WO2015117803A1 - Energy storage module - Google Patents

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WO2015117803A1
WO2015117803A1 PCT/EP2015/050688 EP2015050688W WO2015117803A1 WO 2015117803 A1 WO2015117803 A1 WO 2015117803A1 EP 2015050688 W EP2015050688 W EP 2015050688W WO 2015117803 A1 WO2015117803 A1 WO 2015117803A1
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storage module
energy
memory cells
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Martin Kautz
Jochen SCHÄFER
Michael Meinert
Armin Rastogi
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • the invention relates to an energy storage module for storing electrical energy.
  • An energy storage module for storing electrical energy may include a plurality of memory cells.
  • One or more energy storage modules may provide a consumer or load with DC electrical power.
  • the electrical load or the electrical load may be, for example, an electric motor of a vehicle or a transport device for transporting goods and / or persons in the horizontal or vertical direction.
  • electrically powered rail vehicles such as trams
  • more energy storage modules are used to recover braking energy.
  • Energy storage modules have energy storage cells, in particular electrochemical energy storage cells, such as battery cells.
  • the memory cells can also have double-layer capacitors or pouch cells with a high storage capacity and a high power dissipation density.
  • energy storage modules are cooled in order to prevent heating of the energy storage module.
  • these are cooled by means of cooling devices which are attached or flanged to the housing of the energy storage module or which form part of the housing of the energy storage module.
  • the cooling of the memory cells, which are located within the housing of the energy storage module is done by a heat transfer from the storage cells as a heat source to the housing located on the cooling device as a heat sink.
  • the memory cells within the housing of the energy storage module are cylindrical and / or flat, wherein the resulting in the memory cell thermal energy is dissipated via the two end faces of the cylindrical storage cell to the housing of the energy storage module.
  • the two end faces of the cylindrical storage cells are in direct mechanical contact with the housing of the energy storage module.
  • a disadvantage of these conventional energy storage modules is that the thermal energy generated in the memory cells during the charging and discharging process is dissipated only over the end faces of the memory cells to the housing of the energy storage module and thus the amount of thermal energy transported away is limited.
  • the thermal energy dissipated via the end faces is in many cases not sufficient to keep the temperature level within the energy storage module constant and sufficiently low during a charging and discharging process , As a result, the life of the energy storage module is reduced.
  • the energy storage cell is a cylindrical energy storage cell, the fraction of the end surface on the total surface of the storage cell depends on the radius of the cylinder and its height. The smaller the diameter or radius of the cylindrical storage cell and the greater the height of the cylindrical storage cell, the smaller the proportion of the end face of the storage cell on the entire surface. The smaller the end face, the less thermal energy can be transported away or removed via the housing of the energy storage module, and the higher is the increase in the temperature level during a charging and discharging process.
  • the invention accordingly provides, according to a first aspect, an energy storage module with a plurality of storage cells for supplying electrical energy,
  • the memory cells are located in an electrically insulating, heat-conducting discharge medium, which is for discharging a thermal energy arising during charging or discharging of the memory cells is provided,
  • the memory cells are encapsulated in an electrically insulating, thermally conductive mass as a discharge medium, which discharges the resulting during charging or discharging of the memory cells thermal energy to a housing of the energy storage module, or
  • the memory cells are located in a fluid container, which is filled with an electrically insulating, heat-conducting fluid as the discharge medium, which dissipates the resulting during charging or discharging of the memory cells thermal energy to the housing of the energy storage module.
  • the energy storage module according to the invention has the advantage that even when using memory cells with a high storage capacity and a high power loss density during a charging and discharging the temperature level or the temperature distribution within the entire energy storage module remains largely constant and sufficiently low, so that unwanted aging of Memory cells within the energy storage module is prevented.
  • heat dissipation not only takes place via the end faces of the storage cells, but also via the lateral surfaces of the storage cells.
  • the memory cells are either cast with an electrically insulating, thermally conductive mass or are located within a fluid in a fluid container of the energy storage module.
  • the storage cells are electrochemical storage cells, wherein the discharge medium behaves neutrally with respect to substances which emerge unintentionally from the electrochemical storage cells.
  • the insulating, heat-conducting fluid removal medium has fluoroketones with a high heat conductivity of more than 0.05 W / mK.
  • the thermal energy arising during charging or discharging of the memory cells within the energy storage module is removed by means of the discharge medium by heat conduction and / or heat convection to the housing of the energy storage module and from there to the outside.
  • the thermal energy arising during charging or discharging of the memory cells is dissipated directly or indirectly via a gap to the housing of the energy storage module by the storage cells by means of the heat-conducting discharge medium.
  • the thermal energy arising during charging or discharging of the memory cells is dissipated directly or indirectly via a gap to the housing of the energy storage module by the storage cells by means of a moving fluid discharge medium.
  • the fluid discharge medium for the removal of the thermal energy is passively moved due to convection by density differences.
  • the fluid discharge medium for removing the thermal energy is moved by a pump.
  • the fluid discharge medium is discharged to dissipate the thermal energy by a storage module acting accelerating or centrifugal force moves.
  • an additional cooling device is provided within the housing of the energy storage module.
  • an additional cooling device is provided outside on the housing of the energy storage module.
  • the dissipated thermal energy is forwarded to a consumer or supplied to a recooler.
  • the insulating, heat-conducting discharge medium has a high electrical insulation capacity of more than 10 kV / mm.
  • the insulating heat-conducting laxative medium is non-flammable or non-flammable and environmentally friendly.
  • the memory cells contained therein are double-layer capacitors. In a further possible embodiment of the energy storage module according to the invention, the memory cells
  • the memory cells have battery cells.
  • the memory cells have a high storage capacity and a high power dissipation density.
  • the heat-conducting fluid which is used as a discharge medium a gas.
  • the heat-conducting fluid which is used as a discharge medium a liquid.
  • the invention provides as a further aspect a device having at least one electric motor which cyclically obtains electrical energy from at least one energy storage module according to the first aspect of the invention.
  • the invention further provides a device with a motor that receives electrical energy from at least one energy storage module according to the first aspect of the invention during start-up and / or operation.
  • the engine may be an electric motor or an internal combustion engine.
  • the device is a transport device for transporting goods and / or persons in the horizontal or vertical direction.
  • the transport device is a rail, land, sea or air vehicle with one or more engines, the energy from at least one energy storage module according to the first aspect of the invention relate.
  • the energy storage module is resiliently mounted within the transport device such that acceleration forces, centrifugal forces and / or mechanical shocks that occur during operation of the transport device, the electrically insulating, heat-conducting fluid discharge medium surrounding the memory cells of the energy storage module to increase from the memory cells Targeted thermal energy.
  • the at least one energy storage module is attached to a body of the device via at least one spring device, a spring constant of the spring being dependent on the purge medium used and / or the memory cells contained in the energy storage module, in particular as a function of the power dissipation density of which is adjustable to maximize the thermal energy dissipated to the outside of the memory cells.
  • the invention further provides a method for cooling memory cells having the features specified in claim 20.
  • the invention accordingly provides a method for cooling memory cells of an energy storage module
  • FIG. 1 shows schematically an energy storage module with an energy storage cell contained therein for explaining the operation of a first embodiment of the energy storage module according to the invention
  • Fig. 2 shows schematically a further embodiment of an energy storage module according to the invention
  • Fig. 3 shows schematically a further embodiment of the energy storage module according to the invention.
  • Fig. 4 shows schematically a further embodiment of the energy storage module according to the invention
  • Fig. 5 shows schematically a further embodiment of the energy storage module according to the invention.
  • the energy storage module 1 has a housing 2 which comprises a plurality of housing walls 2 a, 2 b.
  • the energy storage module 1 includes a plurality of memory cells 3 for storing electrical energy.
  • a cylindrical memory cell 3 is shown, which has two end faces and a lateral surface.
  • the upper end face 4a of the memory cell 3 is connected either directly to an upper housing wall 2a of the housing 2 or indirectly through a gap with a gap width S as shown in FIG.
  • the lower end face 4b of the energy storage module 1 is directly connected to a lower housing wall 2b of the housing 2 or there is a gap with a gap width S between the lower end face 4b and the lower housing wall 2b.
  • the cylindrical energy storage cell 3 is of an electrically insulating, surrounded heat-conducting discharge medium 5, which is provided for discharging a resulting charge or discharge of the memory cell 3 thermal energy.
  • the memory cells 3 are encapsulated or potted in an electrically insulating, thermally conductive compound as a discharge medium.
  • the memory cells 3 are located in a fluid container which is filled with an electrically insulating, heat-conducting fluid as the discharge medium, which dissipates the resulting during charging or discharging of the memory cell 3 thermal energy to the housing 2 of the energy storage module 1.
  • the energy storage cell 3 is a memory cell having a high storage capacity and a high power dissipation density.
  • the memory cell 3 is a supercapacitor, in particular a double-layer capacitor.
  • Supercapacitors or ultracapacitors are electrochemical capacitors. While supercapacitors have only about 10% of their energy density compared to batteries of the same weight, their power density is up to about 10 times greater. Power density describes the speed and magnitude with which electrical energy can be absorbed or delivered to a consumer. Supercapacitors can be charged and discharged faster than batteries. In addition, the number of possible switching cycles in a supercapacitor is higher than in conventional battery storage cells.
  • the memory cell used in an energy storage module 1 is a double-layer capacitor.
  • both electrodes of the double-layer capacitor can consist of activated carbon, i. made of pure carbon with a particularly large surface. Between the electrodes there is an organochemical electrolyte. The cathode and anode of the double-layer capacitor are separated by a separator.
  • This separator is permeable to solvated electrolyte ions and allows charge transport during charge and discharge of the double-layer capacitor.
  • the electrical load tion of the electrically conductive electrode is shielded at the interface between the electrode and electrolyte, the transition from the electron conductor to the ion conductor, by oppositely charged ions of the electrolyte.
  • This double layer forms a capacitor with a capacity of more than 10
  • the double-layer capacitor consists of a series circuit of two capacitors, which have an equal capacity.
  • activated carbon with up to 1000 m 2 / g surface results in a double-layer capacity of 10 uF / cm 2, a capacitance value of 100 F / g.
  • the use of a double-layer capacitor as a memory cell has the advantage that the memory cell has an internal resistance of up to a few milliohms, which makes it relatively insensitive to current peaks during charging or discharging.
  • the double-layer capacitors can therefore be charged directly without a resistor.
  • the charging voltage is slightly above the rated voltage of the double-layer capacitor, since otherwise the full charging capacity is not achieved due to its internal resistance.
  • the capacitance of the double-layer capacitor is proportional to the surface area and the permeability and inversely proportional to the distance of the charges. This distance is very small, since this is the thickness of the bilayer, which depends on the ionic radii and the salt concentration.
  • Double-layer capacitors have a very high power density of, for example, 20 kW / kg. Double-layer capacitors also have excellent cycle stability with a very high number of charge and discharge processes. Due to the high power density, double-layer capacitors with correspondingly high currents can be charged and discharged. Depending on the size, the current amplitudes can be in the range of several hundred amperes.
  • the use of double-layer capacitors with a very high storage capacity of, for example, up to 6500 F enables an energy storage module 1 with a very high electrical storage capacity and allows high currents.
  • the resulting during charging and discharging of the memory cell 3 thermal energy is dissipated via the discharge medium 5.
  • the purge medium 5 is preferably a fluid F.
  • this fluid F is formed by a thermally conductive fluid.
  • a heat-conducting gas is used as the discharge medium.
  • the provision of a gap with a gap width S between an end face of the energy storage cell 3 and a housing wall 2a of the housing 2 facilitates convection of the surrounding fluid F, as shown in FIG.
  • the electrically insulating, thermally conductive fluid discharge medium 5 is a fluorocarbon with a very high thermal conductivity.
  • the thermal conductivity of the fluid discharge medium 5 is above 0.05 W / mK.
  • the heat capacity of the fluoroketones is more than 1000 J / gK.
  • the use of a fluoroketone as the discharge medium offers, in addition to the advantage of a high heat transport capability, the additional advantage that the energy storage module 1 can be used even at very low temperatures.
  • the fluoroketone behaves chemically neutral to substances that can escape unwanted from the electrochemical storage cell 3. If the removal medium is a liquid discharge medium, in particular a fluorine ketone, then the one within the energy storage module 1 becomes Charging or discharging the memory cells 3 resulting thermal energy by means of the discharge medium 5 by heat conduction and heat convection to the housing 2 of the energy storage module 1 and discharged from there to the outside.
  • thermal energy is discharged from the memory cells 3 by means of the heat-conducting Ab technologicalmediums 5 directly over the end faces of a housing wall of the housing 2 or indirectly via a gap to the housing 2 of the energy storage module 1, as in
  • Fig. 2 shown.
  • the fluid removal medium 5 moves purely passively for discharging the thermal energy due to convection by density differences.
  • the fluid surrounding the energy storage cells 3 is actively moved, for example by means of pumps.
  • the surrounding fluid discharge medium 5 is moved by an external acceleration force or centrifugal force acting on the energy storage module 1.
  • the energy storage module 1 may be located within a movable device, in particular a transport device, which is used to transport goods or people. During the movement of the transport device, acceleration or centrifugal forces as well as mechanical shocks which promote the convection of the surrounding fluid discharge medium 5 and thus lead to an increase in the amount of heat removed are produced.
  • the energy storage module 1 has one or more additional cooling devices.
  • the energy storage module 1 contains an internal cooling device 6 and an external cooling device 7 located outside the housing 2 of the energy storage module 1.
  • the internal cooling Direction 6 may be, for example, a built-in radiator or heat exchanger.
  • the external cooling device 7 comprises, for example, cooling ribs which are attached to a housing wall of the housing 2.
  • the internally absorbed heat or thermal energy can be delivered in one possible embodiment to the environment. In another possible embodiment, the internally absorbed heat or thermal energy can be forwarded to an active recooler for recooling. In a further possible embodiment, the internally absorbed heat can be passed to a consumer.
  • the energy storage module 1 in one possible embodiment, a volume change of the removal medium 5 due to a temperature change is compensated by an expansion tank provided on the energy storage module 1.
  • the energy storage module 1 includes a plurality of interconnected double-layer capacitors.
  • the memory cells 3 are formed by pouch cells or battery cells.
  • the direct homogeneous cooling inside the energy storage module 1 increases the performance of the energy storage module 1 and at the same time increases its service life. Due to the equalization and reduction of the heat distribution within the energy storage module 1 hot spot formation is avoided and the life of the energy storage module 1 is increased.
  • the use of a heat-conducting fluid can cause a localized flow due to convection
  • the energy storage module 1 Overheating in certain areas of the energy storage module 1 can be prevented.
  • a thermally conductive discharge medium having a high thermal conductivity for example a fluoroketone
  • the maximum operating temperature of the energy storage module 1, in particular in the interior of the energy storage module 1 is lowered in the region of the energy storage cells which are exposed to the highest temperature load.
  • the operating temperature of the energy Memory module 1 is reduced during operation and evened out.
  • the energy storage module 1 according to the invention can be loaded with high currents and has a long service life.
  • the energy storage module 1 has a housing 2 which encloses the energy storage cells 3-1, 3-2... 3-n located in the energy storage module 1.
  • the energy storage cells 3-i may be energy storage cells with a high storage capacity and power density, in particular double-layer capacitors.
  • the memory cells 3-i are enclosed by an electrically insulating, heat-conducting removal medium, in particular a heat-conducting fluid, in particular fluoroketone.
  • the energy storage module 1 has two attached to the housing 2 electrical connection contacts 8-1, 8-2, via which the energy storage module 1 can be loaded or unloaded.
  • the energy storage module 1 stores electrical energy and supplies after charging the memory cells a DC electrical or a
  • the electric motor can drive a transport vehicle for the transport of goods and / or persons.
  • the transport device is a vehicle, in particular a rail, land, sea or aircraft.
  • the transport device may be a transport elevator which conveys goods and / or persons in a vertical direction within a building.
  • the energy storage module 1 is discharged during the upward movement of the transporting lift. During the downward movement of the transport device or the transport lift, energy is recovered and stored in the energy storage module 1.
  • the energy storage module 1 is resiliently mounted, as shown in Fig. 5.
  • the energy storage module 1 is preferably resilient stored that acceleration forces, centrifugal forces or other mechanical shocks that occur during operation, move the memory cells 3-i surrounding insulating, heat-conducting fluid discharge medium 5 to increase the discharged from the memory cells 3-i to the outside thermal energy.
  • 5 shows an embodiment in which the housing 2 of the energy storage module 1 is connected via a spring device 9 to a body 10 of a transport device.
  • the spring device 9 has two springs 11-1, 11-2 which resiliently support the housing 2 of the energy storage module 1.
  • the springs 11 -i may be mechanical springs.
  • the spring device 9 may also be an air suspension or the like.
  • the transport device may include an electric motor that draws energy from the energy storage module 1.
  • the transport device has a body 10, to which the energy storage module 1 is attached via the spring device 9. Acceleration forces, centrifugal forces or other mechanical forces, in particular mechanical vibrations, lead to a mechanical oscillation which moves the removal medium or fluid 5 located in the energy storage module 1 and thus increases the thermal energy dissipated to the outside by the storage cells 3-i.
  • the spring constant of the spring device or the springs 11-1, 11-2 contained therein is dependent on the purge medium 5 used and the storage cells 3-i contained in the energy storage module 1, in particular as a function of their loss performance density. to maximize the thermal energy dissipated to the outside from the memory cells 3-i.
  • the energy storage module 1 is attached to the housing of a transporting lift via a spring device 9.
  • a spring device 9 As a result of the movement of the transport device or of the lift, low-frequency mechanical oscillations occur, which move the fluid removal medium 5 located within the housing 2 of the energy storage module 1.
  • FIG. 5 There is a gap between the energy storage cells 3-i and the housing walls of the housing 2, so that the end faces of the energy storage cells 3-i do not touch the housing walls. This can be achieved, for example, by means of holding rods or spacers or by using a corresponding mat.

Abstract

The invention relates to an energy storage module (1) comprising a number of storage cells (3) for storing electrical energy, said storage cells being situated in an electrically insulating, heat-conducting dissipating medium (5) which dissipates the thermal energy arising during the charging or discharging of the storage cells. The storage cells are potted in an electrically insulating, heat-conducting mass as the dissipating medium, said mass dissipating the thermal energy arising during the charging or discharging of the storage cells to a housing (2) of the energy storage module, or the energy cells are situated in a fluid container filled with an electrically insulating, heat-conducting fluid as the dissipating medium, said fluid dissipating the thermal energy arising during the charging or discharging of the storage cells to the housing (2) of the energy storage module.

Description

Beschreibung description
Energiespeichermodul Die Erfindung betrifft ein Energiespeichermodul zum Speichern elektrischer Energie. Energy storage module The invention relates to an energy storage module for storing electrical energy.
Ein Energiespeichermodul zum Speichern elektrischer Energie kann eine Vielzahl von Speicherzellen enthalten. Eines oder mehrere Energiespeichermodule können einen Verbraucher bzw. eine Last mit elektrischem Gleichstrom versorgen. Bei dem elektrischen Verbraucher bzw. der elektrischen Last kann es sich beispielsweise um einen Elektromotor eines Fahrzeuges oder einer Transportvorrichtung zum Transport von Waren und/oder Personen in horizontaler oder vertikaler Richtung handeln. Bei elektrisch angetriebenen Schienenfahrzeugen, beispielsweise Straßenbahnen, werden vermehrt Energiespeichermodule zur Rückgewinnung von Bremsenergie eingesetzt. Energiespeichermodule weisen Energiespeicherzellen auf, ins- besondere elektrochemische Energiespeicherzellen, beispielsweise Batteriezellen. Weiterhin können die Speicherzellen auch Doppelschichtkondensatoren oder Pouchzellen mit einer hohen Speicherkapazität und einer hohen Verlustleistungsdichte aufweisen. Bei Energiespeichermodulen mit einer Vielzahl von Speicherzellen, die jeweils eine hohe Speicherkapazität und eine hohe Verlustleistungsdichte besitzen, können beim Lade- und Entladevorgang des Energiespeichermoduls Ströme mit hohen Stromamplituden auftreten. Dabei entsteht in den Speicherzellen des Energiespeichermoduls sowie an dessen elektri- sehen Anschlüssen während des Lade- und Entladevorgangs thermische Energie. Die entstehende thermische Energie bzw. hervorgerufene Wärme führt zu einer unerwünschten Erhöhung des Temperaturniveaus innerhalb des Energiespeichermoduls und zu lokalen Erwärmungen in einzelnen Speicherzellen bzw. Spei- cherzellengruppen innerhalb des gesamten Energiespeichermoduls. Die Erhöhung des Temperaturniveaus innerhalb des gesamten Energiespeichermoduls oder lokal an bestimmten Speicherzellen verkürzt die Lebensdauer der betroffenen Speicherzel- len und somit die Lebensdauer des gesamten Energiespeichermoduls . An energy storage module for storing electrical energy may include a plurality of memory cells. One or more energy storage modules may provide a consumer or load with DC electrical power. The electrical load or the electrical load may be, for example, an electric motor of a vehicle or a transport device for transporting goods and / or persons in the horizontal or vertical direction. In electrically powered rail vehicles, such as trams, more energy storage modules are used to recover braking energy. Energy storage modules have energy storage cells, in particular electrochemical energy storage cells, such as battery cells. Furthermore, the memory cells can also have double-layer capacitors or pouch cells with a high storage capacity and a high power dissipation density. In the case of energy storage modules having a multiplicity of memory cells, each of which has a high storage capacity and a high power loss density, currents with high current amplitudes can occur during the charging and discharging process of the energy storage module. This creates thermal energy in the memory cells of the energy storage module and at its electrical connections during the charging and discharging process. The resulting thermal energy or caused heat leads to an undesirable increase in the temperature level within the energy storage module and local heating in individual memory cells or memory cell groups within the entire energy storage module. The increase in the temperature level within the entire energy storage module or locally at certain memory cells shortens the life of the affected storage cell. len and thus the life of the entire energy storage module.
Um Alterungsprozesse des Energiespeichermoduls zu verzögern bzw. um die Lebensdauer des Energiespeichermoduls zu erhöhen, werden daher Energiespeichermodule gekühlt, um eine Erwärmung des Energiespeichermoduls zu verhindern. Bei herkömmlichen Energiespeichermodulen werden diese mithilfe von Kühleinrichtungen gekühlt, die an dem Gehäuse des Energiespeichermoduls angebracht bzw. angeflanscht sind oder die einen Teil des Gehäuses des Energiespeichermoduls bilden. Die Kühlung der Speicherzellen, die sich innerhalb des Gehäuses des Energiespeichermoduls befinden, geschieht dabei durch einen Wärmetransport ausgehend von den Speicherzellen als Wärmequelle zu der an dem Gehäuse befindlichen Kühleinrichtung als Wärmesenke. Die Speicherzellen innerhalb des Gehäuses des Energiespeichermoduls sind zylindrisch und/oder flach ausgebildet, wobei die in der Speicherzelle entstehende thermische Energie über die beiden Stirnflächen der zylinderförmigen Speicher- zelle an das Gehäuse des Energiespeichermoduls abgeleitet wird. Die beiden Stirnflächen der zylinderförmigen Speicherzellen stehen dabei in direktem mechanischem Kontakt mit dem Gehäuse des Energiespeichermoduls. Ein Nachteil dieser herkömmlichen Energiespeichermodule besteht darin, dass die in den Speicherzellen während des Lade- und Entladevorgangs erzeugte thermische Energie nur über die Stirnflächen der Speicherzellen an das Gehäuse des Energiespeichermoduls abgeleitet wird und somit die abtransportierte Menge der thermischen Energie begrenzt ist. Bei Energiespeichermodulen, die Speicherzellen mit einer hohen Speicherkapazität und mit einer hohen Verlustleistungsdichte einsetzen, ist die über die Stirnflächen abtransportierte thermische Energie in vielen Fällen nicht ausreichend, um das Tempera- turniveau innerhalb des Energiespeichermoduls während eines Lade- und Entladevorgangs konstant und genügend niedrig zu halten. Hierdurch wird die Lebensdauer des Energiespeichermoduls reduziert. Je höher die Speicherkapazität und die Ver- lustleistungsdichte der innerhalb des Energiespeichermoduls eingesetzten Speicherzellen ist, desto größer ist die anfallende thermische Energiemenge während des Lade- und Entladevorgangs und desto größer ist die Steigerung des Temperatur- niveaus während eines Lade- und Entladevorgangs des Energiespeichermoduls. Darüber hinaus ist die Steigerung des Temperaturniveaus umso größer, je geringer der Anteil der Stirnflächen der Energiespeicherzellen an der gesamten Oberfläche der Speicherzellen ist. Handelt es sich bei der Energiespei- cherzelle um eine zylinderförmige Energiespeicherzelle, hängt der Anteil der Stirnfläche an der Gesamtoberfläche der Speicherzelle vom Radius des Zylinders und dessen Höhe ab. Je kleiner der Durchmesser bzw. Radius der zylinderförmigen Speicherzelle ist und je größer die Höhe der zylinderförmigen Speicherzelle ist, umso geringer ist der Anteil der Stirnfläche der Speicherzelle an der gesamten Oberfläche. Je geringer die Stirnfläche ist, desto weniger thermische Energie kann über das Gehäuse des Energiespeichermoduls abtransportiert bzw. abgeführt werden und desto höher ist die Steigerung des Temperaturniveaus bei einem Lade- und Entladevorgang. To delay aging processes of the energy storage module or to increase the life of the energy storage module, therefore, energy storage modules are cooled in order to prevent heating of the energy storage module. In conventional energy storage modules, these are cooled by means of cooling devices which are attached or flanged to the housing of the energy storage module or which form part of the housing of the energy storage module. The cooling of the memory cells, which are located within the housing of the energy storage module, is done by a heat transfer from the storage cells as a heat source to the housing located on the cooling device as a heat sink. The memory cells within the housing of the energy storage module are cylindrical and / or flat, wherein the resulting in the memory cell thermal energy is dissipated via the two end faces of the cylindrical storage cell to the housing of the energy storage module. The two end faces of the cylindrical storage cells are in direct mechanical contact with the housing of the energy storage module. A disadvantage of these conventional energy storage modules is that the thermal energy generated in the memory cells during the charging and discharging process is dissipated only over the end faces of the memory cells to the housing of the energy storage module and thus the amount of thermal energy transported away is limited. In the case of energy storage modules which use storage cells with a high storage capacity and with a high power dissipation density, the thermal energy dissipated via the end faces is in many cases not sufficient to keep the temperature level within the energy storage module constant and sufficiently low during a charging and discharging process , As a result, the life of the energy storage module is reduced. The higher the storage capacity and the Loss density is the storage cells used within the energy storage module, the greater the amount of thermal energy accumulated during the charging and discharging process and the greater the increase in the temperature level during a charging and discharging of the energy storage module. In addition, the smaller the proportion of the end faces of the energy storage cells on the entire surface of the memory cells, the greater the increase in the temperature level. If the energy storage cell is a cylindrical energy storage cell, the fraction of the end surface on the total surface of the storage cell depends on the radius of the cylinder and its height. The smaller the diameter or radius of the cylindrical storage cell and the greater the height of the cylindrical storage cell, the smaller the proportion of the end face of the storage cell on the entire surface. The smaller the end face, the less thermal energy can be transported away or removed via the housing of the energy storage module, and the higher is the increase in the temperature level during a charging and discharging process.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Energiespeichermodul zu schaffen, mit der während eines Lade- und Entladevorgangs eine Änderung, insbesondere eine Erhö- hung, des Temperaturniveaus innerhalb des Energiespeichermoduls weitestgehend vermieden wird, sodass die Lebensdauer des Energiespeichermoduls maximiert wird. It is therefore an object of the present invention to provide an energy storage module with which during a charging and discharging a change, in particular an increase, the temperature level within the energy storage module is largely avoided, so that the life of the energy storage module is maximized.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Energiespeicher- modul mit den in Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst . This object is achieved by an energy storage module with the features specified in claim 1.
Die Erfindung schafft demnach gemäß einem ersten Aspekt ein Energiespeichermodul mit mehreren Speicherzellen zum Spei- ehern elektrischer Energie, The invention accordingly provides, according to a first aspect, an energy storage module with a plurality of storage cells for supplying electrical energy,
wobei sich die Speicherzellen in einem elektrisch isolierenden, wärmeleitenden Abführmedium befinden, das zum Abführen einer beim Laden oder Entladen der Speicherzellen entstehenden thermischen Energie vorgesehen ist, wherein the memory cells are located in an electrically insulating, heat-conducting discharge medium, which is for discharging a thermal energy arising during charging or discharging of the memory cells is provided,
wobei die Speicherzellen in einer elektrisch isolierenden, wärmeleitenden Masse als Abführmedium vergossen sind, welche die beim Laden oder Entladen der Speicherzellen entstehende thermische Energie an ein Gehäuse des Energiespeichermoduls abführt, oder wherein the memory cells are encapsulated in an electrically insulating, thermally conductive mass as a discharge medium, which discharges the resulting during charging or discharging of the memory cells thermal energy to a housing of the energy storage module, or
wobei sich die Speicherzellen in einem Fluidbehälter befinden, der mit einem elektrisch isolierenden, wärmeleitenden Fluid als Abführmedium gefüllt ist, welches die beim Laden oder Entladen der Speicherzellen entstehende thermische Energie an das Gehäuse des Energiespeichermoduls abführt. wherein the memory cells are located in a fluid container, which is filled with an electrically insulating, heat-conducting fluid as the discharge medium, which dissipates the resulting during charging or discharging of the memory cells thermal energy to the housing of the energy storage module.
Das erfindungsgemäße Energiespeichermodul bietet den Vorteil, dass selbst bei Verwendung von Speicherzellen mit einer hohen Speicherkapazität und einer hohen Verlustleistungsdichte während eines Lade- und Entladevorgangs das Temperaturniveau bzw. die Temperaturverteilung innerhalb des gesamten Energiespeichermoduls weitestgehend konstant und genügend niedrig- bleibt, sodass eine ungewollte Alterung der Speicherzellen innerhalb des Energiespeichermoduls verhindert wird. The energy storage module according to the invention has the advantage that even when using memory cells with a high storage capacity and a high power loss density during a charging and discharging the temperature level or the temperature distribution within the entire energy storage module remains largely constant and sufficiently low, so that unwanted aging of Memory cells within the energy storage module is prevented.
Bei dem erfindungsgemäßen Energiespeichermodul erfolgt eine Wärmeableitung nicht nur über die Stirnflächen der Speicher- zellen, sondern auch über die Mantelflächen der Speicherzellen . In the energy storage module according to the invention, heat dissipation not only takes place via the end faces of the storage cells, but also via the lateral surfaces of the storage cells.
Zur Wärmeableitung sind die Speicherzellen entweder mit einer elektrisch isolierenden, wärmeleitenden Masse vergossen oder befinden sich innerhalb eines Fluids in einem Fluidbehälter des Energiespeichermoduls. For heat dissipation, the memory cells are either cast with an electrically insulating, thermally conductive mass or are located within a fluid in a fluid container of the energy storage module.
Bei einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Energiespeichermoduls sind die Speicherzellen elektrochemi - sehe Speicherzellen, wobei sich das Abführmedium gegenüber Stoffen, die aus den elektrochemischen Speicherzellen ungewollt austreten, neutral verhält. Bei einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Energiespeichermoduls weist das isolierende, wärmeleitende fluide Abführmedium Fluorketone mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit von mehr als 0,05 W/mK auf. In one possible embodiment of the energy storage module according to the invention, the storage cells are electrochemical storage cells, wherein the discharge medium behaves neutrally with respect to substances which emerge unintentionally from the electrochemical storage cells. In one possible embodiment of the energy storage module according to the invention, the insulating, heat-conducting fluid removal medium has fluoroketones with a high heat conductivity of more than 0.05 W / mK.
Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Energiespeichermoduls wird die innerhalb des Energiespeichermoduls beim Laden oder Entladen der Speicherzellen entstehende thermische Energie mittels des Abführmediums durch Wärmeleitung und/oder Wärmekonvektion an das Gehäuse des Energiespeichermoduls und von dort nach außen abgeführt. In a further possible embodiment of the energy storage module according to the invention, the thermal energy arising during charging or discharging of the memory cells within the energy storage module is removed by means of the discharge medium by heat conduction and / or heat convection to the housing of the energy storage module and from there to the outside.
Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Energiespeichermoduls wird die beim Laden oder Entla- den der Speicherzellen entstehende thermische Energie von den Speicherzellen mittels des wärmeleitenden Abführmediums direkt oder indirekt über einen Spalt an das Gehäuse des Energiespeichermoduls abgeführt. Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Energiespeichermoduls wird die beim Laden oder Entladen der Speicherzellen entstehende thermische Energie von den Speicherzellen mittels eines bewegten fluiden Abführmediums direkt oder indirekt über einen Spalt an das Gehäuse des Energiespeichermoduls abgeführt. In a further possible embodiment of the energy storage module of the invention, the thermal energy arising during charging or discharging of the memory cells is dissipated directly or indirectly via a gap to the housing of the energy storage module by the storage cells by means of the heat-conducting discharge medium. In a further possible embodiment of the energy storage module according to the invention, the thermal energy arising during charging or discharging of the memory cells is dissipated directly or indirectly via a gap to the housing of the energy storage module by the storage cells by means of a moving fluid discharge medium.
Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Energiespeichermoduls wird das fluide Abführmedium zum Abführen der thermischen Energie passiv aufgrund von Kon- vektion durch Dichteunterschiede bewegt. In a further possible embodiment of the energy storage module according to the invention, the fluid discharge medium for the removal of the thermal energy is passively moved due to convection by density differences.
Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Energiespeichermoduls wird das fluide Abführmedium zum Abführen der thermischen Energie durch eine Pumpe bewegt. In a further possible embodiment of the energy storage module according to the invention, the fluid discharge medium for removing the thermal energy is moved by a pump.
Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Energiespeichermoduls wird das fluide Abführmedium zum Abführen der thermischen Energie durch eine auf das Ener- giespeichermodul wirkende Beschleunigungs- oder Zentrifugalkraft bewegt . In a further possible embodiment of the energy storage module according to the invention, the fluid discharge medium is discharged to dissipate the thermal energy by a storage module acting accelerating or centrifugal force moves.
Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungs- gemäßen Energiespeichermoduls ist eine zusätzliche Kühleinrichtung innerhalb des Gehäuses des Energiespeichermoduls vorgesehen . In a further possible embodiment of the energy storage module according to the invention, an additional cooling device is provided within the housing of the energy storage module.
Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungs- gemäßen Energiespeichermoduls ist eine zusätzliche Kühleinrichtung außerhalb an dem Gehäuse des Energiespeichermoduls vorgesehen . In a further possible embodiment of the energy storage module according to the invention, an additional cooling device is provided outside on the housing of the energy storage module.
Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungs- gemäßen Energiespeichermoduls wird die abgeführte thermische Energie an einen Verbraucher weitergeleitet oder einem Rückkühler zugeführt . In a further possible embodiment of the energy storage module according to the invention, the dissipated thermal energy is forwarded to a consumer or supplied to a recooler.
Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungs- gemäßen Energiespeichermoduls wird eine Volumenänderung desIn a further possible embodiment of the energy storage module according to the invention, a volume change of the
Abführmediums infolge einer Temperaturänderung durch einen an dem Energiespeichermodul vorgesehenen Ausdehnungsbehälter kompensiert . Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Energiespeichermoduls weist das isolierende, wärmeleitende Abführmedium eine hohe elektrische Isolationsfähigkeit von mehr als 10 kV/mm auf. Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Energiespeichermoduls ist das isolierende wärmeleitende Abführmedium nicht brennbar bzw. nicht entflammbar sowie umweltverträglich. Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Energiespeichermoduls sind die darin enthaltenen Speicherzellen Doppelschichtkondensatoren . Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Energiespeichermoduls weisen die Speicherzellen Laxative compensated as a result of a temperature change by an expansion tank provided on the energy storage module. In a further possible embodiment of the energy storage module according to the invention, the insulating, heat-conducting discharge medium has a high electrical insulation capacity of more than 10 kV / mm. In a further possible embodiment of the energy storage module according to the invention, the insulating heat-conducting laxative medium is non-flammable or non-flammable and environmentally friendly. In a further possible embodiment of the energy storage module according to the invention, the memory cells contained therein are double-layer capacitors. In a further possible embodiment of the energy storage module according to the invention, the memory cells
Pouchzellen auf. Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Energiespeichermoduls weisen die Speicherzellen Batteriezellen auf. Pouch cells up. In a further possible embodiment of the energy storage module according to the invention, the memory cells have battery cells.
Bei einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Energiespeichermoduls weisen die Speicherzellen eine hohe Speicherkapazität und eine hohe Verlustleistungsdichte auf. In one possible embodiment of the energy storage module according to the invention, the memory cells have a high storage capacity and a high power dissipation density.
Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Energiespeichermoduls ist das wärmeleitende Fluid, welches als Abführmedium eingesetzt wird, ein Gas. In a further possible embodiment of the energy storage module according to the invention, the heat-conducting fluid which is used as a discharge medium, a gas.
Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Energiespeichermoduls ist das wärmeleitende Fluid, welches als Abführmedium eingesetzt wird, eine Flüssigkeit. In a further possible embodiment of the energy storage module according to the invention, the heat-conducting fluid which is used as a discharge medium, a liquid.
Die Erfindung schafft als weiteren Aspekt eine Vorrichtung mit mindestens einem Elektromotor, welcher zyklisch elektrische Energie aus mindestens einem Energiespeichermodul gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung bezieht. The invention provides as a further aspect a device having at least one electric motor which cyclically obtains electrical energy from at least one energy storage module according to the first aspect of the invention.
Die Erfindung schafft ferner eine Vorrichtung mit einem Motor, der beim Start und/oder Betrieb elektrische Energie aus mindestens einem Energiespeichermodul gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung bezieht. The invention further provides a device with a motor that receives electrical energy from at least one energy storage module according to the first aspect of the invention during start-up and / or operation.
Bei dem Motor kann es sich um einen Elektromotor oder um einen Verbrennungsmotor handeln. The engine may be an electric motor or an internal combustion engine.
Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform handelt es sich bei der Vorrichtung um eine Transportvorrichtung zum Transport von Waren und/oder Personen in horizontaler oder vertikaler Richtung. Bei einer möglichen Ausführungsform ist die Transportvorrichtung ein Schienen-, Land-, See- oder Luftfahrzeug mit einem oder mehreren Motoren, die Energie aus mindestens einem Energiespeichermodul gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung, be- ziehen. In a further possible embodiment, the device is a transport device for transporting goods and / or persons in the horizontal or vertical direction. In one possible embodiment, the transport device is a rail, land, sea or air vehicle with one or more engines, the energy from at least one energy storage module according to the first aspect of the invention relate.
Bei einer möglichen Ausführungsform ist dabei das Energiespeichermodul innerhalb der Transportvorrichtung federnd derart gelagert, dass Beschleunigungskräfte, Zentrifugalkräfte und/oder mechanische Erschütterungen, die beim Betrieb der Transportvorrichtung auftreten, das die Speicherzellen des Energiespeichermoduls umgebende elektrisch isolierende, wärmeleitende fluide Abführmedium zur Steigerung der von den Speicherzellen nach außen abgeführten thermischen Energie ge- zielt bewegen. In one possible embodiment, the energy storage module is resiliently mounted within the transport device such that acceleration forces, centrifugal forces and / or mechanical shocks that occur during operation of the transport device, the electrically insulating, heat-conducting fluid discharge medium surrounding the memory cells of the energy storage module to increase from the memory cells Targeted thermal energy.
Bei einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Transportvorrichtung ist das mindestens eine Energiespeichermodul über mindestens eine Federeinrichtung an einer Karosse- rie der Vorrichtung angebracht, wobei eine Federkonstante der Feder in Abhängigkeit von dem verwendeten Abführmedium und/oder den in dem Energiespeichermodul enthaltenen Speicherzellen, insbesondere in Abhängigkeit von deren Verlustleistungsdichte, zur Maximierung der von den Speicherzellen nach außen abgeführten thermischen Energie einstellbar ist. In one possible embodiment of the transport device according to the invention, the at least one energy storage module is attached to a body of the device via at least one spring device, a spring constant of the spring being dependent on the purge medium used and / or the memory cells contained in the energy storage module, in particular as a function of the power dissipation density of which is adjustable to maximize the thermal energy dissipated to the outside of the memory cells.
Die Erfindung schafft ferner ein Verfahren zur Kühlung von Speicherzellen mit den in Patentanspruch 20 angegebenen Merkmalen . The invention further provides a method for cooling memory cells having the features specified in claim 20.
Die Erfindung schafft demnach ein Verfahren zum Kühlen von Speicherzellen eines Energiespeichermoduls, The invention accordingly provides a method for cooling memory cells of an energy storage module,
wobei die Speicherzellen des Energiespeichermoduls von einem elektrisch isolierenden, wärmeleitenden Abführmedium umgeben werden, welches die beim Laden oder Entladen der Speicherzellen entstehende thermische Energie direkt oder indirekt über einen Spalt an ein Gehäuse des Energiespeichermoduls abführt. Im Weiteren werden mögliche Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Energiespeichermoduls unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher erläutert . Fig. 1 zeigt schematisch ein Energiespeichermodul mit einer darin enthaltenen Energiespeicherzelle zur Erläuterung der Funktionsweise einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Energiespeichermoduls; wherein the memory cells of the energy storage module are surrounded by an electrically insulating, heat-conducting discharge medium, which discharges the resulting during charging or discharging of the memory cells thermal energy directly or indirectly via a gap to a housing of the energy storage module. In the following, possible embodiments of the energy storage module according to the invention will be explained in more detail with reference to the attached figures. 1 shows schematically an energy storage module with an energy storage cell contained therein for explaining the operation of a first embodiment of the energy storage module according to the invention;
Fig. 2 zeigt schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Energiespeichermoduls; Fig. 2 shows schematically a further embodiment of an energy storage module according to the invention;
Fig. 3 zeigt schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Energiespeichermoduls; Fig. 3 shows schematically a further embodiment of the energy storage module according to the invention;
Fig. 4 zeigt schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Energiespeichermoduls; Fig. 5 zeigt schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Energiespeichermoduls. Fig. 4 shows schematically a further embodiment of the energy storage module according to the invention; Fig. 5 shows schematically a further embodiment of the energy storage module according to the invention.
Wie man bei der schematischen Darstellung gemäß Fig. 1 erkennen kann, weist das erfindungsgemäße Energiespeichermodul 1 ein Gehäuse 2 auf, das mehrere Gehäusewandungen 2a, 2b um- fasst. Das Energiespeichermodul 1 enthält mehrere Speicherzellen 3 zum Speichern elektrischer Energie. In Fig. 1 ist eine zylinderförmige Speicherzelle 3 dargestellt, welche zwei Stirnflächen und eine Mantelfläche besitzt. Die obere Stirn- fläche 4a der Speicherzelle 3 ist mit einer oberen Gehäusewandung 2a des Gehäuses 2 entweder direkt verbunden oder indirekt über einen Spalt mit einer Spaltbreite S wie in Fig. 1 dargestellt. In gleicher Weise ist die untere Stirnfläche 4b des Energiespeichermoduls 1 direkt mit einer unteren Gehäuse- wandung 2b des Gehäuses 2 verbunden oder es besteht ein Spalt mit einer Spaltbreite S zwischen der unteren Stirnfläche 4b und der unteren Gehäusewandung 2b. Die zylinderförmige Energiespeicherzelle 3 ist von einem elektrisch isolierenden, wärmeleitenden Abführmedium 5 umgeben, das zum Abführen einer beim Laden oder Entladen der Speicherzelle 3 anfallenden thermischen Energie vorgesehen ist. Bei einer möglichen Ausführungsform sind die Speicherzellen 3 in einer elektrisch isolierenden, wärmeleitenden Masse als Abführmedium eingegossen bzw. vergossen. Bei einer alternativen bevorzugten Ausführungsvariante befinden sich die Speicherzellen 3 in einem Fluidbehälter, der mit einem elektrisch isolierenden, wärmeleitenden Fluid als Abführmedium gefüllt ist, welches die beim Laden oder Entladen der Speicherzelle 3 entstehende thermische Energie an das Gehäuse 2 des Energiespeichermoduls 1 abführt . As can be seen in the schematic illustration according to FIG. 1, the energy storage module 1 according to the invention has a housing 2 which comprises a plurality of housing walls 2 a, 2 b. The energy storage module 1 includes a plurality of memory cells 3 for storing electrical energy. In Fig. 1, a cylindrical memory cell 3 is shown, which has two end faces and a lateral surface. The upper end face 4a of the memory cell 3 is connected either directly to an upper housing wall 2a of the housing 2 or indirectly through a gap with a gap width S as shown in FIG. In the same way, the lower end face 4b of the energy storage module 1 is directly connected to a lower housing wall 2b of the housing 2 or there is a gap with a gap width S between the lower end face 4b and the lower housing wall 2b. The cylindrical energy storage cell 3 is of an electrically insulating, surrounded heat-conducting discharge medium 5, which is provided for discharging a resulting charge or discharge of the memory cell 3 thermal energy. In one possible embodiment, the memory cells 3 are encapsulated or potted in an electrically insulating, thermally conductive compound as a discharge medium. In an alternative preferred embodiment, the memory cells 3 are located in a fluid container which is filled with an electrically insulating, heat-conducting fluid as the discharge medium, which dissipates the resulting during charging or discharging of the memory cell 3 thermal energy to the housing 2 of the energy storage module 1.
Die Energiespeicherzelle 3 ist eine Speicherzelle mit einer hohen Speicherkapazität und einer hohen Verlustleistungsdichte. Bei einer möglichen Ausführungsform ist die Speicherzelle 3 ein Superkondensator, insbesondere ein Doppelschichtkondensator. Superkondensatoren bzw. Ultrakondensatoren sind elektrochemische Kondensatoren. Während Superkondensatoren im Vergleich zu Akkumulatoren gleichen Gewichts nur etwa 10 % von deren Energiedichte besitzen, ist ihre Leistungsdichte etwa bis zu 10 -fach größer. Die Leistungsdichte beschreibt die Geschwindigkeit und Höhe, mit der die elektrische Energie aufgenommen oder an einen Verbraucher geliefert werden kann. Superkondensatoren können schneller geladen und entladen werden als Akkumulatoren. Zudem ist die Anzahl der möglichen Schaltzyklen bei einem Superkondensator höher als bei herkömmlichen Batteriespeicherzellen. Bei einer möglichen Ausführungsform ist die in einem Energiespeichermodul 1 einge- setzte Speicherzelle ein Doppelschichtkondensator. Dabei können beide Elektroden des Doppelschichtkondensators aus Aktivkohle bestehen, d.h. aus reinem Kohlenstoff mit besonders großer Oberfläche. Zwischen den Elektroden befindet sich ein organochemischer Elektrolyt. Die Kathode und Anode des Dop- pelschichtkondensators sind durch einen Separator getrennt.The energy storage cell 3 is a memory cell having a high storage capacity and a high power dissipation density. In one possible embodiment, the memory cell 3 is a supercapacitor, in particular a double-layer capacitor. Supercapacitors or ultracapacitors are electrochemical capacitors. While supercapacitors have only about 10% of their energy density compared to batteries of the same weight, their power density is up to about 10 times greater. Power density describes the speed and magnitude with which electrical energy can be absorbed or delivered to a consumer. Supercapacitors can be charged and discharged faster than batteries. In addition, the number of possible switching cycles in a supercapacitor is higher than in conventional battery storage cells. In one possible embodiment, the memory cell used in an energy storage module 1 is a double-layer capacitor. In this case, both electrodes of the double-layer capacitor can consist of activated carbon, i. made of pure carbon with a particularly large surface. Between the electrodes there is an organochemical electrolyte. The cathode and anode of the double-layer capacitor are separated by a separator.
Dieser Separator ist für solvatisierte Elektrolytionen durchlässig und ermöglicht einen Ladungstransport bei der Auf- und Entladung des Doppelschichtkondensators. Die elektrische La- dung der elektrisch leitenden Elektrode wird an der Grenzfläche zwischen der Elektrode und Elektrolyt, dem Übergang von Elektronenleiter zum Ionenleiter, durch entgegengesetzt geladene Ionen des Elektrolyten abgeschirmt. Diese Doppelschicht bildet einen Kondensator mit einer Kapazität von mehr als 10 This separator is permeable to solvated electrolyte ions and allows charge transport during charge and discharge of the double-layer capacitor. The electrical load tion of the electrically conductive electrode is shielded at the interface between the electrode and electrolyte, the transition from the electron conductor to the ion conductor, by oppositely charged ions of the electrolyte. This double layer forms a capacitor with a capacity of more than 10
Der Doppelschichtkondensator besteht aus einer Serienschaltung von zwei Kondensatoren, die eine gleich große Kapazität besitzen. Bei der Verwendung von Aktivkohle mit bis zu 1000 m2/g Oberfläche ergibt sich bei einer Doppelschicht- kapazität von 10 uF/cm2 ein Kapazitätswert von 100 F/g. The double-layer capacitor consists of a series circuit of two capacitors, which have an equal capacity. When using activated carbon with up to 1000 m 2 / g surface results in a double-layer capacity of 10 uF / cm 2, a capacitance value of 100 F / g.
Die Verwendung eines Doppelschichtkondensators als Speicherzelle hat den Vorteil, dass die Speicherzelle einen Innenwiderstand von bis zu wenigen Milliohm besitzt, die sie relativ unempfindlich gegen Stromspitzen bei der Ladung oder Entladung macht. Die Doppelschichtkondensatoren können daher direkt ohne Vorwiderstand geladen werden. Vorzugsweise liegt die Ladespannung etwas oberhalb der Nennspannung des Doppel - Schichtkondensators, da aufgrund von dessen Innenwiderstand sonst nicht die volle Ladekapazität erreicht wird. Die Kapazität des Doppelschichtkondensators ist proportional zur Oberfläche und der Permeabilität und umgekehrt proportional zum Abstand der Ladungen. Dieser Abstand ist sehr klein, da es sich hierbei um die Dicke der Doppelschicht handelt, die von den Ionenradien und der Salzkonzentration abhängt. DerThe use of a double-layer capacitor as a memory cell has the advantage that the memory cell has an internal resistance of up to a few milliohms, which makes it relatively insensitive to current peaks during charging or discharging. The double-layer capacitors can therefore be charged directly without a resistor. Preferably, the charging voltage is slightly above the rated voltage of the double-layer capacitor, since otherwise the full charging capacity is not achieved due to its internal resistance. The capacitance of the double-layer capacitor is proportional to the surface area and the permeability and inversely proportional to the distance of the charges. This distance is very small, since this is the thickness of the bilayer, which depends on the ionic radii and the salt concentration. Of the
Abstand kann in einem Bereich von 5 bis 10 Ä liegen. Die aktive Oberfläche ist bei dem Doppelschichtkondensator sehr groß aufgrund der Porosität der Elektroden. Doppelschichtkondensatoren weisen eine sehr hohe Leistungsdichte von bei- spielsweise 20 kW/kg auf. Doppelschichtkondensatoren besitzen zudem eine ausgezeichnete Zyklenstabilität mit einer sehr hohen Zahl von Lade- und Entladevorgängen. Aufgrund der hohen Leistungsdichte können Doppelschichtkondensatoren mit entsprechend hohen Strömen geladen und entladen werden. Je nach Baugröße können die Stromamplituden in einem Bereich von mehreren hundert Ampere liegen. Der Einsatz von Doppelschichtkondensatoren mit einer sehr hohen Speicherkapazität von beispielsweise bis zu 6500 F ermöglicht ein Energiespeichermodul 1 mit einer sehr hohen elektrischen Speicherkapazität und erlaubt hohe Ströme. Distance can be within a range of 5 to 10 Å. The active surface area of the double-layer capacitor is very large due to the porosity of the electrodes. Double-layer capacitors have a very high power density of, for example, 20 kW / kg. Double-layer capacitors also have excellent cycle stability with a very high number of charge and discharge processes. Due to the high power density, double-layer capacitors with correspondingly high currents can be charged and discharged. Depending on the size, the current amplitudes can be in the range of several hundred amperes. The use of double-layer capacitors with a very high storage capacity of, for example, up to 6500 F enables an energy storage module 1 with a very high electrical storage capacity and allows high currents.
Die beim Laden und Entladen der Speicherzelle 3 entstehende thermische Energie wird über das Abführmedium 5 abgeführt. Bei dem Abführmedium 5 handelt es sich vorzugsweise um ein Fluid F. Dieses Fluid F wird bei einer möglichen Ausführungsform durch eine wärmeleitende Flüssigkeit gebildet. Bei einer alternativen Ausführungsform wird ein wärmeleitendes Gas als Abführmedium eingesetzt. Das Vorsehen eines Spalts mit einer Spaltbreite S zwischen einer Stirnfläche der Energiespeicherzelle 3 und einer Gehäusewandung 2a des Gehäuses 2 vereinfacht eine Konvektion des umgebenden Fluids F, wie in Fig. 2 dargestellt. Bei einer möglichen Ausführungsform ist das elektrisch isolierende, thermisch leitfähige fluide Abführmedium 5 ein Fluorketon mit einer sehr hohen Wärmeleitfähigkeit. Bei einer möglichen Ausführungsform liegt die Wärmeleitfähigkeit des fluiden Abführmediums 5 über 0,05 W/mK. Fluorketone zeichnen sich dadurch aus, dass sie ungiftig und schwer entflammbar bzw. nicht brennbar sind. Zudem sind Fluorketone umweltfreundlich und gut wärmeleitend. Fluorketone zeichnen sich durch eine hohe Betriebssicherheit und Umweltverträglichkeit aus. Das Fluorketon Novec649 ist farblos und geruchsarm und in einem Temperaturbereich von -108°C bis 49°C flüssig. Derartige Fluorketone sind bis zu einer Temperatur von 300°C thermisch stabil. Das Erderwärmungspotenzial GWP des Fluorketons liegt bei 1 und ist somit umweltverträglich. Darüber hinaus haben Fluorketone kein Ozonabbaupotenzial (ODP = 0) . Die Wärmekapazität der Fluorketone liegt bei über 1000 J/gK. Die Verwendung eines Fluorketons als Abführmedium bietet neben dem Vorteil einer hohen Wärmetransportfähigkeit zudem den Vorteil, dass das Energiespeichermodul 1 auch bei sehr geringen Temperaturen eingesetzt werden kann. Darüber hinaus verhält sich das Fluorketon gegenüber Stoffen, die aus der elektrochemischen Speicherzelle 3 ungewollt austreten können, chemisch neutral. Handelt es sich bei dem Abführmedium um ein flüssiges Abführmedium, insbesondere um ein Fluorketon, wird die innerhalb des Energiespeichermoduls 1 beim Laden oder Entladen der Speicherzellen 3 entstehende thermische Energie mittels des Abführmediums 5 durch Wärmeleitung und Wärmekonvektion an das Gehäuse 2 des Energiespeichermoduls 1 und von dort nach außen abgeführt. Die beim Laden oder Entladen der Speicherzellen 3 entstehende thermische Energie wird von den Speicherzellen 3 mittels des wärmeleitenden Abführmediums 5 direkt über die Stirnflächen an eine Gehäusewandung des Gehäuses 2 oder indirekt über einen Spalt an das Gehäuse 2 des Energiespeichermoduls 1 abgeführt, wie in The resulting during charging and discharging of the memory cell 3 thermal energy is dissipated via the discharge medium 5. The purge medium 5 is preferably a fluid F. In one possible embodiment, this fluid F is formed by a thermally conductive fluid. In an alternative embodiment, a heat-conducting gas is used as the discharge medium. The provision of a gap with a gap width S between an end face of the energy storage cell 3 and a housing wall 2a of the housing 2 facilitates convection of the surrounding fluid F, as shown in FIG. In one possible embodiment, the electrically insulating, thermally conductive fluid discharge medium 5 is a fluorocarbon with a very high thermal conductivity. In one possible embodiment, the thermal conductivity of the fluid discharge medium 5 is above 0.05 W / mK. Fluoroketones are characterized by the fact that they are non-toxic and flame retardant or non-combustible. In addition, fluoroketones are environmentally friendly and have good thermal conductivity. Fluoroketones are characterized by high operational safety and environmental compatibility. The fluoroketone Novec649 is colorless and odorless and liquid in a temperature range of -108 ° C to 49 ° C. Such fluoroketones are thermally stable up to a temperature of 300 ° C. The global warming potential GWP of the fluoroketone is 1 and is therefore environmentally friendly. In addition, fluoroketones have no ozone depletion potential (ODP = 0). The heat capacity of the fluoroketones is more than 1000 J / gK. The use of a fluoroketone as the discharge medium offers, in addition to the advantage of a high heat transport capability, the additional advantage that the energy storage module 1 can be used even at very low temperatures. In addition, the fluoroketone behaves chemically neutral to substances that can escape unwanted from the electrochemical storage cell 3. If the removal medium is a liquid discharge medium, in particular a fluorine ketone, then the one within the energy storage module 1 becomes Charging or discharging the memory cells 3 resulting thermal energy by means of the discharge medium 5 by heat conduction and heat convection to the housing 2 of the energy storage module 1 and discharged from there to the outside. The resulting during charging or discharging of the memory cells 3 thermal energy is discharged from the memory cells 3 by means of the heat-conducting Abführmediums 5 directly over the end faces of a housing wall of the housing 2 or indirectly via a gap to the housing 2 of the energy storage module 1, as in
Fig. 2 dargestellt. Fig. 2 shown.
Bei einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Energiespeichermoduls 1 bewegt sich das fluide Abführmedium 5 zum Abführen der thermischen Energie rein passiv aufgrund von Konvektion durch Dichteunterschiede. Bei einer alternativen Ausführungsform wird das die Energiespeicherzellen 3 umgebende Fluid aktiv bewegt, beispielsweise mithilfe von Pumpen. Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform wird das umgebende fluide Abführmedium 5 durch eine auf das Energiespei - chermodul 1 wirkende äußere Beschleunigungskraft oder Zentrifugalkraft bewegt. Bei dieser Ausführungsform kann sich das Energiespeichermodul 1 innerhalb einer beweglichen Vorrichtung, insbesondere einer Transportvorrichtung, befinden, welche zum Transport von Waren oder Personen dient. Bei der Be- wegung der Transportvorrichtung entstehen Beschleunigungs- oder Zentrifugalkräfte sowie mechanische Erschütterungen, welche die Konvektion des umgebenden fluiden Abführmediums 5 fördern und somit zu einer Steigerung der abtransportierten Wärmemenge führen . In one possible embodiment of the energy storage module 1 according to the invention, the fluid removal medium 5 moves purely passively for discharging the thermal energy due to convection by density differences. In an alternative embodiment, the fluid surrounding the energy storage cells 3 is actively moved, for example by means of pumps. In a further possible embodiment, the surrounding fluid discharge medium 5 is moved by an external acceleration force or centrifugal force acting on the energy storage module 1. In this embodiment, the energy storage module 1 may be located within a movable device, in particular a transport device, which is used to transport goods or people. During the movement of the transport device, acceleration or centrifugal forces as well as mechanical shocks which promote the convection of the surrounding fluid discharge medium 5 and thus lead to an increase in the amount of heat removed are produced.
Fig. 3 zeigt schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Energiespeichermoduls 1. Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform verfügt das Energiespeichermodul 1 über eine oder mehrere zusätzliche Kühleinrichtungen. Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform enthält das Energiespeichermodul 1 eine interne Kühleinrichtung 6 und eine außerhalb an dem Gehäuse 2 des Energiespeichermoduls 1 befindliche externe Kühleinrichtung 7. Die interne Kühlein- richtung 6 kann beispielsweise ein eingebauter Kühler bzw. Wärmeübertrager sein. Die externe Kühleinrichtung 7 umfasst beispielsweise Kühlrippen, die an einer Gehäusewandung des Gehäuses 2 angebracht sind. Die intern aufgenommene Wärme bzw. thermische Energie kann bei einer möglichen Ausführungsform an die Umgebung abgegeben werden. Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform kann die intern aufgenommene Wärme bzw. thermische Energie an einen aktiven Rückkühler zur Rück- kühlung weitergeleitet werden. Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform kann die intern aufgenommene Wärme an einen Verbraucher geleitet werden. 3 schematically shows a further exemplary embodiment of the energy storage module 1 according to the invention. In the embodiment shown in FIG. 3, the energy storage module 1 has one or more additional cooling devices. In the embodiment shown in FIG. 3, the energy storage module 1 contains an internal cooling device 6 and an external cooling device 7 located outside the housing 2 of the energy storage module 1. The internal cooling Direction 6 may be, for example, a built-in radiator or heat exchanger. The external cooling device 7 comprises, for example, cooling ribs which are attached to a housing wall of the housing 2. The internally absorbed heat or thermal energy can be delivered in one possible embodiment to the environment. In another possible embodiment, the internally absorbed heat or thermal energy can be forwarded to an active recooler for recooling. In a further possible embodiment, the internally absorbed heat can be passed to a consumer.
Bei einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Energiespeichermoduls 1 wird eine Volumenänderung des Abführ- mediums 5 infolge einer Temperaturänderung durch einen an dem Energiespeichermodul 1 vorgesehenen Ausdehnungsbehälter kompensiert. Bei einer möglichen Ausführungsform enthält das Energiespeichermodul 1 eine Vielzahl von verschalteten Doppelschichtkondensatoren. Bei einer alternativen Ausführungs- form werden die Speicherzellen 3 durch Pouchzellen oder Batteriezellen gebildet. In one possible embodiment of the energy storage module 1 according to the invention, a volume change of the removal medium 5 due to a temperature change is compensated by an expansion tank provided on the energy storage module 1. In one possible embodiment, the energy storage module 1 includes a plurality of interconnected double-layer capacitors. In an alternative embodiment, the memory cells 3 are formed by pouch cells or battery cells.
Durch die direkte homogene Kühlung im Inneren des Energiespeichermoduls 1 wird die Leistungsfähigkeit des Energiespei- chermoduls 1 gesteigert und gleichzeitig dessen Lebensdauer erhöht . Aufgrund der Vergleichmäßigung und Erniedrigung der Wärmeverteilung innerhalb des Energiespeichermoduls 1 werden Hot-Spot-Bildungen vermieden und die Lebensdauer des Energiespeichermoduls 1 wird erhöht. Durch die Verwendung eines wär- meleitenden Fluids kann aufgrund der Konvektion eine lokaleThe direct homogeneous cooling inside the energy storage module 1 increases the performance of the energy storage module 1 and at the same time increases its service life. Due to the equalization and reduction of the heat distribution within the energy storage module 1 hot spot formation is avoided and the life of the energy storage module 1 is increased. The use of a heat-conducting fluid can cause a localized flow due to convection
Überhitzung in bestimmten Bereichen des Energiespeichermoduls 1 verhindert werden. Durch den Einsatz eines wärmeleitenden Abführmediums mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit, beispielsweise eines Fluorketons, wird die maximal auftretende Be- triebstemperatur des Energiespeichermoduls 1 insbesondere im Inneren des Energiespeichermoduls 1 im Bereich der Energiespeicherzellen, die der höchsten Temperaturbelastung ausgesetzt sind, abgesenkt. Die Betriebstemperatur des Energie- speichermoduls 1 wird während des Betriebs verringert und vergleichmäßigt. Das erfindungsgemäße Energiespeichermodul 1 lässt sich mit hohen Strömen belasten und besitzt eine hohe Betriebslebensdauer . Overheating in certain areas of the energy storage module 1 can be prevented. By using a thermally conductive discharge medium having a high thermal conductivity, for example a fluoroketone, the maximum operating temperature of the energy storage module 1, in particular in the interior of the energy storage module 1, is lowered in the region of the energy storage cells which are exposed to the highest temperature load. The operating temperature of the energy Memory module 1 is reduced during operation and evened out. The energy storage module 1 according to the invention can be loaded with high currents and has a long service life.
Fig. 4 zeigt eine Schnittansicht zur Darstellung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Energiespeichermoduls 1. Das Energiespeichermodul 1 weist ein Gehäuse 2 auf, welches die in dem Energiespeichermodul 1 befindlichen Energie- Speicherzellen 3-1, 3-2 ... 3-n umschließt. Bei den Energiespeicherzellen 3-i kann es sich um Energiespeicherzellen mit einer hohen Speicherkapazität und Leistungsdichte handeln, insbesondere Doppelschichtkondensatoren. Die Speicherzellen 3-i werden von einem elektrisch isolierenden, wärmeleitenden Abführmedium, insbesondere einem wärmeleitenden Fluid, insbesondere Fluorketone, umschlossen. Das Energiespeichermodul 1 besitzt zwei an dem Gehäuse 2 angebrachte elektrische Anschlusskontakte 8-1, 8-2, über die das Energiespeichermodul 1 geladen bzw. entladen werden kann. Das Energiespeichermodul 1 speichert elektrische Energie und liefert nach Ladung der Speicherzellen einen elektrischen Gleichstrom bzw. eine 4 shows a sectional view to illustrate an exemplary embodiment of the energy storage module 1 according to the invention. The energy storage module 1 has a housing 2 which encloses the energy storage cells 3-1, 3-2... 3-n located in the energy storage module 1. The energy storage cells 3-i may be energy storage cells with a high storage capacity and power density, in particular double-layer capacitors. The memory cells 3-i are enclosed by an electrically insulating, heat-conducting removal medium, in particular a heat-conducting fluid, in particular fluoroketone. The energy storage module 1 has two attached to the housing 2 electrical connection contacts 8-1, 8-2, via which the energy storage module 1 can be loaded or unloaded. The energy storage module 1 stores electrical energy and supplies after charging the memory cells a DC electrical or a
Gleichspannung für einen elektrischen Verbraucher, beispielsweise einen Elektromotor. Der Elektromotor kann ein Transportfahrzeug zum Transport von Waren und/oder Personen an- treiben. Beispielsweise handelt es sich bei der Transportvorrichtung um ein Fahrzeug, insbesondere ein Schienen-, Land-, See- oder Luftfahrzeug. Weiterhin kann es sich bei der Transportvorrichtung um einen Transportaufzug handeln, welcher Waren und/oder Personen in vertikaler Richtung innerhalb eines Gebäudes befördert. Bei dieser Ausführungsform wird das Energiespeichermodul 1 bei der Aufwärtsbewegung des Transportliftes entladen. Bei der Abwärtsbewegung der Transportvorrichtung bzw. des Transportliftes wird Energie zurückgewonnen und in dem Energiespeichermodul 1 gespeichert . DC voltage for an electrical load, such as an electric motor. The electric motor can drive a transport vehicle for the transport of goods and / or persons. For example, the transport device is a vehicle, in particular a rail, land, sea or aircraft. Furthermore, the transport device may be a transport elevator which conveys goods and / or persons in a vertical direction within a building. In this embodiment, the energy storage module 1 is discharged during the upward movement of the transporting lift. During the downward movement of the transport device or the transport lift, energy is recovered and stored in the energy storage module 1.
Bei einer möglichen Ausführungsform ist das Energiespeichermodul 1 federnd gelagert, wie in Fig. 5 dargestellt. Dabei ist das Energiespeichermodul 1 vorzugsweise derart federnd gelagert, dass Beschleunigungskräfte, Zentrifugalkräfte oder sonstige mechanische Erschütterungen, die beim Betrieb auftreten, das die Speicherzellen 3-i umgebende isolierende, wärmeleitende fluide Abführmedium 5 zur Steigerung der von den Speicherzellen 3-i nach außen abgeführten thermischen Energie bewegen. Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform, bei der das Gehäuse 2 des Energiespeichermoduls 1 über eine Federeinrichtung 9 mit einer Karosserie 10 einer Transportvorrichtung verbunden ist. Bei dem in Fig. 5 dargestellten Beispiel weist die Federeinrichtung 9 zwei Federn 11-1, 11-2 auf, welche das Gehäuse 2 des Energiespeichermoduls 1 federnd lagern. Bei den Federn 11 -i kann es sich um mechanische Federn handeln. Weiterhin kann die Federeinrichtung 9 auch eine Luftfederung oder dergleichen sein. Die Transportvorrichtung kann bei einer möglichen Ausführungsform einen Elektromotor enthalten, welcher Energie aus dem Energiespeichermodul 1 bezieht. Die Transportvorrichtung besitzt eine Karosserie 10, an welcher das Energiespeichermodul 1 über die Federeinrichtung 9 angebracht ist. Beschleunigungskräfte, Zentrifugalkräfte oder sonstige mechanische Kräfte, insbesondere mechanische Erschütterungen, führen zu einer mechanischen Schwingung, welche das in dem Energiespeichermodul 1 befindliche Abführmedium bzw. Fluid 5 bewegt und somit die von den Speicherzellen 3-i nach außen abgeführte thermische Energie steigert. Bei einer möglichen Ausführungsform ist die Federkonstante der Federeinrichtung bzw. der darin enthaltenen Federn 11-1, 11-2 in Abhängigkeit von dem verwendeten Abführmedium 5 und den in dem Energiespeichermodul 1 enthaltenen Speicherzellen 3-i, insbesondere in Abhängigkeit von deren Verlustleistungs- dichte, zur Maximierung der von den Speicherzellen 3-i nach außen abgeführten thermischen Energie eingestellt. Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform ist das Energiespeichermodul 1 an dem Gehäuse eines Transportlifts über eine Federeinrichtung 9 angebracht. Durch die Bewegung der Transportvor- richtung bzw. des Lifts entstehen niederfrequente mechanische Schwingungen, welche das innerhalb des Gehäuses 2 des Energiespeichermoduls 1 befindliche fluide Abführmedium 5 bewegen. Bei dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel be- findet sich zwischen den Energiespeicherzellen 3-i und den Gehäusewandungen des Gehäuses 2 ein Abstand bzw. Spalt, sodass die Stirnflächen der Energiespeicherzellen 3-i die Gehäusewandungen nicht berühren. Dies kann beispielsweise mit- hilfe von Haltestäbchen bzw. Abstandshaltern oder durch Verwendung einer entsprechenden Matte erreicht werden. In one possible embodiment, the energy storage module 1 is resiliently mounted, as shown in Fig. 5. In this case, the energy storage module 1 is preferably resilient stored that acceleration forces, centrifugal forces or other mechanical shocks that occur during operation, move the memory cells 3-i surrounding insulating, heat-conducting fluid discharge medium 5 to increase the discharged from the memory cells 3-i to the outside thermal energy. 5 shows an embodiment in which the housing 2 of the energy storage module 1 is connected via a spring device 9 to a body 10 of a transport device. In the example shown in FIG. 5, the spring device 9 has two springs 11-1, 11-2 which resiliently support the housing 2 of the energy storage module 1. The springs 11 -i may be mechanical springs. Furthermore, the spring device 9 may also be an air suspension or the like. In one possible embodiment, the transport device may include an electric motor that draws energy from the energy storage module 1. The transport device has a body 10, to which the energy storage module 1 is attached via the spring device 9. Acceleration forces, centrifugal forces or other mechanical forces, in particular mechanical vibrations, lead to a mechanical oscillation which moves the removal medium or fluid 5 located in the energy storage module 1 and thus increases the thermal energy dissipated to the outside by the storage cells 3-i. In one possible embodiment, the spring constant of the spring device or the springs 11-1, 11-2 contained therein is dependent on the purge medium 5 used and the storage cells 3-i contained in the energy storage module 1, in particular as a function of their loss performance density. to maximize the thermal energy dissipated to the outside from the memory cells 3-i. In a further possible embodiment, the energy storage module 1 is attached to the housing of a transporting lift via a spring device 9. As a result of the movement of the transport device or of the lift, low-frequency mechanical oscillations occur, which move the fluid removal medium 5 located within the housing 2 of the energy storage module 1. In the exemplary embodiment illustrated in FIG. 5, There is a gap between the energy storage cells 3-i and the housing walls of the housing 2, so that the end faces of the energy storage cells 3-i do not touch the housing walls. This can be achieved, for example, by means of holding rods or spacers or by using a corresponding mat.

Claims

Energiespeichermodul (1) mit mehreren Speicherzellen (3) zum Speichern elektrischer Energie, Energy storage module (1) with a plurality of storage cells (3) for storing electrical energy,
wobei sich die Speicherzellen (3) in einem elektrisch isolierenden, wärmeleitenden Abführmedium (5) befinden, das zum Abführen einer beim Laden oder Entladen der Speicherzellen (3) entstehenden thermischen Energie vorgesehen ist, wherein the memory cells (3) are located in an electrically insulating, heat-conducting discharge medium (5), which is provided for discharging a thermal energy arising during charging or discharging of the storage cells (3),
wobei die Speicherzellen (3) in einer elektrisch isolierenden, wärmeleitenden Masse als Abführmedium (5) vergossen sind, welche die beim Laden oder Entladen der Speicherzellen entstehende thermische Energie an ein Gehäuse (2) des Energiespeichermoduls (1) abführt, oder wherein the memory cells (3) are encapsulated in an electrically insulating, thermally conductive mass as a discharge medium (5), which dissipates the resulting during charging or discharging of the memory cells thermal energy to a housing (2) of the energy storage module (1), or
wobei sich die Speicherzellen (3) in einem Fluidbehälter befinden, der mit einem elektrisch isolierenden, wärmeleitenden Fluid als Abführmedium (5) gefüllt ist, welches die beim Laden oder Entladen der Speicherzellen (3) entstehende thermische Energie an das Gehäuse (2) des Energiespeichermoduls (1) abführt. wherein the memory cells (3) are located in a fluid container which is filled with an electrically insulating, heat-conducting fluid as the discharge medium (5), which generates the resulting during charging or discharging of the memory cells (3) thermal energy to the housing (2) of the energy storage module (1) dissipates.
Energiespeichermodul nach Anspruch 1, Energy storage module according to claim 1,
wobei die Speicherzellen (3) elektrochemische Speicherzellen sind und sich das Abführmedium (5) gegenüber Stoffen, die aus den elektrochemischen Speicherzellen (3) ungewollt austreten, neutral verhält. wherein the memory cells (3) are electrochemical storage cells and the purge medium (5) behaves neutrally with respect to substances which emerge unintentionally from the electrochemical storage cells (3).
Energiespeichermodul nach Anspruch 1 oder 2, Energy storage module according to claim 1 or 2,
wobei das isolierende, wärmeleitende fluide Abführmedium (5) Fluorketone mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit von mehr als 0,05 W/mK aufweist. wherein the insulating thermally conductive fluid discharge medium (5) comprises fluoroketones having a high heat conductivity of more than 0.05 W / mK.
Energiespeichermodul nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 3, Energy storage module according to one of the preceding claims 1 to 3,
wobei die innerhalb des Energiespeichermoduls (1) beim Laden oder Entladen der Speicherzellen (3) entstehende thermische Energie mittels des Abführmediums (5) durch Wärmeleitung und/oder Wärmekonvektion an das Gehäuse (2) des Energiespeichermoduls (1) und von dort nach außen abgeführt wird. wherein the thermal energy arising within the energy storage module (1) during charging or discharging of the storage cells (3) is conveyed to the housing (2) by means of the removal medium (5) by heat conduction and / or heat convection. the energy storage module (1) and is discharged from there to the outside.
Energiespeichermodul nach Anspruch 4, Energy storage module according to claim 4,
wobei die beim Laden oder Entladen der Speicherzellen (3) entstehende thermische Energie von den Speicherzellen (3) mittels des wärmeleitenden Abführmediums (5) direkt oder indirekt über einen Spalt an das Gehäuse (2) des Energiespeichermoduls (1) abgeführt wird. wherein the thermal energy arising during charging or discharging of the memory cells (3) is dissipated from the memory cells (3) directly or indirectly via a gap to the housing (2) of the energy storage module (1) by means of the heat-conducting discharge medium (5).
Energiespeichermodul nach Anspruch 5, Energy storage module according to claim 5,
wobei die beim Laden oder Entladen der Speicherzellen (3) entstehende thermische Energie von den Speicherzellen (3) mittels eines aktiv bewegten fluiden Abführmediums (5) direkt oder indirekt über einen Spalt an das Gehäuse (2) des Energiespeichermoduls (1) abgeführt wird, wobei die Fluidbewegung durch eine Pumpe, einen Rührer, einen Propeller oder ein Paddel erreicht wird. wherein the thermal energy arising during charging or discharging of the memory cells (3) is dissipated directly or indirectly via a gap to the housing (2) of the energy storage module (1) from the storage cells (3) by means of an actively moved fluid discharge medium (5) the fluid movement is achieved by a pump, a stirrer, a propeller or a paddle.
Energiespeichermodul nach Anspruch 5, Energy storage module according to claim 5,
wobei das fluide Abführmedium (5) zum Abführen der thermischen Energie passiv aufgrund von Konvektion durch Dichteunterschiede oder durch eine auf das Energiespeichermodul (1) wirkende Beschleunigungskraft oder Zentrifugalkraft bewegt wird. wherein the fluid discharge medium (5) is passively moved to dissipate the thermal energy due to convection by density differences or by an accelerating force or centrifugal force acting on the energy storage module (1).
Energiespeichermodul nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 7, Energy storage module according to one of the preceding claims 1 to 7,
wobei eine zusätzliche Kühleinrichtung (6, 7) innerhalb des Gehäuses (2) des Energiespeichermoduls (1) oder außerhalb an dem Gehäuse (2) des Energiespeichermoduls (1) vorgesehen ist. wherein an additional cooling device (6, 7) within the housing (2) of the energy storage module (1) or outside of the housing (2) of the energy storage module (1) is provided.
Energiespeichermodul nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 8, Energy storage module according to one of the preceding claims 1 to 8,
wobei die abgeführte thermische Energie an einen Verbraucher weitergeleitet oder einem Rückkühler zugeführt wird. Energiespeichermodul nach einem der vorangehenden Ansprü che 1 bis 9, wherein the dissipated thermal energy is forwarded to a consumer or fed to a recooler. Energy storage module according to one of the preceding Ansprü che 1 to 9,
wobei eine Volumenänderung des Abführmediums (5) infolge einer Temperaturänderung durch einen an dem Energiespeichermodul (1) vorgesehenen Ausdehnungsbehälter kompensiert wird. wherein a volume change of the purge medium (5) due to a temperature change is compensated by an expansion tank provided on the energy storage module (1).
Energiespeichermodul nach einem der vorangehenden Ansprü che 1 bis 10, Energy storage module according to one of the preceding Ansprü che 1 to 10,
wobei das isolierende, wärmeleitende Abführmedium (5) eine hohe elektrische Isolationsfähigkeit von mehr als 10 kV/mm aufweist. wherein the insulating, heat-conducting discharge medium (5) has a high electrical insulation capacity of more than 10 kV / mm.
Energiespeichermodul nach einem der vorangehenden Ansprü che 1 bis 11, Energy storage module according to one of the preceding Ansprü che 1 to 11,
wobei das isolierende wärmeleitende Abführmedium (5) nicht brennbar bzw. nicht entflammbar sowie umweltfreund lieh ist. wherein the insulating heat-conducting Abführmedium (5) is non-combustible or non-flammable and environmentally friendly borrowed.
Energiespeichermodul nach einem der vorangehenden Ansprü che 1 bis 12, Energy storage module according to one of the preceding Ansprü che 1 to 12,
wobei die Speicherzellen (3) Doppelschichtkondensatoren, Pouchzellen oder Batteriezellen mit einer hohen Speicher kapazität und Verlustleistungsdichte aufweisen. wherein the memory cells (3) double-layer capacitors, pouch cells or battery cells with a high memory capacity and power dissipation density.
Energiespeichermodul nach einem der vorangehenden Ansprü che 1 bis 13, Energy storage module according to one of the preceding Ansprü che 1 to 13,
wobei das wärmeleitende Fluid ein Gas oder eine Flüssigkeit ist. wherein the thermally conductive fluid is a gas or a liquid.
Vorrichtung mit mindestens einem Elektromotor, welcher zyklisch elektrische Energie aus mindestens einem Energiespeichermodul (1) nach einem der vorangehenden Ansprü che 1 bis 14 bezieht. Device having at least one electric motor, which cyclically electrical energy from at least one energy storage module (1) according to one of the preceding Ansprü che 1 to 14 relates.
Vorrichtung mit einem Motor, der beim Start und/oder Betrieb elektrische Energie aus mindestens einem Energie- speichermodul (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 14 bezieht. Device with a motor which, when starting and / or operating, generates electrical energy from at least one energy source. Memory module (1) according to one of the preceding claims 1 to 14 relates.
Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, Device according to claim 15 or 16,
wobei die Vorrichtung eine Transportvorrichtung zum the device being a transport device for
Transport von Waren und/oder Personen in horizontaler oder vertikaler Richtung ist. Transport of goods and / or people in the horizontal or vertical direction.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 15 bis 17, Device according to one of the preceding claims 15 to 17,
wobei die Vorrichtung ein Schienenfahrzeug, ein Landfahrzeug, ein Seefahrzeug oder ein Flugzeug ist, the device being a rail vehicle, a land vehicle, a sea vehicle or an airplane,
wobei das mindestens eine Energiespeichermodul (1) federnd derart gelagert ist, dass Beschleunigungskräfte, Zentrifugalkräfte und/oder mechanische Erschütterungen, die beim Betrieb der Vorrichtung auftreten, das die Speicherzellen (3) des Energiespeichermoduls (1) umgebende elektrisch isolierende, wärmeleitende fluide Abführmedium (5) zur Steigerung der von den Speicherzellen (3) nach außen abgeführten thermischen Energie bewegen. wherein the at least one energy storage module (1) is resiliently mounted such that acceleration forces, centrifugal forces and / or mechanical shocks that occur during operation of the device, the electrically insulating, heat-conducting fluid discharge medium (5) surrounding the storage cells (3) of the energy storage module (1) ) to increase the thermal energy dissipated by the memory cells (3) to the outside.
Vorrichtung nach Anspruch 18, Device according to claim 18,
wobei das mindestens eine Energiespeichermodul (1) über mindestens eine Feder (11-1, 11-2) an einer Karosserie (10) der Vorrichtung angebracht ist, wobei eine Federkonstante der Feder in Abhängigkeit von dem verwendeten Abführmedium (5) und/oder den in dem Energiespeichermodul (1) enthaltenen Speicherzellen (3), insbesondere deren Verlustleistungsdichte, zur Maximierung der von den Speicherzellen (3) nach außen abgeführten thermischen Energie einstellbar ist. wherein the at least one energy storage module (1) via at least one spring (11-1, 11-2) on a body (10) of the device is mounted, wherein a spring constant of the spring depending on the used Abführmedium (5) and / or the in the energy storage module (1) contained memory cells (3), in particular their power loss density, to maximize the memory cells (3) discharged to the outside thermal energy is adjustable.
Verfahren zum Kühlen von Speicherzellen eines Energiespeichermoduls, Method for cooling memory cells of an energy storage module,
wobei die Speicherzellen (3) des Energiespeichermoduls (1) von einem elektrisch isolierenden, wärmeleitenden Abführmedium (5) umgeben werden, welches die beim Laden oder Entladen der Speicherzellen (3) entstehende thermi- sehe Energie direkt oder indirekt über einen Spalt an ein Gehäuse (2) des Energiespeichermoduls (1) abführt. wherein the memory cells (3) of the energy storage module (1) are surrounded by an electrically insulating, heat-conducting removal medium (5), which generates the thermal energy generated during charging or discharging of the storage cells (3). see energy directly or indirectly via a gap to a housing (2) of the energy storage module (1) dissipates.
PCT/EP2015/050688 2014-02-04 2015-01-15 Energy storage module WO2015117803A1 (en)

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