EP3583642A1

EP3583642A1 - Energiespeichermodul, energiespeichersystem, fahrzeug und verfahren zum messen einer zellenspannung

Info

Publication number: EP3583642A1
Application number: EP17816797.9A
Authority: EP
Inventors: Jose Lopez de Arroyabe; Jan Philipp Schmidt
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2017-02-14
Filing date: 2017-12-14
Publication date: 2019-12-25
Also published as: US11552375B2; DE102017202359A1; US20190372081A1; CN110291660B; WO2018149537A1; CN110291660A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Energiespeichermodul, insbesondere eine Festkörperbatterie, ein Energiespeichersystem, ein Fahrzeug sowie ein Verfahren zum Messen einer elektrischen Spannung an einem solchen Energiespeichermodul oder einem solchen Energiespeichersystem. Zwei in einem Stapel angeordnete und in Serie geschaltete Energiespeicherzellen weisen jeweils eine Anodenschicht und eine Kathodenschicht auf. Ein Kontaktelement, welches mit einer im Inneren des Stapels liegenden Anodenschicht einer ersten Energiespeicherzelle und mit einer im Inneren des Stapels liegenden Kathodenschicht einer der ersten Energiespeicherzelle benachbarten zweiten Energiespeicherzelle elektrisch verbunden ist, ist derart aus dem Stapel herausgeführt, dass das wenigstens eine Kontaktelement von außerhalb des Stapels elektrisch kontaktierbar ist.

Description

ENERGIESPEICHERMODUL, ENERGIESPEICHERSYSTEM, FAHRZEUG UND VERFAHREN ZUM MESSEN EINER ZELLENSPANNUNG

Die Erfindung betrifft ein Energiespeichermodul, insbesondere eine Festkörperbatterie, zur elektrochemischen Speicherung von Energie, ein Energiespeichersystem mit solchen Energiespeichermodulen, ein Fahrzeug mit einem solchen Energiespeichermodul oder Energiespeichersystem sowie ein Verfahren zum Messen einer elektrischen Spannung an einem solchen Energiespeichermodul oder Energiespeichersystem.

Bei Festkörperbatterien handelt es sich um elektrochemische Energiespeicherzel- len, bei welchen anstelle von flüssigen Elektrolyten Festkörperelektrolyten eingesetzt werden. Durch die Verwendung von Festkörperelektrolyten werden deutlich höhere Energiedichten als mit Flüssigelektrolyten erreicht. Ferner wird dadurch die Herstellung solcher Zellen vereinfacht und deren Sicherheit im Betrieb erhöht. Um die erreichbaren Spannungen zu erhöhen, werden in der Regel mehrere Energie- Speicherzellen in Reihe geschaltet.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine weitere Erhöhung der Zuverlässigkeit eines Energiespeichermoduls im Betrieb zu ermöglichen und insbesondere eine längere Lebensdauer bei hoher Energiedichte zu erreichen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Energiespeichermodul, ein Energiespeicher- System, ein Fahrzeug und ein Verfahren zum Messen einer elektrischen Spannung an einem solchen Energiespeichermodul und/oder Energiespeichersystem gemäß den Ansprüchen 1 , 16, 17, 24, 25 bzw. 27.

Ein erfindungsgemäßes Energiespeichermodul, insbesondere in Form einer Festkörperbatterie, zur elektrochemischen Speicherung von Energie weist wenigstens zwei in einem Stapel angeordnete und in Serie geschaltete Energiespeicherzellen auf, welche jeweils eine Anodenschicht und eine Kathodenschicht aufweisen, und ist gekennzeichnet durch wenigstens ein Kontaktelement, welches mit einer im Inneren des Stapels liegenden Anodenschicht einer ersten Energiespeicherzelle und mit einer im Inneren des Stapels liegenden Kathodenschicht einer der ersten Energie- Speicherzelle benachbarten zweiten Energiespeicherzelle elektrisch verbunden ist und aus dem Stapel herausgeführt ist, so dass das wenigstens eine Kontaktelement von außerhalb des Stapels elektrisch kontaktierbar ist.

Ein erstes erfindungsgemäßes Energiespeichersystem weist wenigstens zwei erfindungsgemäße Energiespeichermodule auf, wobei die Energiespeichermodule derart nebeneinander und/oder übereinander angeordnet sind, dass sich wenigstens ein aus einem ersten Energiespeichermodul herausgeführtes Kontaktelement und wenigstens ein aus einem dem ersten Energiespeichermodul benachbarten zweiten Energiespeichermodul herausgeführtes Kontaktelement berühren.

Ein zweites erfindungsgemäßes Energiespeichersystem weist eine Mehrzahl von Energiespeichermodulen auf, wobei Kontaktfahnen verschiedener Energiespeichermodule, welche sich in Bezug auf den Aufbau der Energiespeichermodule entsprechen, in der Weise angeordnet sind, dass diese in jeweils einer Linie, insbesondere in Stapelrichtung, liegen.

Eine Mehrzahl im Sinne der Erfindung bezieht sich auf wenigstens zwei, vorzugs- weise drei, weiter vorzugsweise mehrere, Gegenstände bzw. Objekte.

Ein erfindungsgemäßes Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, weist ein erfindungsgemäßes Energiespeichermodul und/oder ein erfindungsgemäßes Energiespeichersystem auf. Das Fahrzeug weist vorzugsweise einen Elektroantrieb oder Hybridantrieb auf. Ein erstes erfindungsgemäßes Verfahren zum Messen einer elektrischen Spannung an einem erfindungsgemäßen Energiespeichermodul und/oder Energiespeichersystem, das wenigstens zwei Kontaktelemente aufweist, zwischen denen eine oder mehrere Energiespeicherzellen angeordnet sind, ist dadurch gekennzeichnet, dass eine elektrische Spannung an jeweils zwei Kontaktelementen, die aus einem Stapel von in Serie geschalteten Energiespeicherzellen herausgeführt sind, abgegriffen und gemessen wird.

Ein zweites erfindungsgemäßes Verfahren zum Messen einer elektrischen Spannung an wenigstens einer Mehrzahl an Energiespeichermodulen und/oder einem Energiespeichersystem weist Kontaktfahnen auf, wobei die Kontaktfahnen, welche in einer Linie, insbesondere in Stapelrichtung, liegen, elektrisch verbunden sind und jeweils eine erste Parallelschaltung bilden, wobei eine Mehrzahl dieser ersten Parallelschaltungen jeweils parallel zueinander verlaufen und eine elektrische Spannung an den Kontaktfahnen abgegriffen und gemessen wird. Ein Aspekt der Erfindung basiert auf dem Ansatz, dass die elektrochemischen Energiespeicherzellen einen sog. bipolaren Stapel bilden, in welchem die Anoden- und Kathodenschicht von benachbarten Energiespeicherzellen durch ein elektrisch leitendes Kontaktelement miteinander elektrisch verbunden sind, wobei das Kontaktelement aus dem Stapel herausgeführt wird, um es außerhalb des Stapels zugäng- lieh zu machen. Dadurch kann das jeweilige Potenzial, insbesondere die individuelle Zellenspannung (im Folgenden auch als„Einzelzellenspannung" bezeichnet), der in Reihe geschalteten einzelnen Zellen leicht abgegriffen und gemessen werden, um daraus beispielsweise Aufschluss über den individuellen Ladezustand der einzelnen Energiespeicherzellen zu gewinnen. Durch die hierdurch ermöglichte Messung bzw. Überwachung der Einzelzellenspannungen der im bipolaren Stapel in Reihe geschalteten Zellen kann eine drohende Überladung und/oder Tiefentladung der einzelnen Zellen beim Aufladen bzw. Entladen des Energiespeichermoduls rechtzeitig erfasst werden, um zur Vermeidung einer Schädigung einzelner Zellen die jeweils erforderlichen Gegenmaßnahmen rechtzeitig einzuleiten. Beispielsweise kann bei Bedarf, z.B. bei einer drohenden Überladung oder Tiefentladung einzelner Zellen, der Ladezustand einzelner Energiespeicherzellen durch von außen über die Kontaktelemente zu- oder abgeführte Ladungen beeinflusst werden, etwa indem eine elektrische Stromquelle bzw. ein elektrischer Verbraucher an jeweils zwei Kontaktelemente, insbesondere ein mit der Kathode und ein mit der Anode einer einzelnen Zelle verbundenes Kontaktelement, angelegt bzw. angeschlossen wird.

Insgesamt ermöglicht die Erfindung eine weitere Erhöhung der Zuverlässigkeit eines Energiespeichermoduls im Betrieb. Dadurch lassen sich längere Lebensdauern bei hoher Energiedichte erreichen. In einer bevorzugten Ausführung weist das wenigstens eine Kontaktelement eine elektrisch leitende Kontaktschicht auf, welche im Wesentlichen parallel zur jeweili- gen Anodenschicht und Kathodenschicht verläuft und mit der Anodenschicht und der Kathodenschicht elektrisch verbunden ist. Die Kontaktschicht bildet hierbei eine zwischen jeweils benachbarten Zellen angeordnete elektrisch leitende Zwischenwand oder -schicht, durch welche die Anoden- und Kathodenschicht der benachbar- ten Zellen miteinander verbunden werden. Die Kontaktschicht, welche auch als Bipolarplatte oder als Stromsammeischicht bezeichnet werden kann, erstreckt sich vorzugsweise über den gesamten Querschnitt des Stapels. Damit bildet die Fläche der Kontaktschicht den Leiterquerschnitt für den Betriebsstrom, welcher in Stapelrichtung fließt. Vorzugsweise wird das wenigstens eine Kontaktelement an einer Seitenfläche des Stapels aus dem Stapel herausgeführt, um eine Kontaktierung von außen auf besonders einfache Weise zu ermöglichen. Die Seitenfläche des Stapels verläuft dabei im Wesentlichen parallel zu einer Stapelrichtung, in welcher die Energiespeicherzellen, insbesondere die Anoden- und Kathodenschicht, im Stapel übereinandergesta- pelt bzw. nebeneinander angeordnet sind, und/oder senkrecht zu den Anoden- und Kathodenschichten.

In einer bevorzugten Ausführung weist das wenigstens eine Kontaktelement eine entlang der Seitenfläche des Stapels im Wesentlichen parallel verlaufende Kontaktfläche auf, welche von außerhalb des Stapels elektrisch kontaktierbar ist. Über eine solche Kontaktfläche kann das wenigstens eine Kontaktelement besonders zuverlässig kontaktiert werden.

Vorzugsweise ist die Kontaktfläche von der Seitenfläche des Stapels beabstandet, beispielsweise durch eine Kontaktfahne des Kontaktelements, die seitlich, d.h. senkrecht zur Stapelrichtung, aus dem Stapel herausragt. Alternativ oder zusätzlich ist die Kontaktfläche gegenüber der Seitenfläche, insbesondere gegenüber einer oder mehreren Anoden bzw. Kathodenschichten, des Stapels elektrisch isoliert. In beiden Fällen wird auf einfache Weise ein Kurzschluss vermieden.

In einer weiteren bevorzugten Ausführung weist die Kontaktfläche entlang der Seitenfläche des Stapels, insbesondere in Stapelrichtung und/oder senkrecht zur Kon- taktschicht, eine Ausdehnung auf, welche größer ist als die Dicke der Kontaktschicht. Vorzugsweise erstreckt sich die Kontaktfläche entlang der Seitenfläche des Stapels, insbesondere in Stapelrichtung, über mehr als 100 μηι, bevorzugt mehr als 250 μηι, besonders bevorzugt mehr als 500 μηι. Dadurch wird das Risiko einer Fehlkontaktierung, insbesondere die Kontaktierung einer Anoden- oder Kathodenschicht bzw. die Erzeugung eines elektrischen Kurzschlusses, vermindert. In einer weiteren bevorzugten Ausführung ist die Kontaktfläche dazu eingerichtet, eine Steckverbindung mit einer Kontaktfläche eines anderen Energiespeichermoduls und/oder einer elektrischen Leitung einzugehen. Vorzugsweise weist die Kontaktfläche dazu ein erstes Steck- oder Rastelement auf, welches mit einem entsprechenden zweiten Steck- oder Rastelement einer Kontaktfläche eines anderen Ener- giespeichermoduls und/oder einer elektrischen Leitung derart verbunden werden kann, dass eine elektrische Verbindung hergestellt wird. Dies erlaubt eine elektrische Verschaltung mit anderen Energiespeichermodulen auf schnelle, einfache und zuverlässige Weise.

In einer weiteren bevorzugten Ausführung sind aus der Seitenfläche des Stapels mehrere Kontaktelemente herausgeführt, welche jeweils eine Kontaktfläche aufweisen, wobei die jeweiligen Kontaktflächen in zwei Dimensionen der Seitenfläche versetzt angeordnet sind, so dass unterschiedliche Kontaktflächen nicht nur in Stapelrichtung, sondern auch senkrecht zur Stapelrichtung unterschiedliche Positionen haben. Vorzugsweise ist dabei der Versatz von zwei benachbarten Kontaktflächen senkrecht zur Stapelrichtung größer als die Ausdehnung der Kontaktflächen senkrecht zur Stapelrichtung. Durch die senkrecht zur Stapelrichtung versetzte Anordnung kann die Ausdehnung der einzelnen Kontaktflächen in Stapelrichtung ausreichend groß gewählt werden, um - ohne die Gefahr einer Berührung bzw. Überlappung mit einer benachbarten Kontaktfläche - eine sichere und einfache elektrische Kontaktierung zu ermöglichen.

In einer weiteren bevorzugten Ausführung sind die Kontaktflächen der Kontaktelemente im Wesentlichen entlang einer Diagonalen der Seitenfläche des Stapels angeordnet. Dadurch wird eine regelmäßige Anordnung der Kontaktflächen erreicht, insbesondere bei maximal möglichem Abstand der Kontaktflächen senkrecht zur Stapelrichtung. Dies macht die Kontaktierung besonders sicher und einfach. Legt man außerdem zwei solche Energiespeichermodule mit ihren Seitenflächen aneinander, dann kommen die jeweiligen Kontaktflächen der Energiespeichermodule in Kontakt, wobei diese auf einfache und zuverlässige Weise zu einem Energiespeichersystem miteinander verschaltet werden können.

In einer weiteren bevorzugten Ausführung des Energiespeichermoduls weist das Kontaktelement eine Kontaktfahne auf, welche sich von einer Seitenfläche des Sta- pels wegerstreckt. Dadurch wird erreicht, dass das Kontaktelement und somit auch dessen Spannungswert abgegriffen und gemessen werden kann, um eine Berührung des Kontaktelements mit einer Komponente des Stapels zu vermeiden, welche beispielsweise zu einem Kurzschluss führt.

In einer weiteren bevorzugten Ausführung des Energiespeichermoduls ist die Kon- taktfläche von der Seitenfläche beabstandet und mittels der Kontaktfahne mit dem Kontaktelement elektrisch verbunden. Dies ermöglicht, dass das Abgreifen der Spannung an dem Kontaktelement vereinfacht durchgeführt werden kann. Insbesondere wird durch den Abstand der Kontaktfahne zum Stapel eine versehentliche Kontaktierung eines Abgreifwerkzeugs mit dem Stapel wenigstens im Wesentlichen vermieden.

In einer weiteren bevorzugten Ausführung des Energiespeichermoduls ist die Kontaktfahne einstückig mit der Kontaktfläche ausgebildet ist. Dadurch kann erreicht werden, dass die elektrische Verbindung zwischen dem Kontaktelement über die Kontaktfahne zur Kontaktfläche und die mechanische Festigkeit dieser verbessert ist.

In einer weiteren bevorzugten Ausführung des Energiespeichermoduls liegt die Kontaktfläche wenigstens teilweise in einer zu einer Seitenfläche wenigstens im Wesentlichen parallelen Ebene. Durch diese Ausführungsform kann unabhängig von der Form eines Abgreifwerkzeugs die Spannung des Kontaktelements über die Kon- taktfläche abgegriffen werden.

In einer weiteren bevorzugten Ausführung des Energiespeichermoduls sind mehrere Kontaktelemente jeweils mittels wenigstens einer Kontaktfahne aus wenigstens einer ersten und einer zweiten, insbesondere zu der ersten gegenüberliegenden, Seitenfläche des Stapels herausgeführt und die jeweiligen Kontaktfahnen, insbesonde- re deren Kontaktflächen, in zwei Dimensionen der Seitenfläche versetzt angeordnet. Dadurch kann erreicht werden, dass bei einer Mehrzahl an Energiespeicherzellen, welche innerhalb eines Stapels angeordnet sind, eine versehentliche Kontaktierung bzw. ein Kurzschluss zweier benachbarter Kontaktelemente, welche als Kontaktfahnen aus dem Stapel herausgeführt sind, vermieden wird, da die Verteilung dieser Kontaktfahnen auf wenigstens zwei Seitenflächen verteilt ist. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass jeweils die Kontaktfahnen von Energiespeicherzellen einer ersten Gruppe, welche an einer ungeraden Stelle, nämlich beispielsweise an der ersten, dritten, fünften Stelle, des Stapels angeordnet sind, an einer ersten Seitenfläche angeordnet sind und Kontaktfahnen von Energiespeicherzellen einer zweiten Gruppe, welche an einer geraden Stelle, nämlich beispielsweise an der zweiten, vierten, sechsten Stelle des Stapels angeordnet sind, an einer zu der ersten Seitenfläche unterschiedlichen, insbesondere gegenüberliegenden, Seitenfläche angeordnet sind.

In einer weiteren bevorzugten Ausführung des Energiespeichermoduls sind die Kon- taktfahnen im Wesentlichen entlang einer Diagonalen der Seitenfläche des Stapels angeordnet. Dadurch kann erreicht werden, dass eine geometrische Anordnung der Kontaktfahnen aus dem Stapel heraus gewährleistet ist, wodurch ein Abgreifwerkzeug die Kontaktfahnen, insbesondere deren Kontaktflächen, besser abgreifen kann, da die Kontaktfahnen somit an vorbestimmten Punkten angeordnet sind. In einer weiteren bevorzugten Ausführung des Energiespeichermoduls weist das Energiespeichermodul eine elektronische Steuerungseinrichtung auf, welche auf einer Stirnfläche des Stapels angeordnet ist und mit den Kontaktfahnen elektrisch verbunden ist. Durch diese Ausführungsform kann erreicht werden, dass die Zellenspannung der einzelnen Energiespeicherzellen mittels der Steuerungseinrichtung ermittelt werden kann. Ferner verringert die Anordnung der Steuerungseinrichtung an einer Stirnfläche des Stapels eine Gefahr einer versehentlichen Kontaktierung der Steuerungseinrichtung mit einer elektrisch leitenden Komponente des Stapels.

In einer weiteren bevorzugten Ausführung des Energiespeichermoduls weisen die Kontaktfahnen, welche mit dem obersten und dem untersten Kontaktelement, ins- besondere in Bezug auf die Stapelrichtung, elektrisch verbunden sind, eine erhöhte Fläche und/oder Dicke und/oder Länge auf und/oder sind an einer von der ersten und zweiten unterschiedlichen dritten und vierten Seitenfläche angeordnet. Diese Kontaktelemente sind vorzugsweise diejenigen Kontaktelemente, welche den höchsten Stromfluss in den Stapel hinein und wieder heraus führen. Aufgrund dieser Eigenschaft werden diese Kontaktelemente derart ausgebildet, sodass diese Kontaktelemente höhere Stromflüsse ohne der Gefahr einer Zerstörung der Kontakte- lemente führen können.

In einer bevorzugten Ausführung des zweiten Energiespeichersystems sind Kontaktfahnen, welche in einer Linie, insbesondere in Stapelrichtung, liegen, elektrisch verbunden und bilden jeweils eine erste Parallelschaltung, wobei eine Mehrzahl dieser ersten Parallelschaltungen jeweils parallel zueinander verlaufen. Mittels dieser ers- ten Parallelschaltungen kann erreicht werden, dass die Kontaktfahnen aller Energiespeicherzellen nicht einzeln abgegriffen werden müssen, sondern zusammenge- fasst als Mehrzahl an ersten Parallelschaltungen abgreifbar sind.

In einer weiteren bevorzugten Ausführung des zweiten Energiespeichersystems weist das Energiespeichersystem eine elektronische Steuerungseinrichtung auf, welche auf einer Stirnfläche eines Stapels der Mehrzahl der Energiespeichermodule angeordnet und mit den Kontaktfahnen, insbesondere mit den ersten Parallelschaltungen, elektrisch verbunden ist. Diese Steuerungseinrichtung ermöglicht ein Überwachen und Steuern aller Energiespeicherzellen, sodass etwaige Abweichungen von Zellspannungen durch die Steuerungseinrichtung ermitteltbar sind. Ferner er- laubt die Anordnung der Steuerungseinrichtung auf der Stirnfläche des Stapels eine Verringerung der Gefahr, dass die Steuerungseinrichtung mit einer elektrischleitenden Komponente des Stapels unbeabsichtigt in Kontakt tritt.

In einer weiteren bevorzugten Ausführung des zweiten Energiespeichersystems ist wenigstens zwischen jedem zweiten, insbesondere zwischen jedem, Energiespei- chermodul eine Temperiereinrichtung, welche im Wesentlichen parallel zu den Kontaktelementen der Energiespeichermodule, insbesondere mäanderförmig, verläuft, angeordnet. Mittels dieser Temperiereinrichtung kann ermöglicht werden, dass die Energiespeichermodule auf einer optimierten Betriebstemperatur betrieben werden können. Insbesondere wird durch diesen Wärmeaustausch erreicht, dass die Ener- giespeichermodule auf eine vorbestimmte Betriebstemperatur entweder aufgewärmt oder abgekühlt werden können. In einer weiteren bevorzugten Ausführung des zweiten Energiespeichersystems sind jeweils erste Anschlüsse einer Mehrzahl an Temperiereinrichtungen und jeweils zweite Anschlüsse einer Mehrzahl an Temperiereinrichtungen miteinander elektrisch verbunden und aus dem Stapel herausgeführt, sodass die ersten und zweiten An- Schlüsse jeweils eine zweite Parallelschaltung bilden, wobei eine Mehrzahl dieser zweiten Parallelschaltungen jeweils parallel zueinander verlaufen. Dadurch kann erreicht werden, dass nicht jede Temperiereinrichtung einzeln mit jeweils einer separaten Leitung zu dessen ersten und zweiten Anschlüssen verbunden werden muss. Zum anderen kann mittels dieser parallelen Führung der zweiten Parallel- Schaltungen eine platzsparende und einfache Leitungsverlegung ermöglicht werden.

In einer weiteren bevorzugten Ausführung des zweiten Energiespeichersystems, verlaufen die ersten und die zweiten elektrischen Parallelschaltungen wenigstens im Wesentlichen parallel zueinander. Durch die parallele Führung der ersten und zweiten elektrischen Parallelschaltungen kann erreicht werden, dass der Aufbau des Energiespeichersystems vereinfacht wird, da die Leitungen der ersten und zweiten Parallelschaltung platzsparend und effizient verlegbar sind.

In einer weiteren bevorzugten Ausführung des zweiten Energiespeichersystems ist die Steuerungseinrichtung mit den ersten und zweiten Anschlüssen der Mehrzahl an Temperiereinrichtungen elektrisch verbunden, um die ersten und zweiten Anschlüs- se der Mehrzahl an Temperiereinrichtungen zu steuern und/oder mit elektrischer Energie zu versorgen. Dadurch kann erreicht werden, dass die Temperiereinrichtungen keine zusätzlichen Anschlüsse benötigen, welche die Gefahr einer versehentlichen Kontaktierung mit einer elektrisch leitenden Komponente des Stapels bergen. Ferner kann erreicht werden, dass das gesamte Energiespeichersystem mittels der Steuerungseinrichtung und somit einer einzigen Komponente steuerbar ist.

In einer weiteren bevorzugten Ausführung des ersten Verfahrens zum Messen einer elektrischen Spannung an einem Energiespeichermodul und/oder einem Energiespeichersystem wird die elektrische Spannung an jeweils zwei Kontaktelementen, welche jeweils mit der Anodenschicht und der Kathodenschicht einer Energiespeicherzelle verbunden und aus dem Stapel herausgeführt sind, abgegriffen und gemessen. Dadurch kann die Zellenspannung einer einzelnen Energiespeicherzelle in einem Stapel mit mehreren Energiespeicherzellen zuverlässig erfasst und dadurch der Betriebszustand, insbesondere Ladungszustand, der einzelnen Energiespeicherzelle ermittelt werden. Alternativ kann dadurch auch eine elektrische Spannung mehrerer Energiespeicherzellen in mehreren Stapeln, welche in einem Energiespei- chersystem parallel geschaltet sind, erfasst werden, ohne dass eine Messung an mehreren einzelnen Energiespeicherzellen notwendig wäre.

In einer bevorzugten Ausgestaltung des zweiten Verfahrens wird eine Spannungsabweichung wenigstens einer ersten Parallelschaltung der Mehrzahl an ersten Parallelschaltungen von einem vorbestimmten Spannungswert ermittelt und werden auf Basis der Spannungsabweichung die Energiespeicherzellen, insbesondere deren Spannungswert, gesteuert, welche mit der ersten Parallelschaltung elektrisch verbunden sind, vorzugsweise durch passiven und/oder aktiven Ladungsausgleich zwischen den Energiespeicherzellen, welche mit der ersten Parallelschaltung elektrisch verbunden sind, und Energiespeicherzellen einer weiteren ersten Paral- lelschaltung.

Dadurch kann erreicht werden, dass mehrere Energiespeicherzellen von mehreren Energiespeichermodulen gleichzeitig abgegriffen und überwacht werden können, wodurch insgesamt Bauraum und zusätzliche Elektronik eingespart werden kann. Ferner kann somit auch auf einfache Weise die Lebensdauer und die Effizienz der Energiespeicherzellen, vorzugsweise des Energiespeichermoduls, weiter vorzugsweise des gesamten Energiespeichersystems, erhöht werden.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des zweiten Verfahrens sind erste Anschlüsse einer Mehrzahl an Temperiereinrichtungen und zweite Anschlüsse einer Mehrzahl an Temperiereinrichtungen, welche wenigstens zwischen jedem zweiten, insbesondere zwischen jedem, Energiespeichermodul angeordnet sind und welche im Wesentlichen parallel zu den Kontaktelementen der Energiespeichermodule insbesondere mäanderförmig, verlaufen, jeweils elektrisch miteinander verbunden und aus dem jeweiligen Stapel der Energiespeichermodule herausgeführt und werden die ersten und zweiten Anschlüsse der Mehrzahl an Temperiereinrichtungen ge- steuert und/oder mit elektrischer Energie versorgt. Dadurch kann erreicht werden, dass zum einen die Energiespeichermodule schnell auf eine optimierte Betriebstemperatur gebracht werden können. Zum anderen ermöglicht dieses Verfahren, dass insgesamt nur zwei Leitungen für die ersten und zweiten Anschlüsse der Mehrzahl an Temperiereinrichtungen verlegt werden müs- sen.

Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Figuren. Es zeigen:

Fig. 1 ein erstes Beispiel eines Energiespeichermoduls; Fig. 2 ein zweites Beispiel eines Energiespeichermoduls;

Fig. 3 ein Beispiel zur Verschaltung von Energiespeichermodulen zu einem Energiespeichersystem;

Fig. 4 ein drittes Beispiel eines Energiespeichermoduls;

Fig. 5 ein erstes Beispiel eines Energiespeichersystems; Fig. 6 eine beispielhafte elektrische Verschaltung eines Energiespeichersystems;

Fig. 7 ein zweites Beispiel eines Energiespeichersystems;

Fig. 8 ein drittes Beispiel eines Energiespeichersystems; und

Fig. 9 ein viertes Beispiel eines Energiespeichersystems.

Figur 1 zeigt ein erstes Beispiel eines Energiespeichermoduls 1 mit drei in Stapel- richtung 3 übereinander gestapelten Energiespeicherzellen 4. Jede der Energiespeicherzellen 4 weist eine, beispielsweise als dünne Folie ausgebildete, Anodenschicht 5 sowie eine Kathodenschicht 6 auf, zwischen denen sich jeweils ein Festkörperelektrolyt 7 befindet. Die Anodenschichten 5 sind vorzugsweise als Lithium- Anoden ausgebildet. Die Kathodenschichten 6 sind vorzugsweise als Kompositkathoden ausgebildet.

Die in dieser Weise in Reihe geschalteten Energiespeicherzellen 4 bilden einen sog. bipolaren Stapel 2. Ferner sind elektrisch leitende Kontaktelemente 8 vorgesehen, die als Kontaktschichten ausgebildet sind und jeweils zwischen einer Anoden- und Kathodenschicht 5, 6 von zwei benachbarten Energiespeicherzellen 4 angeordnet und mit diesen elektrisch verbunden sind. Die Kontaktelemente 8 sind vorzugsweise als dünne Schichten ausgebildet, deren Schichtdicke in Stapelrichtung 3 bevorzugt we- niger als 100 μηι beträgt. Aufgrund der elektrisch leitenden Verbindung zu den jeweiligen Anoden- und Kathodenschichten 5, 6 liegen die Kontaktelemente 8 auf dem elektrischen Potenzial der jeweiligen Anoden- bzw. Kathodenschicht 5, 6.

Die Kontaktelemente 8 sind aus dem Stapel 2 herausgeführt und dazu eingerichtet, von außerhalb des Stapels 2 kontaktiert zu werden, insbesondere um die elektri- sehe Spannung einer einzelnen Energiespeicherzelle 4 an zwei Kontaktelementen 8, welche an der Kathodenschicht 6 (im Beispiel in Stapelrichtung 3 oben) und Anodenschicht 5 (im Beispiel in Stapelrichtung 3 unten) der Energiespeicherzelle 4 anliegen, abzugreifen und zu messen. Dadurch ist es möglich, trotz Reihenschaltung in Form eines bipolaren Stapels 2 die Spannungen der einzelnen Energiespei- cherzellen 4 abzugreifen und zu überwachen, um erforderlichenfalls - beispielsweise im Falle einer drohenden Tiefentladung oder Überladung einer einzelnen Zelle 4 - die nötigen Gegenmaßnahmen rechtzeitig ergreifen zu können.

Dem gegenüber wäre die Messung der Gesamtspannung des Stapels 2 durch Kon- taktierung der obersten Kathodenschicht 6 und der untersten Anodenschicht 5 des Stapels 2 im Hinblick auf eine bevorstehende Schädigung einer einzelnen Zelle 4 wesentlich weniger aussagekräftig, so dass eine Schädigung der einzelnen Zelle 4 - und in der Folge des gesamten Moduls 1 - nicht zuverlässig vermieden werden könnte.

Figur 2 zeigt einen Ausschnitt aus einem zweiten Beispiel eines Energiespeicher- moduls, bei welchem die Kontaktelemente 8 jeweils mit einer Kontaktfläche 10 ver- sehen sind, die sich im Wesentlichen parallel zu einer Seitenfläche 9 des Stapels 2 bzw. senkrecht zu den Anoden- und Kathodenschichten des Stapels 2 erstreckt. Über die Kontaktflächen 10 können die zwischen den einzelnen Zellen befindlichen Kontaktschichten der Kontaktelemente 8 besonders zuverlässig und sicher von au- ßen kontaktiert werden.

Die Kontaktflächen 10 sind in dem dargestellten Beispiel plattenförmig ausgebildet und weisen eine Dicke auf, die vorzugsweise in etwa der Dicke der Kontaktschicht der Kontaktelemente 8 entspricht. Alternativ kann die Dicke der Kontaktflächen 10 aber auch größer als die Schichtdicke der Kontaktelemente 8 gewählt werden, um die mechanische Stabilität der Kontaktflächen 10 weiter zu erhöhen.

Die Kontaktflächen 10 weisen in Stapelrichtung 3 eine Ausdehnung auf, welche größer ist als die Dicke der Kontaktschicht der Kontaktelemente 8, so dass die Kontaktflächen 10 in Stapelrichtung 3 über die jeweilige Kontaktschicht der Kontaktelemente 8 hinausragen und, wie beispielhaft dargestellt, einen Teil der jeweils be- nachbarten Energiespeicherzellen 4 im Bereich der Seitenfläche 9 des Stapels 2 überragen.

Im dargestellten Beispiel ist die Ausdehnung der Kontaktflächen 10 in Stapelrichtung 3 geringfügig größer als die Ausdehnung der Energiespeicherzellen 4 in Stapelrichtung 3, so dass die Kontaktflächen 10 jeweils bis etwa zur Mitte der benach- barten Energiespeicherzelle 4 ragen. Die Unterkante 10' einer oberen Kontaktfläche 10 liegt dann in etwa auf der Höhe der Oberkante 10" einer benachbarten unteren Kontaktfläche 10.

Grundsätzlich kann die Ausdehnung der Kontaktflächen 10 in Stapelrichtung 3 aber deutlich größer, beispielsweise etwa doppelt so groß, sein als bzw. wie die Ausdeh- nung der Energiespeicherzellen 4 in Stapelrichtung 3. Die Unterkante 10' einer oberen Kontaktfläche 10 würde dann unterhalb der Oberkante 10" einer benachbarten unteren Kontaktfläche 10 liegen (nicht dargestellt).

Um ein Überlappen bzw. eine elektrische Kontaktierung von zwei benachbarten Kontaktflächen 10 auf einfache Weise und zuverlässig zu vermeiden, sind die Kon- taktflächen 10, wie im Beispiel gezeigt, vorzugsweise senkrecht zur Stapelrichtung 3 versetzt angeordnet.

Durch die beschriebene Dimensionierung der Kontaktflächen 10 einerseits und die versetzte Anordnung andererseits wird eine einfache und zuverlässige Kontaktie- rung der Kontaktflächen 10 ermöglicht, ohne die Gefahr von Kurzschlüssen der Kontaktflächen 10 untereinander zu erhöhen.

Die Kontaktelemente 8 weisen im dargestellten Beispiel ferner jeweils eine Leiterfahne 1 1 auf, durch welche die Kontaktelemente 8 an der Seitenfläche 9 aus dem Stapel 2 herausführt und mit jeweils einer Kontaktfläche 10 verbunden werden. Durch die Leiterfahnen 1 1 wird sichergestellt, dass die Kontaktflächen 10 in einem vorgegebenen Abstand von der Seitenfläche 9 des Stapels 2 beabstandet sind, so dass ein Kurzschluss zwischen Elementen der Energiespeicherzellen 4 und/oder benachbarten Energiespeicherzellen 4 verhindert wird. Insbesondere erstreckt sich die Kontaktfahne 1 1 , welche auch als Leiterfahne 1 1 bezeichnet werden kann, von der Seitenfläche 9 weg, wobei das Kontaktelement 8 diese Kontaktfahne 1 1 aufweist. Ferner sind die Kontaktflächen 10 mittels der Kontaktfahnen 1 1 mit dem Kontaktelement 8 elektrisch verbunden. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Kontaktfahnen 1 1 mit den Kontaktflächen 10 einstückig ausgebildet sind. Wie in dieser Darstellung zu erkennen ist, liegen die Kontaktflächen 10 wenigstens teilwei- se in einer zu der Seitenfläche 9 wenigstens im Wesentlichen parallelen Ebene.

Auch wenn die Kontaktflächen 10 im dargestellten Beispiel nur an einer Seitenfläche 9 des Stapels 2 angebracht sind, ist es möglich bzw. kann es vorteilhaft sein, diese an zwei oder mehreren Seitenflächen des Stapels 2 anzubringen, um eine elektrische Kontaktierung von außen, insbesondere durch Kontaktflächen eines o- der mehrerer anderer Stapel (nicht dargestellt), zu ermöglichen. Beispielsweise können zum Zwecke einer Parallelschaltung mehrerer in gleicher weise aufgebauter Stapel 2 die Kontaktflächen 10 an beiden gegenüberliegenden Seitenflächen 9 des jeweiligen Stapels 2 vorgesehen sein. Dies wird nachfolgend anhand von Figur 3 näher erläutert. Figur 3 zeigt ein Beispiel zur Verschaltung von Energiespeichermodulen 1 . Im dargestellten Beispiel sind zwei mit ihren jeweiligen Seitenflächen aneinander liegende Energiespeichermodule 1 parallel verschaltet und bilden ein Energiespeichersystem 12.

Wie anhand eines zusätzlichen Energiespeichermoduls 1 veranschaulicht ist, sind die Energiespeichermodule 1 dazu derart ausgestaltet und/oder angeordnet, dass die senkrecht zur Stapelrichtung 3 versetzt angeordneten Kontaktflächen 10 an den Seitenflächen benachbarter Energiespeichermodule 1 einander gegenüber liegen und bei einem Zusammenfügen der Energiespeichermodule 1 , angedeutet durch den Pfeil 13, in elektrischen Kontakt miteinander gebracht werden.

Dadurch wird ein Ladungsausgleich zwischen zwei oder mehreren benachbarten Energiespeicherzellen 4 (siehe Fig. 1 und 2) unterschiedlicher Energiespeichermodule 1 ermöglicht, da die Elektroden von Energiespeicherzellen des Energiespeichersystems 12 über die Kontaktflächen 10 bzw. Kontaktelemente 8 (siehe Fig. 1 und 2) derart leitend verbunden sind, dass sie jeweils eine effektive Elektrode des Energiespeichersystems 12 bilden. Die elektrische Zellenspannung aller senkrecht zur Stapelrichtung 3 in einer Ebene nebeneinanderliegenden Energiespeicherzellen ist damit gleich und kann leicht über zwei in Stapelrichtung 3 benachbarte Kontaktflächen 10 seitlich, d.h. senkrecht zur Stapelrichtung 3, aus dem Energiespeichersystem 12 herausgeführt und gemessen werden. Der Aufwand zur Überwachung beispielsweise des Ladungszustands der Energiespeicherzellen bzw. des Energiespeichersystems 12 ist dadurch unabhängig von der Anzahl der parallel geschalteten Energiespeichermodule 1 .

Figur 4 zeigt ein drittes Beispiel eines Energiespeichermoduls 1 . In dieser Darstellung weist der Stapel 2 sieben Energiespeicherzellen 4 auf, wobei zwischen jeder Energiespeicherzelle 4 ein Kontaktelement 8 angeordnet ist. Zur besseren Über- sichtlichkeit wurde auf eine detailliertere Anordnung, beispielsweise der Kathodenschicht 6 oder der Anodenschicht 5, verzichtet.

Die Kontaktelemente 8 sind elektrisch mit jeweils einer dazugehörigen Kontaktfahne 1 1 nach außen hin beabstandet, wobei die Kontaktfahnen 1 1 über jeweils eine Kontaktfläche 10 elektrisch mit einer Steuerungseinrichtung 14 verbunden sind. Ferner sind die Kontaktfahnen 1 1 an insgesamt vier Seitenflächen 9, 9', 21 , 21 ' des Stapels 2 angeordnet, wobei diejenigen Kontaktfahnen 1 1 von Kontaktelementen 8, welche zwischen zwei Energiespeicherzellen 4 angeordnet sind, an einer ersten und einer der ersten überliegenden Seitenfläche 9, 9' angeordnet sind.

Auf der linken Seitenfläche 9 des Stapels 2 sind mittels der Kontaktfahnen 1 1 dieje- nigen Kontaktelemente 8 herausgeführt, welche zwischen der ersten und zweiten, der dritten und vierten sowie der fünften und sechsten Energiespeicherzelle 4, insbesondere in Stapelrichtung 3, angeordnet sind. Auf der rechten Seitenfläche 9' des Stapels 2 sind mittels der Kontaktfahnen 1 1 somit diejenigen Kontaktelemente 8 herausgeführt, welche zwischen der zweiten und dritten, der vierten und fünften sowie der sechsten und siebten Energiespeicherzelle 4, insbesondere in Stapelrichtung 3, angeordnet sind. Vorzugsweise ist auf der dritten Seitenfläche 21 jenes Kontaktelement 8 mittels der ersten Kontaktfahne für Stromabnehmer 22 herausgeführt, welches vor der ersten Energiespeicherzelle 4, insbesondere in Stapelrichtung 3, angeordnet ist. Weiter vorzugsweise ist auf der vierten Seitenfläche 21 'jenes Kon- taktelement 8 mittels der zweiten Kontaktfahne für Stromabnehmer 23 herausgeführt, welches nach der siebten Energiespeicherzelle 4, insbesondere in Stapelrichtung 3, angeordnet ist. Hierbei sind alle Kontaktfahnen 1 1 sowie die erste Kontaktfahne für Stromabnehmer 22 sowie die zweite Kontaktfahne für Stromabnehmer 23 mit jeweils einer Kontaktfläche 10 einstückig verbunden, wobei die Kontaktflächen 10 zu der oberen Stirnfläche 15 umgeklappt sind, sodass diese mit der Steuerungseinrichtung 14 elektrisch verbunden sind.

Mit dieser Anordnung kann erreicht werden, dass die Gefahr einer versehentlichen Kontaktierung von zwei Kontaktfahnen 1 1 verringert, vorzugsweise verhindert wird. Durch die alternierende Anordnung der Kontaktfahnen 1 1 zwischen der linken und rechten Seitenfläche 9, 9' kann der Abstand zwischen zwei Kontaktfahnen 1 1 auf einer Seitenfläche 9, 9' zusätzlich erhöht werden. Dieser Effekt wird verstärkt, indem die Kontaktfahnen 1 1 auf einer Seitenfläche 9, 9' in zwei Dimensionen der Seitenfläche 9, 9' versetzt angeordnet sind. Ferner sind die Kontaktfahnen 1 1 im Wesentlichen entlang einer Diagonalen der Seitenfläche 9, 9' des Stapels 2 angeordnet. Die Kontaktfahne bzw. erste Kontaktfahne für Stromabnehmer 22 des Kontaktelements 8, welches, insbesondere in Stapelrichtung 3, zur unteren Stirnfläche 15 hin und somit lediglich mit der ersten Energiespeicherzelle 4 verbunden ist, ist an der vorderen Seitenfläche 21 angeordnet. Eine zweite Kontaktfahne für Stromabnehmer 23 des Kontaktelements 8, welches, insbesondere in Stapelrichtung 3, zur oberen Stirnfläche 15 hin und somit lediglich mit der letzten, siebten Energiespeicherzelle 4 verbunden ist, ist an der hinteren, in dieser Darstellung nicht ersichtlichen Seitenflä- che 21 ' angeordnet. Da diese beiden Kontaktfahnen für Stromabnehmer 22, 23 während des Betriebs des Energiespeichermoduls 1 mit den, insbesondere höchsten, elektrischen Strömen beaufschlagt werden, weisen diese beiden Kontaktfahnen für Stromabnehmer 22, 23 vorzugsweise eine erhöhte Fläche, eine erhöhte Dicke und/oder eine erhöhte Länge auf. Mittels der Steuerungseinrichtung 14, welche vorzugsweise auf der Stirnfläche 15 angeordnet ist, ist die Zellenspannung von jeder Energiespeicherzelle 4 ermittelbar, da die Kontaktelemente 8 mittels der jeweiligen Kontaktflächen 10 mit der Steuerungseinrichtung 14 elektrisch verbunden sind. Somit wird eine einfache Überwachung des gesamten Energiespeichermoduls 1 ermöglicht, um etwaige Spannungs- unterschiede oder Abweichungen der Zellspannungen von einem vorbestimmten Spannungswert zu ermitteln. Bei einer ermittelten Abweichung der Zellspannungen kann beispielsweise ein aktiver oder passiver Ladungsausgleich zwischen derjenigen Energiespeicherzelle 4, bei welcher eine Abweichung der Zellspannung von einer Sollspannung ermittelt wurde, und einer weiteren Energiespeicherzelle 4 durchgeführt werden.

Figur 5 zeigt ein erstes Beispiel eines Energiespeichersystems 12. In dieser Darstellung sind mehrere Energiespeichermodule 1 übereinander angeordnet. Zur besseren Übersichtlichkeit wurde auf eine detailliertere Darstellung der Energiespeichermodule 1 verzichtet. Das Energiespeichersystem 12 weist eine Vielzahl an Kontaktfahnen 1 1 , 1 1 ', 1 1 " auf, welche an den Seitenflächen 9, 9' herausgeführt sind. Ferner sind diejenigen Kontaktfahnen 1 1 , 1 1 ', 1 1 " verschiedener Energiespeichermodule 1 , welche sich in Bezug auf den Aufbau der Energiespeichermodule 1 entsprechen, in der Weise angeordnet, dass diese in jeweils einer Linie, insbesondere in Stapelrichtung 3 liegen. Mittels jeweils einer ersten Parallelschaltung 16, 16', 16" sind diese Kontaktfahnen 1 1 , 1 1 ', 1 1 " jeweils elektrisch verbunden, wobei diese ersten Parallelschaltungen 16, 16', 16" parallel zueinander verlaufen. Diejenigen Kontaktfahnen für Stromabnehmer 22, 23, welche jeweils am obersten und am untersten Kontaktelement 8, insbesondere in Bezug auf die Stapelrichtung 3, eines Energiespeichermoduls 1 angeordnet sind, sind vorzugsweise an jeweils einer dritten und an einer zu der dritten gegenüberliegenden vierten Seitenfläche 21 , 21 ' angeordnet.

Auf der oberen Stirnfläche 15 des Energiespeichersystems 12 ist eine Steuerungseinrichtung 14 angeordnet, welche elektrisch mit den ersten Parallelschaltungen 16, 16', 16" verbunden ist.

Durch die ersten Parallelschaltungen 16, 16', 16" kann erreicht werden, dass alle Kontaktelemente 8 der Energiespeichermodule 1 , welche im Aufbau der Energiespeichermodule 1 an selber Position angeordnet sind, über lediglich eine Leitung mittels jeweils einer ersten Parallelschaltung 16, 16', 16" dieser Kontaktelemente 8 mit der Steuerungseinrichtung 14 elektrisch verbindbar sind. Dadurch kann erreicht werden, dass mehrere Energiespeichermodule 1 durch lediglich eine Steuerungs- einrichtung 14 gleichzeitig überwacht und gesteuert werden können. Dies reduziert insbesondere den Bauraum sowie eine zur Überwachung und Steuerung notwendige Elektronik.

Erfindungsgemäß greift die Steuerungseinrichtung 14 die parallel geschalteten Spannungswerte der jeweiligen ersten Parallelschaltungen 16, 16', 16", insbesonde- re deren Kontaktfahnen 1 1 , 1 1 ', 1 1 ", ab und ermittelt auf Basis eines Soll- Spannungswerts, welcher vorzugsweise einen Spannungswert wenigstens einer parallel geschalteten Gruppe von Energiespeicherzellen 4 darstellt, eine etwaige Abweichung von Spannungswerten weiterer parallelgeschalteter Gruppen von Energiespeicherzellen 4. Wird eine Spannungsabweichung von Energiespeicherzel- len 4 einer ersten Parallelschaltung 16 ermittelt, können nun mittels der Steuerungseinrichtung 14 geeignete Maßnahmen getroffen werden, um innerhalb des Energiespeichersystems 12 in jeder Energiespeicherzelle 4 die Zellenspannung wenigstens im Wesentlichen anzugleichen.

Dies wird vorzugsweise durch passiven und/oder aktiven Ladungsausgleich zwi- sehen den Energiespeicherzellen 4, welche mit der ersten Parallelschaltung 16 elektrisch verbunden sind, und Energiespeicherzellen 4 einer weiteren ersten Paral- lelschaltung 16', 16" ermöglicht. Beispielsweise kann es sich bei dem passiven Ladungsausgleich um einen Widerstand und einen Schalter, insbesondere einen MOS-Feldeffekttransistor und/oder Bipolartransistor, handeln. Vorzugsweise wird ein aktiver Ladungsausgleich mittels eines Gleichspannungswandlers durchgeführt. Durch das Angleichen aller Zellspannungen wird insgesamt der Wirkungsgrad des Energiespeichersystems 12 erhöht. Ferner wird die Lebensdauer und die Effizienz jeder einzelnen Energiespeicherzelle 4, vorzugsweise des gesamten Energiespeichermoduls 1 , weiter vorzugsweise des gesamten Energiespeichersystems 12, erhöht bzw. verbessert. Figur 6 zeigt eine beispielhafte elektrische Verschaltung eines Energiespeichersystems 12. In dieser zweidimensionalen Darstellung sind mehrere Energiespeichermodule 1 übereinander angeordnet. Zur besseren Übersichtlichkeit wurde auf eine detailliertere Darstellung der Energiespeichermodule 1 verzichtet.

Die Anodenschichten 5 sowie Kathodenschichten 6 bilden eine Energiespeicherzel- le 4, welche hierbei jeweils mit dem Symbol einer Batteriezelle dargestellt ist. Die Energiespeicherzellen 4 eines jeden Energiespeichermoduls 1 bzw. die Anodenschicht 5 einer ersten Energiespeicherzelle 4 und die Kathodenschicht 6 einer zweiten zu der ersten Energiespeicherzelle 4 benachbarten zweiten Energiespeicherzellen 4, welche das wenigstens im Wesentlichen gleiche elektrische Potenzial aufwei- sen, sind über Kontaktelemente 8 und somit auch Kontaktfahnen 1 1 aus dem Energiespeichermodul 1 herausgeführt und mittels jeweils einer ersten Parallelschaltung 16 zusammengeschlossen. Diese ersten Parallelschaltungen 16, 16', 16" sind mit der Steuerungseinrichtung 14 verbunden, sodass diese etwaige Potenzialdifferenzen innerhalb der Energiespeichermodule 1 ermitteln kann. Figur 7 zeigt ein zweites Beispiel eines Energiespeichersystems 12. In dieser Darstellung sind mehrere Energiespeichermodule 1 übereinander angeordnet, wobei zwischen jedem zweiten Energiespeichermodul 1 eine Temperiereinrichtung 18, 18', 18" angeordnet ist. Zur besseren Übersichtlichkeit wurde auf eine detailliertere Darstellung der Energiespeichermodule 1 verzichtet. Hierbei sind jeweils die ersten Anschlüsse 19, 19', 19" und die zweiten Anschlüsse 20. 20', 20" der Temperiereinrichtungen 18, 18', 18" zu zweiten Parallelschaltungen 17, 17' zusammengeschaltet. Dadurch kann die Verdrahtung der Temperiereinrichtungen 18, 18', 18" deutlich vereinfacht werden und eine elektrische Versorgung durch die auf der Stirnfläche 15 des Energiespeichersystems 12 befindlichen Steuerungseinrichtung 14 gewährleistet werden. Ferner kann die Steuerungseinrichtung 14 die zweiten Parallelschaltungen 17, 17' steuern, vorzugsweise ein- und/oder ausschalten. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel, welches nicht dargestellt ist, kann die Steuerungseinrichtung 14 die Temperiereinrichtungen 18, 18', 18" je- weils einzeln und/oder unabhängig voneinander steuern, insbesondere deren Temperatur. Die Steuerungseinrichtung 14 ist vorzugsweise auf einer Platine oder einem Substrat angeordnet. Weiter vorzugsweise ist die Steuerungseinrichtung 14 als PCB, insbesondere als FPGA oder als„System on a Chip" (SoC), ausgebildet.

Figur 8 zeigt ein drittes Beispiel eines Energiespeichersystems 12, welches im Wesentlichen eine Kombination aus dem ersten und dem zweiten Beispiel eines Energiespeichersystems 12 darstellt. In dieser Darstellung sind mehrere Energiespeichermodule 1 übereinander angeordnet, wobei zwischen jedem zweiten Energiespeichermodul 1 eine Temperiereinrichtung 18, 18', 18" angeordnet ist. Zur besseren Übersichtlichkeit wurde auf eine detailliertere Darstellung der Energiespeicher- module 1 verzichtet.

Hierbei sind auf der linken Seitenfläche 9 des Energiespeichersystems 12 die ersten Anschlüsse 19, 19', 19" und zweiten Anschlüsse 20, 20', 20" der Temperiereinrichtungen 18, 18', 18" zu zweiten Parallelschaltungen 17, 17' elektrisch miteinander verbunden. Diejenigen Kontaktfahnen 1 1 , 1 1 ', 1 1 " verschiedener Energiespeicher- module 1 , welche sich in Bezug auf den Aufbau der Energiespeichermodule 1 entsprechen, sind in der Weise angeordnet, dass diese in jeweils einer Linie, insbesondere in Stapelrichtung 3, liegen. Alle Kontaktfahnen 1 1 , die auf einer Linie liegen, sind zu ersten Parallelschaltungen 16, 16', 16" elektrisch miteinander verbunden. Durch diese Separation der ersten und zweiten Parallelschaltungen 16, 16', 16", 17, 17' kann die Wahrscheinlichkeit einer versehentlichen Kontaktierung zwischen den ersten Parallelschaltungen 16, 16', 16" und den zweiten Parallelschaltungen 17, 17' verringert werden. Die Stirnfläche 15 des Energiespeichersystems 12 kann in einem Ausführungsbeispiel teilweise oder auch ganz als Leiterplatte ausgebildet sein, welche elektrisch mit der Steuerungseinrichtung 14 in Verbindung steht. Somit kann mittels Leiterbahnen der als Leiterplatte ausgebildeten Stirnfläche 15 eine einfache Kontaktierung von den Kontaktfahnen 1 1 , 1 1 ', 1 1 " bzw. den ersten Parallelschaltungen 16, 16', 16" und den zweiten Parallelschaltungen 17, 17' zu der Steuerungseinrichtung 14 erfolgen. Ferner kann die Stirnfläche 15 als Druckplatte ausgebildet sein, um die einzelnen Anoden- und Kathodenschichten 5, 6 der Energiespeicherzellen 4 und somit insgesamt die Energiespeichermodule 1 während des Betriebs mit einem vor- bestimmten mechanischen Druck zu beaufschlagen. Hierdurch kann die Effizienz der Energiespeichermodule 1 bzw. des Energiespeichersystems 12 erhöht werden.

Figur 9 zeigt ein viertes Beispiel eines Energiespeichersystems 12. In dieser Darstellung sind mehrere Energiespeichermodule 1 übereinander angeordnet, wobei jeweils dazwischen eine Temperiereinrichtung 18, 18', 18" angeordnet ist. Zur bes- seren Übersichtlichkeit wurde auf eine detailliertere Darstellung der Energiespeichermodule 1 verzichtet.

Die Energiespeichermodule 1 weisen auf jeweils derselben, in dieser Abbildung vorderen, Seitenfläche 9 jeweils mehrere Kontaktfahnen 1 1 auf, durch welche die Kontaktelemente 8 der Energiespeichermodule 1 herausgeführt sind. Ferner sind diejenigen Kontaktfahnen 1 1 , 1 1 ',1 1 ", 1 1 "' verschiedener Energiespeichermodule 1 , welche sich in Bezug auf den Aufbau der Energiespeichermodule 1 entsprechen, in der Weise angeordnet, dass diese in jeweils einer Linie, insbesondere in Stapelrichtung 3, liegen. Mittels jeweils einer ersten Parallelschaltung 16, 16', 16", 16"' sind diese Kontaktfahnen 1 1 elektrisch verbunden, wobei diese ersten Parallelschaltun- gen 16, 16', 16", 16"' parallel zu einander verlaufen.

Die Temperiereinrichtungen 18, 18', 18" weisen jeweils erste und zweite Anschlüsse 19, 19', 19", 20, 20', 20" auf, welche ebenfalls auf der Seitenfläche 9 angeordnet sind, an welcher die Kontaktfahnen 1 1 , 1 1 ', 1 1 ", 1 1 "' angeordnet sind. Die ersten und zweiten Anschlüsse 19, 19', 19", 20, 20', 20" der Temperiereinrichtungen 18, 18', 18" sind jeweils miteinander elektrisch verbunden und aus dem Stapel 2 herausgeführt, sodass die ersten und zweiten Anschlüsse 19, 19', 19", 20, 20', 20" jeweils eine zweite Parallelschaltung 17, 17' bilden, wobei die zweiten Parallelschal- tungen 17, 17' vorzugsweise parallel zu einander verlaufen. Die Temperiereinrichtungen 18, 18', 18" verlaufen vorzugsweise im Wesentlichen parallel zu den Kontaktelementen 8 der Energiespeichermodule 1 . Insbesondere sind die Temperiereinrichtungen 18, 18', 18" mäanderförmig geführt. Die ersten und die zweiten Parallelschaltungen 16, 16', 16", 16"', 17, 17' verlaufen wenigstens im Wesentlichen parallel zueinander, insbesondere an der vorderen Seitenfläche 9, an der die Kontaktfahnen 1 1 , 1 1 ', 1 1 ", 1 1 "' sowie die ersten und zweiten Anschlüsse 19, 19', 19", 20, 20', 20" angeordnet sind.

Auf der oberen Stirnfläche 15 des Energiespeichersystems 12 ist die Steuerungs- einrichtung 14 angeordnet, welche elektrisch mit den ersten und zweiten Parallelschaltungen 16, 16', 16", 16"', 17, 17' verbunden ist. Mittels dieser Steuerungseinrichtung 14 können unter anderem die Temperiereinrichtungen 18, 18', 18" über die ersten und zweiten Anschlüsse 19, 19', 19", 20, 20', 20" welche über die zweiten Parallelschaltungen 17, 17' verbunden sind, gesteuert und/oder auch mit elektri- scher Energie versorgt werden. Ferner können die einzelnen Energiespeicherzellen 4 der Energiespeichermodule 1 , welche sich in ihrem Aufbau entsprechen, überwacht werden.

Bezugszeichenliste

1 Energiespeichermodul

2 Stapel

3 Stapelrichtung

4 Energiespeicherzelle

5 Anodenschicht

6 Kathodenschicht

7 Festkörperelektrolyt

8 Kontaktelement

9 (erste) Seitenfläche

9' zweite Seitenfläche

10 Kontaktfläche

1 1 , 1 1 ', 1 1 ", 1 1 "' Leiterfahne bzw. Kontaktfahne

12 Energiespeichersystem

13 Pfeil (Zusammenfügen der Energiespeichermodule)

14 Steuerungseinrichtung

15 Stirnfläche

16, 16', 16", 16"' erste Parallelschaltung

17, 17' zweite Parallelschaltung

18, 18', 18" Temperiereinrichtung

19, 19', 19" erster Anschluss

20, 20', 20" zweiter Anschluss

21 dritte Seitenfläche

21 ' vierte Seitenfläche

22 erste Kontaktfahne für Stromabnehmer

23 zweite Kontaktfahne für Stromabnehmer

Claims

ANSPRUCHE

Energiespeichermodul (1 ), insbesondere Festkörperbatterie, zur elektrochemischen Speicherung von Energie mit wenigstens zwei in einem Stapel (2) angeordneten und in Serie geschalteten Energiespeicherzellen (4), welche jeweils eine Anodenschicht (5) und eine Kathodenschicht (6) aufweisen, gekennzeichnet durch

wenigstens ein Kontaktelement (8), welches mit einer im Inneren des Stapels (2) liegenden Anodenschicht (5) einer ersten Energiespeicherzelle (4) und mit einer im Inneren des Stapels (2) liegenden Kathodenschicht (6) einer der ersten Energiespeicherzelle (4) benachbarten zweiten Energiespeicherzelle

(4) elektrisch verbunden ist und aus dem Stapel (2) herausgeführt ist, so dass das wenigstens eine Kontaktelement (8) von außerhalb des Stapels (2) elektrisch kontaktierbar ist.

Energiespeichermodul (1 ) nach Anspruch 1 , wobei das wenigstens eine Kontaktelement (8) eine Kontaktschicht aufweist, welche im Wesentlichen parallel zur jeweiligen Anodenschicht (5) und Kathodenschicht (6) verläuft und mit der Anodenschicht

(5) und der Kathodenschicht (6) elektrisch verbunden ist.

Energiespeichermodul (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das wenigstens eine Kontaktelement (8) eine entlang einer Seitenfläche (9) des Stapels (2) im Wesentlichen parallel verlaufende Kontaktfläche (10) aufweist, welche von außerhalb des Stapels (2) elektrisch kontaktierbar ist.

Energiespeichermodul (1 ) nach Anspruch 2 und 3, wobei die Kontaktfläche (10) entlang der Seitenfläche (9) des Stapels (2), insbesondere senkrecht zur Kontaktschicht, eine Ausdehnung aufweist, welche größer ist als die Dicke der Kontaktschicht.

Energiespeichermodul (1 ) nach einem der Ansprüche 3 oder 4, wobei die Kontaktfläche (10) dazu eingerichtet ist, eine Steckverbindung mit einer Kontaktfläche (10) eines anderen Energiespeichermoduls (1 ) und/oder einer elektrischen Leitung einzugehen.

6. Energiespeichermodul (1 ) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei mehrere Kontaktelemente (8) aus der Seitenfläche (9) des Stapels (2) herausgeführt sind und die jeweiligen Kontaktflächen (10) in zwei Dimensionen der Seitenfläche (9) versetzt angeordnet sind.

7. Energiespeichermodul (1 ) nach Anspruch 6, wobei die Kontaktflächen (10) der Kontaktelemente (8) im Wesentlichen entlang einer Diagonalen der Seitenfläche (9) des Stapels (2) angeordnet sind.

8. Energiespeichermodul (1 ) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Kontaktelement (8) eine Kontaktfahne (1 1 ) aufweist, welche sich von einer Seitenfläche (9) des Stapels (2) wegerstreckt.

9. Energiespeichermodul (1 ) nach wenigstens einem der Ansprüche 3 bis 8, wo- bei die Kontaktfläche (10) von der Seitenfläche (9) beabstandet ist und mittels der Kontaktfahne (1 1 ) mit dem Kontaktelement (8) elektrisch verbunden ist.

10. Energiespeichermodul (1 ) nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Kontaktfahne (1 1 ) einstückig mit der Kontaktfläche (10) ausgebildet ist.

1 1 . Energiespeichermodul (1 ) nach Anspruch 10, wobei die Kontaktfläche (10) wenigstens teilweise in einer zu einer Seitenfläche (9, 9', 21 , 21 ') wenigstens im Wesentlichen parallelen Ebene liegt.

12. Energiespeichermodul (1 ) nach wenigstens einem der Ansprüche 8 bis 1 1 , wobei mehrere Kontaktelemente (8) jeweils mittels wenigstens einer Kontaktfahne (1 1 ) aus wenigstens einer ersten und einer zweiten, insbesondere zu der ersten gegenüberliegenden, Seitenfläche (9; 9') des Stapels (2) herausgeführt sind und die jeweiligen Kontaktfahnen (1 1 ), insbesondere deren Kontakt- flächen (10), in zwei Dimensionen der Seitenfläche (9, 9') versetzt angeordnet sind.

13. Energiespeichermodul (1 ) nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei die Kontaktfahnen (1 1 ) im Wesentlichen entlang einer Diagonalen der Seitenfläche (9, 9') des Stapels (2) angeordnet sind.

14. Energiespeichermodul (1 ) nach einem der Ansprüche 8 bis 13, aufweisend eine elektronische Steuerungseinrichtung (14), welche auf einer Stirnfläche (15) des Stapels (2) angeordnet ist und mit den Kontaktfahnen (1 1 ) elektrisch verbunden ist.

15. Energiespeichermodul (1 ) nach wenigstens einem der Ansprüche 8 bis 14, wobei die Kontaktfahnen (22, 23), welche mit dem obersten und dem untersten Kontaktelement (8), insbesondere in Bezug auf die Stapelrichtung (3), elektrisch verbunden sind, eine erhöhte Fläche und/oder Dicke und/oder Län- ge aufweisen und/oder an einer von der ersten und zweiten unterschiedlichen dritten und vierten Seitenfläche (21 ; 21 ') angeordnet sind.

16. Energiespeichersystem (12) mit wenigstens zwei Energiespeichermodulen (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Energiespeichermodu- le (1 ) derart nebeneinander und/oder übereinander angeordnet sind, dass sich wenigstens ein aus einem ersten Energiespeichermodul (1 ) herausgeführtes Kontaktelement (8) und wenigstens ein aus einem dem ersten Energiespeichermodul (1 ) benachbarten zweiten Energiespeichermodul (1 ) herausgeführtes Kontaktelement (8) berühren.

17. Energiespeichersystem (12) mit einer Mehrzahl von Energiespeichermodulen (1 ) nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei Kontaktfahnen (1 1 , 1 1 ', 1 1 ", 1 1 "') verschiedener Energiespeichermodule (1 ), welche sich in Bezug auf den Aufbau der Energiespeichermodule (1 ) entsprechen, in der Weise angeordnet sind, dass diese in jeweils einer Linie, insbesondere in Stapelrichtung (3), liegen.

18. Energiespeichersystem (12) nach Anspruch 17, wobei Kontaktfahnen (1 1 , 1 1 ', 1 1 ", 1 1 "'), welche in einer Linie, insbesondere in Stapelrichtung (3), liegen, elektrisch verbunden sind und jeweils eine erste Parallelschaltung (16, 16',

16", 16"') bilden, wobei eine Mehrzahl dieser ersten Parallelschaltungen (16, 16', 16", 16"') jeweils parallel zueinander verlaufen.

19. Energiespeichersystem (12) nach Anspruch 17 oder 18, aufweisend eine

elektronische Steuerungseinrichtung (14), welche auf einer Stirnfläche (15) ei- nes Stapels (2) der Mehrzahl der Energiespeichermodule (1 ) angeordnet und mit den Kontaktfahnen (1 1 ), insbesondere mit den ersten Parallelschaltungen (16, 16', 16", 16"'), elektrisch verbunden ist.

20. Energiespeichersystem (12) nach wenigstens einem der Ansprüche 17 bis 19, wobei wenigstens zwischen jedem zweiten, insbesondere zwischen jedem, Energiespeichermodul (1 ) eine Temperiereinrichtung (18, 18', 18"), welche im Wesentlichen parallel zu den Kontaktelementen (8) der Energiespeichermodule (1 ), insbesondere mäanderförmig, verläuft, angeordnet ist.

21 . Energiespeichersystem (12) nach wenigstens einem der Ansprüche 17 bis 20, wobei jeweils erste Anschlüsse (19, 19', 19") einer Mehrzahl an Temperiereinrichtungen (18, 18', 18") und jeweils zweite Anschlüsse (20, 20', 20") einer Mehrzahl an Temperiereinrichtungen (18, 18', 18") miteinander elektrisch ver- bunden und aus dem Stapel (2) herausgeführt sind, sodass die ersten und zweiten Anschlüsse (19, 19', 19", 20, 20', 20") jeweils eine zweite Parallelschaltung (17, 17') bilden, wobei eine Mehrzahl dieser zweiten Parallelschaltungen (17, 17') jeweils parallel zueinander verlaufen.

22. Energiespeichersystem (12) nach wenigstens einem der Ansprüche 17 bis 21 , wobei die ersten und die zweiten elektrischen Parallelschaltungen (16, 16', 16", 16"', 17, 17') wenigstens im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen.

23. Energiespeichersystem (12) nach wenigstens einem der Ansprüche 17 bis 22, wobei die Steuerungseinrichtung (14) mit den ersten und zweiten Anschlüssen

(19, 19', 19", 20, 20', 20") der Mehrzahl an Temperiereinrichtungen (18, 18', 18") elektrisch verbunden ist, um die ersten und zweiten Anschlüsse (19, 19', 19", 20, 20', 20") der Mehrzahl an Temperiereinrichtungen (18, 18', 18") zu steuern und/oder mit elektrischer Energie zu versorgen.

24. Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, mit einem Energiespeichermodul (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 15 und/oder einem Energiespeichersystem (12) nach wenigstens einem der Ansprüche 16 bis 23.

Verfahren zum Messen einer elektrischen Spannung an einem Energiespeichermodul (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 15 und/oder einem Energiespeichersystem (12) nach einem der Ansprüche 16 bis 23, mit wenigstens zwei Kontaktelementen (8), zwischen denen eine oder mehrere Energiespeicherzellen (4) angeordnet sind,

dadurch gekennzeichnet, dass

eine elektrische Spannung an jeweils zwei aus einem Stapel (2) von in Serie geschalteten Energiespeicherzellen (4) herausgeführten Kontaktelementen (8) abgegriffen und gemessen wird.

Verfahren nach Anspruch 25, wobei die elektrische Spannung an jeweils zwei Kontaktelementen (8), welche jeweils mit der Anodenschicht (5) und der Kathodenschicht (5) einer Energiespeicherzelle (4) verbunden und aus dem Stapel (2) herausgeführt ist, abgegriffen und gemessen wird.

Verfahren zum Messen einer elektrischen Spannung an wenigstens einer Mehrzahl an Energiespeichermodulen (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 15 und/oder einem Energiespeichersystem (12) nach einem der Ansprüche 16 bis 23, wobei Kontaktfahnen (1 1 , 1 1 ', 1 1 ", 1 1 "'), welche in einer Linie, insbesondere in Stapelrichtung (3), liegen, elektrisch verbunden sind und jeweils eine erste Parallelschaltung (16, 16', 16", 16"') bilden, wobei eine Mehrzahl dieser ersten Parallelschaltungen (16, 16', 16", 16"') jeweils parallel zueinander verlaufen und eine elektrische Spannung an den Kontaktfahnen (1 1 , 1 1 ', 1 1 ", 1 1 "') abgegriffen und gemessen wird.

Verfahren nach Anspruch 27, wobei eine Spannungsabweichung wenigstens einer ersten Parallelschaltung (16) der Mehrzahl an ersten Parallelschaltungen (16, 16', 16", 16"') von einem vorbestimmten Spannungswert ermittelt wird und auf Basis der Spannungsabweichung die Energiespeicherzellen (4), insbesondere deren Spannungswert, gesteuert werden, welche mit der ersten Parallelschaltung (16) elektrisch verbunden sind, vorzugsweise durch passiven und/oder aktiven Ladungsausgleich zwischen den Energiespeicherzellen (4), welche mit der ersten Parallelschaltung (16) elektrisch verbunden sind, und Energiespeicherzellen (4) einer weiteren ersten Parallelschaltung (16, 16', 16", 16"').

29. Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 28, wobei erste Anschlüsse (19, 19', 19") einer Mehrzahl an Temperiereinrichtungen (18, 18', 18") und zweite Anschlüsse (20, 20', 20") einer Mehrzahl an Temperiereinrichtungen (18,

18', 18"), welche wenigstens zwischen jedem zweiten, insbesondere zwischen jedem, Energiespeichermodul (1 ) angeordnet sind und welche im Wesentlichen parallel zu den Kontaktelementen (8) der Energiespeichermodule (1 ), insbesondere mäanderförmig, verlaufen, jeweils elektrisch miteinander ver- bunden und aus dem jeweiligen Stapel (2) der Energiespeichermodule (1 ) herausgeführt sind und die ersten und zweiten Anschlüsse (19, 19', 19", 20, 20', 20") der Mehrzahl an Temperiereinrichtungen (18, 18', 18") gesteuert und/oder mit elektrischer Energie versorgt werden.