Titel

Elektrische Energiespeicherzelle, elektrischer Energiespeicher und Vorrichtung Feld der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Energiespeicherzelle, einen elektrischen Energiespeicher und eine Vorrichtung, insbesondere ein Fahrzeug, gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche.

Stand der Technik

Die US 2015 194 713 Al zeigt ein Energiespeichersystem mit einer

außenliegenden Kühlfläche.

Die JP 2007 134 308 zeigt ein Batterieelement in einem äußeren Gehäuse, das eine wärmeleitende Beschichtung aufweist.

Die WO 2014/182759 Al zeigt einen Batterieblock mit mehreren Batteriezellen, zwischen denen eine Wärmesperre angeordnet ist.

Die WO 2013/043229 Al zeigt einen elektrischen Energiespeicher mit mehreren Zellen, zwischen denen ein Wärmeleiter angeordnet ist.

Offenbarung der Erfindung

Der Kern der Erfindung bei der elektrischen Energiespeicherzelle aufweisend ein Zellgehäuse, das die elektrische Energiespeicherzelle zumindest teilweise umgibt, besteht darin, dass eine Oberfläche des Zellgehäuses einen Wärmeemissionsgrad aufweist, der kleiner als 0,3 ist, insbesondere kleiner als 0,2, vorzugweise kleiner als

0,1.

Hintergrund der Erfindung ist, dass die Wärmestrahlung der elektrischen

Energiespeicherzelle reduzierbar ist. Dadurch ist ein thermisches Durchgehen eines vollständigen elektrischen Energiespeichers vermeidbar, da ein Überhitzen weiterer elektrischer Energiespeicherzellen in dem elektrischen Energiespeicher verhindert wird. Der elektrische Energiespeicher ist weiterhin verwendbar, wenn die defekte elektrische Energiespeicherzelle abgeschaltet und/oder überbrückt wird.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Zellgehäuse eine erste

Beschichtung auf, die einen geringeren Wärmeemissionsgrad aufweist als das Zellgehäuse. Von Vorteil ist dabei, dass ein kostengünstiges Material für das

Zellgehäuse verwendbar ist, auf dem eine Beschichtung mit optimiertem

Wärmeemissionsgrad aufgebracht ist.

Von Vorteil ist es dabei, wenn die Oberfläche des Zellgehäuses aus Aluminium und/oder Chrom und/oder Nickelplattierung und/oder Verzinkung und/oder Titanoxid ausgeführt ist. Diese Materialien weisen einen sehr geringen Wärmeemissionsgrad auf und sind vorteilhafterweise als Beschichtung auf dem Zellgehäuse aufgebracht.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist das Zellgehäuse von einer Folie, insbesondere einer Aluminiumfolie, umgeben, die einen geringeren

Wärmeemissionsgrad aufweist als das Zellgehäuse. Mittels der Folie ist die

Wärmestrahlung der elektrischen Energiespeicherzelle in einfacher Art und Weise reduzierbar.

Vorteilhafterweise ist die Aluminiumfolie nicht oxidiert ausgeführt.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist eine weitere Oberfläche des Zellgehäuses, insbesondere die einem äußeren Gehäuse zugewandt ist, einen Wärmeemissionsgrad auf, der größer als 0,7 ist, insbesondere größer als 0,8, vorzugweise größer als 0,9. Dadurch ist die Wärmeabgabe der elektrischen

Energiespeicherzelle an die Umgebung, insbesondere von weiteren elektrischen Energiespeicherzellen weg, verbesserbar.

Von Vorteil ist es zudem, wenn das Zellgehäuse eine zweite Beschichtung aufweist, die einen größeren Wärmeemissionsgrad aufweist als das Zellgehäuse. Das

Zellgehäuse weist vorteilhafterweise eine erste Beschichtung und eine zweite

Beschichtung auf, wobei der Wärmeemissionsgrad der ersten Beschichtung geringer ist als der Wärmeemissionsgrad der zweiten Beschichtung. Damit weist die

Wärmestrahlung der elektrischen Energiespeicherzelle eine Vorzugsrichtung auf zu der Seitenfläche, an der die zweite Beschichtung angeordnet ist.

Der Kern der Erfindung bei dem elektrischen Energiespeicher besteht darin, dass der elektrische Energiespeicher ein Gehäuse und zumindest zwei elektrische

Energiespeicherzellen, insbesondere wie zuvor beschrieben beziehungsweise nach einem der auf die elektrische Energiespeicherzelle bezogenen Ansprüche, aufweist.

Hintergrund der Erfindung ist, dass ein thermisches Durchgehen des vollständigen elektrischen Energiespeichers vermeidbar ist, da ein Überhitzen weiterer elektrischer Energiespeicherzellen in dem elektrischen Energiespeicher verhindert wird. Der elektrische Energiespeicher ist weiterhin verwendbar, wenn die defekte elektrische Energiespeicherzelle abgeschaltet und/oder überbrückt wird.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung weist eine Innenfläche des Gehäuses einen Wärmeabsorptionskoeffizienten auf, der größer ist als 0,7, insbesondere größer als 0,8, vorzugweise größer als 0,9. Von Vorteil ist dabei, dass die Absorption der

Wärmestrahlung der elektrischen Energiespeicherzellen an dem Gehäuse verbessert ist. Dadurch wird die Wärme einer defekten elektrischen Energiespeicherzelle von dem Gehäuse absorbiert und ein Übergreifen des Defektes auf weitere elektrische

Energiespeicherzellen verhindert.

Vorteilhafterweise weist die Innenfläche des Gehäuses einen Wärmeemissionsgrad auf, der kleiner ist als 0,3, insbesondere kleiner als 0,2, vorzugweise kleiner als 0,1. Dadurch ist die Wärmestrahlung des Gehäuses zu den elektrischen Energiespeicherzellen reduzierbar.

Von Vorteil ist es dabei, wenn das Gehäuse eine innere Beschichtung aufweist, die einen größeren Wärmeabsorptionskoeffizienten und/oder einen kleineren

Wärmeemissionsgrad aufweist als das Gehäuse. Somit ist ein kostengünstiges Material für das Gehäuse verwendbar, auf dem eine Beschichtung mit optimiertem Wärmeemissionsgrad und/oder optimiertem Wärmeabsorptionskoeffizienten aufgebracht ist.

Vorteilhafterweise ist die innere Beschichtung als hochselektive Beschichtung ausgeführt, beispielsweise aus nickelpigmentiertem Aluminiumoxid und/oder

Schwarznickel NiS-ZnS und/oder Schwarzchrom und/oder Eisenoxid und/oder Kupferoxid. Die innere Beschichtung weist also sowohl einen geringen

Wärmeemissionsgrad also auch einen hohen Wärmeabsorptionskoeffizienten auf.

Von Vorteil ist es weiterhin, wenn die elektrischen Energiespeicherzellen derart in dem Gehäuse angeordnet sind, dass die erste Beschichtung jeder elektrischen

Energiespeicherzelle einer weiteren elektrischen Energiespeicherzelle zugewandt ist und/oder dass die zweite Beschichtung jeder elektrischen Energiespeicherzelle dem Gehäuse zugewandt ist. Dadurch ist die Wärmestrahlung von einer defekten elektrischen Energiespeicherzelle zu weiteren elektrischen Energiespeicherzellen reduzierbar und die Wärmestrahlung der defekten elektrischen Energiespeicherzelle zu dem Gehäuse ist verbessert.

Der Kern der Erfindung bei der Vorrichtung, insbesondere dem Fahrzeug, sind, dass die Vorrichtung einen elektrischen Energiespeicher, insbesondere wie zuvor beschrieben beziehungsweise nach einem der auf den elektrischen Energiespeicher bezogenen Ansprüche, aufweist.

Hintergrund der Erfindung ist, dass ein thermisches Durchgehen des vollständigen elektrischen Energiespeichers der Vorrichtung vermeidbar ist, da ein Überhitzen weiterer elektrischer Energiespeicherzellen in dem elektrischen Energiespeicher verhindert wird. Die Vorrichtung mit dem elektrischen Energiespeicher ist weiterhin verwendbar, wenn die defekte elektrische Energiespeicherzelle abgeschaltet und/oder überbrückt wird.

Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte

Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmalen der Erfindung. Insbesondere wird dabei der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen

Grundform der vorliegenden Erfindung hinzufügen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Im folgenden Abschnit wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen, aus denen sich weitere erfinderische Merkmale ergeben können, auf die die Erfindung aber in ihrem Umfang nicht beschränkt ist, erläutert. Die Ausführungsbeispiele sind in den Zeichnungen dargestellt.

Es zeigen:

Fig. la eine Draufsicht auf ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen elektrischen Energiespeichers 1 mit einer überhitzten elektrischen

Energiespeicherzelle 3;

Fig. lb eine Draufsicht auf das erste Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen elektrischen Energiespeichers 10 nachdem die überhitzte elektrische

Energiespeicherzelle 13 ausgekühlt ist und

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen elektrischen

Energiespeichers 20 in Seitenansicht. Das in Fig. la dargestellte erste Ausführungsbeispiel des elektrischen

Energiespeichers 1 weist ein Gehäuse 6 und elektrische Energiespeicherzellen (2, 3) auf, die in dem Gehäuse 6 angeordnet sind.

Die elektrischen Energiespeicherzellen (2, 3) weisen ein Zellgehäuse auf, das eine Beschichtung 7 aufweist. Die Beschichtung 7 weist einen geringeren

Wärmeemissionsgrad auf als das Zellgehäuse. Dabei ist der Wärmeemissionsgrad kleiner als 0,3, insbesondere kleiner als 0,2, vorzugsweise kleiner als 0,1.

Die Beschichtung 7 ist beispielsweise als Aluminiumbeschichtung und/oder

Chrombeschichtung und/oder Nickelplattierung und/oder Verzinkung und/oder Titanoxidbeschichtung ausgeführt.

Alternativ oder zusätzlich ist das Zellgehäuse mit einer Folie umwickelt, insbesondere mit einer Aluminiumfolie, vorzugsweise mit einer nicht oxidierten Aluminiumfolie.

Eine der elektrischen Energiespeicherzellen (2, 3) weist einen Defekt, beispielsweise einen internen Kurzschluss 5, auf, der eine Temperaturerhöhung der defekten elektrischen Energiespeicherzelle 3 bewirkt. Von der defekten elektrischen

Energiespeicherzelle 3 wird Wärmestrahlung 4 emittiert.

Mittels der Beschichtung 7 ist die Wärmestrahlung 4 von der defekten elektrischen Energiespeicherzelle 3 zu den weiteren elektrischen Energiespeicherzellen 2 reduzierbar.

Wie in Fig. lb dargestellt, ist durch den Defekt der defekten elektrischen

Energiespeicherzelle 13 nur die defekte elektrische Energiespeicherzelle 13 selbst zerstört worden. Die weiteren elektrischen Energiespeicherzellen 2 in dem Gehäuse 6 sind weiterhin verwendbar.

Fig. 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen elektrischen Energiespeichers 20. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen elektrischen Energiespeichers 1 weisen die elektrischen Energiespeicherzellen (22, 23) des elektrischen Energiespeichers 20 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel eine erste Beschichtung 27 und eine zweite Beschichtung 37 auf.

Ein Gehäuse 26 des elektrischen Energiespeichers 20 weist eine innere Beschichtung 36 auf. Die innere Beschichtung 36 weist einen größeren

Wärmeabsorptionskoeffizienten auf als das Gehäuse 26. Vorzugsweise ist der Wärmeabsorptionskoeffizient größer als 0,7, insbesondere größer als 0,8,

vorzugsweise größer als 0,9.

Die innere Beschichtung 36 weist vorteilhafterweise gleichzeitig einen geringeren Emissionsgrad auf als das Gehäuse 26. Dabei ist der Emissionsgrad der inneren Beschichtung 36 kleiner als 0,3, insbesondere kleiner als 0,2, vorzugsweise kleiner als 0,1. Die innere Beschichtung 36 ist als hochselektive Beschichtung ausgeführt, beispielsweise aus nickelpigmentiertem Aluminiumoxid und/oder Schwarznickel NiS- ZnS und/oder Schwarzchrom und/oder Eisenoxid und/oder Kupferoxid ausgeführt.

In dem Gehäuse 26 sind die elektrischen Energiespeicherzellen (22, 23) angeordnet. Dabei sind die elektrischen Energiespeicherzellen (22, 23) derart angeordnet, dass die erste Beschichtung 27 den weiteren Energiespeicherzellen (2, 3) zugewandt ist und die zweite Beschichtung 37 dem Gehäuse 26 zugewandt ist.

Die erste Beschichtung 27 weist einen geringeren Wärmeemissionsgrad auf als das Zellgehäuse. Dabei ist der Wärmeemissionsgrad kleiner als 0,3, insbesondere kleiner als 0,2, vorzugsweise kleiner als 0,1.

Die erste Beschichtung 27 ist beispielsweise als Aluminiumbeschichtung und/oder Chrombeschichtung und/oder Nickelplattierung und/oder Verzinkung und/oder Titanoxidbeschichtung ausgeführt.

Die zweite Beschichtung 37 weist einen größeren Wärmemissionsgrad auf als das Zellgehäuse. Vorzugsweise ist der Wärmeemissionsgrad größer als 0,7, insbesondere größer als 0,8, vorzugsweise größer als 0,9. Mitels der ersten Beschichtung 27 ist die Wärmestrahlung 24 von einer defekten elektrischen Energiespeicherzelle 23 zu weiteren elektrischen Energiespeicherzellen 22 reduzierbar.

Mitels der zweiten Beschichtung 37 und oder der inneren Beschichtung 36 ist die Wärmestrahlung 34 von der defekten elektrischen Energiespeicherzelle 23 zu dem Gehäuse 26 verbesserbar. Somit ist die Wärme der defekten elektrischen

Energiespeicherzelle 23 an das Gehäuse 26 abführbar.

Unter einem elektrischen Energiespeicher wird hierbei ein wiederaufladbarer

Energiespeicher verstanden, insbesondere aufweisend eine elektrochemische

Energiespeicherzelle und/oder ein Energiespeichermodul aufweisend zumindest eine elektrochemische Energiespeicherzelle und/oder ein Energiespeicherpack aufweisend zumindest ein Energiespeichermodul. Die Energiespeicherzelle ist als lithiumbasierte

Bateriezelle, insbesondere Lithium-Ionen-Bateriezelle, ausführbar. Alternativ ist die Energiespeicherzelle als Lithium-Polymer-Bateriezelle oder Nickel-Metallhydrid- Bateriezelle oder Blei-Säure-Bateriezelle oder Lithium- Luft- Bateriezelle oder Lithium- Schwefel- Bateriezelle ausgeführt.