WO2022161739A2 - Energy storage cell module, module frame for receiving at least one energy storage cell module, and module frame stack comprising a number of such module frames - Google Patents

Energy storage cell module, module frame for receiving at least one energy storage cell module, and module frame stack comprising a number of such module frames Download PDF

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Definitions

  • Energy storage cell module for accommodating at least one energy storage cell module and module frame stack, comprising a number of such module frames
  • the invention relates to an energy storage cell module, comprising at least one energy storage cell, containing at least one electrolyte, and at least one pocket element, wherein the at least one energy storage cell with the at least one electrolyte is accommodated in the pocket element, a module frame for accommodating at least one energy storage cell module, and a module frame stack, comprising a Number of such module frames that contain a number of energy storage cell modules.
  • Energy storage cells are known in the prior art, for example in the form of battery cells, these comprising an electrochemically active cell and an electrolyte filling. Examples of this are lithium-ion and lithium-sulfur battery cells.
  • Such energy storage cells or battery cells have, in particular, a flat, planar shape with an essentially rectangular base area. This makes it possible to stack the individual energy storage cells or battery cells in parallel next to one another or on top of one another. If stacks of several such energy storage cells are provided, the available voltage can be increased, e.g. by connecting the energy storage cells in series, which can be useful for a wide variety of applications, for example in the vehicle sector.
  • energy storage cells that are comparatively firmly connected to one another in the stack and, on the other hand, so-called modular energy storage cell stacks are known in which individual energy storage cells can be inserted into a housing in a modular manner and can also be detached and removed from it again.
  • the individual energy storage cells or battery cells can be designed in the form of so-called pouch cells.
  • a pocket element is provided, in which the energy storage cell is accommodated together with the electrolyte.
  • the active components of the energy storage cell are located in the pocket element, which in the known solutions is often made of a plastic-aluminum composite film, the side edges of which are thermally are welded together to close the bag member. Only two connection electrodes usually protrude from the pocket element, with the positive electrode of the energy storage cell being connected to one and the negative electrode of the energy storage cell being connected to the other within the pocket element.
  • the required electrical contacting between the anode or cathode and a respective current-dissipating film inside the energy storage cell is carried out, for example, by ultrasonic welding of the respective connection electrode with the current-dissipating or electrode films. Furthermore, it is known to apply pressure to the energy storage cell in order to support the electrochemical processes and contacting. For this purpose, a vacuum is generated within the closed pocket element, by means of which the anode and cathode of the energy storage cell, such as the battery cell, can be pressed with the separator arranged in between.
  • the housing of a fuel cell unit can form a pressure chamber in which a liquid or a gas is kept under pressure.
  • the fuel cells lie in the liquid, so that when excess pressure builds up in the pressure chamber, the liquid transfers the pressure to the pole plates of the fuel cells, thus hydraulically compressing the fuel cells.
  • the interior of a housing to form a pressurizable chamber is closed with a means that has a pocket for accommodating a fuel cell or electrolyzer cell, the means being flexible in the area of the pocket and the pocket protruding into the chamber.
  • the pocket wall rests against the cell inserted into the pocket, so that pressure is exerted on the pole plates of the cell.
  • the cell is pressed hydraulically or pneumatically.
  • the housing is open to one side, the cell extending into the housing from the open side of the housing and the open side of the housing being closed by a cell supporting and/or supplying plate.
  • a sealing element is arranged between the housing and the plate, which seals the open side of the housing in a liquid-tight and/or gas-tight manner, forming the pressure chamber.
  • the sealing element consists of an elastic material and has the pocket extending into the pressure chamber, in which the cell lies and the pocket wall of which is flexible due to the elastic material, so that the pocket wall rests against the cell when there is overpressure in the pressure chamber.
  • the liquid remains in the pressure chamber, but the pressure in the chamber is reduced. In the depressurized state, the cell can be removed from the pocket of the sealing element and replaced with a functional one.
  • a device for converting chemical energy into electrical energy or electrical energy into chemical energy in which an electrochemically active, planar cell is held between coaxial annular discs of an electrically insulating support frame, through which a supply structure with channels for process media extends to the cell.
  • On both sides of the cell there is a free spatial area in the axial direction, which is delimited in the radial direction by one of the ring disks.
  • the space areas are each open to a pressure space via a passage through the corresponding ring disk, the pressure space being filled with a pressurized medium during operation of the device.
  • Primary ducts extend in an axial direction transverse to the cell through the washers, while secondary ducts extend through the support frame in a radial plane transverse to the axis of the cell, the secondary ducts connecting the cell to the primary ducts.
  • the cell is held between them with its outer edge area on an inner edge area of the annular discs. Molded seals are arranged between the outer edge area of the cell and the opposite inner edge area of the annular discs.
  • the cell is electrically contacted in the axial direction by means of spring elements, the spring elements each electrically contacting a neighboring cell or an electrical connection at an axial end of the carrier frame. All ring disks can be stacked concentrically one on top of the other.
  • the carrier frame is axially mechanically pressed together by means of a tie rod that extends axially parallel through the ring disks.
  • An electrochemical energy production system using metal-air cells is known from DE 693 30 527 T2.
  • the cells each have a flexible, collapsible pouch with opposed first and second walls.
  • One of the walls includes an air-permeable and electrolyte-impermeable air cathode.
  • the cell also includes a metal anode contained within and surrounded by the pocket and having a first reaction face opposite the cathode.
  • the cell also includes a spacer between the cathode and the reaction side of the anode to prevent anode-cathode contacts.
  • the power generation system includes means for urging the opposite ends of a series of collapsible cells toward one another, thereby forcing the anode and cathode of each cell toward one another so that the clearance between the inside of the cathode and the reaction side of the anode of each cell during consumption of the anode remains essentially constant.
  • DE 10 2018 207 003 A1 also discloses a battery cell, in particular a lithium-ion battery cell, for a motor vehicle which has a housing in which a cell stack composed of at least two electrodes and a separator arranged between the electrodes is arranged, wherein the housing is made at least in sections from a foil.
  • the housing has a substantially dimensionally stable, electrically non-conductive frame, which laterally surrounds the cell stack in a ring shape and is closed at each of its two open end faces by an electrically conductive film which is electrically connected to one of the electrodes.
  • an energy storage cell module comprising at least one energy storage cell, containing at least one electrolyte, and at least one pocket element, the at least one energy storage cell and the at least one electrolyte being accommodated in the pocket element, a module frame for accommodating at least one energy storage cell module and to provide a module frame stack with a number of such module frames comprising a number of energy storage cell modules, in which a Electrolyte exchange, cooling of the cell and pressing of this are possible.
  • the object is achieved for an energy storage cell module according to the preamble of claim 1 in that at least one connection device is provided in or on the at least one pocket element for filling with and replacing the at least one electrolyte and/or for degassing the energy storage cell.
  • a module frame for accommodating at least one energy storage cell module the object is achieved in that the module frame has at least one accommodating area for accommodating the at least one energy storage cell module and is provided with at least one film element and is connected to it in a media-tight manner, with the at least one film element surrounding the accommodating area in a media-tight manner and forms a media barrier with respect to the at least one energy storage cell module to be accommodated in the accommodation area of the module frame.
  • a module frame stack comprising a number of such module frames, which in turn each contain at least one energy storage cell module
  • the object is achieved in that at least one connection connector for an inlet of cooling medium, at least one connection connector for a return of cooling medium and flow channels for flowing around the in the module frame arranged energy storage cell modules are provided with cooling medium.
  • the interior of the pocket element can also be degassed via the at least one connection device, so that its inflation and possibly bursting can be prevented as a result.
  • the electrolyte can be filled and exchanged from the outside, ie outside the pocket element, via the at least one connection device will. This significantly improves the production and maintenance processes.
  • a first connection device for an electrolyte inlet and a second connection device for an electrolyte outlet can be provided. Electrolyte can flow into the interior of the pocket element via the first connection device, which is used for the electrolyte inlet, while electrolyte can flow out of the pocket element again through the second connection device for the electrolyte outlet.
  • the energy storage cells can thus be degassed in a controlled manner via the at least one connection device and, if necessary, the electrolyte can be exchanged individually during service, and the service life of the energy storage cell, such as a battery cell, can thus be extended.
  • At least one frame element can advantageously be provided at least partially surrounding the at least one energy storage cell and at least partially accommodated in the pocket element and connected to it in a media-tight manner, the at least one connection device being provided on the frame element.
  • the at least one frame element can give the at least one pocket element greater stability.
  • the problem with the known pouch cells is that the cell can be mechanically damaged.
  • the provision of the at least one frame element, which is at least partially accommodated in the pocket element provides the latter with peripheral stability.
  • the frame element advantageously extends completely around the pocket element and is connected to it around the periphery, at least partially in the region of the connecting device, in a media-tight manner.
  • the at least one pocket element is advantageously connected to the frame element in a materially bonded manner, for example by welding or back-injecting the pocket element, in particular a pocket element lower part, to the frame element.
  • a connection device By arranging, in particular integrating, the at least one connection device on or in the frame element, a stable arrangement of the connection device(s) on the at least one pocket element is possible.
  • a connection of a line to such a connection device for supplying or removing electrolyte is hereby easily and safely possible.
  • At least one valve element is also advantageously provided in or on the at least one connection device.
  • valve element into the at least one first connection device for the electrolyte inlet and also into the at least one connection device for the electrolyte outlet.
  • the at least one valve element it is possible to degas the interior of the at least one pocket element without the risk of gas again entering the interior of the pocket element of the energy storage cell module via the connection device(s) for the inflow and outflow of electrolyte .
  • the at least one connection device can be provided with at least one connection section for flushing it to prevent media residues in the area of the valve element and/or in the area of at least one sealing element. This can be used to remove media residues or electrolyte residues in the area of the valve element, but also in the area of one or more sealing elements provided there, particularly after the energy storage cell module or its at least one pocket element has been filled with electrolyte.
  • the at least one frame element can advantageously comprise at least one wedge-shaped transition section, the at least one pocket element being connected to the frame element in a media-tight manner, in particular cohesively, in the region of its at least one wedge-shaped transition section.
  • a wedge-shaped transition section enables the pocket element to be fastened to this part of the frame element particularly well in a media-tight manner and offers a protected space for arranging flow channels which connect the connection device(s) to the interior of the pocket element.
  • the connection device(s) are advantageously arranged in a section of the frame element that is designed to be wider in order to protect them against damage, so that the wedge-shaped transition section forms the transition to the flatter or flat sections of the frame element, which are particularly along the sides of the Bag element extend.
  • the frame element can in particular have two longitudinal side frame parts and two connecting them to one another Include transverse side frame members framing an interior receiving opening for receiving the energy storage cell.
  • a medium-tight material connection of the wedge-shaped transition section of the frame element and the pocket element makes it possible to avoid leaks in this area.
  • the flow channels are used for the inflow of electrolyte in the direction of the inner receiving opening of the frame element, in which the energy storage cell is received.
  • connection area in particular the welding area
  • pocket element Sharp-edged transitions in the connection area, in particular the welding area, between the frame unit and the pocket element are advantageously avoided in order to prevent the film material of the pocket element from being damaged by stress peaks.
  • connection device for supplying and removing electrolyte on the energy storage cell module, a geometric separation of the electrolyte connection and electrical contacting of the energy storage cell can be created.
  • the at least one frame element advantageously consists of at least one polyolefinic material, such as polypropylene.
  • the at least one frame element can consist, for example, of at least one fiber-reinforced material, such as a polyolefinic material that is reinforced with glass fibers or filled with glass fibers.
  • the at least one pocket element can advantageously consist of at least one multilayer composite film containing at least one barrier layer, in particular a barrier layer made of aluminum, to prevent diffusion of electrolyte components from the inside to the outside and of gases and moisture from the outside to the inside.
  • the joining layer to the frame element can consist of a material that is compatible with its material, such as polypropylene.
  • the at least one frame element is formed from a polyolefinic material, a good material-tight connection of the pocket element to the frame element is possible.
  • the at least one frame element can also consist of at least one barrier material, i.e. a material with barrier properties, in this area/areas, in particular of at least one material with a barrier - or blocking effect improving doping.
  • PVDC polyvinylidene chloride
  • BOPP biaxially oriented polypropylene
  • COC cycloolefin copolymer
  • HDPE high density polyethylene
  • a doping that improves the barrier effect such as doping with metallic additives
  • a barrier coating such as a metallization
  • the material used for the production of the frame element eg polypropylene
  • the at least one frame element further advantageously has flow channels for the electrolyte to flow through and to be distributed within the pocket element. These can be provided, for example, along longitudinal side frame parts of the frame element.
  • the flow cross section of the flow channels can increase from the inlet in the direction downstream. Electrolyte can be distributed uniformly in the pocket element through the flow channels, in particular with the provision of a flow cross section that becomes larger downstream.
  • At least one sealing element can advantageously be provided to guide the flow of the electrolyte through the anode and cathode stack of the at least one energy storage cell and to avoid leakage flow between the inlet and outlet of the electrolyte.
  • the at least one sealing element can be a sealing element in the form of a low-melting hotmelt, for example.
  • the at least one sealing element can additionally the edge region between current-dissipating Seal anode and cathode foils and the separator of at least one energy storage cell and thereby lead to safer operation of the energy storage cell.
  • At least one degassing channel comprising at least one safety valve device
  • the safety valve device can be, for example, a bursting disc or a pressure-limiting barrier device. In this way, a directed pressure relief of the at least one energy storage cell is possible in the event of an accident.
  • a collecting duct can be provided on the outside of the energy storage cell module, in particular plugged on there, in order to enable the pressurized gases to be discharged from the energy storage cell module.
  • Energy storage cell modules such as the so-called open energy storage cell modules described above, or also closed energy storage cell modules in the form of so-called pouch cells, which comprise at least one energy storage cell containing at least one electrolyte and at least one pocket element, the at least one energy storage cell with the at least one electrolyte being accommodated in the pocket element , are accommodated in a respective module frame.
  • module frames can be stacked on top of each other to form a module frame stack.
  • the module frames serve to enable the energy storage cell modules to be stacked on top of one another.
  • the module frames serve to enable cooling or surface cooling of the energy storage cells, since a cooling medium can flow through the stacked module frames.
  • Cooling the energy storage cells has proven to be advantageous for dissipating heat when charging and discharging the energy storage cells.
  • the temperature of the at least one energy storage cell can be controlled by supplying heat in order to achieve a suitable or predeterminable operating temperature.
  • the at least one pocket element surrounding the energy storage cell and the at least one film element of the module frame, which surrounds its receiving area for the energy storage cell module, advantageously provide two barrier layers between the cooling medium and the energy storage cell to prevent the cooling medium from coming into contact with the electrolyte.
  • the cooling medium flowing around the energy storage cell module can also hydraulically compress the energy storage cell to improve the contacting of the anode, cathode and the current-conducting anode and cathode foils, i.e. the active areas of the energy storage cell, when the cooling medium is under a corresponding pressure there. It is thereby ensured that the same contact pressure is applied over the entire active area of each energy storage cell.
  • the cooling medium can be supplied and discharged through at least one first connection device and at least one second connection device of the module frame stack.
  • the at least one first connection device and the at least one second connection device can be provided in end plates that can be arranged on the top and bottom of the module frame stack.
  • Flow channels can be formed within the plates for the collective supply or discharge of the cooling medium to the second connection device or from the first connection device.
  • Flow channels for the cooling medium to flow around the energy storage cell modules arranged in the module frames are formed through the module frames stacked on top of one another within them or are provided in them.
  • At least one device for guiding the flow of cooling medium can be formed on a respective module frame. In particular, geometries for guiding the flow can be molded onto the module frame.
  • the flow channels for the cooling medium to flow around the energy storage cell modules can be produced. It is therefore no longer necessary to arrange cooling plates between the individual energy storage cells accommodated in the respective pocket elements in order to cool the latter, as is the case with the known pouch cells arranged in a housing.
  • the cooling medium can be designed to be dielectric, but it does not have to be, since it does not come into contact with the electrolyte of the energy storage cell, such as a battery cell.
  • the at least one foil element which as a media barrier surrounds the receiving area of the module frame in which the energy storage cell module is received, can in particular be a multi-layer composite foil element.
  • the at least one film element can be formed on the basis of a polyolefinic material combination.
  • the module frame can be designed in multiple parts, in particular in two parts. For example, two identical parts can be formed and joined together.
  • the module frame parts are each provided or lined with a film element in the area of the receiving area, with the respective film element being connected there to the material of the module frame in a media-tight manner.
  • the at least one film element can be materially bonded to the module frame, e.g. by welding, in a media-tight manner. It is also possible for the module frame to be injection-molded in one piece around the at least one film element in a media-tight manner.
  • the module frame can, for example, consist of a combination of polyolefinic materials, so that a media-tight material connection can be made with the film element.
  • the so-called open energy storage cell modules can be removed individually from the module frame stack.
  • the connecting device(s) of a respective open energy storage cell module are therefore advantageously arranged in the module frame in such a way that they remain accessible from the outside after the module frames have been stacked to form the module frame stack.
  • each of the energy storage cell modules can be removed from the module frame stack and the energy storage cell modules can be filled and emptied with/of electrolyte from the outside, ie outside the module frame stack.
  • the so-called closed energy storage cell modules are not removably accommodated in a respective module frame, so in contrast to the so-called open energy storage cell modules, they cannot be inserted into the module frame from the outside through an opening formed in the module frame and removed from it again, but lie on all sides of the module frame in particular enclosed in this.
  • the module frames provided with the opening for accommodating the so-called open energy storage cell modules are therefore particularly suitable in stationary applications, e.g. in houses or systems, for example for storing solar power, while the module frames for accommodating the so-called closed energy storage cell modules, which therefore surround them and cannot be removed closed energy storage cell modules from the module frame is provided by omitting a lateral opening, are particularly suitable for mobile applications, for example in the automotive sector.
  • the space available there is usually less than in stationary applications, so that the use of the lower module frames, in which the so-called closed energy storage cell modules or pouch cells are accommodated, is particularly suitable here.
  • At least one device for pressure monitoring or for volume monitoring with regard to a loss of liquid in the space between the module frame and the at least one open or closed energy storage cell module accommodated in it and/or the cooling medium circuit through the module frame and the module frame stack can be provided.
  • a leak can be detected if there is a pressure drop in the cooling medium pressure or a change in volume in the circuit.
  • the hydraulic pressure on the active areas of the energy storage cells would also decrease as a result of a leak, so that their operability and safety would be endangered. This can be avoided by the pressure and volume monitoring device by electrically separating the energy storage cells.
  • the production sequence of the energy storage cell module can be provided as follows, for example.
  • a multi-layer film element can be thermoformed to form the pocket element, with two parts being provided, a lower part and an upper part.
  • the lower part of the deep-drawn pocket element can be back-injected with the frame element or welded or bonded to it in the area of the connecting device.
  • the valve elements can be mounted on the frame element or the connection devices formed thereon.
  • the electrode stack with connection electrodes of the energy storage cell can be inserted into the lower part of the pocket element.
  • at least one sealing element for liquid sealing for the electrode stack can be arranged in or on the frame element.
  • the upper part of the pocket element and the lower part of the pocket element, connecting electrodes and the frame element can be welded or bonded together.
  • contact holders can be mounted on the outside of the connection electrodes of the electrode stack to enable contacting of the energy storage cell.
  • frame parts can be mounted on the top and/or bottom of the energy storage cell by connecting can be connected to each other or by gluing or welding or otherwise cohesively with the pocket element upper part and the pocket element lower part.
  • the energy storage cell can be evacuated or dried.
  • electrolyte can be supplied to the frame element via the at least one connection device with the valve elements arranged therein.
  • the energy storage cell can be formed or degassed.
  • the valve elements can be closed and flushed through their connection sections in order to free them from electrolyte residues.
  • FIG. 1 shows a side view of a first embodiment of a so-called open energy storage cell module according to the invention
  • FIG. 2 shows a top view of the energy storage cell module according to FIG. 1
  • FIG. 3 shows a perspective detailed view of the energy storage cell module according to FIGS.
  • FIG. 4 shows a perspective exploded view of the energy storage cell module according to FIGS. 1 and 2,
  • FIG. 5 shows a perspective exploded view of an energy storage cell module according to the invention with two outside frame parts
  • FIG. 5a shows a perspective plan view of a unit according to the invention made up of a pocket element lower part which is back-injected with a frame element according to the invention
  • FIG. 5b shows a perspective view from below of the unit made up of pocket element lower part and frame element according to FIG. 5a
  • FIG. 6a shows a perspective, partially broken view of a frame element according to the invention of the energy storage cell module according to FIGS Connection devices, one of which is shown in section and has a valve element and two connection sections for flushing
  • FIG. 6b shows a partially sectioned view of the frame element according to FIG. 6a in the area of the connection device provided with the valve element
  • FIG. 6c shows a detailed sectional view of the frame element according to FIG. 6a in a viewing direction offset by 90° compared to the view according to FIG. 6b,
  • FIG. 7 shows a top view of an energy storage cell module according to the invention, containing a degassing channel and a bursting disk,
  • FIG. 7a shows a front view of the energy storage cell module according to FIG. 7, FIG.
  • FIG. 8a shows a front view of the energy storage cell module according to FIG.
  • FIG. 10 shows a perspective view of the module frame according to the invention formed from the upper part and lower part according to FIG. 9,
  • Figure 11a is a side view of the upper module frame part according to Figure 9
  • Figure 11b is a plan view of the upper module frame part according to Figure 9
  • Figure 11c is a bottom view of the upper module frame part according to Figure 9
  • Figure 12 is a perspective exploded view of the upper module frame part according to Figure 9 and a film element that Lining a receiving area for receiving a
  • Energy storage cell module is used before its application to the receiving area
  • FIG. 13 shows a bottom view of the upper part of the module frame according to FIG. 12 in the state in which the film element has not yet been provided
  • FIG. 14 shows a side view of a module frame stack according to the invention, containing five module frames according to the invention stacked on top of one another with energy storage cell modules according to the invention inserted therein and two connection connectors for connecting the module frame stack to a cooling medium circuit for supplying and discharging cooling medium,
  • FIG. 15 shows a detailed sectional view through the module frame stack according to FIG. 14, with an illustration of the coolant flow path for a serial flow through the module frame stack and the individual module frames,
  • FIG. 16 shows a schematic longitudinal sectional view through the module frame stack according to FIG. 14 to illustrate the flow channels for a parallel flow through the interior thereof
  • FIG. 17 shows a side view of the module frame stack according to FIG. 14 with a view of the connection connector provided for discharging cooling medium
  • FIG. 18 shows a perspective exploded drawing of a second embodiment variant of a module frame according to the invention with a so-called closed energy storage cell module to be accommodated therein,
  • FIG. 19 shows a plan view of the so-called closed energy storage cell module according to FIG. 18, and
  • FIG. 20 shows a plan view of the module frame lower part of the module frame according to FIG. 18 with an energy storage cell module inserted therein.
  • FIGS. 1 and 2 An energy storage cell module 1 is shown in FIGS. 1 and 2, which comprises an energy storage cell 3 accommodated in a pocket element 2 .
  • the energy storage cell 3 can be a battery cell, for example.
  • an electrolyte is provided inside the pocket element 2, which, however, cannot be seen in Figures 1 and 2, nor can the anode, cathode, separator and current-conducting foil of the energy storage cell 3.
  • the energy storage cell module 1 also comprises a unit 4.
  • Unit 4 comprises , as can be better seen in FIGS. 4, 5, 5a, 5b, a peripheral frame element 140 and a pocket element lower part 21.
  • the frame element 140 comprises two longitudinal side frame parts 40, 41, which extend in the longitudinal direction of the energy storage cell module 1, and two transverse side frame parts 42, 43, which connect the longitudinal side frame parts 40, 41 to one another and are shorter than these.
  • the longitudinal and transverse side frame parts 40, 41, 42, 43 define an inner opening 143 in which the energy storage cell 3 is accommodated.
  • the transverse side frame part 42 has two connection devices 44, 45, as can be seen particularly clearly in the detailed view in FIG.
  • Valve elements 46 such as one of which is shown in FIG. 3 as an example, can be inserted into the connecting devices 44, 45. In this way, in particular the amount of electrolyte that flows into the energy storage cell module 1 and flows out of it again can be controlled.
  • the energy storage cell module 1 is therefore referred to as a so-called open energy storage cell module.
  • the transverse side frame part 42 is designed higher or thicker in the area of the two connection devices 44, 45 and has a wedge-shaped transition section 47 in the direction of the longitudinal side frame parts 40, 41. This protrudes laterally beyond the extent of the longitudinal side frame parts 40, 41, as can be seen in particular from FIGS.
  • Two electrical contact elements 5 , 6 or electrodes project beyond the transverse side frame part 43 in the longitudinal direction of the energy storage cell module 1 . These serve to electrically contact the energy storage cell 3 or its current-conducting foils, which are in current-transmitting contact with the anode and the cathode of the energy storage cell 3 .
  • the valve element 46 shown in FIG. 3 has a laterally projecting locking device 146, by means of which locking in the two connection devices 44, 45 is possible.
  • the locking device 146 engages there in a corresponding locking groove 144 or 145 and can be fixed in its position.
  • the valve element 46 can be removed from the connection devices 44, 45 by pivoting it out of the locking position.
  • the pocket element 2 is formed from the upper part 20 of the pocket element and the lower part 21 of the pocket element. Bag element upper part 20 and bag element lower part 21 are connected to the frame element 140 in a media-tight manner in order to be able to reliably prevent electrolyte from escaping.
  • a connecting seam 7 is provided on the outside surrounding the energy storage cell 3 .
  • the upper part 20 of the pocket element rests on the upper side of it and the lower part 21 of the pocket element rests on the lower side thereof, as can be seen in FIG.
  • Both are materially connected to the wedge-shaped transition section 47 of the transverse side frame part 42 in a media-tight manner.
  • the integral connection along the connecting seam 7 between the upper part of the bag element 20 and the upper side of the wedge-shaped transition section 47 can take place in particular by welding.
  • the integral connection between the pocket element lower part 21 and the underside of the wedge-shaped transition section 47 can be achieved in particular by back-injection molding of the pocket element lower part 21 with the frame element 140 .
  • the energy storage cell module 1 in addition to the frame element 140, which is formed from the two longitudinal side frame parts 40, 41 and the two transverse side frame parts 42, 43, the energy storage cell module 1 also includes a frame part 141 and a frame part 142. As further components, the energy storage cell module 1 also has two sealing elements 8, 9, which are arranged in the area of the two transverse side frame parts 42, 43 of the frame element 140 for liquid sealing. To accommodate the two electrical contact elements 5, 6 of the energy storage cell 3, a contact holder 10 is also provided. For the production of the energy storage cell module 1 according to FIG.
  • the multilayer composite film elements in particular for producing the upper part 20 of the pocket element and the lower part 21 of the pocket element are first deep-drawn in order to form the desired shape, as can be seen in FIGS.
  • the pocket element lower part 21 is subsequently back-injected to the frame element 140 or welded in a separate joining process, thus producing the unit 4 made up of the pocket element lower part 21 and the frame element 140 .
  • the unit 4 consisting of the pocket element lower part 21 back-injected with the frame element 140 can be seen in FIGS. 5a and 5b.
  • the energy storage cell 3 is inserted into the frame element 140 with the electrical contact elements 5, 6 welded thereto.
  • the two sealing elements 8 , 9 for liquid sealing or for sealing the electrode stack of the energy storage cell 3 are also arranged in the frame element 140 .
  • the pocket element upper part 20 is cohesively connected to the pocket element lower part 21 with frame element 140 and electrical contact elements or electrodes 5, 6.
  • the contact holder 10 and frame part 141 and frame part 142 are assembled.
  • the frame parts 141 and 142 are mounted on the top and bottom after the energy storage cell has been welded. They are used for stabilization and guidance in a module frame 200, as can be seen in FIGS.
  • the energy storage cell 3 is evacuated or dried.
  • connection devices 44, 45 This can be done via at least one of the two connection devices 44, 45, since these are gas-connected to the interior 22 of the pocket element 2 formed from the pocket element upper part 20 and pocket element lower part 21 and thus to the energy storage cell 3.
  • the connection takes place, for example, via a flow channel 48, as is shown by way of example in FIGS. 6a and 6b.
  • electrolyte is fed into the interior 22 of the pocket element 2 of the energy storage cell module 1 via the two connection devices 44 , 45 , eg only via the connection device 44 with the valve elements 46 arranged therein.
  • the energy storage cell 3 can then be degassed, for example via the connection device 45, and subsequently the valve elements 46 are closed.
  • valve elements 46 When the valve elements 46 are closed, the valve elements 46 are flushed through connection sections 45a, 45b on the top and bottom of the connection device 45 or connection sections 44a, 44b on the top and bottom of the connection device 44. Flushing can remove electrolyte residues from the valve elements will.
  • the detailed region of the respective frame element 140 with the valve elements 46 can be seen in FIGS. 6a to 6c, the valve elements 46 being closed and the flushing direction being indicated by arrows P2 (see FIGS. 6b, 6c). Flushing takes place inside the valve elements 46 in an annular gap around an inner valve body 460, as can be seen in FIG. 6c.
  • the frame element 140 with the connecting devices 44, 45 is shown in FIG. 6a.
  • the two longitudinal side frame parts 40, 41 each have a distribution geometry in the form of flow channels 49, e.g. in the form of slots or grooves, in order to distribute the inflowing electrolyte evenly into the inner opening 143 of the frame element 140 for evenly filling the interior of the bag element 2 be able.
  • the flow geometry of the flow channels 49 can be designed to be variable downstream in order to achieve a more uniform distribution of electrolyte.
  • the flow cross section of the flow channels 48, 49 can increase from the inlet in the direction downstream. However, this cannot be seen in FIGS. 6a and 6b.
  • connection device 44 can be used, for example, to supply electrolyte and the connection device 45 can be provided for the discharge, ie for the return, from the interior 22 of the pocket element 2 .
  • a return flow can be used especially for an exchange of the electrolyte.
  • New electrolyte can be supplied after the energy storage cell module has been emptied 1 when replacing the electrolyte as part of maintenance to extend the service life of the energy storage cell 3 via the connection device 44.
  • the safety valve device comprises a bursting disc 13 in a degassing channel 12.
  • a degassing connection device 14 is arranged on the outside of the transverse side frame part 42 of the frame element 140.
  • a degassing channel 15 is also provided, which, like the degassing channel 12, extends in the transverse side frame part 42.
  • a barrier seam 16 is provided as a safety valve device and extends between the degassing channel 15 and the interior 22 of the bag element 2 .
  • the barrier seam 16 serves here as a pressure-limiting barrier and is also integrated into the transverse side frame part 42 of the frame element 140 .
  • a degassing connection device 17 is connected to the degassing channel 15 , which is also arranged on the outside of the transverse side frame part 42 . It is also possible to attach a collecting duct to the outside of the frame element 140 of the energy storage cell module 1 in order to allow gas to escape into the environment instead of providing the degassing connection device 14 or the degassing connection device 17.
  • the individual frame components, ie the frame element 140 and the two frame parts 141, 142, of the energy storage cell 3 or of the energy storage cell module 1 can consist of a polyolefinic material such as polypropylene, for example.
  • a fiber reinforced plastic such as a glass fiber filled polyolefinic plastic can be used.
  • a multi-layer composite film comprising at least one barrier layer, such as a barrier layer made of aluminum, can be provided in order to prevent the diffusion of electrolyte components from the inside to the outside and of gases or To prevent moisture from entering the interior 22 of the bag member 2 from the outside in.
  • the frame element 140 can also consist of a material with barrier properties or barrier material in order to achieve an improved barrier or blocking effect.
  • the barrier material can have an appropriate doping.
  • PP polypropylene
  • PVDC polyvinylidene chloride
  • BOPP biaxially oriented polypropylene
  • COC cycloolefin copolymer
  • HDPE high density polyethylene
  • At least one barrier coating, such as at least one metallization, can also be provided.
  • the respective joining layer of the multilayer composite film of the bag element 2 can consist of a correspondingly compatible material, e.g. polypropylene if the frame element 140 consists of polypropylene.
  • FIGS. 9 to 13 show a module frame 200 in which the energy storage cell module 1 is or can be accommodated.
  • the module frame 200 consists of a module frame upper part 201 and a module frame lower part 202.
  • Module frame upper part 201 and module frame lower part 202 can be designed as identical parts, which is cost-saving compared to the formation of different module frame upper parts and module frame lower parts.
  • the upper module frame part 201 and the lower module frame part 202 each have a receiving area 203a, 203b, which together form a receiving area 203 after they have been assembled to form the module frame 200, with the Energy storage cell module 1 can be inserted into the formed receiving area 203 of the module frame 200 .
  • the respective receiving area 203a or 203b of the upper module frame part 201 or lower module frame part 202 is lined with a respective film element 205 .
  • a respective foil element 205 is fastened media-tight on the inside 206 of the upper module frame part 201 or on the inside 207 of the lower module frame part 202, for example welded there.
  • the film element 205 can be attached media-tight on the outside 208 of the module frame upper part 201 or on the outside 209 of the module frame lower part 202 of the module frame 200, in particular welded or back-injected. In any case, a medium-tight connection is provided between the foil element 205 and the upper module frame part 201 or the foil element 205 and the lower module frame part 202 .
  • the film element can in turn be a multi-layer composite film.
  • the joining layer which is to be connected to the material of the module frame 200 or its module frame top part 201 and its module frame bottom part 202 in a material-tight manner, can consist of a polyolefinic material, such as polypropylene.
  • a film element shaped into a pocket can be inserted into an injection mold, the film element being overmoulded with the material of the module frame to form it.
  • the module frame 200 has devices for guiding the flow, here in the form of flow ribs 210, on its respective outside 208, 209.
  • the flow ribs 210 extend between flow channels arranged opposite one another in the edge region of the module frame 200 211 , 212 , 213 , 214 .
  • Cooling medium can flow in via the flow channels 211 to 214 , which can flow further via the flow ribs 210 over the surface of the module frame 200 in the area of its receiving area 203 .
  • the cooling medium serves to cool the energy storage cell module 1 to be arranged within the receiving area 203. The heat generated during the charging and discharging of the energy storage cell 3 of the energy storage cell module 1 can be dissipated via the cooling medium.
  • the active area of the energy storage cell can be pressed by the cooling medium, since the cooling medium exerts pressure from the outside on the energy storage cell 3 within the energy storage cell module 1 . Hydraulic compression of the energy storage cell 3 via the cooling medium is thus possible. Due to the provision of the film element 205, however, there is no risk of the cooling medium reaching the energy storage cell module 1 or the energy storage cell 3 arranged therein. Two barrier layers are thus provided between the cooling medium and the energy storage cell 3, the film element 205 and the pocket element 2, which is also formed from a film element, so that contact of the cooling medium with the electrolyte of the energy storage cell can be reliably prevented.
  • FIG. 11a shows the module frame upper part 201 in a side view, so that its receiving area 203a can be seen particularly well.
  • the flow channels 211 to 214 and the flow ribs 210 can be seen particularly well in FIG. 11b.
  • the module frame upper part 201 without the film element 205 is shown in FIG.
  • the film element 205 covers the receiving area 203a of the module frame upper part 201 and is materially fastened to it in a media-tight manner.
  • the four joining areas 215, 216, 217, 218, which surround the respective receiving area 203a or 203b, are also indicated in FIG. 13 and FIG. 11c.
  • the film element 205 and the upper module frame part 201 or the film element 205 and the lower module frame part 200 are materially connected to one another in a media-tight manner.
  • Two film elements 205 are therefore provided, with one film element 205 being connected to the upper module frame part 201 and the other film element 205 to the lower module frame part 202.
  • a module frame stack 300 is shown in FIGS. 14 to 17, which is formed from five module frames 200 stacked on top of one another and an upper plate 301 at the end with a connection device 303 and a lower plate 302 at the end with a connection device 304 .
  • the end top plate 301 and the end bottom plate 302 are arranged on the top of the top module frame 200 and on the bottom of the bottom module frame 200, respectively, in the stack of module frames 200 stacked on top of each other.
  • the two connection devices 303 and 304 serve to supply and remove cooling medium, with the two connection devices 303, 304 being connected to a corresponding coolant circuit.
  • the connection device 304 serves to supply coolant, while the connection device 303, which is arranged in the region of the upper end plate 301, serves to return or discharge coolant. Cold cooling medium thus flows into the module frame stack 300 via the lower connection device 304 , while heated cooling medium flows out of the module frame stack 300 via the upper connection device 303 .
  • the cooling medium whose flow path or direction is indicated by an arrow P1 in FIG. FIG. 16 shows the module frame stack 300 in a side view and the flow channels within it, the energy storage cell modules 1 with energy storage cells 3 flowing in parallel, so that a more uniform pressure distribution of the cooling medium in the module frame stack 300 is made possible.
  • the cooling medium passes through the respective flow channels 211 to 214 of the module frames 200 as it rises and flows over their respective receiving area 203 in the area of the flow ribs 210 provided there.
  • the individual flow channels 211 to 214 of the individual module frames 200 open into a flow channel 305 in the area of the upper connection device 303 and are supplied with cooling medium from a flow channel 306 in the area of the connection device 304.
  • the individual energy storage cell modules 1 can be removed from the module frame 200 through their lateral opening 219 without first draining the cooling medium, since the cooling medium can be removed from the energy storage cell modules 1 is separated. Furthermore, the energy storage cell modules 1 can also be easily supplied with electrolyte or replaced with electrolyte after they have been inserted into the respective module frames 200 and stacked to form the module frame stack 200 without the module frame stack 300 having to be separated for this purpose. As can be seen from FIG. 14, the connection devices 44, 45 of the individual energy storage cell modules are freely accessible from the outside, so that lines for supplying and removing electrolyte can be connected without any problems when the energy storage cell 3 is installed or removed. The energy storage cells 3 in the energy storage cell modules 1 can therefore be exchanged and regenerated at any time without any problems, so that the service life of the energy storage cells can be extended by regenerating them.
  • FIG. 18 shows an exploded view of an alternative embodiment of a module frame 200 with an energy storage cell module 100 .
  • the energy storage cell module 100 shown in FIGS. is designed as a so-called closed energy storage cell module, thus in the manner of a pouch cell.
  • this has no connection device 44, 45 for filling with electrolyte or emptying it. Rather, an energy storage cell 101 of the energy storage cell module 100 is completely accommodated in a pocket element 102 and the peripheral edge 103 of the pocket element 102 is completely closed all around.
  • the energy storage cell 101 is thus contained within pocket member 102 along with an electrolyte. Electrical contact elements or electrodes 104, 105 protrude from pocket element 102 on a narrow side 106 of energy storage cell module 100, as can be seen from FIGS. Since the peripheral edge 103 of the pocket element 102 is completely sealed, for example thermally by welding, including in the area of the two electrodes 104 and 105 protruding from the pocket element 102, no leakage of electrolyte is intended or to be feared there either.
  • the two electrodes 104, 105 serve as connection electrodes, with the negative electrode of the energy storage cell 101 inside the pocket element 102 being connected to one of the two electrodes 104, 105 and the positive electrode of the energy storage cell 101 being connected to the other (not shown in the figures).
  • the module frame 200 also has a module frame upper part 201 and a module frame lower part 202, which each have a receiving area 203a and 203b for receiving the energy storage cell module 100 on the inside.
  • the receiving areas 203a, 203b of the module frame upper part 201 and module frame lower part 202 or the entire receiving area 203 of the closed module frame 200 is also completely covered or lined by the film element 205, as has already been described above for Figures 9 to 13 and the module frame 200 there , in order to form the receiving region 203 in a media-tight manner in the direction of the energy storage cell module 100 to be received therein.
  • the film element 205 is attached to the inside 206 of the module frame upper part 201 or a corresponding film element 205 is media-tight on the inside 207 of the module frame lower part 202 of the module frame 200, in particular welded or applied there by back injection molding. Furthermore, the film element 205 on the outside 208 of the module frame upper part
  • the film element 205 is also in the embodiment of Module frame 200 according to FIG. 18 or 20 is a multi-layer composite film.
  • the joining layer which is to be connected to the material of the module frame 200 or its module frame top part 201 and its module frame bottom part 202 in a material-tight manner, can consist of a polyolefinic material, such as polypropylene.
  • a film element shaped into a pocket can also be inserted into an injection mold in this embodiment, the film element being overmoulded with the material of the module frame to form it.
  • the other features of the module frame 200 according to Figures 18 to 20 also correspond to the features of the module frame 200 according to Figures 9 to 13.
  • the module frame 200 also has devices for guiding the flow, here in the form of flow ribs 210, on its respective outside 208, 209.
  • the flow ribs 210 extend between flow channels 211, 212, 213, 214 arranged opposite one another in the edge area of the module frame 200. Cooling medium can flow in via the flow channels 211 to 214, which via the flow ribs 210 over the surface of the module frame 200 in the area of its receiving area 203 can continue to flow.
  • the cooling medium is used to cool the energy storage cell module 100 to be arranged within the receiving area 203.
  • Energy storage cell 101 of the energy storage cell module 100 resulting heat are dissipated.
  • the active area of the energy storage cell 101 can also be pressed by the cooling medium, since the cooling medium exerts pressure from the outside on the energy storage cell 101 within the energy storage cell module 100 . Hydraulic compression of the energy storage cell 101 via the cooling medium is thus also possible here. Due to the provision of the film element 205 is also at With this embodiment of the module frame there is no risk of the cooling medium reaching the energy storage cell module 100 or the energy storage cell 101 accommodated therein.
  • Two barrier layers are therefore also provided here between the cooling medium and the energy storage cell, namely film element 205 and pocket element 102, which is also formed from a film element, so that contact of the cooling medium with the electrolyte of energy storage cell 101 within energy storage cell module 100 is reliably prevented can be.
  • module frames 200 according to the embodiment according to FIGS. 18 and 20 can also be stacked one on top of the other to form a module frame stack 300, which then corresponds to the module frame stack 300 according to FIGS.
  • the only difference from the module frame stack 300 according to FIGS. 14 to 17 is that the energy storage cell modules 100 within the module frame 200 are not accessible from the outside. These cannot be removed laterally from the module frame stack 300 from the outside or inserted into it laterally, and it is also not possible or intended to connect lines for supplying and discharging electrolyte to the energy storage cell modules 100 .
  • the remaining structure of the module frame stack 300 with module frames 200 stacked therein, each containing at least one energy storage cell module 100, with all flow paths for supplying and discharging cooling medium corresponds to the module frame stack 300 according to Figures 14 to 17. Accordingly, with regard to the further features of the module frame stack 300, reference is made to these Figures and the above associated description of figures referred to Figures 14 to 17.
  • the energy storage cell modules 100 with energy storage cells 101 continue to flow in parallel, so that a more uniform pressure distribution of the cooling medium in the module frame stack 300 is made possible.
  • the cooling medium passes through the respective flow channels 211 to 214 of the module frames 200 and flows over their respective receiving area 203 in the area of the flow ribs 210 provided there.
  • the individual flow channels 211 to 214 of the individual module frames 200 continue to open into the flow channel 305 in the area of the upper connection device 303 and are supplied with cooling medium from the flow channel 306 in the area of the connection device 304 of the module frame stack 300 .
  • the pressure in the space between the module frame 200 and the energy storage cell modules 1 or 100 can be monitored. It is also possible, after connecting cooling medium lines for supplying and removing cooling medium to and from the module frame stack 300, to provide pressure and volume monitoring (in an expansion tank, not shown) in this cooling medium circuit in order to also be able to detect a possible leak.
  • the side view of the module frame stack 300 in Figure 17 shows that the two connection devices 303 and 304 of the module frame stack 300 are each arranged on the longitudinal sides of the module frame 200 and the energy storage cell modules 1 arranged in them, so that there is a clear spatial separation between the cooling medium connection devices and the Connection devices for supplying and removing electrolyte in or from the energy storage cells 3 or energy storage cell modules 1 are provided.
  • module frames with these and module frame stacks with a number of module frames with energy storage cell modules numerous others can be formed, in particular any combinations of the above-mentioned features, the energy storage cell modules being suitable for filling with and have at least one connection device in or on the at least one pocket element for exchanging electrolyte and/or for degassing the energy storage cell.
  • the module frames have at least one receiving area for receiving the at least one energy storage cell module, the receiving area being provided with at least one foil element in order to provide a media barrier with respect to the energy storage cell module to be arranged in the receiving area.
  • the module frame stack has at least one connection device for supplying cooling medium and at least one connection device for returning cooling medium and is provided with flow channels for cooling medium to flow around the energy storage cell modules arranged in the module frame for cooling or tempering them.

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Abstract

In an energy storage cell module (1), comprising at least one energy storage cell (3), containing at least one electrolyte, and at least one pocket element (2), the at least one energy storage cell (3) with the at least one electrolyte being received in the pocket element (2), at least one connection device (44, 45) is provided in or on the at least one pocket element (2) for the filling with and for the exchange of the at least one electrolyte and/or for the degassing of the energy storage cells (3). In a module frame (200) for receiving at least one energy storage cell module (1, 100), the module frame (200) has at least one receiving region (203, 203a, 203b) for receiving the at least one energy storage cell module (1, 100) and is provided with at least one film element (205) and is connected thereto in media-tight fashion, the at least one film element (205) surrounding the receiving region in media-tight fashion and forming a media barrier with respect to the at least one energy storage cell module (1, 100) to be received in the receiving region (203, 203a, 203b) of the module frame (200). A module frame stack (300) comprises a number of such module frames (200) with a number of energy storage cell modules (1, 100).

Description

Energiespeicherzellenmodul, Modulrahmen zur Aufnahme zumindest eines Energiespeicherzellenmoduls und Modulrahmenstapel, umfassend eine Anzahl solcher Modulrahmen Energy storage cell module, module frame for accommodating at least one energy storage cell module and module frame stack, comprising a number of such module frames
Die Erfindung betrifft ein Energiespeicherzellenmodul, umfassend zumindest eine Energiespeicherzelle, enthaltend zumindest einen Elektrolyt, und zumindest ein Taschenelement, wobei in dem Taschenelement die zumindest eine Energiespeicherzelle mit dem zumindest einen Elektrolyten aufgenommen ist, einen Modulrahmen zur Aufnahme zumindest eines Energiespeicherzellenmoduls sowie einen Modulrahmenstapel, umfassend eine Anzahl solcher Modulrahmen, die eine Anzahl von Energiespeicherzellenmodulen enthalten. The invention relates to an energy storage cell module, comprising at least one energy storage cell, containing at least one electrolyte, and at least one pocket element, wherein the at least one energy storage cell with the at least one electrolyte is accommodated in the pocket element, a module frame for accommodating at least one energy storage cell module, and a module frame stack, comprising a Number of such module frames that contain a number of energy storage cell modules.
Energiespeicherzellen sind im Stand der Technik beispielsweise in Form von Batteriezellen bekannt, wobei diese eine elektrochemisch aktive Zelle und eine Elektrolytfüllung umfassen. Beispiele hierfür sind Lithium-Ionen- und Lithium- Schwefel-Batteriezellen. Derartige Energiespeicherzellen bzw. Batteriezellen weisen insbesondere eine flache, ebene Form mit einer im Wesentlichen rechteckigen Grundfläche auf. Hierdurch besteht die Möglichkeit, die einzelnen Energiespeicherzellen bzw. Batteriezellen parallel nebeneinander oder übereinander zu stapeln. Sind Stapel mehrerer solcher Energiespeicherzellen vorgesehen, kann hierüber z.B. durch Reihenschaltung der Energiespeicherzellen die zur Verfügung stehende Spannung erhöht werden, was für verschiedenste Anwendungen, beispielsweise im Fahrzeugbereich, nützlich sein kann. Einerseits sind hierbei vergleichsweise fest miteinander in dem Stapel verbundene Energiespeicherzellen, andererseits sog. modulare Energiespeicherzellenstapel bekannt, bei denen einzelne Energiespeicherzellen modulartig in ein Gehäuse eingesetzt und aus diesem auch wieder gelöst und entnommen werden können. Energy storage cells are known in the prior art, for example in the form of battery cells, these comprising an electrochemically active cell and an electrolyte filling. Examples of this are lithium-ion and lithium-sulfur battery cells. Such energy storage cells or battery cells have, in particular, a flat, planar shape with an essentially rectangular base area. This makes it possible to stack the individual energy storage cells or battery cells in parallel next to one another or on top of one another. If stacks of several such energy storage cells are provided, the available voltage can be increased, e.g. by connecting the energy storage cells in series, which can be useful for a wide variety of applications, for example in the vehicle sector. On the one hand, energy storage cells that are comparatively firmly connected to one another in the stack and, on the other hand, so-called modular energy storage cell stacks are known in which individual energy storage cells can be inserted into a housing in a modular manner and can also be detached and removed from it again.
Die einzelnen Energiespeicherzellen bzw. Batteriezellen können in Form sog. Pouchzellen ausgebildet werden. Bei diesen ist ein Taschenelement vorgesehen, in dem die Energiespeicherzelle zusammen mit dem Elektrolyten aufgenommen ist. Die aktiven Komponenten der Energiespeicherzelle befinden sich dabei in dem Taschenelement, das in den bekannten Lösungen oftmals aus einer Kunststoff-Aluminium-Verbundfolie ausgebildet ist, deren Seitenränder thermisch miteinander verschweißt sind, um das Taschenelement zu verschließen. Aus dem Taschenelement ragen üblicherweise lediglich zwei Anschlusselektroden heraus, wobei an der einen die positive Elektrode der Energiespeicherzelle und an der anderen die negative Elektrode der Energiespeicherzelle innerhalb des Taschenelements angeschlossen ist. Die erforderliche elektrische Kontaktierung zwischen Anode bzw. Kathode und einer jeweiligen stromableitenden Folie im Innern der Energiespeicherzelle erfolgt beispielsweise durch Ultraschallschweißen der jeweiligen Anschlusselektrode mit den stromableitenden bzw. Elektrodenfolien. Ferner ist es bekannt, Druck auf die Energiespeicherzelle auszuüben, um die elektrochemischen Vorgänge und Kontaktierung zu unterstützen. Hierzu wird innerhalb des verschlossenen Taschenelementes ein Vakuum erzeugt, mittels dessen die Anode und Kathode der Energiespeicherzelle, wie der Batteriezelle, mit dazwischen angeordnetem Separator verpresst werden können. The individual energy storage cells or battery cells can be designed in the form of so-called pouch cells. In these, a pocket element is provided, in which the energy storage cell is accommodated together with the electrolyte. The active components of the energy storage cell are located in the pocket element, which in the known solutions is often made of a plastic-aluminum composite film, the side edges of which are thermally are welded together to close the bag member. Only two connection electrodes usually protrude from the pocket element, with the positive electrode of the energy storage cell being connected to one and the negative electrode of the energy storage cell being connected to the other within the pocket element. The required electrical contacting between the anode or cathode and a respective current-dissipating film inside the energy storage cell is carried out, for example, by ultrasonic welding of the respective connection electrode with the current-dissipating or electrode films. Furthermore, it is known to apply pressure to the energy storage cell in order to support the electrochemical processes and contacting. For this purpose, a vacuum is generated within the closed pocket element, by means of which the anode and cathode of the energy storage cell, such as the battery cell, can be pressed with the separator arranged in between.
Wie beispielsweise aus der WO 2011/069625 für Brennstoffzellen bekannt, kann das Gehäuse einer Brennstoffzelleneinheit eine Druckkammer bilden, in der eine Flüssigkeit oder ein Gas unter Druck gehalten wird. Die Brennstoffzellen liegen dabei in der Flüssigkeit, so dass beim Aufbau eines Überdrucks in der Druckkammer die Flüssigkeit den Druck auf die Polplatten der Brennstoffzellen überträgt, somit eine hydraulische Verpressung der Brennstoffzellen erfolgt. Hierbei wird der Innenraum eines Gehäuses zum Ausbilden einer unter Druck setzbaren Kammer mit einem Mittel verschlossen, das eine Tasche zur Aufnahme einer Brennstoffzelle oder Elektrolyseurzelle aufweist, wobei das Mittel im Bereich der Tasche flexibel ist und die Tasche in die Kammer hineinragt. Bei Erzeugen eines Überdrucks in der mit Flüssigkeit gefüllten Druckkammer legt sich die Taschenwandung an die in die Tasche eingesetzte Zelle an, so dass Druck auf die Polplatten der Zelle ausgeübt wird. Es erfolgt ein hydraulisches oder pneumatisches Verpressen der Zelle. Das Gehäuse ist zu einer Seite hin offen, wobei sich die Zelle von der offenen Seite des Gehäuses in das Gehäuse hinein erstreckt und die offene Seite des Gehäuses von einer die Zelle haltenden und/oder versorgenden Platte verschlossen wird. Zwischen dem Gehäuse und der Platte ist ein Dichtelement angeordnet, das die offene Seite des Gehäuses unter Ausbilden der Druckkammer flüssigkeitsdicht und/oder gasdicht verschließt. Das Dichtelement besteht aus einem elastischen Material und weist die sich in die Druckkammer erstreckende Tasche auf, in der die Zelle liegt und deren Taschenwandung durch das elastische Material flexibel ist, so dass die Taschenwandung bei Überdruck in der Druckkammer an der Zelle anliegt. Zum Tausch einer defekten Zelle verbleibt die Flüssigkeit in der Druckkammer, jedoch wird der Druck in der Kammer abgebaut. Im drucklosen Zustand kann die Zelle aus der Tasche des Dichtelements entnommen und gegen eine funktionsfähige ausgetauscht werden. As is known, for example, from WO 2011/069625 for fuel cells, the housing of a fuel cell unit can form a pressure chamber in which a liquid or a gas is kept under pressure. The fuel cells lie in the liquid, so that when excess pressure builds up in the pressure chamber, the liquid transfers the pressure to the pole plates of the fuel cells, thus hydraulically compressing the fuel cells. Here, the interior of a housing to form a pressurizable chamber is closed with a means that has a pocket for accommodating a fuel cell or electrolyzer cell, the means being flexible in the area of the pocket and the pocket protruding into the chamber. When an overpressure is generated in the pressure chamber filled with liquid, the pocket wall rests against the cell inserted into the pocket, so that pressure is exerted on the pole plates of the cell. The cell is pressed hydraulically or pneumatically. The housing is open to one side, the cell extending into the housing from the open side of the housing and the open side of the housing being closed by a cell supporting and/or supplying plate. A sealing element is arranged between the housing and the plate, which seals the open side of the housing in a liquid-tight and/or gas-tight manner, forming the pressure chamber. The sealing element consists of an elastic material and has the pocket extending into the pressure chamber, in which the cell lies and the pocket wall of which is flexible due to the elastic material, so that the pocket wall rests against the cell when there is overpressure in the pressure chamber. To replace a defective cell, the liquid remains in the pressure chamber, but the pressure in the chamber is reduced. In the depressurized state, the cell can be removed from the pocket of the sealing element and replaced with a functional one.
Gemäß der WO 2018/001543 A1 ist ferner eine Vorrichtung zur Umwandlung chemischer Energie in elektrische oder elektrischer Energie in chemische Energie bekannt, bei der eine elektrochemisch aktive, planare Zelle zwischen koaxialen Ringscheiben eines elektrisch isolierenden Trägerrahmens gehalten ist, durch den sich eine Versorgungsstruktur mit Kanälen für Prozessmedien zur Zelle erstreckt. An den beiden Seiten der Zelle liegt in axialer Richtung je ein freier Raumbereich vor, der durch eine der Ringscheiben in radialer Richtung begrenzt wird. Die Raumbereiche sind jeweils über einen Durchgang durch die entsprechende Ringscheibe zu einem Druckraum hin offen, wobei der Druckraum im Betrieb der Vorrichtung mit einem druckbeaufschlagten Medium gefüllt ist. Primärkanäle erstrecken sich in axialer Richtung quer zur Zelle durch die Ringscheiben, während Sekundärkanäle sich in einer radialen Ebene quer zur Achse der Zelle durch den Trägerrahmen erstrecken, wobei die Sekundärkanäle die Zelle mit den Primärkanälen verbinden. Die Zelle wird mit ihrem äußeren Randbereich an einem inneren Randbereich der Ringscheiben zwischen diesen gehalten. Zwischen dem äußeren Randbereich der Zelle und dem gegenüberliegenden inneren Randbereich der Ringscheiben sind Formdichtungen angeordnet. Die Zelle wird mittels Federelementen in axialer Richtung elektrisch kontaktiert, wobei die Federelemente jeweils eine Nachbarzelle oder einen elektrischen Anschluss an einem axialen Ende des Trägerrahmens elektrisch kontaktieren. Alle Ringscheiben können konzentrisch aufeinander gestapelt sein. Der Trägerrahmen ist zur Abdichtung der Zellen und der Versorgungsstruktur mittels eines sich achsparallel durch die Ringscheiben erstreckenden Zugankers axial mechanisch zusammengepresst. Aus der DE 693 30 527 T2 ist ein elektrochemisches Energieerzeugnissystem bekannt unter Verwendung von Metall-Luft-Zellen. Die Zellen haben jeweils eine flexible, zusammenlegbare Tasche mit einander gegenüberliegender erster und zweiter Wandung. Eine der Wandungen umfasst eine luftdurchlässige und elektrolytundurchlässige Luftkathode. Die Zelle weist ferner eine Metallanode auf, die sich in der Tasche befindet und von ihr umgeben ist und eine der Kathode gegenüberliegende erste Reaktionsseite aufweist. Die Zelle weist ferner einen Abstandshalter zwischen der Kathode und der Reaktionsseite der Anode auf zum Verhindern von Kontakten zwischen Anode und Kathode. Das Energieerzeugungssystem umfasst eine Einrichtung, um die entgegengesetzten Enden einer Reihe von zusammenlegbaren Zellen gegeneinander zu drücken und so die Anode und Kathode jeder Zelle gegeneinander zu pressen, so dass der Abstand zwischen der Innenseite der Kathode und der Reaktionsseite der Anode jeder Zelle während des Verbrauchs der Anode im Wesentlichen konstant bleibt. According to WO 2018/001543 A1, a device for converting chemical energy into electrical energy or electrical energy into chemical energy is also known, in which an electrochemically active, planar cell is held between coaxial annular discs of an electrically insulating support frame, through which a supply structure with channels for process media extends to the cell. On both sides of the cell there is a free spatial area in the axial direction, which is delimited in the radial direction by one of the ring disks. The space areas are each open to a pressure space via a passage through the corresponding ring disk, the pressure space being filled with a pressurized medium during operation of the device. Primary ducts extend in an axial direction transverse to the cell through the washers, while secondary ducts extend through the support frame in a radial plane transverse to the axis of the cell, the secondary ducts connecting the cell to the primary ducts. The cell is held between them with its outer edge area on an inner edge area of the annular discs. Molded seals are arranged between the outer edge area of the cell and the opposite inner edge area of the annular discs. The cell is electrically contacted in the axial direction by means of spring elements, the spring elements each electrically contacting a neighboring cell or an electrical connection at an axial end of the carrier frame. All ring disks can be stacked concentrically one on top of the other. To seal off the cells and the supply structure, the carrier frame is axially mechanically pressed together by means of a tie rod that extends axially parallel through the ring disks. An electrochemical energy production system using metal-air cells is known from DE 693 30 527 T2. The cells each have a flexible, collapsible pouch with opposed first and second walls. One of the walls includes an air-permeable and electrolyte-impermeable air cathode. The cell also includes a metal anode contained within and surrounded by the pocket and having a first reaction face opposite the cathode. The cell also includes a spacer between the cathode and the reaction side of the anode to prevent anode-cathode contacts. The power generation system includes means for urging the opposite ends of a series of collapsible cells toward one another, thereby forcing the anode and cathode of each cell toward one another so that the clearance between the inside of the cathode and the reaction side of the anode of each cell during consumption of the anode remains essentially constant.
Aus der DE 10 2018 207 003 A1 ist ferner eine Batteriezelle, insbesondere Lithium-Ionen-Batteriezelle, für ein Kraftfahrzeug bekannt, die ein Gehäuse, in dem ein Zellstapel aus zumindest zwei Elektroden und einem zwischen den Elektroden angeordneten Separator angeordnet ist, aufweist, wobei das Gehäuse zumindest abschnittsweise aus einer Folie gefertigt ist. Das Gehäuse weist einen im Wesentlichen formstabilen elektrisch nicht leitfähigen Rahmen auf, der den Zellstapel seitlich ringförmig umfasst und an seinen zwei offenen Stirnseiten durch jeweils eine elektrische leitfähige Folie, die mit einer der Elektroden elektrisch verbunden ist, verschlossen ist. DE 10 2018 207 003 A1 also discloses a battery cell, in particular a lithium-ion battery cell, for a motor vehicle which has a housing in which a cell stack composed of at least two electrodes and a separator arranged between the electrodes is arranged, wherein the housing is made at least in sections from a foil. The housing has a substantially dimensionally stable, electrically non-conductive frame, which laterally surrounds the cell stack in a ring shape and is closed at each of its two open end faces by an electrically conductive film which is electrically connected to one of the electrodes.
Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Energiespeicherzellenmodul, umfassend zumindest eine Energiespeicherzelle, enthaltend zumindest einen Elektrolyten, und zumindest ein Taschenelement, wobei in dem Taschenelement die zumindest eine Energiespeicherzelle und der zumindest eine Elektrolyt aufgenommen sind, einen Modulrahmen zur Aufnahme zumindest eines Energiespeicherzellenmoduls und einen Modulrahmenstapel mit einer Anzahl solcher Modulrahmen, die eine Anzahl von Energiespeicherzellenmodulen umfassen, vorzusehen, bei denen ein Elektrolytaustausch, ein Kühlen der Zelle und ein Verpressen von dieser möglich sind. The present invention is now based on the object of an energy storage cell module, comprising at least one energy storage cell, containing at least one electrolyte, and at least one pocket element, the at least one energy storage cell and the at least one electrolyte being accommodated in the pocket element, a module frame for accommodating at least one energy storage cell module and to provide a module frame stack with a number of such module frames comprising a number of energy storage cell modules, in which a Electrolyte exchange, cooling of the cell and pressing of this are possible.
Die Aufgabe wird für ein Energiespeicherzellenmodul nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass zum Befüllen mit dem und zum Austausch des zumindest einen Elektrolyten und/oder zum Entgasen der Energiespeicherzelle zumindest eine Anschlusseinrichtung in oder an dem zumindest einen Taschenelement vorgesehen ist. Für einen Modulrahmen zur Aufnahme zumindest eines Energiespeicherzellenmoduls wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass der Modulrahmen zumindest einen Aufnahmebereich zur Aufnahme des zumindest einen Energiespeicherzellenmoduls aufweist und mit zumindest einem Folienelement versehen und mit diesem mediendicht verbunden ist, wobei das zumindest eine Folienelement den Aufnahmebereich mediendicht umgibt und eine Medienbarriere gegenüber dem zumindest einen in dem Aufnahmebereich des Modulrahmens aufzunehmenden Energiespeicherzellenmodul bildet. Für einen Modulrahmenstapel, umfassend eine Anzahl solcher Modulrahmen, die ihrerseits jeweils zumindest ein Energiespeicherzellenmodul enthalten, wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass zumindest ein Anschlussverbinder für einen Zulauf von Kühlmedium, zumindest ein Anschlussverbinder für einen Rücklauf von Kühlmedium und Strömungskanäle zum Umströmen der in den Modulrahmen angeordneten Energiespeicherzellenmodule mit Kühlmedium vorgesehen sind. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert. The object is achieved for an energy storage cell module according to the preamble of claim 1 in that at least one connection device is provided in or on the at least one pocket element for filling with and replacing the at least one electrolyte and/or for degassing the energy storage cell. For a module frame for accommodating at least one energy storage cell module, the object is achieved in that the module frame has at least one accommodating area for accommodating the at least one energy storage cell module and is provided with at least one film element and is connected to it in a media-tight manner, with the at least one film element surrounding the accommodating area in a media-tight manner and forms a media barrier with respect to the at least one energy storage cell module to be accommodated in the accommodation area of the module frame. For a module frame stack, comprising a number of such module frames, which in turn each contain at least one energy storage cell module, the object is achieved in that at least one connection connector for an inlet of cooling medium, at least one connection connector for a return of cooling medium and flow channels for flowing around the in the module frame arranged energy storage cell modules are provided with cooling medium. Further developments of the invention are defined in the dependent claims.
Dadurch wird ein Energiespeicherzellenmodul geschaffen, das durch Vorsehen zumindest einer Anschlusseinrichtung in oder an dem zumindest einen Taschenelement mit Elektrolyt befüllt und hierüber auch von dem Elektrolyt entleert werden kann, um diesen auszutauschen und hierdurch die Lebensdauer der Energiespeicherzelle, insbesondere einer Batteriezelle, zu verlängern. Auch ein Entgasen des Inneren des Taschenelements kann über die zumindest eine Anschlusseinrichtung erfolgen, so dass dessen Aufblähen und ggf. Bersten hierdurch verhindert werden kann. Bei der Herstellung und Wartung der im Innern des Taschenelements angeordneten Energiespeicherzelle, wie Batteriezelle, kann über die zumindest eine Anschlusseinrichtung ein Befüllen und Austausch des Elektrolyten von außen, somit außerhalb des Taschenelements, vorgenommen werden. Dies verbessert deutlich die Fertigungs- bzw. Wartungsabläufe. Beispielsweise können eine erste Anschlusseinrichtung für einen Elektrolytzulauf und eine zweite Anschlusseinrichtung für einen Elektrolytablauf vorgesehen werden. Über die erste Anschlusseinrichtung, die dem Elektrolytzulauf dient, kann Elektrolyt in das Innere des Taschenelementes einströmen, während Elektrolyt aus dem Taschenelement durch die zweite Anschlusseinrichtung für den Elektrolytablauf wieder herausströmen kann. Die Energiespeicherzellen können über die zumindest eine Anschlusseinrichtung somit kontrolliert entgast und bei Bedarf im Service der Elektrolyt individuell ausgetauscht und somit die Lebensdauer der Energiespeicherzelle, wie Batteriezelle, verlängert werden. This creates an energy storage cell module that can be filled with electrolyte by providing at least one connection device in or on the at least one pocket element and can also be emptied of the electrolyte in order to replace it and thereby extend the service life of the energy storage cell, in particular a battery cell. The interior of the pocket element can also be degassed via the at least one connection device, so that its inflation and possibly bursting can be prevented as a result. During the manufacture and maintenance of the energy storage cell arranged inside the pocket element, such as a battery cell, the electrolyte can be filled and exchanged from the outside, ie outside the pocket element, via the at least one connection device will. This significantly improves the production and maintenance processes. For example, a first connection device for an electrolyte inlet and a second connection device for an electrolyte outlet can be provided. Electrolyte can flow into the interior of the pocket element via the first connection device, which is used for the electrolyte inlet, while electrolyte can flow out of the pocket element again through the second connection device for the electrolyte outlet. The energy storage cells can thus be degassed in a controlled manner via the at least one connection device and, if necessary, the electrolyte can be exchanged individually during service, and the service life of the energy storage cell, such as a battery cell, can thus be extended.
Vorteilhaft kann zumindest ein Rahmenelement die zumindest eine Energiespeicherzelle zumindest teilweise umgebend vorgesehen und zumindest teilweise in dem Taschenelement aufgenommen und mit diesem mediendicht verbunden sein, wobei die zumindest eine Anschlusseinrichtung an dem Rahmenelement vorgesehen ist. Das zumindest eine Rahmenelement kann dem zumindest einen Taschenelement eine größere Stabilität verleihen. Bei den bekannten Pouchzellen besteht nämlich die Problematik, dass es zu mechanischen Beschädigungen der Zelle kommen kann. Durch das Vorsehen des zumindest einen Rahmenelements, das zumindest teilweise in dem Taschenelement aufgenommen ist, erhält letzteres umfangseitige Stabilität. Das Rahmenelement erstreckt sich vorteilhaft vollständig umlaufend entlang dem Taschenelement und ist mit diesem umlaufend, zumindest teilweise im Bereich der Anschlusseinrichtung mediendicht verbunden. Zum Erzielen einer solchen mediendichten Verbindung ist das zumindest eine Taschenelement mit dem Rahmenelement vorteilhaft stoffschlüssig, beispielsweise durch Verschweißen oder Hinterspritzen des Taschenelementes, insbesondere eines Taschenelementunterteils, mit dem Rahmenelement verbunden. Durch das Anordnen, insbesondere Integrieren, der zumindest einen Anschlusseinrichtung an bzw. in dem Rahmenelement ist eine stabile Anordnung der Anschlusseinrichtung(en) an dem zumindest einen Taschenelement möglich. Ein Anschließen einer Leitung an einer solchen Anschlusseinrichtung zum Zuführen oder Abführen von Elektrolyt ist hierdurch gut und sicher möglich. Weiter vorteilhaft ist zumindest ein Ventilelement in oder an der zumindest einen Anschlusseinrichtung vorgesehen. Insbesondere ist es möglich, in die zumindest eine erste Anschlusseinrichtung für den Elektrolytzulauf ein Ventilelement zu integrieren und ebenfalls in die zumindest eine Anschlusseinrichtung für den Elektrolytablauf. Durch Vorsehen des zumindest einen Ventilelements ist es möglich, das Innere des zumindest einen Taschenelementes zu entgasen, ohne die Gefahr, dass über den oder die Anschlusseinrichtung(en) für den Zu- und Ablauf von Elektrolyt erneut Gas in das Innere des Taschenelementes des Energiespeicherzellenmoduls gelangt. At least one frame element can advantageously be provided at least partially surrounding the at least one energy storage cell and at least partially accommodated in the pocket element and connected to it in a media-tight manner, the at least one connection device being provided on the frame element. The at least one frame element can give the at least one pocket element greater stability. The problem with the known pouch cells is that the cell can be mechanically damaged. The provision of the at least one frame element, which is at least partially accommodated in the pocket element, provides the latter with peripheral stability. The frame element advantageously extends completely around the pocket element and is connected to it around the periphery, at least partially in the region of the connecting device, in a media-tight manner. To achieve such a medium-tight connection, the at least one pocket element is advantageously connected to the frame element in a materially bonded manner, for example by welding or back-injecting the pocket element, in particular a pocket element lower part, to the frame element. By arranging, in particular integrating, the at least one connection device on or in the frame element, a stable arrangement of the connection device(s) on the at least one pocket element is possible. A connection of a line to such a connection device for supplying or removing electrolyte is hereby easily and safely possible. At least one valve element is also advantageously provided in or on the at least one connection device. In particular, it is possible to integrate a valve element into the at least one first connection device for the electrolyte inlet and also into the at least one connection device for the electrolyte outlet. By providing the at least one valve element, it is possible to degas the interior of the at least one pocket element without the risk of gas again entering the interior of the pocket element of the energy storage cell module via the connection device(s) for the inflow and outflow of electrolyte .
Die zumindest eine Anschlusseinrichtung kann zum Spülen von dieser zum Verhindern von Medienrückständen im Bereich des Ventilelements und/oder im Bereich zumindest eines Dichtelements mit zumindest einem Anschlussabschnitt versehen sein. Hierüber können insbesondere nach einem Befüllvorgang des Energiespeicherzellenmoduls bzw. von dessen zumindest einem Taschenelement mit Elektrolyt Medienrückstände bzw. Elektrolytrückstände im Bereich des Ventilelements, aber auch im Bereich von einem oder mehreren Dichtelementen, die dort vorgesehen sind, entfernt werden. The at least one connection device can be provided with at least one connection section for flushing it to prevent media residues in the area of the valve element and/or in the area of at least one sealing element. This can be used to remove media residues or electrolyte residues in the area of the valve element, but also in the area of one or more sealing elements provided there, particularly after the energy storage cell module or its at least one pocket element has been filled with electrolyte.
Das zumindest eine Rahmenelement kann vorteilhaft zumindest einen keilförmigen Übergangsabschnitt umfassen, wobei das zumindest eine Taschenelement mit dem Rahmenelement im Bereich von dessen zumindest einen keilförmigen Übergangsabschnitt mediendicht, insbesondere stoffschlüssig, verbunden ist bzw. wird. Ein solcher keilförmiger Übergangsabschnitt ermöglicht eine besonders gute mediendichte Befestigung des Taschenelementes an diesem Teil des Rahmenelements und bietet einen geschützten Raum für das Anordnen von Strömungskanälen, die die Anschlusseinrichtung(en) mit dem Innern des Taschenelements verbinden. Die Anschlusseinrichtung(en) werden vorteilhaft in einem Abschnitt des Rahmenelements angeordnet, der breiter ausgebildet ist, um diese gegen Beschädigung zu schützen, so dass der keilförmige Übergangsabschnitt den Übergang zu den flacheren oder flachen Abschnitten des Rahmenelements bildet, die sich insbesondere entlang der Seiten des Taschenelements erstrecken. Das Rahmenelement kann insbesondere zwei Längsseitenrahmenteile und zwei diese miteinander verbindende Querseitenrahmenteile umfassen, die eine innere Aufnahmeöffnung zur Aufnahme der Energiespeicherzelle umrahmen. Ein mediendichtes stoffschlüssiges Verbinden des keilförmigen Übergangsabschnitts des Rahmenelements und des Taschenelements ermöglicht es, Leckagen in diesem Bereich zu vermeiden. Die Strömungskanäle dienen dem Zuströmen von Elektrolyt in Richtung der inneren Aufnahmeöffnung des Rahmenelements, in der die Energiespeicherzelle aufgenommen wird. The at least one frame element can advantageously comprise at least one wedge-shaped transition section, the at least one pocket element being connected to the frame element in a media-tight manner, in particular cohesively, in the region of its at least one wedge-shaped transition section. Such a wedge-shaped transition section enables the pocket element to be fastened to this part of the frame element particularly well in a media-tight manner and offers a protected space for arranging flow channels which connect the connection device(s) to the interior of the pocket element. The connection device(s) are advantageously arranged in a section of the frame element that is designed to be wider in order to protect them against damage, so that the wedge-shaped transition section forms the transition to the flatter or flat sections of the frame element, which are particularly along the sides of the Bag element extend. The frame element can in particular have two longitudinal side frame parts and two connecting them to one another Include transverse side frame members framing an interior receiving opening for receiving the energy storage cell. A medium-tight material connection of the wedge-shaped transition section of the frame element and the pocket element makes it possible to avoid leaks in this area. The flow channels are used for the inflow of electrolyte in the direction of the inner receiving opening of the frame element, in which the energy storage cell is received.
Scharfkantige Übergänge im Verbindungsbereich, insbesondere Schweißbereich, zwischen Rahmeneinheit und Taschenelement werden vorteilhaft vermieden, um ein Beschädigen des Folienmaterials des Taschenelements durch Spannungsspitzen zu verhindern. Sharp-edged transitions in the connection area, in particular the welding area, between the frame unit and the pocket element are advantageously avoided in order to prevent the film material of the pocket element from being damaged by stress peaks.
Durch das Vorsehen der zumindest einen Anschlusseinrichtung zur Zufuhr und Abfuhr von Elektrolyt an dem Energiespeicherzellenmodul kann eine geometrische Trennung von Elektroytanschluss und elektrischer Kontaktierung der Energiespeicherzelle geschaffen werden. By providing the at least one connection device for supplying and removing electrolyte on the energy storage cell module, a geometric separation of the electrolyte connection and electrical contacting of the energy storage cell can be created.
Das zumindest eine Rahmenelement besteht vorteilhaft aus zumindest einem polyolefinischen Material, wie Polypropylen. Zur Stabilitätssteigerung kann das zumindest eine Rahmenelement beispielsweise aus zumindest einem faserverstärkten Material, wie einem mit glasfaserverstärkten bzw. glasfasergefüllten polyolefinischen Material bestehen. Das zumindest eine Taschenelement kann vorteilhaft aus zumindest einer Mehrschichtverbundfolie, enthaltend zumindest eine Sperrschicht, insbesondere eine Sperrschicht aus Aluminium, zum Verhindern einer Diffusion von Elektrolytbestandteilen von innen nach außen und von Gasen und Feuchtigkeit von außen nach innen bestehen. Die Fügeschicht zu dem Rahmenelement kann aus einem zu deren Material kompatiblen Material, wie Polypropylen, bestehen. Bei Ausbilden des zumindest einen Rahmenelements aus einem polyolefinischen Material ist ein gutes mediendichtes stoffschlüssiges Verbinden des Taschenelements mit dem Rahmenelement möglich. Um eine Barrierewirkung in dem oder den stoffschlüssig verbundenen Bereich(en) zu erzielen, kann das zumindest eine Rahmenelement ferner in diesem Bereich/diesen Bereichen aus zumindest einem Barrierematerial, also einem Material mit Barriereeigenschaften, bestehen, insbesondere aus zumindest einem Material mit einer die Barriere- oder Sperrwirkung verbessernden Dotierung. Beispielsweise kann als ein Material mit Barriereeigenschaften PVDC (Polyvinylidenchlorid), BOPP (biaxial orientiertes Polypropylen), COC (Cycloolefin-Copolymer), HDPE (High Density Polyethylen), insbesondere mit einer die Barrierewirkung verbessernden Dotierung, wie einer Dotierung mit metallischen Additiven, oder zumindest eine Barrierebeschichtung, wie eine Metallisierung, vorgesehen werden. Durch das Vorsehen eines Materials mit Barriereeigenschaften kann eine Diffusion von Elektrolytbestandteilen und Wasserdampf im Bereich der Verbindungsbereiche von Taschenelement und Rahmeneinheit reduziert werden, um die Lebensdauer der Energiespeicherzelle zu verbessern. Das für die Herstellung des Rahmenelements verwendete Material, z.B. Polypropylen, kann zum Erzielen der Sperr- bzw. Barrierewirkung beispielsweise entsprechend dotiert werden/sein, z.B. mit einem metallischen Additiv. The at least one frame element advantageously consists of at least one polyolefinic material, such as polypropylene. To increase stability, the at least one frame element can consist, for example, of at least one fiber-reinforced material, such as a polyolefinic material that is reinforced with glass fibers or filled with glass fibers. The at least one pocket element can advantageously consist of at least one multilayer composite film containing at least one barrier layer, in particular a barrier layer made of aluminum, to prevent diffusion of electrolyte components from the inside to the outside and of gases and moisture from the outside to the inside. The joining layer to the frame element can consist of a material that is compatible with its material, such as polypropylene. If the at least one frame element is formed from a polyolefinic material, a good material-tight connection of the pocket element to the frame element is possible. In order to achieve a barrier effect in the materially connected area(s), the at least one frame element can also consist of at least one barrier material, i.e. a material with barrier properties, in this area/areas, in particular of at least one material with a barrier - or blocking effect improving doping. For example, as a material with barrier properties, PVDC (polyvinylidene chloride), BOPP (biaxially oriented polypropylene), COC (cycloolefin copolymer), HDPE (high density polyethylene), in particular with a doping that improves the barrier effect, such as doping with metallic additives, or at least a barrier coating, such as a metallization, can be provided. By providing a material with barrier properties, diffusion of electrolyte components and water vapor in the area of the connection areas of pocket element and frame unit can be reduced in order to improve the service life of the energy storage cell. The material used for the production of the frame element, eg polypropylene, can, for example, be appropriately doped to achieve the blocking or barrier effect, eg with a metallic additive.
Das zumindest eine Rahmenelement weist weiter vorteilhaft Strömungskanäle zum Durchströmen mit und Verteilen des Elektrolyten innerhalb des Taschenelements auf. Diese können beispielsweise entlang von Längsseitenrahmenteilen des Rahmenelements vorgesehen sein. Insbesondere kann der Durchströmungsquerschnitt der Strömungskanäle vom Einlauf in Richtung stromabwärts zunehmen. Durch die Strömungskanäle kann Elektrolyt gleichmäßig in dem Taschenelement verteilt werden, insbesondere unter Vorsehen eines stromabwärts größer werdenden Durchströmungsquerschnitts. The at least one frame element further advantageously has flow channels for the electrolyte to flow through and to be distributed within the pocket element. These can be provided, for example, along longitudinal side frame parts of the frame element. In particular, the flow cross section of the flow channels can increase from the inlet in the direction downstream. Electrolyte can be distributed uniformly in the pocket element through the flow channels, in particular with the provision of a flow cross section that becomes larger downstream.
Zur Strömungsführung des Elektrolyten durch Anoden- und Kathodenstapel der zumindest einen Energiespeicherzelle und zum Vermeiden von Leckageströmung zwischen Zu- und Rücklauf des Elektrolyten kann vorteilhaft zumindest ein Dichtelement vorgesehen sein. Das zumindest eine Dichtelement kann z.B. ein Dichtelement in Form eines niedrig schmelzenden Hotmelts sein. Das zumindest eine Dichtelement kann zusätzlich den Randbereich zwischen stromableitenden Anoden- und Kathodenfolien und dem Separator der zumindest einen Energiespeicherzelle abdichten und hierdurch zu einem sichereren Betrieb der Energiespeicherzelle führen. At least one sealing element can advantageously be provided to guide the flow of the electrolyte through the anode and cathode stack of the at least one energy storage cell and to avoid leakage flow between the inlet and outlet of the electrolyte. The at least one sealing element can be a sealing element in the form of a low-melting hotmelt, for example. The at least one sealing element can additionally the edge region between current-dissipating Seal anode and cathode foils and the separator of at least one energy storage cell and thereby lead to safer operation of the energy storage cell.
Zur gerichteten Druckentlastung der zumindest einen Energiespeicherzelle bzw. des zumindest einen Taschenelements kann zumindest ein Entgasungskanal, umfassend zumindest eine Sicherheitsventileinrichtung in das zumindest eine Rahmenelement integriert sein. Die Sicherheitsventileinrichtung kann beispielsweise eine Berstscheibe oder eine druckbegrenzende Barriereeinrichtung sein. Hierdurch ist eine gerichtete Druckentlastung der zumindest einen Energiespeicherzelle in einem Havariefall möglich. Auf der Außenseite des Energiespeicherzellenmoduls kann ein Sammelkanal vorgesehen, insbesondere dort aufgesteckt, werden oder sein, um ein Herausführen der unter Druck stehenden Gase aus dem Energiespeicherzellenmodul zu ermöglichen. At least one degassing channel, comprising at least one safety valve device, can be integrated into the at least one frame element for the targeted pressure relief of the at least one energy storage cell or the at least one pocket element. The safety valve device can be, for example, a bursting disc or a pressure-limiting barrier device. In this way, a directed pressure relief of the at least one energy storage cell is possible in the event of an accident. A collecting duct can be provided on the outside of the energy storage cell module, in particular plugged on there, in order to enable the pressurized gases to be discharged from the energy storage cell module.
Energiespeicherzellenmodule, wie die vorstehend beschriebenen sogenannten offenen Energiespeicherzellenmodule, oder auch geschlossene Energiespeicherzellenmodule in Form sogenannter Pouchzellen, die zumindest eine Energiespeicherzelle, enthaltend zumindest einen Elektrolyt, und zumindest ein Taschenelement umfassen, wobei in dem Taschenelement die zumindest eine Energiespeicherzelle mit dem zumindest einen Elektrolyten aufgenommen ist, werden in einem jeweiligen Modulrahmen aufgenommen. Mehrere solcher Modulrahmen können aufeinander gestapelt werden, um einen Modulrahmenstapel zu bilden. Die Modulrahmen dienen dazu, dass die Energiespeicherzellenmodule aufeinander gestapelt werden können. Ferner dienen die Modulrahmen dazu, ein Kühlen bzw. Oberflächenkühlen der Energiespeicherzellen zu ermöglichen, da ein Durchströmen der aufgestapelten Modulrahmen mit einem Kühlmedium möglich ist. Ein Kühlen der Energiespeicherzellen erweist sich zum Abführen von Wärme beim Laden und Entladen der Energiespeicherzellen als vorteilhaft. Ferner kann die zumindest eine Energiespeicherzelle durch Wärmezufuhr zum Erreichen einer geeigneten bzw. vorgebbaren Betriebstemperatur temperiert werden. Durch das Vorsehen des von dem zumindest einen Folienelement mediendicht umgebenen zumindest einen Aufnahmebereichs zur Aufnahme des Energiespeicherzellenmoduls in dem Modulrahmen kann das in diesem aufgenommene Energiespeicherzellenmodul mit Kühlmedium umströmt werden, ohne dass dieses mit Kühlmedium in Berührung kommt. Es ist somit eine jederzeitige Entnahme eines jeden Energiespeicherzellenmoduls, insbesondere im Service- oder Wartungsfall, ohne das Erfordernis eines Ablassens von Kühlmedium aus dem Modulrahmenstapel möglich. Durch das zumindest eine die Energiespeicherzelle umgebende Taschenelement und das zumindest eine Folienelement des Modulrahmens, das dessen Aufnahmebereich für das Energiespeicherzellenmodul umgibt, sind vorteilhaft zwei Barriereschichten zwischen Kühlmedium und Energiespeicherzelle zum Vermeiden eines Kontakts des Kühlmediums mit dem Elektrolyt vorgesehen. Energy storage cell modules, such as the so-called open energy storage cell modules described above, or also closed energy storage cell modules in the form of so-called pouch cells, which comprise at least one energy storage cell containing at least one electrolyte and at least one pocket element, the at least one energy storage cell with the at least one electrolyte being accommodated in the pocket element , are accommodated in a respective module frame. Several such module frames can be stacked on top of each other to form a module frame stack. The module frames serve to enable the energy storage cell modules to be stacked on top of one another. Furthermore, the module frames serve to enable cooling or surface cooling of the energy storage cells, since a cooling medium can flow through the stacked module frames. Cooling the energy storage cells has proven to be advantageous for dissipating heat when charging and discharging the energy storage cells. Furthermore, the temperature of the at least one energy storage cell can be controlled by supplying heat in order to achieve a suitable or predeterminable operating temperature. By providing the media-tight surrounded by the at least one film element at least A receiving area for receiving the energy storage cell module in the module frame allows cooling medium to flow around the energy storage cell module accommodated in this without it coming into contact with cooling medium. It is thus possible to remove each energy storage cell module at any time, in particular in the event of service or maintenance, without the need to drain cooling medium from the module frame stack. The at least one pocket element surrounding the energy storage cell and the at least one film element of the module frame, which surrounds its receiving area for the energy storage cell module, advantageously provide two barrier layers between the cooling medium and the energy storage cell to prevent the cooling medium from coming into contact with the electrolyte.
Durch das um das Energiespeicherzellenmodul herum strömende Kühlmedium kann ferner ein hydraulisches Verpressen der Energiespeicherzelle zum Verbessern der Kontaktierung von Anode, Kathode und der stromleitenden Anoden- und Kathodenfolien erfolgen, also der aktiven Bereiche der Energiespeicherzelle, wenn das Kühlmedium unter einem entsprechenden Druck dort ansteht. Es wird dabei sichergestellt, dass über den gesamten aktiven Bereich jeder Energiespeicherzelle der gleiche Anpressdruck aufgebracht wird. The cooling medium flowing around the energy storage cell module can also hydraulically compress the energy storage cell to improve the contacting of the anode, cathode and the current-conducting anode and cathode foils, i.e. the active areas of the energy storage cell, when the cooling medium is under a corresponding pressure there. It is thereby ensured that the same contact pressure is applied over the entire active area of each energy storage cell.
Eine Zufuhr und Abfuhr des Kühlmediums kann durch zumindest eine erste Anschlusseinrichtung und zumindest eine zweite Anschlusseinrichtung des Modulrahmenstapels erfolgen. Die zumindest eine erste Anschlusseinrichtung und die zumindest eine zweite Anschlusseinrichtung können in endseitigen Platten, die auf der Oberseite und der Unterseite des Modulrahmenstapels angeordnet werden können, vorgesehen sein. Innerhalb der Platten können Strömungskanäle zum gesammelten Zuleiten bzw. Ableiten des Kühlmediums zu der zweiten Anschlusseinrichtung bzw. von der ersten Anschlusseinrichtung ausgebildet sein. Strömungskanäle zum Umströmen der in den Modulrahmen angeordneten Energiespeicherzellenmodule mit Kühlmedium werden durch die übereinander gestapelten Modulrahmen hindurch innerhalb von diesen gebildet bzw. sind in diesen vorgesehen. An einem jeweiligen Modulrahmen kann zumindest eine Einrichtung zur Strömungsführung von Kühlmedium ausgebildet sein. Insbesondere können Geometrien zur Strömungsführung an dem Modulrahmen angespritzt sein. Hierdurch können die Strömungskanäle zum Umströmen der Energiespeicherzellenmodule mit Kühlmedium erzeugt werden. Somit ist es nicht mehr erforderlich, Kühlplatten zwischen den einzelnen in jeweiligen Taschenelementen aufgenommenen Energiespeicherzellen anzuordnen, um letztere zu kühlen, wie dies bei den bekannten in einem Gehäuse angeordneten Pouchzellen der Fall ist. Das Kühlmedium kann als wärmetransportierendes Hydraulikmedium dielektrisch ausgebildet sein, muss das jedoch nicht, da es nicht mit dem Elektrolyten der Energiespeicherzelle, wie Batteriezelle, in Berührung kommt. The cooling medium can be supplied and discharged through at least one first connection device and at least one second connection device of the module frame stack. The at least one first connection device and the at least one second connection device can be provided in end plates that can be arranged on the top and bottom of the module frame stack. Flow channels can be formed within the plates for the collective supply or discharge of the cooling medium to the second connection device or from the first connection device. Flow channels for the cooling medium to flow around the energy storage cell modules arranged in the module frames are formed through the module frames stacked on top of one another within them or are provided in them. At least one device for guiding the flow of cooling medium can be formed on a respective module frame. In particular, geometries for guiding the flow can be molded onto the module frame. In this way, the flow channels for the cooling medium to flow around the energy storage cell modules can be produced. It is therefore no longer necessary to arrange cooling plates between the individual energy storage cells accommodated in the respective pocket elements in order to cool the latter, as is the case with the known pouch cells arranged in a housing. As a heat-transporting hydraulic medium, the cooling medium can be designed to be dielectric, but it does not have to be, since it does not come into contact with the electrolyte of the energy storage cell, such as a battery cell.
Das zumindest eine Folienelement, das als Medienbarriere den Aufnahmebereich des Modulrahmens, in dem das Energiespeicherzellenmodul aufgenommen wird, umgibt, kann insbesondere ein Mehrschichtverbundfolienelement sein. Beispielsweise kann das zumindest eine Folienelement auf Basis polyolefinischer Materialkombination ausgebildet sein. The at least one foil element, which as a media barrier surrounds the receiving area of the module frame in which the energy storage cell module is received, can in particular be a multi-layer composite foil element. For example, the at least one film element can be formed on the basis of a polyolefinic material combination.
Der Modulrahmen kann mehrteilig, insbesondere zweiteilig, ausgebildet sein. Beispielsweise können zwei Gleichteile ausgebildet und aufeinandergefügt werden. Die Modulrahmenteile sind jeweils mit einem Folienelement im Bereich des Aufnahmebereichs versehen bzw. ausgekleidet, wobei das jeweilige Folienelement dort mediendicht mit dem Material des Modulrahmens verbunden ist. Das zumindest eine Folienelement kann mit dem Modulrahmen z.B. durch Verschweißen mediendicht stoffschlüssig verbunden sein. Ferner ist es möglich, dass der Modulrahmen einteilig um das zumindest eine Folienelement herum mediendicht gespritzt ist. Der Modulrahmen kann z.B. aus einer polyolefinischen Materialkombination bestehen, so dass ein mediendichtes stoffschlüssiges Verbinden mit dem Folienelement erfolgen kann. The module frame can be designed in multiple parts, in particular in two parts. For example, two identical parts can be formed and joined together. The module frame parts are each provided or lined with a film element in the area of the receiving area, with the respective film element being connected there to the material of the module frame in a media-tight manner. The at least one film element can be materially bonded to the module frame, e.g. by welding, in a media-tight manner. It is also possible for the module frame to be injection-molded in one piece around the at least one film element in a media-tight manner. The module frame can, for example, consist of a combination of polyolefinic materials, so that a media-tight material connection can be made with the film element.
Aus dem Modulrahmenstapel können die sogenannten offenen Energiespeicherzellenmodule einzeln entnommen werden. Die Anschlusseinrichtung(en) eines jeweiligen offenen Energiespeicherzellenmoduls sind daher in dem Modulrahmen vorteilhaft so angeordnet, dass sie nach dem Aufeinanderstapeln der Modulrahmen zum Ausbilden des Modulrahmenstapels von außen zugänglich bleiben. Hierdurch kann einerseits ein Entnehmen eines jeden der Energiespeicherzellenmodule aus dem Modulrahmenstapel und andererseits ein Befüllen und Entleeren der Energiespeicherzellenmodule mit/von Elektrolyt problemlos von außen, also außerhalb des Modulrahmenstapels, erfolgen. The so-called open energy storage cell modules can be removed individually from the module frame stack. The connecting device(s) of a respective open energy storage cell module are therefore advantageously arranged in the module frame in such a way that they remain accessible from the outside after the module frames have been stacked to form the module frame stack. As a result, each of the energy storage cell modules can be removed from the module frame stack and the energy storage cell modules can be filled and emptied with/of electrolyte from the outside, ie outside the module frame stack.
Die sogenannten geschlossenen Energiespeicherzellenmodule werden nicht entnehmbar in einem jeweiligen Modulrahmen aufgenommen, können also, im Unterschied zu den sogenannten offenen Enegiespeicherzellenmodulen, nicht in den Modulrahmen von außen durch eine im Modulrahmen gebildete Öffnung eingeschoben und aus diesem wieder entnommen werden, sondern liegen vom Modulrahmen insbesondere allseitig umschlossen in diesem. Hierdurch ist es möglich, im Vergleich zu den Modulrahmen zur Aufnahme der sogenannten offenen Energiespeicherzellenmodule, Platz in der Höhe zu sparen, so dass die Modulrahmenstapel, jedoch auch die Modulrahmen selbst niedriger gebaut sind oder werden können als die Modulrahmenstapel bzw. Modulrahmen für die sogenannten offenen Energiespeicherzellenmodule, die aus dem Modulrahmen durch eine entsprechende Öffnung entnehmbar und in diesen einschiebbar sind. Die mit der Öffnung versehenen Modulrahmen zur Aufnahme der sogenannten offenen Energiespeicherzellenmodule eigenen sich daher besonders in stationären Anwendungen z.B. in Häusern oder Anlagen, beispielsweise für die Speicherung von Solarstrom, während die Modulrahmen zur Aufnahme der sogenannten geschlossenen Energiespeicherzellenmodule, die diese also umgeben und kein Entnehmen der geschlossenen Energiespeicherzellenmodule aus dem Modulrahmen durch Weglassen einer seitlichen Öffnung vorgesehen ist, sich insbesondere für mobile Anwendungen eignen, beispielsweise im Automotivebereich. Dort ist der zur Verfügung stehende Platz üblicherweise geringer als in stationären Anwendungen, so dass sich die Verwendung der niedrigeren Modulrahmen, in denen die sogenannten geschlossenen Energiespeicherzellenmodule bzw. Pouchzellen aufgenommen sind, hier besonders eignet. Zum Detektieren einer Leckage kann zumindest eine Einrichtung zur Drucküberwachung oder zur Volumenüberwachung im Hinblick auf einen Flüssigkeitsverlust des Raums zwischen dem Modulrahmen und dem in diesem aufgenommenen zumindest einen offenen oder geschlossenen Energiespeicherzellenmodul und/oder des Kühlmediumkreislaufs durch den Modulrahmen und den Modulrahmenstapel hindurch vorgesehen sein. Bei Vorliegen eines Druckabfalls des Kühlmediumdrucks oder einer Volumenänderung im Kreislauf kann eine Leckage detektiert werden. In diesem Falle würde auch der hydraulische Druck auf die aktiven Bereiche der Energiespeicherzellen als Folge einer Leckage nachlassen, so dass deren Betriebsfähigkeit und -Sicherheit gefährdet würde. Dies kann durch die Einrichtung zur Druck- und Volumenüberwachung vermieden werden, indem die Energiespeicherzellen elektrisch getrennt werden. The so-called closed energy storage cell modules are not removably accommodated in a respective module frame, so in contrast to the so-called open energy storage cell modules, they cannot be inserted into the module frame from the outside through an opening formed in the module frame and removed from it again, but lie on all sides of the module frame in particular enclosed in this. This makes it possible to save space in height compared to the module frames for accommodating the so-called open energy storage cell modules, so that the module frame stacks, but also the module frames themselves, are or can be built lower than the module frame stacks or module frames for the so-called open Energy storage cell modules that can be removed from the module frame through a corresponding opening and inserted into it. The module frames provided with the opening for accommodating the so-called open energy storage cell modules are therefore particularly suitable in stationary applications, e.g. in houses or systems, for example for storing solar power, while the module frames for accommodating the so-called closed energy storage cell modules, which therefore surround them and cannot be removed closed energy storage cell modules from the module frame is provided by omitting a lateral opening, are particularly suitable for mobile applications, for example in the automotive sector. The space available there is usually less than in stationary applications, so that the use of the lower module frames, in which the so-called closed energy storage cell modules or pouch cells are accommodated, is particularly suitable here. To detect a leak, at least one device for pressure monitoring or for volume monitoring with regard to a loss of liquid in the space between the module frame and the at least one open or closed energy storage cell module accommodated in it and/or the cooling medium circuit through the module frame and the module frame stack can be provided. A leak can be detected if there is a pressure drop in the cooling medium pressure or a change in volume in the circuit. In this case, the hydraulic pressure on the active areas of the energy storage cells would also decrease as a result of a leak, so that their operability and safety would be endangered. This can be avoided by the pressure and volume monitoring device by electrically separating the energy storage cells.
Der Fertigungsablauf des Energiespeicherzellenmoduls kann beispielsweise folgendermaßen vorgesehen werden. In einem ersten Schritt kann zum Ausbilden des Taschenelements ein Mehrschichtfolienelement tiefgezogen werden, wobei zwei Teile vorgesehen werden, ein Unterteil und ein Oberteil. In einem zweiten Schritt kann das Unterteil des tiefgezogenen Taschenelements mit dem Rahmenelement hinterspritzt oder mit diesem im Bereich der Anschlusseinrichtung verschweißt bzw. stoffschlüssig verbunden werden. In einem dritten Schritt können die Ventilelemente an dem Rahmenelement bzw. den daran ausgebildeten Anschlusseinrichtungen montiert werden. In einem vierten Schritt kann der Elektrodenstapel mit Anschlusselektroden der Energiespeicherzelle in das Taschenelement-Unterteil eingelegt werden. In einem fünften Schritt kann zumindest ein Dichtelement zur Flüssigdichtung für den Elektrodenstapel in oder an dem Rahmenelement angeordnet werden. In einem sechsten Schritt können das Taschenelement-Oberteil und das Taschenelement- Unterteil, Anschlusselektroden und das Rahmenelement verschweißt bzw. stoffschlüssig verbunden werden. Nachfolgend können in einem siebten Schritt Kontakthalter außenseitig an den Anschlusselektroden des Elektrodenstapels montiert werden zum Ermöglichen eines Kontaktierens der Energiespeicherzelle. In einem achten Schritt können auf der Oberseite und/oder Unterseite der Energiespeicherzelle Rahmenteile montiert werden, die durch Verbinden untereinander oder durch Kleben oder Schweißen oder anderweitig stoffschlüssig mit dem Taschenelement-Oberteil und dem Taschenelement-Unterteil verbunden werden können. In einem neunten Schritt kann die Energiespeicherzelle evakuiert bzw. getrocknet werden. In einem zehnten Schritt kann Elektrolyt über die zumindest eine Anschlusseinrichtung mit den darin angeordneten Ventilelementen an dem Rahmenelement zugeführt werden. In einem elften Schritt kann die Energiespeicherzelle formiert bzw. entgast werden. In einem zwölften Schritt können die Ventilelemente geschlossen und über ihre Anschlussabschnitte gespült werden, um diese von Elektrolytresten zu befreien. The production sequence of the energy storage cell module can be provided as follows, for example. In a first step, a multi-layer film element can be thermoformed to form the pocket element, with two parts being provided, a lower part and an upper part. In a second step, the lower part of the deep-drawn pocket element can be back-injected with the frame element or welded or bonded to it in the area of the connecting device. In a third step, the valve elements can be mounted on the frame element or the connection devices formed thereon. In a fourth step, the electrode stack with connection electrodes of the energy storage cell can be inserted into the lower part of the pocket element. In a fifth step, at least one sealing element for liquid sealing for the electrode stack can be arranged in or on the frame element. In a sixth step, the upper part of the pocket element and the lower part of the pocket element, connecting electrodes and the frame element can be welded or bonded together. Subsequently, in a seventh step, contact holders can be mounted on the outside of the connection electrodes of the electrode stack to enable contacting of the energy storage cell. In an eighth step, frame parts can be mounted on the top and/or bottom of the energy storage cell by connecting can be connected to each other or by gluing or welding or otherwise cohesively with the pocket element upper part and the pocket element lower part. In a ninth step, the energy storage cell can be evacuated or dried. In a tenth step, electrolyte can be supplied to the frame element via the at least one connection device with the valve elements arranged therein. In an eleventh step, the energy storage cell can be formed or degassed. In a twelfth step, the valve elements can be closed and flushed through their connection sections in order to free them from electrolyte residues.
Zur näheren Erläuterung der Erfindung werden im Folgenden Ausführungsbeispiele von dieser näher anhand der Zeichnungen beschrieben. Diese zeigen in: For a more detailed explanation of the invention, exemplary embodiments of this are described in more detail below with reference to the drawings. These show in:
Figur 1 eine Seitenansicht einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen sogenannten offenen Energiespeicherzellenmoduls, FIG. 1 shows a side view of a first embodiment of a so-called open energy storage cell module according to the invention,
Figur 2 eine Draufsicht auf das Energiespeicherzellenmodul gemäß Figur 1 , Figur 3 eine perspektivische Detailansicht des Energiespeicherzellenmoduls gemäß Figur 1 und 2 im Bereich zweier Anschlusseinrichtungen, wobei außerhalb der einen von diesen ein darin einzufügendes Ventilelement gezeigt ist, 2 shows a top view of the energy storage cell module according to FIG. 1, FIG. 3 shows a perspective detailed view of the energy storage cell module according to FIGS.
Figur 4 eine perspektivische Explosionsansicht des Energiespeicherzellenmoduls gemäß Figur 1 und 2, FIG. 4 shows a perspective exploded view of the energy storage cell module according to FIGS. 1 and 2,
Figur 5 eine perspektivische Explosionsansicht eines erfindungsgemäßen Energiespeicherzellenmoduls mit zwei außenseitigen Rahmenteilen,FIG. 5 shows a perspective exploded view of an energy storage cell module according to the invention with two outside frame parts,
Figur 5a eine perspektivische Draufsicht einer erfindungsgemäßen Einheit aus einem Taschenelementunterteil, das mit einem erfindungsgemäßen Rahmenelement hinterspritzt ist, FIG. 5a shows a perspective plan view of a unit according to the invention made up of a pocket element lower part which is back-injected with a frame element according to the invention,
Figur 5b eine perspektivische Unteransicht der Einheit aus Taschenelementunterteil und Rahmenelement gemäß Figur 5a, Figur 6a eine perspektivische teilweise gebrochene Ansicht eines erfindungsgemäßen Rahmenelements des Energiespeicherzellenmoduls gemäß Figur 4 und 5 mit zwei Anschlusseinrichtungen, wobei eine geschnitten gezeigt ist und ein Ventilelement sowie zwei Anschlussabschnitte zum Spülen aufweist, Figur 6b eine teilweise geschnittene Ansicht des Rahmenelements gemäß Figur 6a im Bereich der mit dem Ventilelement versehenen Anschlusseinrichtung, 5b shows a perspective view from below of the unit made up of pocket element lower part and frame element according to FIG. 5a, FIG. 6a shows a perspective, partially broken view of a frame element according to the invention of the energy storage cell module according to FIGS Connection devices, one of which is shown in section and has a valve element and two connection sections for flushing, FIG. 6b shows a partially sectioned view of the frame element according to FIG. 6a in the area of the connection device provided with the valve element,
Figur 6c eine Detailschnittansicht des Rahmenelements gemäß Figur 6a in gegenüber der Ansicht gemäß Figur 6b um 90° versetzter Blickrichtung, FIG. 6c shows a detailed sectional view of the frame element according to FIG. 6a in a viewing direction offset by 90° compared to the view according to FIG. 6b,
Figur 7 eine Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Energiespeicherzellenmodul, enthaltend einen Entgasungskanal und eine Berstscheibe, FIG. 7 shows a top view of an energy storage cell module according to the invention, containing a degassing channel and a bursting disk,
Figur 7a eine Frontansicht des Energiespeicherzellenmoduls gemäß Figur 7, Figur 8 eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen sogenannten offenen Energiespeicherzellenmoduls, enthaltend einen Entgasungskanal und eine Barrierenaht, FIG. 7a shows a front view of the energy storage cell module according to FIG. 7, FIG.
Figur 8a eine Frontansicht des Energiespeicherzellenmoduls gemäß Figur 8, Figur 9 eine perspektivische Explosionsansicht eines erfindungsgemäßen Modulrahmens, enthaltend ein Oberteil und ein Unterteil, und eines erfindungsgemäßen sogenannten offenen Energiespeicherzellenmoduls, das in den Modulrahmen eingefügt werden soll, FIG. 8a shows a front view of the energy storage cell module according to FIG.
Figur 10 eine perspektivische Ansicht des aus Oberteil und Unterteil gemäß Figur 9 gebildeten erfindungsgemäßen Modulrahmens, FIG. 10 shows a perspective view of the module frame according to the invention formed from the upper part and lower part according to FIG. 9,
Figur 11 a eine Seitenansicht des Modulrahmenoberteils gemäß Figur 9, Figur 11 b eine Draufsicht auf das Modulrahmenoberteil gemäß Figur 9, Figur 11 c eine Unteransicht des Modulrahmenoberteils gemäß Figur 9, Figur 12 eine perspektivische Explosionsansicht des Modulrahmenoberteils gemäß Figur 9 und eines Folienelements, das dem Auskleiden eines Aufnahmebereichs zum Aufnehmen einesFigure 11a is a side view of the upper module frame part according to Figure 9, Figure 11b is a plan view of the upper module frame part according to Figure 9, Figure 11c is a bottom view of the upper module frame part according to Figure 9, Figure 12 is a perspective exploded view of the upper module frame part according to Figure 9 and a film element that Lining a receiving area for receiving a
Energiespeicherzellenmoduls dient, vor dessen Aufbringen auf den Aufnahmebereich, Energy storage cell module is used before its application to the receiving area,
Figur 13 eine Unteransicht des Modulrahmenoberteils gemäß Figur 12 in dem noch nicht mit dem Folienelement versehenen Zustand, Figur 14 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Modulrahmenstapels, enthaltend fünf übereinander gestapelte erfindungsgemäße Modulrahmen mit darin eingefügten erfindungsgemäßen Energiespeicherzellenmodulen sowie zwei Anschlussverbinder zum Verbinden des Modulrahmenstapels mit einem Kühlmediumkreislauf zum Zuführen und Abführen von Kühlmedium, FIG. 13 shows a bottom view of the upper part of the module frame according to FIG. 12 in the state in which the film element has not yet been provided, FIG. 14 shows a side view of a module frame stack according to the invention, containing five module frames according to the invention stacked on top of one another with energy storage cell modules according to the invention inserted therein and two connection connectors for connecting the module frame stack to a cooling medium circuit for supplying and discharging cooling medium,
Figur 15 eine Detailschnittansicht durch den Modulrahmenstapel gemäß Figur 14, mit Veranschaulichung des Kühlmediumströmungsweges für eine serielle Durchströmung des Modulrahmenstapels und der einzelnen Modulrahmen, FIG. 15 shows a detailed sectional view through the module frame stack according to FIG. 14, with an illustration of the coolant flow path for a serial flow through the module frame stack and the individual module frames,
Figur 16 eine schematische Längsschnittansicht durch den Modulrahmenstapel gemäß Figur 14 zur Veranschaulichung der Strömungskanäle für eine parallele Durchströmung des Inneren von diesem, FIG. 16 shows a schematic longitudinal sectional view through the module frame stack according to FIG. 14 to illustrate the flow channels for a parallel flow through the interior thereof,
Figur 17 eine Seitenansicht des Modulrahmenstapels gemäß Figur 14 mit Blick auf den für das Abführen von Kühlmedium vorgesehenen Anschlussverbinder, FIG. 17 shows a side view of the module frame stack according to FIG. 14 with a view of the connection connector provided for discharging cooling medium,
Figur 18 eine perspektivische Explosionszeichnung einer zweiten Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Modulrahmens mit darin aufzunehmendem sogenannten geschlossenen Energiespeicherzellenmodul, FIG. 18 shows a perspective exploded drawing of a second embodiment variant of a module frame according to the invention with a so-called closed energy storage cell module to be accommodated therein,
Figur 19 eine Draufsicht auf das sogenannte geschlossene Energiespeicherzellenmodul gemäß Figur 18, und FIG. 19 shows a plan view of the so-called closed energy storage cell module according to FIG. 18, and
Figur 20 eine Draufsicht auf das Modulrahmenunterteil des Modulrahmens gemäß Figur 18 mit darin eingefügtem Energiespeicherzellenmodul. FIG. 20 shows a plan view of the module frame lower part of the module frame according to FIG. 18 with an energy storage cell module inserted therein.
In den Figuren 1 und 2 ist ein Energiespeicherzellenmodul 1 gezeigt, das eine in einem Taschenelement 2 aufgenommene Energiespeicherzelle 3 umfasst. Die Energiespeicherzelle 3 kann beispielsweise eine Batteriezelle sein. Ferner ist im Inneren des Taschenelements 2 ein Elektrolyt vorgesehen, der allerdings in den Figuren 1 und 2 nicht zu sehen ist, ebensowenig wie Anode, Kathode, Separator und stromleitende Folie der Energiespeicherzelle 3. Das Energiespeicherzellenmodul 1 umfasst ferner eine Einheit 4. Einheit 4 umfasst, wie besser Figur 4, 5, 5a, 5b entnommen werden kann, ein umlaufendes Rahmenelement 140 und ein Taschenelementunterteil 21. Das Rahmenelement 140 umfasst zwei Längsseitenrahmenteile 40, 41 , die sich in Längsrichtung des Energiespeicherzellenmoduls 1 erstrecken, sowie zwei Querseitenrahmenteile 42, 43, die die Längsseitenrahmenteile 40, 41 miteinander verbinden und kürzer als diese ausgebildet sind. Die Längs- und Querseitenrahmenteile 40, 41 , 42, 43 umgrenzen eine innere Öffnung 143, in der die Energiespeicherzelle 3 aufgenommen wird. Der Querseitenrahmenteil 42 weist zwei Anschlusseinrichtungen 44, 45 auf, wie der Detailansicht in Figur 3 besonders gut entnommen werden kann, wobei die Anschlusseinrichtungen 44, 45 zum Zuführen von Elektrolyt und zum Abführen von diesem aus dem Energiespeicherzellenmodul heraus sowie zum Entgasen dienen. In die Anschlusseinrichtungen 44, 45 können Ventilelemente 46, wie eines davon beispielhaft in Figur 3 gezeigt ist, eingefügt werden. Hierüber kann insbesondere die Menge an Elektrolyt, die in das Energiespeicherzellenmodul 1 einströmt und aus diesem wieder herausströmt gesteuert werden. Das Energiespeicherzellenmodul 1 wird daher als sogenanntes offenes Energiespeicherzellenmodul bezeichnet. An energy storage cell module 1 is shown in FIGS. 1 and 2, which comprises an energy storage cell 3 accommodated in a pocket element 2 . The energy storage cell 3 can be a battery cell, for example. Furthermore, an electrolyte is provided inside the pocket element 2, which, however, cannot be seen in Figures 1 and 2, nor can the anode, cathode, separator and current-conducting foil of the energy storage cell 3. The energy storage cell module 1 also comprises a unit 4. Unit 4 comprises , as can be better seen in FIGS. 4, 5, 5a, 5b, a peripheral frame element 140 and a pocket element lower part 21. The frame element 140 comprises two longitudinal side frame parts 40, 41, which extend in the longitudinal direction of the energy storage cell module 1, and two transverse side frame parts 42, 43, which connect the longitudinal side frame parts 40, 41 to one another and are shorter than these. The longitudinal and transverse side frame parts 40, 41, 42, 43 define an inner opening 143 in which the energy storage cell 3 is accommodated. The transverse side frame part 42 has two connection devices 44, 45, as can be seen particularly clearly in the detailed view in FIG. Valve elements 46, such as one of which is shown in FIG. 3 as an example, can be inserted into the connecting devices 44, 45. In this way, in particular the amount of electrolyte that flows into the energy storage cell module 1 and flows out of it again can be controlled. The energy storage cell module 1 is therefore referred to as a so-called open energy storage cell module.
Wie ferner insbesondere Figur 3 entnommen werden kann, ist der Querseitenrahmenteil 42 im Bereich der beiden Anschlusseinrichtungen 44, 45 höher bzw. dicker ausgebildet und weist in Richtung zu den Längsseitenrahmenteilen 40, 41 einen keilförmigen Übergangsabschnitt 47 auf. Dieser ragt seitlich über die Erstreckung der Längsseitenrahmenteile 40, 41 hinaus, wie insbesondere den Figuren 2 und 3 entnommen werden kann. As can also be seen in particular from FIG. 3, the transverse side frame part 42 is designed higher or thicker in the area of the two connection devices 44, 45 and has a wedge-shaped transition section 47 in the direction of the longitudinal side frame parts 40, 41. This protrudes laterally beyond the extent of the longitudinal side frame parts 40, 41, as can be seen in particular from FIGS.
In Längsrichtung des Energiespeicherzellenmoduls 1 ragen über den Querseitenrahmenteil 43 zwei elektrische Kontaktelemente 5, 6 oder Elektroden hinaus. Diese dienen zum elektrischen Kontaktieren der Energiespeicherzelle 3 bzw. von deren stromleitenden Folien, die mit der Anode und der Kathode der Energiespeicherzelle 3 in stromübertragendem Kontakt stehen. Two electrical contact elements 5 , 6 or electrodes project beyond the transverse side frame part 43 in the longitudinal direction of the energy storage cell module 1 . These serve to electrically contact the energy storage cell 3 or its current-conducting foils, which are in current-transmitting contact with the anode and the cathode of the energy storage cell 3 .
Das in Figur 3 gezeigte Ventilelement 46 weist eine seitlich auskragende Verriegelungseinrichtung 146 auf, mittels derer ein Verriegeln in den beiden Anschlusseinrichtungen 44, 45 möglich ist. Die Verriegelungseinrichtung 146 greift dort in eine entsprechende Verriegelungsnut 144 bzw. 145 ein und kann hierüber in seiner Position fixiert werden. Durch Herausschwenken aus der Verriegelungsposition ist eine Entnahme des Ventilelementes 46 aus den Anschlusseinrichtungen 44, 45 möglich. The valve element 46 shown in FIG. 3 has a laterally projecting locking device 146, by means of which locking in the two connection devices 44, 45 is possible. The locking device 146 engages there in a corresponding locking groove 144 or 145 and can be fixed in its position. The valve element 46 can be removed from the connection devices 44, 45 by pivoting it out of the locking position.
Wie der Explosionsansicht in Figur 4 weiter entnommen werden kann, ist das Taschenelement 2 aus Taschenelementoberteil 20 und Taschenelementunterteil 21 gebildet. Taschenelementoberteil 20 und Taschenelementunterteil 21 werden mit dem Rahmenelement 140 mediendicht verbunden, um einen Austritt von Elektrolyt sicher vermeiden zu können. Wie der Draufsicht auf das Energiespeicherzellenmodul 1 in Figur 2 entnommen werden kann, ist außenseitig umlaufend um die Energiespeicherzelle 3 eine Verbindungsnaht 7 vorgesehen. Im Bereich des keilförmigen Übergangsabschnitts 47 liegt das Taschenelementoberteil 20 auf der Oberseite von diesem auf und das Taschenelementunterteil 21 auf der Unterseite von diesem auf, wie in Figur 3 zu sehen. Beide sind mit dem keilförmigen Übergangsabschnitt 47 des Querseitenrahmenteils 42 stoffschlüssig mediendicht verbunden. Die stoffschlüssige Verbindung entlang der Verbindungsnaht 7 zwischen dem Taschenelementoberteil 20 und der Oberseite des keilförmigen Übergangsabschnitts 47 kann insbesondere durch Verschweißen erfolgen. Die stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Taschenelementunterteil 21 und der Unterseite des keilförmigen Übergangsabschnitts 47 kann insbesondere durch Hinterspritzen des Taschenelementunterteils 21 mit dem Rahmenelement 140 erfolgen. As can also be seen from the exploded view in FIG. 4, the pocket element 2 is formed from the upper part 20 of the pocket element and the lower part 21 of the pocket element. Bag element upper part 20 and bag element lower part 21 are connected to the frame element 140 in a media-tight manner in order to be able to reliably prevent electrolyte from escaping. As can be seen from the plan view of the energy storage cell module 1 in FIG. 2, a connecting seam 7 is provided on the outside surrounding the energy storage cell 3 . In the region of the wedge-shaped transition section 47, the upper part 20 of the pocket element rests on the upper side of it and the lower part 21 of the pocket element rests on the lower side thereof, as can be seen in FIG. Both are materially connected to the wedge-shaped transition section 47 of the transverse side frame part 42 in a media-tight manner. The integral connection along the connecting seam 7 between the upper part of the bag element 20 and the upper side of the wedge-shaped transition section 47 can take place in particular by welding. The integral connection between the pocket element lower part 21 and the underside of the wedge-shaped transition section 47 can be achieved in particular by back-injection molding of the pocket element lower part 21 with the frame element 140 .
Ein Detailaufbau des sogenannten offenen Energiespeicherzellenmoduls 1 ist in Figur 5 veranschaulicht. Demgemäß umfasst das Energiespeicherzellenmodul 1 außer dem Rahmenelement 140, das aus den beiden Längsseitenrahmenteilen 40, 41 und den beiden Querseitenrahmenteilen 42, 43 gebildet ist, u.a. auch noch ein Rahmenteil 141 und ein Rahmenteil 142. Als weitere Komponenten umfasst das Energiespeicherzellenmodul 1 ferner noch zwei Dichtelemente 8, 9, die im Bereich der beiden Querseitenrahmenteile 42, 43 des Rahmenelements 140 zur Flüssigkeitsdichtung angeordnet werden. Zum Aufnehmen der beiden elektrischen Kontaktelemente 5, 6 der Energiespeicherzelle 3 ist ferner ein Kontakthalter 10 vorgesehen. Für die Herstellung des Energiespeicherzellenmoduls 1 gemäß Figur 5 werden zunächst die insbesondere Mehrschichtverbund-Folienelemente zum Erzeugen von Taschenelementoberteil 20 und Taschenelementunterteil 21 tiefgezogen, um die gewünschte Formgebung, wie sie den Figuren 4 und 5 entnommen werden kann, auszubilden. Das Taschenelementunterteil 21 wird nachfolgend mit dem Rahmenelement 140 hinterspritzt oder in einem separaten Fügeverfahren verschweißt, somit die Einheit 4 aus Taschenelementunterteil 21 und Rahmenelement 140 hergestellt. Die Einheit 4 aus mit dem Rahmenelement 140 hinterspritzten Taschenelementunterteil 21 ist den Figuren 5a und 5b zu entnehmen. In einem weiteren Schritt wird die Energiespeicherzelle 3 mit an dieser angeschweißten elektrischen Kontaktelementen 5, 6 in das Rahmenelement 140 eingelegt. Die beiden Dichtelemente 8, 9 zur Flüssigkeitsdichtung bzw. zum Abdichten des Elektrodenstapels der Energiespeicherzelle 3 werden ebenfalls in dem Rahmenelement 140 angeordnet. Nachfolgend wird in einem weiteren Schritt das Taschenelementoberteil 20 mit dem Taschenelementunterteil 21 mit Rahmenelement 140 und elektrischen Kontaktelementen bzw. Elektroden 5, 6 stoffschlüssig verbunden. In einem weiteren Schritt werden der Kontakthalter 10 und Rahmenteil 141 und Rahmenteil 142 montiert. Die Rahmenteile 141 und 142 werden nach dem Verschweißen der Energiespeicherzelle auf der Ober- und Unterseite montiert. Sie dienen der Stabilisierung und Führung in einem Modulrahmen 200, wie er Figur 9 und 10 zu entnehmen ist. In einem weiteren Schritt wird die Energiespeicherzelle 3 evakuiert bzw. getrocknet. Dies kann über zumindest eine der beiden Anschlusseinrichtungen 44, 45 erfolgen, da diese mit dem Inneren 22 des aus Taschenelementoberteil 20 und Taschenelementunterteil 21 gebildeten Taschenelements 2 und somit mit der Energiespeicherzelle 3, gasverbunden sind. Die Verbindung erfolgt beispielsweise über einen Strömungskanal 48, wie er beispielhaft in Figur 6a und 6b gezeigt ist. Nach dem Evakuieren bzw. Trocknen der Energiespeicherzelle 3 wird Elektrolyt über die beiden Anschlusseinrichtungen 44, 45, z.B. nur über die Anschlusseinrichtung 44, mit den darin angeordneten Ventilelementen 46 in das Innere 22 des Taschenelementes 2 des Energiespeicherzellenmoduls 1 zugeführt. Nachfolgend kann die Energiespeicherzelle 3 entgast, z.B. über die Anschlusseinrichtung 45, und nachfolgend die Ventilelemente 46 geschlossen werden. Ein Spülen der Ventilelemente 46 erfolgt bei geschlossenen Ventilelementen 46 durch Anschlussabschnitte 45a, 45b an der Oberseite und der Unterseite der Anschlusseinrichtung 45 bzw. Anschlussabschnitte 44a, 44b an der Ober- und der Unterseite der Anschlusseinrichtung 44. Durch das Spülen können Elektrolytreste aus den Ventilelementen entfernt werden. Den Figuren 6a bis 6c kann jeweils der Detailbereich des jeweiligen Rahmenelements 140 mit den Ventilelementen 46 entnommen werden, wobei die Ventilelemente 46 geschlossen sind und durch Pfeile P2 (siehe Figuren 6b, 6c) die Spülrichtung angedeutet ist. Das Spülen erfolgt im Innern der Ventilelemente 46 in einem Ringspalt um einen inneren Ventilkörper 460 herum, wie Figur 6c entnommen werden kann. A detailed structure of the so-called open energy storage cell module 1 is illustrated in FIG. Accordingly, in addition to the frame element 140, which is formed from the two longitudinal side frame parts 40, 41 and the two transverse side frame parts 42, 43, the energy storage cell module 1 also includes a frame part 141 and a frame part 142. As further components, the energy storage cell module 1 also has two sealing elements 8, 9, which are arranged in the area of the two transverse side frame parts 42, 43 of the frame element 140 for liquid sealing. To accommodate the two electrical contact elements 5, 6 of the energy storage cell 3, a contact holder 10 is also provided. For the production of the energy storage cell module 1 according to FIG. 5, the multilayer composite film elements in particular for producing the upper part 20 of the pocket element and the lower part 21 of the pocket element are first deep-drawn in order to form the desired shape, as can be seen in FIGS. The pocket element lower part 21 is subsequently back-injected to the frame element 140 or welded in a separate joining process, thus producing the unit 4 made up of the pocket element lower part 21 and the frame element 140 . The unit 4 consisting of the pocket element lower part 21 back-injected with the frame element 140 can be seen in FIGS. 5a and 5b. In a further step, the energy storage cell 3 is inserted into the frame element 140 with the electrical contact elements 5, 6 welded thereto. The two sealing elements 8 , 9 for liquid sealing or for sealing the electrode stack of the energy storage cell 3 are also arranged in the frame element 140 . Subsequently, in a further step, the pocket element upper part 20 is cohesively connected to the pocket element lower part 21 with frame element 140 and electrical contact elements or electrodes 5, 6. In a further step, the contact holder 10 and frame part 141 and frame part 142 are assembled. The frame parts 141 and 142 are mounted on the top and bottom after the energy storage cell has been welded. They are used for stabilization and guidance in a module frame 200, as can be seen in FIGS. In a further step, the energy storage cell 3 is evacuated or dried. This can be done via at least one of the two connection devices 44, 45, since these are gas-connected to the interior 22 of the pocket element 2 formed from the pocket element upper part 20 and pocket element lower part 21 and thus to the energy storage cell 3. The connection takes place, for example, via a flow channel 48, as is shown by way of example in FIGS. 6a and 6b. After the energy storage cell 3 has been evacuated or dried, electrolyte is fed into the interior 22 of the pocket element 2 of the energy storage cell module 1 via the two connection devices 44 , 45 , eg only via the connection device 44 with the valve elements 46 arranged therein. The energy storage cell 3 can then be degassed, for example via the connection device 45, and subsequently the valve elements 46 are closed. When the valve elements 46 are closed, the valve elements 46 are flushed through connection sections 45a, 45b on the top and bottom of the connection device 45 or connection sections 44a, 44b on the top and bottom of the connection device 44. Flushing can remove electrolyte residues from the valve elements will. The detailed region of the respective frame element 140 with the valve elements 46 can be seen in FIGS. 6a to 6c, the valve elements 46 being closed and the flushing direction being indicated by arrows P2 (see FIGS. 6b, 6c). Flushing takes place inside the valve elements 46 in an annular gap around an inner valve body 460, as can be seen in FIG. 6c.
In Figur 6a ist das Rahmenelement 140 mit den Anschlusseinrichtungen 44, 45 gezeigt. Insbesondere der geschnittenen Ansicht der Anschlusseinrichtung 45 in Figur 6a bzw. der Anschlusseinrichtung 44 in Figur 6b kann deren Aufnahmeöffnung 147 zum Aufnehmen des Ventilelementes 46 entnommen werden, wobei sich der jeweilige Strömungskanal 48 von der Aufnahmeöffnung 147 weg in Richtung des Längsseitenrahmenteils 40 bzw. 41 (siehe Figur 6c) erstreckt. Die beiden Längsseitenrahmenteile 40, 41 weisen jeweils eine Verteilgeometrie in Form von Strömungskanälen 49 auf, z.B. in Form von Schlitzen bzw. Nuten, um den einströmenden Elektrolyt zum gleichmäßigen Befüllen des Inneren des Taschenelementes 2 gleichmäßig in die innere Öffnung 143 des Rahmenelements 140 hinein verteilen zu können. Die Strömungsgeometrie der Strömungskanäle 49 kann zum Erzielen einer gleichmäßigeren Elektrolytverteilung stromabwärts variabel gestaltet werden. Beispielsweise kann der Durchströmungsquerschnitt der Strömungskanäle 48, 49 vom Einlauf in Richtung stromabwärts zunehmen. Dies ist allerdings in Figur 6a und 6b nicht zu sehen. The frame element 140 with the connecting devices 44, 45 is shown in FIG. 6a. In particular, the sectional view of the connecting device 45 in FIG. 6a or the connecting device 44 in FIG. see Figure 6c). The two longitudinal side frame parts 40, 41 each have a distribution geometry in the form of flow channels 49, e.g. in the form of slots or grooves, in order to distribute the inflowing electrolyte evenly into the inner opening 143 of the frame element 140 for evenly filling the interior of the bag element 2 be able. The flow geometry of the flow channels 49 can be designed to be variable downstream in order to achieve a more uniform distribution of electrolyte. For example, the flow cross section of the flow channels 48, 49 can increase from the inlet in the direction downstream. However, this cannot be seen in FIGS. 6a and 6b.
Die Anschlusseinrichtung 44 kann beispielsweise zur Zufuhr von Elektrolyt dienen und die Anschlusseinrichtung 45 zur Abfuhr, also für den Rücklauf, aus dem Inneren 22 des Taschenelements 2 heraus vorgesehen werden. Gerade für einen Tausch des Elektrolyten kann ein solcher Rücklauf verwendet werden. Die Zufuhr von neuem Elektrolyt kann nach dem Entleeren des Energiespeicherzellenmoduls 1 bei einem Tausch des Elektrolyten im Rahmen einer Wartung zur Verlängerung der Lebensdauer der Energiespeicherzelle 3 über die Anschlusseinrichtung 44 erfolgen. The connection device 44 can be used, for example, to supply electrolyte and the connection device 45 can be provided for the discharge, ie for the return, from the interior 22 of the pocket element 2 . Such a return flow can be used especially for an exchange of the electrolyte. New electrolyte can be supplied after the energy storage cell module has been emptied 1 when replacing the electrolyte as part of maintenance to extend the service life of the energy storage cell 3 via the connection device 44.
Um in einem Havariefall das sich im Innern des Energiespeicherzellenmoduls 1 bildende Gas gerichtet aus dem Innern 22 des Taschenelements 2 herausleiten zu können und hierdurch für eine gerichtete Druckentlastung der Energiespeicherzelle 3 zu sorgen, sind in den Figuren 7, 7a und 8, 8a zwei Möglichkeiten für Sicherheitsventileinrichtungen gezeigt. In Figur 7 umfasst die Sicherheitsventileinrichtung eine Berstscheibe 13 in einem Entgasungskanal 12. Außenseitig an dem Querseitenrahmenteil 42 des Rahmenelements 140 ist eine Entgasungsanschlusseinrichtung 14 angeordnet. Der Entgasungskanal 12, in dessen Verlauf die Berstscheibe 13 angeordnet ist, mündet in die Entgasungsanschlusseinrichtung 14, so dass bei deren Öffnen ein Entgasen möglich ist. Bei der Ausführungsvariante nach Figur 8 ist ebenfalls ein Entgasungskanal 15 vorgesehen, der sich ebenso wie der Entgasungskanal 12 in dem Querseitenrahmenteil 42 erstreckt. Als Sicherheitsventileinrichtung ist eine Barrierenaht 16 vorgesehen, die sich zwischen dem Entgasungskanal 15 und dem Innern 22 des Taschenelements 2 erstreckt. Die Barrierenaht 16 dient hier als druckbegrenzende Barriere und ist ebenfalls in das Querseitenrahmenteil 42 des Rahmenelements 140 integriert. Mit dem Entgasungskanal 15 ist auch bei dieser Ausführungsvariante eine Entgasungsanschlusseinrichtung 17 verbunden, die ebenfalls auf der Außenseite des Querseitenrahmenteils 42 angeordnet ist. Ferner ist es möglich, einen Sammelkanal außenseitig auf das Rahmenelement 140 des Energiespeicherzellenmoduls 1 aufzustecken, um hierüber einen Gasaustritt in die Umgebung zu ermöglichen, anstelle des Vorsehens der Entgasungsanschlusseinrichtung 14 bzw. der Entgasungsanschlusseinrichtung 17. In order to be able to direct the gas forming inside the energy storage cell module 1 out of the interior 22 of the pocket element 2 in the event of an accident and thereby ensure a directed pressure relief of the energy storage cell 3, two options are shown in Figures 7, 7a and 8, 8a Safety valve devices shown. In FIG. 7, the safety valve device comprises a bursting disc 13 in a degassing channel 12. A degassing connection device 14 is arranged on the outside of the transverse side frame part 42 of the frame element 140. The degassing channel 12, in the course of which the bursting disk 13 is arranged, opens into the degassing connection device 14, so that degassing is possible when it is opened. In the embodiment variant according to FIG. 8, a degassing channel 15 is also provided, which, like the degassing channel 12, extends in the transverse side frame part 42. A barrier seam 16 is provided as a safety valve device and extends between the degassing channel 15 and the interior 22 of the bag element 2 . The barrier seam 16 serves here as a pressure-limiting barrier and is also integrated into the transverse side frame part 42 of the frame element 140 . In this embodiment variant, too, a degassing connection device 17 is connected to the degassing channel 15 , which is also arranged on the outside of the transverse side frame part 42 . It is also possible to attach a collecting duct to the outside of the frame element 140 of the energy storage cell module 1 in order to allow gas to escape into the environment instead of providing the degassing connection device 14 or the degassing connection device 17.
Die einzelnen Rahmen-Komponenten, also das Rahmenelement 140 und die beiden Rahmenteile 141 , 142, der Energiespeicherzelle 3 bzw. des Energiespeicherzellenmoduls 1 können beispielsweise aus einem polyolefinischen Material, wie Polypropylen, bestehen. Um die Stabilität der Energiespeicherzelle 3 mit Rahmenelement 140 zu verbessern, kann ein faserverstärkter Kunststoff, wie beispielsweise ein mit Glasfaser gefüllter polyolefinischer Kunststoff, verwendet werden. Zum Ausbilden des Taschenelements 2 bzw. von Taschenelementoberteil 20 und Taschenelementunterteil 21 kann eine Mehrschichtverbundfolie, die zumindest eine Sperrschicht, wie beispielsweise eine Sperrschicht aus Aluminium, umfasst, vorgesehen werden, um durch die Sperrschicht die Diffusion von Elektrolytbestandteilen von innen nach außen und von Gasen bzw. Feuchtigkeit von außen nach innen in das Innere 22 des Taschenelements 2 zu verhindern. Auch das Rahmenelement 140 kann zum Erzielen einer verbesserten Barriere- bzw. Sperrwirkung aus einem Material mit Barriereeigenschaften bzw. Barrierematerial bestehen. Zum Erzielen einer solchen Barrierewirkung kann das Barrierematerial eine entsprechende Dotierung aufweisen. Beispielsweise kann Polypropylen (PP) mit darin dispergierten Nanopartikeln als Barrierematerial verwendet werden oder Polyvinylidenchlorid (PVDC), biaxial orientiertem Polypropylen (BOPP), Cycloolefin-Copolymer (COC), High Density Polyethylen (HDPE), insbesondere mit einer die Barrierewirkung verbessernden Dotierung, wie einer Dotierung mit metallischen Additiven. Ebenfalls kann zumindest eine Barrierebeschichtung, wie zumindest eine Metallisierung, vorgesehen werden. Um eine gute stoffschlüssige Verbindung zwischen Taschenelementoberteil 20 und Taschenelementunterteil 21 und Rahmenelement 140 erzielen zu können, kann die jeweilige Fügeschicht der Mehrschichtverbundfolie des Taschenelements 2 aus einem entsprechend kompatiblen Material bestehen, z.B. aus Polypropylen, wenn das Rahmenelement 140 aus Polypropylen besteht. The individual frame components, ie the frame element 140 and the two frame parts 141, 142, of the energy storage cell 3 or of the energy storage cell module 1 can consist of a polyolefinic material such as polypropylene, for example. In order to improve the stability of the energy storage cell 3 with frame element 140, a fiber reinforced plastic such as a glass fiber filled polyolefinic plastic can be used. To form pocket element 2 or pocket element upper part 20 and pocket element lower part 21, a multi-layer composite film comprising at least one barrier layer, such as a barrier layer made of aluminum, can be provided in order to prevent the diffusion of electrolyte components from the inside to the outside and of gases or To prevent moisture from entering the interior 22 of the bag member 2 from the outside in. The frame element 140 can also consist of a material with barrier properties or barrier material in order to achieve an improved barrier or blocking effect. In order to achieve such a barrier effect, the barrier material can have an appropriate doping. For example, polypropylene (PP) with nanoparticles dispersed therein can be used as a barrier material or polyvinylidene chloride (PVDC), biaxially oriented polypropylene (BOPP), cycloolefin copolymer (COC), high density polyethylene (HDPE), in particular with a doping that improves the barrier effect, such as a doping with metallic additives. At least one barrier coating, such as at least one metallization, can also be provided. In order to be able to achieve a good material connection between the upper part 20 of the bag element and the lower part 21 of the bag element and the frame element 140, the respective joining layer of the multilayer composite film of the bag element 2 can consist of a correspondingly compatible material, e.g. polypropylene if the frame element 140 consists of polypropylene.
Die Figuren 9 bis 13 zeigen einen Modulrahmen 200, in dem das Energiespeicherzellenmodul 1 aufgenommen wird bzw. werden kann. Wie Figur 9 entnommen werden kann, besteht der Modulrahmen 200 aus einem Modulrahmenoberteil 201 und einem Modulrahmenunterteil 202. Modulrahmenoberteil 201 und Modulrahmenunterteil 202 können als Gleichteile ausgebildet werden, was gegenüber dem Ausbilden unterschiedlicher Modulrahmenoberteile und Modulrahmenunterteile kostensparend ist. Modulrahmenoberteil 201 und Modulrahmenunterteil 202 weisen jeweils einen Aufnahmebereich 203a, 203b auf, die zusammen nach dem Zusammenfügen zu dem Modulrahmen 200 einen Aufnahmebereich 203 bilden, wobei das Energiespeicherzellenmodul 1 in den gebildeten Aufnahmebereich 203 des Modulrahmens 200 eingefügt werden kann. Ein solches Einfügen ist insbesondere druch eine seitliche Öffnung 219 des Modulrahmens möglich, die besonders gut Figur 10 zu entnehmen ist. Um den Aufnahmebereich 203 mediendicht in Richtung des darin aufzunehmenden Energiespeicherzellenmoduls 1 auszubilden, wird der jeweilige Aufnahmebereich 203a bzw. 203b des Modulrahmenoberteils 201 bzw. Modulrahmenunterteil 202 mit einem jeweiligen Folienelement 205 ausgekleidet. Ein jeweiliges Folienelement 205, wie es beispielsweise in Figur 12 zu sehen ist, wird auf der Innenseite 206 des Modulrahmenoberteils 201 bzw. auf der Innenseite 207 des Modulrahmenunterteils 202 mediendicht befestigt, beispielsweise dort verschweißt. Ebenfalls ist es möglich, das Folienelement 205 mit dem Modulrahmenoberteil 201 bzw. ein entsprechendes Folienelement 205 mit dem Modulrahmenunterteil 202 zu hinterspritzen. Ferner kann das Folienelement 205 auf der Außenseite 208 des Modulrahmenoberteils 201 bzw. auf der Außenseite 209 des Modulrahmenunterteils 202 des Modulrahmens 200 mediendicht befestigt, insbesondere verschweißt oder hinterspritzt werden. In jedem Falle wird eine mediendichte Verbindung zwischen Folienelement 205 und dem Modulrahmenoberteil 201 bzw. Folienelement 205 und dem Modulrahmenunterteil 202 vorgesehen. Das Folienelement kann wiederum eine Mehrschichtverbundfolie sein. Insbesondere die Fügeschicht, die mit dem Material des Modulrahmens 200 bzw. von dessen Modulrahmenoberteil 201 und dessen Modulrahmenunterteil 202 stoffschlüssig mediendicht verbunden werden soll, kann aus einem polyolefinischen Material, wie beispielsweise Polypropylen, bestehen. Anstelle eines mehrteiligen, insbesondere zweiteiligen, Ausbildens des Modulrahmens 200 kann ein zu einer Tasche geformtes Folienelement in eine Spritzgussform eingelegt werden, wobei das Folienelement mit dem Material des Modulrahmens zu dessen Ausbilden umspritzt wird. FIGS. 9 to 13 show a module frame 200 in which the energy storage cell module 1 is or can be accommodated. As can be seen from Figure 9, the module frame 200 consists of a module frame upper part 201 and a module frame lower part 202. Module frame upper part 201 and module frame lower part 202 can be designed as identical parts, which is cost-saving compared to the formation of different module frame upper parts and module frame lower parts. The upper module frame part 201 and the lower module frame part 202 each have a receiving area 203a, 203b, which together form a receiving area 203 after they have been assembled to form the module frame 200, with the Energy storage cell module 1 can be inserted into the formed receiving area 203 of the module frame 200 . Such insertion is possible in particular through a lateral opening 219 in the module frame, which can be seen particularly well in FIG. In order to make the receiving area 203 media-tight in the direction of the energy storage cell module 1 to be received therein, the respective receiving area 203a or 203b of the upper module frame part 201 or lower module frame part 202 is lined with a respective film element 205 . A respective foil element 205, as can be seen for example in FIG. 12, is fastened media-tight on the inside 206 of the upper module frame part 201 or on the inside 207 of the lower module frame part 202, for example welded there. It is also possible to back-inject the foil element 205 with the upper module frame part 201 or a corresponding foil element 205 with the lower module frame part 202 . Furthermore, the film element 205 can be attached media-tight on the outside 208 of the module frame upper part 201 or on the outside 209 of the module frame lower part 202 of the module frame 200, in particular welded or back-injected. In any case, a medium-tight connection is provided between the foil element 205 and the upper module frame part 201 or the foil element 205 and the lower module frame part 202 . The film element can in turn be a multi-layer composite film. In particular, the joining layer, which is to be connected to the material of the module frame 200 or its module frame top part 201 and its module frame bottom part 202 in a material-tight manner, can consist of a polyolefinic material, such as polypropylene. Instead of forming the module frame 200 in several parts, in particular in two parts, a film element shaped into a pocket can be inserted into an injection mold, the film element being overmoulded with the material of the module frame to form it.
Wie den Figuren 9 bis 13 weiter entnommen werden kann, weist der Modulrahmen 200 auf seiner jeweiligen Außenseite 208, 209 Einrichtungen zur Strömungsführung, hier in Form von Strömungsrippen 210 auf. Die Strömungsrippen 210 erstrecken sich zwischen im Randbereich des Modulrahmens 200 einander gegenüberliegend angeordneten Strömungskanälen 211 , 212, 213, 214. Über die Strömungskanäle 211 bis 214 kann Kühlmedium zuströmen, das über die Strömungsrippen 210 über die Oberfläche des Modulrahmens 200 im Bereich von dessen Aufnahmebereich 203 weiterströmen kann. Das Kühlmedium dient zum Kühlen des innerhalb des Aufnahmebereichs 203 anzuordnenden Energiespeicherzellenmoduls 1. Über das Kühlmedium kann die beim Laden und Entladen der Energiespeicherzelle 3 des Energiespeicherzellenmoduls 1 entstehende Wärme abgeführt werden. Ferner ist über das Kühlmedium ein Verpressen des aktiven Bereichs der Energiespeicherzelle möglich, da das Kühlmedium einen Druck von außen auf die Energiespeicherzelle 3 innerhalb des Energiespeicherzellenmoduls 1 ausübt. Es ist somit ein hydraulisches Verpressen der Energiespeicherzelle 3 über das Kühlmedium möglich. Aufgrund des Vorsehens des Folienelements 205 besteht jedoch nicht das Risiko, dass das Kühlmedium zu dem Energiespeicherzellenmodul 1 bzw. der darin angeordneten Energiespeicherzelle 3 gelangt. Es sind somit zwei Barriereschichten zwischen dem Kühlmedium und der Energiespeicherzelle 3 vorgesehen, das Folienelement 205 und das Taschenelement 2, das ebenfalls aus einem Folienelement gebildet ist, so dass ein Kontakt des Kühlmediums mit den Elektrolyten der Energiespeicherzelle sicher verhindert werden kann. As can also be seen from FIGS. 9 to 13, the module frame 200 has devices for guiding the flow, here in the form of flow ribs 210, on its respective outside 208, 209. The flow ribs 210 extend between flow channels arranged opposite one another in the edge region of the module frame 200 211 , 212 , 213 , 214 . Cooling medium can flow in via the flow channels 211 to 214 , which can flow further via the flow ribs 210 over the surface of the module frame 200 in the area of its receiving area 203 . The cooling medium serves to cool the energy storage cell module 1 to be arranged within the receiving area 203. The heat generated during the charging and discharging of the energy storage cell 3 of the energy storage cell module 1 can be dissipated via the cooling medium. Furthermore, the active area of the energy storage cell can be pressed by the cooling medium, since the cooling medium exerts pressure from the outside on the energy storage cell 3 within the energy storage cell module 1 . Hydraulic compression of the energy storage cell 3 via the cooling medium is thus possible. Due to the provision of the film element 205, however, there is no risk of the cooling medium reaching the energy storage cell module 1 or the energy storage cell 3 arranged therein. Two barrier layers are thus provided between the cooling medium and the energy storage cell 3, the film element 205 and the pocket element 2, which is also formed from a film element, so that contact of the cooling medium with the electrolyte of the energy storage cell can be reliably prevented.
Die Figur 11 a zeigt das Modulrahmenoberteil 201 in der Seitenansicht, so dass dessen Aufnahmebereich 203a besonders gut erkennbar ist. Figur 11 b können besonders gut die Strömungskanäle 211 bis 214 sowie die Strömungsrippen 210 entnommen werden. In Figur 13 ist das Modulrahmenoberteil 201 ohne das Folienelement 205 gezeigt. In Figur 11 c überdeckt das Folienelement 205 den Aufnahmebereich 203a des Modulrahmenoberteils 201 und ist auf diesem mediendicht stoffschlüssig befestigt. Die vier Fügebereiche 215, 216, 217, 218, die den jeweiligen Aufnahmebereich 203a bzw. 203b umgeben, sind in Figur 13 und Figur 11 c ebenfalls angedeutet. In diesen Fügebereichen 215 bis 218 sind das Folienelement 205 und das Modulrahmenoberteil 201 bzw. das Folienelement 205 und der Modulrahmenunterteil 200 stoffschlüssig mediendicht miteinander verbunden. Es sind somit zwei Folienelemente 205 vorgesehen, wobei das eine Folienelement 205 mit dem Modulrahmenoberteil 201 verbunden wird und das andere Folienelement 205 mit dem Modulrahmenunterteil 202. In den Figuren 14 bis 17 ist ein Modulrahmenstapel 300 gezeigt, der aus fünf übereinander gestapelten Modulrahmen 200 sowie einer endseitigen oberen Platte 301 mit einer Anschlusseinrichtung 303 sowie einer endseitigen unteren Platte 302 mit einer Anschlusseinrichtung 304 gebildet ist. Die endseitige obere Platte 301 und die endseitige unter Platte 302 sind auf der Oberseite des obersten Modulrahmens 200 bzw. auf der Unterseite des untersten Modulrahmens 200 in dem Stapel von aufeinander gestapelten Modulrahmen 200 angeordnet. Die beiden Anschlusseinrichtungen 303 und 304 dienen zum Zuführen und Abführen von Kühlmedium, wobei die beiden Anschlusseinrichtungen 303, 304 mit einem entsprechenden Kühlmittelkreislauf verbunden werden. Die Anschlusseinrichtung 304 dient dabei zum Zuführen von Kühlmittel, während die Anschlusseinrichtung 303, die im Bereich der endseitigen oberen Platte 301 angeordnet ist, dem Rücklauf bzw. Abführen von Kühlmedium dient. Somit strömt über die untere Anschlusseinrichtung 304 kaltes Kühlmedium in den Modulrahmenstapel 300 ein, während über die obere Anschlusseinrichtung 303 erwärmtes Kühlmedium aus dem Modulrahmenstapel 300 ausströmt. FIG. 11a shows the module frame upper part 201 in a side view, so that its receiving area 203a can be seen particularly well. The flow channels 211 to 214 and the flow ribs 210 can be seen particularly well in FIG. 11b. The module frame upper part 201 without the film element 205 is shown in FIG. In FIG. 11c, the film element 205 covers the receiving area 203a of the module frame upper part 201 and is materially fastened to it in a media-tight manner. The four joining areas 215, 216, 217, 218, which surround the respective receiving area 203a or 203b, are also indicated in FIG. 13 and FIG. 11c. In these joining areas 215 to 218, the film element 205 and the upper module frame part 201 or the film element 205 and the lower module frame part 200 are materially connected to one another in a media-tight manner. Two film elements 205 are therefore provided, with one film element 205 being connected to the upper module frame part 201 and the other film element 205 to the lower module frame part 202. A module frame stack 300 is shown in FIGS. 14 to 17, which is formed from five module frames 200 stacked on top of one another and an upper plate 301 at the end with a connection device 303 and a lower plate 302 at the end with a connection device 304 . The end top plate 301 and the end bottom plate 302 are arranged on the top of the top module frame 200 and on the bottom of the bottom module frame 200, respectively, in the stack of module frames 200 stacked on top of each other. The two connection devices 303 and 304 serve to supply and remove cooling medium, with the two connection devices 303, 304 being connected to a corresponding coolant circuit. The connection device 304 serves to supply coolant, while the connection device 303, which is arranged in the region of the upper end plate 301, serves to return or discharge coolant. Cold cooling medium thus flows into the module frame stack 300 via the lower connection device 304 , while heated cooling medium flows out of the module frame stack 300 via the upper connection device 303 .
Das Kühlmedium, dessen Strömungsweg bzw. -richtung in Figur 15 durch einen Pfeil P1 angedeutet ist, umströmt bzw. durchströmt die Modulrahmen 200 seriell, wobei dies in aufsteigender Richtung bezüglich der Höhenerstreckung des Modulrahmenstapels 300 erfolgt. Figur 16 zeigt den Modulrahmenstapel 300 in einer Seitenansicht und hierbei die Strömungskanäle innerhalb von diesem, wobei die Energiespeicherzellenmodule 1 mit Energiespeicherzellen 3 parallel umströmt werden, so dass eine gleichmäßigere Druckverteilung des Kühlmediums im Modulrahmenstapel 300 ermöglicht wird. Das Kühlmedium tritt beim Aufstieg durch die jeweiligen Strömungskanäle 211 bis 214 der Modulrahmen 200 hindurch und überströmt deren jeweiligen Aufnahmebereich 203 im Bereich der dort vorgesehenen Strömungsrippen 210. Die einzelnen Strömungskanäle 211 bis 214 der einzelnen Modulrahmen 200 münden in einen Strömungskanal 305 im Bereich der oberen Anschlusseinrichtung 303 und werden mit Kühlmedium von einem Strömungskanal 306 im Bereich der Anschlusseinrichtung 304 versorgt. Aus Figur 16 ist ersichtlich, dass die einzelnen Energiespeicherzellenmodule 1 aus dem Modulrahmen 200 durch deren seitliche Öffnung 219 ohne vorheriges Ablassen des Kühlmediums entnommen werden können, da das Kühlmedium jeweils durch die Folienelemente 205 im Bereich der Aufnahmebereiche 203 der einzelnen Modulrahmen 200 von den Energiespeicherzellenmodulen 1 getrennt ist. Ferner können die Energiespeicherzellenmodule 1 auch nach dem Einfügen in die jeweiligen Modulrahmen 200 und deren Aufeinanderstapeln zu dem Modulrahmenstapel 200 problemlos mit Elektrolyt versorgt bzw. Elektrolyt ausgetauscht werden, ohne dass hierfür der Modulrahmenstapel 300 aufgetrennt werden müsste. Wie Figur 14 entnommen werden kann, sind die Anschlusseinrichtungen 44, 45 der einzelnen Energiespeicherzellenmodule von außen frei zugänglich, so dass ein Anschließen von Leitungen zum Zuführen und Abführen von Elektrolyt im eingebauten und im ausgebauten Zustand der Energiespeicherzelle 3 problemlos möglich ist. Austausch und Regeneration der Energiespeicherzellen 3 in den Energiespeicherzellenmodulen 1 ist somit jederzeit problemlos möglich, so dass durch die Regeneration der Energiespeicherzellen deren Lebensdauer verlängert werden kann. The cooling medium, whose flow path or direction is indicated by an arrow P1 in FIG. FIG. 16 shows the module frame stack 300 in a side view and the flow channels within it, the energy storage cell modules 1 with energy storage cells 3 flowing in parallel, so that a more uniform pressure distribution of the cooling medium in the module frame stack 300 is made possible. The cooling medium passes through the respective flow channels 211 to 214 of the module frames 200 as it rises and flows over their respective receiving area 203 in the area of the flow ribs 210 provided there. The individual flow channels 211 to 214 of the individual module frames 200 open into a flow channel 305 in the area of the upper connection device 303 and are supplied with cooling medium from a flow channel 306 in the area of the connection device 304. It can be seen from Figure 16 that the individual energy storage cell modules 1 can be removed from the module frame 200 through their lateral opening 219 without first draining the cooling medium, since the cooling medium can be removed from the energy storage cell modules 1 is separated. Furthermore, the energy storage cell modules 1 can also be easily supplied with electrolyte or replaced with electrolyte after they have been inserted into the respective module frames 200 and stacked to form the module frame stack 200 without the module frame stack 300 having to be separated for this purpose. As can be seen from FIG. 14, the connection devices 44, 45 of the individual energy storage cell modules are freely accessible from the outside, so that lines for supplying and removing electrolyte can be connected without any problems when the energy storage cell 3 is installed or removed. The energy storage cells 3 in the energy storage cell modules 1 can therefore be exchanged and regenerated at any time without any problems, so that the service life of the energy storage cells can be extended by regenerating them.
In Figur 18 ist eine Explosionsansicht einer alternativen Ausführungsform eines Modulrahmens 200 mit einem Energiespeicherzellenmodul 100 gezeigt. Im Unterschied zu dem Modulrahmen gemäß den Figuren 9 bis 13 weist der Modulrahmen 200 gemäß Figur 18 keine seitliche Öffnung 219 auf, sondern ist dort auf der Seite 220 geschlossen ausgebildet. Dementsprechend kann das in den Figuren 18 bis 20 gezeigte Energiespeicherzellenmodul 100 nach dessen Aufnahme in den Modulrahmen 200 aus diesem nicht seitlich, also an der Seite bzw. Schmalseite 220, wieder entnommen werden. Das Energiespeicherzellenmodul 100 ist als sogenanntes geschlossenes Energiespeicherzellenmodul ausgebildet, somit nach Art einer Pouchzelle. Dieses weist im Unterschied zum offenen Energiespeicherzellenmodul 1 keine Anschlusseinrichtung 44, 45 zum Befüllen mit Elektrolyte bzw. Entleeren von diesem auf. Vielmehr ist eine Energiespeicherzelle 101 des Energiespeicherzellenmoduls 100 in einem Taschenelement 102 vollständig aufgenommen und der umlaufende Rand 103 des Taschenelementes 102 umlaufend vollständig verschlossen. Die Energiespeicherzelle 101 ist somit innerhalb des Taschenelementes 102 zusammen mit einem Elektrolyten aufgenommen. Aus dem Taschenelement 102 ragen an einer Schmalseite 106 des Energiespeicherzellenmoduls 100 elektrische Kontaktelemente bzw. Elektroden 104, 105 heraus, wie den Figuren 18 bis 20 entnommen werden kann. Da der umlaufende Rand 103 des Taschenelements 102 vollumfänglich beispielsweise thermisch durch Verschweißen verschlossen ist, auch im Bereich der beiden aus dem Taschenelement 102 herausragenden Elektroden 104 und 105, ist auch dort kein Austritt von Elektrolyt vorgesehen oder zu befürchten. Die beiden Elektroden 104, 105 dienen als Anschlusselektroden, wobei an einer der beiden Elektroden 104, 105 die negative Elektrode der Energiespeicherzelle 101 im Innern des Taschenelements 102 und an der anderen die positive Elektrode der Energiespeicherzelle 101 angeschlossen ist (in den Figuren nicht gezeigt). FIG. 18 shows an exploded view of an alternative embodiment of a module frame 200 with an energy storage cell module 100 . In contrast to the module frame according to FIGS. 9 to 13, the module frame 200 according to FIG. Accordingly, after it has been received in the module frame 200, the energy storage cell module 100 shown in FIGS. The energy storage cell module 100 is designed as a so-called closed energy storage cell module, thus in the manner of a pouch cell. In contrast to the open energy storage cell module 1, this has no connection device 44, 45 for filling with electrolyte or emptying it. Rather, an energy storage cell 101 of the energy storage cell module 100 is completely accommodated in a pocket element 102 and the peripheral edge 103 of the pocket element 102 is completely closed all around. The energy storage cell 101 is thus contained within pocket member 102 along with an electrolyte. Electrical contact elements or electrodes 104, 105 protrude from pocket element 102 on a narrow side 106 of energy storage cell module 100, as can be seen from FIGS. Since the peripheral edge 103 of the pocket element 102 is completely sealed, for example thermally by welding, including in the area of the two electrodes 104 and 105 protruding from the pocket element 102, no leakage of electrolyte is intended or to be feared there either. The two electrodes 104, 105 serve as connection electrodes, with the negative electrode of the energy storage cell 101 inside the pocket element 102 being connected to one of the two electrodes 104, 105 and the positive electrode of the energy storage cell 101 being connected to the other (not shown in the figures).
Der Modulrahmen 200 weist auch in der Ausführungsform nach Figur 18 bzw. 20 ein Modulrahmenoberteil 201 und ein Modulrahmenunterteil 202 auf, die im Innern jeweils einen Aufnahmebereich 203a und 203b zur Aufnahme des Energiespeicherzellenmoduls 100 aufweisen. Die Aufnahmebereiche 203a, 203b vom Modulrahmenoberteil 201 und Modulrahmenunterteil 202 bzw. der gesamte Aufnahmebereich 203 des geschlossenen Modulrahmens 200 ist ebenfalls von dem Folienelement 205 vollständig überdeckt oder ausgekleidet, wie dies auch bereits vorstehend zu den Figuren 9 bis 13 und dem Modulrahmen 200 dort beschrieben ist, um den Aufnahmebereich 203 mediendicht in Richtung des darin aufzunehmenden Energiespeicherzellenmoduls 100 auszubilden. Das Folienelement 205 ist auf der Innenseite 206 des Modulrahmenoberteils 201 bzw. ein entsprechendes Folienelement 205 ist auf der Innenseite 207 des Modulrahmenunterteils 202 des Modulrahmens 200 mediendicht befestigt, insbesondere verschweißt oder dort durch Hinterspritzen aufgebracht. Ferner kann das Folienelement 205 auf der Außenseite 208 des ModulrahmenoberteilsIn the embodiment according to FIG. 18 or 20, the module frame 200 also has a module frame upper part 201 and a module frame lower part 202, which each have a receiving area 203a and 203b for receiving the energy storage cell module 100 on the inside. The receiving areas 203a, 203b of the module frame upper part 201 and module frame lower part 202 or the entire receiving area 203 of the closed module frame 200 is also completely covered or lined by the film element 205, as has already been described above for Figures 9 to 13 and the module frame 200 there , in order to form the receiving region 203 in a media-tight manner in the direction of the energy storage cell module 100 to be received therein. The film element 205 is attached to the inside 206 of the module frame upper part 201 or a corresponding film element 205 is media-tight on the inside 207 of the module frame lower part 202 of the module frame 200, in particular welded or applied there by back injection molding. Furthermore, the film element 205 on the outside 208 of the module frame upper part
201 bzw. der Außenseite 209 des Modulrahmenunterteils 202 des Modulrahmens 200 mediendicht befestigt, insbesondere verschweißt oder hinterspritzt werden. Entsprechendes gilt für das Modulrahmenunterteil 202. In jedem Falle wird eine mediendichte Verbindung zwischen Folienelement 205 und dem Modulrahmenoberteil 201 bzw. Folienelement 205 und dem Modulrahmenunterteil201 or the outside 209 of the module frame lower part 202 of the module frame 200 are attached media-tight, in particular welded or back-injected. The same applies to the module frame lower part 202. In any case, a medium-tight connection between the film element 205 and the module frame upper part 201 or film element 205 and the module frame lower part
202 vorgesehen. Das Folienelement 205 ist auch bei der Ausführungsform des Modulrahmens 200 nach Figur 18 bzw. 20 eine Mehrschichtverbundfolie. Insbesondere die Fügeschicht, die mit dem Material des Modulrahmens 200 bzw. von dessen Modulrahmenoberteil 201 und dessen Modulrahmenunterteil 202 stoffschlüssig mediendicht verbunden werden soll, kann aus einem polyolefinischen Material, wie beispielsweise Polypropylen, bestehen. Anstelle eines mehrteiligen, insbesondere zweiteiligen, Ausbildens des Modulrahmens 200 kann auch bei dieser Ausführungsform ein zu einer Tasche geformtes Folienelement in eine Spritzgussform eingelegt werden, wobei das Folienelement mit dem Material des Modulrahmens zu dessen Ausbilden umspritzt wird. Auch die weiteren Merkmale des Modulrahmens 200 gemäß Figur 18 bis 20 entsprechen den Merkmalen des Modulrahmens 200 gemäß Figuren 9 bis 13. Der einzige Unterschied besteht, wie vorstehend bereits erwähnt, in der bei dem Modulrahmen 200 gemäß Figur 18 und 20 nicht vorgesehenen seitlichen Öffnung 219, da das Energiespeicherzellenmodul 100 aus dem Modulrahmen 200 gemäß Figuren 18 bis 20 nicht seitlich entnommen werden soll. Der Modulrahmen 200 weist auf seiner jeweiligen Außenseite 208, 209 ebenfalls Einrichtungen zur Strömungsführung, hier in Form von Strömungsrippen 210 auf. Die Strömungsrippen 210 erstrecken sich zwischen im Randbereich des Modulrahmens 200 einander gegenüberliegend angeordneten Strömungskanälen 211 , 212, 213, 214. Über die Strömungskanäle 211 bis 214 kann Kühlmedium zuströmen, das über die Strömungsrippen 210 über die Oberfläche des Modulrahmens 200 im Bereich von dessen Aufnahmebereich 203 weiterströmen kann. Das Kühlmedium dient zum Kühlen des innerhalb des Aufnahmebereichs 203 anzuordnenden Energiespeicherzellenmoduls 100. Auch bei der Ausführungsform nach Figur 18 bis 20 kann über das durch die Strömungsrippen 210 sowie Strömungskanäle 211 , 212, 213, 214 des Modulrahmens 200 strömende Kühlmedium die beim Laden und Entladen der Energiespeicherzelle 101 des Energiespeicherzellenmoduls 100 entstehende Wärme abgeführt werden. Ferner ist über das Kühlmedium ebenfalls ein Verpressen des aktiven Bereichs der Energiespeicherzelle 101 möglich, da das Kühlmedium einen Druck von außen auf die Energiespeicherzelle 101 innerhalb des Energiespeicherzellenmoduls 100 ausübt. Es ist somit ein hydraulisches Verpressen der Energiespeicherzelle 101 über das Kühlmedium auch hier möglich. Aufgrund des Vorsehens des Folienelements 205 besteht auch bei dieser Ausführungsform des Modulrahmens nicht das Risiko, dass das Kühlmedium zu dem Energiespeicherzellenmodul 100 bzw. die darin aufgenommene Energiespeicherzelle 101 gelangt. Es sind somit auch hier zwei Barriereschichten zwischen dem Kühlmedium und der Energiespeicherzelle vorgesehen, nämlich das Folienelement 205 und das Taschenelement 102, das ebenfalls aus einem Folienelement gebildet ist, so dass ein Kontakt des Kühlmediums mit dem Elektrolyten der Energiespeicherzelle 101 innerhalb des Energiespeicherzellenmoduls 100 sicher verhindert werden kann. 202 provided. The film element 205 is also in the embodiment of Module frame 200 according to FIG. 18 or 20 is a multi-layer composite film. In particular, the joining layer, which is to be connected to the material of the module frame 200 or its module frame top part 201 and its module frame bottom part 202 in a material-tight manner, can consist of a polyolefinic material, such as polypropylene. Instead of forming the module frame 200 in several parts, in particular in two parts, a film element shaped into a pocket can also be inserted into an injection mold in this embodiment, the film element being overmoulded with the material of the module frame to form it. The other features of the module frame 200 according to Figures 18 to 20 also correspond to the features of the module frame 200 according to Figures 9 to 13. The only difference, as already mentioned above, is the lateral opening 219, which is not provided in the module frame 200 according to Figures 18 and 20 , since the energy storage cell module 100 should not be removed laterally from the module frame 200 according to FIGS. The module frame 200 also has devices for guiding the flow, here in the form of flow ribs 210, on its respective outside 208, 209. The flow ribs 210 extend between flow channels 211, 212, 213, 214 arranged opposite one another in the edge area of the module frame 200. Cooling medium can flow in via the flow channels 211 to 214, which via the flow ribs 210 over the surface of the module frame 200 in the area of its receiving area 203 can continue to flow. The cooling medium is used to cool the energy storage cell module 100 to be arranged within the receiving area 203. In the embodiment according to FIGS Energy storage cell 101 of the energy storage cell module 100 resulting heat are dissipated. Furthermore, the active area of the energy storage cell 101 can also be pressed by the cooling medium, since the cooling medium exerts pressure from the outside on the energy storage cell 101 within the energy storage cell module 100 . Hydraulic compression of the energy storage cell 101 via the cooling medium is thus also possible here. Due to the provision of the film element 205 is also at With this embodiment of the module frame there is no risk of the cooling medium reaching the energy storage cell module 100 or the energy storage cell 101 accommodated therein. Two barrier layers are therefore also provided here between the cooling medium and the energy storage cell, namely film element 205 and pocket element 102, which is also formed from a film element, so that contact of the cooling medium with the electrolyte of energy storage cell 101 within energy storage cell module 100 is reliably prevented can be.
Mehrere Modulrahmen 200 gemäß der Ausführungsform nach Figur 18 und 20 können ebenfalls zu einem Modulrahmenstapel 300 übereinander gestapelt werden, der dann dem Modulrahmenstapel 300 nach Figuren 14 bis 17 entspricht. Der einzige Unterschied zu dem Modulrahmenstapel 300 gemäß Figuren 14 bis 17 ist, dass die Energiespeicherzellenmodule 100 innerhalb der Modulrahmen 200 nicht von außen zugänglich sind. Diese können somit nicht aus dem Modulrahmenstapel 300 seitlich von außen entnommen bzw. in diesen seitlich eingefügt werden und ebenfalls ist kein Anschluss von Leitungen zum Zuführen und Abführen von Elektrolyt bei den Energiespeicherzellenmodulen 100 möglich oder vorgesehen. Der übrige Aufbau der Modulrahmenstapel 300 mit darin aufgestapelten Modulrahmen 200, enthaltend jeweils zumindest ein Energiespeicherzellenmodul 100, mit allen Strömungswegen zum Zuführen und Abführen von Kühlmedium entspricht jedoch dem Modulrahmenstapel 300 gemäß Figuren 14 bis 17. Dementsprechend wird bezüglich der weiteren Merkmale des Modulrahmenstapels 300 auf diese Figuren und die vorstehende zugehörige Figurenbeschreibung zu den Figuren 14 bis 17 verwiesen. Insbesondere werden auch bei dem Modulrahmenstapel 300 mit Modulrahmen 200 mit Energiespeicherzellenmodulen 100 weiterhin die Energiespeicherzellenmodule 100 mit Energiespeicherzellen 101 parallel umströmt, so dass eine gleichmäßigere Druckverteilung des Kühlmediums im Modulrahmenstapel 300 ermöglicht wird. Das Kühlmedium tritt beim Aufstieg durch die jeweiligen Strömungskanäle 211 bis 214 der Modulrahmen 200 hindurch und überströmt deren jeweiligen Aufnahmebereich 203 im Bereich der dort vorgesehenen Strömungsrippen 210. Die einzelnen Strömungskanäle 211 bis 214 der einzelnen Modulrahmen 200 münden weiterhin in den Strömungskanal 305 im Bereich der oberen Anschlusseinrichtung 303 und werden mit Kühlmedium von dem Strömungskanal 306 im Bereich der Anschlusseinrichtung 304 des Modulrahmenstapels 300 versorgt. Several module frames 200 according to the embodiment according to FIGS. 18 and 20 can also be stacked one on top of the other to form a module frame stack 300, which then corresponds to the module frame stack 300 according to FIGS. The only difference from the module frame stack 300 according to FIGS. 14 to 17 is that the energy storage cell modules 100 within the module frame 200 are not accessible from the outside. These cannot be removed laterally from the module frame stack 300 from the outside or inserted into it laterally, and it is also not possible or intended to connect lines for supplying and discharging electrolyte to the energy storage cell modules 100 . The remaining structure of the module frame stack 300 with module frames 200 stacked therein, each containing at least one energy storage cell module 100, with all flow paths for supplying and discharging cooling medium, however, corresponds to the module frame stack 300 according to Figures 14 to 17. Accordingly, with regard to the further features of the module frame stack 300, reference is made to these Figures and the above associated description of figures referred to Figures 14 to 17. In particular, in the module frame stack 300 with module frame 200 with energy storage cell modules 100, the energy storage cell modules 100 with energy storage cells 101 continue to flow in parallel, so that a more uniform pressure distribution of the cooling medium in the module frame stack 300 is made possible. As it rises, the cooling medium passes through the respective flow channels 211 to 214 of the module frames 200 and flows over their respective receiving area 203 in the area of the flow ribs 210 provided there. The individual flow channels 211 to 214 of the individual module frames 200 continue to open into the flow channel 305 in the area of the upper connection device 303 and are supplied with cooling medium from the flow channel 306 in the area of the connection device 304 of the module frame stack 300 .
Um eine mögliche Leckage detektieren zu können, kann der Raum zwischen den Modulrahmen 200 und den Energiespeicherzellenmodulen 1 bzw. 100 drucküberwacht werden. Ebenfalls ist es möglich, nach Anschließen von Kühlmediumleitungen zum Zuführen und Abführen von Kühlmedium zu und von dem Modulrahmenstapel 300 in diesem Kühlmediumkreis eine Druck- sowie eine Volumenüberwachung (in einem nicht gezeigten Ausdehnungsgefäß) vorzusehen, um hierüber ebenfalls eine mögliche Leckage feststellen zu können. In order to be able to detect a possible leak, the pressure in the space between the module frame 200 and the energy storage cell modules 1 or 100 can be monitored. It is also possible, after connecting cooling medium lines for supplying and removing cooling medium to and from the module frame stack 300, to provide pressure and volume monitoring (in an expansion tank, not shown) in this cooling medium circuit in order to also be able to detect a possible leak.
Der Seitenansicht des Modulrahmenstapels 300 in Figur 17 kann entnommen werden, dass die beiden Anschlusseinrichtungen 303 und 304 des Modulrahmenstapels 300 jeweils auf den Längsseiten der Modulrahmen 200 und der in diesen angeordneten Energiespeicherzellenmodule 1 angeordnet sind, so dass eine deutliche räumliche Trennung zwischen den Kühlmediumanschlusseinrichtungen und den Anschlusseinrichtungen zum Zuführen und Abführen von Elektrolyt in bzw. von den Energiespeicherzellen 3 bzw. Energiespeicherzellenmodulen 1 vorgesehen ist. The side view of the module frame stack 300 in Figure 17 shows that the two connection devices 303 and 304 of the module frame stack 300 are each arranged on the longitudinal sides of the module frame 200 and the energy storage cell modules 1 arranged in them, so that there is a clear spatial separation between the cooling medium connection devices and the Connection devices for supplying and removing electrolyte in or from the energy storage cells 3 or energy storage cell modules 1 are provided.
Neben den im Vorstehendem beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausführungsvarianten von Energiespeicherzellenmodulen, Modulrahmen mit diesen und Modulrahmenstapeln mit einer Anzahl von Modulrahmen mit Energiespeicherzellenmodulen können noch zahlreiche weitere gebildet werden, insbesondere auch beliebige Kombinationen der vorstehend genannten Merkmale, wobei die Energiespeicherzellenmodule jeweils zum Befüllen mit und zum Austausch von Elektrolyt und/oder zum Entgasen der Energiespeicherzelle zumindest eine Anschlusseinrichtung in oder an dem zumindest einen Taschenelement aufweisen. Die Modulrahmen weisen zumindest einen Aufnahmebereich zur Aufnahme des zumindest einen Energiespeicherzellenmoduls auf, wobei der Aufnahmebereich mit zumindest einem Folienelement versehen ist, um eine Medienbarriere gegenüber dem in dem Aufnahmebereich anzuordnenden Energiespeicherzellenmodul vorzusehen. Der Modulrahmenstapel weist zumindest eine Anschlusseinrichtung zum Zuführen von Kühlmedium und zumindest eine Anschlusseinrichtung zum Rücklauf von Kühlmedium auf und ist mit Strömungskanälen zum Umströmen der in den Modulrahmen angeordneten Energiespeicherzellenmodule mit Kühlmedium zu deren Kühlen oder Temperieren versehen. In addition to the embodiment variants of energy storage cell modules described above and shown in the figures, module frames with these and module frame stacks with a number of module frames with energy storage cell modules, numerous others can be formed, in particular any combinations of the above-mentioned features, the energy storage cell modules being suitable for filling with and have at least one connection device in or on the at least one pocket element for exchanging electrolyte and/or for degassing the energy storage cell. The module frames have at least one receiving area for receiving the at least one energy storage cell module, the receiving area being provided with at least one foil element in order to provide a media barrier with respect to the energy storage cell module to be arranged in the receiving area. The module frame stack has at least one connection device for supplying cooling medium and at least one connection device for returning cooling medium and is provided with flow channels for cooling medium to flow around the energy storage cell modules arranged in the module frame for cooling or tempering them.
Bezugszeichenliste Reference List
1 Energiespeicherzellenmodul 1 energy storage cell module
2 Taschenelement 2 pocket element
3 Energiespeicherzelle 3 energy storage cell
4 Einheit (aus Rahmenelement 140 und Taschenelementunterteil 21 )4 unit (of frame element 140 and pocket element lower part 21)
5 elektrisches Kontaktelement/Elektrode 5 electrical contact element/electrode
6 elektrisches Kontaktelement/Elektrode 6 electrical contact element/electrode
7 Verbindungsnaht 7 connection seam
8 Dichtelement 8 sealing element
9 Dichtelement 9 sealing element
10 Kontakthalter 10 contact holders
12 Entgasungskanal 12 degassing channel
13 Berstscheibe/Sicherheitsventileinrichtung 13 Rupture disk/safety valve device
14 Entgasungsanschlusseinrichtung 14 degassing connection device
15 Entgasungskanal 15 degassing channel
16 Barrierenaht/Sicherheitsventileinrichtung 16 Barrier Seam/Safety Valve Device
17 Entgasungsanschlusseinrichtung 17 degassing connection device
20 Taschenelementoberteil 20 pocket element top
21 Taschenelementunterteil 21 pocket element lower part
22 Inneres von 2 22 interior of 2
40 Längsseitenrahmenteil 40 longitudinal side frame part
41 Längsseitenrahmenteil 41 longitudinal side frame part
42 Querseitenrahmenteil 42 lateral side frame part
43 Querseitenrahmenteil 43 lateral side frame part
44 Anschlusseinrichtung 44 connection device
44a Anschlussabschnitt 44a terminal section
44b Anschlussabschnitt 44b terminal section
45 Anschlusseinrichtung 45 connection device
45a Anschlussabschnitt 45a terminal section
45b Anschlussabschnitt 45b terminal section
46 Ventilelement 46 valve member
47 keilförmiger Übergangsabschnitt 47 wedge-shaped transition section
48 Strömungskanal Strömungskanäle/Verteilgeometrie48 flow channel Flow channels/distribution geometry
Energiespeicherzellenmodulenergy storage cell module
Energiespeicherzelle energy storage cell
Taschenelement umlaufender Rand elektrisches Kontaktelement/Elektrode elektrisches Kontaktelement/Elektrodepocket element peripheral edge electrical contact element/electrode electrical contact element/electrode
Schmalseite narrow side
Rahmenelement frame element
Rahmenteil frame part
Rahmenteil innere Öffnung Frame part inner opening
Verriegelungsnut locking groove
Verriegelungsnut locking groove
Verriegelungseinrichtung locking device
Aufnahmeöffnung intake opening
Modulrahmen module frame
Modulrahmenoberteil Module frame upper part
Modulrahmenunterteil module frame base
Aufnahmebereich a Aufnahmebereich b Aufnahmebereich Recording area a Recording area b Recording area
Folienelement foil element
Innenseite inside
Innenseite inside
Außenseite outside
Außenseite outside
Strömungsrippe/Einrichtung zur StrömungsführungFlow rib/device for flow guidance
Strömungskanal flow channel
Strömungskanal flow channel
Strömungskanal flow channel
Strömungskanal flow channel
Fügebereich joining area
Fügebereich 17 Fügebereich 18 Fügebereich 19 seitliche Öffnung 20 Seite/Schmalseite des Modulrahmensjoining area 17 Joining area 18 Joining area 19 Lateral opening 20 Side/narrow side of the module frame
300 Modulrahmenstapel 300 module frame stacks
301 endseitige obere Platte 301 end top plate
302 endseitige untere Platte 302 end bottom plate
303 Anschlusseinrichtung 303 connection device
304 Anschlusseinrichtung 304 connection device
305 Strömungskanal 305 flow channel
306 Strömungskanal 306 flow channel
460 innerer Ventilkörper 460 inner valve body
P1 Kühlmedium-Strömungsweg P1 cooling medium flow path
P2 Spülrichtung P2 flushing direction

Claims

36 36
Ansprüche Energiespeicherzellenmodul (1 ), umfassend zumindest eine Energiespeicherzelle (3), enthaltend zumindest einen Elektrolyt, und zumindest ein Taschenelement (2), wobei in dem Taschenelement (2) die zumindest eine Energiespeicherzelle (3) mit dem zumindest einen Elektrolyten aufgenommen ist, dadurch gekennzeichnet, dass zum Befüllen mit dem und zum Austausch des zumindest einen Elektrolyten und/oder zum Entgasen der Energiespeicherzelle (3) zumindest eine Anschlusseinrichtung (44, 45) in oder an dem zumindest einen Taschenelement (2) vorgesehen ist. Energiespeicherzellenmodul (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Rahmenelement (140) die zumindest eine Energiespeicherzelle (3) zumindest teilweise umgebend vorgesehen und zumindest teilweise in dem Taschenelement (2) aufgenommen und mit diesem mediendicht verbunden ist, wobei die zumindest eineClaims Energy storage cell module (1), comprising at least one energy storage cell (3), containing at least one electrolyte, and at least one pocket element (2), wherein in the pocket element (2) the at least one energy storage cell (3) with the at least one electrolyte is accommodated, characterized characterized in that at least one connection device (44, 45) is provided in or on the at least one pocket element (2) for filling with and replacing the at least one electrolyte and/or for degassing the energy storage cell (3). Energy storage cell module (1) according to Claim 1, characterized in that at least one frame element (140) is provided at least partially surrounding the at least one energy storage cell (3) and is at least partially accommodated in the pocket element (2) and connected to it in a media-tight manner, the at least one
Anschlusseinrichtung (44, 45) an dem Rahmenelement (140) vorgesehen ist. Energiespeicherzellenmodul (1 ) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Ventilelement (46) in oder an der zumindest einen Anschlusseinrichtung (44, 45) vorgesehen ist. Energiespeicherzellenmodul (1 ) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Anschlusseinrichtung (44, 45) zum Spülen von dieser zum Verhindern von Medienrückständen im Bereich des Ventilelements (46) und/oder im Bereich zumindest eines Dichtelements mit zumindest einem Anschlussabschnitt (44a, 44b, 45a, 45b) versehen ist. 37 Energiespeicherzellenmodul (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Rahmenelement (140) zumindest einen keilförmigen Übergangsabschnitt (47) umfasst, wobei das zumindest eine Taschenelement (2) mit dem Rahmenelement (140) im Bereich von dessen zumindest einen keilförmigen Übergangsabschnitt (47) mediendicht, insbesondere stoffschlüssig, verbunden ist. Energiespeicherzellenmodul (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Rahmenelement (140) aus zumindest einem polyolefinischen Material, wie Polypropylen, insbesondere zur Stabilitätssteigerung aus zumindest einem faserverstärkten Material, wie einem mit Glasfaser gefüllten polyolefinischen Material, besteht. Energiespeicherzellenmodul (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Rahmenelement (140) zum Erzielen einer Barrierewirkung in dem oder den stoffschlüssig verbundenen Bereichen aus zumindest einem Material mit Barriereeigenschaften, insbesondere Polyvinylidenchlorid (PVDC), biaxial orientiertem Polypropylen (BOPP), Cycloolefin-Copolymer (COC), High Density Polyethylen (HDPE), insbesondere mit einer die Barrierewirkung verbessernden Dotierung, wie einer Dotierung mit metallischen Additiven, besteht oder mit zumindest einer Barrierebeschichtung, wie zumindest einer Metallisierung, versehbar oder versehen ist. Energiespeicherzellenmodul (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Taschenelement (2) aus zumindest einer Mehrschichtverbundfolie, enthaltend zumindest eine Sperrschicht, insbesondere eine Sperrschicht aus Aluminium, zum Verhindern einer Diffusion von Elektrolytbestandteilen von innen nach außen und von Gasen und Feuchtigkeit von außen nach innen besteht. Energiespeicherzellenmodul (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Rahmenelement (140) Strömungskanäle (48, 49) zum Durchströmen mit und Verteilen des Elektrolyten innerhalb des Taschenelements (2) aufweist, insbesondere der Durchströmungsquerschnitt der Strömungskanäle (48, 49) vom Einlauf in Richtung stromabwärts zunimmt. Energiespeicherzellenmodul (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Strömungsführung des Elektrolyten durch Anoden- und Kathodenstapel der zumindest einen Energiespeicherzelle (3) und zum Vermeiden von Leckageströmung zwischen Zu- und Rücklauf des Elektrolyten zumindest ein Dichtelement (8, 9), insbesondere ein Dichtelement in Form eines niedrig schmelzenden Hotmelts, vorgesehen ist. Energiespeicherzellenmodul (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur gerichteten Druckentlastung der zumindest einen Energiespeicherzelle (3) zumindest ein Entgasungskanal (12, 15) umfassend zumindest eine Sicherheitsventileinrichtung (13, 16), insbesondere eine Berstscheibe (13) oder druckbegrenzende Barriereeinrichtung (16), in das zumindest eine Rahmenelement (140) integriert ist. Modulrahmen (200) zur Aufnahme zumindest eines Energiespeicherzellenmoduls (1 , 100), dadurch gekennzeichnet, dass der Modulrahmen (200) zumindest einen Aufnahmebereich (203, 203a, 203b) zur Aufnahme des zumindest einen Energiespeicherzellenmoduls (1 , 100) aufweist und mit zumindest einem Folienelement (205) versehen und mit diesem mediendicht verbunden ist, wobei das zumindest eine Folienelement (205) den Aufnahmebereich mediendicht umgibt und eine Medienbarriere gegenüber dem zumindest einen in dem Aufnahmebereich (203, 203a, 203b) des Modulrahmens (200) aufzunehmenden Energiespeicherzellenmodul (1 , 100) bildet. Modulrahmen (200) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Folienelement (205), insbesondere als Mehrschichtverbundfolienelement, insbesondere auf Basis einer polyolefinischen Materialkombination, ausgebildet und mit dem Modulrahmen (200) durch Verschweißen mediendicht stoffschlüssig verbunden ist oder der Modulrahmen (200) einteilig um das zumindest eine Folienelement (205) mediendicht gespritzt ist. Modulrahmen (200) nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Einrichtung zur Strömungsführung von Kühlmedium an dem Modulrahmen (200) ausgebildet ist, insbesondere Geometrien zur Strömungsführung, insbesondere Strömungsrippen (210), an dem Modulrahmen (200) angespritzt sind. Modulrahmen (200) nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass zum Detektieren einer Leckage zumindest eine Einrichtung zur Drucküberwachung des Raums und/oder zur Volumenüberwachung im Hinblick auf einen Flüssigkeitsverlust im Raum zwischen dem Modulrahmen (200) und des in diesem aufgenommenen zumindest einen Energiespeicherzellenmoduls (1 , 100) und/oder eines Kühlmediumkreises vorgesehen ist. Modulrahmenstapel (300), umfassend eine Anzahl an Modulrahmen (200) nach einem der Ansprüche 12 bis 15 mit einer Anzahl von Energiespeicherzellenmodulen (1 , 100), dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Anschlusseinrichtung (304) für einen Zulauf von Kühlmedium, zumindest eine Anschlusseinrichtung (303) für einen Rücklauf von Kühlmedium und Strömungskanäle (211 , 212, 213, 214) zumConnection device (44, 45) is provided on the frame element (140). Energy storage cell module (1) according to claim 2, characterized in that at least one valve element (46) is provided in or on the at least one connection device (44, 45). Energy storage cell module (1 ) according to Claim 3, characterized in that the at least one connection device (44, 45) for flushing it to prevent media residues in the area of the valve element (46) and/or in the area of at least one sealing element has at least one connection section (44a , 44b, 45a, 45b). 37 Energy storage cell module (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one frame element (140) comprises at least one wedge-shaped transition section (47), the at least one pocket element (2) being connected to the frame element (140) in the region of its at least a wedge-shaped transition section (47) media-tight, in particular cohesively connected. Energy storage cell module (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one frame element (140) consists of at least one polyolefinic material, such as polypropylene, in particular to increase stability of at least one fiber-reinforced material, such as a polyolefinic material filled with glass fibers. Energy storage cell module (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that the at least one frame element (140) to achieve a barrier effect in the materially connected area(s) consists of at least one material with barrier properties, in particular polyvinylidene chloride (PVDC), biaxially oriented polypropylene (BOPP ), cycloolefin copolymer (COC), high-density polyethylene (HDPE), in particular with a barrier effect-improving doping, such as doping with metallic additives, or with at least one barrier coating, such as at least one metallization, can be provided or provided. Energy storage cell module (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one pocket element (2) consists of at least one multilayer composite film containing at least one barrier layer, in particular a barrier layer made of aluminum, to prevent diffusion of electrolyte components from the inside to the outside and of gases and moisture from the outside in. Energy storage cell module (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that the at least one frame element (140) has flow channels (48, 49) for flowing through and distributing the electrolyte within the pocket element (2), in particular the flow cross section of the flow channels (48, 49) increases from the inlet towards the downstream. Energy storage cell module (1) according to one of the preceding claims, characterized in that at least one sealing element (8, 9) is used to guide the flow of the electrolyte through the anode and cathode stack of the at least one energy storage cell (3) and to avoid leakage flow between the inlet and outlet of the electrolyte. , In particular a sealing element in the form of a low-melting hot melt is provided. Energy storage cell module (1) according to one of the preceding claims, characterized in that for the directed pressure relief of the at least one energy storage cell (3) at least one degassing channel (12, 15) comprising at least one safety valve device (13, 16), in particular a bursting disc (13) or pressure-limiting Barrier device (16), in which at least one frame element (140) is integrated. Module frame (200) for receiving at least one energy storage cell module (1, 100), characterized in that the module frame (200) has at least one receiving area (203, 203a, 203b) for receiving the at least one energy storage cell module (1, 100) and with at least one Film element (205) is provided and connected to it in a media-tight manner, the at least one film element (205) surrounding the receiving area in a media-tight manner and a media barrier opposite the at least one in the receiving area (203, 203a, 203b) of the module frame (200) to be accommodated energy storage cell module (1, 100). Module frame (200) according to Claim 12, characterized in that the at least one film element (205), in particular as a multi-layer composite film element, in particular based on a polyolefinic material combination, is designed and materially bonded to the module frame (200) by welding in a media-tight manner, or the module frame (200 ) is molded in one piece around the at least one film element (205) in a media-tight manner. Module frame (200) according to Claim 12 or 13, characterized in that at least one device for guiding the flow of cooling medium is formed on the module frame (200), in particular geometries for guiding the flow, in particular flow ribs (210), are molded onto the module frame (200). Module frame (200) according to one of Claims 12 to 14, characterized in that to detect a leak, at least one device for monitoring the pressure of the space and/or for monitoring the volume with regard to a loss of liquid in the space between the module frame (200) and that accommodated in this at least one energy storage cell module (1, 100) and/or a cooling medium circuit is provided. Module frame stack (300), comprising a number of module frames (200) according to one of Claims 12 to 15 with a number of energy storage cell modules (1, 100), characterized in that at least one connection device (304) for an inflow of cooling medium, at least one connection device (303) for one Return of cooling medium and flow channels (211, 212, 213, 214) to
Umströmen der in den Modulrahmen (200) angeordnetenFlow around the arranged in the module frame (200).
Energiespeicherzellenmodule (1 , 100) mit Kühlmedium vorgesehen sind. Energy storage cell modules (1, 100) are provided with cooling medium.
PCT/EP2022/025027 2021-01-29 2022-01-28 Energy storage cell module, module frame for receiving at least one energy storage cell module, and module frame stack comprising a number of such module frames WO2022161739A2 (en)

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