aus. So wird einer vorzeitigen Alterung einer Vorrichtung zur Speicherung elektrischer Energie abgeholfen und deren Lebensdauer verlängert.
Vorteilhaft ist die erfindungsgemäße Vorrichtung auch mit wenigstens einer zweiten Messeinrichtung ausgestattet. Diese ist geeignet, den Lade- oder
Entladestrom in oder aus einer zugeordneten galvanischen Zelle zu erfassen und dieser Steuereinrichtung zu übermitteln. Dabei entspricht die Anzahl beider Messeinrichtungen der Anzahl galvanischer Zellen, ist vorzugsweise aber auch geringer. Die Erfassung der Stromstärke erfolgt ständig, vorzugsweise aber nach Vorgabe dieser Steuereinrichtung in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen. Besonders vorteilhaft weist die Vorrichtung eine Steuereinrichtung, eine zugeordnete Speichereinrichtung, wenigstens eine erste Messeinrichtung und wenigstens eine zweite Messeinrichtung auf. Diese Steuereinrichtung ist geeignet, eine Differenz aus einem Messwert bzw. Signal dieser ersten Messeinrichtung und einem vorgegebenen Wert zu bilden. Weiter ist diese Steuereinrichtung geeignet, die Messwerte einer ersten Messeinrichtung mit einem Signal einer zweiten Messeinrichtung unter Verwendung einer abgespeicherten Rechenvorschrift zu verknüpfen. Bei geeigneter Verknüpfung gemessener Stromstärken und ermittelter Temperaturen bzw. Temperaturdifferenzen schätzt die Steuereinrichtung vorzugsweise die künftige zeitliche Entwicklung der Zelltemperatur unter Verwendung abgespeicherter Rechenvorschriften. In Erwartung einer künftigen Temperaturänderung einer galvanischen Zelle schaltet die Steuereinrichtung vorzugsweise Wärmeleiteinrichtungen und/oder Fördereinrichtungen für ein Fluid ein bzw. aus. Beispielsweise schaltet die Steuereinrichtung bei einem hohen Entladestrom während einer Beschleunigungsphase des Kraftfahrzeugs bereits vor einem merklichen Anstieg einer Zelltemperatur eine Fördereinrichtung für ein Fluid und/oder eine Wärmeleiteinrichtung ein.
Bevorzugt weisen eine oder mehrere galvanische Zellen eine prismatische Grundfläche auf, besonders bevorzugt eine rechteckige Grundfläche. Solche quaderförmigen galvanischen Zellen lassen sich besonders gut untereinander in thermischen Kontakt bringen und vom Innenraum aufnehmen. Auch weist eine galvanische Zelle bevorzugt einen im wesentlichen plattenförmigen Stromableiter als Wärmeleiteinrichtung auf. Dieser Stromableiter leitet den elektrischen Strom aus dieser galvanischen Zelle heraus bzw. in sie hinein. Dieser Stromableiter ist bevorzugt metallisch und weist eine hohe Wärmeleitfähigkeit auf. Diese hohe Wärmeleitfähigkeit bewirkt, dass innerhalb eines Stromableiters nur geringe Temperaturgradienten auftreten und hohe Wärmeströme in oder aus der galvanischen Zelle geleitet werden. Ein erster Bereich des Stromableiters ist innerhalb einer galvanischen Zelle angeordnet. Ein zweiter Bereich des Stromableiters erstreckt sich aus dieser galvanischen ZeIIe. Zur Verbesserung der Wärmeabfuhr bzw. Wärmeeinleitung ist dieser zweite Bereich mindestens so breit, wie der erste Bereich des Stromableiters innerhalb der galvanischen Zelle. Der Stromableiter ist bevorzugt plattenförmig ausgebildet und wird durch Plattendicke, Breite und Höhe/Länge beschrieben. Die Höhe wird entlang einer Kante des plattenförmigen Stromableiters gemessen, welche sich über den ersten Bereich und zweiten Bereich aus der galvanischen Zelle heraus erstreckt. Aus praktischen Erwägungen wird der zweite Bereich eines Stromableiters durch Wärmeleitung an einen Kühlkörper oder Konvektion gekühlt bzw. erwärmt. Dieser Kühlkörper ist mit dem Stromableiter vorzugsweise unter Verwendung eines Wärmeleitmittels thermisch verbunden. Dieser Kühlkörper oder dieser Stromableiter werden vorzugsweise wenigstens teilweise von einem ersten Fluid umströmt. Abhängig von den Temperaturen einerseits des umströmenden ersten Fluids und andererseits des Stromableiters bzw. des Kühlkörpers wird der galvanischen Zelle Wärme zugeführt oder aber ihr entnommen. Vorzugsweise weist der Kühlkörper Kupfer, besonders bevorzugt Kupfer und Aluminium auf. Dabei steht besonders bevorzugt ein kupferhaltiger Bereich des Kühlkörpers mit dem Stromableiter in thermischen Kontakt, während ein aluminiumhaltiger Bereich dieses Kühlkörpers von diesem ersten Fluid angeströmt wird.
Einem Kunststoff bzw. Kunstharz können zur Erhöhung der thermischen bzw. elektrischen Leitfähigkeit beispielsweise metallische Partikel zugegeben werden. Je nach Funktion der benachbarten Bauteile ist ein Wärmeleitmittel vorzugsweise elektrisch isolierend. Ein elektrisch isolierendes und gleichzeitig wärmeleitendes Wärmeleitmittel von vorgegebener Gestalt, ein sogenanntes „Wärmepad", weist beispielsweise Glimmer, verschiedene Arten von Keramik (beispielsweise AI2O3, BeO), Silikongummi, Diamant, Kohlenstoff-Nanoröhren, Polyimid oder einen anderen Kunststoff auf. Auch sind verschiedene Klebstoffe nach Zugabe metallischer Partikel als Wärmeleitmittel geeignet. Dabei verbindet ein wärmeleitender Klebstoff die benachbarten Bauteile zusätzlich stoffschlüssig. Neben den vorgenannten Stromableitern weist eine galvanische Zelle vorzugsweise aktive Wärmeleiteinrichtungen auf. Diese weisen bevorzugt wenigstens einen Fluidkanal und ein darin enthaltenes zweites Fluid auf. Dieses zweite Fluid durchströmt diesen Fluidkanal oder ist in diesem Fluidkanal festgehalten, sofern dieser Fluidkanal als geschlossener Raum ist. Abhängig von den herrschenden Temperaturen und der chemischen Zusammensetzung des zweiten Fluids ist dieses Phasenänderungen unterworfen, vorzugsweise von flüssig nach gasförmig oder umgekehrt. In einer Ausführungsform wird dieses zweite Fluid diesem ersten Fluidkanal mit vorgegebener Temperatur zunächst zugeführt und nach Wärmeabgabe bzw. -aufnähme wieder abgeführt. Der
Fluidkanal weist einen dritten Bereich innerhalb der Zelle oder in thermischem Kontakt mit dieser Zelle auf. Der Fluidkanal weist vorzugsweise auch einen vierten Bereich außerhalb der Zelle auf. Dieser vierte Bereich ist vorzugsweise von einem dritten Fluid wenigstens teilweise umströmt und/oder mit einem Kühlkörper wärmeleitend verbunden. Dieses dritte Fluid strömt vorzugsweise auch diesen Kühlkörper an.
Vorzugsweise weist die Vorrichtung einen Behälter auf. Dieser ist beispielsweise mit der Zellaufnahme verbunden. Dieser Behälter weist wenigstens eine Schließeinrichtung auf und ist mit einer dritten Substanz gefüllt. Diese Schließeinrichtung ist geeignet, von dieser Steuereinrichtung geöffnet zu werden. Anschließend tritt diese dritte Substanz aus diesem Behälter aus. Diese dritte Substanz tritt dabei vorzugsweise in Richtung wenigstens einer galvanische Zelle aus, beispielweise durch einen vorgesehenen Kanal. Nach vorgegebener Zeit bzw. nach vorgegebener ausgetretener Menge dritter Substanz schließt die Steuereinrichtung diese Schließeinrichtung. Die Substanz durchläuft spätestens nach Auftreffen auf diese galvanische Zelle eine Phasenänderung, bei dem Wärmenergie aufgenommen oder abgegeben wird. Der Behälter ist vorzugsweise mit mehreren Kanälen verbunden, welche auf verschiedene galvanische Zellen gerichtet sind. Mit Verwendung einzelner Kanäle werden bei Bedarf auch nur einzelne galvanische Zellen mit dieser dritten Substanz versorgt. Derart versorgte Zellen werden mit der Phasenänderungsenergie erwärmt oder abgekühlt. Vorzugsweise ist eine Schließeinrichtung zusätzlich mit einem temperaturempfindlichen Schalter ausgerüstet, beispielweise mit einem Bimetallschalter. Eine derartige Ausbildung ermöglicht vorteilhaft die Abgabe bzw. Aufnahme von Wärmeenergie auch bei nicht betriebsbereiter bzw. ausgefallener Steuerung, Wärmeleiteinrichtung und/oder Fördereinrichtung für ein Fluid.
Vorteilhaft weist die Wandung dieser Zellhaltereinrichtung wenigstens eine aushärtbare erste Substanz sowie hochwärmeleitfähige eingebettete Partikel auf. Vorteilhaft ist diese Wandung dünnwandig zur Verringerung des thermischen Widerstands und eng an den galvanischen Zellen anliegend ausgebildet. Besonders vorteilhaft sind die aufgenommenen galvanischen Zellen von dieser Wandung wenigstens teilweise umgössen, so dass ein guter Wärmeübergang der aufgenommenen galvanischen Zellen zur Wandung gegeben ist. Vorzugsweise weist diese Wandung wenigstens einen zweiten Fluidkanal auf. Dieser zweite Fluidkanal wird von einem vierten Fluid durchströmt, welches mit vorgegebener Temperatur zugeführt wird. Nach Verlassen dieses zweiten Fluidkanals wird dieses vierte Fluid beispielsweise von einer fahrzeugseitigen oder einer unabhängigen Kühl- oder Heizeinrichtung aufbereitet. Vorzugsweise weist diese Wandung eine vorbereitete Verbindungsfläche zum thermischen Kontakt mit einem Verdampfer oder Kühler auf. Dieser tauscht Wärmeenergie beispielsweise mit der Umgebungsluft oder mit der Klimaanlage des Kraftfahrzeugs aus.
Vorteilhaft weist die Wandung wenigstens teilweise eine zweite Substanz auf. Diese zweite Substanz ist geeignet, während des Betriebs des Akkumulators und/oder bei vorgegebener Temperatur Phasenänderungen zu durchlaufen.
Diese zweite Substanz ist beispielsweise in einem vorgegebenen Raum in oder an der Wandung der Zeilhalteeinrichtung enthalten. Diese Wandung weist beispielsweise wenigstens teilweise oder überwiegend diese zweite Substanz auf. Eine Phasenänderung dieser zweiten Substanz erfolgt bei einer stoffspezifischen Temperatur und beeinflusst somit auch die Temperatur einer galvanischen Zelle. Eine derartige Ausbildung der Wandung der Zellhalteeinrichtung ermöglicht vorteilhaft die Abgabe bzw. Aufnahme von Wärmeenergie auch bei nicht betriebsbereiter bzw. ausgefallener Steuerung, Wärmeleiteinrichtung und/oder Fördereinrichtung für ein Fluid.
Die Anwendung der Erfindung auf Sekundärbatterien bzw. Akkumulatoren oder Primärbatterien mit hoher Leistungs- bzw. Energiedichte ist mit Vorteilen verbunden. Solche Akkumulatoren zeigen bei Betriebsbedienungen mit kurzfristigen hohen Strömen merkliche Temperaturänderungen, insbesondere Temperaturerhöhungen. Merkliche und wiederkehrende Temperaturerhöhungen lassen den Akkumulator schneller altern. Das trifft insbesondere auch auf
Nickel-Metallhydrid- Akkumulatoren oder Lithium-Ionen-Akkumulatoren zu. Eine erfindungsgemäße Ausbildung solcher Akkumulatoren erhöht deren Lebensdauer durch vorbeugende Maßnahmen zur Temperaturführung, d.h. zum geplanten zeitlichen Temperaturverlauf der einzelnen galvanischen Zellen.
Vorteilhaft wird die Zellhaltereinrichtung für eine erfindungsgemäße Vorrichtung unter Verwendung einer Form und zumindest einer aushärtbaren ersten Substanz hergestellt. Dazu werden die aufzunehmenden galvanischen Zellen in dieser Form angeordnet zueinander positioniert. Etwaige Zwischenräume zwischen diesen galvanischen Zellen werden mit Wärmeleitmitteln, vorzugsweise Wärmeleitfolien, gefüllt. Anschließend werden diese Zellen gegeneinander gepresst, um eine gute thermische Verbindung zwischen diesen galvanischen Zellen zu erreichen. Als nächstes werden vorgesehene Hohlräume innerhalb dieser Form mit dieser aushärtbaren ersten Substanz ausgegossen. Anschließend wird dieser aushärtbaren ersten Substanz Gelegenheit zum Aushärten gegeben.
Im Sinne der Erfindung ist unter einem Elektrolyt ein Stoff zu verstehen, welcher wenigstens teilweise ionisiert vorliegt und welcher vorgesehen ist, beim Anlegen einer Spannung unter dem Einfluss des dabei entstehenden elektrischen Feldes elektrischen Strom zu leiten, wobei die elektrische Leitfähigkeit bzw. der Ladungsträgertransport durch die gerichtete Bewegung der Ionen im elektrischen Feld bewirkt wird.
Im Sinne der Erfindung ist unter einem Elektrodenstapel eine Einrichtung zu verstehen, welche als Baugruppe einer galvanischen Zelle auch der
Speicherung chemischer Energie und zur Abgabe elektrischer Energie dient. Dazu weist der Elektrodenstapel mehrere plattenförmige Elemente auf, wenigstens zwei Elektroden, Anode und Kathode, und einen Separator, welcher den Elektrolyt wenigstens teilweise aufnimmt. Vorzugsweise sind wenigstens eine Anode, ein Separator und eine Kathode übereinander gelegt bzw. gestapelt, wobei der Separator wenigstens teilweise zwischen Anode und Kathode angeordnet ist. Diese Abfolge von Anode, Separator und Kathode kann sich innerhalb des Elektrodenstapels beliebig oft wiederholen. Vorzugsweise sind die plattenförmigen Elemente zu einem Elektrodenwickel aufgewickelt. Nachfolgend wird der Begriff „Elektrodenstapel" auch für Elektrodenwickel verwendet. Vor der Abgabe elektrischer Energie wird gespeicherte chemische Energie in elektrische Energie gewandelt. Während des Ladens wird die dem Elektrodenstapel bzw. der galvanischen Zelle zugeführte elektrische Energie in chemische Energie gewandelt und gespeichert. Vorzugsweise weist der Elektrodenstapel mehrere Elektrodenpaare und Separatoren auf. Besonders bevorzugt sind einige Elektroden untereinander insbesondere elektrisch verbunden.
Im Sinne der Erfindung ist unter einem Kontakt eine Anordnung von wenigstens einem ersten Körper und wenigstens einem zweiten Körper zu verstehen, welche derart ausgestaltet ist, dass auch eine Übertragung von thermischer Energie von dem wenigstens ersten Körper auf den wenigstens zweiten Körper und/oder entgegengesetzt möglich ist.
Vorzugsweise weist die erfindungsgemäße Vorrichtung wenigstens eine
Wärmeleiteinrichtung auf, welche der wenigstens einen galvanischen Zelle zugeordnet ist und welche wenigstens bereichsweise zum Kontakt mit der wenigstens einen galvanischen Zelle und insbesondere wenigstens bereichsweise zum Kontakt mit dem Elektrodenstapel der wenigstens einen galvanischen Zelle vorgesehen ist. Vorzugsweise ist dieser Kontakt derart ausgestaltet, dass der wenigstens einen galvanischen Zelle und/oder insbesondere dem Elektrodenstapel der wenigstens einen galvanischen Zelle unmittelbar Wärmeenergie zugeführt und/oder von diesen abgeführt werden kann.
Vorzugsweise weist die wenigstens eine Wärmeleiteinrichtung wenigstens einen Fluidkanal auf, welcher insbesondere vorgesehen ist, von einem Fluid durchströmt zu werden. Vorzugsweise ist dieser Fluidkanal vorgesehen, sich zumindest über einen Teilbereich in Quer- und/oder Längsstreckungsrichtung der wenigstens einen Wärmeleiteinrichtung zu erstrecken. Vorteilhaft werden durch diesen Fluidkanal höhere Wärmeleistungen innerhalb der wenigstens einen Wärmeleiteinrichtung transportiert, als bei einer Wärmeleiteinrichtung mit identischer Geometrie ohne Fluidkanal.
Vorzugsweise ist das Fluid dafür vorgesehen, wenigstens einen Phasenübergang zu durchlaufen, wobei die Temperatur des wenigstens einen Phasenübergangs dieses Fluids an die Betriebstemperatur der wenigstens einen galvanischen Zelle angepasst ist. Bevorzug wird ein Fluid welches im Betriebstemperaturbereich der wenigstens einen galvanischen Zelle, wenigstens teilweise, einen Phasenübergang von einem flüssigen in einen gasförmigen Aggregatzustand durchläuft. Vorteilhaft wird die für den Phasenübergang des Fluids in einen gasförmigen Aggregatzustand benötigte Wärmeenergie, der wenigstens einen in Kontakt stehenden galvanischen Zelle und/oder insbesondere dem in Kontakt stehendem Elektrodenstapel der wenigstens einen galvanischen Zelle entzogen, wobei die wenigstens eine galvanische Zelle und/oder der Elektrodenstapel der wenigstens einen galvanischen Zelle gekühlt werden. Vorzugsweise weist die wenigstens eine Wärmeleiteinrichtung wenigstens einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich auf, wobei dieser zweite Bereich außerhalb der Zellhülle angeordnet ist. Vorzugsweise wird in einer ersten Ausführungsform der wenigstens einen galvanischen Zelle das Fluid in dem wenigstens einen ersten Bereich verdampft, wobei die für das Verdampfen dieses Fluids erforderliche Wärmeenergie insbesondere der wenigstens einen galvanischen Zelle und/oder dem Elektrodenstapel der wenigstens einen galvanischen Zelle entzogen wird und wobei das verdampfte Fluid die aufgenommenen Wärmeenergie aus dem wenigstens einen ersten Bereich innerhalb der wenigstens einen galvanischen Zelle in den wenigstens einen zweiten Bereich außerhalb der wenigstens einen galvanischen Zelle transportiert. Vorzugsweise kondensiert das gasförmige Fluid unter Abgabe wenigstens eines Teils der aufgenommenen Wärmeenergie in dem wenigstens einen zweiten Bereich. Vorteilhaft wird damit einer Überhitzung der wenigstens einen galvanischen Zelle und/oder des Elektrodenstapels der wenigstens einen galvanischen Zelle im Betrieb vorgebeugt. Vorzugsweise wird in einer zweiten Ausführungsform der wenigstens einen galvanischen Zelle das Fluid auch in dem wenigstens einen zweiten Bereich verdampft, wobei die für das Verdampfen dieses Fluids erforderliche Wärmeenergie insbesondere der Umgebung dieses wenigstens einen zweiten Bereichs entzogen wird und wobei das verdampfte Fluid die aufgenommenen Wärmeenergie aus dem wenigstens einen zweiten Bereich außerhalb der wenigstens einen galvanischen Zelle in den wenigstens einen ersten Bereich innerhalb der wenigstens einen galvanischen Zelle transportiert. Vorzugsweise kondensiert das gasförmige Fluid unter Abgabe wenigstens eines Teils der aufgenommenen Wärmeenergie auch in dem wenigstens einen ersten Bereich. Vorteilhaft wird damit im Bedarfsfall die wenigstens einen galvanische Zelle und/oder der Elektrodenstapel der wenigstens einen galvanischen Zelle bis zu einer für den Betrieb der wenigstens einen galvanischen Zelle bevorzugten Temperatur erwärmt.
Vorzugsweise weist der Elektrodenstapel der wenigstens einen galvanischen Zelle wenigstens einen Stromableiter auf, wobei die wenigstens eine Wärmeleiteinrichtung zum Kontakt mit dem wenigstens einen Stromableiter vorgesehen ist. Insbesondere ein hoher Lade- und/oder Entladestrom der wenigstens einen galvanischen Zelle führt zu einer starker Erwärmung des wenigstens einen Stromableiters. Vorzugsweise entzieht die wenigstens eine Wärmeleiteinrichtung auch dem wenigstens einen Stromableiter Wärmeenergie und verringert dadurch die thermische Belastung auch dieses wenigstens einen Stromableiters.
Vorzugsweise ist der wenigstens eine erste Bereich der Wärmeleiteinrichtung zum Wärmetausch mit der wenigstens einen galvanischen Zelle und/oder mit dem Elektrodenstapel der wenigstens einen galvanischen Zelle vorgesehen und weiter vorzugsweise ist der wenigstens eine zweite Bereich der Wärmeleiteinrichtung vorgesehen, von wenigstens einem zweiten Fluid angeströmt bzw. durchströmt zu werden. Vorteilhaft wird bei dieser Ausgestaltung der wenigstens einen galvanischen Zelle abhängig von den herrschenden Temperaturen in der Umgebung des wenigstens einen ersten bzw. des wenigstens einen zweiten Bereiches der Wärmeleiteinrichtung die wenigstens eine galvanische Zelle und/oder der Elektrodenstapel der wenigstens einen galvanischen Zelle erwärmt oder abgekühlt.
Im Sinne der Erfindung ist unter einer Wärmetauscheinrichtung eine Einrichtung zu verstehen, welche vorgesehen ist Wärmeenergie von wenigstens einem ersten Fluidstrom auf wenigstens einen zweiten Fluidstrom zu übertragen. Bevorzugt wird eine indirekte Wärmeenergieübertragung der Wärmetauscheinrichtung, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass die Fluidströme räumlich durch wenigstens einen wärmeleitenden Festkörper voneinander getrennt sind.
Vorzugsweise ist der wenigstens eine zweite Bereich der Wärmeleiteinrichtung wenigstens bereichsweise zum Kontakt mit wenigstens einer Wärmetauscheinrichtung vorgesehen. Vorzugsweise ist die wenigstens eine Wärmeleiteinrichtung einstückig mit dem wenigstens einen Stromableiter ausgebildet, wobei sich die wenigstens eine Wärmeleiteinrichtung wenigstens teilweise über den wenigstens einen Stromableiter erstreckt.
Vorzugsweise ist der wenigstens eine Fluidkanal abgeschlossen. Weiter vorzugsweise ist der wenigstens eine abgeschlossene Fluidkanal als Wärmerohr ausgestaltet.
Im Sinne der Erfindung ist unter einer Wärmerohr eine Einrichtung zu verstehen, welche auch zur Wärmeleitung vorgesehen ist, wobei die zu transportierende Wärmeenergie mittels des Wärmerohrs sehr effizient von wenigstens einem ersten Ort zu wenigstens einem zweiten Ort übertragen werden kann. Bei entsprechender Ausgestaltung kann das Wärmerohr einen zu bis um 3 Größenordnungen höheren Wärmestrom, als ein Bauteil gleicher geometrischer Abmessungen aus massivem Kupfer, leiten. Das Wärmerohr nutzt den physikalischen Effekt, dass beim Verdampfen und Kondensieren einer Flüssigkeit bevorzugt größere Wärmeleistungen umgesetzt werden, als bei Wärmeleitung in einem Festkörper. Das Arbeitsmedium verdampft an wenigstens einem ersten Ort des Wärmerohrs, wobei die Temperatur an diesem wenigstens ersten Ort oberhalb der entsprechende Phasenübergangstemperatur des Arbeitsmediums des Wärmerohrs liegt. Das dampfförmige Arbeitsmedium kondensiert an diesem wenigstens zweiten Ort des Wärmerohrs, wobei die Temperatur an diesem wenigstens zweiten Ort unterhalb der entsprechenden Phasenübergangstemperatur des Arbeitsmediums liegt. Insbesondere entspricht die Strömungsrichtung des dampfförmigen Arbeitsmediums im Wesentlichen der Richtung des Temperaturgefälles innerhalb des Wärmerohrs. Vorzugsweise weist ein Wärmerohr einen Verdampfungszone, eine bevorzugt adiabate Transportzone, einen Kondensationszone und einen Gasspeicher auf, die bevorzugt fortlaufend miteinander verbunden und bevorzugt einstückig ausgebildet sind. Vorzugsweise fließt das Kondensat aufgrund seiner Gewichtskraft aus der Kondensationszone in die Verdampfungszone. Weiter Vorzugsweise weist das Wärmerohr wenigstens bereichsweise einen Kapillarabschnitt auf, welcher in zumindest einem Inneren der Verdampfungszone gebildet ist, in dem sich das Arbeitsmedium bewegt und welcher auch vorgesehen ist, das Kondensat in eine von seiner Gewichtskraft verschiedenen Richtung zu fördern. Vorzugsweise herrscht ein Unterdruck innerhalb des Wärmerohrs, so dass das Arbeitsmittel bereits bei niedrigen Temperaturen verdampft. Vorzugsweise arbeitet das Wärmerohr auch mit Wasser als Arbeitsmedium, wobei bei entsprechender Ausgestaltung bei einem Innendruck von 1 Pa, bereits bei Temperaturen um 3 0C, eine Wärmeleitung möglich ist.
Während der Arbeitszyklen, d.h. bei der Aufeinanderfolge der Ladung und Entladung der galvanischen Zelle, findet eine Erwärmung dieser galvanischen Zelle statt, wobei diese Erwärmung desto stärker ist, je größer die Lade- und Entladeströme sind. Die Elektrolyttemperatur darf während des Betriebs von galvanischen Zellen die höchstzulässige Temperatur nicht überschreiten, was insbesondere wichtig bei der Ladung der galvanischen Zelle ist, da während der Ladung bei einer Elektrolyttemperatur, die über den höchstzulässigen Werten liegt, in den Stromableitern der galvanischen Zelle nicht umkehrbare Prozesse vor sich gehen, welche die Betriebszuverlässigkeit der galvanischen Zelle und folglich ihre Lebensdauer beeinträchtigt. Eine indirekte Kühlung oder Erwärmung des Elektrolyten über die Wandungselemente der galvanischen Zelle unter Verwendung der, außerhalb dieser galvanischen Zelle angeordneten Wärmeleiteinrichtungen ist insbesondere bei einer Sicherungsstörung der Lage dieser Wärmeleiteinrichtungen und bei einer ungleichmäßigen Schmierung der sich berührenden Oberflächen mit Wärmeleitmittel die Wärmeübergangszahl kleiner, wodurch die Effektivität der Wärmeleiteinrichtung außerhalb dieser galvanischen Zelle vermindert wird.
Vorzugsweise ist wenigstens ein Stromableiter der wenigstens einen galvanischen Zelle wenigstens abschnittsweise als Wärmerohr ausgestaltet, wobei dieser Abschnitt vorgesehen ist, den Elektrolyten zu kühlen oder zu erwärmen. Vorzugsweise ist wenigstens ein erster Bereich, des als Wärmerohr ausgestalteten Abschnitts des Stromableiters, innerhalb der wenigstens einen galvanischen Zelle angeordnet, wobei dieser wenigstens eine erste Bereich bevorzugt auch mit dem Elektrolyten der wenigstens einen galvanischen Zelle in Wechselwirkung steht. Weiter vorzugsweise ist wenigstens ein zweiter Bereich, des als Wärmerohr ausgestalteten Abschnitts des Stromableiters, außerhalb der wenigstens einen galvanischen Zelle angeordnet, wobei dieser wenigstens eine zweite Bereich auch vorgesehen ist, von einem zweiten Fluid wenigstens teilweise angeströmt und/oder durchströmt zu werden. Weiter vorzugsweise ist dieser wenigstens eine zweite Bereich auch vorgesehen, bevorzugt über eine Widerstandsheizung erwärmt zu werden.
Vorzugsweise ist der wenigstens einen Wärmeleiteinrichtung wenigstens eine Fördereinrichtung zugeordnet. Auch ist die wenigstens eine Fördereinrichtung vorgesehen, das wenigstens zweite Fluid zu fördern, wobei dieser Fluidstrom bevorzugt den wenigstens einen zweiten Bereich der Wärmeleiteinrichtung zumindest teilweise anströmt bzw. durchströmt. Vorzugsweise ist der Fördereinrichtung wenigstens eine Wärmetauscheinrichtung zugeordnet, welche vorgesehen ist, das wenigstens zweite Fluid auf eine bevorzugt voreingestellte Temperatur zu regeln.
Vorzugsweise ist der wenigstens einen galvanischen Zelle wenigstens eine Messeinrichtung zugeordnet, welche die Temperatur an einer vorgegebenen Stelle der wenigstens einen galvanischen Zelle feststellt. Dabei sind vorzugsweise auch mehrere Messmittel zur Erfassung von Temperaturen an verschiedenen Positionen der wenigstens einen galvanischen Zelle mit einer Messeinrichtung verbunden. Diese Messeinrichtung ist geeignet, jederzeit die Signale der Messmittel aufzunehmen. Aus praktischen Erwägungen und zur Verringerung der Datenmenge erfolgt die Erfassung vorzugsweise mit einer geringen Frequenz, wobei die Frequenz bevorzugt zwischen 1 Hz und 100 Hz liegt. Das ist auch von den beteiligten Wärmekapazitäten und Wärmeübertragungskoeffizienten abhängig. Vorzugsweise ist der wenigstens einen galvanischen Zelle wenigstens eine Steuereinrichtung zugeordnet, welche auch vorgesehne ist, die wenigstens eine Messeinrichtung zu steuern und deren Signale auszuwerten. Das geschieht auf Grundlage vorgegebener Rechenvorschriften. Diese tragen unterschiedlichen Kennlinien der einzelnen Messmittel Rechnung. Auch ist die Steuereinrichtung zur Steuerung vorhandener Fördervorrichtungen geeignet. Dabei werden, je nach Betriebszustand der wenigstens einen galvanischen Zelle, einzelne oder mehrere Fördervorrichtungen geschaltet. Die Funktionen dieser Steuereinrichtung können auch von einer anderen Steuerung oder einem Batteriemanagementsystem übernommen werden.
Erfindungsgemäß wird vorzugsweise ein Separator verwendet, welcher aus einem stoffdurchlässigen Träger besteht, vorzugsweise teilweise stoffdurchlässig, also im Wesentlichen durchlässig in Bezug auf zumindest ein Material und im Wesentlichen undurchlässig in Bezug auf zumindest ein anderes Material. Der Träger ist auf mindestens einer Seite mit einem anorganischen Material beschichtet. Als stoffdurchlässiger Träger wird vorzugsweise ein organisches Material verwendet, welches vorzugsweise als nicht verwebtes Vlies ausgestaltet ist. Das organische Material, vorzugsweise ein Polymer und besonders bevorzugt Polyethylenterephthalat (PET), ist mit einem anorganischen ionenleitenden Material beschichtet, welches vorzugsweise in einem Temperaturbereich von -40° C bis 200° C ionenleitend ist. Das anorganisch e, ionenleitende Material umfasst bevorzugt wenigstens eine Verbindung aus der Gruppe der Oxide, Phosphate, Sulfate, Titanate, Silikate, Aluminosolikate mit wenigstens einem der Elemente Zr, AI, Li, besonders bevorzugt Zirkonoxid. Bevorzugt weist das anorganische, ionenleitende Material Partikel mit einem größten Durchmesser unter 100 nm auf.
Vorzugsweise weist jede galvanische Zelle der erfindungsgemäßen Vorrichtung wenigstens einen Separator auf. Ein solcher Separator wird beispielsweise unter dem Handelsnamen "Separion" von der Evonik AG in Deutschland vertrieben. Vorzugsweise ist die wenigstens eine galvanische Zelle der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Wesentlichen quaderförmig oder prismatisch ausgestaltet. Solche im Wesentlichen quaderförmigen galvanischen Zellen lassen sich besonders gut untereinander in Kontakt bringen und von einem Innenraum aufnehmen.
Vorzugsweise liegt wenigstens eine erste Längserstreckung 11 der wenigstens einen galvanischen Zelle (1) bevorzugt im Bereich von 15 cm < 11 < 50 cm, weiter bevorzugt im Bereich von 20 cm < 11 < 30 cm, noch mehr bevorzugt im Bereich von 24 cm < 11 < 27 cm
Vorzugsweise liegt wenigstens eine zweite Längserstreckung 12 der wenigstens einen galvanischen Zelle (1) bevorzugt im Bereich von 10 cm < 12 < 40 cm, weiter bevorzugt im Bereich von 15 cm ≤ 12 < 25 cm, besonders bevorzugt im Bereich von 20 cm < 12 < 21 cm.
Vorzugsweise liegt wenigstens eine dritte Längserstreckung 13 der wenigstens einen galvanischen Zelle (1) bevorzugt im Bereich von 0,5 cm < 13 < 5 cm, weiter bevorzugt im Bereich von 1 cm < 13 < 2 cm, noch mehr bevorzugt im Bereich von 1 ,1 cm < 13 < 1 ,2 cm liegt.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Zusammenhang mit den Figuren. Es zeigt:
Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Akkumulator im Schnitt,
Fig. 2 eine erfindungsgemäße Anordnung von Steuer- und Messeinrichtungen,
Fig. 3 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße galvanische Zelle. Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Speicherung elektrischer Energie in einer bevorzugten Ausführungsform. Die Darstellung ist nicht maßstabsgetreu. Der dargestellte Akkumulator weist zwei Gruppen zu je 4 galvanischen Zellen auf. Die zwei Gruppen sind zur Erhöhung der Ladungsmenge parallel geschaltet. Innerhalb einer Gruppe sind vier galvanische Zellen 1 in Reihe geschaltet. Die elektrische Verschaltung ist jedoch nicht dargestellt. Auch nicht dargestellt sind die einzelnen Zellhüllen, welche als gasdichte und verschweißte Folien ausgebildet sind.
Eine Wärmeleiteinrichtung 8 ist jeder galvanischen Zelle 1 zugeordnet. In diesem Fall besteht die Wärmeleiteinrichtung 8 in einem sogenannten
Mikrokanalkühler 8. Die Kanäle des Mikrokanalkühlers 8 werden von einem temperierten zweiten Fluid durchströmt, wobei die Geometrie des Kanals, die Stoffeigenschaften des zweiten Fluids sowie dessen Strömungsgeschwindigkeit so gewählt sind, dass die Strömung eine möglichst hohe Reynolds-Zahl bzw. Nusselt-Zahl aufweist. Zur Versorgung des Mikrokanalkühlers sind die Zuleitung 5 sowie die Leitung 6 vorgesehen. Abhängig von den Temperaturen der galvanischen Zelle 1 und diesem zweiten Fluid wird dieser galvanischen Zelle 1 mit Hilfe des Mikrokanalkühlers 8 Wärme zugeführt oder aber abgeführt.
In einer anderen, nicht dargestellten, Ausführungsform ist der Mikrokanalkühler durch eine sogenannte „heat pipe" ersetzt. Damit gehen weitere Änderungen des Aufbaus einher, ohne dass diese Ausführungsform nicht die Merkmale der Ansprüche aufwiese.
Nach Fig. 1 sind die galvanischen Zellen 1 von einer Zellhalteeinrichtung 2 aufgenommen. Deren Wandung 9 ist dünnwandig aus einem aushärtbaren Kunststoff gefertigt und umschließt die galvanischen Zellen unter Vermeidung von Lufteinschlüssen. Der Innenraum der Zellhaltereinrichtung 2 weist zwei Nester auf, welche durch eine Wand getrennt sind und je 4 galvanische Zellen aufnehmen. Die nicht dargestellten Zellhüllen sind von der Wandung 9 derart umschlossen, dass die Übertragung hoher Wärmeströme zwischen einer galvanischen Zelle 1 und der Wandung 9 möglich ist. In der Wandung 9 der Zellhaltereinrichtung 2 sind Kanäle 3 für ein viertes Fluid ausgebildet. Diese werden während der Herstellung der Zellhaltereinrichtung 2 in die Wandung 9 eingebracht. Diese Kanäle 3 werden von einem vierten Fluid durchströmt, welches Wärme zu- oder abführen kann. Die Einrichtungen zur Förderung dieser Fluide wird von der nicht dargestellten Steuereinrichtung 11 ein- bzw. ausgeschaltet.
Beispielhaft ist in der Figur nur eine erste Messeinrichtung 7 zur Erfassung einer Temperatur dargestellt. Es handelt sich um ein Thermoelement 7, dessen Kontakte mit der nicht dargestellten Steuereinrichtung 11 verbunden sind.
Obwohl nicht dargestellt, weist jede dieser galvanischen Zellen 1 ein eigenes Thermoelement 7 auf. Bei dieser Ausführungsform des Akkumulators werden die Thermoelemente 7 jeweils mit einer Frequenz von 100 Hz abgefragt. Die Vorrichtung weist weiter zweite Messeinrichtungen 10 auf. Dargestellt ist ein Amperemeter 10, welches die Stärke des elektrischen Stroms misst, welcher einer galvanischen Zelle 1 zugeführt oder dieser entnommen wird.
Zwischen den einzelnen galvanischen Zellen 1 ist jeweils eine Wärmeleitfolie 4 angeordnet. Diese Wärmeleitfolie 4 dient der Verbesserung des thermischen Kontakts zwischen den einzelnen galvanischen Zellen, auch durch Vergrößerung der tatsächlichen Kontaktflächen. Weiterhin übt diese Wärmeleitfolie 4 zusätzlich elastische Rückstellkräfte auf die galvanischen Zellen zur Vermeidung von deren unerwünschten Bewegungen aus.
Bei Herstellung der Zeilhalteeinrichtung 2 aus einem aushärtbaren Kunststoff unter Verwendung einer Gussform wird vorzugsweise ein sehr guter thermischer Kontakt zwischen der Wandung 9 und einer diese Wandung berührende galvanischen Zelle 1 erreicht. Die Figur 1 zeigt nicht die angrenzenden bzw. wechselwirkenden Einrichtungen zur Versorgung der Vorrichtung. Das sind beispielsweise die Kühlmittelkreisläufe, welche die Mikrokanalkühler 8 sowie die Kanäle 3 versorgen. Auch nicht dargestellt sind verschiedene Anbauteile der Zellhaltereinrichtung 2, welche zur einwandfreien Funktion des Akkumulators erforderlich sind.
Figur 2 zeigt eine erfindungsgemäße Anordnung von Steuer- und Messeinrichtungen zur Temperierung des Akkumulators. Dargestellt ist eine Steuereinrichtung 11 , welcher eine Speichereinrichtung 12 zugeordnet ist. In dieser Speichereinrichtung 12 sind Rechenvorschriften, erfasste und ausgewertete Messwerte sowie Temperaturvorgaben bzw. Zielwerte abgespeichert. Weiter enthält diese Speichereinrichtung 12 Vorgaben zur Temperaturführung des Akkumulators. Mit diesen Vorgaben zur Temperaturführung ist die Steuereinrichtung 11 in der Lage, vorhandene Einrichtungen vorausschauend ein- bzw. abzuschalten. Mit der
Steuereinrichtung 11 ist eine erste Messeinrichtung 7 zur Erfassung von Temperaturen angeschlossener galvanischer Zellen verbunden. Mit dieser ersten Messeinrichtung 7 ist ein Umschalter 13 verbunden, an welchem die verschiedenen Thermoelemente angeschlossen sind. Weiterhin ist mit der Steuereinrichtung 11 eine zweite Messeinrichtung 10 zur Erfassung elektrischer Ströme verbunden. Mit dieser zweiten Messeinrichtung 10 ist ein Umschalter 14 verbunden, an welchem die verschiedenen Strommesser angeschlossen sind. Weiter ist an die Steuereinrichtung 11 eine Reihe von Fördereinrichtungen für Fluide sowie Steuerleitungen zu verschiedenen Schaltern angeschlossen.
In dieser Ausbildung der Anordnung von Steuer- und Messeinrichtungen ist die Steuereinrichtung 11 in der Lage, die Temperaturführung des betriebenen Akkumulators vorausschauend durchzuführen. Dabei können die Funktionen der Steuereinrichtung 11 auch von einer anderen vorhandenen Steuerung oder von einem übergeordneten Batteriemanagementsystem übernommen werden. Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch eine galvanische Zelle (1) der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei diese galvanische Zelle (1) teilweise von einer Zellhülle (21) umgeben ist. Die Darstellung ist nicht maßstabsgetreu. Der von dieser Zellhülle (21) eingeschlossene Innenraum (15) nimmt 2 Elektroden (17 a, 17 b), einen Separator (16) sowie den nicht dargestellten Elektrolyten auf. Weiterhin sind bereichsweise die Stromableiter bzw. die Wärmeleiteinrichtungen im Innenraum (15) aufgenommen. Die Stromableiter und jeweils eine Wärmeleiteinrichtung sind als Bauteile (30 a, 30 b) einstückig ausgebildet. Die Wärmeleiteinrichtung ist darin als Wärmerohr ausgestaltet. Die jeweils ersten Bereiche der Wärmeleiteinrichtungen (18 a, 18 b) sind mit jeweils einem erster Abschnitt der Stromableiter als Funktionsblock zur Wärmeleitung und Stromableitung ausgebildet, wobei diese Bereiche teilweise von der Zellhülle (21) umgeben sind. Auch weisen die ersten Bereiche der als Wärmerohr ausgestalteten Wärmeleiteinrichtungen jeweils eine Verdampfungszone (18 a, 18 b) auf. Die Bauteile (30 a, 30 b) weisen außerhalb der Zellhülle jeweils einen im Wesentlichen vollmetallischen Bereich (19 a, 19 b) auf, wobei diese Bereiche keinen Fluidkanal aufweisen und wobei diese Bereiche (19 a, 19 b) bevorzugt zur elektrischen Kontaktierung der galvanischen Zelle (1) dienen. Die zweiten Bereiche der als Wärmerohr ausgestalteten Wärmeleiteinrichtungen weisen außerhalb der galvanischen Zelle jeweils einen Kondensationsbereich (20 a, 20 b) auf. Diese Anordnung von Kondensations- und Verdampfungsbereich, ist vorgesehen die galvanische Zelle (1) und insbesondere die Elektroden (17 a, 17 b) zu kühlen. Abhängig von den herrschenden Temperaturen innerhalb und außerhalb der galvanischen Zelle (1) können der Verdampfungsbereich (18 a, 18 b) und der Kondensationsbereich (20 a, 20 b) eines Bauteils (30 a, 30 b) auch vertauscht sein. Die Kondensationsbereiche (20 a, 20 b) sind dann innerhalb der Zellhülle und die Verdampfungsbereiche (18 a, 18 b) außerhalb der Zellhülle angeordnet, wobei mit dieser Anordnung die galvanische Zelle (1) und insbesondere die Elektroden (17 a, 17 b) im Bedarfsfall erwärmt werden.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Vorrichtung zur Speicherung elektrischer Energie, welche wenigstens eine galvanische Zelle (1) aufweist, welche wenigstens teilweise von einer Zellhülle (21) umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Wärmeleiteinrichtung (8) vorgesehen ist, welche mit dieser galvanischen Zelle (1) wirkverbunden ist, wobei diese Wärmeleiteinrichtung (8) geeignet ist, dieser Zelle Wärmeleistung zuzuführen und/oder aus dieser abzuführen.
2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Zellhalteeinrichtung (2) vorgesehen ist, welche einen
Innenraum wenigstens teilweise mit einer Wandung (9) umschließt, wobei dieser Innenraum geeignet ist, diese wenigstens eine galvanische Zelle (1) aufzunehmen und wobei diese Zellhülle wenigstens teilweise mit dieser Wandung (9) wirkverbunden ist, wobei zwischen dieser Zellhülle und der Wandung (9) dieser
Zellhalteeinrichtung (2) und/oder einer weiteren Zellhülle Wärmeleitmittel (4) angeordnet sind.
3. Vorrichtung gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine erste Messeinrichtung (7) vorgesehen ist, welche geeignet ist zur Erfassung einer Temperatur an einer vorgegebenen Position dieser galvanischen Zelle (1).
4. Vorrichtung gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Steuereinrichtung (11) vorgesehen ist, welche wenigstens geeignet ist zur Auswertung eines Signals der vorhandenen ersten Messeinrichtungen (7) und/oder zur
Steuerung der vorhandenen Wärmeleiteinrichtungen (8).
5. Vorrichtung gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine zweite Messeinrichtung (10) vorgesehen ist, welche geeignet ist, die Stromstärke des elektrischen Stroms in oder aus dieser galvanischen Zelle (1) zu erfassen, und diese Stromstärke dieser
Steuereinrichtung (11) zu übermitteln, und/oder dass diese Vorrichtung eine Speichereinrichtung (12) aufweist, welche dieser Steuereinrichtung (11) zugeordnet ist, wobei diese Speichereinrichtung (12) zum Abspeichern wenigstens von Daten und/oder Rechenvorschriften geeignet ist.
6. Vorrichtung gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese wenigstens eine galvanische Zelle (1) vorzugsweise prismatisch ausgebildet ist und/oder als Wärmeleiteinrichtung (8) wenigstens einen im wesentlichen plattenförmigen Stromableiter mit wenigstens einem ersten innerhalb der Zelle angeordneten Bereich und einem zweiten außerhalb der Zelle angeordneten Bereich aufweist, wobei der zweite Bereich mindestens so breit wie der erste Bereich ist, wobei dieser zweite Bereich vorzugsweise mit einem Kühlkörper wirkverbunden ist, welcher wenigstens Kupfer und/oder Aluminium aufweist, und dass dieser zweite Bereich und/oder dieser Kühlkörper vorzugsweise von einem ersten Fluid wenigstens teilweise angeströmt wird.
7. Vorrichtung gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wärmeleitmittel (4) dünnwandig und/oder elektrisch isolierend ausgebildet ist.
8. Vorrichtung gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wärmeleitmittel (4) benachbarte Bauteile flächig berühren und/oder mit diesen benachbarten Bauteilen stoffschlüssig verbunden ist.
9. Vorrichtung gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese wenigstens eine galvanische Zelle (1) wenigstens eine
Wärmeleiteinrichtung (8) aufweist, dass diese Wärmeleiteinrichtung (8) wenigstens einen ersten Fluidkanal mit einem dritten Bereich innerhalb dieser Zelle oder in Wirkverbindung mit dieser Zelle und/oder einen vierten Bereich außerhalb dieser Zelle (1) und ein in diesem ersten Fluidkanal enthaltenes zweites Fluid aufweist, dass dieses zweite Fluid innerhalb dieses ersten Fluidkanals vorzugsweise strömt und/oder Phasenänderungen unterworfen ist, und dass dieser vierte Bereich vorzugsweise wenigstens teilweise von einem dritten Fluid angeströmt wird und/oder in Wirkverbindung mit einem Kühlkörper steht.
10. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorrichtung ferner einen Behälter aufweist, welcher wenigstens teilweise mit einer dritten Substanz gefüllt ist, dass diese dritte Substanz bei vorgegebenen Temperaturen Phasenänderungen durchläuft, wobei diese dritte Substanz vorzugsweise elektrisch nicht leitend ist und/oder diese dritte Substanz besonders bevorzugt CO2 aufweist und dass dieser Behälter wenigstens eine Schließeinrichtung aufweist, welche geeignet ist, von dieser Steuereinrichtung wenigstens geöffnet zu werden.
11. Vorrichtung gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandung (9) dieser Zellhalteeinrichtung (2) wenigstens eine aushärtbare erste Substanz, vorzugsweise Kunststoff, und eingebettete Partikel aufweist, wobei die Wärmeleitfähigkeit dieser Partikel mindestens so groß ist, wie die Wärmeleitfähigkeit der aushärtbaren ersten Substanz, und/oder dass diese galvanischen Zellen (1) von dieser Wandung (9) wenigstens teilweise umgössen sind, und/oder dass diese Wandung (9) wenigstens einen zweiten Fluidkanal (3) aufweist, welcher von einem vierten Fluid durchströmt wird, und/oder dass die Wandung eine Verbindungsfläche für eine thermische Wirkverbindung mit einer gekühlten und/oder erwärmten Fläche, beispielsweise einer dafür bestimmten Fläche eines Verdampfers, aufweist, und/oder dass diese Wandung (9) eine zweite Substanz aufweist, wobei diese Substanz geeignet ist, während des Betriebs der Vorrichtung und/oder bei einer vorgegebenen Temperatur Phasenänderungen zu durchlaufen.
12. Vorrichtung gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese wenigstens eine galvanische Zelle (1) Lithium und/oder Lithium- Ionen aufweist, und/oder dass bevorzugt der Elektrolyt Lithium-Ionen aufweist.
13. Verfahren zum Betrieb der Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese erste Messeinrichtung (7) wenigstens zeitweise die Temperatur an einer vorgegebenen Stelle einer galvanischen Zelle und/oder diese zweite Messeinrichtung (10) die Stärke des elektrischen Stroms in oder aus einer galvanischen Zelle (1) erfasst, dass diese Steuerungseinrichtung (11 ) die Temperaturdifferenz aus dieser erfassten Temperatur und einer dazu vorgegebenen Temperatur bestimmt, und dass diese Steuerungseinrichtung (1 1), abhängig von der gemessenen Temperatur, der ermittelten Temperaturdifferenz und/oder einer erfassten Stromstärke, eine Wärmeleiteinrichtung (8) und/oder eine
Fördereinrichtung für ein Fluid einschaltet oder ausschaltet.
14. Verfahren zur Erzeugung einer Zellhalteeinrichtung(2) für eine Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12 unter Verwendung einer Form und zumindest einer aushärtbaren ersten Substanz mit den Schritten: a) Anordnen der galvanischen Zellen (1) in dieser Form, wobei
Zwischenräume mit Wärmeleitmitteln (4) gefüllt und diese Zellen anschließend gegeneinander gepresst werden, b) Ausgießen vorgesehener Hohlräume mit dieser aushärtbaren ersten
Substanz, c) Aushärten dieser aushärtbaren ersten Substanz.
15. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Wärmeleiteinrichtung (30 a) wenigstens bereichsweise zum Kontakt mit der wenigstens einen galvanischen Zelle (1) vorgesehen ist und insbesondere zum Kontakt mit dem Elektrodenstapel (17 a, 17 b) der wenigstens einen galvanischen Zelle.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Wärmeleiteinrichtung (30 a) wenigstens einen Fluidkanal aufweist, welcher insbesondere vorgesehen ist, von einem Fluid durchströmt zu werden.
17. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 15 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid dafür vorgesehen ist, wenigstens einen Phasenübergang zu durchlaufen, wobei die Temperatur des wenigstens einen Phasenübergangs des Fluids an die Betriebstemperatur der wenigstens einen galvanischen Zelle (1) angepasst ist.
18. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Wärmeleiteinrichtung (30 a) wenigstens teilweise aus der Zellhülle (21) der wenigstens einen galvanischen Zelle (1) herausgeführt ist.
19. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Wärmeleiteinrichtung (30 a) wenigstens einen ersten Bereich (18 a) und einen zweiten Bereich (20 a) aufweist, wobei der erste Bereich (18 a) innerhalb der Zellhülle (21) angeordnet ist und wobei der zweite Bereich außerhalb der Zellhülle (21) angeordnet ist.
20. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrodenstapel (17 a, 17 b) wenigstens einen Stromableiter (30 a) aufweist und dass die wenigstens eine Wärmeleiteinrichtung (30 a) wenigstens bereichsweise zum Kontakt mit dem wenigstens einen Stromableiter (30 a) vorgesehen ist.
21. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Bereich der Wärmeleiteinrichtung (18 a) zum Wärmetausch mit dem Elektrodenstapel (17 a, 17 b) der wenigstens einen galvanischen Zelle vorgesehen ist und dass der zweite Bereich der
Wärmeleiteinrichtung (20 a) vorgesehen ist, von einem zweiten Fluid angeströmt bzw. durchströmt zu werden.
22. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 15 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Bereich der Wärmeleiteinrichtung (20 a) zum wärmeleitenden Kontakt mit einer Wärmetauscheinrichtung vorgesehen ist.
23. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 15 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Wärmeleiteinrichtung (30 a) einstückig mit dem wenigstens einen Stromableiter (30 a) ausgebildet ist, wobei sich die Wärmeleiteinrichtung (30 a) wenigstens teilweise über den wenigstens einen Stromableiter (30 a) erstreckt.
24. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 15 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Fluidkanal abgeschlossen ist.
25. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 15 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Fördereineinrichtung der wenigstens einen Wärmeleiteinrichtung (30 a) zugeordnet ist, insbesondere dem wenigstens einen Fluidkanal.
26. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 15 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens einen galvanischen Zelle (1) wenigstens eine Messeinrichtung, insbesondere eine Temperaturmesseinrichtung zugeordnet ist.
27. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 15 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens einen galvanischen Zelle (1) wenigstens eine Steuereinrichtung zugeordnet ist, welche auch zur Steuerung der wenigstens einen Messeinrichtung vorgesehen ist.
28. Vorrichtung gemäß wenigstens einem der vorhergehende Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine galvanische Zelle (1) wenigstens einen Separator
(16) aufweist, welcher bevorzugt aus einem stoffdurchlässigen Träger besteht, vorzugsweise teilweise stoffdurchlässig, also im Wesentlichen durchlässig in Bezug auf zumindest ein Material und im Wesentlichen undurchlässig in Bezug auf zumindest ein anderes Material, wobei der Träger auf mindestens einer Seite mit einem anorganischen
Material beschichtet ist, wobei als stoffdurchlässiger Träger vorzugsweise ein organisches Material verwendet wird, welches vorzugsweise als nicht verwebtes Vlies ausgestaltet ist, wobei das organische Material vorzugsweise ein Polymer und besonders bevorzugt Polyethylenterephthalat (PET) aufweist, wobei das organische Material mit einem anorganischen ionenleitenden Material beschichtet ist, welches vorzugsweise in einem Temperaturbereich von - 40° C bis 200° C ionenleitend ist, wobei das anorganische, ionenleitende Material bevorzugt wenigstens eine Verbindung aus der Gruppe der Oxide, Phosphate, Sulfate, Titanate, Silikate, Aluminosolikate wenigstens eines der Elemente Zr, AI, Li ist, insbesondere Zirkonoxid und wobei das anorganische, ionenleitende Material bevorzugt Partikel mit einem größten Durchmesser unter 100 nm aufweist.
29. Vorrichtung gemäß wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede galvanische Zelle (1) einen Separator (16) aufweist.
30. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine galvanische Zelle (1) im Wesentlichen quaderförmig oder prismatisch ausgestaltet ist.
31. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine erste Längserstreckung 11 der wenigstens einen galvanischen Zelle (1) bevorzugt im Bereich von 15 cm < 11 < 50 cm, weiter bevorzugt im Bereich von 20 cm < 11 < 30 cm, noch mehr bevorzugt im Bereich von
24 cm < 11 < 27 cm liegt.
32. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine zweite Längserstreckung 12 der wenigstens einen galvanischen Zelle (1) bevorzugt im Bereich von 10 cm < 12 < 40 cm, weiter bevorzugt im Bereich von 15 cm ≤ 12 < 25 cm, noch mehr bevorzugt im Bereich von 20 cm < 12 < 21 cm liegt.
33. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine dritte Längserstreckung 13 der wenigstens einen galvanischen Zelle (1) bevorzugt im Bereich von 0,5 cm < 13 ≤ 5 cm, weiter bevorzugt im Bereich von 1 cm < 13 < 2 cm, noch mehr bevorzugt im Bereich von 1 ,1 cm < 13 < 1,2 cm liegt.
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