EP2499685A1 - Mechanisch flexibles und poröses ausgleichselement zur temperierung elektrochemischer zellen - Google Patents

Mechanisch flexibles und poröses ausgleichselement zur temperierung elektrochemischer zellen

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EP2499685A1
EP2499685A1 EP10781826A EP10781826A EP2499685A1 EP 2499685 A1 EP2499685 A1 EP 2499685A1 EP 10781826 A EP10781826 A EP 10781826A EP 10781826 A EP10781826 A EP 10781826A EP 2499685 A1 EP2499685 A1 EP 2499685A1
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EP
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compensating element
battery
temperature
battery according
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Withdrawn
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EP10781826A
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Peter Kritzer
Christoph Weber
Ulrich Schneider
Rudolf Wagner
Thomas Arnold
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Carl Freudenberg KG
Original Assignee
Carl Freudenberg KG
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Publication date
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the invention relates to a battery consisting of at least two
  • batteries are made up of individual cells. These are usually housed in a housing and sometimes also divided into so-called “stacks.” Typically, a battery for hybrid or electric vehicles or for industrial applications, in particular for
  • These individual cells can be designed as round cells or as prismatic cells, which both have a fixed housing, or else as so-called “coffee bag cells”, in which the housing is configured as a metal foil coated on both sides prismatic cells or “coffee bag cells” used.
  • Lithium batteries are even more critical than NiMH batteries as they show higher energy density, thinner separators, a combustible electrolyte, higher voltages and lithium.
  • Temperature should be kept as constant as possible in the battery. A temperature difference of maximum 3 K is ideal and allowed
  • Another disadvantage is that the potting compounds creep. An undesirable penetration of the potting compound between two contacts can therefore not be excluded.
  • the invention is therefore based on the object of specifying a battery whose cells are durable after simple production and positioning
  • the present invention achieves the aforementioned object by the features of patent claim 1.
  • the aforementioned battery is characterized in that the intermediate space is filled with a porous and deformable compensating element for controlling the temperature of the cells.
  • the arrangement of a porous and deformable compensating element between the cells of a battery causes several positive effects. Due to its compressibility tolerance compensation during production can be ensured. It is avoided that the cells are pressed too hard during manufacture and thereby damaged. It also ensures that electrical connections at the top of the cells become easily flexible.
  • the compensating elements located between the cells serve, among other things, as a mechanical buffer. This is particularly advantageous when bumping on the battery. Especially with lithium cells occurs during electrochemical processes, a volume work, which is transferred to a flexible housing in so-called “coffee bag cells.” Typical values between maximum and minimum volume are thereby 3 - 5% "Coffee Bag Cells" compensation elements are compensated.
  • the use of porous compensating elements further allows for uptake of electrolytes which may leak out of the cells in the event of failure of the battery.
  • the compensating element could have a thermally conductive surface. This is advantageous to ensure a good and fast cooling or heating of a battery. It is also advantageous that a cold battery can be quickly brought to operating temperature. It is advantageous to heat batteries at temperatures below 0 ° C, as cold batteries are not powerful are like moderately warm batteries. This is due to a lower capacity and smaller tapped currents. Furthermore, charging cold lithium batteries, especially at high currents, can lead to increased dendrite formation. Dendrites are conductive crystal growths that can lead to micro-shorts.
  • the temperature of the cells can be done in several ways. There could be a contact cooling via the two metallic electrode-Ableitbleche. This is a preferred method because heat transfer across the electrodes into the cell is most effective. In addition, the electrodes are usually rigidly connected, so that contacting the cooling is easily possible.
  • a contact cooling could take place via the sealing seam of a cell. This too is used in practice.
  • the heat transfer at the interface seal seam - cell interior is lower than in the cooling of the two electrode Ableitbleche, since the cell film both sides with thermally non-conductive
  • Heat transfer through the film into the cell interior is a factor of 10 - 100 worse than with cooling via the electrode discharge plates. This is related to the layered structure of the cell interior. In the case of planar cooling, the heat must be dissipated vertically through the layer structure of the conductive electrodes and the non-conductive separator. In addition, the cell area itself is not fixed due to the volume work of the cell per se, since charged cells are about 5% thicker than uncharged ones. This complicates a thermal contact. Especially with this type of cooling There are significant advantages, which are shown in the following table:
  • a highly porous, elastic material with high restoring force is used as compensation element.
  • a highly porous, elastic material with high restoring force is used as compensation element.
  • Compensation element Is there no mechanical contact, for example, due to an air cushion between the compensation element and the
  • the compensation element must be able to follow the expansion of the cell in the z-direction.
  • that must Compensation element be thermally conductive at least on the cell-facing surface.
  • Compensating elements are technically preferred, but certainly not optimal for cost reasons.
  • a flexible, reversibly compressible and at least at one surface thermally conductive open-pore material with total porosity in the unloaded state of more than 20% is particularly preferred. This porosity allows compression in the z-direction, which can follow the change in thickness of the cells. The reversibility ensures that the compensation element can follow the thinning cells or the cell surface and thus always a mechanical contact to the surface is made.
  • a nonwoven fabric could be laminated onto thermally conductive textile substrates or films.
  • the nonwoven fabrics - could also have carbon fibers or a metal coating.
  • the nonwoven fabrics have thermally conductive properties. They offer excellent thermal conductivity and flexibility at the same time.
  • the entire nonwoven fabric could be designed to be conductive. This can be achieved by thermally conductive fibers, metal, graphite, carbon, carbon nanotubes, fibers with metal coating, obtained by electrodeposition or CVD deposition, thermally conductive particles, metal, ceramic, especially AI2O3, carbon black, especially conductive carbon black, graphene and / or other conductive carbon modifications.
  • Thermally conductive fibers or threads, in particular metal fibers could be introduced into the nonwoven fabric.
  • Polymeric fibers of polyamide, polyester, polyacrylonitrile or polyvinyl alcohol could also be used.
  • "coffee bag cells” can be homogeneously tempered over their entire surface by a thermally conductive nonwoven fabric Against this background, it is conceivable that the nonwoven fabrics with Al2O3, SiC, glass, Leitruß, graphite foils, aluminum foils or metal fibers are equipped.
  • the compensating element could be connected to a heating or cooling device to effect the temperature control of the cells.
  • the heating allows active heating of the cells.
  • the cooling device actively cooling the cells.
  • the compensating element could be designed as a layer and surround the cells in a zigzag shape.
  • a single layer can be used to envelop a plurality of cells at least partially.
  • the layer is configured as a nonwoven, paper, fabric, scrim or knitted fabric.
  • the compensating element could comprise an elastomeric material or be configured as an elastomeric layer. It is also conceivable to position several layers between two cells.
  • the elastomeric material could be thermally conductive in order to cool the cells, to heat or to keep their temperature constant.
  • the elastomeric material could be designed as a shaped part with grooving analogous to a chocolate bar structure.
  • the elastomeric material can act as a frame for "coffee bag cells".
  • the compensation element has a foam or is made of a foam. Foams can be open-pored and allow the blowing off of gases.
  • the compensating element could comprise a nonwoven fabric or be made of a nonwoven fabric.
  • the arrangement of nonwovens between the cells of a battery causes several positive effects. The compressibility of nonwovens ensures tolerance compensation during production. It is avoided that the cells are pressed too hard during manufacture and thereby damaged. It also ensures that electrical connections are made easily flexible at the top of the cells.
  • the nonwoven fabrics lying between the cells serve as a mechanical buffer. This is particularly advantageous when bumping on the battery. Especially in lithium cells occurs during electrochemical processes, a volume work, which is transmitted to a flexible housing in so-called "coffee bag cells.” Typical values between maximum and minimum
  • volume is 3 - 5%. This voluminous work can be compensated by non-woven fabrics lying between the "coffee-bag cells.”
  • Nonwovens which can escape from the cells in case of failure of the battery. This effect is particularly advantageous when recycling the battery because it does not drip.
  • the open-pore design of nonwovens further allows the rapid outgassing or blowing off of an electrolyte in the event of an external short circuit of the battery.
  • Nonwovens, especially those with high porosity have a low density.
  • a polyester nonwoven having a polymer density of 1.4 kg / l has a density of only 0.7 kg / l at a porosity of 50%.
  • the compensating element could be equipped flame-retardant. So-called "fireblocker” nonwovens are advantageous for suppressing fires emanating from the battery.
  • the compensation element could have adhesives. By applying adhesive mass adhesives in particular nonwovens may be slightly tacky. As a result, the nonwoven fabrics can be easily arranged and fixed during battery production. against this background, it is conceivable that hot melt adhesives are used. Hotmelt adhesives are easy to process.
  • the compensating element could comprise superabsorbent materials. This allows moisture management in the battery. The use of non-woven fabrics with water-binding properties could avoid condensate in the battery. This can be done with the help of absorbent or
  • the compensating element could imprints, especially deep-drawn
  • Fig. 1 left a plan view of an arrangement of two cells and right side view of the two cells, between which a
  • Nonwoven fabric is added to temper the cells
  • Fig. 2 on the left an arrangement of three cells, between which coated on both sides compensating elements are added, right an arrangement of three cells, between which coated on one side
  • Fig. 3 shows an arrangement of two cells, between which a
  • Compensation element is added, wherein between the cells, a pressure sensor and a temperature sensor is arranged.
  • FIG. 1 shows in the left-hand view a plan view of an arrangement of two cells 1 of a battery, from which electrode discharge plates 2 protrude.
  • a side view of the cells 1 is shown.
  • the gap 3 is filled with a porous and deformable compensating element 4 for temperature control of the cells 1.
  • the compensating element 4 has a thermally conductive surface 5, which produces a thermal contact with a cell surface.
  • the double arrow represents the compression directions of the compensating element 4.
  • the compensating element 4 is designed as a nonwoven fabric.
  • the cells 1 are designed as "coffee bag cells" with a sealed seam 6.
  • Fig. 2 shows in the left view an arrangement of three cells 1, between which coated on both sides with thermally conductive surfaces 5
  • Compensating elements 4 are arranged.
  • the compensation elements 4 consist of a base body 4 a of nonwoven fabric, which is provided with a thermally conductive layer.
  • the thermally conductive layer is laminated to the nonwoven fabric and designed as an aluminum foil.
  • a metal for the production of the layer is an electrical conductivity of the
  • Compensating elements 4 realized.
  • the thermal and electrical conductivity is continuous over the entire surface of the compensating element 4th
  • FIG. 2 shows in the right view an arrangement of three cells 1, between which one side coated with thermally conductive surfaces 5
  • Compensating elements 4 are arranged.
  • the compensation elements 4 consist of a base body 4 a of nonwoven fabric, which is provided with a thermally conductive layer.
  • the thermally conductive layer is laminated to the nonwoven fabric and designed as an aluminum foil.
  • a metal for the production of the layer is an electrical conductivity of the
  • Compensating elements 4 realized.
  • the thermal and electrical conductivity is continuous over the entire surface of the compensating element 4th
  • Fig. 3 shows an arrangement of two cells 1, between which a
  • Compensation element 1 is added.
  • compensation element 4 is a
  • Pressure sensor 7 was added. Between the compensating element 4 and a cell 1, a temperature sensor 8 is received. The integration of a
  • Temperature sensor 8 in the compensating element 4 allows a Temperature measurement on site and fast temperature control.
  • the integration of a pressure sensor in the gap 3 between the cells 1 allows a redundant security monitoring. Aged or

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Abstract

Eine Batterie, bestehend aus mindestens zwei nebeneinander positionierten Zellen (1), die einen Zwischenraum (3) zwischen sich ausbilden, ist im Hinblick auf die Aufgabe, eine Batterie anzugeben, deren Zellen nach einfacher Fertigung und Positionierung dauerhaft materialschonend in der Batterie aufgenommen sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenraum (3) mit einem porösen und deformierbaren Ausgleichselement (4) zur Temperierung der Zellen (1) ausgefüllt ist.

Description

Mechanisch flexibles und poröses Ausgleichselement zur Temperierung elektrochemischer Zellen
Beschreibung
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Batterie, bestehend aus mindestens zwei
nebeneinander positionierten Zellen, die einen Zwischenraum zwischen sich ausbilden.
Stand der Technik
Große Batterien sind aus einzelnen Zellen aufgebaut. Diese sind in der Regel in einem Gehäuse untergebracht und manchmal auch in sogenannte„Stacks" unterteilt. Typischerweise enthält eine Batterie für Hybrid- bzw. Elektro- Fahrzeuge oder für industrielle Anwendungen, wie insbesondere zur
Stromzwischenspeicherung, zwischen zwanzig und mehreren Hundert einzelnen Zellen.
Diese einzelnen Zellen können als Rundzellen oder als prismatische Zellen, welche beide ein festes Gehäuse aufweisen, oder aber als sogenannte „Coffee-Bag-Zellen" ausgebildet sein, bei welchen das Gehäuse als beidseitig beschichtete Metallfolie ausgestaltet ist. Zur optimalen Raumausnutzung in der Batterie werden prismatische Zellen bzw.„Coffee-Bag-Zellen" verwendet.
BESTÄTIGUNGSKOPIE Aufgrund der hohen gespeicherten Energiemenge sind große Batterien immer ein Sicherheitsrisiko bei auftretenden Fehlfunktionen. Typische elektrische Parameter von automobilen Batterietypen sind in der nachfolgenden Tabelle beispielhaft gelistet.
Dabei sind Lithium-Batterien gegenüber NiMH-Batterien als noch kritischer anzusehen, da diese eine höhere Energiedichte, dünnere Separatoren, einen brennbaren Elektrolyten, höhere Spannungen und Lithium zeigen.
Um die Langlebigkeit einer Batterie zu gewährleisten, muss zudem die
Temperatur in der Batterie möglichst konstant gehalten werden. Dabei ist ein Temperaturunterschied von maximal 3 K ideal und darf ein
Temperaturunterschied von maximal 5 K nicht überschritten werden.
Die oben genannten prismatischen Zellen bzw.„Coffee-Bag-Zellen" lassen sich platzsparend montieren, so dass große Energiemengen pro Volumeneinheit realisiert werden. Diese an sich positive Anordnung bedingt technische
Schwierigkeiten bei der Einhaltung einer konstanten Temperatur und der Realisierung einer Schlag- und Schockresistenz. Diesen Anforderungen wird im Stand der Technik durch Einbringung von Vergussmassen begegnet. Diese Lösung ist allerdings nachteilig, da die Vergussmassen sehr schwer sind und üblicherweise eine Dichte von mehr als 2 kg/1 aufweisen. Des Weiteren bedürfen die Vergussmassen einer aufwendigen Fertigung, da häufig eine Vernetzung zweier Komponenten notwendig ist. Weiter muss eine hohe Dichtheit in Bezug auf den Elektrolyten realisiert werden. Hierbei können sich hohe Drücke beim Abblasen einer Zelle in einem„Freiraum" aufbauen. Die Wärmeausdehnung der Vergussmasse führt zu einem Drücken auf die elektrischen Kontakte und damit zu der Gefahr, dass diese sich loslösen können. Dies würde zu einem Ausfall der Batterie führen.
Nachteilig ist auch, dass die Vergussmassen kriechen. Ein unerwünschtes Eindringen der Vergussmasse zwischen zwei Kontakte kann daher nicht ausgeschlossen werden.
Darstellung der Erfindung Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Batterie anzugeben, deren Zellen nach einfacher Fertigung und Positionierung dauerhaft
materialschonend in der Batterie aufgenommen sind.
Die vorliegende Erfindung löst die zuvor genannte Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1. Danach ist die eingangs genannte Batterie dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenraum mit einem porösen und deformierbaren Ausgleichselement zur Temperierung der Zellen ausgefüllt ist.
Erfindungsgemäß ist erkannt worden, dass die Anordnung eines porösen und deformierbaren Ausgleichselements zwischen den Zellen einer Batterie mehrere positive Effekte bewirkt. Durch seine Komprimierbarkeit kann ein Toleranzausgleich bei der Fertigung sichergestellt werden. Es wird vermieden, dass die Zellen bei der Fertigung zu stark verpresst und dadurch geschädigt werden. Weiter wird sichergestellt, dass elektrische Anschlüsse am oberen Ende der Zellen leicht flexibel werden. Die zwischen den Zellen liegenden Ausgleichselemente dienen unter anderem als mechanischer Puffer. Dies ist insbesondere bei Stößen auf die Batterie vorteilhaft. Gerade bei Lithium-Zellen tritt während elektrochemischer Vorgänge eine Volumenarbeit auf, die bei sogenannten„Coffee-Bag-Zellen" auf ein flexibles Gehäuse übertragen wird. Typische Werte zwischen maximalem und minimalem Volumen betragen dabei 3 - 5 %. Diese Volumenarbeit kann durch zwischen den„Coffee-Bag-Zellen" liegende Ausgleichselemente ausgeglichen werden. Die Verwendung von porösen Ausgleichselementen erlaubt des Weiteren eine Aufnahme von Elektrolyten, welche im Falle eines Versagens der Batterie aus den Zellen austreten kann.
Folglich ist die eingangs genannte Aufgabe gelöst.
Das Ausgleichselement könnte eine thermisch leitfähige Oberfläche aufweisen. Dies ist vorteilhaft, um eine gute und schnelle Kühlung oder Heizung einer Batterie zu gewährleisten. Vorteilhaft ist hierbei auch, dass eine kalte Batterie schnell auf Betriebstemperatur gebracht werden kann. Es ist vorteilhaft, Batterien bei Temperaturen unter 0° C zu heizen, da kalte Batterien nicht so leistungsfähig sind wie moderat warme Batterien. Dies hängt mit einer geringeren Kapazität und kleineren abgreifbaren Strömen zusammen. Des Weiteren kann eine Ladung von kalten Lithium-Batterien, insbesondere bei hohen Strömen, zu erhöhter Dendritenbildung führen. Dendriten sind leitfähige Kristallaufwachsungen, die zu Mikrokurzschlüssen führen können.
Die Temperierung der Zellen kann auf mehreren Wegen erfolgen. Es könnte eine Kontaktkühlung über die beiden metallischen Elektroden-Ableitbleche erfolgen. Dies ist eine bevorzugte Methode, da der Wärmedurchgang über die Elektroden in die Zelle am effektivsten ist. Zudem sind die Elektroden in der Regel starr verbunden, so dass eine Kontaktierung der Kühlung einfach möglich ist.
Es könnte eine Kontaktkühlung über die Siegelnaht einer Zelle erfolgen. Auch dies wird in der Praxis angewandt. Der Wärmedurchgang an der Schnittstelle Siegelnaht - Zellinneres ist geringer als bei der Kühlung der beiden Elektroden- Ableitbleche, da die Zellenfolie beidseitig mit thermisch nicht-leitenden
Polymeren beschichtet ist und die Elektroden-Ableitbleche in der Zelle nochmals von thermisch nichtleitender Separator-Membran umgeben sind.
Es könnte eine Kontaktkühlung der Zellenfläche erfolgen. Diese Möglichkeit wurde bisher nicht in Betracht gezogen, da in diesem Fall der
Wärmedurchgang durch die Folie in das Zellinnere um einen Faktor 10 - 100 schlechter ist als bei einer Kühlung über die Elektroden-Ableitbleche. Dies hängt mit dem schichtartigen Aufbau des Zellinneren zusammen. Bei einer flächigen Kühlung muss die Wärme senkrecht durch den Schichtaufbau der leitenden Elektroden und des nichtleitenden Separators abgeführt werden. Zudem ist die Zellenfläche aufgrund der Volumenarbeit der Zelle an sich nicht festgelegt, da geladene Zellen ca. 5% dicker sind als ungeladene. Dies erschwert eine thermische Kontaktierung. Gerade bei dieser Art der Kühlung ergeben sich wesentliche Vorteile, die in der nachfolgenden Tabell dargestellt sind:
Aus der vorangehenden Tabelle wird deutlich, dass die die Elektroden-Kühlung am uneffektivsten ist. Die derzeit am wenigsten favorisierte Flächenkühlung hingegen bietet aufgrund der hohen effektiven Kühlfläche den günstigsten Gesamteffekt.
Die überwiegende Wärmemenge sollte direkt an den Zellflächenoberflächen abzuführen sein, ohne Wärmeübertragung in das Ausgleichselement.
Bevorzugt wird daher als Ausgleichselement ein hochporöses, elastisches Material mit hoher Rückstellkraft verwendet. Hierfür muss ein Minimalabstand der Zellen gewährleistet werden, damit die freie Konvektion zum
Temperaturausgleich führt. Bei Wickelzellen, welche ungefähr 400 ml umfassen, liegt dieser Abstand bevorzugt bei ca. 5 mm.
Wesentliche Voraussetzung für eine funktionierende Flächenkühlung ist ein guter Kontakt zwischen den Zellen und dem dazwischen plazierten
Ausgleichselement. Ist kein mechanischer Kontakt vorhanden, beispielsweise aufgrund eines Luftpolsters zwischen dem Ausgleichelement und der
Zelloberfläche, nimmt die Kühlwirkung drastisch ab. Das Ausgleichelement muss der Ausdehnung der Zelle in z-Richtung folgen können. Zudem muss das Ausgleichelement zumindest an der der Zelle zugewandten Oberfläche thermisch leitfähig sein. Eine thermische Leitfähigkeit des kompletten
Ausgleichselements ist technisch bevorzugt, aber aus Kostengründen sicher nicht optimal. Ein flexibles, reversibel komprimierbares und zumindest an einer Oberfläche thermisch leitendes offenporiges Material mit Gesamtporosität im unbelasteten Zustand von mehr als 20% ist besonders bevorzugt. Diese Porosität erlaubt eine Verpressung in z-Richtung, die der Dickenänderung der Zellen folgen kann. Die Reversiblität stellt sicher, dass das Ausgleichelement den wieder dünner werdenden Zellen bzw. der Zellenoberfläche folgen kann und damit immer ein mechanischer Kontakt zur Oberfläche hergestellt ist.
Vor diesem Hintergrund könnte insbesondere ein Vliesstoff auf thermisch leitfähigen textilen Substraten oder Folien auflaminiert sein. Die Vliesstoffe - könnten auch Kohlenstoff-Fasern oder eine Metallbeschichtung aufweisen. Hierdurch weisen die Vliesstoffe wärmeleitende Eigenschaften auf. Sie bieten eine exzellente Wärmeleitfähigkeit bei gleichzeitiger Flexibilität. Der gesamte Vliesstoff könnte leitfähig ausgestaltet sein. Dies kann durch thermisch leitfähige Fasern, Metall, Graphit, Kohlenstoff, Carbon Nanotubes, Fasern mit Metall-Beschichtung, erzielt durch galvanische Abscheidung oder CVD- Abscheidung, thermisch leitfähige Partikel, Metall, Keramik, insbesondere AI2O3, Ruß, insbesondere Leitruß, Graphene und/ oder andere leitfähige Kohlenstoff-Modifikationen erzielt werden. In den Vliesstoff könnten thermisch leitfähige Fasern bzw. Fäden, insbesondere Metallfasern, eingebracht sein. Es könnten auch Polymerfasern aus Polyamid, Polyester, Polyacrylnitrid oder Polyvinylalkohol verwendet werden.
Insbesondere„Coffee-Bag-Zellen" können durch einen thermisch leitfähigen Vliesstoff über ihre gesamte Fläche homogen temperiert werden. Vor diesem Hintergrund ist denkbar, dass die Vliesstoffe mit AI2O3, SiC, Glas, Leitruß, Graphitfolien, Aluminiumfolien oder mit Metallfasern ausgerüstet sind. Das Ausgleichselement könnte zur Bewirkung der Temperierung der Zellen an eine Heizung oder Kühleinrichtung angeschlossen sein. Die Heizung erlaubt eine aktive Beheizung der Zellen. Die Kühleinrichtung eine aktive Kühlung der Zellen.
Das Ausgleichselement könnte als Lage ausgestaltet sein und die Zellen zick- zack-förmig umgeben. Durch diese Ausgestaltung kann eine einzelne Lage verwendet werden, um eine Vielzahl von Zellen zumindest bereichsweise zu umhüllen. Vor diesem Hintergrund ist denkbar, dass die Lage als Vliesstoff, Papier, Gewebe, Gelege oder Gewirke ausgestaltet ist.
Das Ausgleichselement könnte einen elastomeren Werkstoff aufweisen oder als elastomere Lage ausgestaltet sein. Denkbar ist auch, mehrere Lagen zwischen zwei Zellen zu positionieren. Der elastomere Werkstoff könnte wärmeleitend ausgestaltet sein, um die Zellen zu kühlen, zu heizen oder deren Temperatur konstant zu halten. Der elastomere Werkstoff könnte dabei als Formteil mit Nutung analog einer Schokoladentafelstruktur ausgestaltet sein. Der elastomere Werkstoff kann als Rahmen für„Coffee-Bag-Zellen" fungieren.
Vor diesem Hintergrund ist auch denkbar, dass das Ausgleichselement einen Schaumstoff aufweist oder aus einem Schaumstoff gefertigt ist. Schaumstoffe können offenporig ausgestaltet sein und das Abblasen von Gasen zulassen. Das Ausgleichselement könnte einen Vliesstoff aufweisen oder aus einem Vliesstoff gefertigt sein. Die Anordnung von Vliesstoffen zwischen den Zellen einer Batterie bewirkt mehrere positive Effekte. Durch die Komprimierbarkeit von Vliesstoffen kann ein Toleranz-Ausgleich bei der Fertigung sichergestellt werden. Es wird vermieden, dass die Zellen bei der Fertigung zu stark verpresst und dadurch geschädigt werden. Weiter wird sichergestellt, dass elektrische Anschlüsse am oberen Ende der Zellen leicht flexibel ausgestaltet werden. Die zwischen den Zellen liegenden Vliesstoffe dienen als mechanischer Puffer. Dies ist insbesondere bei Stößen auf die Batterie vorteilhaft. Gerade bei Lithium-Zellen tritt während elektrochemischer Vorgänge eine Volumenarbeit auf, die bei sogenannten„Coffee-Bag-Zellen" auf ein flexibles Gehäuse übertragen wird. Typische Werte zwischen maximalem und minimalem
Volumen betragen dabei 3 - 5 %. Diese Volumenarbeit kann durch zwischen den„Coffee-Bag-Zellen" liegende Vliesstoffe ausgeglichen werden. Die
Verwendung von Vliesstoffen erlaubt des Weiteren eine Aufnahme von
Elektrolyten, welche im Falle eines Versagens der Batterie aus den Zellen austreten kann. Dieser Effekt ist insbesondere vorteilhaft beim Recycling der Batterie, da diese nicht tropft. Die offenporige Ausführung von Vliesstoffen erlaubt weiter das rasche Ausgasen bzw. Abblasen eines Elektrolyten bei einem externen Kurzschluss der Batterie. Vliesstoffe, besonders solche mit hoher Porosität, weisen eine geringe Dichte auf. Ein Polyester-Vliesstoff mit einer Polymer-Dichte von 1 ,4 kg/l weist bei einer Porosität von 50% lediglich eine Dichte vom 0.7 kg/l auf.
Das Ausgleichselement könnte flammhemmend ausgerüstet sein. Sogenannte „Fireblocker" - Vliesstoffe sind vorteilhaft, um von der Batterie ausgehende Brände zu unterdrücken. Die Brände können durch Kurzschlüsse,
Überladungen oder mechanische Schädigungen hervorgerufen werden. Des Weiteren bieten flammhemmend ausgerüstete Vliesstoffe einen Schutz gegenüber Feuer, welches von außen auf die Batterie einwirkt. Das Ausgleichselement könnte Klebstoffe aufweisen. Durch Aufbringung von Haftmassen-Klebern können insbesondere Vliesstoffe leicht klebrig ausgerüstet sein. Hierdurch können die Vliesstoffe während der der Batterie-Produktion leicht angeordnet und fixiert werden. Vor diesem Hintergrund ist denkbar, dass Hotmeltklebstoffe verwendet werden. Hotmeltklebstoffe lassen sich einfach verarbeiten. Das Ausgleichselement könnte superabsorbierende Materialien aufweisen. Dies erlaubt ein Feuchtemanagement in der Batterie. Die Verwendung von Vliesstoffen mit wasserbindenden Eigenschaften könnte Kondensat in der Batterie vermeiden. Dies kann mit Hilfe von absorbierenden oder
superabsorbierenden Substanzen im Vliesstoff erreicht werden, welcher sich im Batteriegehäuse befindet. Dies dient auch der Absorption von Wasserdampf.
Das Ausgleichselement könnte Prägungen, insbesondere tiefgezogene
Bereiche, aufweisen. Hierdurch wird dessen Komprimierbarkeit erhöht. Durch die Prägungen kann insbesondere ein Vliesstoff mit geeigneter Kompressibiltät geschaffen werden. Die Prägung könnte derart geometrisch ausgestaltet sein, dass eine optimale Flexibilität des Vliesstoffs erzielt wird. Die hier beschriebenen Batterien können in Fahrzeugen, insbesondere
Kraftfahrzeugen, Flugzeugen und in anderen mobilen Applikationen eingesetzt werden, welche eine Batterie benötigen. Es ist weiter denkbar, die Batterie auch in stationären Anwendungen zu verwenden. Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiter zu bilden. Dazu ist einerseits auf die nachgeordneten Ansprüche, andererseits auf die nachfolgende
Erläuterung bevorzugter Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Batterie anhand der Zeichnung zu verweisen.
In Verbindung mit der Erläuterung der bevorzugten Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung, werden auch im Allgemeinen bevorzugte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert.
Kurzbeschreibung der Zeichnung In der Zeichnung zeigen
Fig. 1 links eine Draufsicht auf eine Anordnung aus zwei Zellen und rechts eine Seitenansicht der zwei Zellen, zwischen denen ein
Vliesstoff zu Temperierung der Zellen aufgenommen ist,
Fig. 2 links eine Anordnung von drei Zellen, zwischen denen beidseitig beschichte Ausgleichselemente aufgenommen sind, rechts eine Anordnung von drei Zellen, zwischen denen einseitig beschichtete
Ausgleichselemente aufgenommen sind, und
Fig. 3 eine Anordnung von zwei Zellen, zwischen denen ein
Ausgleichselement aufgenommen ist, wobei zwischen den Zellen ein Drucksensor und ein Temperatursensor angeordnet ist.
Ausführung der Erfindung
Fig. 1 zeigt in der linken Ansicht eine Draufsicht auf eine Anordnung zweier Zellen 1 einer Batterie, von denen Elektroden-Ableitbleche 2 abragen. In der rechten Ansicht ist eine Seitenansicht der Zellen 1 dargestellt. Dies zeigt schematisch eine Batterie, welche aus mindestens zwei nebeneinander positionierten Zellen 1 besteht, die einen Zwischenraum 3 zwischen sich ausbilden. Der Zwischenraum 3 ist mit einem porösen und deformierbaren Ausgleichselement 4 zur Temperierung der Zellen 1 ausgefüllt.
Das Ausgleichselement 4 weist eine thermisch leitfähige Oberfläche 5 auf, welche eine thermische Kontaktierung zu einer Zellenfläche herstellt. Der Doppelpfeil stellt die Kompressionsrichtungen des Ausgleichselements 4 dar. Das Ausgleichselement 4 ist als Vliesstoff ausgestaltet. Die Zellen 1 sind als „Coffee-Bag-Zellen" mit einer Siegelnaht 6 ausgestaltet.
Fig. 2 zeigt in der linken Ansicht eine Anordnung aus drei Zellen 1 , zwischen denen beidseitig mit thermisch leitfähigen Oberflächen 5 beschichtete
Ausgleichselemente 4 angeordnet sind. Die Ausgleichselemente 4 bestehen aus einem Grundkörper 4a aus Vliesstoff, der mit einer thermisch leitfähigen Schicht versehen ist. Die thermisch leitfähige Schicht ist auf den Vliesstoff auflaminiert und als Aluminiumfolie ausgestaltet. Durch die Verwendung eines Metalls zur Fertigung der Schicht wird eine elektrische Leitfähigkeit des
Ausgleichselements 4 realisiert. Die thermische und elektrische Leitfähigkeit ist durchgehend über die komplette Fläche des Ausgleichselements 4
gewährleistet. Fig. 2 zeigt in der rechten Ansicht eine Anordnung aus drei Zellen 1 , zwischen denen einseitig mit thermisch leitfähigen Oberflächen 5 beschichtete
Ausgleichselemente 4 angeordnet sind. Die Ausgleichselemente 4 bestehen aus einem Grundkörper 4a aus Vliesstoff, der mit einer thermisch leitfähigen Schicht versehen ist. Die thermisch leitfähige Schicht ist auf den Vliesstoff auflaminiert und als Aluminiumfolie ausgestaltet. Durch die Verwendung eines Metalls zur Fertigung der Schicht wird eine elektrische Leitfähigkeit des
Ausgleichselements 4 realisiert. Die thermische und elektrische Leitfähigkeit ist durchgehend über die komplette Fläche des Ausgleichselements 4
gewährleistet.
Fig. 3 zeigt eine Anordnung von zwei Zellen 1 , zwischen denen ein
Ausgleichselement 1 aufgenommen ist. Im Ausgleichselement 4 ist ein
Drucksensor 7 aufgenommen. Zwischen dem Ausgleichselement 4 und einer Zelle 1 ist ein Temperatursensor 8 aufgenommen. Die Integration eines
Temperatursensors 8 in das Ausgleichselement 4 erlaubt eine Temperaturmessung vor Ort und eine schnelle Steuerung der Temperatur. Die Integration eines Drucksensors in den Zwischenraum 3 zwischen den Zellen 1 erlaubt eine redundante Sicherheitsüberwachung. Gealterte oder
unsachgemäß überladene„Coffee-Bag-Zellen" weisen eine große
Dickenzunahme auf. Sie zeigen quasi„aufgeblähte Backen". Dies führt zu einer Druckerhöhung im Zwischenraum 3, die detektiert werden kann.
Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Lehre wird einerseits auf den allgemeinen Teil der
Beschreibung und andererseits auf die beigefügten Patentansprüche
verwiesen.
Abschließend sei ganz besonders hervorgehoben, dass die zuvor
ausgewählten Ausführungsbeispiele lediglich zur Erörterung der
erfindungsgemäßen Lehre dienen, diese jedoch nicht auf diese
Ausführungsbeispiele einschränken.

Claims

Patentansprüche
1. Batterie, bestehend aus mindestens zwei nebeneinander positionierten Zellen (1), die einen Zwischenraum (3) zwischen sich ausbilden, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenraum (3) mit einem porösen und deformierbaren Ausgleichselement (4) zur Temperierung der Zellen (1) ausgefüllt ist.
2. Batterie nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das
Ausgleichselement (4) eine thermisch leitfähige Oberfläche (5) aufweist.
3. Batterie nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgleichselement (4) als Lage ausgestaltet ist und die Zellen (1) zick- zack-förmig umgibt.
4. Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgleichselement (4) einen elastomeren Werkstoff aufweist.
5. Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgleichselement (4) einen Schaumstoff aufweist.
6. Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgleichselement (4) einen Vliesstoff aufweist.
7. Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgleichselement (4) flammhemmend ausgerüstet ist.
8. Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgleichselement (4) Klebstoff aufweist.
9. Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgleichselement (4) superabsorbierende Materialien aufweist.
10. Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgleichselement (4) Prägungen aufweist.
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