EP2486621A1 - Energy storage unit having extended service life - Google Patents

Energy storage unit having extended service life

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Publication number
EP2486621A1
EP2486621A1 EP10760261A EP10760261A EP2486621A1 EP 2486621 A1 EP2486621 A1 EP 2486621A1 EP 10760261 A EP10760261 A EP 10760261A EP 10760261 A EP10760261 A EP 10760261A EP 2486621 A1 EP2486621 A1 EP 2486621A1
Authority
EP
European Patent Office
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cell
fluid
galvanic cell
galvanic
heat
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Withdrawn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
EP10760261A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Claus-Rupert Hohenthanner
Tim Schaefer
Andreas Gutsch
Markus Wohnig
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Withdrawn legal-status Critical Current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 generally to energy storage devices.
  • the invention is described in the context of rechargeable lithium-ion batteries for the supply of motor vehicle drives. It is pointed out that the invention can also be used independently of the design of the galvanic cell, its chemistry and also regardless of the type of drive supplied.
  • Rechargeable batteries with a plurality of galvanic cells for supplying vehicle drives are known from the prior art. During operation of such a battery, irreversible chemical reactions also occur in the galvanic cells. These reactions also lead to an increasingly reduced charge capacity of the galvanic cells.
  • the invention has for its object to obtain the charging capacity of the galvanic cells of a battery over a higher number of charging cycles.
  • An inventive device for storing electrical energy has at least one galvanic cell. Furthermore, the device according to the invention has at least one cell holding device with at least one inner cavity, which is provided to at least partially accommodate the at least one galvanic cell. Furthermore, the device according to the invention has at least one first wall element, which separates the interior space of the cell holder at least partially surrounds and which is at least partially operatively connected to the at least one galvanic cell. Furthermore, the device has at least one heat conducting device, which is operatively connected to the at least one first wall element. Furthermore, the device according to the invention has at least one fluid channel, which is assigned to the heat conducting device and is intended to be flowed through by a first fluid. The device according to the invention is characterized in that it comprises at least one position compensating device which is intended to expand, wherein at least the position compensating device is at least partially disposed within the cell holding device.
  • a galvanic cell means a device which also serves to store chemical energy and to deliver electrical energy. Also, the galvanic cell may be configured to convert and store electrical energy when charging into chemical energy. This is also referred to as a secondary cell or an accumulator.
  • a heat conducting device is to be understood as meaning a device which, compared with the galvanic cells, also has an increased thermal conductivity. In particular, it gives thermal energy to an actively connected galvanic cell. This is particularly desirable at low ambient temperatures to counteract premature aging of the galvanic cell and to increase its efficiency.
  • the heat-conducting device also dissipates thermal energy from an actively connected galvanic cell, which protects it in particular and extends its service life.
  • a fluid is to be understood as meaning a substance which substantially does not oppose any arbitrarily small shear stress. Gases and liquids are fluids in this sense.
  • a fluid channel means a device which at least also receives and directs a first fluid or at least can hold this first fluid, provided that this fluid channel is designed as a closed space. Preferably, this fluid channel is provided to receive a second fluid and to direct or hold.
  • the fluid channel has at least one inlet region and at least one outlet region for at least the first fluid, wherein preferably at least the first fluid flows through the channel from at least this inlet region to at least this outlet region.
  • at least the first fluid has a lower or higher temperature than the interior of the fluid channel and / or the fluid channel wall and / or at least one device operatively connected to the fluid channel.
  • At least the first fluid is heated or cooled depending on the prevailing temperatures, whereby thermal energy from the interior of the fluid channel and / or the Fluidkanalwandung and / or at least one device operatively connected to the fluid channel removed or supplied.
  • a cell holding device is to be understood as a device which has an inner space and at least one first wall element at least partially surrounding this inner space.
  • the wall element is not intended to completely enclose this interior.
  • the interior is designed to at least partially accommodate at least one galvanic cell.
  • the interior is configured to accommodate, in addition to the at least one galvanic cell, further devices, in particular measuring devices, control devices and at least one position compensation device.
  • the at least one recorded galvanic cell and at least the other recorded devices are preferably from this cell holding device positively enclosed and / or thermally conductive.
  • the at least one galvanic cell is enclosed by the cell holding device in such a way that at least a first outer surface of the adjoining cell envelope at least partially forms a flat solid-body contact with at least the first wall element. It is advantageous in this arrangement that dissipated thermal energy from the galvanic cell is passed directly without further solid-solid state contacts directly to the outside of the cell holder.
  • At least the first wall element of the cell holding device preferably consists of a highly heat-conductive metallic material and particularly preferably of aluminum.
  • a position compensating device is to be understood as a device which is intended to expand in a preferential direction dependent on temperature and / or dependent on the ambient pressure acting on it, wherein a force is also applied in the direction of the first wall element to at least the galvanic Cell is exercised.
  • the position compensation device is in particular provided to be operatively connected to at least one galvanic cell within at least one cell holding device.
  • the type and / or size of an exerted force of at least this position compensation device is preferably essentially dependent on its temperature and the ambient pressure acting on it.
  • the type and / or size of the applied force of at least this position compensation device can be preset by its geometric shape and / or the material from which it is made.
  • the temperature-dependent force of the position compensation device for a constant ambient pressure is preferably described at least at intervals by at least one mathematical function. In particular, when Kotier thermal stress of the galvanic cell leads to a disruption or disruption of the thermal energy flow to a heat accumulation within the galvanic cell and / or the cell-holding device, thereby increasing the operating temperature of this galvanic cell.
  • an increase in volume of the at least one galvanic cell during the charging cycle is compensated by a corresponding volume reduction of at least the associated position compensation device and prevents deformation and / or destruction of the at least one galvanic cell and / or at least the cell holding device.
  • the position compensation device preferably controls the contact pressure of the at least one galvanic cell on at least the first wall element to a constant value.
  • Volume changes of the associated galvanic cell which are unavoidable during charging and / or discharging cycles, are at least partially compensated by this position compensating device.
  • the thermal contact between the at least one galvanic cell and the first wall element is improved and / or ensured by the position compensating device.
  • a volume reduction of the at least one galvanic cell during the discharge cycle is compensated by a corresponding increase in volume of at least the associated position compensation device and the thermally conductive solid state contact between the at least one galvanic cell and at least the first wall element also obtained in this case.
  • a contact pressure of the galvanic cell on at least the first wall element leads to an interruption or disruption of the thermal energy flow between the at least one galvanic cell and at least the first wall element.
  • the position compensating device preferably controls the contact pressure of the at least one galvanic cell on at least the first wall element to a constant value.
  • 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, aluminosilicates 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. Such a separator is marketed, for example, under the trade name "Separion" by Evonik AG in Germany.
  • a longitudinal axis is to be understood as meaning that axis of a body which extends in the direction of its greatest extent and which essentially corresponds to an axis of symmetry.
  • the longitudinal axes of a galvanic cell and a cell holding device and a position compensating device and a heat conducting device are substantially parallel.
  • This arrangement of the substantially plate-shaped components allows a high packing density of the device according to the invention.
  • adjacent components contact each other surface, with increasing the number of points of contact, the thermal conductivity of the formed solid contacts is improved.
  • a plurality of cell holding devices and heat conducting devices is particularly advantageously arranged within the device according to the invention, wherein at least one cell holding device encloses at least one galvanic cell and at least one position compensating device.
  • An arrangement is preferred within which cell holding devices and heat conducting devices are arranged substantially alternately.
  • each cell holding device is associated with at least one heat conducting device, which is operatively connected to at least this associated cell holding device.
  • one of a plurality of cell holding devices and heat conducting existing device according to the invention for increasing the electrical voltage and / or the amount of charge contained a plurality of galvanic cells in parallel and / or series connection.
  • 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.
  • the device according to the invention has at least one first molded part, wherein the first molded part is provided to be operatively connected and / or glued to at least the first wall element of the cell holding device.
  • the first molded part is substantially arranged perpendicular to at least the cell holding device.
  • the first molded part is configured such that it is operatively connected to a plurality of wall elements of a plurality of cell holding devices.
  • At least the first molded part is preferably designed such that it at least partially encloses at least one associated heat conducting device.
  • at least the first molded part is made of a plastic or synthetic resin, wherein this first molded part is preferably non-conductive.
  • the device according to the invention has at least one second molded part, wherein at least this second molded part is arranged substantially opposite to the first molded part and wherein the second molded part is provided to be operatively connected and / or glued to at least the first wall element of the cell holding device.
  • this second molded part which has at least one opening, wherein this opening is provided for carrying out at least one Stromableiters at least one galvanic cell.
  • at least the second molded part is arranged substantially perpendicular to at least the cell holding device.
  • the second molded part is designed such that it is essentially operatively connected to a plurality of wall elements of a plurality of cell holding devices.
  • At least the first molded part is preferably designed such that it at least partially encloses at least one associated heat conducting device.
  • at least the second molded part is made of a plastic or synthetic resin, wherein this second molded part is preferably non-conductive.
  • the device according to the invention has at least one cavity, wherein this cavity is provided to receive at least one heat conducting device.
  • this cavity is bounded on at least two opposite sides by at least one first wall element of the associated cell storage devices.
  • this cavity is preferably on two others At least partially opposite sides each bounded by at least the first and the second molded part.
  • this cavity is open on two further sides, whereby a first fluid channel is formed between at least two adjacent first wall elements of the associated cell holding devices, which passes through the device according to the invention from a first side to a second side opposite to this first side.
  • this cavity is also suitable for heat conduction and provided a preferred embodiment of a heat conduction there.
  • this heat conducting device is provided to be flowed through by at least a first fluid.
  • this first fluid absorbs or releases thermal energy during the flow through the heat-conducting device as a function of its temperature and the prevailing temperatures within this heat-conducting device or first fluid channel.
  • a conveying device is to be understood as meaning a device which is also intended to convey at least one fluid.
  • at least one fluid preferably from at least one container associated with the conveying device is preferably introduced and / or at least discharged into at least one fluid channel using at least one fluid pump associated with the conveying device preferably via at least one valve associated with the conveying device, preferably using at least one valve associated with the conveying device derived from this fluid channel.
  • the conveying device is assigned at least one heat exchanger, which is provided to temper at least the fluid conveyed by the conveying device.
  • the conveying device is signal-connected at least to the control device, wherein the control device is at least provided to set at least two operating states of the conveying device.
  • the device according to the invention is preferably associated with at least one first conveying device, which is provided to convey at least this first fluid within at least the first fluid channel.
  • the conveying device can also remove the fluid from a storage container or from a line system or can supply the fluid directly from the line system to the at least first fluid channel via a valve acted upon by a control device.
  • At least one second conveying device is assigned, in particular in the case of a high cooling requirement, at least of this heat-conducting device.
  • This second conveying device is provided to convey at least one second, preferably incompressible, fluid within at least the first fluid channel.
  • the conveying device can also remove the fluid from a storage container or from a line system or can supply the fluid directly from the line system to the at least first fluid channel via a valve acted upon by a control device.
  • phase changes preferably from liquid to gaseous or vice versa.
  • one of the phase transition temperatures of this fluid is below the maximum intended operating temperature of the device according to the invention.
  • At least this first fluid channel at least partially has a capillary-active nonwoven, which is provided to at least partially wet the first wall element with at least the second fluid.
  • the heat-conducting device is assigned a distribution device which is provided to introduce at least a second fluid into at least the first fluid channel and to distribute this fluid at least in regions on at least the capillary-active nonwoven.
  • at least one device for turbulence of at least the first fluid is assigned to this distribution device, wherein a turbulence of at least this first fluid promotes phase changes of the second fluid, in particular from liquid to gaseous.
  • the device according to the invention is associated with a third conveying device, which is provided to convey at least one first multiphase fluid within at least the first fluid channel.
  • a third conveying device which is provided to convey at least one first multiphase fluid within at least the first fluid channel.
  • the evaporation of the liquid fluid components of this multiphase fluid in the first fluid channel reduces the prevailing temperatures within the fluid channel.
  • the conveying device can remove the fluid from a storage container or from a line system or can supply the fluid via a valve acted upon by the control device directly from the line system to the at least first fluid channel.
  • At least the first heat conducting device is at least partially filled with a preferably thermally conductive metal.
  • at least this metallic core of the heat conducting device has at least one second fluid channel, which is provided to be flowed through by at least one third, preferably incompressible, fluid.
  • a plurality of second fluid channels associated with this metallic core or formed within the metallic core Preferably, at least one second fluid channel has a round or rectangular cross-section.
  • the channel runs meandering or preferably straight through the metallic core, advantageously in the direction of a longitudinal axis of the metallic core.
  • at least two second fluid channels are connected to at least one connecting element to form a continuous fluid channel.
  • the device according to the invention is associated with a fourth conveying device, which is provided to convey at least the third fluid within at least the third fluid channel.
  • a fourth conveying device which is provided to convey at least the third fluid within at least the third fluid channel.
  • a plurality of cell holding means and heat conducting means with metallic core are integrally formed of the same material.
  • this integrally formed assembly is an extruded profile and preferably an aluminum extruded profile.
  • this one-piece configuration has the advantage that solid-state solid-state contacts, in particular between at least the first wall element of the cell holding device and the associated heat conducting device with metallic core, are avoided, the thermal energy flow within the device according to the invention being improved.
  • the at least one first wall element at least partially at least one preferably metallic rib, which is also provided to increase the surface, in particular the outer side of the first wall element of the cell holder.
  • the enlarged surface improves the heat transfer, in particular the absorption or the emission of heat radiation on the outside of the at least one first wall element.
  • a current conductor is to be understood as a grid material which is also provided to enable the controlled removal of the stored chemical energy in the form of electrical energy.
  • the current conductor also conducts electrical current into the galvanic cell, whereby this electrical energy is converted into chemical energy within the galvanic cell and stored.
  • This current collector is preferably metallic and has a high thermal conductivity.
  • the current collector has a first region, which is arranged inside the galvanic cell, and a second region, which second region is intended to be arranged outside the galvanic cell. Preferably, this second region is cooled or heated by heat exchange, in particular heat conduction to a heat sink or convection.
  • this heat sink or this second region of the Stromableiters at least partially flows around at least a fourth fluid.
  • the galvanic cell is supplied with thermal energy or removed.
  • the heat sink also comprises a material of a group of metals, which also contains copper, nickel, chromium, aluminum and silver.
  • the device according to the invention has a third fluid channel which is provided to conduct at least the fourth fluid at least in regions via at least one current conductor or at least one heat sink operatively connected to this current conductor.
  • the device according to the invention is associated with a fifth conveying device, which is provided to convey at least this fourth fluid within at least the fifth fluid channel.
  • At least the first wall element at least partially has a higher degree of thermal radiation absorption than at least the galvanic cell.
  • electromagnetic radiation emitted by the galvanic cell is preferably absorbed by the wall element with a higher degree of absorption, as a result of which heat accumulation within the galvanic cell and / or within the cell holding device is substantially avoided.
  • the energy storage unit with extended life has at least one first measuring device, which is provided to detect a measured value, in particular the temperature at a predetermined position of the galvanic cell.
  • the energy storage unit has a control device which is provided to detect a signal of at least one first measuring device and / or to control the at least one heat conducting device.
  • a first measuring device is to be understood as a device which is provided to detect a measured value, in particular the temperature at a predetermined location of a galvanic cell.
  • a plurality of measuring means for detecting temperatures and / or pressures at different positions of a galvanic cell are connected to a measuring device.
  • This measuring device is suitable for receiving the signals of the measuring devices at any time. For convenience and to reduce the amount of data, it is preferable to capture only from time to time. This also depends on the participating heat capacities and heat transfer coefficients.
  • a first measuring device provides at least one signal to a likewise existing control device. Preferably, this control device triggers the detection of temperatures by a first measuring device as a function of the operating conditions.
  • a control device is to be understood as a device which is provided to control at least the at least one first measuring device and to evaluate 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 a battery management system.
  • the device according to the invention is also equipped with at least one second measuring device.
  • This is suitable for detecting the charging or discharging current in or out of an associated galvanic cell and for transmitting this control device.
  • the number of both measuring devices corresponds to the number of galvanic cells, but is preferably also lower.
  • the detection of the current takes place constantly, but preferably according to specification of this control device in dependence on the operating conditions.
  • 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. The control device preferably switches on or off at least one delivery device for fluids. Thus, even a premature aging of a device for storing electrical energy is remedied 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 instructions. Together with a measured value or an evaluated measured value, another value is stored, which is representative of 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 control device preferably switches on or off conveying devices for fluids.
  • the device has a control device, an associated storage device, at least one first measuring device and at least a 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 conduction 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.
  • the energy storage device according to the invention is configured such that a plurality of these energy storage devices are preferably mechanically and / or magnetically connectable, wherein in particular at least two fluid channels of at least two energy storage devices can be connected to form a continuous channel.
  • FIG. 1a shows a cross section of an aluminum extruded profile for the device according to the invention
  • FIG. 1b shows a side view of an aluminum extruded profile for the device according to the invention
  • FIG. a cross section of an aluminum extruded profile for the device according to the invention
  • a side view of an aluminum extruded profile for the device according to the invention a cross section of an aluminum extruded profile for the device according to the invention
  • a side view of a preferred embodiment of the device according to the invention a cross section of an aluminum extruded profile with cooling fins on the outside
  • a connecting element for fluid channels through which a gaseous fluid flows a connecting element for fluid channels through which a liquid fluid flows
  • FIG. 8 longitudinal section through a device according to the invention with
  • Air cooling shows a longitudinal section through a first heat-conducting device of the device according to the invention, which has a distribution device and a capillary-active nonwoven;
  • Fig. 10 is a side view of an embodiment of the invention
  • Fig. 11 is a plan view of a galvanic cell received in a profile frame
  • Fig. 1a shows a cross section of an aluminum extruded profile 10. The representation is not to scale.
  • the illustrated extruded profile 10 has eight first regions, which are configured as cell holding devices 4 and are provided to receive two galvanic cells 1 in each case.
  • Fig. 1b shows a side view of an aluminum extruded profile 10.
  • the representation is not to scale.
  • the illustrated extruded profile 10 has eight first regions, which are configured as cell holding devices 4 and are provided to receive two galvanic cells 1 in each case.
  • the range boundaries of two cell storage devices 4 are indicated by dashed lines.
  • the illustrated extruded profile 10 are assigned a cover element 25 and a bottom element 26 on two opposite sides.
  • Fig. 2a shows a preferred embodiment of the device according to the invention in cross section.
  • the representation is not to scale.
  • the illustrated cell holding devices 4 each have a first wall element 9, which is designed as a rectangular tube.
  • the cell holding devices 4 are adhesively bonded to the first molded part 6, which uniformly spaces the cell holding devices 4.
  • a heat conducting device 3 is in each case arranged between two cell holding devices 4. These heat conducting devices each have only a first fluid channel 8, which passes through the device according to the invention from a first side to the second side opposite to a first side.
  • FIG. 2b shows a side view of a preferred embodiment of the device according to the invention.
  • the representation is not to scale.
  • the illustrated cell holding devices 4 each have a first wall element 9, which is designed as a rectangular tube.
  • the cell holding devices 4 are adhesively bonded to the first mold part 6 and to the second mold part 7, which space the cell holders 4 evenly.
  • a bottom element 26 is screwed to the first mold part 6 and a lid element 25 is screwed to the second mold part 7.
  • a heat conducting device 3 is in each case arranged between two cell holding devices 4. These heat conducting devices 3 each have only a first fluid channel 8, which pass through the device according to the invention from a first side to the second side opposite to this first side.
  • Fig. 3a shows an aluminum extruded profile 10 for an energy storage unit according to the invention with extended life.
  • the representation is not to scale.
  • the illustrated embodiment of the aluminum extruded profile 10 has eight first sections, which are configured as cell holding devices 4. Between two first sections, a second section 5 of the aluminum extruded profile is arranged in each case. These second sections are fully metallic and have recesses 27 on two sides.
  • Fig. 3b shows a side view of a preferred embodiment of the device according to the invention.
  • the representation is not to scale.
  • the illustrated cell holding devices 4 each have a first wall element 9, which is designed as a rectangular tube. Between two cell holding devices 4, a heat conducting device 3 with a metallic core is arranged in each case.
  • the heat conducting devices each have five second fluid channels 14 with a round cross section, which pass through the device according to the invention from a first side to a second side opposite this first side.
  • the cell holders 4 are glued to the first mold part 6 and the second mold part 7.
  • a bottom element 26 is screwed to the first mold part 6 and a lid element 25 is screwed to the second mold part 7.
  • Fig. 4 shows a cross section of an aluminum extruded profile 10.
  • the representation is not to scale.
  • the illustrated extruded profile 10 has eight first regions, which are configured as cell holding devices 4 and are provided to receive two galvanic cells 1 in each case.
  • the illustrated extruded profile 10 cooling fins 16, which are provided to increase the lateral surface of this extruded profile 10 and to increase the absorption or emission of electromagnetic radiation.
  • the aluminum extruded profile and the cooling ribs 16 are integrally made of preferably the same material.
  • Fig. 5 shows a longitudinal section through a device according to the invention with air cooling.
  • the representation is not to scale.
  • the illustrated energy storage unit has four groups of two plate-shaped galvanic cells 1. Each galvanic cell has in each case 2 current conductors 1 1. Depending on a current conductor 1 1 of a galvanic cell 1, an electrically insulating termination element 13 is attached. The four groups of galvanic cells 1 are connected in parallel to increase the amount of charge. Within a group, two galvanic cells 1 are connected in series. The electrical connection is not shown. Also not shown the individual cell shells, which are formed as a gas-tight, electrically non-conductive and welded film.
  • Each cell holding device 4 has in the embodiment shown only a first wall element 9, wherein the cross section of this first wall element 9 is rectangular.
  • the wall element 9 is thin-walled made of a highly heat-conducting metal and encloses the galvanic cells 1 while avoiding trapped air.
  • the galvanic cells are also enclosed by the wall element 9 such that the transmission of high heat flows between a galvanic cell 1 and the wall element 9 is possible.
  • the first wall elements 9 are each glued on a first side with the first mold part 6 and on the second side opposite this first side with the second mold part 7.
  • the lid 25 is screwed to the second mold part 7.
  • the fittings are shown as dashed lines.
  • each cell holding device 4 has a plate-shaped designed position-compensating device 2, wherein the position-compensating device 2 is arranged in each case two galvanic cells 1 and this contacts flat.
  • a cell holding device 4 is assigned at least one heat conducting device 3 in the illustrated embodiment.
  • This heat conducting device 3 has a first fluid channel 8, which passes through the device according to the invention from a first side to the second side opposite to a first side.
  • This fluid channel 8 is provided, preferably to be flowed through by outside air. Depending on the temperatures of the actively connected galvanic cell 1 and the outside air, these galvanic cells 1 are supplied with thermal energy or removed therefrom.
  • the fluid channel 8 has two highly liquid-wetting fleeces 14, which are adhesively bonded in each case to a first wall element 9 and which are provided to wet these first wall elements 9 on one side in regions with a second fluid.
  • Fig. 6 shows a longitudinal section through a device according to the invention with liquid cooling.
  • the representation is not to scale.
  • the illustrated energy storage unit has four groups each of two plate-shaped galvanic cells 1.
  • Each galvanic cell has two current conductors 11 each.
  • an electrically insulating termination element 13 is attached.
  • the four groups are connected in parallel to increase the amount of charge.
  • two galvanic cells 1 are connected in series.
  • the electrical connection is not shown.
  • the individual cell shells which are formed as a gas-tight, electrically non-conductive and welded film.
  • Each group of two galvanic cells 1 is accommodated in each case in a cell holding device 4.
  • Each cell holding device 4 has in the embodiment shown only a first wall element 9, wherein the cross section of this first wall element 9 is rectangular.
  • the wall element 9 is thin-walled made of a highly heat-conducting metal and encloses the galvanic cells 1 while avoiding trapped air.
  • the galvanic cells are enclosed by the wall element 9 such that the transmission of high heat flows between a galvanic cell 1 and the wall element 9 is possible.
  • the first wall elements 9 are glued on a first side to the first mold part 6 and on the opposite second side to the second mold part 7 respectively.
  • the lid 25 is screwed to the second mold part 7.
  • each cell holding device 4 has a plate-shaped position compensating device 2, wherein the position compensating device 2 is assigned in each case two galvanic cells 1 and touches them flatly.
  • a cell holding device 4 is assigned at least one heat conducting device 3 in the illustrated embodiment.
  • This heat conducting device 3 has a highly heat-conductive metallic core.
  • the heat conducting device 3 in each case has five second fluid channels 14.
  • the fluid channels 14 have a round cross-section and can be connected in pairs via connecting elements to form a continuous fluid channel.
  • the fluid channels 14 are provided to be flowed through by a tempered second fluid, wherein the geometry of the fluid channels 14, 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 cell holding devices 4 and the heat conducting devices 3 are made in one piece, wherein an aluminum extruded profile was used in accordance with Figure 3a.
  • Fig. 7a shows a connecting element 18 for fluid channels 14, which are traversed by a gaseous fluid.
  • the geometry of this connecting element 18 is adapted to the geometry of the recesses, not shown in this figure, in the second regions of the aluminum extruded profile.
  • the illustrated connecting element is provided to connect at least two fluid channels at least in sections. Preferably, two fluid channels, which are assigned to two different, combined into a module inventive devices, connected by this connecting element.
  • the connecting element also be configured U-shaped.
  • a U-shaped ausgestaltetes connecting element is used to connect two, the same heat conduction associated fluid channels.
  • Fig. 7b shows a connecting element 19 for fluid channels 8, which are traversed by a gaseous fluid.
  • this connecting element 19 is adapted to the geometry of the recesses, not shown in this figure, in the second regions of the aluminum extruded profile.
  • the illustrated connecting element is provided to connect at least two fluid channels at least in sections. Preferably, two fluid channels, which are assigned to two different, combined into a module inventive devices, connected by this connecting element.
  • the connecting element can also be configured U-shaped.
  • a U-shaped connecting element serves to connect two fluid channels assigned to the same heat-conducting device.
  • Fig. 8 shows a longitudinal section through a device according to the invention with internal air cooling.
  • the attached fan 28 preferably delivers a fluid outside air within the device according to the invention.
  • the resulting fluid flow is passed through the outer cell holding means 4 of the device according to the invention, which have no galvanic cells 1 and no position equalizers 2.
  • the fluid flow is passed through a formed in the cover member 25 fluid channel, wherein the fluid flows around at least the current collector 1 1 or active-connected heat sink.
  • the fluid flow is passed through a fluid channel formed in the bottom element 26.
  • This circulating within the device according to the invention fluid flow can also at least partially pass through a heat exchanger for temperature control, which is not shown.
  • the current conductors 1 1 and / or the effective connected to heat sinks thermal energy supplied or dissipated by this.
  • FIG. 9 shows a side view of a distribution device for a heat-conducting device of the device according to the invention, through which a first fluid flows.
  • the distribution device shown has a connection 28 for the introduction of a second fluid, a support frame 29 with a thickness of 1, 5 mm and an upper and a lower pipe 30, 31 with an inner diameter of 4 mm.
  • the upper pipe 30 has partially bores 33 with a diameter of 0.5 mm, which conduct a flowing in the upper pipe 30 second fluid to a capillary-active nonwoven 34.
  • the capillary-active nonwoven is partially bonded to the wall of the first fluid channel of the heat conduction device, not shown, and wets the fluid channel wall in regions with the second fluid.
  • the distribution device has two winglets 32, which are mounted on the support frame 29.
  • the arrangement of the winglets 32 is chosen such that the substantially laminar flow of the first fluid is fluidized, whereby the mass transfer of the second wetting fluid is improved from liquid to gaseous.
  • the lid member 25 has a recess 35 for the terminals of the device according to the invention.
  • the bottom element 26 has two T-slots 36, which receive fastening elements for fastening a plurality of devices according to the invention.
  • the bottom element 26 bores for stud bolts 37, which fix the guided through the T-slots 36 fasteners.
  • 11a shows a plan view of a galvanic cell 1, which is surrounded by a cell envelope 39 designed as a gas-tight and welded foil and which furthermore is mounted in a profile frame 38 designed in two pieces. taken.
  • the two-piece designed profile frame 38 has a U-profile and is geometrically adapted to the recorded galvanic cell 1 and made of aluminum and / or plastic. Not shown is the mounting adhesive used for fixing the galvanic cell 1 in the profile frame 38, such as an acrylic sealant.
  • FIG. 1 1 b shows a side view of a galvanic cell 1, which is accommodated in a profile frame 38.
  • the two-piece designed profile frame 38 has a U-profile and is geometrically adapted to the recorded galvanic cell 1 and made of aluminum and / or plastic.
  • the mounting adhesive used for fixing the galvanic cell 1 in the profile frame 38, such as an acrylic sealant.
  • the illustrated holes 40, 41, 42, 43, 44, 45 and 46 are used for positioning the galvanic cell 1 and the two-piece designed profile frame 38 in a device for bonding these components.
  • at least one geometrically adapted to the size of the bore bolt is used to fix the galvanic cell 1 and the profile frame 38 in the device for gluing.
  • the aluminum extruded profile 10 has 7 first areas af which are designed as a cell holding device. Furthermore, the aluminum extruded profile 10 has a plurality of cooling ribs 16.
  • the cell holding devices are each equipped with two galvanic cells 1, which are surrounded by a cell casing and accommodated in a profile frame 38. Furthermore, a position compensating device is accommodated in each cell holding device, which is positioned between the two galvanic cells 1. In the illustrated embodiment of the device according to the invention in each case two galvanic cells are connected in series with a contact element 38 which is fastened with stud bolts.
  • a series circuit of 14 galvanic cells 1 results in the embodiment shown.
  • Fig. 13 shows an inventive arrangement of control and measuring devices for temperature control of the accumulator. Shown is a control device 51, which is associated with a memory device 52. Arithmetic instructions, recorded and evaluated measured values and temperature specifications or target values are stored in this memory device 52. Furthermore, this memory device 52 contains specifications for the temperature control of the accumulator. With these specifications for temperature control, the control device 51 is able to switch on or off existing facilities in a forward-looking manner. Connected to the control device 51 is a first measuring device 57 for detecting temperatures of connected galvanic cells. With this first measuring device 50, a switch 53 is connected to which the various thermocouples are connected.
  • a second measuring device 57 for detecting electrical currents is connected to the control device 51.
  • a switch 54 is connected, to which the various ammeters are connected.
  • a number of conveyors for fluids and control lines to various switches are connected.
  • control device 51 is able to carry out the temperature control of the operated accumulator in a forward-looking manner.
  • the functions of the control device 51 can also be taken over by another existing controller or by a higher-level battery management system.

Abstract

The invention relates to a device for storing electrical energy, having at least one galvanic cell. The device according to the invention further comprises at least one cell holder having at least one interior chamber which is intended to at least partially accommodate the at least one galvanic cell. The device according to the invention further comprises at least one first wall element, which at least partially surrounds the interior chamber of the cell holder and at least some section of which are effectively connected to the at least one galvanic cell. The device according to the invention further comprises a heat conducting device which is effectively connected to the at least one first wall element. The device according to the invention further comprises at least one fluid channel which is allocated to the heat conducting device and through which a first fluid flows. The device according to the invention is characterized in that it comprises at least one position adjusting device which is intended to expand, wherein the position adjusting device is arranged at least partially within the cell holder.

Description

Energiespeichereinheit mit verlängerter Lebensdauer  Energy storage unit with extended life
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Energiespeichereinheiten. Die Erfindung wird im Zusammenhang mit wiederaufladbaren Lithium-Ionen- Batterien zur Versorgung von Kfz-Antrieben beschrieben. Es wird darauf hin- gewiesen, dass die Erfindung auch unabhängig von der Bauart der galvanischen Zelle, deren Chemie und auch unabhängig von der Art des versorgten Antriebs Verwendung finden kann. The present invention relates generally to energy storage devices. The invention is described in the context of rechargeable lithium-ion batteries for the supply of motor vehicle drives. It is pointed out that the invention can also be used independently of the design of the galvanic cell, its chemistry and also regardless of the type of drive supplied.
Aus dem Stand der Technik sind wiederaufladbare Batterien mit mehreren galvanischen Zellen zur Versorgung von Kfz-Antrieben bekannt. Während des Betriebs einer derartigen Batterie treten in den galvanischen Zellen auch unumkehrbare chemische Reaktionen auf. Diese Reaktionen führen auch zu einer zunehmend verringerten Ladekapazität der galvanischen Zellen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Ladekapazität der galvanischen Zellen einer Batterie über eine höhere Zahl von Ladezyklen zu erhalten. Rechargeable batteries with a plurality of galvanic cells for supplying vehicle drives are known from the prior art. During operation of such a battery, irreversible chemical reactions also occur in the galvanic cells. These reactions also lead to an increasingly reduced charge capacity of the galvanic cells. The invention has for its object to obtain the charging capacity of the galvanic cells of a battery over a higher number of charging cycles.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Zu bevorzugende Weiterbildungen der Erfindung sind Gegen- stand der Unteransprüche. This object is achieved by the subject matter of the independent claims. Preferred developments of the invention are the subject matter of the subclaims.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Speicherung elektrischer Energie weist wenigstens eine galvanische Zelle auf. Weiterhin weist die erfindungsgemäße Vorrichtung wenigstens eine Zellhalteeinrichtung mit wenigstens einem Innen- räum auf, welche vorgesehen ist, die wenigstens eine galvanische Zelle wenigstens teilweise aufzunehmen. Weiterhin weist die erfindungsgemäße Vorrichtung wenigstens ein erstes Wandungselement auf, welches den Innen- raum der Zellhalteeinrichtung wenigstens teilweise umgibt und welches wenigstens bereichsweise mit der wenigstens einen galvanischen Zelle wirkverbunden ist. Weiterhin weist die Vorrichtung wenigstens eine Wärmeleiteinrichtung auf, welche mit dem wenigstens einen ersten Wandungselement wirkverbunden ist. Weiterhin weist die erfindungsgemäße Vorrichtung wenigstens einen Fluidkanal auf, welcher der Wärmeleiteinrichtung zugeordnet ist und vorgesehen ist, von einem ersten Fluid durchströmt zu werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie wenigstens eine Positions-Ausgleicheinrichtung aufweist, welche vorgesehen ist, sich auszudehnen, wobei wenigstens die Positions-Ausgleicheinrichtung wenigstens teilweise innerhalb der Zellhalteeinrichtung angeordnet ist. An inventive device for storing electrical energy has at least one galvanic cell. Furthermore, the device according to the invention has at least one cell holding device with at least one inner cavity, which is provided to at least partially accommodate the at least one galvanic cell. Furthermore, the device according to the invention has at least one first wall element, which separates the interior space of the cell holder at least partially surrounds and which is at least partially operatively connected to the at least one galvanic cell. Furthermore, the device has at least one heat conducting device, which is operatively connected to the at least one first wall element. Furthermore, the device according to the invention has at least one fluid channel, which is assigned to the heat conducting device and is intended to be flowed through by a first fluid. The device according to the invention is characterized in that it comprises at least one position compensating device which is intended to expand, wherein at least the position compensating device is at least partially disposed within the cell holding device.
Im Sinne der Erfindung ist unter einer galvanischen Zelle eine Einrichtung zu verstehen, welche auch zur Speicherung chemischer Energie und zur Abgabe elektrischer Energie dient. Auch kann die galvanische Zelle ausgestaltet sein, elektrische Energie beim Laden in chemische Energie umzuwandeln und zu speichern. Man spricht dann auch von einer Sekundärzelle oder einem Akkumulator. Im Sinne der Erfindung ist unter einer Wärmeleiteinrichtung eine Einrichtung zu verstehen, welche verglichen mit der galvanischen Zellen auch eine erhöhte Wärmeleitfähigkeit aufweist. Insbesondere führt sie einer wirkverbundenen galvanischen Zelle thermische Energie zu. Das ist insbesondere bei geringen Umgebungstemperaturen wünschenswert, um einer vorzeitigen Alterung der galvanischen Zelle entgegenzuwirken und ihren Wirkungsgrad zu erhöhen. Auch führt die Wärmeleiteinrichtung thermische Energie aus einer wirkverbundenen galvanischen Zelle ab, wodurch diese insbesondere geschont und ihre Lebensdauer verlängert wird. Insbesondere während eines Lade- und/oder Entladezyklus mit hohem Lade- und/oder Entladestrom erwärmt sich die galvanische Zelle, wobei eine zu hohe Temperatur einer galvanischen Zelle deren Lebensdauer verkürzt und/oder die galvanische Zelle zerstört. lm Sinne der Erfindung ist unter einem Fluid eine Substanz zu verstehen, die einer beliebig kleinen Scherspannung im Wesentlichen keinen Wiederstand entgegensetzt. Gase und Flüssigkeiten sind in diesem Sinne Fluide. Im Sinne der Erfindung ist unter einem Fluidkanal eine Einrichtung zu verstehen, welche wenigstens auch ein erstes Fluid aufnimmt und leitet oder wenigstens dieses erste Fluid festhalten kann, sofern dieser Fluidkanal als geschlossener Raum ausgestaltet ist. Bevorzugt ist dieser Fluidkanal vorgesehen, auch ein zweites Fluid aufzunehmen und zu leiten oder festzuhalten. Vorzugsweise weist der Fluidkanal wenigstens einen Eintrittsbereich und wenigstens einen Austrittsbereich für wenigstens das erste Fluid auf, wobei bevorzugt wenigstens das erste Fluid den Kanal von wenigstens diesem Eintrittsbereich zu wenigstens diesem Austrittsbereich durchströmt. Vorzugsweise hat wenigstens das erste Fluid eine niedrigere oder höhere Temperatur als der Innenraum des Fluidkanals und/oder die Fluidkanalwandung und/oder wenigstens einer mit dem Fluidkanal wirkverbundenen Einrichtung. Wenigstens das erste Fluid wird abhängig von den herrschenden Temperaturen erwärmt oder abgekühlt, wodurch thermische Energie aus dem Innenraum des Fluidkanals und/oder der Fluidkanalwandung und/oder wenigstens einer mit dem Fluidkanal wirkverbundenen Einrichtung abgeführt oder diesem zugeführt wird. For the purposes of the invention, a galvanic cell means a device which also serves to store chemical energy and to deliver electrical energy. Also, the galvanic cell may be configured to convert and store electrical energy when charging into chemical energy. This is also referred to as a secondary cell or an accumulator. For the purposes of the invention, a heat conducting device is to be understood as meaning a device which, compared with the galvanic cells, also has an increased thermal conductivity. In particular, it gives thermal energy to an actively connected galvanic cell. This is particularly desirable at low ambient temperatures to counteract premature aging of the galvanic cell and to increase its efficiency. The heat-conducting device also dissipates thermal energy from an actively connected galvanic cell, which protects it in particular and extends its service life. In particular, during a charging and / or discharging cycle with a high charging and / or discharging current, the galvanic cell heats up, with an excessively high temperature of a galvanic cell shortening its service life and / or destroying the galvanic cell. For the purposes of the invention, a fluid is to be understood as meaning a substance which substantially does not oppose any arbitrarily small shear stress. Gases and liquids are fluids in this sense. For the purposes of the invention, a fluid channel means a device which at least also receives and directs a first fluid or at least can hold this first fluid, provided that this fluid channel is designed as a closed space. Preferably, this fluid channel is provided to receive a second fluid and to direct or hold. Preferably, the fluid channel has at least one inlet region and at least one outlet region for at least the first fluid, wherein preferably at least the first fluid flows through the channel from at least this inlet region to at least this outlet region. Preferably, at least the first fluid has a lower or higher temperature than the interior of the fluid channel and / or the fluid channel wall and / or at least one device operatively connected to the fluid channel. At least the first fluid is heated or cooled depending on the prevailing temperatures, whereby thermal energy from the interior of the fluid channel and / or the Fluidkanalwandung and / or at least one device operatively connected to the fluid channel removed or supplied.
Im Sinne der Erfindung ist unter einer Zellhalteeinrichtung eine Einrichtung zu verstehen, welche einen Innenraum und wenigstens ein diesen Innenraum wenigstens teilweise umgebendes erstes Wandungselement aufweist. Das Wandungselement ist nicht vorgesehen, diesen Innenraum vollständig zu umschließen. Der Innenraum ist derart ausgestaltet, die wenigstens eine galvanische Zelle wenigstens teilweise aufzunehmen. Vorzugsweise ist der Innenraum ausgestaltet, zusätzlich zu der wenigstens einen galvanischen Zelle weitere Einrichtungen aufzunehmen wie insbesondere Messeinrichtungen, Steuereinrichtungen sowie wenigstens eine Positionsausgleicheinrichtung. Die wenigstens eine aufgenommene galvanische Zelle und wenigstens die weiteren aufgenommenen Einrichtungen werden vorzugsweise von dieser Zellhalte- einrichtung kraftschlüssig und/oder thermisch leitend umschlossen. Vorzugsweise wird die wenigstens eine galvanische Zelle derart von der Zellhalteeinrichtung umschlossen, dass wenigstens eine erste Außenfläche der beigeordneten Zellhülle wenigstens teilweise einen flächigen Festkörper- Festkörper-Kontakt mit wenigstens dem ersten Wandungselement ausbildet. Vorteilhaft ist bei dieser Anordnung, dass abzuführende thermische Energie aus der galvanischen Zelle direkt ohne weitere Festkörper-Festkörper-Kontakte direkt an die Außenseite der Zellhalteeinrichtung geleitet wird. Bevorzugt besteht wenigstens das erste Wandungselement der Zellhalteeinrichtung aus einem hochwärmeleitenden metallischen Werkstoff und besonders bevorzugt aus Aluminium. For the purposes of the invention, a cell holding device is to be understood as a device which has an inner space and at least one first wall element at least partially surrounding this inner space. The wall element is not intended to completely enclose this interior. The interior is designed to at least partially accommodate at least one galvanic cell. Preferably, the interior is configured to accommodate, in addition to the at least one galvanic cell, further devices, in particular measuring devices, control devices and at least one position compensation device. The at least one recorded galvanic cell and at least the other recorded devices are preferably from this cell holding device positively enclosed and / or thermally conductive. Preferably, the at least one galvanic cell is enclosed by the cell holding device in such a way that at least a first outer surface of the adjoining cell envelope at least partially forms a flat solid-body contact with at least the first wall element. It is advantageous in this arrangement that dissipated thermal energy from the galvanic cell is passed directly without further solid-solid state contacts directly to the outside of the cell holder. At least the first wall element of the cell holding device preferably consists of a highly heat-conductive metallic material and particularly preferably of aluminum.
Im Sinne der Erfindung ist unter einer Positions-Ausgleichseinrichtung eine Einrichtung zu verstehen, welche vorgesehen ist, sich bevorzugt temperaturabhängig und/oder abhängig von dem auf sie wirkenden Umgebungsdruck in eine Vorzugsrichtung auszudehnen, wobei eine Kraft auch in Richtung des ersten Wandungselements auf wenigstens die galvanische Zelle ausgeübt wird. Die Positions-Ausgleichseinrichtung ist insbesondere vorgesehen, innerhalb wenigstens einer Zellhalteeinrichtung kraftschlüssig mit wenigstens einer galvanischen Zelle wirkverbunden zu sein. For the purposes of the invention, a position compensating device is to be understood as a device which is intended to expand in a preferential direction dependent on temperature and / or dependent on the ambient pressure acting on it, wherein a force is also applied in the direction of the first wall element to at least the galvanic Cell is exercised. The position compensation device is in particular provided to be operatively connected to at least one galvanic cell within at least one cell holding device.
Vorzugsweise ist die Art und/oder Größe einer ausgeübten Kraft wenigstens dieser Positions-Ausgleichseinrichtung im Wesentlichen von ihrer Temperatur und dem auf sie wirkenden Umgebungsdruck abhängig. Vorteilhaft kann die Art und/oder Größe der ausgeübten Kraft wenigstens dieser Positions-Ausgleich- einrichtung durch ihre geometrische Form und/oder den Werkstoff, aus dem diese gefertigt ist, voreingestellt werden. Vorzugsweise wird die temperaturabhängig ausgeübte Kraft der Positions-Ausgleichseinrichtung für einen konstanten Umgebungsdruck wenigstens intervallweise durch wenigstens eine mathematische Funktion beschrieben. Insbesondere bei Kotier thermischer Belastung der galvanischen Zelle führt eine Unterbrechung bzw. Störung des thermischen Energieflusses zu einem Wärmestau innerhalb der galvanischen Zelle und/oder der Zellhalteeinrichtung, wobei dadurch die Betriebstemperatur dieser galvanischen Zelle ansteigt. Ins- besondere führen hohe Betriebstemperaturen dieser galvanischen Zelle zu einer verkürzten Lebensdauer und damit auch zu einer geringeren Anzahl möglicher Lade- und Entladezyklen. Bei sehr hoher thermischer Belastung kann es in Lithium-Ionen-Akkumulatoren zu einem Schmelzen des Separators kommen, der den Lithium-Ionen-Akkumulator zerstört. Weiterhin verringert sich die Kapazität eines Lithium-Ionen-Akkumulators über die Zeit, insbesondere durch parasitäre Reaktionen des Lithiums mit dem Elektrolyten. Diese Zersetzungsgeschwindigkeit steigt mit zunehmender Temperatur. The type and / or size of an exerted force of at least this position compensation device is preferably essentially dependent on its temperature and the ambient pressure acting on it. Advantageously, the type and / or size of the applied force of at least this position compensation device can be preset by its geometric shape and / or the material from which it is made. The temperature-dependent force of the position compensation device for a constant ambient pressure is preferably described at least at intervals by at least one mathematical function. In particular, when Kotier thermal stress of the galvanic cell leads to a disruption or disruption of the thermal energy flow to a heat accumulation within the galvanic cell and / or the cell-holding device, thereby increasing the operating temperature of this galvanic cell. In particular, high operating temperatures of this galvanic cell lead to a shortened service life and thus also to a smaller number of possible charging and discharging cycles. In the case of very high thermal loads, lithium ion accumulators can cause melting of the separator, which destroys the lithium ion accumulator. Furthermore, the capacity of a lithium-ion battery decreases over time, in particular due to parasitic reactions of the lithium with the electrolyte. This decomposition rate increases with increasing temperature.
Vorzugsweise wird eine Volumenerhöhung der wenigstens einen galvanischen Zelle beim Ladezyklus durch eine korrespondierende Volumenabsenkung wenigstens der beigeordneten Positions-Ausgleichseinrichtung ausgeglichen und eine Verformung und/oder Zerstörung der wenigstens einen galvanischen Zelle und/oder wenigstens der Zellhalteeinrichtung verhindert. Vorzugsweise regelt die Positions-Ausgleichseinrichtung den Anpressdruck der wenigstens einen galvanischen Zelle an wenigstens das erste Wandungselement bevorzugt auf einen konstanten Wert. Preferably, an increase in volume of the at least one galvanic cell during the charging cycle is compensated by a corresponding volume reduction of at least the associated position compensation device and prevents deformation and / or destruction of the at least one galvanic cell and / or at least the cell holding device. Preferably, the position compensation device preferably controls the contact pressure of the at least one galvanic cell on at least the first wall element to a constant value.
Volumenänderungen der beigeordneten galvanischen Zelle, welche bei Lade- und/oder Entladezyklen unvermeidbar sind, werden durch diese Positions- Ausgleichseinrichtung wenigstens teilweise ausgeglichen. Der thermische Kontakt zwischen der wenigstens einen galvanischen Zelle und dem ersten Wandungselement wird durch die Positions-Ausgleichseinrichtung verbessert und/oder sichergestellt. Vorzugsweise wird eine Volumenabsenkung der wenigstens einen galvanischen Zelle beim Entladezyklus durch eine korrespondierende Volumenerhöhung wenigstens der beigeordneten Positions- Ausgleichseinrichtung ausgeglichen und der thermisch leitende Festkörperkontakt zwischen der wenigstens einen galvanischen Zelle und wenigstens dem ersten Wandungselement auch in diesem Fall erhalten. Insbesondere führt ein zu geringer Anpressdruck der galvanischen Zelle an wenigstens das erste Wandungselement zu einer Unterbrechung bzw. Störung des thermischen Energieflusses zwischen der wenigstens einen galvanischen Zelle und wenigstens dem ersten Wandungselement. Vorzugsweise regelt die Positions- Ausgleichseinrichtung den Anpressdruck der wenigstens einen galvanischen Zelle an wenigstens das erste Wandungselement bevorzugt auf einen konstanten Wert. So wird die zugrunde liegende Aufgabe gelöst. Nachfolgend werden zu bevorzugenden Weiterbildungen der Erfindung beschrieben. Volume changes of the associated galvanic cell, which are unavoidable during charging and / or discharging cycles, are at least partially compensated by this position compensating device. The thermal contact between the at least one galvanic cell and the first wall element is improved and / or ensured by the position compensating device. Preferably, a volume reduction of the at least one galvanic cell during the discharge cycle is compensated by a corresponding increase in volume of at least the associated position compensation device and the thermally conductive solid state contact between the at least one galvanic cell and at least the first wall element also obtained in this case. In particular, too low a contact pressure of the galvanic cell on at least the first wall element leads to an interruption or disruption of the thermal energy flow between the at least one galvanic cell and at least the first wall element. Preferably, the position compensating device preferably controls the contact pressure of the at least one galvanic cell on at least the first wall element to a constant value. This solves the underlying task. Hereinafter, preferred developments of the invention will be described.
Erfindungsgemäß wird vorzugsweise ein Separator verwendet, welcher aus einem stoffdurchlässigen Träger besteht, vorzugsweise teilweise stoffdurch- lässig, 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 anorganische, ionenleitende Material umfasst bevorzugt wenigstens eine Verbindung aus der Gruppe der Oxide, Phosphate, Sulfate, Titanate, Silikate, Aluminosilikate 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. Ein solcher Separator wird beispielsweise unter dem Handelsnamen "Separion" von der Evonik AG in Deutschland vertrieben. lm Sinne der Erfindung ist unter einer Längsachse jene Achse eines Körpers zu verstehen, welche in Richtung seiner größten Ausdehnung verläuft und welche im Wesentlichen einer Symmetrieachse entspricht. Vorteilhaft verlaufen die Längsachsen einer galvanischen Zelle und einer Zellhalteeinrichtung und einer Positions-Ausgleichseinrichtung und einer Wärmeleiteinrichtung im Wesentlichen parallel. Diese Anordnung der im Wesentlichen plattenförmigen Bauteile ermöglicht eine hohe Packungsdichte der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Vorteilhaft berühren sich bei dieser Anordnung benachbarte Bauteile flächig, wobei mit steigender Anzahl an Berührpunkten die thermische Leitfähigkeit der ausgebildeten Festkörperkontakte verbessert wird. According to the invention, 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. As a material-permeable carrier, 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, aluminosilicates 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. Such a separator is marketed, for example, under the trade name "Separion" by Evonik AG in Germany. For the purposes of the invention, a longitudinal axis is to be understood as meaning that axis of a body which extends in the direction of its greatest extent and which essentially corresponds to an axis of symmetry. Advantageously, the longitudinal axes of a galvanic cell and a cell holding device and a position compensating device and a heat conducting device are substantially parallel. This arrangement of the substantially plate-shaped components allows a high packing density of the device according to the invention. Advantageously, in this arrangement adjacent components contact each other surface, with increasing the number of points of contact, the thermal conductivity of the formed solid contacts is improved.
Besonders vorteilhaft wird eine Mehrzahl von Zellhalteeinrichtungen und Wärmeleiteinrichtungen innerhalb der erfindungsgemäßen Vorrichtung angeordnet, wobei wenigstens eine Zellhalteeinrichtung wenigstens eine galvanische Zelle und wenigstens eine Positions-Ausgleicheinrichtung umschließt. Bevorzugt wird eine Anordnung, innerhalb derer Zellhalteeinrichtungen und Wärmeleiteinrichtungen im Wesentlichen abwechselnd angeordnet sind. Vorteilhaft wird damit jeder Zellhalteeinrichtung wenigstens eine Wärmeleiteinrichtung beigeordnet, welche mit wenigstens dieser beigeordneten Zellhalteeinrichtung wirkverbunden ist. Vorzugsweise weist eine aus einer Mehrzahl von Zellhalteeinrichtungen und Wärmeleiteinrichtungen bestehenden erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erhöhung der elektrischen Spannung und/oder der enthaltenen Ladungsmenge eine Vielzahl von galvanischen 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. A plurality of cell holding devices and heat conducting devices is particularly advantageously arranged within the device according to the invention, wherein at least one cell holding device encloses at least one galvanic cell and at least one position compensating device. An arrangement is preferred within which cell holding devices and heat conducting devices are arranged substantially alternately. Advantageously, each cell holding device is associated with at least one heat conducting device, which is operatively connected to at least this associated cell holding device. Preferably, one of a plurality of cell holding devices and heat conducting existing device according to the invention for increasing the electrical voltage and / or the amount of charge contained a plurality of galvanic cells in parallel and / or series connection. 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.
Vorzugsweise weist die erfindungsgemäße Vorrichtung wenigstens ein erstes Formteil auf, wobei das erste Formteil vorgesehen ist mit wenigstens dem ersten Wandungselement der Zellhalteeinrichtung wirkverbunden und/oder verklebt zu werden. Vorzugsweise ist wenigstens das erste Formteil im Wesentlichen senkrecht zu wenigstens der Zellhalteeinrichtung angeordnet. Vorzugsweise ist das erste Formteil derart ausgestaltet, dass es mit einer Mehrzahl von Wandungselementen einer Mehrzahl von Zellhalteeinrichtungen wirkverbunden wird. Wenigstens das erste Formteil ist bevorzugt derart ausgestaltet, dass es wenigstens eine beigeordnete Wärmeleiteinrichtung wenigstens teilweise umschließt. Vorzugsweise ist wenigstens das erste Formteil aus einem Kunststoff bzw. Kunstharz gefertigt, wobei dieses erste Formteil bevorzugt nichtleitend ist. Preferably, the device according to the invention has at least one first molded part, wherein the first molded part is provided to be operatively connected and / or glued to at least the first wall element of the cell holding device. Preferably, at least the first molded part is substantially arranged perpendicular to at least the cell holding device. Preferably, the first molded part is configured such that it is operatively connected to a plurality of wall elements of a plurality of cell holding devices. At least the first molded part is preferably designed such that it at least partially encloses at least one associated heat conducting device. Preferably, at least the first molded part is made of a plastic or synthetic resin, wherein this first molded part is preferably non-conductive.
Besonders vorteilhaft weist die erfindungsgemäße Vorrichtung wenigstens ein zweites Formteil auf, wobei wenigstens dieses zweite Formteil im Wesentlichen gegenüber dem ersten Formteil angeordnet ist und wobei das zweite Formteil vorgesehen ist mit wenigstens dem ersten Wandungselement der Zellhalteeinrichtung wirkverbunden und/oder verklebt zu werden. Bevorzugt wird eine Ausgestaltung dieses zweiten Formteils, welche wenigstens eine Öffnung aufweist, wobei diese Öffnung vorgesehen ist zur Durchführung wenigstens eines Stromableiters wenigstens einer galvanischen Zelle. Vorzugsweise ist wenigstens das zweite Formteil im Wesentlichen senkrecht zu wenigstens der Zellhalteeinrichtung angeordnet. Vorzugsweise ist das zweite Formteil derart ausgestaltet, dass es im Wesentlichen mit einer Mehrzahl von Wandungs- elementen einer Mehrzahl von Zellhalteeinrichtungen wirkverbunden wird. Wenigstens das erste Formteil ist bevorzugt derart ausgestaltet, dass es wenigstens eine beigeordnete Wärmeleiteinrichtung wenigstens teilweise umschließt. Vorzugsweise ist wenigstens das zweite Formteil aus einem Kunststoff bzw. Kunstharz gefertigt, wobei dieses zweite Formteil bevorzugt nicht- leitend ist. Particularly advantageously, the device according to the invention has at least one second molded part, wherein at least this second molded part is arranged substantially opposite to the first molded part and wherein the second molded part is provided to be operatively connected and / or glued to at least the first wall element of the cell holding device. Preferred is an embodiment of this second molded part, which has at least one opening, wherein this opening is provided for carrying out at least one Stromableiters at least one galvanic cell. Preferably, at least the second molded part is arranged substantially perpendicular to at least the cell holding device. Preferably, the second molded part is designed such that it is essentially operatively connected to a plurality of wall elements of a plurality of cell holding devices. At least the first molded part is preferably designed such that it at least partially encloses at least one associated heat conducting device. Preferably, at least the second molded part is made of a plastic or synthetic resin, wherein this second molded part is preferably non-conductive.
Vorzugsweise weist die erfindungsgemäße Vorrichtung wenigstens einen Hohlraum auf, wobei dieser Hohlraum vorgesehen ist, wenigstens eine Wärmeleiteinrichtung aufzunehmen. Vorzugsweise ist dieser Hohlraum auf zwei sich gegenüberliegenden Seiten wenigstens teilweise jeweils durch wenigstens ein erstes Wandungselement der beigeordneten Zellspeichereinrichtungen begrenzt. Weiterhin ist dieser Hohlraum vorzugsweise auf zwei weiteren sich gegenüberliegenden Seiten wenigstens teilweise jeweils durch wenigstens das erste bzw. das zweite Formteil begrenzt. Vorzugsweise ist dieser Hohlraum auf zwei weiteren Seiten offen, wobei ein erster Fluidkanal zwischen wenigstens zwei benachbarten ersten Wandungselementen der beigeordneten Zellhalte- einrichtungen entsteht, welcher die erfindungsgemäße Vorrichtung von einer ersten Seite zur einer dieser ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite durchläuft. Preferably, the device according to the invention has at least one cavity, wherein this cavity is provided to receive at least one heat conducting device. Preferably, this cavity is bounded on at least two opposite sides by at least one first wall element of the associated cell storage devices. Furthermore, this cavity is preferably on two others At least partially opposite sides each bounded by at least the first and the second molded part. Preferably, this cavity is open on two further sides, whereby a first fluid channel is formed between at least two adjacent first wall elements of the associated cell holding devices, which passes through the device according to the invention from a first side to a second side opposite to this first side.
Vorzugsweise ist dieser Hohlraum auch zur Wärmeleitung geeignet und stellte eine bevorzugte Ausgestaltung einer Wärmeleiteinrichtung da. Vorzugsweise ist diese Wärmeleiteinrichtung vorgesehen von wenigstens einem ersten Fluid durchströmt zu werden. Vorzugsweise nimmt dieses erste Fluid während der Durchströmung der Wärmeleiteinrichtung abhängig von seiner Temperatur und den herrschenden Temperaturen innerhalb dieser Wärmeleiteinrichtung bzw. dieses ersten Fluidkanals thermische Energie auf oder gibt diese ab. Preferably, this cavity is also suitable for heat conduction and provided a preferred embodiment of a heat conduction there. Preferably, this heat conducting device is provided to be flowed through by at least a first fluid. Preferably, this first fluid absorbs or releases thermal energy during the flow through the heat-conducting device as a function of its temperature and the prevailing temperatures within this heat-conducting device or first fluid channel.
Im Sinne der Erfindung ist unter einer Fördervorrichtung, eine Vorrichtung zu verstehen, welche auch vorgesehen ist, wenigstens ein Fluid zu fördern. Vorzugsweise wird wenigstens ein Fluid aus bevorzugt wenigstens einem der Fördervorrichtung zugeordneten Behälter bevorzugt unter Verwendung wenigstens einer der Fördervorrichtung zugeordneten Fluidpumpe über bevorzugt wenigstens einer der Fördervorrichtung zugeordneten Rohrleitung unter Benutzung bevorzugt wenigstens eines der Fördervorrichtung zugeordneten Ventils bevorzugt in wenigstens einen Fluidkanal eingeleitet und/oder wenigstens aus diesem Fluidkanal abgeleitet. Vorzugsweise ist der Fördervorrichtung wenigstens ein Wärmetauscher zugeordnet, welcher vorgesehen ist, wenigstens das durch die Fördervorrichtung geförderte Fluid zu temperieren. Vorzugsweise ist die Fördervorrichtung wenigstens mit der Steuereinrichtung signalverbunden, wobei die Steuereinrichtung wenigstens vorgesehen ist, wenigstens zwei Betriebszustände der Fördervorrichtung einzustellen. Vorzugsweise ist der erfindungsgemäßen Vorrichtung wenigstens eine erste Fördervorrichtung beigeordnet, welche vorgesehen ist wenigstens dieses erste Fluid innerhalb wenigstens des ersten Fluidkanals zu fördern. Die Fördervorrichtung kann das Fluid auch aus einem Speicherbehälter oder aus einem Leitungssystem entnehmen oder kann das Fluid über ein von einer Steuervorrichtung beaufschlagtes Ventil vom Leitungssystem direkt dem wenigstens ersten Fluidkanal zuführen. For the purposes of the invention, a conveying device is to be understood as meaning a device which is also intended to convey at least one fluid. Preferably, at least one fluid preferably from at least one container associated with the conveying device is preferably introduced and / or at least discharged into at least one fluid channel using at least one fluid pump associated with the conveying device preferably via at least one valve associated with the conveying device, preferably using at least one valve associated with the conveying device derived from this fluid channel. Preferably, the conveying device is assigned at least one heat exchanger, which is provided to temper at least the fluid conveyed by the conveying device. Preferably, the conveying device is signal-connected at least to the control device, wherein the control device is at least provided to set at least two operating states of the conveying device. The device according to the invention is preferably associated with at least one first conveying device, which is provided to convey at least this first fluid within at least the first fluid channel. The conveying device can also remove the fluid from a storage container or from a line system or can supply the fluid directly from the line system to the at least first fluid channel via a valve acted upon by a control device.
Vorzugsweise wird, insbesondere bei hohem Kühlungsbedarf wenigstens dieser Wärmeleiteinrichtung wenigstens eine zweite Fördervorrichtung beigeordnet. Diese zweite Fördervorrichtung ist vorgesehen, wenigstens ein zweites, bevorzugt inkompressibles Fluid, innerhalb wenigstens des ersten Fluidkanals, zu fördern. Die Fördervorrichtung kann das Fluid auch aus einem Speicherbehälter oder aus einem Leitungssystem entnehmen oder kann das Fluid über ein von einer Steuervorrichtung beaufschlagtes Ventil vom Leitungssystem direkt dem wenigstens ersten Fluidkanal zuführen. Abhängig von den herrschenden Temperaturen innerhalb der ersten Wärmeleiteinrichtung und der chemischen Zusammensetzung dieses zweiten Fluids ist es Phasenänderungen unterworfen, vorzugsweise von flüssig nach gasförmig oder umgekehrt. Vorzugsweise liegt eine der Phasenübergangstemperaturen dieses Fluids unterhalb der maximal vorgesehenen Betriebstemperatur der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Preferably, at least one second conveying device is assigned, in particular in the case of a high cooling requirement, at least of this heat-conducting device. This second conveying device is provided to convey at least one second, preferably incompressible, fluid within at least the first fluid channel. The conveying device can also remove the fluid from a storage container or from a line system or can supply the fluid directly from the line system to the at least first fluid channel via a valve acted upon by a control device. Depending on the prevailing temperatures within the first heat conducting device and the chemical composition of this second fluid, it is subjected to phase changes, preferably from liquid to gaseous or vice versa. Preferably, one of the phase transition temperatures of this fluid is below the maximum intended operating temperature of the device according to the invention.
Vorzugsweise weist wenigstens dieser erste Fluidkanal wenigstens bereichsweise ein kapillar-aktives Vlies auf, welches vorgesehen ist, wenigstens das erste Wandungselement wenigstens teilweise mit wenigstens dem zweiten Fluid zu benetzen. Preferably at least this first fluid channel at least partially has a capillary-active nonwoven, which is provided to at least partially wet the first wall element with at least the second fluid.
Vorzugsweise ist der Wärmeleiteinrichtung eine Verteilungseinrichtung beigeordnet, welche vorgesehen ist, wenigstens ein zweites Fluid in wenigstens den ersten Fluidkanal einzuleiten und dieses Fluid wenigstens bereichsweise auf wenigstens dem kapillar-aktiven Vlies zu verteilen. Vorzugsweise ist dieser Verteilungseinrichtung wenigstens eine Einrichtung zur Verwirbelung wenigstens des ersten Fluids beigeordnet, wobei eine Ver- wirbelung wenigstens dieses ersten Fluids Phasenänderungen des zweiten Fluids insbesondere von flüssig nach gasförmig begünstigt. Preferably, the heat-conducting device is assigned a distribution device which is provided to introduce at least a second fluid into at least the first fluid channel and to distribute this fluid at least in regions on at least the capillary-active nonwoven. Preferably, at least one device for turbulence of at least the first fluid is assigned to this distribution device, wherein a turbulence of at least this first fluid promotes phase changes of the second fluid, in particular from liquid to gaseous.
Vorzugsweise ist der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine dritte Fördervorrichtung beigeordnet, welche vorgesehen ist, wenigstens ein erstes mehrphasiges Fluid innerhalb wenigstens des ersten Fluidkanals zu fördern. Insbesondere das Verdunsten der flüssigen Fluidbestandteile dieses mehr- phasigen Fluids im ersten Fluidkanal verringert die herrschenden Temperaturen innerhalb des Fluidkanals. Die Fördervorrichtung kann das Fluid aus einem Speicherbehälter oder aus einem Leitungssystem entnehmen oder kann das Fluid über ein von der Steuervorrichtung beaufschlagtes Ventil vom Leitungssystem direkt dem wenigstens ersten Fluidkanal zuführen. Preferably, the device according to the invention is associated with a third conveying device, which is provided to convey at least one first multiphase fluid within at least the first fluid channel. In particular, the evaporation of the liquid fluid components of this multiphase fluid in the first fluid channel reduces the prevailing temperatures within the fluid channel. The conveying device can remove the fluid from a storage container or from a line system or can supply the fluid via a valve acted upon by the control device directly from the line system to the at least first fluid channel.
Vorzugsweise wird bei einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wenigstens die erste Wärmeleiteinrichtung wenigstens teilweise mit einem bevorzugt wärmeleitenden Metall ausgefüllt. Vorzugsweise weist wenigstens dieser metallische Kern der Wärmeleiteinrichtung wenigstens einen zweiten Fluidkanal auf, welcher vorgesehen ist, von wenigstens einem dritten, bevorzugt inkompressiblen, Fluid durchströmt zu werden. Weiter vorzugsweise werden mehrere zweite Fluidkanäle diesem metallischen Kern zugeordnet bzw. innerhalb des metallischen Kerns ausgebildet. Vorzugsweise hat wenigstens ein zweiter Fluidkanal einen runden oder rechteckigen Querschnitt. Vorzugsweise verläuft der Kanal mäanderförmig oder bevorzugt geradlinig durch den metallischen Kern, vorteilhaft in Richtung einer Längsachse des metallischen Kerns. Vorzugsweise werden wenigstens zwei zweite Fluidkanäle mit wenigstens einem Verbindungselement zu einem durchgängigen Fluidkanal verbunden. Vorzugsweise wird der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine vierte Förder- Vorrichtung beigeordnet, welche vorgesehen ist, wenigstens das dritte Fluid innerhalb wenigstens des dritten Fluidkanals zu fördern. Vorzugsweise ist eine Mehrzahl von Zellhalteeinrichtungen und Wärmeleiteinrichtungen mit metallischem Kern einstückig aus dem gleichen Material ausgebildet. Vorzugsweise ist diese einstückig ausgebildete Baugruppe ein Strangprofil und bevorzugt ein Aluminium-Strangprofil. Insbesondere hat diese einstückige Ausgestaltung den Vorteil, dass Festkörper-Festkörper-Kontakte insbesondere zwischen wenigstens dem ersten Wandungselement der Zellhalteeinrichtung und der beigeordneten Wärmeleiteinrichtung mit metallischem Kern vermieden werden, wobei der thermische Energiefluss innerhalb der erfindungsgemäßen Vorrichtung verbessert wird. Preferably, in one embodiment of the device according to the invention, at least the first heat conducting device is at least partially filled with a preferably thermally conductive metal. Preferably, at least this metallic core of the heat conducting device has at least one second fluid channel, which is provided to be flowed through by at least one third, preferably incompressible, fluid. More preferably, a plurality of second fluid channels associated with this metallic core or formed within the metallic core. Preferably, at least one second fluid channel has a round or rectangular cross-section. Preferably, the channel runs meandering or preferably straight through the metallic core, advantageously in the direction of a longitudinal axis of the metallic core. Preferably, at least two second fluid channels are connected to at least one connecting element to form a continuous fluid channel. Preferably, the device according to the invention is associated with a fourth conveying device, which is provided to convey at least the third fluid within at least the third fluid channel. Preferably, a plurality of cell holding means and heat conducting means with metallic core are integrally formed of the same material. Preferably, this integrally formed assembly is an extruded profile and preferably an aluminum extruded profile. In particular, this one-piece configuration has the advantage that solid-state solid-state contacts, in particular between at least the first wall element of the cell holding device and the associated heat conducting device with metallic core, are avoided, the thermal energy flow within the device according to the invention being improved.
Vorzugsweise weist das wenigstens eine erste Wandungselement wenigstens bereichsweise wenigstens eine bevorzugt metallische Rippe auf, welche auch vorgesehen ist, die Oberfläche insbesondere der Außenseite des ersten Wandungselements der Zellhalteeinrichtung zu vergrößern. Die vergrößerte Oberfläche verbessert den Wärmeübergang, insbesondere die Absorption bzw. die Emission von Wärmestrahlung an der Außenseite des wenigstens einen ersten Wandungselements. Preferably, the at least one first wall element at least partially at least one preferably metallic rib, which is also provided to increase the surface, in particular the outer side of the first wall element of the cell holder. The enlarged surface improves the heat transfer, in particular the absorption or the emission of heat radiation on the outside of the at least one first wall element.
Im Sinne der Erfindung ist unter einem Stromableiter ein Gittermaterial zu verstehen, welches auch vorgesehen ist, die kontrollierte Entnahme der gespeicherten chemischen Energie in Form von elektrischer Energie zu ermöglichen. Auch leitet der Stromableiter elektrischen Strom in die galvanische Zelle hinein, wobei diese elektrische Energie innerhalb der galvanischen Zelle in chemische Energie umgesetzt und gespeichert wird. Dieser Stromableiter ist bevorzugt metallisch und weist eine hohe Wärmeleitfähigkeit auf. Der Stromableiter weist einen ersten Bereich auf, welcher innerhalb der galvanischen Zelle angeordnet ist, und einen zweiten Bereich, wobei dieser zweite Bereich vorgesehen ist, außerhalb der galvanischen Zelle angeordnet zu werden. Vorzugsweise wird dieser zweite Bereich durch Wärmeaustausch, insbesondere Wärmeleitung an einen Kühlkörper oder Konvektion gekühlt oder erwärmt. Besonders bevorzugt wird dieser Kühlkörper oder dieser zweite Bereich des Stromableiters wenigstens teilweise von wenigstens einem vierten Fluid umströmt. Abhängig von der Temperaturdifferenz zwischen diesem vierten Fluid und dem Stromableiter und/oder dem Kühlkörper wird der galvanischen Zelle thermische Energie zugeführt oder dieser entnommen. Vorzugsweise weist der Kühlkörper auch einen Werkstoff aus einer Gruppe von Metallen auf, welche auch Kupfer, Nickel, Chrom, Aluminium und Silber enthält. For the purposes of the invention, a current conductor is to be understood as a grid material which is also provided to enable the controlled removal of the stored chemical energy in the form of electrical energy. The current conductor also conducts electrical current into the galvanic cell, whereby this electrical energy is converted into chemical energy within the galvanic cell and stored. This current collector is preferably metallic and has a high thermal conductivity. The current collector has a first region, which is arranged inside the galvanic cell, and a second region, which second region is intended to be arranged outside the galvanic cell. Preferably, this second region is cooled or heated by heat exchange, in particular heat conduction to a heat sink or convection. Particularly preferred is this heat sink or this second region of the Stromableiters at least partially flows around at least a fourth fluid. Depending on the temperature difference between this fourth fluid and the current collector and / or the heat sink, the galvanic cell is supplied with thermal energy or removed. Preferably, the heat sink also comprises a material of a group of metals, which also contains copper, nickel, chromium, aluminum and silver.
Vorzugsweise weist die erfindungsgemäße Vorrichtung einen dritten Fluidkanal auf, welcher vorgesehen ist, wenigstens das viertes Fluid wenigstens bereichs- weise über wenigstens einen Stromableiter bzw. wenigstens einen mit diesem Stromableiter wirkverbundenen Kühlkörper zu leiten. Vorzugsweise ist der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine fünfte Fördervorrichtung beigeordnet, welche vorgesehen ist, wenigstens dieses vierte Fluid innerhalb wenigstens des fünften Fluidkanals zu fördern. Preferably, the device according to the invention has a third fluid channel which is provided to conduct at least the fourth fluid at least in regions via at least one current conductor or at least one heat sink operatively connected to this current conductor. Preferably, the device according to the invention is associated with a fifth conveying device, which is provided to convey at least this fourth fluid within at least the fifth fluid channel.
Vorzugsweise weist wenigstens das erste Wandungselement wenigstens bereichsweise eine höheren Absorptionsgrad für Wärmestrahlung als wenigstens die galvanische Zelle auf. Insbesondere wird von der galvanischen Zelle emittierte elektromagnetische Strahlung von dem Wandungselement mit höherem Absorptionsgrad bevorzugt absorbiert, wodurch ein Wärmestau innerhalb der galvanischen Zelle und/oder innerhalb der Zellhalteeinrichtung im Wesentlichen vermieden wird. Preferably, at least the first wall element at least partially has a higher degree of thermal radiation absorption than at least the galvanic cell. In particular, electromagnetic radiation emitted by the galvanic cell is preferably absorbed by the wall element with a higher degree of absorption, as a result of which heat accumulation within the galvanic cell and / or within the cell holding device is substantially avoided.
Vorzugsweise weist die Energiespeichereinheit mit verlängerter Lebensdauer wenigstens eine erste Messeinrichtung auf, welche vorgesehen ist, einen Messwert, insbesondere die Temperatur an einer vorgegebenen Position der galvanischen Zelle, zu erfassen. Weiterhin weist die Energiespeichereinheit eine Steuereinrichtung auf, welche vorgesehen ist, ein Signal wenigstens einer ersten Messeinrichtung zu erfassen und/oder die wenigstens eine Wärmeleiteinrichtung zu steuern. lm Sinne der Erfindung ist unter einer ersten Messeinrichtung eine Einrichtung zu verstehen, welche vorgesehen ist, einen Messwert, insbesondere die Temperatur an einer vorgegebenen Stelle einer galvanischen Zelle, zu erfassen. Dabei sind vorzugsweise auch mehrere Messmittel zur Erfassung von Temperaturen und/oder Drücken 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 zu Zeit. Das ist auch von den beteiligten Wärme- kapazitäten und Wärmeübertragungskoeffizienten abhängig. Eine erste Messeinrichtung stellt wenigstens ein Signal einer ebenfalls vorhandenen Steuereinrichtung zur Verfügung. Vorzugsweise löst diese Steuereinrichtung die Erfassung von Temperaturen durch eine erste Messeinrichtung in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen aus. Preferably, the energy storage unit with extended life has at least one first measuring device, which is provided to detect a measured value, in particular the temperature at a predetermined position of the galvanic cell. Furthermore, the energy storage unit has a control device which is provided to detect a signal of at least one first measuring device and / or to control the at least one heat conducting device. For the purposes of the invention, a first measuring device is to be understood as a device which is provided to detect a measured value, in particular the temperature at a predetermined location of a galvanic cell. In this case, preferably also a plurality of measuring means for detecting temperatures and / or pressures at different positions of a galvanic cell are connected to a measuring device. This measuring device is suitable for receiving the signals of the measuring devices at any time. For convenience and to reduce the amount of data, it is preferable to capture only from time to time. This also depends on the participating heat capacities and heat transfer coefficients. A first measuring device provides at least one signal to a likewise existing control device. Preferably, this control device triggers the detection of temperatures by a first measuring device as a function of the operating conditions.
Im Sinne der Erfindung ist unter einer Steuereinrichtung eine Einrichtung zu verstehen, welche vorgesehen ist, wenigstens die wenigstens eine erste 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 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 einem Batteriemanagementsystem übernommen werden. For the purposes of the invention, a control device is to be understood as a device which is provided to control at least the at least one first measuring device and to evaluate 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 a battery management system.
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. Advantageously, the device according to the invention is also equipped with at least one second measuring device. This is suitable for detecting the charging or discharging current in or out of an associated galvanic cell and for transmitting this control device. The number of both measuring devices corresponds to the number of galvanic cells, but is preferably also lower. The detection of the current takes place constantly, but preferably according to specification of this control device in dependence on the operating conditions.
Vorteilhaft wird eine erfindungsgemäße Vorrichtung so betrieben, dass deren Steuereinrichtung zunächst die Temperatur an einem vorgegebenen Ort einer galvanischen Zelle erfasst. Abhängig von dieser Temperatur schaltet diese Steuereinrichtung eine Wärmeleiteinrichtung ein oder aus. Vorzugsweise schaltet die Steuereinrichtung wenigstens eine Fördervorrichtung für Fluide ein oder aus. So wird auch einer vorzeitigen Alterung einer Vorrichtung zur Speicherung elektrischer Energie abgeholfen und deren Lebensdauer verlängert. Advantageously, a device according to the invention 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. The control device preferably switches on or off at least one delivery device for fluids. Thus, even a premature aging of a device for storing electrical energy is remedied and extends their life.
Vorteilhaft ist diese Steuereinrichtung mit einer Speichereinrichtung verbunden. Diese dient zum Abspeichern von erfassten Daten, ausgewerteten Messwerten und/oder Rechenvorschriften. Gemeinsam mit einem Messwert oder einem ausgewerteten Messwert wird ein weiterer Wert abgespeichert, welcher stellvertretend 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. Advantageously, this control device is connected to a memory device. This is used to store recorded data, evaluated measured values and / or calculation instructions. Together with a measured value or an evaluated measured value, another value is stored, which is representative of the time of the measurement. Preferably, targets or target values for a measured parameter, such as the temperature of a cell, are stored in this memory device.
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 Fördervorrichtungen für Fluide ein oder aus. So wird einer vorzeitigen Alterung einer Vorrichtung zur Speicherung elektrischer Energie abgeholfen und deren Lebensdauer verlängert. Particularly advantageously, 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 control device preferably switches on or off conveying devices for fluids. Thus, a premature aging of a device for storing electrical energy is remedied and extends its life.
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 Fördervorrichtungen 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 Fördervorrichtung für ein Fluid und/oder eine Wärmeleiteinrichtung ein. Particularly advantageously, the device has a control device, an associated storage device, at least one first measuring device and at least a 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. Furthermore, 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. With a suitable combination of measured current strengths and determined temperatures or temperature differences, the control device preferably estimates the future temporal development of the cell temperature using stored calculation instructions. In anticipation of a future temperature change of a galvanic cell, the control device preferably switches on or off heat conduction 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.
Vorzugsweise ist die erfindungsgemäße Energiespeichereinrichtung derart ausgestaltet, dass eine Mehrzahl dieser Energiespeichereinrichtungen bevorzugt mechanisch und/oder magnetisch verbindbar sind, wobei insbesondere auch wenigstens zwei Fluidkanäle von wenigstens zwei Energiespeichereinrichtungen zu einem durchgängigen Kanal verbindbar sind. Preferably, the energy storage device according to the invention is configured such that a plurality of these energy storage devices are preferably mechanically and / or magnetically connectable, wherein in particular at least two fluid channels of at least two energy storage devices can be connected to form a continuous channel.
Weitere Vorteile, Merkmale und Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Zusammenhang mit den Figuren. Es zeigen: Further advantages, features and embodiments of the present invention will become apparent from the following description taken in conjunction with the figures. Show it:
Fig. 1a einen Querschnitt eines Aluminium-Strangprofils für die erfindungsgemäße Vorrichtung; 1a shows a cross section of an aluminum extruded profile for the device according to the invention;
Fig. 1b eine Seitenansicht eines Aluminium-Strangprofils für die erfindungsgemäße Vorrichtung; einen Querschnitt eines Aluminium-Strangprofils für die erfindungsgemäße Vorrichtung; eine Seitenansicht eines Aluminium-Strangprofils für die erfindungsgemäße Vorrichtung; einen Querschnitt eines Aluminium-Strangprofils für die erfindungsgemäße Vorrichtung; eine Seitenansicht einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung; einen Querschnitt eines Aluminium-Strangprofils mit Kühlrippen auf der Außenseite; einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit Luftkühlung; einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit Flüssigkeitskühlung; ein Verbindungselement für Fluidkanäle, welche von einem gasförmigem Fluid durchströmt werden; ein Verbindungselement für Fluidkanäle, welche von einem flüssigen Fluid durchströmt werden; FIG. 1b shows a side view of an aluminum extruded profile for the device according to the invention; FIG. a cross section of an aluminum extruded profile for the device according to the invention; a side view of an aluminum extruded profile for the device according to the invention; a cross section of an aluminum extruded profile for the device according to the invention; a side view of a preferred embodiment of the device according to the invention; a cross section of an aluminum extruded profile with cooling fins on the outside; a longitudinal section through a device according to the invention with air cooling; a longitudinal section through a device according to the invention with liquid cooling; a connecting element for fluid channels through which a gaseous fluid flows; a connecting element for fluid channels through which a liquid fluid flows;
Fig. 8 Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit Fig. 8 longitudinal section through a device according to the invention with
Luftkühlung; Fig. 9 einen Längsschnitt durch eine erste Wärmeleiteinrichtung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, welche eine Verteilungseinrichtung und ein kapillar-aktives Vlies aufweist; Air cooling; 9 shows a longitudinal section through a first heat-conducting device of the device according to the invention, which has a distribution device and a capillary-active nonwoven;
Fig. 10 eine Seitenansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Fig. 10 is a side view of an embodiment of the invention
Vorrichtung;  Contraption;
Fig. 11 eine Draufsicht einer in einem Profilrahmen aufgenommenen galvanische Zelle; Fig. 11 is a plan view of a galvanic cell received in a profile frame;
Fig. 12 einen Draufsicht einer erfindungsgemäße Vorrichtung ohne Deckel und ohne das zweite Formteil; und 12 shows a plan view of a device according to the invention without a cover and without the second molded part; and
Fig.13 eine erfindungsgemäße Anordnung von Steuer- und Messeinrichtungen. 13 shows an inventive arrangement of control and measuring devices.
Fig. 1a zeigt einen Querschnitt eines Aluminium-Strangprofils 10. Die Darstellung ist nicht maßstabsgetreu. Das dargestellte Strangprofil 10 weist acht erste Bereiche auf, welche als Zellhalteeinrichtungen 4 ausgestaltet sind und vorgesehen sind, jeweils zwei galvanische Zellen 1 aufzunehmen. Fig. 1a shows a cross section of an aluminum extruded profile 10. The representation is not to scale. The illustrated extruded profile 10 has eight first regions, which are configured as cell holding devices 4 and are provided to receive two galvanic cells 1 in each case.
Fig. 1b zeigt eine Seitenansicht eines Aluminium-Strangprofils 10. Die Darstellung ist nicht maßstabsgetreu. Das dargestellte Strangprofil 10 weist acht erste Bereiche auf, welche als Zellhalteeinrichtungen 4 ausgestaltet sind und vorgesehen sind, jeweils zwei galvanische Zellen 1 aufzunehmen. Die Bereichsgrenzen von zwei Zellspeichereinrichtungen 4 sind durch gestrichelte Linien angedeutet. Dem dargestellten Strangprofil 10 sind auf zwei sich gegenüberliegenden Seiten ein Deckelelement 25 und ein Bodenelement 26 zugeordnet. Fig. 1b shows a side view of an aluminum extruded profile 10. The representation is not to scale. The illustrated extruded profile 10 has eight first regions, which are configured as cell holding devices 4 and are provided to receive two galvanic cells 1 in each case. The range boundaries of two cell storage devices 4 are indicated by dashed lines. The illustrated extruded profile 10 are assigned a cover element 25 and a bottom element 26 on two opposite sides.
Fig. 2a zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Querschnitt. Die Darstellung ist nicht maßstabsgetreu. Die dargestellten Zellhalteeinrichtungen 4 weisen jeweils ein erstes Wandungs- element 9 auf, welches als Rechteckrohr ausgestaltet ist. Die Zellhalteeinrichtungen 4 sind mit dem ersten Formteil 6 verklebt, welches die Zellhalteeinrichtungen 4 gleichmäßig beabstandet. In der dargestellten Ausführungsform ist jeweils eine Wärmeleiteinrichtung 3 zwischen zwei Zell- halteeinrichtungen 4 angeordnet. Diese Wärmeleiteinrichtungen weisen jeweils nur einen ersten Fluidkanal 8 auf, welcher die erfindungsgemäße Vorrichtung von einer ersten Seite zur einer dieser ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite durchläuft. ' Fig. 2b zeigt eine Seitenansicht einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Die Darstellung ist nicht maßstabsgetreu. Die dargestellten Zellhalteeinrichtungen 4 weisen jeweils ein erstes Wandungselement 9 auf, welches als Rechteckrohr ausgestaltet ist. Die Zellhalteeinrichtungen 4 sind mit dem ersten Formteil 6 und mit dem zweiten Formteil 7 verklebt, welche die Zellhalteeinrichtungen 4 gleichmäßig beabstanden. Ein Bodenelement 26 ist mit dem ersten Formteil 6 und ein Deckelelement 25 ist mit dem zweiten Formteil 7 verschraubt. In der dargestellten Ausführungsform ist jeweils eine Wärmeleiteinrichtung 3 zwischen zwei Zellhalteeinrichtungen 4 angeordnet. Diese Wärmeleiteinrichtungen 3 weisen jeweils nur einen ersten Fluidkanal 8 auf, welche die erfindungsgemäße Vorrichtung von einer ersten Seite zur einer dieser ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite durchlaufen. Fig. 2a shows a preferred embodiment of the device according to the invention in cross section. The representation is not to scale. The illustrated cell holding devices 4 each have a first wall element 9, which is designed as a rectangular tube. The cell holding devices 4 are adhesively bonded to the first molded part 6, which uniformly spaces the cell holding devices 4. In the illustrated embodiment, a heat conducting device 3 is in each case arranged between two cell holding devices 4. These heat conducting devices each have only a first fluid channel 8, which passes through the device according to the invention from a first side to the second side opposite to a first side. FIG. 2b shows a side view of a preferred embodiment of the device according to the invention. The representation is not to scale. The illustrated cell holding devices 4 each have a first wall element 9, which is designed as a rectangular tube. The cell holding devices 4 are adhesively bonded to the first mold part 6 and to the second mold part 7, which space the cell holders 4 evenly. A bottom element 26 is screwed to the first mold part 6 and a lid element 25 is screwed to the second mold part 7. In the illustrated embodiment, a heat conducting device 3 is in each case arranged between two cell holding devices 4. These heat conducting devices 3 each have only a first fluid channel 8, which pass through the device according to the invention from a first side to the second side opposite to this first side.
Fig. 3a zeigt ein Aluminium-Strangprofil 10 für eine erfindungsgemäße Energie- Speichereinheit mit verlängerter Lebensdauer. Die Darstellung ist nicht maßstabsgetreu. Die dargestellte Ausführungsform des Aluminium-Strangprofils 10 weist acht erste Abschnitte auf, welche als Zellhalteinrichtungen 4 ausgestaltet sind. Zwischen zwei ersten Abschnitten ist jeweils ein zweiter Abschnitt 5 des Aluminium-Strangprofils angeordnet. Diese zweiten Abschnitte sind voll- metallisch ausgebildet und weisen auf zwei Seiten Rücksprünge 27 auf. Fig. 3b zeigt eine Seitenansicht einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Die Darstellung ist nicht maßstabsgetreu. Die dargestellten Zellhalteeinrichtungen 4 weisen jeweils ein erstes Wandungselement 9 auf, welches als Rechteckrohr ausgestaltet ist. Zwischen zwei Zellhalteeinrichtungen 4 ist jeweils eine Wärmeleiteinrichtung 3 mit einem metallischen Kern angeordnet. Die Wärmeleiteinrichtungen weisen jeweils fünf zweite Fluidkanäle 14 mit rundem Querschnitt auf, welche die erfindungsgemäße Vorrichtung von einer ersten Seite zu einer dieser ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite durchlaufen. Die Zellhalteeinrichtungen 4 sind mit dem ersten Formteil 6 und mit dem zweiten Formteil 7 verklebt. Ein Bodenelement 26 ist mit dem ersten Formteil 6 und ein Deckelelement 25 ist mit dem zweiten Formteil 7 verschraubt. Fig. 3a shows an aluminum extruded profile 10 for an energy storage unit according to the invention with extended life. The representation is not to scale. The illustrated embodiment of the aluminum extruded profile 10 has eight first sections, which are configured as cell holding devices 4. Between two first sections, a second section 5 of the aluminum extruded profile is arranged in each case. These second sections are fully metallic and have recesses 27 on two sides. Fig. 3b shows a side view of a preferred embodiment of the device according to the invention. The representation is not to scale. The illustrated cell holding devices 4 each have a first wall element 9, which is designed as a rectangular tube. Between two cell holding devices 4, a heat conducting device 3 with a metallic core is arranged in each case. The heat conducting devices each have five second fluid channels 14 with a round cross section, which pass through the device according to the invention from a first side to a second side opposite this first side. The cell holders 4 are glued to the first mold part 6 and the second mold part 7. A bottom element 26 is screwed to the first mold part 6 and a lid element 25 is screwed to the second mold part 7.
Fig. 4 zeigt einen Querschnitt eines Aluminium-Strangprofils 10. Die Darstellung ist nicht maßstabsgetreu. Das dargestellte Strangprofil 10 weist acht erste Bereiche auf, welche als Zellhalteeinrichtungen 4 ausgestaltet sind und vorgesehen sind, jeweils zwei galvanische Zellen 1 aufzunehmen. Weiterhin weist das dargestellte Strangprofil 10 Kühlrippen 16 auf, welche vorgesehen sind die Mantelfläche dieses Strangprofils 10 zu vergrößern und die Absorption bzw. die Emission elektromagnetischer Strahlung zu erhöhen. Das Aluminium- Strangprofil und die Kühlrippen 16 sind einstückig aus bevorzugt dem gleichen Material gefertigt. Fig. 4 shows a cross section of an aluminum extruded profile 10. The representation is not to scale. The illustrated extruded profile 10 has eight first regions, which are configured as cell holding devices 4 and are provided to receive two galvanic cells 1 in each case. Furthermore, the illustrated extruded profile 10 cooling fins 16, which are provided to increase the lateral surface of this extruded profile 10 and to increase the absorption or emission of electromagnetic radiation. The aluminum extruded profile and the cooling ribs 16 are integrally made of preferably the same material.
Fig. 5 zeigt einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit Luftkühlung. Die Darstellung ist nicht maßstabsgetreu. Die dargestellte Energiespeichereinheit weist vier Gruppen zu je zwei plattenförmig ausgestalteten galvanischen Zellen 1 auf. Jede galvanische Zelle weist jeweils 2 Stromableiter 1 1 auf. Je einem Stromableiter 1 1 einer galvanischen Zelle 1 ist ein elektrisch isolierendes Terminierungselement 13 beigeordnet. Die vier Gruppen galvanischer Zellen 1 sind zur Erhöhung der Ladungsmenge parallel geschaltet. Innerhalb einer Gruppe sind zwei galvanische Zellen 1 in Reihe geschaltet. Die elektrische Verschaltung ist jedoch nicht dargestellt. Auch nicht dargestellt sind die einzelnen Zellhüllen, welche als gasdichte, elektrisch nicht leitende und verschweißte Folie ausgebildet sind. Fig. 5 shows a longitudinal section through a device according to the invention with air cooling. The representation is not to scale. The illustrated energy storage unit has four groups of two plate-shaped galvanic cells 1. Each galvanic cell has in each case 2 current conductors 1 1. Depending on a current conductor 1 1 of a galvanic cell 1, an electrically insulating termination element 13 is attached. The four groups of galvanic cells 1 are connected in parallel to increase the amount of charge. Within a group, two galvanic cells 1 are connected in series. The electrical connection is not shown. Also not shown the individual cell shells, which are formed as a gas-tight, electrically non-conductive and welded film.
Zwei galvanischen Zellen 1 sind jeweils in einer Zellhalteeinrichtung 4 auf- genommen. Jede Zellhalteeinrichtung 4 weist in der gezeigten Ausführungsform nur ein erstes Wandungselement 9 auf, wobei der Querschnitt dieses ersten Wandungselements 9 rechteckförmig ist. Das Wandungselement 9 ist dünnwandig aus einem hochwärmeleitenden Metall gefertigt und umschließt die galvanischen Zellen 1 unter Vermeidung von Lufteinschlüssen. Die galvanischen Zellen sind von dem Wandungselement 9 auch derart umschlossen, dass die Übertragung hoher Wärmeströme zwischen einer galvanischen Zelle 1 und dem Wandungselement 9 möglich ist. Die ersten Wandungselemente 9 sind jeweils auf einer ersten Seite mit dem ersten Formteil 6 und auf der dieser ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite mit dem zweiten Formteil 7 verklebt. Der Deckel 25 ist mit dem zweiten Formteil 7 verschraubt. Die Verschraubungen sind als gestrichelte Linien dargestellt. Two galvanic cells 1 are each received in a cell holding device 4. Each cell holding device 4 has in the embodiment shown only a first wall element 9, wherein the cross section of this first wall element 9 is rectangular. The wall element 9 is thin-walled made of a highly heat-conducting metal and encloses the galvanic cells 1 while avoiding trapped air. The galvanic cells are also enclosed by the wall element 9 such that the transmission of high heat flows between a galvanic cell 1 and the wall element 9 is possible. The first wall elements 9 are each glued on a first side with the first mold part 6 and on the second side opposite this first side with the second mold part 7. The lid 25 is screwed to the second mold part 7. The fittings are shown as dashed lines.
In der dargestellten Ausführungsform weist jede Zellhalteeinrichtung 4 eine plattenförmig ausgestalteten Positions-Ausgleichseinrichtung 2 auf, wobei die Positions-Ausgleichseinrichtung 2 jeweils zwei galvanischen Zellen 1 angeordnet ist und diese flächig berührt. In the illustrated embodiment, each cell holding device 4 has a plate-shaped designed position-compensating device 2, wherein the position-compensating device 2 is arranged in each case two galvanic cells 1 and this contacts flat.
Einer Zellhalteeinrichtung 4 ist in der dargestellten Ausführungsform wenigstens eine Wärmeleiteinrichtung 3 beigeordnet. Diese Wärmeleiteinrichtung 3 weist einen ersten Fluidkanal 8 auf, welcher die erfindungsgemäße Vorrichtung von einer ersten Seite zur einer dieser ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite durchläuft. Dieser Fluidkanal 8 ist vorgesehen, bevorzugt von Außenluft durchströmt zu werden. Abhängig von den Temperaturen der wirkverbundenen galvanischen Zelle 1 und der Außenluft wird diesen galvanischen Zellen 1 thermische Energie zugeführt bzw. von dieser abgeführt. ln der dargestellten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist der Fluidkanal 8 zwei hochflüssigkeitsbenetzende Vliese 14 auf, welche bereichsweise mit jeweils einem ersten Wandungselement 9 verklebt sind und welche vorgesehen sind diese ersten Wandungselemente 9 einseitig, bereichs- weise mit einem zweiten Fluid zu benetzen. A cell holding device 4 is assigned at least one heat conducting device 3 in the illustrated embodiment. This heat conducting device 3 has a first fluid channel 8, which passes through the device according to the invention from a first side to the second side opposite to a first side. This fluid channel 8 is provided, preferably to be flowed through by outside air. Depending on the temperatures of the actively connected galvanic cell 1 and the outside air, these galvanic cells 1 are supplied with thermal energy or removed therefrom. In the illustrated embodiment of the device according to the invention, the fluid channel 8 has two highly liquid-wetting fleeces 14, which are adhesively bonded in each case to a first wall element 9 and which are provided to wet these first wall elements 9 on one side in regions with a second fluid.
Fig. 6 zeigt einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit Flüssigkeitskühlung. Die Darstellung ist nicht maßstabsgetreu. Die dargestellte Energiespeichereinheit weist vier Gruppen zu je zwei plattenförmig ausge- stalteten galvanischen Zellen 1 auf. Jede galvanische Zelle weist jeweils zwei Stromableiter 1 1 auf. Je einem Stromableiter 1 1 einer galvanischen Zelle 1 ist ein elektrisch isolierendes Terminierungselement 13 beigeordnet. Die vier Gruppen sind zur Erhöhung der Ladungsmenge parallel geschaltet. Innerhalb einer Gruppe sind zwei galvanische Zellen 1 in Reihe geschaltet. Die elektrische Verschaltung ist jedoch nicht dargestellt. Auch nicht dargestellt sind die einzelnen Zellhüllen, welche als gasdichte, elektrisch nicht leitende und verschweißte Folie ausgebildet sind. Fig. 6 shows a longitudinal section through a device according to the invention with liquid cooling. The representation is not to scale. The illustrated energy storage unit has four groups each of two plate-shaped galvanic cells 1. Each galvanic cell has two current conductors 11 each. Depending on a current conductor 1 1 of a galvanic cell 1, an electrically insulating termination element 13 is attached. The four groups are connected in parallel to increase the amount of charge. Within a group, two galvanic cells 1 are connected in series. The electrical connection is not shown. Also not shown are the individual cell shells, which are formed as a gas-tight, electrically non-conductive and welded film.
Je eine Gruppe von zwei galvanischen Zellen 1 ist jeweils in einer Zellhalte- einrichtung 4 aufgenommen. Jede Zellhalteeinrichtung 4 weist in der gezeigten Ausführungsform nur ein erstes Wandungselement 9 auf, wobei der Querschnitt dieses ersten Wandungselements 9 rechteckförmig ist. Das Wandungselement 9 ist dünnwandig aus einem hochwärmeleitenden Metall gefertigt und umschließt die galvanischen Zellen 1 unter Vermeidung von Lufteinschlüssen. Die galvanischen Zellen sind von dem Wandungselement 9 derart umschlossen, dass die Übertragung hoher Wärmeströme zwischen einer galvanischen Zelle 1 und dem Wandungselement 9 möglich ist. Die ersten Wandungselemente 9 sind jeweils auf einer ersten Seite mit dem ersten Formteil 6 und auf der gegenüberliegenden zweiten Seite mit dem zweiten Formteil 7 verklebt. Der Deckel 25 ist mit dem zweiten Formteil 7 verschraubt. ln der dargestellten Ausführungsform weist jede Zellhalteeinrichtung 4 eine plattenförmig ausgestaltete Positions-Ausgleichseinrichtung 2 auf, wobei die Positions-Ausgleichseinrichtung 2 jeweils zwei galvanischen Zellen 1 beigeordnet ist und diese flächig berührt. Each group of two galvanic cells 1 is accommodated in each case in a cell holding device 4. Each cell holding device 4 has in the embodiment shown only a first wall element 9, wherein the cross section of this first wall element 9 is rectangular. The wall element 9 is thin-walled made of a highly heat-conducting metal and encloses the galvanic cells 1 while avoiding trapped air. The galvanic cells are enclosed by the wall element 9 such that the transmission of high heat flows between a galvanic cell 1 and the wall element 9 is possible. The first wall elements 9 are glued on a first side to the first mold part 6 and on the opposite second side to the second mold part 7 respectively. The lid 25 is screwed to the second mold part 7. In the illustrated embodiment, each cell holding device 4 has a plate-shaped position compensating device 2, wherein the position compensating device 2 is assigned in each case two galvanic cells 1 and touches them flatly.
Einer Zellhalteeinrichtung 4 ist in der dargestellten Ausführungsform wenigstens eine Wärmeleiteinrichtung 3 beigeordnet. Diese Wärmeleiteinrichtung 3 weist einen hochwärmeleitenden metallischen Kern auf. Weiterhin weist die Wärmeleiteinrichtung 3 jeweils fünf zweite Fluidkanäle 14 auf. Die Fluidkanäle 14 haben einen runden Querschnitt und können paarweise über Verbindungselemente zu einem durchgängigen Fluidkanal verbunden werden. Die Fluidkanäle 14 sind vorgesehen, von einem temperierten zweiten Fluid durchströmt zu werden, wobei die Geometrie der Fluidkanäle 14, die Stoffeigenschaften des zweiten Fluids sowie dessen Strömungsgeschwindigkeit so gewählt sind, dass die Strömung eine möglichst hohe Reynolds-Zahl bzw. Nusselt-Zahl aufweist. Abhängig von den Temperaturen der wirkverbundenen galvanischen Zellen 1 und diesem zweiten Fluid wird diesen galvanischen Zelle thermische Energie zugeführt oder aber von dieser abgeführt. In der dargestellten Ausführungsform sind die Zellhalteinrichtungen 4 und die Wärmeleiteinrichtungen 3 einstückig gefertigt, wobei ein Aluminium-Strangprofil entsprechend Figur 3 a verwendet wurde. A cell holding device 4 is assigned at least one heat conducting device 3 in the illustrated embodiment. This heat conducting device 3 has a highly heat-conductive metallic core. Furthermore, the heat conducting device 3 in each case has five second fluid channels 14. The fluid channels 14 have a round cross-section and can be connected in pairs via connecting elements to form a continuous fluid channel. The fluid channels 14 are provided to be flowed through by a tempered second fluid, wherein the geometry of the fluid channels 14, 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. Depending on the temperatures of the actively connected galvanic cells 1 and this second fluid, thermal energy is supplied to this galvanic cell or else dissipated therefrom. In the illustrated embodiment, the cell holding devices 4 and the heat conducting devices 3 are made in one piece, wherein an aluminum extruded profile was used in accordance with Figure 3a.
Fig. 7a zeigt ein Verbindungselement 18 für Fluidkanäle 14, welche von einem gasförmigem Fluid durchströmbar sind. Die Geometrie dieses Verbindungselements 18 ist an die Geometrie der in dieser Figur nicht dargestellten Rücksprünge in den zweiten Bereichen des Aluminium-Strangprofils angepasst. Das dargestellte Verbindungselement ist vorgesehen, wenigstens zwei Fluidkanäle wenigstens abschnittsweise zu verbinden. Vorzugsweise werden zwei Fluidkanäle, welche zwei unterschiedlichen, zu einem Modul zusammen- gefassten erfindungsgemäßen Vorrichtungen zugeordnet sind, durch dieses Verbindungselement verbunden. Insbesondere kann das Verbindungselement auch U-förmig ausgestaltet sein. Ein U-förmig ausgestaltetes Verbindungselement dient der Verbindung von zwei, der gleichen Wärmeleiteinrichtung zugeordneten Fluidkanälen. Fig. 7b zeigt ein Verbindungselement 19 für Fluidkanäle 8, welche von einem gasförmigem Fluid durchströmbar sind. Die Geometrie dieses Verbindungselements 19 ist an die Geometrie der in dieser Figur nicht dargestellten Rücksprünge in den zweiten Bereichen des Aluminium-Strangprofils angepasst. Das dargestellte Verbindungselement ist vorgesehen, wenigstens zwei Fluid- kanäle wenigstens abschnittsweise zu verbinden. Vorzugsweise werden zwei Fluidkanäle, welche zwei unterschiedlichen, zu einem Modul zusammen- gefassten erfindungsgemäßen Vorrichtungen zugeordnet sind, durch dieses Verbindungselement verbunden. Insbesondere kann das Verbindungselement auch U-förmig ausgestaltet sein. Ein U-förmig ausgestaltetes Verbindungs- element dient der Verbindung von zwei, der gleichen Wärmeleiteinrichtung zugeordneten Fluidkanälen. Fig. 7a shows a connecting element 18 for fluid channels 14, which are traversed by a gaseous fluid. The geometry of this connecting element 18 is adapted to the geometry of the recesses, not shown in this figure, in the second regions of the aluminum extruded profile. The illustrated connecting element is provided to connect at least two fluid channels at least in sections. Preferably, two fluid channels, which are assigned to two different, combined into a module inventive devices, connected by this connecting element. In particular, the connecting element also be configured U-shaped. A U-shaped ausgestaltetes connecting element is used to connect two, the same heat conduction associated fluid channels. Fig. 7b shows a connecting element 19 for fluid channels 8, which are traversed by a gaseous fluid. The geometry of this connecting element 19 is adapted to the geometry of the recesses, not shown in this figure, in the second regions of the aluminum extruded profile. The illustrated connecting element is provided to connect at least two fluid channels at least in sections. Preferably, two fluid channels, which are assigned to two different, combined into a module inventive devices, connected by this connecting element. In particular, the connecting element can also be configured U-shaped. A U-shaped connecting element serves to connect two fluid channels assigned to the same heat-conducting device.
Fig. 8 zeigt einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit innerer Luftkühlung. Der aufgesetzte Lüfter 28 fördert ein Fluid bevorzugt Außenluft innerhalb der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Der entstehende Fluidstrom wird durch die äußeren Zellhalteeinrichtungen 4 der erfindungsgemäßen Vorrichtung geleitet, wobei diese keine galvanischen Zellen 1 und keine Positions-Ausgleichseinrichtungen 2 aufweisen. Weiterhin wird der Fluidstrom durch einen im Deckelelement 25 ausgebildeten Fluidkanal geleitet, wobei das Fluid wenigstens die Stromableiter 1 1 bzw. wirkverbundenen Kühlkörper umströmt. Weiterhin wird der Fluidstrom durch einen im Bodenelement 26 ausgebildeten Fluidkanal geleitet. Dieser innerhalb der erfindungsgemäßen Vorrichtung zirkulierende Fluidstrom kann auch wenigstens bereichsweise einen Wärmetauscher zur Temperierung durchlaufen, welcher nicht dargestellt ist. Abhängig von den Temperatur der Stromableiter 1 1 bzw. der wirkverbundenen Kühlkörper und des Fluids wird den Stromableitern 1 1 und/oder den wirk- verbundenen Kühlkörpern thermische Energie zugeführt oder aber von dieser abgeführt. Fig. 8 shows a longitudinal section through a device according to the invention with internal air cooling. The attached fan 28 preferably delivers a fluid outside air within the device according to the invention. The resulting fluid flow is passed through the outer cell holding means 4 of the device according to the invention, which have no galvanic cells 1 and no position equalizers 2. Furthermore, the fluid flow is passed through a formed in the cover member 25 fluid channel, wherein the fluid flows around at least the current collector 1 1 or active-connected heat sink. Furthermore, the fluid flow is passed through a fluid channel formed in the bottom element 26. This circulating within the device according to the invention fluid flow can also at least partially pass through a heat exchanger for temperature control, which is not shown. Depending on the temperature of the current collector 1 1 or the actively connected heat sink and the fluid, the current conductors 1 1 and / or the effective connected to heat sinks thermal energy supplied or dissipated by this.
Fig. 9 zeigt eine Seitenansicht einer Verteilungseinrichtung für eine Wärme- leiteinrichtung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, welche von einem ersten Fluid durchströmt wird. Die dargestellte Verteilungseinrichtung weist einen Anschluss 28 für die Einleitung eines zweiten Fluids, einen Stützrahmen 29 mit einer Dicke von 1 ,5 mm und eine obere sowie eine untere Rohrleitung 30, 31 mit einem Innendurchmesser von jeweils 4 mm auf. Die obere Rohrleitung 30 weist bereichsweise Bohrungen 33 mit einem Durchmesser von 0,5 mm auf, welche ein in der oberen Rohrleitung 30 strömendes zweites Fluid auf ein kapillaraktives Vlies 34 leiten. Das kapillar-aktive Vlies ist mit der Wandung des ersten Fluidkanls der nicht dargestellten Wärmeleiteinrichtung abschnittsweise verklebt und benetzt die Fluidkanalwandung bereichsweise mit dem zweiten Fluid. Weiterhin weist die Verteilungseinrichtung zwei Winglets 32 auf, welche am Stützrahmen 29 montiert sind. Die Anordnung der Winglets 32 ist derart gewählt, dass die im Wesentlichen laminare Strömung des ersten Fluids verwirbelt wird, wobei der Stoffübergang des zweiten benetzenden Fluids von flüssig nach gasförmig verbessert wird. 9 shows a side view of a distribution device for a heat-conducting device of the device according to the invention, through which a first fluid flows. The distribution device shown has a connection 28 for the introduction of a second fluid, a support frame 29 with a thickness of 1, 5 mm and an upper and a lower pipe 30, 31 with an inner diameter of 4 mm. The upper pipe 30 has partially bores 33 with a diameter of 0.5 mm, which conduct a flowing in the upper pipe 30 second fluid to a capillary-active nonwoven 34. The capillary-active nonwoven is partially bonded to the wall of the first fluid channel of the heat conduction device, not shown, and wets the fluid channel wall in regions with the second fluid. Furthermore, the distribution device has two winglets 32, which are mounted on the support frame 29. The arrangement of the winglets 32 is chosen such that the substantially laminar flow of the first fluid is fluidized, whereby the mass transfer of the second wetting fluid is improved from liquid to gaseous.
Fig. 10 zeigt eine Seitenansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung. In der dargestellten Ausführungsform weist das Deckelelement 25 eine Aussparung 35 für die Anschlüsse der erfindungsgemäßen Vorrichtung auf. Weiterhin weist das Bodenelement 26 zwei T-Nuten 36 auf, welche Befestigungselemente zur Befestigung auch einer Mehrzahl von erfindungsgemäßen Vorrichtungen aufnehmen. Weiterhin weist das Bodenelement 26 Bohrungen für Stiftschrauben 37 auf, welche die durch die T-Nuten 36 geführten Befestigungselemente fixieren. Fig. 1 1 a zeigt eine Draufsicht auf eine galvanische Zelle 1 , welche von einer als gasdichte und verschweißte Folie ausgestalteten Zellhülle 39 umschlossen ist und welche weiterhin in einem zweistückig ausgestalteten Profilrahmen 38 auf- genommen ist. Der zweistückig ausgestaltete Profilrahmen 38 weist ein U-Profil auf und ist geometrisch an die aufgenommene galvanische Zelle 1 angepasst und aus Aluminium und/oder Kunststoff gefertigt ist. Nicht dargestellt ist der zur Fixierung der galvanischen Zelle 1 in dem Profilrahmen 38 verwendete, Montagekleber, wie beispielsweise eine Acryl Dichtungsmasse. 10 shows a side view of an embodiment of the device according to the invention. In the illustrated embodiment, the lid member 25 has a recess 35 for the terminals of the device according to the invention. Furthermore, the bottom element 26 has two T-slots 36, which receive fastening elements for fastening a plurality of devices according to the invention. Furthermore, the bottom element 26 bores for stud bolts 37, which fix the guided through the T-slots 36 fasteners. 11a shows a plan view of a galvanic cell 1, which is surrounded by a cell envelope 39 designed as a gas-tight and welded foil and which furthermore is mounted in a profile frame 38 designed in two pieces. taken. The two-piece designed profile frame 38 has a U-profile and is geometrically adapted to the recorded galvanic cell 1 and made of aluminum and / or plastic. Not shown is the mounting adhesive used for fixing the galvanic cell 1 in the profile frame 38, such as an acrylic sealant.
Fig. 1 1 b zeigt eine Seitenansicht einer galvanischen Zelle 1 , welche in einem Profilrahmen 38 aufgenommen ist. Der zweistückig ausgestaltete Profilrahmen 38 weist ein U-Profil auf und ist geometrisch an die aufgenommene galvanische Zelle 1 angepasst und aus Aluminium und/oder Kunststoff gefertigt ist. Nicht dargestellt ist der zur Fixierung der galvanischen Zelle 1 in dem Profilrahmen 38 verwendete, Montagekleber, wie beispielsweise eine Acryl Dichtungsmasse. Die dargestellten Bohrungen 40, 41 , 42, 43, 44, 45 und 46 dienen der Positionierung der galvanischen Zelle 1 und des zweistückig ausgestalteten Profilrahmens 38 in einer Vorrichtung zum Kleben dieser Bauteile. Insbesondere wird wenigstens ein geometrisch an die Größe der Bohrung angepasster Bolzen verwendet, um die galvanische Zelle 1 bzw. den Profilrahmen 38 in der Vorrichtung zum Kleben zu fixieren. Fig. 12 zeigt eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Vorrichtung ohne Deckel und ohne das zweite Formteil. Das Aluminium-Strangprofil 10 weist 7 erste Bereiche af welche als Zellhalteeinrichtung ausgestaltet sind. Weiterhin weist das Aluminium-Strangprofil 10 eine Mehrzahl von Kühlrippen 16 auf. Die Zellhalteeinrichtungen sind mit jeweils zwei galvanischen Zellen 1 , welche von einer Zellhülle umgeben und in einem Profilrahmen 38 aufgenommen sind, bestückt. Weiterhin ist in jeder Zellhalteeinrichtung eine Positions-Ausgleichs- einrichtung aufgenommen, welche zwischen den zwei galvanischen Zellen 1 , positioniert ist. Bei der dargestellten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind jeweils zwei galvanische Zellen mit einem Kontaktelement 38, welche mit Stiftschrauben befestigt ist, in Reihe geschaltet. Insgesamt ergibt sich eine Reihenschaltung von 14 galvanischen Zellen 1 in der gezeigten Ausführungsform. Fig. 13 zeigt eine erfindungsgemäße Anordnung von Steuer- und Messeinrichtungen zur Temperierung des Akkumulators. Dargestellt ist eine Steuereinrichtung 51 , welcher eine Speichereinrichtung 52 zugeordnet ist. In dieser Speichereinrichtung 52 sind Rechenvorschriften, erfasste und ausgewertete Messwerte sowie Temperaturvorgaben bzw. Zielwerte abgespeichert. Weiter enthält diese Speichereinrichtung 52 Vorgaben zur Temperaturführung des Akkumulators. Mit diesen Vorgaben zur Temperaturführung ist die Steuereinrichtung 51 in der Lage, vorhandene Einrichtungen vorausschauend ein- bzw. abzuschalten. Mit der Steuereinrichtung 51 ist eine erste Messeinrichtung 57 zur Erfassung von Temperaturen angeschlossener galvanischer Zellen verbunden. Mit dieser ersten Messeinrichtung 50 ist ein Umschalter 53 verbunden, an welchem die verschiedenen Thermoelemente angeschlossen sind. Weiterhin ist mit der Steuereinrichtung 51 eine zweite Messeinrichtung 57 zur Erfassung elektrischer Ströme verbunden. Mit dieser zweiten Messeinrichtung 57 ist ein Umschalter 54 verbunden, an welchem die verschiedenen Strommesser angeschlossen sind. Weiter ist an die Steuereinrichtung 51 eine Reihe von Fördereinrichtungen für Fluide sowie Steuerleitungen zu verschiedenen Schaltern angeschlossen. 1 1 b shows a side view of a galvanic cell 1, which is accommodated in a profile frame 38. The two-piece designed profile frame 38 has a U-profile and is geometrically adapted to the recorded galvanic cell 1 and made of aluminum and / or plastic. Not shown is the mounting adhesive used for fixing the galvanic cell 1 in the profile frame 38, such as an acrylic sealant. The illustrated holes 40, 41, 42, 43, 44, 45 and 46 are used for positioning the galvanic cell 1 and the two-piece designed profile frame 38 in a device for bonding these components. In particular, at least one geometrically adapted to the size of the bore bolt is used to fix the galvanic cell 1 and the profile frame 38 in the device for gluing. Fig. 12 shows a plan view of a device according to the invention without a lid and without the second molded part. The aluminum extruded profile 10 has 7 first areas af which are designed as a cell holding device. Furthermore, the aluminum extruded profile 10 has a plurality of cooling ribs 16. The cell holding devices are each equipped with two galvanic cells 1, which are surrounded by a cell casing and accommodated in a profile frame 38. Furthermore, a position compensating device is accommodated in each cell holding device, which is positioned between the two galvanic cells 1. In the illustrated embodiment of the device according to the invention in each case two galvanic cells are connected in series with a contact element 38 which is fastened with stud bolts. Overall, a series circuit of 14 galvanic cells 1 results in the embodiment shown. Fig. 13 shows an inventive arrangement of control and measuring devices for temperature control of the accumulator. Shown is a control device 51, which is associated with a memory device 52. Arithmetic instructions, recorded and evaluated measured values and temperature specifications or target values are stored in this memory device 52. Furthermore, this memory device 52 contains specifications for the temperature control of the accumulator. With these specifications for temperature control, the control device 51 is able to switch on or off existing facilities in a forward-looking manner. Connected to the control device 51 is a first measuring device 57 for detecting temperatures of connected galvanic cells. With this first measuring device 50, a switch 53 is connected to which the various thermocouples are connected. Furthermore, a second measuring device 57 for detecting electrical currents is connected to the control device 51. With this second measuring device 57, a switch 54 is connected, to which the various ammeters are connected. Further, to the controller 51, a number of conveyors for fluids and control lines to various switches are connected.
In dieser Ausbildung der Anordnung von Steuer- und Messeinrichtungen ist die Steuereinrichtung 51 in der Lage, die Temperaturführung des betriebenen Akkumulators vorausschauend durchzuführen. Dabei können die Funktionen der Steuereinrichtung 51 auch von einer anderen vorhandenen Steuerung oder von einem übergeordneten Batteriemanagementsystem übernommen werden. In this embodiment of the arrangement of control and measuring devices, the control device 51 is able to carry out the temperature control of the operated accumulator in a forward-looking manner. The functions of the control device 51 can also be taken over by another existing controller or by a higher-level battery management system.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e P a t e n t a n s r ü c h e
Vorrichtung zur Speicherung elektrischer Energie, mit wenigstens einer galvanischen Zelle (1 ), Device for storing electrical energy, with at least one galvanic cell (1),
einer Zellhalteeinrichtung (4) mit wenigstens einem Innenraum (47), welche vorgesehen ist, die wenigstens eine galvanische Zelle (1 ) wenigstens teilweise aufzunehmen, a cell holding device (4) with at least one interior (47), which is intended to at least partially accommodate the at least one galvanic cell (1),
einem ersten Wandungselement (9), welches den Innenraum (47) der Zellhalteeinrichtung (4) wenigstens teilweise umgibt und welches wenigstens bereichsweise mit der wenigstens einen galvanischen Zelle (1) wirkverbunden ist, a first wall element (9), which at least partially surrounds the interior (47) of the cell holding device (4) and which is operatively connected to the at least one galvanic cell (1) at least in some areas,
einer Wärmeleiteinrichtung (3), welche mit dem wenigstens einen ersten Wandungselement (9) wirkverbunden ist, a heat-conducting device (3), which is operatively connected to the at least one first wall element (9),
einem Fluidkanal (8), welcher der Wärmeleiteinrichtung (3) zugeordnet ist und vorgesehen ist, von einem ersten Fluid (48) durchströmt zu werden, dadurch gekennzeichnet, dass a fluid channel (8), which is assigned to the heat-conducting device (3) and is intended to be flowed through by a first fluid (48), characterized in that
die Vorrichtung wenigstens eine Positions-Ausgleichseinrichtung (2) aufweist, welche vorgesehen ist, sich auszudehnen, wobei wenigstens die Positions-Ausgleichseinrichtung the device has at least one position compensation device (2) which is intended to expand, at least the position compensation device
(2) wenigstens teilweise innerhalb der Zellhalteeinrichtung (4) angeordnet ist. (2) is at least partially arranged within the cell holding device (4).
Vorrichtung gemäß Anspruch 1 , Device according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
die wenigstens eine galvanische Zelle wenigstens einen Separator 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 ist, the at least one galvanic cell has at least one separator, which preferably consists of a material-permeable carrier, preferably partially material-permeable, i.e. essentially permeable with respect to at least one material and essentially impermeable with respect to at least one other material,
wobei der Träger auf mindestens einer Seite mit einem anorganischen Material beschichtet ist, wobei als stoffdurchlässiger Träger vorzugsweise ein organisches wherein the carrier is coated on at least one side with an inorganic material, wherein the material-permeable carrier is preferably an organic one
Material verwendet wird, welches vorzugsweise als nicht verwebtes Vlies ausgestaltet ist, Material is used, which is preferably designed as a non-woven fleece,
wobei das organische Material vorzugsweise ein Polymer und besonders bevorzugt Polyethylenterephthalat (PET) aufweist, wherein the organic material preferably has a polymer and particularly preferably polyethylene terephthalate (PET),
wobei das organische Material mit einem anorganischen ionenleitenden Material beschichtet ist, welches vorzugsweise in einem Temperaturbereich von - 40°C bis 200°C ionenleitend ist, wherein the organic material is coated with an inorganic ion-conducting material, which is preferably ion-conductive in a temperature range of -40 ° C to 200 ° C,
wobei das anorganische, ionenleitende Material bevorzugt wenigstens eine Verbindung aus der Gruppe der Oxide, Phosphate, Sulfate, Titanate, wherein the inorganic, ion-conducting material preferably has at least one compound from the group of oxides, phosphates, sulfates, titanates,
Silikate, Aluminosolikate wenigstens eines der Elemente Zr, AI, Li ist, insbesondere Zirkonoxid, und Silicates, aluminosolicates are at least one of the elements Zr, Al, Li, in particular zirconium oxide, and
wobei das anorganische, ionenleitende Material bevorzugt Partikel mit einem größten Durchmesser unter 100 nm aufweist. wherein the inorganic, ion-conducting material preferably has particles with a largest diameter of less than 100 nm.
3. Vorrichtung gemäß wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass 3. Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that
die Längsachsen einer galvanischen Zelle und einer Zellhalteeinrichtung und einer Positions-Ausgleicheinrichtung und einer Wärmeleiteinrichtung im Wesentlichen parallel verlaufen. the longitudinal axes of a galvanic cell and a cell holding device and a position compensation device and a heat conduction device run essentially parallel.
4. Vorrichtung gemäß wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass 4. Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that
sie wenigstens ein erstes Formteil aufweist, wobei das erste Formteil vorgesehen ist, mit wenigstens dem ersten Wandungselement der Zellhalteeinrichtung kraftschlüssig verbunden zu werden, wobei das erste Formteil im Wesentlichen senkrecht zu wenigstens der Zellhalteeinrichtung angeordnet ist. it has at least a first molded part, wherein the first molded part is intended to be non-positively connected to at least the first wall element of the cell holding device, wherein the first molded part is arranged essentially perpendicular to at least the cell holding device.
5. Vorrichtung gemäß wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie wenigstens einen Hohlraum aufweist, wobei dieser Hohlraum als Fluidkanal ausgestaltet ist. 5. Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that it has at least one cavity, this cavity being designed as a fluid channel.
Vorrichtung gemäß wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that
wenigstens bereichsweise wenigstens dem Fluidkanal eine hoch- flüssigkeitsbenetzende Einrichtung zugeordnet ist. At least in some areas, a high-liquid wetting device is assigned to at least the fluid channel.
Vorrichtung gemäß wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that
wenigstens eine Fördervorrichtung zugeordnet ist, wobei diese Fördervorrichtung vorgesehen ist, wenigstens ein erstes Fluid zu fördern, und wobei die Fördervorrichtung steuerbar ist. at least one conveying device is assigned, this conveying device being intended to convey at least a first fluid, and wherein the conveying device is controllable.
Vorrichtung gemäß wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that
wenigstens das erste Wandungselement wenigstens bereichsweise eine höheren Absorptionsgrad für Wärmestrahlung als wenigstens die Zellhülle aufweist. at least the first wall element has, at least in some areas, a higher degree of absorption for thermal radiation than at least the cell shell.
Vorrichtung gemäß wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that
diese wenigstens eine erste Messeinrichtung aufweist, welche vorgesehen ist, wenigstens einen Messwert, insbesondere die Temperatur an einer vorgegebenen Position der galvanischen Zelle zu erfassen. this has at least one first measuring device, which is intended to record at least one measured value, in particular the temperature at a predetermined position of the galvanic cell.
Vorrichtung gemäß wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that
diese wenigstens eine Steuereinrichtung aufweist, welche vorgesehen ist, ein Signal wenigstens einer ersten Messeinrichtung zu erfassen und/oder die wenigstens eine Wärmeleiteinrichtung zu steuern. Vorrichtung gemäß wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass this has at least one control device, which is intended to detect a signal from at least a first measuring device and / or to control the at least one heat-conducting device. Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that
diese wenigstens eine zweite Messeinrichtung aufweist, welche geeignet ist, die Stromstärke des elektrischen Stroms in oder aus dieser galvanischen Zelle zu erfassen, und diese Stromstärke dieser Steuereinrichtung zu übermitteln, this has at least one second measuring device, which is suitable for detecting the current intensity of the electrical current in or from this galvanic cell and for transmitting this current intensity to this control device,
und/oder and or
diese eine Speichereinrichtung aufweist, welche dieser Steuereinrichtung zugeordnet ist, wobei diese Speichereinrichtung zum Abspeichern wenigstens von Daten und/oder Rechenvorschriften geeignet ist. this has a memory device which is assigned to this control device, this memory device being suitable for storing at least data and / or calculation instructions.
Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, Method for operating a device according to at least one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
diese erste Messeinrichtung wenigstens zeitweise die Temperatur an einer vorgegebenen Stelle einer galvanischen Zelle und/oder diese zweite Messeinrichtung die Stärke des elektrischen Stroms in oder aus einer galvanischen Zelle erfasst, this first measuring device at least temporarily records the temperature at a predetermined location of a galvanic cell and/or this second measuring device detects the strength of the electrical current in or from a galvanic cell,
diese Steuerungseinrichtung die Temperaturdifferenz aus dieser erfassten Temperatur und einer dazu vorgegebenen Temperatur bestimmt, und this control device determines the temperature difference from this detected temperature and a predetermined temperature, and
diese Steuerungseinrichtung abhängig von der gemessenen Temperatur, der ermittelten Temperaturdifferenz und/oder einer erfassten Stromstärke, eine Wärmeleiteinrichtung und/oder eine Fördereinrichtung für ein Fluid einschaltet oder ausschaltet. This control device switches on or off a heat-conducting device and/or a conveying device for a fluid depending on the measured temperature, the determined temperature difference and/or a detected current intensity.
Verfahren zur Herstellung einer wenigstens mit einer galvanischen Zelle (1) und/oder wenigstens einer Positions-Ausgleichseinrichtung (2) bestückten Zellhalteeinrichtung (4) für eine Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 11 unter Verwendung eines Stra gprofils (10) mit den Schritten: (a) Zerteilung des Strangprofils (10) in Stücke vorbestimmter Länge,Method for producing a cell holding device (4) equipped with at least one galvanic cell (1) and/or at least one position compensation device (2) for a device according to at least one of claims 1 to 11 using a support profile (10) with the steps : (a) cutting the extruded profile (10) into pieces of predetermined length,
(b) Anordnen der galvanischen Zelle (1 ) und der Positions- Ausgleichseinrichtung (2), (b) arranging the galvanic cell (1) and the position compensation device (2),
(c) Anpressen dieser Anordnung in die Zellhalteeinrichtung (4) (c) pressing this arrangement into the cell holding device (4)
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